Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. (SFV)

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vom 08.04.2013, aktualisiert am 10.04.2013, Von Maria Waffenschmidt:

Biomasse zur stofflichen Nutzung

Die Verbrennung von Erdöl, Erdgas und Kohle setzt CO2 frei und fördert den Klimawandel, das ist bekannt. Deshalb gibt es zahlreiche Bemühungen, unsere Energiegewinnung auf Erneuerbare Energien (EE) umzustellen. Dazu zählen Photovoltaik und Windenergie, aber auch Biomasse, Wasserkraft und einige mehr. Ziel ist es, eines Tages vollständig auf fossile Rohstoffe verzichten zu können.

Doch selbst wenn wir unsere Energieversorgung zu 100% auf EE umgestellt hätten, wären wir noch lange nicht am Ziel. Haben wir in Deutschland derzeit einen Anteil von Erdöl, Erdgas und Kohle am PrimärENERGIEverbrauch von etwa 78 Prozent, so beträgt der Anteil fossiler Rohstoffe am PrimärSTOFFverbrauch der organisch-chemischen Industrie fast 87 Prozent (10). Die Abhängigkeit der Chemie von nicht erneuerbaren Kohlenstoffquellen ist also noch wesentlich größer als im Bereich der Energieversorgung.

Kunststoffe sind aus unserem Alltag kaum wegzudenken. Egal ob Flaschen, Möbel, Brillen, Spielzeug, Handys, Farben, Textilien, Waschmittel, Baustoffe - überall finden wir Erdölprodukte.

Wollen wir den Klimawandel durch konsequenten Verzicht auf fossile Rohstoffe bekämpfen, ist es nötig, bei der stofflichen Nutzung fossile durch nachwachsende Rohstoffe (kurz: NaWaRo) zu ersetzen. Das ist nicht ganz einfach, weil es um sehr viele, sehr unterschiedliche Produkte geht.
Dabei gibt es verschiedene Methoden, pflanzliche Rohstoffe als Grundlage für synthetische Produkte zu nutzen. Pflanzen enthalten Öle und Wachse, Zellulose, Stärke und Zucker, Proteine und Fasern, ätherische Öle, Harze, Farbstoffe, Arzneistoffe, Gifte und einiges mehr. Manche stoffliche Nutzung ist uns geläufig, wie Möbel aus Holz, Seile aus Hanf und Parfüm aus Rosenblüten. Will man komplizierte chemische Verbindungen herstellen, die in der Natur nicht zu finden sind, kann man dabei vorgehen wie bei der Verarbeitung von Erdöl: Der (pflanzliche) Rohstoff wird in einfachste chemische Verbindungen zerlegt, aus denen eine Vielzahl von Endprodukten synthetisiert werden kann. Oder man nutzt die Synthesevorleistung der Pflanzen und Mikroorganismen und sucht nach Inhaltsstoffen, die nur noch geringfügig verändert werden müssen, um zum gewünschten Endprodukt zu gelangen. Die zweite Methode ist diejenige, bei der deutlich weniger Energie benötigt wird, und sollte deswegen nach Möglichkeit bevorzugt werden.

Im Bemühen, fossile durch nachwachsende Rohstoffe zu ersetzen, wurden gerade in den letzten Jahren neue Herstellverfahren und neue Produkte auf pflanzlicher Basis entwickelt und auf den Markt gebracht. Einige davon und auch solche, die schon länger bekannt sind, will ich Ihnen vorstellen, geordnet nach den pflanzlichen Grundstoffen, die für deren Herstellung verwendet werden.

1. Fette und Öle

Im Jahr 2007 wurden in Deutschland 1,1 Mio t Pflanzenöl und 350.000 t tierische Fette stofflich genutzt und ersetzten als Grundstoffe für technische Zwecke das herkömmlich verwendete Erdöl. Heimische Ölsaaten sind Raps, Öllein und Sonnenblume, importiert werden u.a. Palmöl, Sojaöl und Kokosöl. Diese Rohstoffe werden weiter verarbeitet zu Hydraulikölen, Schmierfetten, Metallbearbeitungsölen und Sägekettenöl. Palm- und Kokosöl sind Ausgangsstoffe für die Herstellung von Tensiden, den Wirkstoffen von Putz-, Wasch-, und Reinigungsmitteln.

