Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. (SFV)

Dieser Beitrag ist zeitlich überholt!

[ Artikel diskutieren und weiterverbreiten? Infos zum Copyright ]
[ Druckversion dieses Artikels ]

vom 27.09.2007, aktualisiert am 04.09.2008, Wolf von Fabeck:

Wohin mit dem Kohlenstoff? - Energiegewinnung aus Biomasse ist nicht immer CO2-neutral

Ein Plädoyer für weitgehende stoffliche Nutzung der Biomasse

Fragestellung

Die übermäßige Erwärmung der Erdoberfläche ist Folge einer Überfrachtung der Atmosphäre mit Klimagasen, die durch menschliche Aktivitäten vermehrt ausgestoßen werden. Unter diesen spielt das CO2 wegen seiner großen Menge eine besondere Rolle.
Die Wirkung des CO2 wird in den Bildern 2 und 3 schematisch und vereinfacht angedeutet.


Temperatur der Erdoberfläche ohne Klimagase

Die Sonne erwärmt die Erdoberfläche. Die Abstrahlung der Wärme in den Weltraum hängt von der Oberflächentemperatur der Erde ab. Je wärmer sie wird, desto stärker ist die Abstrahlung. So stellt sich schließlich eine Temperatur ein, bei der sich die Abstrahlung von Wärmeenergie mit der Energiezufuhr aus dem Sonnenlicht gegenseitig ausgleichen.
Ohne Klimagase würde die Erdoberfläche erheblich kälter sein als heute, nämlich -18° C.


Die Wirkung des CO2 als Klimagas

Bei Anwesenheit von CO2 (oder anderen Klimagasen) in der Atmosphäre verändern sich die Verhältnisse. Die Moleküle des CO2 werden zwar durch das kurzwellige Sonnenlicht nicht aufgeheizt, wohl aber durch die langwelligen Wärmestrahlen. Die aufgeheizten CO2-Moleküle strahlen die empfangene Wärmeenergie in beliebige Richtungen wieder ab. Einige der abgegebenen Wärmestrahlen gehen in den Weltraum, andere dagegen kehren zur Erde zurück. Die Temperatur der Erdoberfläche steigt deshalb an und mit ihr die Abstrahlung, bis die endgültige Abstrahlung von Erdoberfläche und Atmosphäre in den Weltraum wieder im Gleichgewicht mit der Lichteinstrahlung steht. Je mehr CO2-Moleküle in der Atmosphäre vorhanden sind, desto wärmer werden die Erdoberfläche und die unteren Luftschichten.



Bei Anwesenheit von CO2 (oder anderen Klimagasen) in der Atmosphäre verändern sich die Verhältnisse. Die Moleküle des CO2 werden zwar durch das kurzwellige Sonnenlicht nicht aufgeheizt, wohl aber durch die langwelligen Wärmestrahlen. Die aufgeheizten CO2-Moleküle strahlen die empfangene Wärmeenergie in beliebige Richtungen wieder ab. Einige der abgegebenen Wärmestrahlen gehen in den Weltraum, andere dagegen kehren zur Erde zurück. Die Temperatur der Erdoberfläche steigt deshalb an und mit ihr die Abstrahlung, bis die endgültige Abstrahlung von Erdoberfläche und Atmosphäre in den Weltraum wieder im Gleichgewicht mit der Lichteinstrahlung steht. Je mehr CO2-Moleküle in der Atmosphäre vorhanden sind, desto wärmer werden die Erdoberfläche und die unteren Luftschichten.

Die folgenden Überlegungen befassen sich mit Kohlenstoff. Es geht um die Frage, wo der Kohlenstoff bleiben soll, der seit Beginn der industriellen Revolution laufend durch energetische Nutzung der fossilen Vorräte als klimaschädliches CO2 in die Atmosphäre abgegeben worden ist und weiterhin abgegeben wird.

Die drei Speicher

Kohlenstoff ist ein Element. Sein Symbol ist der große Buchstabe C. Kohlenstoff kommt in den verschiedensten chemischen Verbindungen vor. Dasselbe Atom Kohlenstoff kann im Laufe seines (fast) ewigen Lebens nacheinander einmal in einem Brikett, einmal im Stoßzahn eines Elefanten, einmal im Stahl eines Bremsseils, einmal im Kern eines Apfels und sicher auch als Atom in einem CO2 Molekül in der Atmosphäre unterwegs gewesen sein. Die Möglichkeiten der Verwandlung von einem Stoff in einen anderen sind unendlich groß. Aber Kohlenstoff verschwindet nicht; irgendwo muss er bleiben.
Damit wir den Überblick behalten, ordnen wir jetzt ALLE irdischen Kohlenstoffatome gedanklich in drei große Kategorien ein. Wir stellen uns das wie die Unterbringung in drei großen Speichern vor.

