Cornelia Pieper (NA), 2008-06-26:
Ende vergangenen Jahres haben wir im Ausschuss für

Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung den
Arbeitsbericht Nr. 114 „Industrielle stoffliche Nutzung
nachwachsender Rohstoffe“ des Büros für TechnikfolgenAbschätzung entgegengenommen. Er zeigt uns deutlich,
dass die aktuelle Biomasse-Diskussion und ein industriell
stoffliches und energetisches Gesamtnutzungskonzept
nur vor dem Hintergrund breitangelegter forschungsund technologiepolitischer Prozesse betrachtet werden
können.
Zu Protokoll gegebene Reden

Der Rohstoff- und Energieverbrauch steigt weltweit
stark an. Die Verfügbarkeit fossiler Energiereserven ist
jedoch endlich und eng mit dem Problem einer starken
CO2-Belastung der Umwelt verbunden. Bei 11,9 Milliarden Barrel erkundeten Ölreserven und geschätzten
66 Milliarden Barrel potenziellen Reserven könnte die
Verfügbarkeit des Erdöls auf noch 55 Jahre angesetzt
werden. Heute beruhen rund 90 Prozent der chemischen
Rohstoffbasis auf den fossilen Rohstoffen Erdöl und Erdgas. Doch die nachwachsenden Rohstoffe gewinnen gerade für die chemische Industrie immer mehr an Bedeutung. Aktuell beträgt der Anteil der Biomasse in der
chemischen Industrie bereits etwa 10 Prozent.

Eine weitere Belastung der Atmosphäre mit klimaschädlichen Gasen aufzuhalten bzw. zu verhindern, stellt
heute eine der größten gesellschaftlichen Herausforderungen dar. Die Forschung zur industriell stofflichen und
energetischen Nutzung nachwachsender Rohstoffe gewinnt dabei zunehmend an Bedeutung. Sie fühlt sich dem
Ziel verpflichtet, einerseits mittelfristig einen Ersatz für
die Nutzung fossiler Energiequellen zu schaffen und andererseits eine Flächenkonkurrenz und damit eine Nahrungsmittelverknappung zu verhindern.

Es setzt sich langsam die Erkenntnis durch, dass eine
einfache Ausweitung der Biokraftstoffproduktion der ersten Generation auf der Grundlage von Zucker- und Stärkepflanzen sowie Ölpflanzen an natürliche Grenzen stößt
und dass ein Nutzen für Mensch und die Umwelt nicht
mehr auszumachen ist. Auch ein Rückgriff auf Altfette,
wie zum Beispiel das Altspeiseöl, ist nur begrenzt möglich. Auch hier sind die Preise allein im vergangenen Jahr
von 340 auf 530 Euro je Tonne gestiegen. Biosprit der
ersten Generation gilt heute schon als ein Preistreiber für
die Lebensmittelpreise.

Die Weltmarktpreise für Nahrungsmittel sind in den
vergangenen drei Jahren um 83 Prozent gestiegen. Die
Preise für Weizen, Mais, Soja und Ölsaaten steigen stetig.
Allein der Preis für eine Tonne Weizen ist von 70 Euro im
Jahr 2000 auf heute 230 Euro explodiert. Die Verfügbarkeit von Ackerland in der EU ist eine entscheidende
Restriktion für eine deutliche Ausweitung der Biokraftstoffproduktion. Zusätzliche geeignete Anbauflächen fehlen weltweit und können heute nur noch durch weitere Rodungen, zum Beispiel in Regenwaldregionen dieser Erde,
erweitert werden.

