Treibstoff aus Mais, Zuckerrohr oder Abfällen der Holzwirtschaft: "Biosprit" gilt als ökologisch vorbildlich. Aber wie viel Energie steckt in seiner Herstellung? Zu einer agrikulturellen Debatte.
So mancher Verfechter erneuerbarer Energie ist der irrigen Ansicht, die energetische Nutzung von Biomasse sei "CO2-neutral". Das Argument lautet: Beim Wachstum nehmen die Pflanzen Kohlendioxid (CO2) aus der Luft auf und binden es in Form von Kohlehydraten wie Zucker, Stärke oder Zellulose. Beim Verbrennen der Pflanzenmasse - oder beim Verrotten im Wald - wird dieselbe Menge CO2 wieder frei. Netto ist die CO2-Bilanz also ausgeglichen.
Diese Überlegung ist grundsätzlich richtig, sie passt etwa, wenn in einem Biomasse-Kessel Holz aus dem Wald hinterm Haus verheizt wird. Doch bei großtechnischer Verwendung von Biomasse stimmt sie so nicht mehr: Man muss die Rohstoffe von der Quelle zur Verwertung transportieren, das kostet Energie und führt damit zu CO2-Emissionen. Und jede Weiterverarbeitung der Rohstoffe braucht erneut Energie.
Besonders brisant ist die Frage bei Biosprit - es vergeht kaum ein Jahr, wo in den USA nicht eine heftige Debatte über Sinn oder Unsinn der Herstellung von Ethanol (Alkohol) aus Mais ausbricht. Ethanol hat in den USA seit den Erdölschocks der Siebzigerjahre große Bedeutung: In den Mais produzierenden Bundesstaaten enthält das Benzin zehn Prozent Ethanol.
Mitte Juni war es wieder einmal so weit: Hosein Shapouri, Ökonom im US-Landwirtschaftsministerium, legte eine Studie vor, laut der Bio-Ethanol 67 Prozent mehr Energie liefert, als zu seiner Herstellung verbraucht wird. Die Antwort kam rasch: Shapouris Hauptgegner David Pimentel, Ökologe an der Cornell University, nannte die Zahlen reinen Humbug. Er behauptet vielmehr, die Herstellung des Bio-Ethanols verschlinge um 29 Prozent mehr Energie, als der Treibstoff dann bringt.
Tatsächlich ist die Herstellung von Bio-Ethanol aufwendig. Das beginnt schon auf dem Feld: Viel Energie (und Erdöl) stecken im Kunstdünger. Künstliche Bewässerung kostet Energie, ganz zu schweigen vom Spritverbrauch landwirtschaftlicher Maschinen. Der Löwenanteil fließt aber in die Weiterverarbeitung: Zuerst muss der Mais oder Weizen gereinigt und gemahlen werden, dann wird die Stärke mit Hilfe von Enzymen - bei erhöhter Temperatur - in Glukose gespalten. Die Maische wird mit Hefe vergoren, schließlich wird das Ethanol durch Destillation vom Wasser befreit.
Aber wieso differieren die Angaben der beiden Wissenschaftler so stark? Sie werfen einander falsche Annahmen und alte Zahlen vor. Pimentel kritisiert an Shapouri, dass er etwa den Energiebedarf für die Herstellung der landwirtschaftlichen Geräte nicht berücksichtige. Shapouri kontert, dass Pimentel die Effizienzsteigerungen der vergangenen Jahre bei der Vergärung und Destillation nicht zur Kenntnis nehme.
Viel polemischer wird die Debatte von den Interessensgruppen geführt, die hinter den beiden stehen. Die Agrarwirtschaft wirft Pimentel vor, von Agrarökonomie "keine Ahnung" zu haben. Die Erdölwirtschaft unterstellt Shapouri, er stehe im Sold der Agrarlobby. Überlagert ist der Streit von einer Grundsatzfrage: Viele Menschen - darunter Pimentel - wollen nicht akzeptieren, dass landwirtschaftliche Produkte für einen anderen Zweck als den der menschlichen Ernährung genutzt werden. Dass also "Lebensmittel verbrannt werden".
Die Zahlen zu verifizieren ist kaum möglich. Die meisten Studien aber bescheinigen dem Ethanol aus Mais oder Getreide eine positive Bilanz: Energiegewinn zwischen 19 und 37 Prozent. Was das für die CO2-Bilanz bedeutet, ist noch schwieriger abzuschätzen. Viel hängt davon ab, mit welchen Energiequellen die Fermenter und Destillieranlagen beheizt werden. Wenn etwa die Reste von Maispflanzen in der Nähe der Fabrik zur Verfügung stehen, dann können die CO2-Einsparungen von Bio-Ethanol gegenüber Benzin 35 bis 50 Prozent ausmachen. Wird viel Erdgas, Kohle oder Strom aufgewendet, wird die Bilanz schlechter. Negativ wird sie aber nur in den Studien Pimentels.