[ERROR: OBJECT 119096774826219 DOES NOT EXIST]

  • Speicher 1, der unterste Speicher, enthält alle Kohlenstoffatome, die sich einerseits zum allergrößten Teil in den Gesteinen und andererseits zu einem sehr viel kleineren Teil in den fossilen Lagerstätten befinden und die dort halbwegs stabil über Tausende von Jahren bleiben würden, wenn der Mensch nicht eingreifen würde. Nennen wir ihn den unterirdischen Speicher (wir sollten uns aber bewusst sein, dass dieser sich nicht nur unter der Erde, sondern auch unter dem Meer befindet, z.B auch in Form von Korallenriffen usw).
  • Speicher 2 enthält alle Kohlenstoffatome, die in den Pflanzen (auch den Algen), die im Humus der Böden, in Menschen und Tieren sowie in den technischen Produkten der Menschen vorkommen. Nennen wir ihn den Bio-Speicher.
  • Speicher 3, der oberste Speicher, enthält den Kohlenstoff, der als CO2 in der Atmosphäre und im Wasser der Meere und Seen gespeichert ist. Ihn nennen wir den atmosphärischen Speicher. (Wir fassen Atmosphäre und Wasser zusammen, weil der CO2-Gehalt des Meerwassers tendenziell - wenn auch mit großer Verzögerung - dem CO2-Gehalt der Atmosphäre folgt.)

Austauschbewegungen

Zwischen den drei Speichern kommen ständig Austauschbewegungen vor. Kohlenstoffatome gelangen aus dem fossilen in den atmosphärischen Speicher, landen im Biospeicher, kehren wieder in den atmosphärischen Speicher zurück, während andere Kohlenstoffatome gleichzeitig möglicherweise in umgekehrter Richtung verschoben werden. Wir wollen nun einige dieser Vorgänge daraufhin untersuchen, wie sie die Befüllung der Speicher ändern.

Dazu beginnen wir mit dem Absinken des Kohlenstoffs aus der CO2-reichen Uratmosphäre in den fossilen Speicher, welches vor etwa einer Milliarde Jahren begonnen hat. Durch Photosynthese (Bildung von Pflanzenmasse aus Kohlendioxid und Wasser mit der Energie der Sonne) entstanden zunächst Pflanzen im Speicher 2, die dann durch Erdbewegungen unter die Erdoberfläche gelangten. Dort entstand aus ihnen die Kohle. Auch die Entstehung des Erdöls oder des Erdgases wäre hier zu nennen. Schließlich ist in diesem Zusammenhang auch die Bildung von Muschelkalk und Korallenriffen im Ozean zu nennen. Solche Vorgänge wären zum Ausgleich der fossilen Energienutzung geradezu ideal. Sie erfolgen jedoch viel zu langsam - etwa ein-millionenmal langsamer als das Tempo, in dem die Menschheit die fossilen Vorräte aufbraucht.

Als nächstes denken wir an den "natürlichen Kohlenstoffkreislauf" aus Atmung (sowie Verrottung) und Photosynthese. Diese beiden Vorgänge bewegen weltweit gewaltige Mengen von Kohlenstoff vom Bio-Speicher in den atmosphärischen Speicher und in entgegengesetzter Richtung. Trotz der Größe dieser Stoffströme gleichen sich Atmung/Verrottung und Photosynthese gegenseitig in etwa aus. In gewissen Grenzen stabilisiert sich dieses Gleichgewicht sogar selbst. Ein Ansteigen des CO2-Gehalts der Atmosphäre begünstigt das Pflanzenwachstum. Es wird dann noch mehr Kohlenstoff aus dem Speicher 3 in den Speicher 2 verschoben (dazu mehr im nächsten Abschnitt).

Wenn allerdings - bedingt durch die Nutzung der fossilen Energien - ständig zusätzlicher Kohlenstoff in den atmosphärischen Speicher gelangt, und (auch aus Klimaschutzgründen) in den Bio-Speicher transportiert werden muss, ergibt sich ein Problem: Wie soll der Biospeicher die immer weiter zunehmende Menge von Kohlenstoff aufnehmen? Dieses Problem wollen wir genauer untersuchen.

