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Rundgespräche der Kommission für Ökologie Band 33

Energie aus Biomasse:

Ökonomische und ökologische Bewertung

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Zusammenfassungen

Gerhard FISCHBECK: Energie aus Biomasse:
Ökonomische und ökologische Bewertung – Einführung in das Rundgespräch

[15 Seiten, 10 Schwarzweißabbildungen, 2 Tabellen]

Die Gewinnung von Energie aus Biomasse ist eng mit globalen Aspekten im Hinblick auf Kosten und Versorgungssicherheit mit fossilen Energieträgern, auf verstärkte Anstrengungen zu einem vorbeugenden Klimaschutz, aber auch auf die Nahrungsversorgung der wachsenden Weltbevölkerung verbunden. In Deutschland nimmt bei der Verwendung von Biomasse zur Energiegewinnung gegenwärtig die Erzeugung von Biodiesel aus Raps die Spitzenstellung ein, basierend auf 1990 erlassene EU-Richtlinien zum Abbau überschüssiger Getreideproduktion und darüber hinaus gefördert durch Befreiung von der Mineralölsteuer. Mit der Novellierung (2004) des Erneuerbare-Energien-Gesetzes wurde die Möglichkeit der direkten Verwertung des Gesamtaufwuchses an pflanzlicher Biomasse zu Biogas eröffnet. Dessen Umwandlung in elektrische Energie zu staatlich langfristig gesicherten Preisen hat zusätzlich großes Interesse in der Landwirtschaft gefunden. Gleichzeitig hat die Verwendung von Festbrennstoffen aus Holz aufgrund hoher Weltmarktpreise für Erdöl auch ohne staatliche Subventionen die Schwelle der Wirtschaftlichkeit überschritten.

Die bewusste Züchtung von Energiepflanzen hat mit der erwarteten Zunahme ihrer künftigen Bedeutung begonnen, wobei im Regelfall heterotische Steigerungen der Wuchsleistung der ganzen Pflanzen angestrebt werden.

Das energetische Potenzial einer vollständigen Ausschöpfung des natürlichen Zuwachses an Festbrennstoffen aus der Forstwirtschaft, sowie eines von bisher 2 Mio. auf etwa 4 Mio. Hektar ausgeweiteten landwirtschaftlichen Anbaus von Energiepflanzen und der intensivierten Verwendung bisher ungenutzter Reststoffe wird mitbestimmt von Effizienzunterschieden zwischen der Nutzung von Teil- und Ganzpflanzen, vom Wirkungsgrad der Energieumwandlung sowie von der Wuchsleistung der zu diesem Zweck angebauten Pflanzenarten und -sorten. Das daraus erwachsende Potenzial kann auf ein Vielfaches des gegenwärtigen (2006) Beitrags von 3,6 % zum Primärenergieverbrauch in Deutschland veranschlagt werden.

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Bernhard WIDMANN:
Biomasse für die Erzeugung von Wärme, Kraftstoffen und Strom

[12 Seiten, 12 Schwarzweißabbildungen, 2 Tabellen]

