DIE GRÜNE ZUKUNFT IM TANK

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1 Liter Öl Pro Hektar und Jahr lassen sich aus Mikroalgen fast Liter Öl gewinnen. Zum Vergleich: Selbst bei guten Erträgen bringt ein Hektar Rapsfeld nur etwa Liter Öl.

2 MANforum 04/ technologie DIE GRÜNE ZUKUNFT IM TANK Biokraftstoffe werden nach anfänglichen Begeisterungsstürmen kontrovers diskutiert. Doch jetzt schon ein Urteil zu fällen wäre voreilig. Denn auf dem Transportsektor gibt es langfristig zu Biosprit nur wenige Alternativen. Und neue Produktionstechnologien befinden sich erst am Anfang der Entwicklung. Foto: Jens Mauritz >>> Anfang dieses Jahres startete eine Boeing der amerikanischen Fluggesellschaft Continental Airlines vom Flughafen Houston zu einem außergewöhnlichen Flug: Eins der beiden Triebwerke wurde von Biokraftstoff angetrieben. Das allein war keine Premiere, auch Japan Airlines und Virgin Atlantic haben bereits mit Biospritbeimischungen experimentiert. Doch bei diesem Flug hatte die Besatzung zum ersten Mal überhaupt Treibstoff getankt, der zur Hälfte aus mikroskopisch kleinen Algen produziert worden war. Die Herstellung von Biokraftstoffen aus Algen ist zurzeit eine der heißesten Storys auf dem ohnehin boomenden Markt für grüne Energieerzeugung. Vor einigen Jahren noch als Fantasterei verspottet; jetzt bestellt sogar das amerikanische Verteidigungsministerium Liter Biodiesel aus Algen bei dem kalifornischen Start-up-Unternehmen Solazyme, um damit umfangreiche Tests durchzuführen. BP investierte zehn Millionen Dollar in die Technologie, Bill Gates, Gründer von Microsoft, beteiligte sich mit 50 Millionen Dollar. Der Ölriese Exxon ist sogar mit 600 Millionen dabei. KLIMARETTER AUS DEM WASSER Es ist leicht, sich für Algen zu begeistern, kommentiert Raya Widenoya, Biotreibstoffexpertin vom Worldwatch Institute in Washington, USA. Denn die Wasserorganismen stellen ausgerechnet aus dem klimaschädlichen CO 2 Biomasse her mithilfe von nichts weiter als ein paar Nährstoffen und Sonnenlicht. Dabei sind sie enorm produktiv: Auf einem Hektar Acker erntet man im Jahr vielleicht sechs Tonnen Weizen oder zehn Tonnen Mais. Bei Algen sind, auf die Fläche bezogen, 30 bis 50 Tonnen Biomasse möglich, erklärt Olaf Kruse, Professor für Algenbiotechnologie an der Universität Bielefeld. Statt nur einmal pro Jahr kann mehrfach geerntet werden, und das von Brachflächen oder sogar in Wüsten Algenkulturen würden also nicht, wie andere Energiepflanzen, in Konkurrenz zum Nahrungsmittelanbau treten. Was die Art des Kraftstoffs angeht, bieten die Mikroorganismen mehrere Alternativen: Von den rund bekannten Algenarten lagern einige bis zu 80 Prozent Öle ein, aus denen durch Veresterung, also durch Zugabe von Methanol und einem flüssigen Katalysator wie Schwefelsäure, Biodiesel hergestellt werden kann. Die Algenbiomasse eignet sich auch zur Biogasproduktion, einzelne Algenarten produzieren außerdem reinen Wasserstoff, der direkt als Kraftstoff genutzt werden könnte. Auch eine Mehrfachverwertung etwa erst die Gewinnung von Öl, dann die Biogasproduktion mit der Restbiomasse