Etwas klarer ist die Situation bei anderen Formen von Biosprit. Zum Beispiel bei der - konkurrenzlos günstigen - Herstellung von Bio-Ethanol aus brasilianischem Zuckerrohr. Dort liegt der Energieeinsatz für die Produktion nur bei acht bis zehn Prozent. Und dieser wird fast zur Gänze aus "Bagasse", den ausgelaugten Resten des Zuckerrohrs, gedeckt. Die CO2-Bilanz ist deshalb noch besser. In Biosprit aus europäischen Zuckerrüben steckt laut Schätzungen um rund 50 Prozent mehr Energie, als zur Herstellung verbraucht wird. Die CO2-Einsparung liegt zwischen 35 und 50 Prozent. Und in Biodiesel aus Raps- und Sojaöl steckt um 60 bis 80 Prozent mehr Energie, als zur Gewinnung benötigt wird. Der CO2-Ausstoß kann gegenüber fossilem Diesel um 45 bis 65 Prozent gesenkt werden. - Viel größere CO2-Einsparungen versprechen Technologien mit Zellulose als Ausgangsmaterial. Die besitzt die Land- und Forstwirtschaft in Form von Stroh oder Holzschliff wie Sand am Meer. Von biologischen Abfällen gar nicht zu sprechen. Diese komplexen Kohlehydrate gilt es in Zuckermoleküle aufzuspalten, die dann vergoren werden. Eine ausgereifte, aber teure Technologie ist die Hydrolyse durch Säuren. Seit gut einem Jahrzehnt forscht man an einer günstigeren Methode: der enzymatischen Spaltung der Zellulose. Recht weit gediehen ist ein Prozess, bei dem Hydrolyse und Vergärung in getrennten Kesseln erfolgen. Großtechnische Erfahrungen mit der Alkoholgewinnung aus Zellulose hat man noch nicht, erst 2006 wird die erste Fabrik in Kanada fertig.
Indessen wird am "Consolidated Bioprocessing" (CBP) gearbeitet, bei dem nicht die Enzyme zugesetzt werden, sondern Mikroorganismen, die sie erst produzieren. Einige Forscher suchen nach einer Mischung von Bakterien und Pilzen, die längere Zeit in Symbiose leben können. Andere nach einem einzigen Bakterienstamm, der alle nötigen Enzyme produzieren kann. Ein heißer Kandidat ist Clostridium thermocellum: Er kann Zellulose rasch abbauen und gleichzeitig den Zucker zu Alkohol vergären.
Ebenso große CO2-Einsparungen ermöglichen soll Vergasung von Biomasse und nachfolgende Verflüssigung zu einem Treibstoff. Die Holzvergasung ist im Grunde eine alte Technologie, die etwa in den Mangelzeiten der 1930er-Jahre benutzt wurde. Heute - eine der modernsten Anlagen steht im burgenländischen Güssing - ist sie eine effiziente Methode, um aus Zellulose und Lignin "Synthesegas" herzustellen. Diese Mischung aus Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) wird dann durch "Fischer-Tropsch-Synthese" (FT) - an Eisenkatalysatoren - in ein flüssiges Kohlenwasserstoff-Gemisch (Diesel) umgewandelt.
All diese Verfahren sind von Wirtschaftlichkeit noch weit entfernt. Und sie brauchen - beim derzeitigen Entwicklungsstand - sehr viel Energie. Für FT-Diesel aus Eukalyptus etwa muss man 2,35mal so viel Energie einsetzen, wie dann im Produkt enthalten ist; die Prozesswärme kann freilich zur Gänze aus Biomasse gewonnen werden, weshalb die CO2-Bilanz hervorragend ist. CBP-Ethanol ist energetisch billiger, für es ist derzeit ein um 94 Prozent höherer Energieeinsatz nötig. Durch Weiterentwicklung der Technologien sind, da sind sich alle Forscher einig, große Einsparungen möglich.
All diese Zahlen zur Energiebilanz mögen deprimierend wirken. Doch sie müssen etwas relativiert werden: Es ist völlig klar, dass Treibstoff einer Aufbereitung bedarf, um "mobil" zu sein. Das gilt genauso für Erdölprodukte: Die Herstellung von Diesel erfordert zumindest zehn Prozent des Energiegehalts, bei Benzin ist der Energieaufwand für Transport und Raffinerie sogar doppelt so hoch. Und da ist der immense Energieaufwand bei der Suche und Förderung von Erdöl nicht eingerechnet. Schon gar nicht, dass zur Sicherung der Erdölreserven riesige Militärmaschinerien aufgefahren werden. Und die brauchen auch Energie. [*]