Eine nur zehnprozentige Beimischung von Biosprit bedeutet für Deutschland einen Jahresbedarf von 4 Millionen Tonnen. Hierfür werden 5 Millionen Tonnen Rapssaat und 6 Millionen Tonnen Getreide gebraucht. Die
hierfür benötigte landwirtschaftliche Nutzfläche von
30 000 Quadratkilometern entspricht in etwa der Größe
von Brandenburg. Wissenschaftliche Untersuchungen belegen, dass aus einem Hektar landwirtschaftlicher Nutzfläche 1 550 Liter Rapsdiesel oder 2 560 Liter Bioethanol, beide erste Generation, oder 4 000 Liter BtL-Diesel,
zweite Generation, hergestellt werden können. Treibstoffe
der zweiten Generation - hergestellt auf der Basis einer
breitangelegten Biomassenutzung - wachsen auf weniger
als einem Viertel der Fläche. Das entspräche etwa
65 Prozent der heute 8 000 Quadratkilometer brachliegenden landwirtschaftlichen Nutzflächen.

9 Prozent des weltweiten Primärenergieverbrauchs ist
heute auf die Nutzung „traditioneller Biomassen“ wie
Brennholz und Holzkohle zurückzuführen. Die Verwendung „moderner Biomassen“ zielt mehr auf den Ersatz
konventioneller fossiler Energieträger ab. Die Rohstoffbasis hierfür bilden Energiepflanzen im landwirtschaftlichen Anbau, forstwirtschaftliche Nebenprodukte,
Reststoffe aus der Holzverarbeitung sowie organische
Nebenprodukte und Abfälle. Das setzt allerdings ihre
Konversion zu flüssigen und gasförmigen Sekundärenergieträgern voraus, was landläufig als „Veredlung von
Biomasse“ bezeichnet wird. Dabei wird das Ziel verfolgt,
die Energiedichte der Biomasse zu erhöhen, ihre Transportfähigkeit zu verbessern und ihre Nutzung mit vorhandenen Technologien der Endenergienutzung zu ermöglichen.

Es gibt eine Reihe von Konversionstechnologien, die
bereits Stand der Technik sind. Die Konversionsverfahren
für Kraftstoffe der ersten Generation, die zucker- und
stärkehaltige Samen und Feldfrüchte, wie Zuckerrüben,
Zuckerrohr, Mais, Roggen oder Weizen, zum Benzinersatz
Bio-Ethanol oder Öl von Pflanzen, wie Raps, Soja oder
Palmen, zu Pflanzenöl und Biodiesel umwandeln, sind
nicht wirtschaftlich und einer befriedigenden Kraftstoffversorgung schon heute nicht zuträglich. Der Energieaufwand für deren Herstellung ist oftmals größer als der
Energiegehalt der Kraftstoffe. Die Belastungen der
Ackerböden und der Luft ist allein durch die eingesetzten
Düngemittel und Pestizide außerordentlich hoch.

Statt auf Feldfrüchte, die eigentlich der Nahrungsmittelproduktion dienen, für die Energiegewinnung zu setzen, muss künftig stärker auf die Verwendung celluloseund ligninhaltiger Pflanzen von schnell wachsendem
Holz, ganzer Kulturpflanzen, Reststoffe aus der Waldund Holzwirtschaft gesetzt werden.

Darauf konzentrieren sich Forschung und Entwicklung für Kraftstoffe der zweiten Generation. Das Potenzial zur CO2-Einsparung ist bei den Kraftstoffen der zweiten Generation nämlich doppelt so hoch. Bei der
Herstellung von Biokraftstoffen der zweiten Generation
werden - im Unterschied zu Biokraftstoffen der ersten
Generation - nicht nur Teile, sondern die ganzen Pflanzen genutzt. Sie haben in puncto CO2-Effizienz im Vergleich zu allen realistischen Alternativen einen riesigen
Vorsprung. Die Produkte der zweiten Generation setzen
auf Konversionstechnologien wie Vergasung und Pyrolyse sowie Biomass-to-Liquid-Prozesse. Sie tragen heute
schon Markennamen, wie „bioliq“({0}), „Erneuerbare
synthetische Kraftstoffe“ ({1}), „Sunfuel“
({2}) oder „Sundiesel“ ({3}).