ist möglich. Der Haken: Die Technologie ist momentan noch um den Faktor zehn zu teuer, um mit petroleumbasierten Kraftstoffen zu konkurrieren. BUMERANG-EFFEKT BIOSPRIT Trotzdem erscheinen algenbasierte Biotreibstoffe vielen in der Green-Tech-Branche mehr als nur ein hoffnungsvoller Silberstreif am Horizont. Schließlich sind andere Grundstoffe für die alternative Kraftstofferzeugung nach anfänglichen Begeisterungsstürmen zunehmend in Verruf geraten klang Bioethanol aus Mais noch wie ein Wunder, sagt Steve Kay von der University of California in San Diego, der das aus 16 Firmen und Forschungsinstituten Der Vorteil der Algen ist nicht nur, dass sie viel schneller wachsen als Landpflanzen. Sie liefern auch zehn- bis 100-mal mehr Biomasse. zusammengesetzte San Diego Center für Algenbiotechnologie leitet. Dann wurde bekannt, dass die Mais-Ethanolherstellung erheblichen Schaden anrichtet. Wir brauchen einfach neue Formen der Energieerzeugung, die umweltverträglich sind. Im stationären Bereich existieren bereits zahlreiche Alternativen zu fossilen Brennstoffen für die saubere Strom- und Wärmeerzeugung, wie Wasserkraft, Erdwärme, Wind- und

3 36 technologie Sonnenenergie. Doch im Transportsektor ist die Auswahl eingeschränkt erst recht bei Nutzfahrzeugen, Schiffen und Flugzeugen. Eberhard Hipp, Leiter der Vorentwicklung bei MAN Nutzfahrzeuge, erläutert: Vor allem Lkw und Busse werden auch in Zukunft auf flüssige Kraftstoffe auf Dieselbasis angewiesen sein, wenn auch mit unterschiedlichen Beimischungen. Die derzeit geltende Abgasnorm Euro 5 stellt sicher, dass auch konventionelle Dieselkraftstoffe vollständig verbrannt werden. MAN steht gleichzeitig in der Motorenentwicklung der Diversifikation der Kraftstoffe positiv gegenüber und entwickelt zielgerichtet weiter. Biodiesel, Bioethanol oder Biomethan lassen sich außer aus Algen aus einer Vielzahl von Pflanzen herstellen: Neben Raps, Getreide, Ölpalmen und Zuckerrohr kommen dafür auch Pflanzen wie die Purgiernuss oder Leindotter infrage. Die beiden Letzteren haben den Vorteil, dass sie auch auf vergleichsweise unfruchtbaren Böden gedeihen und somit nicht in Konkurrenz zum Nahrungsmittelanbau treten denn das ist derzeit einer der Hauptvorwürfe gegen Biokraftstoffe und 2008 kam es in Mexiko, Haiti und Ägypten sogar zu blutigen Unruhen, weil Lebensmittel so teuer geworden waren, dass sich ein großer Teil der Bevölkerung die Grundnahrungsmittel nicht mehr leisten konnte. Eine Teilverantwortung für den Preisanstieg trug die hohe Nachfrage nach Rohstoffen für die Bioenergieerzeugung. Im Vergleich zum Beginn des Jahrtausends hatten sich beispielsweise die Getreidepreise bis zum Frühsommer 2008 fast verdreifacht. ZWEIFELHAFTE ÖKOBILANZ Auch die Klimabilanz dieser sogenannten Biokraftstoffe der ersten Generation fällt alles andere als lupenrein aus. Zwar gilt grundsätzlich: Bei der Verbrennung der Biokraftstoffe wird nur das CO 2 frei, das die Pflanzen und Algen für ihr Wachstum zuvor der Atmosphäre entnommen haben. Doch rechnet man die Kohlendioxidemissionen mit ein, die durch Ernte, Transport und