Biomasse: Der Retter des Blauen Planeten

Deutschland fällt in die Kategorie der rohstoffarmen Länder. Deshalb wäre es sinnvoll auf Biomasse auszuweichen. Dies wird auch funktionieren.

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Algen als Biomasse - Algenküste
Algen als Biomasse - Algenküste

Fossile Brennstoffe ernten seit Langem heftige Kritik – von Staaten, Unternehmen und Privathaushalten. Denn sie schaden der Umwelt und erhöhen die CO2-Bilanz. Deshalb machten sich Wirtschaftssubjekte auf die Suche nach einem alternativen Brennstoff. Und da das Sprichwort: “Wer sucht, der findet”, eine breite Gültigkeit aufweist, waren die Alternativ-Befürworter in dieser Hinsicht erfolgreich: Sie haben einen fossilfreien Brennstoff gefunden. Aha. Der Name der Alternative lautet Biomasse. Inwiefern diese als Fluch oder Segen fungiert, beleuchtet der nachfolgende Artikel.

Die Biomasse Bedeutung verständlich erklärt

Auf die Frage “Was ist Biomasse?”, antwortet eine große Mehrheit: Holz. Allerdings steckt in dieser Antwort nur die halbe Wahrheit. Stattdessen steht der Begriff für organische Materien. Sie dienen als nachhaltige Energieträger. Organische Stoffe, die aus Pflanzen oder Tieren stammen und als Energielieferant dienen, fallen ebenso in die Kategorie Biomasse. Von der physikalischen Seite betrachtet, repräsentiert diese besondere Materie eine Sonnenenergie, die chemisch gebunden ist. Somit stellt Holz nur einen Teilbereich von Biomasse dar. (vgl. https://skapa-invest.de/glossar/biomasse/)

Natürliche Holzpellets
Natürliche Holzpellets

Die unterschiedlichen und wenig bekannten Arten von Biomasse

Drei ist eine magische Zahl; eine Primzahl. Daneben dient das Sprichwort “Alle guten Dinge sind drei” als Beweis für die Besonderheit der Ziffer drei. In diesem Fall stimmt sogar die Natur zu. Denn Experten kategorisieren Biomasse in drei Arten von Bioenergieträgern:

  • Holz 
  • Agrarische Biomasse
  • Abfälle aus biogenen Erzeugnissen

Als wichtiger Energieträger dient nach wie vor der natürliche, erneuerbare Rohstoff Holz. Meistens verwenden Nutzer das Energieholz zur Wärmeerzeugung. Wohingegen die Stromerzeugung im Hintergrund steht. Doch Holz ist nicht gleich Holz. Fachkräfte klassifizieren dieses vielseitig nutzbare Produkt der Natur in unterschiedliche Bereiche. 

Kamin- bzw. Scheitholz ist das traditionelle Brennholz. Es stammt aus dem Wald. Neben dem klassischen Holz agieren auch Holzpellets als Energielieferanten. Dabei handelt es sich um Presslinge. Sie haben die Form eines Zylinders. Ihre Existenz verdanken Pellets der Holzindustrie. In diesem Fall fungieren sie als praktische Nebenprodukte. Sägemehl oder Hobelspäne dienen als Herstellungsgrundlage der Holzpellets. Daneben existieren Hackschnitzel. Diese maschinell zerkleinerten Holzteilchen stammen aus Flur-, Industrie-, Schwemm- sowie Industrieholz. (vgl. https://www.energieatlas.bayern.de/thema_biomasse/nutzung.html)

Die weniger populäre agrarische Biomasse

Ressourcen aus der Landwirtschaft geraten des Öfteren in Vergessenheit, wenn es um die Bereitstellung von Energie geht. Dabei dienen sie keineswegs lediglich als Nahrungs- oder Futtermittel. Stattdessen erfüllen sie auch einen wunderbaren Zweck: Sie lassen sich zu technischen Rohstoffen zweckentfremden. Die Energie der agrarischen Biomasse erzeugt Strom und Wärme. Zu den bekannten Beispielen dieser Rohstoffe gehören:

