Energetische Nutzung von Biomasse erhöht die CO2-Konzentration in der Atmosphäre

Transkript

1 Energetische Nutzung von Biomasse erhöht die CO2-Konzentration in der Atmosphäre Ein einfaches Modell zur Beurteilung der energetischen Nutzung von Biomasse Von Wolf von Fabeck 1

2 Unter dem Stichwort Kohlenstoffzyklus findet sich (Stand ) bei Wikipedia* der folgende Satz: Die Verbrennung rezenter kohlenstoffhaltiger Brennstoffe (Rapsöl, Holz, Brandrodung) sollte als Eingriff in den kurzfristigen biochemischen Kreislauf nicht zur Erhöhung (der atmosphärischen CO2-Konzentration) beitragen. Diesem Satz, mit dem die Verfechter der energetischen Biomassenutzung ihre Aktivitäten verteidigen, widerspricht der SFV ausdrücklich. 2

3 Um Missverständnisse auszuschließen: Der Solarenergie-Förderverein Deutschland (SFV) ist sich mit den Verfechtern der energetischen Biomassenutzung darin einig, dass die weitere Energiegewinnung mit fossilen Brennstoffen so schnell wie möglich beendet werden muss. Uneinigkeit besteht nur insoweit, als der SFV die energetische Nutzung von Biomasse nicht als Ersatz für die Nutzung von fossilen Brennstoffen ansieht. Der SFV hält auch die energetische Nutzung von Biomasse für klimaschädlich. Darum geht es in dem folgenden Beitrag. 3

4 Solange die energetische Nutzung von Biomasse in nur kleinem Maßstab unternommen wurde, war ihre Auswirkung auf den Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre vernachlässigbar gering. Dies ändert sich allerdings zunehmend, da durch die staatlich geförderte energetische Nutzung von Biomasse (zur Stromerzeugung, zur Treibstoff-Beimischung und zur Beheizung) gewerblich und nachhaltig nicht mehr vernachlässigbare Mengen an Biomasse zu CO2 verwandelt werden. Auf Bedenken des SFV gegen diese CO2-Erzeugung wird von den Verfechtern der energetischen Biomasse-Nutzung in zweierlei Weise geantwortet: 1. Es sei immer noch besser, man verbrenne Biomasse an Stelle von fossilen Stoffen. 2. Bei der Verbrennung von Biomasse werde nur soviel CO2 freigesetzt, wie vorher durch Photosynthese aus dem CO2 der Atmosphäre gewonnen wurde. 4

5 Auf Bedenken gegen diese CO2-Erzeugung wird in zweierlei Weise geantwortet: 1. Es sei immer noch besser, man verbrenne Biomasse an Stelle von fossilen Stoffen. 2. Bei der Verbrennung von Biomasse werde nur soviel CO2 freigesetzt, wie vorher durch Photosynthese aus dem CO2 der Atmosphäre gewonnen wurde. Dem Punkt 1 lässt sich nur zustimmen, wenn man davon ausgeht, dass es keine andere Möglichkeit zur Energiegewinnung gibt. (Es gibt jedoch CO2-freien Ersatz: Windenergie, Sonnenenergie, Stromspeicher!) Zu Punkt 2 lässt sich anmerken, dass dies eine Trivialität ist, die nichts beweist. Etwas überspitzt könnte man antworten: selbst wenn sämtliche Wälder und Urwälder auf einmal abbrennen würden, so würde auch dabei nur so viel CO2 freigesetzt, wie vorher aus dem CO2 der Atmosphäre gewonnen wurde und trotzdem käme es zur Klimakatastrophe. 5 Wenn wir uns ernsthaft mit der Auswirkung der energetischen Biomassenutzung auf die CO2-Konzentration der Atmosphäre auseinandersetzen wollen, müssen wir uns eingehender mit dem kurzfristigen organischen Kohlenstoffkreislauf befassen.