Weiterverarbeitung entstehen, verlieren sie viele grüne Vorteile. Und wenn für den Pflanzenanbau erst das Land urbar gemacht werden muss, etwa indem Wald gerodet wird, entsteht eine Kohlendioxidschuld, die teilweise erst nach jahrzehntelanger Biotreibstoffproduktion wieder abgetragen ist. Besser sehen die Berechnungen für Biokraftstoffe der zweiten Generation aus. Sie unterscheiden sich von der ersten Generation dadurch, dass die ganze Pflanze samt Stängeln und Wurzeln oder sogar nur Pflanzenabfall zu Biotreibstoff oder Gas verarbeitet wird. Doch an der Wirtschaftlichkeit dieser Technologien wird noch gearbeitet. Verschiedene Hürden wie das Aufbrechen des extrem widerstandsfähigen zellulosehaltigen Pflanzenmaterials lassen heute noch keine Biokraftstoffherstellung zu, die wettbewerbsfähig wäre. Es gibt ohnehin keinen Königsweg, meint Dietmar Kemnitz von der Fachagentur > ENERGIETRÄGER FÜR DEN TRANSPORT Grüne Technologie so werden Biokraftstoffe hergestellt Biogas Grundsätzlich lassen sich alle Grundstoffe ob Feldfrüchte oder Pflanzen- und Holzreste vergären und zur Biogasproduktion nutzen. Um allerdings hochwertiges Biomethan oder Bioerdgas zu erhalten, ist eine recht aufwendige Aufbereitung nötig. Unter anderem gilt es, das Gas zu entfeuchten und zu entschwefeln; zudem muss CO 2 abgeschieden werden. Energiegehalt: Ein Kilo Bioerdgas ersetzt 1,4 Liter Benzin. Bioethanol Mais, Getreide, Zuckerrohr und Zuckerrüben werden üblicherweise mit Hefen oder Bakterien vergoren. Die Mikroorganismen wandeln den enthaltenen Zucker zu Alkohol, Bioethanol, um. Einige Firmen entwickeln auch die Synthese von Biobutanol, einem höherwertigen Alkohol, der mehr Energie speichert und sie dank seiner veränderten Eigenschaften besser transportiert. Er kann Benzin in höheren Anteilen zugesetzt werden als bisher Bioethanol. Energiegehalt: Ein Liter Bioethanol ersetzt 0,66 Liter Benzin. Biodiesel Zur Biokraftstoffherstellung aus Ölpflanzen wie Raps, Soja und Sonnenblumen wird das in den Pflanzen enthaltene Öl unter Zugabe von Methanol und Katalysatoren zu Biodiesel verestert. NO x -Grenzwerte der künftigen Abgasnorm Euro 6 können damit aber nicht eingehalten werden. Energiegehalt: Ein Liter Biodiesel ersetzt 0,91 Liter Diesel. Synthetischer Biokraftstoff Eine neuere Technologie ist Biomass-to-Liquid (BTL), die Biomasseverflüssigung. Zerkleinerte Biomasse wie Stroh, Holz, Klärschlamm oder Laub wird dabei zu Synthesegas vergast und anschließend mittels der sogenannten Fischer-Tropsch-Synthese zu synthetischem Kraftstoff verflüssigt. Der thermisch-chemische Prozess ist sehr effizient, aber zurzeit auch noch sehr teuer. Energiegehalt: Ein Liter Biomass-to-Liquid-Kraftstoff ersetzt 0,97 Liter Benzin. Foto: Jens Mauritz

4 7 Kilo Holz Aus etwa sieben Kilogramm Holzabfällen lässt sich ein Kilogramm BTL-Kraftstoff gewinnen. Das entspricht einem Energiegehalt von 0,97 Liter Benzin. MANforum 04/

5 38 25,4 Kilo Mais Auf dem Weltmarkt kostet ein Bushel Mais (25,4 Kilo) derzeit 3,1 Dollar, Tendenz steigend. Einer der Gründe ist die Verwendung des Rohstoffs für die Bioethanol-Produktion.