  • Getreide
  • Mais
  • Raps 
  • Zuckerrüben

Getreide dient als Grundlage zur Erzeugung von Bioethanol und Biogas. Mais kommt für die Erzeugung des Letzteren zum Einsatz. Zuckerrüben sind für die Bereitstellung von Bioethanol von Bedeutung. Raps benötigen Hersteller, um Biodiesel zu produzieren. (vgl. https://www.energieatlas.bayern.de)

Diese Beispiele dienen als Beweis, dass Biomasse keineswegs, lediglich aus Holz besteht. Zu Unrecht leiden Abfälle und Reststoffe an einem Schattendasein. Holz merzt sie aus. Dabei eignen sich Abfallstoffe sehr gut als Erzeuger von Energie. Weshalb? Weil sie ein enormes und zugleich unterschätztes, energetisches Potenzial haben. Es ist nicht einmal komplett erforscht. Dabei kann sogenannter “Müll” zur Wärme- und Stromerzeugung dienen; als Kraftstofflieferant ebenso.

Müll in Biomasse transformieren

Es existiert eine Palette von Abfällen, die sich als Biomasse für Energieerzeugung nutzen lassen. Altes und gebrauchtes Holz kann in Altholzwerken eingesetzt werden. Biomüll ist kein Müll – zumindest nicht von der bioenergetischen Seite betrachtet.

Mit Altfett, welches in die Kategorie “Abfall” gehört, lässt sich wunderbar Biodiesel herstellen. Biomüll liefert Biogas. Klärschlamm zaubert Klärgas. Festmist sowie Gülle eignen sich für die Herstellung von Biogas. Stroh ebenfalls. Allerdings laufen derzeit Experimente, die eine bestimmte Frage beantworten sollen: Eignet sich Stroh ebenso für die Erzeugung von Biokraftstoffen?

Video: Energie aus Biomasse
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Wichtige Vorteile der Biomasse

Wie aus den Beispielen hervorgeht, birgt Biomasse ein enormes Potenzial. Übertrieben, optimistisch betrachtet könnte sie als Mittel zur Rettung des blauen Planeten dienen. Weshalb? Weil die genannten organischen Materien als unbenutzter Abfall auf der Müllhalde landen. Obwohl sie einen wertvollen Beitrag liefern – mehr als das: Sie stellen Energie zur Verfügung. Das ist essenziell, denn nahezu ALLES stellt eine Form der Energie dar. Jedes Lebewesen. Alles auf dem Blauen Planeten ist das Resultat von Energie. Deshalb darf Biomasse als potenzieller Energielieferant nicht mehr im Hintergrund stehen.

Bei der Nutzung der organischen Materie steht jedoch nicht nur der Aspekt der Energie im Vordergrund, sondern auch der Blickwinkel auf die Kreislaufwirtschaft. Abfall erfüllt einen wichtigen Zweck, erzeugt Energie. Da nun klar ist, dass Biomasse Energie bereitstellt, besteht die Frage darin, wie organische Materien Strom oder Wärme liefern: anaerobe Vergärung. Wofür steht dieser Begriff? Für das Prinzip, nach dem das Biogas arbeitet. In einer feuchten Umgebung erfolgt eine Umwandlung von organischen Stoffen. Sie werden in Kohlendioxid, Methan und Wasser transformiert.  Anschließend resultiert aus diesem Vorgang Biogas.

Biomasse rettet den Blauen Planeten

Es existiert ein wichtiger Aspekt, der im Zusammenhang mit Biomasse weit oben auf der Liste steht. Sein Name lautet Klimaneutralität. Wie kann das sein? Nun, bei den Einsatzstoffen handelt es sich um Bestandteile, die noch zum CO2-Kreislauf gehören. Es erfolgt keine zusätzliche Freisetzung von Kohlenstoffdioxid. Stattdessen findet eine Beschleunigung des Zersetzungsprozesses statt.

Wenn Biomasse zum Einsatz kommt, entstehen mittel- bis langfristig keine negativen, externen Effekte im Hinblick auf die CO2-Freisetzung.

Quelle: Umweltmission.de

Wohingegen fossile Energieträger für das genaue Gegenteil stehen. Sie fördern die Klimaerwärmung und vergrößern den CO2-Fußabdruck. (vgl. https://skapa-invest.de/glossar/biomasse/)

Auf den ersten Blick scheint es tatsächlich so, als sei ein Ausweichen von fossilen Brennstoffen auf organische Materien die ideale Lösung. Doch leider sieht die Realität anders aus. Insbesondere dann, wenn Experten die Biomasse Nachteile ausführlich erläutern.

