Hohes Potenzial von Grenzertragsflächen für die Biokraftstoffproduktion

19.02.2013 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Ertragsarme Böden bieten zusätzliche Anbaufläche für die Bioenergie-produktion (Quelle: © Phil Robertson /MSU)
Ertragsarme Böden bieten zusätzliche Anbaufläche für die Bioenergie-produktion (Quelle: © Phil Robertson /MSU)

Ertragsarme Böden, die für den Anbau von Nahrungspflanzen ungeeignet sind, können erheblich zur Produktion nachhaltiger Biokraftstoffe beitragen – mit positiver Klimabilanz.

Sie sind ertragsarm, von Erosion bedroht oder schwer zugänglich: so genannte Grenzertragsböden eignen sich nicht für die industrielle Lebensmittelproduktion. Auf den Böden wachsen meist Gräser, Gehölze und andere Pflanzen – eine reiche Rohstoffquelle für die Produktion von Biokraftstoffen. Ein Forscherteam hat errechnet, dass auf solchen Grenzertragsflächen allein im Mittleren Westen der USA jährlich bis zu 5,5 Milliarden Gallonen, also rund 21 Milliarden Liter Bioethanol produziert werden könnten – ohne Flächenkonkurrenz zur Lebensmittelproduktion und mit einer deutlich besseren Klimabilanz als Biokraftstoffe vom Hochertragsacker. Dies entspricht fast der 40-fachen Menge an Bioethanol, die im Jahre 2011 in Deutschland produziert wurde (Quelle: FNR 2011).

Der Wert ertragsarmer Böden

Über den Wert von Grenzertragsflächen für die Biokraftstoffproduktion wurde lange spekuliert. Denn genaue Daten zur Produktivität dieser Flächen und dazu, wie viele Treibhausgase sie freisetzen, gab es bislang nicht. Erstmals haben Forscher nun den Wert dieser Flächen quantifiziert.

Sie verglichen die Erträge und die Treibhausgasemissionen von sechs alternativen Anbaussystemen über einen Zeitraum von 20 Jahren: einem einjährigen Anbaussystem mit aufeinander folgenden Kulturen von Mais, Soja und Weizen (mit Pflügen), ein System mit Direktaussaat dieser drei Kulturen (ohne Pflügen), mehrjährige Kulturen von Pappeln sowie Luzerne und die natürliche Vegetation auf Ackerbrachen – jeweils mit und ohne zusätzlichen Stickstoffdünger. Für jedes Anbaussystem erstellten sie eine Treibhausgas -Bilanz. Diese verrechnete die jährlichen Treibhausgasemissionen durch Landbewirtschaftung und Stickstoffemissionen aus Düngemitteln mit dem im Boden gespeicherten Kohlenstoff. Zudem wurde erfasst, wie viel Bioethanol aus der Biomasse gewonnen werden kann und wie groß die Emissionseinsparung durch den geringeren Verbrauch fossiler Rohstoffe dadurch wäre.

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Satellitenbild des Anbauversuchs der verschiedenen Anbausysteme. Jedes Rechteck misst zirka einen Hektar Fläche (Quelle: © SPOT Image).

Satellitenbild des Anbauversuchs der verschiedenen Anbausysteme. Jedes Rechteck misst zirka einen Hektar Fläche (Quelle: © SPOT Image).

Das mehrjährige Grasland spart Klimagase

Das einjährige Anbausystem erwies sich als Netto-Verursacher von Treibhausgasen, während das pfluglose System so viel Kohlenstoff im Boden speicherte, dass die Emissionen aus der Bewirtschaftung ausgleichen werden konnten. Auch die Klimabilanz der Pappeln war negativ, wegen ihrer geringen Produktivität und weil nach der Ernte viel CO2 aus dem Boden entwich. Luzerne hatte dagegen eine deutlich positive CO2-Bilanz, jedoch hohe Stickstoffverluste. Die natürliche Graslandschaft überzeugte durch hohe CO2-Ersparnisse und niedrige Stickstoffemissionen.