Im Bereich Farben und Lacke werden unterschiedliche pflanzliche Öle vor allem als Bindemittel und zur Herstellung von Druckfarbe verwendet. Als Additiv dient z.B. das selbsttrocknende Leinöl.

Schon lange bekannt als umweltverträgliche Alternative zu PVC-Bodenbelägen ist das Linoleum. Linoleum ist ein elastischer Bodenbelag, der u.a. aus Leinöl, Holzmehl, Harzen und Jutegewebe hergestellt wird.

Eine erst kürzlich patentierte Neuerung ist der sog. Raps-Asphalt. Bei diesem Asphalt wird Erdöl als Bindemittel durch Rapsöl ersetzt. (2,1)

Bio-Kunststoffe werden bevorzugt aus Zucker oder Stärke hergestellt. Für einige Spezialbereiche, wie die Herstellung von Polyurethan, sind jedoch Öle mit besonderen Eigenschaften notwendig. Hierbei wird jeweils zur Hälfte Rizinusöl und modifiziertes Sonnenblumenöl verwendet.

2. Proteine

Aus Raps gewonnene Proteine sind chemische Grundstoffe zur Herstellung von Klebstoffen und Bindemitteln.

3. Pflanzenfasern

Fasern aus Hanf oder Flachs werden bei der Herstellung von Dämmstoffen, Spezialpapieren (Banknoten) sowie bei der Herstellung von Strukturbauteilen im Fahrzeugbau (Türverkleidung, Hutablage) verwendet.

In der deutschen und europäischen Kraftfahrzeugindustrie ist der Einsatz von Naturfasern, insbesondere Bastfasern sowie Holzfasern, zur Verwendung in kaschierten Verkleidungsteilen für den Fahrzeuginnenbereich seit mehreren Jahren Standard. Neben der Fahrzeugindustrie finden Naturfaserstrukturbauteile auch in anderen Industriezweigen, z.B. dem Gehäusebau, verstärkt Anwendung. (6)

4. Zellulose

Aus Holz oder Baumwolle stammt die Zellulose, die zu Zellglas-Folie verarbeitet wird. Zellglas, bekannt unter dem früheren Markennamen Cellophan, ist einer der ältesten Kunststoffe für Verpackungen, die direkt mit Lebensmitteln in Berührung kommen. Es handelt sich um eine dünne, farblose und transparente Folie aus einem Cellulose-Regenerat mit dem charakteristischen „Cellophangriff“ und Knistereffekt. Zellglas ist weder besonders plastisch noch elastisch verformbar und nur in geringen Maßen dehnbar. Jedoch ist Zellglas ein Kunststoff, der voll aus nachwachsenden statt fossilen Rohstoffen hergestellt werden kann. (11)

Zellglas ist undurchlässig für Flüssigkeiten, lässt jedoch Wasserdampf passieren. Dadurch verhindert eine entsprechende Verpackung, dass sich im Inneren Kondenswasser bildet. Reines, nicht beschichtetes Zellglas kann man sowohl kompostieren als auch zum Altpapier geben oder verbrennen.

5. Stärke

Stärke als Rohstoff wird vor allem aus Kartoffeln, Mais oder Weizen gewonnen. Mit einem Anteil von ca. 2/3 wird der weitaus überwiegende Teil der Stärke im Bereich Papier und Wellpappe eingesetzt.