Silos im Maisfeld
Silos im Maisfeld

Die dunkle Seite der Biomasse

Bio. Diese Vorsilbe klingt durchweg – ähm – so umweltfreundlich. Nahezu perfekt. Doch dem ist nicht so. Auch Biomasse verfügt über eine dunkle Seite. Vielleicht existieren sogar mehrere Schattenseiten.

Für die Herstellung von Biogas benötigen Produzenten Silomais. In dem Fall bauen sie es großflächig an. Mais erscheint auf den ersten Blick als ideale Lösung. Erstens beansprucht er NICHTS, stattdessen benötigt er lediglich eine riesige Anbaufläche. Zweitens besticht er mit einem noch riesigeren Biomasseertrag. Nach der Maisernte erfolgt eine Milchsäuregärung. Sie ermöglicht die Konservierung. Anschließend nutzen Produzenten den Mais als Futtermittel oder verwenden ihn, um Biogas bereitzustellen.

Was auf den ersten Blick super klingt, sieht in der Realität anders aus. Landwirte bauen Mais weniger als Futtermittel, sondern viel mehr als Energiemittel an. Zudem steigt die Anzahl der Anbauflächen rapide. Für die Umwelt resultieren daraus negative Folgen. In diesem Fall erfährt die Biodiversität einen Verlust. Schließlich handelt es sich bei diesem Mais um eine Monokultur. Auf Weizenfeldern und Grünlandflächen hingegen trifft das nicht zu. Maismonokulturen wiederum verursachen eine Bodenerosion. Zudem belasten sie das Grundwasser. Weil sich dadurch die Böden verschlechtern, gehen natürliche Lebensräume unwiederbringlich verloren.

Und als ob das nicht reicht, sprechen Kritiker von weiteren Übeln: das Konkurrenzverhalten löst weitere Probleme aus. Konkurrenz zwischen wem? Na ja, es herrscht ein starker Wettbewerb zwischen der Futtermittelherstellung und der Energieerzeugung. Dadurch steigen die Pachtpreise an, die Anbauflächen werden rar und es müssen neue Flächen geschaffen werden.

Das Konkurrenzverhalten lässt die Naturschutzflächen schrumpfen. Sogar Naturschutzinstitute geben nach. Denn die Energiegewinnung aus Biogas geht mit zahlreichen Vorteilen einher: Methan, welches in der Agrarwirtschaft als Abfall entsteht, landet in der Atmosphäre. Doch durch die Weiternutzung in den Anlagen von Biogas erfolgt keine Klimaerwärmung. Und weil die Energiegewinnung mithilfe der erneuerbaren Rohstoffe nicht auf Umweltkosten erfolgen sollte, ist die Nutzung von Biomasse somit nicht ausschließlich vorteilhaft. (vgl. https://www.cleanenergy-project.de/energie/bioenergie/biogas-fluch-oder-segen/)

Algen als Biomasse - Algenküste
Algen als Biomasse – Algenküste

Algen: Es ist an der Zeit, die geheimnisvolle Biomasse zu präsentieren

Neben den klassischen, berühmten, organischen Materien existieren auch weniger bekannte Substanzen. Also, bekannt sind sie schon; allerdings bringt lediglich eine Minderheit ihre Existenz mit Biomasse in Verbindung. Des Rätsels Lösung lautet: Algen. Sie sind nicht nur ein Superfood, sondern auch eine Super-Biomasse. Denn sie sind winzig, bestechen jedoch mit ihrem riesigen Potenzial.

Algen sind nicht nur ein Superfood, sondern auch eine Super-Biomasse.

Quelle: Umweltmission.de

Wer hätte das gedacht. Algen. Sie sind grün, glibberig und gewöhnungsbedürftig. Noch etwas? Ja, sie stören während des Badens. Bei der gesunden Ernährung hingegen dienen sie als wunderbare Nahrungsergänzung, weil sie den menschlichen Organismus entgiften. In Asien verlassen sich Köche auf die magische Wirkung der Algen. Als Seetang verfeinern die kleinen Organismen zahlreiche Gerichte. Darüber hinaus haben Bewohner der Industrienationen die Kraft der Algen entdeckt und genießen diese als Superfood in Pulver- oder Tablettenform.