6 MANforum 04/ technologie Nachwachsende Rohstoffe. Welcher nachwachsende Rohstoff oder welcher Produktionsweg sich am Ende als der energieeffizienteste, klimaschonendste und kostengünstigste herausstellt, kann deshalb heute noch niemand abschätzen. Zumal das nicht zuletzt von der Entwicklung der Motoren und der Versorgungsinfrastruktur abhängt. TANKEN MIT REINEM BIODIESEL Für Biodiesel und Bioethanol, auch im Gemisch mit konventionellen Kraftstoffen, sind dagegen bei Weitem nicht alle Fahrzeuge freigegeben. Das Hautproblem stellt die große Lösungsfähigkeit der Biotreibstoffe dar: Sie bauen Weichmacher in Schläuchen und Dichtungen ab, lösen Ablagerungen, die den Kraftstofffilter verstopfen können. Wenn Biodiesel in den Schmierkreislauf gelangt, führt das außerdem häufig zu Rückständen im Motor und schlechteren Schmiereigenschaften, denn aufgrund des deutlich höheren Siedepunkts von 130 Grad Celsius verdampft er im Gegensatz zu konventionellem Diesel nicht während des Motorbetriebs. Unüberwindlich sind diese Probleme nicht: In Brasilien und Deutschland ist heute eine Beimischung von fünf Prozent Biodiesel zu konventionellem Diesel Standard, in Österreich von sieben Prozent. MAN Latin America hat den Lkw-Betrieb bereits mit 20 Prozent Biodieselbeimischung erfolgreich getestet und erprobt nun die Betankung mit reinem Biodiesel. Bleibt zu hoffen, dass die Testfahrer danach ein ähnliches Fazit ziehen können wie Rich Jankowski, Kapitän des Continental-Jets, der mit Algentreibstoff betankt wurde: Der Test verlief lehrbuchmäßig ein perfekter Flug ohne Probleme. < > BREITES ARTENSPEKTRUM Vom Acker in den Tank diese Pflanzen sind die Basis für Biotreibstoffe Foto: Jens Mauritz Ob Algen, Getreide oder Zuckerrohr Biokraftstoffe lassen sich aus verschiedenen pflanzlichen Rohstoffen herstellen. Die Vor- und Nachteile der Ausgangsstoffe im Überblick: Pflanzenabfälle Ethanol- und Biogasproduktion möglich, keine Nahrungsmittelund Böden werden ausgelaugt, wenn keine Pflanzenreste auf den Feldern verbleiben, Herstellung zurzeit noch sehr teuer unter ökologischen Gesichtspunkten führt an der Verwertung der zellulosehaltigen Pflanzenabfälle in Zukunft kein Weg vorbei Mais einfache und preisgünstige Vergärung zu Bioethanol oder Biogasproduktion möglich Nahrungsmittel- und ökologisch und sozial bedenklich Zuckerrohr einfache, preiswerte Vergärung zu Bioethanol möglich Nahrungsmittelund, große Monokulturen in bestimmten Regionen (vor allem Brasilien) kosteneffiziente und umweltfreundliche Nutzung möglich Palmöl reines Öl (nicht weiterverarbeitet) als Biotreibstoff einsetzbar oder einfache Veresterung zu Biodiesel, preisgünstig Nahrungsmittel- und aufgrund der Rodung von Regenwald zugunsten von Ölpalmenplantagen extrem bedenklich Getreide einfache, preiswerte Vergärung zu Bioethanol oder Biogasproduktion möglich Nahrungsmittel- und ökologisch und sozial bedenklich Raps reines Rapsöl (nicht weiterverarbeitet) kann als Biotreibstoff oder durch einfache Veresterung als Biodiesel eingesetzt werden, etablierte Produktionsprozesse durchaus wettbewerbsfähig; der Anbau von Raps ist jedoch sehr flächenintensiv, deshalb bleibt Rapsveresterung wohl eine Nischenlösung Algen sehr effizient, keine Nahrungsmittelund, Biodiesel-, Biomethanund Wasserstoffproduktion möglich großer Flächenbedarf, Herstellung zurzeit extrem teuer Hoffnungsträger mit sehr großem Potenzial Soja reines Öl (nicht weiterverarbeitet) ist als Biotreibstoff einsetzbar und kann relativ einfach zu Biodiesel verestert werden Nahrungsmittelund, schlechtere Kaltfließeigenschaften als Raps ökologisch und sozial bedenklich