Mit der Novellierung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) zum 1. 8. 2004, mit EU-weit und national gesteckten Zielen zur Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energieträger, aber insbesondere auch durch den stetig steigenden Preis für fossiles Rohöl bestehen in Deutschland überwiegend günstige Voraussetzungen für die verstärkte Nutzung von Biomasse als Energieträger. Biomasse aus der Land- und Forstwirtschaft lässt sich in Form von Festbrennstoffen (Holz und halmgutartige Brennstoffe) vorwiegend zur Wärmebereitstellung, in Form von biogenen Kraftstoffen (Biodiesel, Rapsölkraftstoff, Ethanol und synthetische Kraftstoffe) für die Mobilität oder in Form von Biogas bzw. Biomethan aus der Fermentation von Gülle oder Energiepflanzen zur Kraft-Wärme-Kopplung oder zur Einspeisung in das Erdgasnetz nutzen. Die Anbauflächen für nachwachsende Rohstoffe haben sich in den letzten Jahren bundesweit auf 1,56 Mio. Hektar (13 % der Ackerfläche) ausgedehnt. Raps zur Kraftstofferzeugung (68 %) sowie Getreide und Mais zur Erzeugung von Ethanol und Biogas (12 %) nehmen dabei den größten Stellenwert ein. Holz aus der Forstwirtschaft ist der bedeutendste Energieträger für die Wärmebereitstellung. Der starke Zuwachs neu installierter Feuerungsanlagen, insbesondere bei Pelletkesseln, macht dies deutlich. Eine ebenso rasante Entwicklung zeigt sich bei den Biokraftstoffen hinsichtlich der Produktionskapazitäten, beim Tankstellennetz sowie bei den genutzten Mengen. Alle in Deutschland vorhandenen Produktionskapazitäten könnten inzwischen rund 10 % des Kraftstoffaufkommens abdecken. Auf die gesetzlich geregelte Einspeisevergütung für Strom aus Biomasse und seit 2004 insbesondere durch das novellierte EEG sind die Steigerungsraten bei den Biogasanlagen zurückzuführen. Rund 3500 Anlagen in Deutschland weisen eine installierte elektrische Leistung von 1100 MW auf. Insgesamt trugen die erneuerbaren Energieträger zu 5,3 % am deutschen Primärenergieverbrauch 2006 bei, davon wiederum knapp 70 % die Energieträger aus Biomasse. 5,5 % der Wärme, 3,0 % des Stroms und 4,7 % des Kraftstoffverbrauchs in Deutschland wurden 2006 aus Biomasse gedeckt. Zusammengenommen entspricht dies 5,1 % der Endenergie. Der Beitrag aller erneuerbarer Energieträger zum Endenergieverbrauch betrug dabei 7,4 %. Um das mittelfristig gesteckte Ziel zu erreichen, bis 2020 einen Anteil von 20 % aus erneuerbaren Energieträgern zu decken, sind zum einen Energieeinsparung und Effizienzsteigerung und zum anderen die Weiterentwicklung aller sinnvoller Verwertungspfade über eine zielgerichtete interdisziplinäre Forschung, Entwicklung und Bewertung erforderlich. Grundvoraussetzung ist jedoch die Schaffung langfristig für alle Beteiligten verlässlicher politischer und wirtschaftlicher Rahmenbedingungen.

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Peter QUICKER und Martin FAULSTICH:
Technologische Aspekte der Energiegewinnung aus Biomasse

[20 Seiten, 11 Schwarzweißabbildungen]

Das Bioenergiepotenzial in Deutschland wird im Jahr 2020 nach konservativer Einschätzung etwa 1400 Petajoule betragen. Dies ist ein Zehntel des derzeitigen Primärenergiebedarfs. Nachwachsende Rohstoffe, also Energiepflanzen, wie Raps, Mais oder Miscanthus, und Holz werden hieran etwa den gleichen Anteil haben wie biogene Reststoffe. Von Ernterückständen über tierische Nebenprodukte bis zum biogenen Anteil im Siedlungsabfall steht in diesem Bereich ein breites Spektrum an Brennstoffen zur Verfügung, das allerdings hohe Ansprüche an die Anlagentechnik stellt. Weil außerdem die Behandlung von Abfällen meist über den Annahmeerlös und nicht durch Vermarktung der gewonnenen Energie finanziert wird, besteht bei den Verwertern in der Regel kein gesteigertes Interesse an einer effizienten energetischen Verwertung. Das kostengünstigste Entsorgungsverfahren wird bevorzugt. In einigen Bereichen der Biomassenutzung – beispielsweise zur effizienten Stromerzeugung im Kleinstmaßstab, für die thermische Nutzung von Halmgut und bei der Vergasungstechnik – stehen ökonomische Lösungen bisher noch nicht zur Verfügung. Obwohl die Anwendung der Kraft-Wärme-Kopplung zur Bioenergienutzung wesentlich verbreiteter ist als in Großkraftwerken, besteht auch dort Nachholbedarf. Ein Beispiel sind die Biogasanlagen, die häufig abseits von geeigneten Wärmeabnehmern errichtet werden.

Um das in Deutschland vorhandene Biomassepotenzial zu erschließen und möglichst effizient zu nutzen, müssen folglich noch große Anstrengungen unternommen werden. Zur Umsetzung der ambitionierten Ausbauziele bezüglich Strom, Wärme und Mobilität aus Biomasse werden aber auch bei Nutzung aller inländischen Potenziale Importe unumgänglich sein. Dabei ist jedoch eine Zertifizierung der importierten Energieträger unbedingt notwendig. Selbst wenn wir das Ausbauziel der erneuerbaren Energieträger von 20 % bis 2020 erreichen, müssen immer noch 80 % der Energie konventionell bereitgestellt werden. Das bedeutet, dass der Energieeinsparung große Bedeutung zukommt. Höchste Effizienz und damit maximale Klimaentlastung müssen daher bei der Energieumwandlung und -nutzung im Mittelpunkt aller Überlegungen stehen.