Wissenschaftler bezeichnen Algen als einen echten Allrounder, weil sie als Biomasse nachhaltig Energie liefern. Sie gedeihen schnell und nahezu überall. Deshalb spielen sie in der Wissenschaft eine wichtige Rolle. Zudem betreiben sie analog zu Pflanzen Fotosynthese. Dabei handelt es sich um einen biochemischen Prozess: Es erfolgt eine Umwandlung von Kohlendioxid und Wasser mithilfe von Licht in Sauerstoff und Glukose. Für das Wachstum der Pflanzen ist Glukose unverzichtbar. 

Biologen weisen darauf hin, dass die Zusammensetzung von Algen ebenso komplex ist wie die Vielfalt der Algen. Aus diesem Grund birgt das Mikro-Lebewesen ein unterschätztes Potenzial. Zehntausend. Wofür steht diese gigantische Ziffer? Na, für die unterschiedlichen Algenarten, welche den Blauen Planeten belagern. Die Forschung und Industrie nutzen nur einen Bruchteil der zahlreichen Organismen.

Algen enthalten neben wichtigen Nährstoffen ebenso Proteine, Kohlenhydrate und Fette. Dieses Trio eignet sich hervorragend für die Energiegewinnung. Unterschiedliche Methoden wie Filtern, Zentrifugieren, Sedimentieren oder Ausflocken dienen als Extraktionsverfahren. Die notwendigen Bestandteile lassen sich anschließend weiterverarbeiten.

  • Fett liefert Bio-Diesel
  • Kohlenhydrate ermöglichen die Herstellung von Bio-Ethanol
  • Der Gärungsprozess von Algen stellt Biogas zur Verfügung
  • Einzelne Algen produzieren sogar Wasserstoff
Video: Algenbauer
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Weshalb sind Algen interessant?

Weil Algen grün sind. Sie sind jedoch nicht nur aus diesem Grund interessant. Sondern weil sie grün sind – so wie eine nachhaltige Zukunft aussieht. In dem Fall können die kleinen Mikroorganismen als Energielieferant der Klimaerwärmung entgegenwirken, weil sie den Ausstoß von Schadstoffen bremsen. Sie stellen ein ideales Gegenmittel für die Klimaerwärmung dar. Algen enthalten weder Stickstoff noch Schwefel.

Mais- und Rapsöl kamen für den Bio-Sprit E10 zum Einsatz. Und sie ernteten dafür heftige Kritik, weil sie Anbauflächen beanspruchen und nebenbei den Boden zerstören. Sie führen zum Artenschwund und belasten die Umwelt sowie die menschliche Gesundheit mit Pestiziden. Algen wiederum dienen als Paradebeispiel für das exakte Gegenteil. Sie fühlen sich überall wohl. Bei Bedarf lassen sie sich sogar in Laboren züchten. Dadurch nehmen sie keine Anbauflächen für Lebensmittel weg. Daneben fungiert Algen-Biomasse als Dünger, welcher das Klima keineswegs belastet.

Algen sind auch interessant, weil sie schneller gedeihen als Mais. Zehn Mal schneller. Wie kommt denn das zustande? Ganz einfach: Jede einzelne Zelle dieser Mikroorganismen betreibt Fotosynthese – über das gesamte Jahr hinweg. Herbst? Winter? Frühling? Sommer? Das ist den Algen egal. Sie wachsen immer und überall. Sogar unfruchtbarer Boden dient für diese grünen, Mini-Allrounder als Existenzgrundlage. Algen schaffen somit Win-Win-Situationen für Mensch und Umwelt. Ferner benötigen sie weniger Wasser als Mais oder Raps.