Dramatische Überlastung des Bio-Speichers

Gehen wir in Gedanken zurück bis kurz vor den Beginn der industriellen Revolution. Die damals vorhandenen Kohlenstoffmengen in den drei Speichern waren über Jahrhunderte hinweg halbwegs konstant geblieben und die Menge des Kohlenstoffs in der Atmosphäre war dem Klima durchaus zuträglich. Seitdem hat sich jedoch einiges geändert. Die Menschen haben in wachsender Menge fossilen Kohlenstoff aus dem Speicher 1 entnommen, ihn energetisch genutzt und den Kohlenstoff in Form von CO2 in die Atmosphäre, in den Speicher 3 entlassen.
Soweit man sich überhaupt über diese Vorgänge Gedanken gemacht hat, ging man davon aus, dass die grünen Pflanzen mit Hilfe der Photosynthese das CO2 wohl irgendwie wieder aus der Atmosphäre herausholen und zu Biomasse verarbeiten würden. Versuche hatten gezeigt, dass das Pflanzenwachstum sich steigert, wenn den Pflanzen mehr CO2 zur Verfügung steht, sofern den Pflanzen alle sonstigen zum Aufwachsen notwendigen Stoffe einschließlich Wasser ausreichend zur Verfügung stehen.

Worüber man sich aber wohl kaum Gedanken machte, war folgende, eigentlich naheliegende Frage: Wenn die Pflanzen tatsächlich mehr CO2 aus der Atmosphäre herausholen würden, wo eigentlich soll der aus der Atmosphäre herauszuholende zusätzliche Kohlenstoff dann untergebracht werden, wo soll er verbleiben?

Vergegenwärtigen wir uns bitte noch einmal die Situation: Kohlenstoff verschwindet nicht heimlich ins Weltall. Er muss in einem der drei Kohlenstoffspeicher untergebracht werden.

Die drei Kohlenstoffspeicher

Kohlenstoff wurde und wird derzeit immer noch aus Speicher 1 (unterirdischer Speicher) in den Speicher 3 (Atmosphäre) verbracht - wo er aber bei Strafe einer Klimakatastrophe - nicht verbleiben darf.

Und wohin nun?
Solange wir nicht an solche Verzweiflungsmaßnahmen denken wollen, wie das technische Zurückverbringen von Kohlenstoff in den fossilen Speicher, bleibt als Möglichkeit nur die Vergrößerung von Speicher 2, dem Bio-Speicher.
Und wieviel CO2 müssen wir nun - wohlgemerkt ZUSÄTZLICH zu den Verhältnissen bei Beginn der industriellen Revolution - im Speicher 2 unterbringen?

Lässt sich Speicher 2 überhaupt noch erweitern?
Speicher 2 hatte bei Beginn der industriellen Revolution einen Umfang, der vermutlich sogar noch größer war als heute. Das ist plausibel, wenn man an folgende Ereignisse denkt: Rodung der Urwälder zur Landgewinnung, Zunahme von Wald- und Buschbränden, Versteppung von Ackerland, Ausbreitung der Wüsten, Ersatz von Holzbauten durch Betonbauten, Ersatz von Holzschwellen bei der Eisenbahn durch Betonschwellen. Zunahme des intensiven Landbaus (Ausbeutung der Böden), was dazu führte, dass die kohlenstoffhaltige Wurzel(humus)masse in den Ackerböden verarmte. Auftauen der Permafrostböden mit Abgabe des in ihnen enthaltenen Kohlenstoffs als CO2 und (klimaschädliches) Methan in die Atmosphäre.

Die Menschheit hat also zwei Aufgaben zu leisten: Zunächst muss sie das Volumen von Speicher 2 - des Bio-Speichers - wieder auf das vorindustrielle Maß erweitern und dann noch zusätzlich weiteren Speicherplatz für Kohlenstoff schaffen.
Wieviel Kohlenstoff wir zusätzlich unterbringen müssen, lässt sich abstrakt sehr leicht angeben:

  • Wenn wir z.B. wieder ein Klima wie vor 200 Jahren haben wollen, d.h. den CO2 Gehalt der Atmosphäre von damals, müssten wir zusätzlich den gesamten, seit damals geförderten fossilen Kohlenstoff aufnehmen (genau genommen können wir den Kohlenstoff abziehen, der in den 200 Jahren "von alleine" aus dem Biospeicher wieder in den fossilen Speicher abgesunken ist.) Und außerdem müssen wir natürlich laufend allen zukünftig durch fossile Energienutzung anfallenden Kohlenstoff im Bio-Speicher unterbringen.
  • Wenn wir mit dem jetzigen Klima zufrieden wären, müssten wir den gesamten ab morgen geförderten fossilen Kohlenstoff zusätzlich im Bio-Speicher aufnehmen.

