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7.1 Forschung & Entwicklung: Biotreibstoffe erster, zweiter und dritter Generation
Die Wissenschaftler unterteilen die Produktionsprozesse für die Herstellung von Biotreibstoffen in eine erste, zweite und dritte Generation. Biomasse-Kraftwerke der zweiten Generation befinden sich derzeit noch im Pilot- oder Versuchs-Stadium, so wie etwa die Borregaard-Anlage zur Herstellung von Bioethanol aus Abfallprodukten der Zelluloseherstellung in Attisholz SO.
Biotreibstoffe erster Generation
Ölhaltige Pflanzen wie Raps oder Soja, zuckerhaltige Gewächse wie Zuckerrüben oder Zuckerrohr und stärkehaltige Pflanzen wie Mais oder Getreide liefern die Rohstoffe für die Produktion von Biotreibstoffen erster Generation. Ölhaltige Pflanzen eignen sich für die Herstellung von Rapsöl oder Methylester in Dieselqualität, zucker- und stärkehaltige Pflanzen ergeben Bioethanol.
Biotreibstoffe zweiter Generation
Aus zellulose- und ligninhaltigen Pflanzen und Stoffen wie Holz, Gras etc. kann Zellulose-Ethanol, auch Biomass to Liquid (BtL)-Treibstoff genannt, hergestellt werden. Die Herstellung von BtL-Treibstoff befindet sich derzeit noch in Entwicklung, da die Aufgabenstellung anspruchsvoll ist: Man möchte in so genannten Bioraffinerien Zellulose und Hemizellulose in vergärbare Zucker umwandeln und mit Hilfe von Hefen direkt zu Ethanol vergären. Das Lignin würde die für den Prozess benötigte Energie liefern. Technische Schwierigkeiten haben bis jetzt die Aufnahme des industriellen Betriebs solcher Anlagen verzögert. Einerseits ist der Abbau von Zellulose und Hemizellulose zu vergärbaren Zuckern noch schwierig und langsam, da Zellulose- und Hemizellulose-Verbindungen komplexe Strukturen aufweisen. Andererseits können die Mikroorganismen, die bei der Ethanolproduktion eingesetzt werden, nicht alle aus der Hemizellulose freigsetzten Zucker vergären.
2008 laufen etwa 15 Versuchsanlagen zu Forschungszwecken. In den USA, wo solche Pilotanlagen staatlich gefördert werden, sind 20 weitere Anlagen in Planung oder Bau. Da sechs dieser Anlagen nach der biochemischen oder der gemischten Technologie funktionieren werden, ist in den USA mit dem Bau dieser Anlage die Industrialisierungsphase der Biotreibstoffe zweiter Generation bereits eingeläutet worden.
In die Biotreibstoffe zweiter Generation werden derzeit sehr grosse Hoffnungen gesetzt, nachdem die Hoffnungen zur Lösung unserer Umweltprobleme durch Biotreibstoffe der ersten Generation nach einer eingehenden Produkt-Ökobilanzierung so ziemlich begraben werden mussten. Die Gründe für die neuen Hoffnungen: Biotreibstoffe zweiter Generation werden hauptsächlich mit Abfallprodukten hergestellt und konkurrenzieren die Nahrungsmittelproduktion deshalb nicht. Auch scheinen Holzabfälle in beliebiger Menge verfügbar zu sein.
Aber auch bei den Biotreibstoffen zweiter Generation sehen Experten gewisse Nachteile. Einmal seien die Rückstände nach der Ernte landwirtschaftlicher Kulturpflanzen beschränkt, da man einen Teil der Rückstände auf dem Feld lassen müsse. Dann sei ein Teil der Rückstände und Abfälle schon vergeben, für die Biogasproduktion, Wärme- und Stromgewinnung. Auch sei der logistische Aufwand und die benötigte Energie für die Beschaffung der Rückstände und Abfälle nicht zu unterschätzen.