Auch ihren CO2-Bedarf für ihre Fotosynthese decken die Algen mit der Menge an Kohlendioxid, den sie in der Atmosphäre vorfinden. Analog zu Wäldern agieren sie als natürliche Klimaanlage und Luftfilter. Deshalb plädieren Expert*innen für Algenanlagen in der unmittelbaren Nähe von Industrieanlagen. Das würde den CO2-Ausstoß kompensieren. Allerdings lässt sich diese Forderung der Wissenschaftler*innen nicht so einfach umsetzen. Weshalb? Weil für die Algenanlagen momentan riesige Anbauflächen notwendig wären. Der Platz existiert leider nicht. Und die Erdoberfläche bleibt dieselbe. Sie lässt sich nicht entrümpeln und freimachen wie ein Zimmer im Haus.

In Asien gilt hingegen das Sprichwort, dass nichts unmöglich ist. Und deshalb existieren dort zahlreiche Algenanlagen. Im asiatischen Raum dominieren warme Temperaturen, eine hohe Luftfeuchtigkeit, ein direkter Zugang zum Meer sowie viele Sonnenstunden. In Europa hingegen mangelt es noch an diesen Bedingungen. Dennoch suchen Wissenschaftler*innen nach Möglichkeiten, um das Unmögliche möglich zu machen.

Das Geheimnis von Glykolat

Expert*innen konnten sich bis vor kurzem nicht mit der Alge als effektive Biomasse anfreunden, weil diese die Fotosynthese dazu nutzte, um selbst zu gedeihen. Deshalb verschenkt das grüne Lebewesen den größten Teil seiner Energie, obwohl seine Bestandteile für eine anderweitige Verwendung nützlicher wären.

Aus diesem Grund haben Wissenschaftler*innen an der Universität Leipzig ein Experiment durchgeführt. Sie haben das Wachstum der Nannochloropsis salina gehemmt. Dabei stellten sie fest, dass diese spezielle Meeresalge ein wahres Wundermittel ist, weil sie dennoch Glykolat herstellt, das ist die Vorstufe von Zucker. Aus dieser Substanz lassen sich Chemikalien und Bio-Kraftstoffe herstellen. Das Beste: Sie sind alle frei von schädlichen Nebenstoffen. Deshalb passen Algen perfekt in das Konzept einer nachhaltigen, grünen Zukunft. Sogar Plastik könnten Algen theoretisch vom Thron stoßen. Auf lange Sicht können die grünen Lebewesen fossiles Erdöl verdrängen. Dadurch wäre die Welt der Verpackungen nachhaltig, grün und gesund.

Gebäudefassaden werden grün und nachhaltig

Die Energiegewinnung aus Algen ist bei Weitem nicht erforscht. Ganz im Gegenteil: Sie steckt noch in den Kinderschuhen. Dennoch existieren in Deutschland wertvolle Pilotprojekte. In Hamburg gibt es ein Smart Material House, es ist ein Bio-Algenhaus. Glaspaneele auf der Südost- und Südwestfassade sind mit einer grünen Alge Scenedesmus geschmückt. Wie sämtliche Algen betreibt sie die Fotosynthese mit dem ihr zur Verfügung stehenden Sonnenlicht. Außerdem nutzt sie das Kohlendioxid aus der Gasanlage des Hauses.

Praktisch, oder? Diese Energie können Hauseigentümer für die Heizenergie verwenden. Es bleibt sogar Energie übrig. Sie lässt sich in ein Fernwärmenetz einschleusen und steht ebenfalls zur Verfügung. Außerdem lässt sich die Biomasse ernten. Es ist jedoch weiterhin ein Pilotprojekt, weil es störungsanfällig ist. Zudem benötigt die Anlage viel Platz. Dennoch liefert das Pilotprojekt zahlreiche Erkenntnisse, aus welchen Wissenschaftler*innen einen Nutzen ziehen können. (vgl. biooekonomie.de)

Welche Nachteile sind mit der Alge als Biomasse verbunden?