Stärke ist aber auch ein geeigneter Rohstoff zur Herstellung von Bio-Kunststoff. PHB (Polyhydroxybutyrate) ist ein aus erneuerbaren Rohstoffen fermentativ herstellbarer Polyester mit Eigenschaften ähnlich denen des petrochemisch erzeugten Kunststoffs Polypropylen (PP), das z.B. für Fahrradhelme oder Rohrleitungen verwendet wird. Die fermentative Synthese von PHB kann auf Basis von Zucker und Stärke erfolgen, ist jedoch auch aus anderen Ausgangsstoffen wie Glycerin und Palmöl möglich. (8)

  • PHB ist resistent gegen ultraviolette Strahlen
  • nicht toxisch und biokompatibel und daher für medizinische Anwendungen geeignet
  • biologisch abbaubar

PHBH (Polyhydroxy butyrate hexanoate) ist ein Biokunststoff, der sich besonders durch seine Hitzestabilität auszeichnet. PHBH wird mit Hilfe von Bakterien aus Stärke oder Zucker hergestellt und ist sehr gut biologisch abbaubar. (8)

6. Zucker

Aus Zuckerrüben und Zuckerrohr gewinnt man den Ausgangsstoff zur Herstellung des „Biokunststoffs“ PLA. PLA steht für Polylactid. Zunächst bauen Mikroorganismen den Zucker ab zu Milchsäure (lactic acid). Durch anschließende Polymerisation der Milchsäure entsteht der Kunststoff PLA.
Reines PLA ist hart, kann aber mithilfe von (biologisch abbaubaren) Zusätzen flexibel gemacht werden. Aus PLA lassen sich transparente Folien herstellen, die auch als Verpackung von Nahrungsmitteln geeignet sind. PLA ist resistent gegen Fett und undurchlässig auch für Aromastoffe und Alkohol. Wichtig für die Verarbeitung ist, dass PLA-Folie sich bei niedrigen Temperaturen verschweißen und gut bedrucken lässt. PLA ist biologisch abbaubar. (8)

Biotenside
Tenside (schäumende Stoffe) für Wasch- und Reinigungsmittel oder Körperpflegeprodukte bestanden lange Zeit aus ethoxylierten Molekülen, die mit hohem Energieaufwand aus fossilen Rohstoffen hergestellt wurden. Seit einigen Jahren erobern Biotenside den Markt. Ausgehend von Zuckerrüben, Weizen und Rapssamen entstehen mit Hilfe der Biotechnologie schwach schäumende oder stark schäumende Tenside (Zuckertenside, Sophorolipide, Rhamnolipide) für verschiedene Anwendungen (9).

7. Naturkautschuk

Der Milchsaft des Kautschukbaumes wird Naturkautschuk oder Naturlatex genannt. Durch Zusatz von Schwefel wird der Kautschuk vulkanisiert und es entsteht Naturgummi. Hitze kann den Vorgang beschleunigen. Reines Naturgummi ist recht umweltfreundlich, denn es basiert auf nachwachsenden Rohstoffen, ist ungiftig und kompostierbar. Zum Kautschukanbau werden Flächen nachhaltig genutzt (also nicht ständig neue gerodet), allerdings handelt es sich im Allgemeinen um Monokulturen, und manche befinden sich auf ehemals gerodeten Regenwaldflächen.
International wird neben dem natürlichen Pflanzensaft auch der daraus gefertigte Gummi als Latex bezeichnet, obwohl „Latexgummi“ eindeutiger wäre. Je nach Menge der Zusätze und Art der Verarbeitung entstehen Produkte von verschiedener Qualität: Gummistiefel, Gummibänder, Radiergummi, Latexkleidung(nicht nur als Regenmantel), Bälle, federnder Sportplatzbelag, aber auch Autoreifen werden aus Naturkautschuk oder letztere aus einer Mischung von synthetischem Kautschuk und Naturkautschuk hergestellt.

Wegen seiner Ungiftigkeit wird vor allem Naturlatex zur Herstellung von Kondomen, Einweghandschuhen, Operationshandschuhen u. ä. verwendet. (11)

Sollen nachwachsende Rohstoffe energetisch oder stofflich genutzt werden?