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Daniela THRÄN:
Perspektiven und Szenarien für eine nachhaltige Biomassenutzung

[10 Seiten, 5 Schwarzweißabbildungen, 1 Tabelle]

Die energetische Nutzung von Biomasse kann in nennenswertem Umfang zur Einsparung von Ressourcen und zum Klimaschutz beitragen. In Deutschland sind erhebliche und künftig steigende Biomassepotenziale vorhanden, die gegenwärtig nur zu einem geringen Teil genutzt werden – jedoch hat in vielen Ländern Europas und weltweit bereits ein sehr dynamischer Ausbau der Nutzung und der damit verbundenen Märkte begonnen. Biomasse kann zur Bereitstellung von Wärme, Strom und Kraftstoffen eingesetzt werden und verfügt sowohl über marktreife Technologien als auch über vielfältige Forschungsaktivitäten. Nur durch einen Technologie-Mix können die unterschiedlichen Rohstoffe wie auch die Strukturen zu deren Bereitstellung optimal erschlossen werden. Dieser kann ab 2015 bis 2020 marktverfügbar sein und wird vor allem neue Nutzungsoptionen auf der Basis von holzartigen Rohstoffen beinhalten (z.B. BtL-Technologie, Synthesegas), sodass mittelfristig eine wachsende Holznachfrage erwartet wird. Zusätzlich wird der Handel mit Biomasse und Bioenergieträgern zunehmen. Vor diesem Hintergrund bedarf der nachhaltige Ausbau der deutschen Biomassenutzung nicht nur der weiteren Technologieentwicklung, sondern auch paralleler internationaler Aktivitäten sowohl zur Energieeffizienz als auch in Hinblick auf eine angepasste Landnutzung und Landwirtschaft.

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Alois HEISSENHUBER, Stefan BERENZ und Stefan RAUH:
Ökonomische Aspekte der Energiegewinnung aus Biomasse

[14 Seiten, 9 Schwarzweißabbildungen, 1 Tabellen]

In den vergangenen Jahrzehnten sind die Rohölpreise kontinuierlich angestiegen, dennoch war es aus ökonomischer Sicht nicht angebracht, Biomasse als Energiequelle zu nutzen. Diese Situation hat sich in der jüngsten Zeit deutlich verändert. Die Bereitstellung von Wärme aus Holz ist bei den derzeitigen Heizölpreisen bereits wettbewerbsfähig; für die Erzeugung von Biotreibstoffen und von elektrischer Energie aus Biomasse sind noch staatliche Eingriffe erforderlich. Als Biomassequelle steht eine ganze Reihe von Pflanzen zur Verfügung. Dabei handelt es sich durchwegs um Arten, die bisher schon für die Nahrungsproduktion eingesetzt wurden. Unterschiede bestehen vor allem in den Flächenerträgen. Sehr leistungsfähig wäre der Anbau schnell wachsender Hölzer, in der Praxis haben diese noch keinen Eingang gefunden, weil ihr Anbau eine langjährige Festlegung der Fläche bedeuten würde und es noch unsicher ist, wie nachhaltig die derzeitigen wirtschaftlichen und gesetzlichen Rahmenbedingungen sind. Durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) aus dem Jahr 2004 werden für elektrischen Strom aus erneuerbaren Energieträgern bestimmte Preise festgelegt, die vom Verbraucher zu zahlen sind. Bei Biotreibstoffen erfolgt die Förderung durch die Befreiung von der Mineralölsteuer bzw. durch eine Beimischungsverpflichtung.

Der Anstieg der Energiepreise und die Möglichkeit, Biomasse als Energieträger zu nutzen, führen zwangsläufig zu einer Konkurrenz zwischen der Erzeugung von Nahrungsmitteln und der Bereitstellung von Energie. Die Biomasse kann aufgrund begrenzter Flächenpotenziale nur einen Teilbeitrag für den Energiesektor leisten, sofern die Nahrungsproduktion nicht eingeschränkt werden soll. Aus volkswirtschaftlicher Sicht besteht heute das vordringliche Ziel in der Minderung der CO₂-Emissionen. Bei der Auswahl der dafür infrage kommenden Maßnahmen stellen die Kosten für die Minderung des CO₂-Ausstoßes ein entscheidendes Kriterium dar.