Biotreibstoffe der 2. Generation
Für diesen komplexem Umwandlungsprozess exisiteren verschiedene Verfahren:
1. Biochemische Umwandlung
Vorbehandlung (Trennung der Bestandteile), enzymatische Hydrolyse und Gewinnung von vergärbarem Zucker aus der Cellulose, Gärung, Destillation
2. Thermochemische Umwandlung
Vergasung: Umwandlung der Biomasse in Syngas durch ein Reaktionsgas, katalytische Umwandlung: Umwandlung des Syngases in Ethanol, Destillation. Diese Umwandlung entspricht im Prinzip der Herstellung von Treibstoff aus Kohle nach dem Fischer-Tropsch-Verfahren
3. Gemischte Umwandlung
Vergasung, biokatalytische Gärung: Umwandlung des Syngases in Ethanol, Destillation.
Biotreibstoffe dritter Generation
Für die Herstellung von Biobenzin, Isoprenoidkraftstoffen und Octanol werden Mikroorganismen und Algen gentechnisch und mit Methoden der Synthetischen Biologie so verändert, dass sie aus pflanzlichen Abfallstoffen Verbindungen herstellen, die den petrochemischen Treibstoffen ähnlich sind. Diese dritte Generation Biotreibstoffe ist zurzeit aber noch ganz ferne Zukunftsmusik.
7.2 Schätzung künftiger Importe
Das Swiss Centre for Life Cycle Inventories macht in seinem 2007 publizierten Bericht "Life Cycle Inventories of Bioenergy" diese Schätzung in Bezug auf künftige Importe von Biomasse und Biotreibstoffen in die Schweiz (3):
Nach der Einführung der neuen Mineralölsteuer-Verordnung dürften die Importe der meisten oben aufgeführten Biotreibstoffe in die Schweiz erschwert bis unwahrscheinlich sein. Vor dem Import müssten die Importeure nämlich den Nachweis erbringen, dass ihre Biotreibstoffe die Anforderungen der positiven ökologischen Gesamtbilanz erfüllen, wie in Kapitel 6.1 aufgezeigt wurde.
7.3 Potenzial Schweiz: Wieviel Benzin und Diesel lässt sich mit Biotreibstoffen einsparen?
Einsparung von Benzin und Diesel durch Bioethanol und Biodiesel
Bioethanol hatte 2007 einen Anteil von 0,7 Promille am Benzinverbrauch von insgesamt 4,7 Mrd. Liter, Biodiesel einen Anteil von 4 Promille am Dieselölverbrauch von insgesamt 2,4 Mrd. Liter.
Nach Berechnungen des Schweizerischen Bauernverbands müssten auf 190'000 Hektaren Raps angebaut werden, um dem Diesel in der Schweiz 10 Prozent Biodiesel beimischen zu können. Für eine zehnprozentige Beimischung von Bioethanol zu Benzin wäre der Anbau von Zuckerrüben auf 74'000 Hektaren nötig. Insgesamt gibt es in der Schweiz 300'000 Hektaren Ackerland.
Verdrängen Biotreibstoffe bald die Nahrungsmittelproduktion?
Das Bundesamt für Landwirtschaft (BLW) stellte im Frühling 2008 die Resultate einer Studie (6) vor, die es der Professur für Agrarwirtschaft am Institut für Umweltentscheidungen der ETH Zürich in Auftrag gegeben hatte. Die Kernfrage war dabei, ab welchem Energiepreis die Landwirtschaft von der Nahrungsmittel- auf die Energieproduktion umsteigen würde.