Am besten wäre es, wenn nachwachsende Rohstoffe die fossilen vollständig ersetzen könnten. Leider stehen für nachwachsende Rohstoffe nur begrenzte Anbauflächen zur Verfügung, denn es soll in jedem Fall verhindert werden, dass z.B. Regenwald abgeholzt wird, um Energiepflanzen oder Industriepflanzen anzubauen.

Gehen wir weiterhin von der Annnahme aus, dass auch die Flächen zur Produktion von Nahrungsmitteln nicht angetastet werden, um die Konkurrenz „Tank und Teller“ zu verhindern, dann ist es nötig, die noch zur Verfügung stehenden Flächen optimal zu nutzen.

Der Anbau von Energiepflanzen benötigt im Vergleich zur Energiegewinnung durch Photovoltaik oder Windräder wesentlich mehr Fläche. Pflanzen nutzen im günstigsten Fall 1 % der einfallenden Lichtenergie. Der Ertrag eines Windrades oder einer Photovoltaikanlage ist in Relation zum Flächenverbrauch zehn bis zwanzig mal so hoch.

Vorrang sollten die Nutzungen haben, die am schlechtesten durch andere Erneuerbare Systeme ersetzbar sind.

Abgesehen von Methan oder Methanol aus „Power to Gas“- oder „Power to Liquid“-Produktion, das bisher jedoch ausschließlich als Energiespeicher oder Kraftstoff zur Diskussion steht, ist Biomasse für die chemische Industrie die einzige erneuerbare Kohlenstoffquelle, während zur Gewinnung von Strom und Wärme die Biomasse eine von mehreren Möglichkeiten darstellt und nicht die effektivste ist. Deshalb sollten nach meiner Ansicht NaWaRo vor allem zur stofflichen Nutzung angebaut werden.

Doch bei aller Begeisterung für die stoffliche Nutzung von NaWaRo dürfen wir nicht außer acht lassen, dass auch für deren Verarbeitung Energie verbraucht wird. Deshalb ist der sparsame Umgang mit Rohstoffen und die Wiederverwertung von Gebrauchsgütern unverzichtbar.

Kaskadennutzung

Ein Beispiel für sparsamen Umgang mit Rohstoffen, ist die sog. Kaskadennutzung. (1)

Aus dem Pflanzenmaterial wird zunächst ein hochwertiges Produkt hergestellt. Nach dessen Gebrauch wird es recycelt und als einfaches Produkt noch einmal genutzt bis es schließlich zur stofflichen Nutzung unbrauchbar ist und „thermisch verwertet“, also zur Energiegewinnung verbrannt wird.
Am Beispiel von Holz sähe das wie folgt aus: Zunächst wird Holz z.B. als Tischplatte genutzt, danach recycelt und als Spanplatte verwendet und erst zum Schluss, wenn eine stoffliche Nutzung nicht mehr sinnvoll ist, verbrannt.

Voraussetzung für eine Kaskadennutzung ist der Verzicht auf die Herstellung von Wegwerf-Artikeln.

Da die stoffliche Verwertung einer Pflanze eine höhere Wertschöpfung ermöglicht als die einfache Verbrennung, sollte die Herstellung langlebiger Produkte angestrebt werden. In diesem Zusammenhang ist es auch sinnvoll, zur Herstellung von Biogas hauptsächlich Abfälle zu verwenden und Energiepflanzen nur in den Mengen zuzusetzen, die nötig sind, um den biologischen Prozess der Umwandlung zu gewährleisten.

Energiepolitische Maßnahmen

Eine Vielzahl von Gesetzen und Verordnungen, in Deutschland und europaweit, regeln und unterstützen die energetische Nutzung von Biomasse als „Erneuerbare Energie“. Ob Marktanreizprogramme für Holzpelletheizungen, Energiepflanzenprämie oder reduzierte Umsatzsteuer für Brennholz, um nur einige Beispiele zu nennen, alles zielt auf die energetische Nutzung von Biomasse. Von der Förderung bislang kaum berücksichtigt bleibt die stoffliche Nutzung von Biomasse.