Vier chemische Verfahren erscheinen aus heutiger
Sicht besonders erfolgversprechend: das Karbon-V-Verfahren der Choren-Industries-GmbH, die Direktverflüssigung von Biomasse mittels Katalysatoren der bayerischen Firma Alphakat und der Hochschule für
angewandte Wissenschaften Hamburg und das BioliqVerfahren des Karlruhe Institut of Technology ({4}),
einem Verfahren der Schnellpyrolyse von Stroh zu PyroZu Protokoll gegebene Reden
lysekoks und Pyrolyseöl zu einem sogenannten „Slurry“.
Im Choren-Verfahren wird Biomasse bei 400 bis
500 Grad Celsius in teerhaltiges Schwelgas und Biokoks
umgesetzt, in Rohgas umgewandelt und in einem FischerTropsch-Reaktor mit Hilfe von Katalysatoren in flüssigen
Kraftstoff umgewandelt. Das Verfahren von Alphakat und
der HfaW Hamburg dient der direkten Verflüssigung biologischen Ausgangsmaterials und setzt auf katalytische
Reaktionsbeschleuniger, die langkettige Kohlenwasserstoffe in minutenschnelle, bei weniger als 400 Grad Celsius und ohne Umweg über den Fischer-Tropsch-Prozess
aufspalten. Mit dieser Direktverflüssigung werden energetische Wirkungsgrade von rund 70 Prozent erreicht. An
der Hochschule in Hamburg werden derweil Holz, Stroh
und Kunststoffrückstände aus der Automobilindustrie zu
Kraftstoffen umgewandelt. Die erste, im industriellen
Maßstab nutzbare Anlage zur Katalytischen Drucklosen
Verölung hat den Betrieb am 12. April 2007 in Barrie,
Kanada, aufgenommen. Die Anlage ist zur Verölung von
Reststoffen aus dem Aufbereitungsprozess von Elektronikschrott - Kunststoffgranulat, Kabelisolierungen ausgelegt. Sie wurde nach den technischen Vorgaben des
Verfahrensgebers Dr. Christian Koch von der Alphakat
Engineering GmbH realisiert und in Betrieb gesetzt.

Auch die Forscher am KIT arbeiten am Biosprit 2.0.
Hier geht man davon aus, dass aus einer Art Rohöl aus
Reststoffen der Landwirtschaft der sogenannte „Slurry“
herstellt wird. Der energiereiche „Slurry“ kann direkt zu
Bioraffinerien gebracht werden und dort zu maßgeschneiderten Kraftstoffen veredelt werden. Das ermöglicht, die Pyrolyse in jedem Landkreis in Deutschland zu
organisieren und von dort aus den energiereichen
„Slurry“ an die Raffinerien im Umkreis von 250 Kilometer zu transportieren.

Nicht zuletzt ist das „Butalco-Verfahren“ eines
schweizerisch-deutschen Unternehmens zu nennen. Hierbei werden mittels Säuren mehrere Zuckerarten aus Holz
herausgelöst. Diese werden dann anschließend mit speziell gentechnisch gezüchteten Hefen in Ethanol oder sogar Butanol umgesetzt. Letzterer kann sowohl Benzin als
auch Diesel beigemischt werden.

Der Exzellenzcluster „Maßgeschneiderte Kraftstoffe
aus Biomasse“ an der RWTH Aachen verfolgt einen interdisziplinären Ansatz zur Erforschung neuer, synthetischer Kraftstoffe auf Basis von Biomasse. Durch die
Formulierung neuer Kraftstoffe mit spezifisch zugeschnittenen Eigenschaften soll das Potenzial effizienter
und sauberer Niedertemperaturbrennverfahren für Verbrennungsmotoren erforscht werden. Mit dem zu erforschenden neuen selektiven Prozess zur Umwandlung des
gesamten Pflanzenmaterials - Lignocellulose - in maßgeschneiderte Kraftstoffkomponenten wird dieser Exzellenzcluster Basis sein für die dritte Generation biogener
Kraftstoffe. Diese Kraftstoffe - ganz im Gegensatz zu
vielen heutigen Biokraftstoffen - werden dabei nicht im
Wettbewerb zur Nahrungsmittelkette stehen!