Die Resultate der Studie: Steigen die Dieselpreise über 2.30 Franken und die Benzinpreise über 2.70 Franken pro Liter, so könnte die Produktion von Biodiesel aus Schweizer Raps und die Herstellung von Bioethanol aus Schweizer Mais für die Landwirte finanziell attraktiv werden. Es wäre vorstellbar, dass eine Fläche von 153'000 Hektaren oder 15 Prozent der landwirtschaftlichen Nutzfläche für den Anbau von Biotreibstoffen verwendet würde. Kletterten die Treibstoffpreise gar auf 3.70 Franken, so könnte die Bioenergieproduktion rund 80 Prozent der schweizerischen Ackerfläche beanspruchen. Aber selbst dann wäre der Anteil von Biotreibstoffen am gesamten Treibstoffverbrauch mit nur gerade acht Prozent unbedeutend.
Die BLW-Berechnungen sind rein theoretisch, denn wenn sich eine solche Entwicklung abzeichnen sollte, kämen Zoll- und Steuermassnahmen zum Zug. Und wenn die Energiepreise stiegen, nähmen auch die Nahrungsmittelpreise zu. Womit der Anbau von Nahrungsmitteln für die Landwirte ebenso lohnend wäre.
Einsparung von Treibstoff durch Biogas
2007 ist in der Schweiz eine Menge von Erdgas und Biogas getankt worden, die zehn Mio. Litern Benzin entspricht. Dies sind zwei Promille des Benzin-Verbrauchs von 4,7 Mrd. Litern Benzin. Dabei hatte das Erdgas einen Biogas-Anteil von über 20 Prozent; Biogas hat also einen Anteil von 0,4 Promille am Benzin-Verbrauch 2007. Biogas ist der biogene Treibstoff, der in der Schweiz das grösste Wachstums-Potenzial hat, denn die biogenen Abfälle könnten in der Schweiz noch systematischer gesammelt werden und Biogas-Anlagen zugeführt werden.
E'mobile, der Schweizerische Verband für elektrische und effiziente Strassenfahrzeuge, nimmt auf seiner Webseite diese Schätzungen vor zur Frage, wie viel Treibstoff aus Bioabfall in der Schweiz noch gewonnen werden könnte: "Pro Tonne Bioabfall werden rund 130 Kubikmeter Biogas gewonnen, was etwa 70 Litern Benzin entspricht. Würden alle organischen Abfälle in der Schweiz (etwa 1,5 Mio. Tonnen pro Jahr) vergärt und als Treibstoff eingesetzt, könnten damit 100'000 Autos je etwa 10'000 Kilometer weit fahren."
7.4 Potenzial Brasilien
In Brasilien wird auf einer Fläche von 5,6 Mio. Hektaren Zuckerrohr angepflanzt. 2005 wurde die Hälfte davon zu 15 Mio. Kubikmeter Bioethanol verarbeitet. Nach Schätzungen von Embrapa, der staatlichen landwirtschaftlichen Forschungsgesellschaft Brasiliens, gibt es in Brasilien ein Potenzial von 90 Mio. Hektaren für die Bioethanol-Produktion. Bliebe der Ethanolertrag gleich, würde diese Fläche einen Ertrag von 480 Mio. Kubikmeter Bioethanol pro Jahr abwerfen. Bei einem Energie-Äquivalent von 6,4 Mio. Barrel Öl pro Tag entspricht dies aber nur 7,5 Prozent der aktuellen Weltölproduktion von 85 Mio. Barrel pro Tag.
In Brasilien steigt die Bioethanolproduktion jährlich um etwa 5 Mio. Kubikmeter, was einem Erdöläquivalent von 25 Mio. Barrel entspricht. Gleichzeitig steigt der weltweite Ölbedarf jährlich um 2,5 Prozent oder um 776 Mio. Barrel. Wie aus diesem Vergleich hervorgeht, kann bei solchen Mengenrelationen Bioethanol in naher Zukunft keinen relevanten Beitrag zur Lösung des weltweiten Treibstoff-Problems leisten.
Aber immerhin: In Brasilien liegt der Anteil von Bioethanol am gesamten Treibstoffverbrauch auf Strassen jetzt schon bei fast 21 Prozent.