Eine einseitige Förderung der energetischen Nutzung führt jedoch zu Wettbewerbsverzerrungen im Markt. Unternehmen, die z.B. Raps oder Mais als Industriepflanzen benötigen, sehen sich aufgrund stark steigender Nachfrage für die Energiegewinnung mit steigenden Preisen konfrontiert, die für sie nicht durch irgendeine staatliche Maßnahme kompensiert werden.

Andere Unternehmen wiederum benötigen z.B. Faserpflanzen wie Flachs für ihre Produktion. Der Anbau wurde jedoch weitestgehend eingestellt zu Gunsten von Energiepflanzen, mit denen bessere Erträge erzielt werden können.

Um die Situation der Unternehmen, die NaWaRo stofflich nutzen, nicht unnötig zu erschweren, sollte die energetische Nutzung von Biomasse zumindest nicht stärker gefördert werden als deren stoffliche Nutzung. Es wäre zu diskutieren, ob es sinnvoll wäre, Fördermittel für die Nutzung von Energiepflanzen ganz zu streichen, weil sich bereits jetzt abzeichnet, dass große Monokulturen mit Mais und Raps angelegt werden. Deren Nachteile wie erhöhter Bedarf an Dünger und Anfälligkeit für Krankheiten und Schädlinge sind bekannt. Vielleicht wäre statt dessen eine höhere Besteuerung fossiler Rohstoffe sinnvoll.

Egal für welche Maßnahme man plädiert: das oberste Ziel sollte immer sein, fossile Rohstoffe vollständig zu ersetzen.

Soll man die fossilen Rohstoffe nun erst im stofflichen oder erst im energetischen Bereich ersetzen?

Für die CO2-Bilanz ist es gleichgültig, ob wir nun Holz verbrennen und Öl zu Kunststoff machen oder Öl verbrennen und Holz zu Kunststoff machen. Solange es immer noch nötig ist, Öl zu fördern und zu nutzen, finden wir es früher oder später als CO2 in der Atmosphäre wieder.

Am Ziel sind wir also erst, wenn zur Energiegewinnung nichts mehr verbrannt wird, sondern wir die Energie hauptsächlich aus Wind und Sonne erzeugen. Für den Bereich der stofflichen Nutzung bleibt uns dann hoffentlich genügend Biomasse, um Öl und Gas vollständig zu ersetzen.
 

Zur Autorin

Maria Waffenschmidt studierte Pharmazie und ist Apothekerin. Heute arbeitet sie in der Kosmetik-Entwicklung. Sie ist seit 2007 Mitglied des SFV. Durch ihre redaktionelle Mithilfe bei der Erstellung unserer Flyer unterstützt sie ehrenamtlich die Öffentlichkeitsarbeit des SFV.
 

Quellen

(1) Tagung des NOVA-Instituts in Zusammenarbeit mit dem Umweltbundesamtes am 11.12.2012 in Berlin zum Thema "Stoffliche Nutzung von Biomasse- die bessere Option?"

(2) http://www.nova- institut.de

(2,1) nova Institut; Stoffliche Nutzung von Pflanzenöl in Deutschland (2007)

(3) IFEU- Institut (Dez. 2012)

(4) http://www.european-bioplastics.org (Dez. 2012)

(5) http://www.umweltbundesamt.de (Dez. 2012)

(6) http://www.sachsenleinen.de (Jan. 2012)

(7) http://www.european-bioplastics.org (Dez.2012)

(8) Bioplastics MAGAZINE 6/2012 Vol. 7; http://www.bioplasticsmagazine.com

(9) SOFW-Journal 11-2012

(10) Hermann Fischer "Stoffwechsel", Verlag Kunstmann 2012, S. 43

(11) wikipedia

(12) Bräuer & Nagel,"101 Dinge, die Sie sich sparen können", dtv 2012




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