6 Unter Kohlenstoffkreislauf oder Kohlenstoffzyklus versteht man die miteinander verbundenen chemischen Umwandlungen kohlenstoffhaltiger Verbindungen in den globalen Systemen Lithosphäre, Hydrosphäre, Erdatmosphäre und Biosphäre sowie den Austausch der Kohlenstoffverbindungen zwischen diesen Sphären. Die Kenntnis dieses Systems einschließlich seiner Teilprozesse ist notwendig, um die Eingriffe des Menschen in das Klima und damit ihre Auswirkungen auf die globale Erwärmung abzuschätzen. Ein Teil des gesamten Systems ist der kurzfristige organische Kohlenstoffkreislauf. In ihm kommen die höchsten Massenströme vor. Sie transportieren die größten Kohlenstoffmengen zwischen den kleinsten Kohlenstoffreservoiren. Der Kohlenstoffgehalt in diesen Kohlenstoffreservoiren kann sich deshalb schnell ändern. Davon ist besonders die Erdatmosphäre betroffen. 6

7 Nach Prof. Dr. Wolfgang Oschmann et al. (2000) Institute of Geosciences, Universität Frankfurt 7 7

8 8 8

9 9 Kurzfristiger biosphärischer Kohlenstoffkreislauf

10 Kurzfristiger biosphärischer Kohlenstoffkreislauf Wir vereinfachen dieses Modell weiter zu einem Modell mit nur noch zwei Kohlenstoffreservoiren Atmosphäre Erdoberfläche 10

11 Kurzfristiger biosphärischer Kohlenstoffkreislauf Wir vereinfachen dieses Modell weiter zu einem Modell mit nur noch zwei Kohlenstoffreservoiren 11 Den gesamten Kohlenstoff des kurzfristigen Kreislaufs fassen wir in 6 hellblaue Päckchen zusammen, die sich entweder in der Atmosphäre oder aber in Pflanzen, Tieren, Bauwerken oder im Humus der Erdoberfläche befinden.

12 Bewegungen der Kohlenstoffpäckchen haben folgende Bedeutung Klimawirksame Verweildauer in der Atmosphäre Respiration, Verrotten, ggf. Verbrennen Photosynthese Verweildauer am Boden Degradation, Absterben 12

13 13 Zeitachse Atmosphäre Verrotten Veratmen Verbrennen Photosynthese Pflanzen, Tiere, Kohlenstoffhaltige Produkte, Humus Zeitachse

14 Photosynthese 14

15 Photosynthese 15

16 16

17 17

18 18

19 19

20 20

21 21

22 22

23 23

24 24

25 25

26 26

27 27

28 2 4 Zu Beginn des Gedankenexperiments stand das Mengen- Verhältnis des Kohlenstoffs in der Atmosphäre zu dem des Kohlenstoffs am Erdboden im ungefähren Verhältnis 2 zu 4 28

29 29 Atmosphäre Bei Steigerung der energetischen Nutzung von Biomasse

30 Zusätzliche energetische Biomassenutzung erzeugt aus Biomasse vorzeitig(!) CO2 30

31 Zusätzliche energetische Biomassenutzung erzeugt aus Biomasse vorzeitig(!) CO2 31

32 Zusätzliche energetische Biomassenutzung erzeugt aus Biomasse vorzeitig(!) CO2 32

33 33

34 34

35 Nach der zusätzlichen energetischen Nutzung der Biomasse geht die Vermehrung des CO2 in der Atmosphäre nicht wieder zurück. Im Modell: bleibt die Zahl der Kohlenstoff- Päckchen in der oberen Bildhälfte bei drei 35

36 Nach der zusätzlichen energetischen Nutzung der Biomasse geht die Vermehrung des CO2 in der Atmosphäre nicht wieder zurück. Im Modell: bleibt die Zahl der Kohlenstoff- Päckchen in der oberen Bildhälfte bei drei 36

37 Nach der zusätzlichen energetischen Nutzung der Biomasse geht die Vermehrung des CO2 in der Atmosphäre kurzfristig nicht wieder zurück. 37 Im Modell: bleibt die Zahl der Kohlenstoff- Päckchen in der oberen Bildhälfte bei drei

38 Nach der zusätzlichen energetischen Nutzung der Biomasse geht die Vermehrung des CO2 in der Atmosphäre kurzfristig nicht wieder zurück. Im Modell: bleibt die Zahl der Kohlenstoff- Päckchen in der oberen Bildhälfte bei drei