Der Bio-Speicher muss also weit über das Maß hinaus vergrößert werden, das er zu Beginn der industriellen Revolution hatte. Wichtig ist, dass diese Notwendigkeit überhaupt erst einmal verstanden wird. Dazu soll der vorliegende Beitrag eine Anregung geben.

Stoffliche Verwertung der Biomasse zur Vergrößerung des Bio-Speichers

Die Idee, dass man den Kohlenstoff der Biomasse nicht zum "Verheizen", sondern zur stofflichen Nutzung verwenden sollte, ist leider noch so wenig geläufig, dass hier einige Beispiele zur konkreten Anschauung gebracht werden sollten.

Am naheliegendsten ist es natürlich, die Baustoffe Beton oder Stahl durch den Baustoff Holz direkt zu ersetzen. Eisenbahnschwellen aus Holz anstatt aus Beton, Fußgängerbrücken aus Holz statt aus Stahl oder Beton, Häuser aus Holz statt aus Beton.
Ein breites Anwendungsfeld ergibt sich in der organischen Chemie, bei der Erzeugung von Kunststoffen aller Art - vom Plastikeimer bis zum Kleidungsstoff oder als hochwertigen kohlefaserverstärkten Baustoff für die Flugzeug- oder Automobilindustrie. Ausgangsstoff der organischen Chemie ist derzeit das Erdöl. Biomasse kann Erdöl ersetzen.

Landwirte, die derzeit als "Energiewirte" Biomasse zur energetischen Nutzung bereitstellen, können dann stattdessen die von ihnen erzeugte Biomasse mit gutem Gewinn der chemischen Industrie zur Verfügung stellen.

Um schließlich auch noch zu vermeiden, dass der Kohlenstoff aus den erwähnten Gebrauchsgegenständen letztlich wieder durch Verrottung oder Verbrennung in die Atmosphäre gelangt, könnte man alle kohlenstoffhaltigen Abfälle als wertvollen Grundstoff zum Recyceln in einer Art von "gelbem Sack" sammeln und - vor dem Verbrennen bewahrt - der Wiederverwertung in der organischen Chemie erneut zuführen.

Die Doppelrolle der Biomasse und Schlussfolgerungen

Die hier skizzierten Überlegungen zeigen die Doppelrolle der Biomasse auf. Biomasse galt bisher als CO2-neutraler Energielieferant, aber sie ist - viel wichtiger - ein unverzichtbarer Kohlenstoffspeicher.
Als Energielieferant kann Biomasse durch andere Erneuerbare Energien (in Kombination mit technischen Energiespeichern) ersetzt werden. Zu denken ist hier insbesondere an die Windenergie, die sogar in in Deutschland mit seinen begrenzten Flächen noch ein Potential besitzt, welches den gegenwärtigen Stromverbrauch um das Mehrfache übersteigt.

Als Kohlenstoffspeicher hingegen ist Biomasse unersetzlich.
Im Zweifelsfall geht also die Nutzung der Biomasse als Kohlenstoffspeicher, d.h. ihre stoffliche Verwertung vor. Lediglich für solche Biomasse, deren Speicherung Probleme bereitet, wie z.B. Gülle oder Schlachtereiabfälle, sind Ausnahmen von dieser Regelung angebracht.

Zwar bleibt auch bei stofflicher Verwertung der Biomasse der gebundene Kohlenstoff nicht auf ewige Zeiten im "Bio-Speicher". Irgendwann wird er durch Verrottung oder Verbrennung wieder in den atmosphärischen Speicher entweichen, aber wenn sich seine Verweildauer im Bio-Speicher verlängert, ist bereits viel gewonnen. Die gestellte Frage nach Vergrößerung des Bio-Speichers lässt sich also in der Weise beantworten, dass eine energetische Nutzung von Biomasse aus Klimaschutzgründen möglichst vermieden werden sollt, auf jeden Fall aber soweit wie möglich zu verzögern ist.

  • Biomasse, die energetisch genutzt wird, erzeugt CO2.
  • Biomasse, die gespeichert wird, erzeugt KEIN CO2.

Das bisherige Gütezeichen "CO2-neutral" ist insofern nicht aussagekräftig genug, wenn es um die Beurteilung der Klimawirkung geht. Es darf kein Freibrief für eine bedenkenlose energetische Nutzung der Biomasse sein. Biomasse ist zum Verbrennen zu kostbar.



zum Seitenanfang


Dieser Artikel wurde einsortiert unter ....