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Axel GÖTTLEIN, Rasmus ETTL und Wendelin WEIS:
Energieholznutzung und nachhaltige Waldbewirtschaftung – ein Zielkonflikt?

[9 Seiten, 6 Schwarzweißabbildungen, 4 Tabellen]

Bei der Produktion von Holz und Waldhackschnitzeln stehen die Schlagworte Produktivität und Wirtschaftlichkeit im Vordergrund, wobei bei dieser Betrachtung der erntekostenfreie Erlös das wichtigste wirtschaftliche Kriterium ist. Die durch die Biomassenutzung bedingten Nährstoffentzüge werden bislang praktisch nicht betrachtet, obwohl die stoffliche Nachhaltigkeit der Waldbewirtschaftung sowohl gesetzlich (Waldgesetz) als auch in Zertifizierungsrichtlinien (PEFC, FSC) festgelegt und gefordert ist. Es gilt daher, den Verlust an Nährstoffen bei der Entnahme von Holz und Waldhackschnitzeln bei unterschiedlichen Nutzungsintensitäten standortsbezogen abzuschätzen und diesen auch monetär zu bewerten. Auf dieser Grundlage können dann sowohl Nährstoff- als auch Kostenbilanzen der forstlichen Produktion aufgestellt werden.

Am Beispiel des intensiver untersuchten Standortes Flossenbürg (bayerische Waldklimastation) zeigt sich, dass bei einer Vollbaumnutzung (Derbholz + Rinde + Kronenmaterial) im Vergleich zu einer üblicherweise durchgeführten reinen Derbholznutzung mit Rinde der Biomasseentzug nur um ca. 20 % steigt, der Nährstoffentzug je nach Nährelement jedoch um 50 % (Kalzium) bis 190 % (Phosphor) erhöht wird. Bewertet man die Kosten für die Rückführung der entzogenen Nährstoffe, so steigen diese um 120 % (ca. 400 € je Hektar im Vergleich zu ca. 180 € je Hektar bei Derbholznutzung mit Rinde). Neben der Tatsache, dass eine zusätzliche Nutzung von Kronenmaterial zu einem deutlich überproportionalen Export von Nährelementen führt, stellt sich die Frage, ob das Ökosystem eine derartige Intensivierung seiner Nutzung ohne Kompensationsmaßnahmen überhaupt tragen kann. Für den Standort Flossenbürg ergibt sich, dass bei einer Vollbaumnutzung die nachschaffende Kraft des Standortes (unter Berücksichtigung der Stoffein- und -austräge mit Niederschlag und Sickerwasser) nicht ausreicht, um einen Nachfolgebestand mit einer vergleichbaren Biomasseproduktion zu erzeugen. Da die Stammrinde dasjenige Baumkompartiment mit dem höchsten Kalziumgehalt darstellt, ist für dieses Nährelement selbst eine Derbholznutzung mit Rinde kritisch zu sehen. Lediglich die Derbholznutzung ohne Rinde kann aus Sicht des Nährstoffhaushaltes längerfristig als unproblematisch betrachtet werden. Dies ist auch diejenige Variante der Biomassenutzung, die im Vergleich mit Kurzumtriebsplantagen oder landwirtschaftlicher Biomasseerzeugung hinsichtlich des Nährelementverbrauches die höchste Effizienz in Bezug auf die Bildung von Biomasse besitzt. Die für den Standort Flossenbürg erhaltenen Befunde haben sich in ähnlicher Weise auch für die wuchskräftigeren Standorte Ebersberg und Höglwald ergeben. Eine Intensivierung der Biomassenutzung wird dementsprechend auf vielen Standorten eine kompensatorische Rückführung von Nährstoffen erforderlich machen, um längerfristig Produktivitätseinbußen zu vermeiden.