Das Kompetenzzentrum Kraftstoff-Design ({5}) dokumentiert die enge Zusammenarbeit von
Wissenschaftlern aus der naturwissenschaftlichen Fakultät und der Fakultät für Maschinenwesen der RWTH sowie den beteiligten Partnerinstitutionen: aus dem Aachener Fraunhofer-Institut für Molekulare Biotechnologie
und Angewandte Ökologie sowie dem Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mühlheim an der Ruhr. Das
integrative Forschungsfeld „Molekulare Transformation“ konzentriert sich auf die gezielte Umsetzung biogener Substrate aus den Rohstoffströmen Cellulose, Hemicellulose und Lignin zu molekular definierten
Komponenten eines maßgeschneiderten Kraftstoffs.

Aber auch am KIT wird im Rahmen der Erweiterung
der Schnellpyrolyseanlage gemeinsam mit dem Anlagenbauer Lurgi daran gearbeitet, den „Slurry“ in einer Raffinerie mit Flugstromvergaser in Methanol und anschließend in einen maßgeschneiderten Kraftstoff der dritten
Generation zu verarbeiten. Biomasse und Biokraftstoffe
sind auch künftig wichtige Forschungsfelder. Wissenschaftler und Ingenieure sind in den nächsten Jahren
verstärkt gefragt, damit der Einsatz solcher Kraftstoffe
technisch verträglich und zugleich umweltschonend ermöglicht wird.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung
({6}) hat im Rahmen seines Förderkonzepts „Grundlagenforschung Energie 2020+“ die energetische Nutzung von Biomasse zu einem Schwerpunkt gemacht. Dazu
hat das Ministerium die Förderinitiative „BioEnergie
2021 - Forschung für die Nutzung von Biomasse“ ausgeschrieben. Für diese Initiative sind 50 Millionen Euro für
einen Zeitraum von bis zu fünf Jahren eingeplant. Forscherteams aus Hochschulen, außeruniversitären Einrichtungen und aus der Wirtschaft werden gemeinsam an
neuen Prozessen für die Umwandlung von Biomasse arbeiten, damit aus pflanzlichen und sonstigen biologischen
Abfällen Kraftstoffe der sogenannten zweiten Generation
werden. Ziel ist es, durch ausgewählte Forschung und
Entwicklung bereits vorhandene Technologien zur Biomassenutzung zu optimieren, Verfahren miteinander zu
verknüpfen - Kaskadennutzung - und neue Verfahren zu
entwickeln, um den begrenzt verfügbaren Rohstoff Biomasse so effizient und nachhaltig wie möglich energetisch
zu nutzen.

Ein besonderes Förderangebot richtet sich an Arbeitsgruppen unter Leitung von jüngeren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die langfristig angelegte Forschungsvorhaben mit völlig neuen Ansätzen zur Nutzung
von Biomasse verfolgen wollen. Die Arbeiten der BMBFFörderinitiative werden eng verzahnt mit laufenden Aktivitäten in den Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft. Das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung,
UFZ, beschäftigt sich in Forschungsarbeiten auch mit
Aspekten einer agrarökonomischen- und ökologischen
Betrachtung von Biomasseerzeugung. Auch mit der
Gründung des Biomasseforschungszentrums Leipzig sollen künftig die Forschungskapazitäten für die Biomasseforschung koordiniert werden. Forschung und Entwicklung für die umfassende Nutzung der regenerativen
Energien ist unverzichtbar; denn die mit der Biomassenutzung verbundenen Spitzentechnologien eröffnen Zukunftschancen für den Wissenschafts- und Wirtschaftsstandort Deutschland.
Zu Protokoll gegebene Reden