39 Nach der zusätzlichen energetischen Nutzung der Biomasse geht die Vermehrung des CO2 in der Atmosphäre kurzfristig nicht wieder zurück. Im Modell: bleibt die Zahl der Kohlenstoff- Päckchen in der oberen Bildhälfte bei drei

40 Nach der zusätzlichen energetischen Nutzung der Biomasse geht die Vermehrung des CO2 in der Atmosphäre kurzfristig nicht wieder zurück. Im Modell: bleibt die Zahl der Kohlenstoff- Päckchen in der oberen Bildhälfte bei drei

41 Nach der zusätzlichen energetischen Nutzung der Biomasse geht die Vermehrung des CO2 in der Atmosphäre kurzfristig nicht wieder zurück. Im Modell: bleibt die Zahl der Kohlenstoff- Päckchen in der oberen Bildhälfte bei drei

42 Nach der zusätzlichen energetischen Nutzung der Biomasse geht die Vermehrung des CO2 in der Atmosphäre kurzfristig nicht wieder zurück. Im Modell: bleibt die Zahl der Kohlenstoff- Päckchen in der oberen Bildhälfte bei drei

43 Nach der zusätzlichen energetischen Nutzung der Biomasse geht die Vermehrung des CO2 in der Atmosphäre kurzfristig nicht wieder zurück. Im Modell: bleibt die Zahl der Kohlenstoff- Päckchen in der oberen Bildhälfte bei drei

44 Nach der zusätzlichen energetischen Nutzung der Biomasse geht die Vermehrung des CO2 in der Atmosphäre kurzfristig nicht wieder zurück. Im Modell: bleibt die Zahl der Kohlenstoff- Päckchen in der oberen Bildhälfte bei drei

45 Nach der zusätzlichen energetischen Nutzung der Biomasse geht die Vermehrung des CO2 in der Atmosphäre kurzfristig nicht wieder zurück. Im Modell: bleibt die Zahl der Kohlenstoff- Päckchen in der oberen Bildhälfte bei drei

46 46

47 47

48 Fortsetzung der energetischen Biomassenutzung Eine weitere Fortsetzung der energetischen Biomassenutzung erhöht die Konzentration des CO2 in der Atmosphäre noch weiter. Im Modell steigt die Zahl der Kohlenstoffpäckchen in der oberen Bildhälfte von drei auf vier und bleibt auch nach Beendigung der energetischen Biomassenutzung bei diesem erhöhten Wert. 48

49 Fortsetzung der energetischen Biomassenutzung Eine weitere Fortsetzung der energetischen Biomassenutzung erhöht die Konzentration des CO2 in der Atmosphäre noch weiter. Im Modell steigt die Zahl der Kohlenstoffpäckchen in der oberen Bildhälfte von drei auf vier und bleibt auch nach Beendigung der energetischen Biomassenutzung bei diesem erhöhten Wert. 49

50 Fortsetzung der energetischen Biomassenutzung Eine weitere Fortsetzung der energetischen Biomassenutzung erhöht die Konzentration des CO2 in der Atmosphäre noch weiter. Im Modell steigt die Zahl der Kohlenstoffpäckchen in der oberen Bildhälfte von drei auf vier und bleibt auch nach Beendigung der energetischen Biomassenutzung bei diesem erhöhten Wert. 50

51 Fortsetzung der energetischen Biomassenutzung Eine weitere Fortsetzung der energetischen Biomassenutzung erhöht die Konzentration des CO2 in der Atmosphäre noch weiter. Im Modell steigt die Zahl der Kohlenstoffpäckchen in der oberen Bildhälfte von drei auf vier und bleibt auch nach Beendigung der energetischen Biomassenutzung bei diesem erhöhten Wert. 51

52 Fortsetzung der energetischen Biomassenutzung Eine weitere Fortsetzung der energetischen Biomassenutzung erhöht die Konzentration des CO2 in der Atmosphäre noch weiter. Im Modell steigt die Zahl der Kohlenstoffpäckchen in der oberen Bildhälfte von drei auf vier und bleibt auch nach Beendigung der energetischen Biomassenutzung bei diesem erhöhten Wert. 52