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Julia WIEHE und Michael RODE:
Auswirkungen des Anbaus von Pflanzen zur Energiegewinnung auf den Naturhaushalt und andere Raumnutzungen

[13 Seiten, 4 Schwarzweißabbildungen, 5 Tabellen]

Die energetische Nutzung von Biomasse wurde in Deutschland in den letzten Jahren stark ausgebaut. Da die erneuerbaren Energieträger in geringerer räumlicher Dichte vorliegen als fossile Energieträger, sind die räumlichen Auswirkungen der regenerativen Energiegewinnung deutlich größer. Die bisherige und zukünftig zu erwartende Ausweitung der energetischen Nutzung von angebauter Biomasse wird starke Wechselwirkungen mit dem Naturhaushalt, den bisherigen Landnutzungssystemen und anderen Raumnutzungen hervorrufen. Da bei der energetischen Nutzung der Biomasse nicht mehr die Produktion von Ackerfrüchten das vorrangige Ziel ist, sondern hohe Erträge an pflanzlicher Trockenmasse, ist damit zu rechnen, dass sich die bisherigen Anbauverfahren verändern werden und neue Fruchtarten angebaut werden.

Die Veränderungen in den Anbausystemen der Energiepflanzen können sich im Vergleich zur derzeitigen Landwirtschaft sowohl negativ als auch positiv auf den Naturhaushalt auswirken. Um das Risiko der Beeinträchtigung des Naturhaushaltes zu untersuchen, müssen zunächst die Wirkfaktoren der landwirtschaftlichen Nutzung auf der Ebene des Schlages bzw. der Landschaft analysiert und bewertet werden. Auf dieser Grundlage muss aber auch die weitere Wirkungskette betrachtet werden, denn die durch diese Wirkungen hervorgerufenen Veränderungen im Naturhaushalt beeinflussen andere Raumnutzungen (z.B. Trinkwasserversorgung) in einer Region, die auf die gleichen natürlichen Ressourcen (z.B. Wasser) zurückgreifen. Es besteht daher ein Wirkungszusammenhang von der Produktion der Biomasse zur Energiegewinnung bis hin zu den am Ausbau der Biomassepfade direkt oder indirekt beteiligten Akteuren vor Ort. Werden bereits die Anbauverfahren der Biomasse naturverträglich und nachhaltig gestaltet, ist der Grundstein für einen konfliktfreien, raumverträglichen Ausbau der energetischen Biomassepfade in einer Region gelegt.

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Wolfgang HABER:
Auswirkungen der Energiegewinnung aus Pflanzen aus Naturschutzsicht

[8 Seiten, 1 Schwarzweißabbildung]

Die Ersetzung erschöpfbarer, umweltbelastender fossiler Energieträger durch erneuerbare Energieträger ist eine alte Forderung des Naturschutzes. Sie wird jetzt, vor allem wegen des Klimaschutzes, mit großem Nachdruck umgesetzt, der neue Belastungen für Natur und Landschaft befürchten lässt, vor allem wegen der Nutzung von Pflanzen zur Energiegewinnung für Strom, Wärme und Kraftstoffe. Erneuerbare Energieträger werden dezentral erzeugt, Windräder, Solarzellenanlagen und Energiepflanzenfelder sind überall sichtbar und verändern das gewohnte Landschaftsbild. Die seit zwanzig Jahren eingeleitete Entwicklung zu einer naturschutzgerechteren Land- und Forstwirtschaft mit besserem Schutz von Arten und Biotopen droht durch die Erzeugung pflanzlicher Biomasse durchkreuzt zu werden. Denn sie gehorcht technologischen und ökonomischen Antrieben, die Erzeugung großer Mengen mit rationellen Methoden verlangen. Diese vertragen sich kaum mit den Erwartungen des Naturschutzes, das bei der Biotop- und Landschaftspflege anfallende Pflanzenmaterial, z.B. den Grasschnitt von nicht mehr bewirtschafteten Wiesen und Weiden, für die Energiegewinnung zu nutzen. Die Mengen sind für eine dauerhafte Belieferung von Biomassekraftwerken zu gering und räumlich zu weit verstreut und die dafür gezahlten Vergütungen zu niedrig. Der Anbau von Energiepflanzen, der ja auch in Konkurrenz zu dem von Nahrungspflanzen tritt, versetzt den Natur- und Umweltschutz in Zwiespalt, da Klimaschutzziele wie die Vermeidung von Kohlendioxidemissionen – noch verstärkt durch den von ihm getragenen Ausstieg aus der Atomenergie – mit den eher lokalen Zielen des Arten-, Biotop- und Landschaftsschutzes kaum vereinbar sind.