Zwar gedeiht die Alge nahezu überall anspruchslos, doch sobald eine Züchtung erforderlich ist, entstehen Hürden. Die Algenzucht gestaltet sich in der Praxis schwieriger als in der Theorie. Auch bei der Effizienz hinsichtlich der Verwendung existiert weiterhin ein hoher Forschungsbedarf. Die Herausforderung der grünen Mikroorganismen liegt in ihrer starken Zellwand. Algen öffnen diese nicht widerstandslos und erst recht nicht für die Biogasproduktion. Deshalb beschäftigen sich Forscher*innen mit der Frage, wie sie die Zellwände öffnen können. Hitze? Kälte? Druck? Ultraschall? Mikrowellen? Ein Experiment liefert ein überraschendes Ergebnis. Acht Stunden kochen auf einer niedrigen Flamme liefert eine Algensuppe, die mit einer höheren Gas-Ausbeute besticht. (vgl. https://www.biomasse-nutzung.de/energie-algen/ ; https://www.geo.de/natur/nachhaltigkeit/3806-rtkl-erneuerbare-energien-biogas-aus-der-algenfabrik )

Algen – die ideale Biomasse?

Die Alge als Energie-Alternative stellt keineswegs ein utopisches Konzept dar. In Asien haben zahlreiche Unternehmen bereits bewiesen, dass das Konzept erfolgreich ist. Dennoch wird es dauern, bis die Alge als Energie-Alternative für Privathaushalte zum Einsatz kommt. Darüber hinaus wäre ein neues Projekt, das sich Energie durch Algen nennt, erforderlich. Und dafür sind zahlreiche, kompetente Fachkräfte aus vielen Branchen notwendig.

Fazit zum Thema Biomasse

Für erneuerbare Energien ist Biomasse der bedeutendste Energieträger – unabhängig von den Vor- und Nachteilen. Darüber hinaus merzt Biomasse zahlreiche Energieträger aus. Immerhin steht sie jederzeit und bedarfsgerecht zur Verfügung. Zudem ist sie keineswegs saisonabhängig. Bei Wind- und Solarenergie trifft das nicht zu.

Deutschland fällt in die Kategorie der rohstoffarmen Länder. Deshalb wäre es sinnvoll auf Biomasse auszuweichen. Dadurch verringert der Standort Deutschland seine Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen. Dennoch betonen Expert*innen einen großen Wert auf das richtige Gleichgewicht im Hinblick auf den Nahrungsmittelanbau zu achten. Biomasse lohnt sich momentan nur aus einem bestimmten Blickwinkel: Dann, wenn sie als Müll dient und nicht extra angebaut wird. Deshalb stellt Restholz die ideale Lösung dar. Dieser biogene Brennstoff erzeugt Wärme und liefert Energie. (vgl. https://www.energie-tipp.de/neue-energie/erde/biomasse-multitalent-aus-abfall/)

Abschließend lässt sich festhalten, dass Biomasse als Rettung dient. Als Rettung des Blauen Planeten. Als sinnvolle Alternative zu fossilen Brennstoffen. Als Gegenmittel für eine rasche Klimaerwärmung. Wenn Biomasse als Lösung für zahlreiche Probleme dient, lautet die berechtigte Frage: Wieso ersetzen Unternehmen und Privathaushalte dann einfach nicht die fossilen Energielieferanten durch Biomasse? Weil dieser Umstrukturierungsprozess mit hohen Kosten verbunden ist. Der Aufwand rentiert sich erst später und irgendwann.

Des Weiteren stellt Biomasse Nutzer vor eine große Herausforderung: Ist es moralisch vertretbar, Anbauflächen für Raps und Mais zu schaffen, während weltweit Kinder an Hunger sterben? Das ist die dunkle Seite der Biomasse. Deshalb hat sie bisher nicht die fossilen Brennstoffe vom Thron gestoßen. Algen wären aus diesem Blickwinkel tatsächlich die bessere Lösung. 

Ein weiteres Problem im Hinblick auf die Biomasse liegt in der Denkweise der Menschen. Gewohnheitstiere. Das sind Menschen. Es ist doch alles gut so, wie es ist. Bloß nichts ändern. Doch wenn das Eis der Denkfaulheit gebrochen ist, wird sich die Biomasse als Segen durchsetzen. Der Tag naht glücklicherweise. Denn Anti-Plastik-Kampagnen haben Wirkung gezeigt und die Anzahl der Unternehmen und Privathaushalte, die diesen Übeltäter regelrecht verbannen, steigt kontinuierlich an. Dasselbe wird auch mit der Biomasse geschehen. Sie wird im Gegensatz zu Plastik nicht verbannt, sondern willkommen heißen.