53 Fortsetzung der energetischen Biomassenutzung Eine weitere Fortsetzung der energetischen Biomassenutzung erhöht die Konzentration des CO2 in der Atmosphäre noch weiter. Im Modell steigt die Zahl der Kohlenstoffpäckchen in der oberen Bildhälfte von drei auf vier und bleibt auch nach Beendigung der energetischen Biomassenutzung bei diesem erhöhten Wert. 53

54 Eine weitere Fortsetzung der energetischen Biomassenutzung erhöht die Konzentration des CO2 in der Atmosphäre noch weiter. Im Modell steigt die Zahl der Kohlenstoffpäckchen in der oberen Bildhälfte von drei auf vier und bleibt auch nach Beendigung der energetischen Biomassenutzung bei diesem erhöhten Wert. 54

55 Eine weitere Fortsetzung der energetischen Biomassenutzung erhöht die Konzentration des CO2 in der Atmosphäre noch weiter. Im Modell steigt die Zahl der Kohlenstoffpäckchen in der oberen Bildhälfte von drei auf vier und bleibt auch nach Beendigung der energetischen Biomassenutzung bei diesem erhöhten Wert. 55

56 4 2 Eine weitere Fortsetzung der energetischen Biomassenutzung erhöht die Konzentration des CO2 in der Atmosphäre noch weiter. Im Modell steigt die Zahl der Kohlenstoffpäckchen in der oberen Bildhälfte von drei auf vier und bleibt auch nach Beendigung der energetischen Biomassenutzung bei diesem erhöhten Wert. 56

57 4 2 57

58 4 2 58

59 4 2 59

60 60

61 61

62 62

63 63

64 64

65 65

66 66

67 67

68 68

69 69

70 70

71 71

72 72

73 73

74 74

75 75

76 76

77 77

78 78

79 79

80 80

81 81

82 4 2 82

83 4 2 83

84 4 2 84

85 85 Atmosphäre 4 2 Energetische Nutzung von Biomasse gefährdet das Klima

86 Die Bedeutung der Verweildauer Im stationären Gleichgewicht gilt für den Kohlenstoffgehalt der Atmosphäre sowie der erdnahen Schicht die Beziehung (1) Kohlenstoffgehalt(Atm) = Massenstrom x Verweildauer(Atm) Für den erdnahen Kohlenstoff gilt (2) Kohlenstoffgehalt(Erd) = Massenstrom x Verweildauer(Erd) Da im quasistationären Zustand die Massenströme gleich sind, folgt aus Gl. (1) und (2) Kohlenstoffgehalt(Atm) Kohlenstoffgehalt(Erd) = Verweildauer(Atm) Verweildauer(Erd) 86 Um den Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre klein zu halten, gilt es den Nenner des rechten Bruchs möglichst groß zu machen. Die Verweildauer des Kohlenstoffs in Erdnähe muss also so groß wie möglich gemacht werden. Das spricht eindeutig gegen die energetische Nutzung von Biomasse.

87 Verweildauer in der Biomasse verlängern Tote Biomasse möglichst stofflich nutzen! Verrotten von Biomasse hinauszögern! Bio-Landbau zur Vergrößerung der Dauerhumusschicht! Vermehrt Holz als Baumaterial nutzen! Chemische Produkte, wie Plastik, Textilien, Kohlefasern, Arzneimittel usw. nicht mehr aus Erdöl, sondern aus Biomasse herstellen. 87

88 Zu viel CO2 in der Luft: 280 ppm zum Beginn der industriellen Revolution. Im Jahr 2013 waren es schon 400 ppm Die gegenwärtige Konzentration ist wahrscheinlich der höchste Wert seit 15 bis 20 Millionen Jahren. (Wikipedia) 88

89 Die globale Anzahl der Kohlenstoffatome ändert sich nicht. Aber sie gehen immer neue Verbindungen ein: - Entweder klima-schädliche Verbindungen: CO2 und andere Gase (Methan, usw) - Oder klima-unschädliche Verbindungen 89