Einmal etabliert, verursacht die natürliche Graslandschaft deutlich weniger Treibhausgasemissionen als die konventionell angebauten Kulturen, nämlich etwa 810 - 890 Gramm CO2-Äquivalente weniger pro Quadratmeter und Jahr. Gedüngt könnten die Graskulturen ca. 63 Gigajoules Ethanolenergie pro Hektar und Jahr produzieren. Bei den pfluglosen Kulturen sind es etwa 41 Gigajoules pro Hektar und Jahr, wobei die CO2-Ersparnis im Vergleich zum fossilen Kraftstoff hier nur etwa 360 – 420 Gramm pro Quadratmeter und Jahr entspricht. Zwar ist der Energieertrag der einjährigen Kulturen mit Pflügen so hoch wie der des Graslands (62 Gigajoules pro Hektar und Jahr). Die CO2-Ersparnis zum fossilen Kraftstoff ist hier mit etwa 345 Gramm pro Quadratmeter und Jahr jedoch nochmals geringer als beim pfluglosen Anbaussystem.

21 Gallonen Bioethanol zusätzlich

Die Forscher erstellten nun ein Simulationsmodell, mit dem sie das Bioenergiepotenzial der Grenzertragsflächen in den 10 US-Bundesstaaten prognostizierten. Einbezogen wurden lediglich die Flächen im Umkreis von 80 Kilometern um eine Biokraftstoffraffinerie, denn die Transportkosten zu entfernteren Flächen (und auch deren CO2-Kosten) wären zu hoch. Ihren Schätzungen zufolge könnten auf der resultierenden Fläche von 11 Millionen Hektar jährlich etwa 21 Gallonen Bioethanol wirtschaftlich produziert werden – ohne dass dafür ertragreiche Ackerfläche benötigt wird. Diese Menge entspricht etwa 25% des vom US-Kongress ausgerufenen Ausbauziels für Zellulose-Biokraftstoffe bis 2022.
Mit zusätzlicher Stickstoffdüngung könnten pro Hektar bis zu 215 Gallonen Ethanol erzeugt werden. Zwar verringert sich hierdurch die CO2-Ersparnis, die bis zu 35% höheren Erträge ermöglichen jedoch eine deutlich bessere Landnutzungsintensität zu vergleichsweise geringen CO2-Kosten. Durch eine optimale Auswahl der Pflanzenmischung für den jeweiligen Standort könnte die Produktivität sogar noch weiter gesteigert werden.

Ein riesiges ungenutztes Rohstoffpotenzial

Die Studie verdeutlicht, dass Grenzertragsflächen ein enormes Potential für die Biokraftstoffproduktion besitzen, das theoretisch sogar die Produktion mit Rohstoffen wie Mais und Weizen etc. übertreffen könnte. Gräser und andere nicht-holzige Pflanzen, die auf ertragsarmen Böden natürlich wachsen, können demnach genug Biomasse produzieren, damit sich eine Verwertung zu Bioethanol lohnt. Die Flächen ließen sich nach den Prognosen der Studie zudem weitaus klimafreundlicher bewirtschaften. Die mehrjährigen Kulturen bräuchten lediglich gedüngt und geerntet werden. Sie müssten nicht gepflügt werden – dies spart die CO2-Kosten der Bewirtschaftung. Zudem entweicht hierdurch weniger CO2 aus dem Boden.

Vorteile der Nutzung von Pflanzen auf Grenzertragsflächen sind:

  • sie wachsen klimaneutral, wenn die vorhandene Vegetation verwendet wird oder neue Dauerkulturen direkt in die vorhandene Vegetation gepflanzt werden (ohne Pflügen),
  • sie bieten Landwirten und anderen Grundbesitzer eine neue Einnahmequelle,
  • sie konkurrieren nicht mit der Nahrungsmittelproduktion und
  • sie verursachen keine direkten (LUC) oder indirekten Landnutzungsänderungen (ILUC), bei denen z.B Energiepflanzen, andere Kulturpflanzen für die Nahrungsmittelproduktion verdrängen oder der Energiepflanzenanbau in Entwicklungsländer ausgelagert wird.

Voraussetzung für die Nutzung von Grenzertragsflächen ist jedoch auch die Weiterentwicklung effizienter Verfahren, um aus den dort wachsenden, Lignozellulose-haltigen Graslandschaften Biokraftstoffe herzustellen. Bisher steckt die Biokraftstoffproduktion aus Lignocellulose im industriellen Maßstab noch in den Kinderschuhen. Die Weiterentwicklung effizienter Verfahren (Biokraftstoffe der zweiten und dritten Generation)  ist demnach dringend notwendig, um das bisher ungenutzte Potential der Flächen voll ausschöpfen zu können.

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