Pflanzen als Energielieferanten

Schnell wachsende Weidebäume können jährlich viele Tonnen Biomasse Bioenergieerzeugung liefern. (Quelle: © Lamiot/ WikiCommons)

Die wohl älteste Form der Bioenergieerzeugung ist das Verbrennen von Pflanzenteilen, um zu heizen. Seit dem 21. Jahrhundert sind die Möglichkeiten, Biomasse in Energie umzuwandeln vielfältig geworden. In Deutschland wird mittlerweile der größte Anteil regenerativer Energien durch Bioenergie erzeugt: 5,5 % des gesamten Stromverbrauchs, 8,73 % des Wärmeverbrauchs und 5,8 % des Kraftstoffverbrauchs (BMU) werden durch die Bioenergie aus Biomasse gedeckt. Mit Holz, Stroh, Getreide, Algen oder Bioabfällen lässt sich Wärme, Strom oder Biokraftstoff erzeugen. Gegenüber fossilen Brennstoffen sind erneuerbare Energien aus Biomasse sehr viel klimafreundlicher. Die Pflanzen wachsen so schnell, dass ihre energetische Nutzung im Gegensatz zu beispielsweise Erdöl, als CO2-neutral gilt. Biomasse hat darüber hinaus einen weiteren, entscheidenden Vorteil: Sie ist speicherbar bzw. kann gelagert werden.

Energiewälder

Den größten Energieertrag liefert nach wie vor das Verbrennen von Biomasse. In Biomasseheizkraftwerken werden Hackschnitzel, Holzpellets, Stroh oder Bioabfälle, in manchen Fällen auch Olivenkerne oder Chinaschilf in Dampfkesseln verfeuert, um Wärme zu erzeugen. Um in möglichst kurzer Zeit und ressourcenschonend Holzschnitzel und – pellets zu gewinnen, werden sogenannte Kurzumtriebsplantagen (KUP) mit besonders schnell wachsende und anspruchslose Forstkulturen, wie etwa Pappeln oder Weidenbäume angepflanzt. Die Wurzel der Bäume bleibt nach der Ernte stehen und treiben im Frühjahr erneut aus. Die Plantagen können so über mehrere Jahre Erträge von 12 Tonnen Biomasse pro Hektar liefern. Bisher sind solche „Energiewälder“ in Deutschland jedoch nicht weit verbreitet und befinden sich meist noch im Versuchsanbaustadium. Im Projekt SUSTAINPINE der Universität Göttingen wird beispielsweise an der Kiefer geforscht. Mit Hilfe genetischer Analysen soll der Biomasseertrag der Bäume erheblich gesteigert werden. Im Rahmen des Projektverbundes POPMASS entwickeln Wissenschaftler neue gentechnische Ansätze, um die Blütezeit, Pflanzenarchitektur und Zellwandzusammensetzung von Energiebäumen zu optimieren.

Biokraftstoffe

Eine weitere Nutzungsmöglichkeit von Biomasse ist die Erzeugung von Biokraftstoffen. In Deutschland dominiert derzeit die Produktion von Biodiesel aus Rapsöl. Unter Zugabe von Methanol bilden sich aus dem Pflanzenöl in einer so genannten Umesterungsanlage Biodiesel. Ein weiterer wichtige Kraftstoff ist Bioethanol.   Aus Pflanzen mit hohen Gehalten an Zucker oder Stärke, wie etwa Mais, Zuckerüben oder Weizen entsteht durch alkoholische Gärung Ethanol. Aktuell verfolgen Pflanzenzüchter daher das Ziel, Energiepflanzen mit besonders hohem Biomasseertrag zu züchten, wie im Mais-Zuchtprojekt CORNFEED. Durch eine verzögerte Reifung wachsen die Maispflanzen mehrere Meter hoch. An der Universität Hohenheim ist es bereits gelungen, Maispflanzen mit doppelter Trockenmasse zu züchten.

Biosprit aus Algen. (Quelle: © iStockphoto.com / Rob Broek)

Biokraftstoffe der nächsten Generation

Als Biokraftstoffe der ersten Generation werden Biodiesel und Bioethanol von den Experten jedoch auch als kritisch eingestuft, da sie aus Pflanzenölen, Zucker und Stärke hergestellt werden. Sie konkurrieren daher mit der Flächennutzung für die Nahrungs- und Futtermittelproduktion. Die Pflanzenforschung arbeitet daher auch an Lösungen, die Lignocellulose aus Pflanzenresten statt Feldfrüchten zu verwerten. Lignocellulose ist ein Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände, lässt sich bisher jedoch nur schlecht enzymatisch Verdauen.  Aktuell versucht die Pflanzenforschung die enzymatische Zugänglichkeit von Lignocellulose zu verbessern und neue Enzyme aufzuspüren, mit denen sich die Zellwände leichter verzuckern lassen, wie beispielsweise im Projekt CELLWALL.

Als Alternative Bioenergiequelle sind auch ölhaltige Algen im Gespräch. An vielen Küsten schwemmen sie von alleine tonnenweise an. Zusätzlich ließen sich Mikroalgen züchten, ohne dass sie um Ackerflächen konkurrieren müssten. Bereits heute sind Algen als Lieferanten von Vitaminen, Farbpigmenten, Aminosäuren und Lebensmittelzusatzstoffen geschätzt. Die kommerzielle Produktion von Algen-Treibstoffen befindet sich derzeit allerdings noch in der Entwicklung. Bislang ist die Produktion von Algen-Krafstoffen zu teuer, um fossilen Brennstoffen Konkurrenz zu machen.

Ein weiteres Verfahren, Bioreststoffe, Pflanzen oder Gülle energetisch zu nutzen, ist die Fermentation zu Biogas. Durch Vergärung  bildet sich ein Gemisch, das vor allem aus Methan und Kohlendioxid besteht. Biomethan kann als gasförmige Alternative Erdgas als Kraftstoff ersetzen. Anwendung findet Biomethan für die Produktion von Elektrizität und Wärme in Blockheizkraftwerken (BHKW) oder als Treibstoff für Fahrzeuge. In Deutschland gibt es derzeit um die 130 Erdgastankstellen, an denen Biokraftstoff aus 100 Prozent Biomethan angeboten wird.