90 Die Menscheit kann die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome im schnellen Kohlenstoffkreislauf nicht verändern, aber sie hat großen Einfluss darauf, welche Verbindungen die Kohlenstoffatome eingehen - Entweder klima-schädliche Verbindungen: CO2 und andere Gase (Methan, usw) - Oder klima-unschädliche Verbindungen Unsere Aufgabe: Kohlenstoff länger in klima-unschädlichen Verbindungen belassen oder dorthin überführen - Ackerboden (Humus) - Pflanzen, insbesondere Wald, Tiere, Nahrungsmittel - Technische Produkte (Holzbauten, Stahl, Kohlefasern, Kunststoffe, ) 90

91 Probleme beim Umsetzen der Theorie Vorab... Einige der folgenden Vorschläge widersprechen den traditionellen Vorstellungen sowohl der Landwirtschaft als auch der Gartenbaubetriebe und der Gartenbau betreibenden Bevölkerung als auch der Straßenbau und Bahnbau betreibenden Unternehmen. Die Vorschläge können dort deshalb nur sehr vorsichtig und behutsam zur Diskussion gestellt werden. Auch wenn einzelne Vorschläge nicht akzeptiert werden, weil andere Gründe dagegen sprechen, ist es doch wichtig, zunächst einmal deutlich zu machen, wie die Ziele in abstrakter Formulierung lauten und Einverständnis darüber zu erzielen, ob diese Ziele richtig formuliert sind. 91

92 Photosynthese durch mehr Grün unterstützen! Ausreichende Photosynthese ist ein Flächenproblem, denn Erdoberfläche ist ein nicht vermehrbares Gut. Möglichst viel Tageslicht soll für die Photosynthese genutzt werden. D.h. Tageslicht muss durch Blattgrün abgefangen werden, bevor es den Boden erreicht. 92

93 Anregungen: Möglichst kein Boden ohne Grün! Versiegelte Böden wieder begrünen! Bepflanzung dicht staffeln. Bäume und Buschwerk auf Mittel- und Seitenstreifen der Autobahnen! Anpflanzung von Wäldern! Höhenwachstum zulassen und fördern. Mehrjährige Pflanzen bevorzugen! Pflanzen nur zurückschneiden, wenn aus anderen Gründen unumgänglich! Wildkräuter zulassen. Einstellung zum Unkraut überprüfen. Pflanzen urwaldähnlich um Licht kämpfen lassen. 93 Ästhetische Vorstellungen überprüfen.

94 Energetische Nutzung nur noch - wenn Kompostierung nicht möglich - wenn stoffliche Nutzung nicht möglich 94

95 95 Zusammenfassung Photosyntese zieht CO2 aus der Atmosphäre und erzeugt kohlenstoffhaltige Pflanzenmasse. Diese wird teilweise von Tieren gefressen und erzeugt dort ebenfalls kohlenstoffhaltige Biomasse. Sowohl die Pflanzenmasse als auch die tierische Biomasse atmen. Dann sterben sie ab und verrotten letztendlich und geben dabei den Kohlenstoff in Form von CO2 (oder Methan) wieder an die Atmosphäre ab. Die Zahl der Kohlenstoffatome im biospärischen kleinen Kohlenstoffkreislauf kann vereinfachend als konstant angenommen werden. Bei der energetischen Nutzung von Biomasse wird ebenfalls CO2 an die Atmosphäre abgegeben. Damit kommen die Nutzer dem natürlichen Vorgang zeitlich zuvor. Die energetischen Biomasse-Nutzer argumentieren, es würde bei der energetischen Biomassenutzung nur das CO2 freigesetzt, welches vorher durch die Photosynthese aus der Atmosphäre geholt worden sei. Diese Aussage ist zwar richtig, trifft aber nicht den Punkt. Entscheidend ist, dass sich der Kohlenstoff möglichst lange in tierischen, pflanzlichen, agrarischen oder technischen Bindungen am Erdboden befindet. Denn Kohlenstoff am Erdboden verschlechtert das Klima nicht. Nur (überschüssiger) Kohlenstoff, der sich in Form von CO2 in der Atmosphäre befindet, verursacht eine Erwärmung der Erdoberfläche und führt zum Klimawandel. Angesichts des Klimawandels muss also darauf geachtet werden, dass Biomasse so lange wie möglich am (oder im) Erdboden verbleibt.

96 Weitere Infos Solarenergie-Förderverein Deutschland e.v. (SFV)