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Wie effizient und klimafreundlich ist die Biogasproduktion?

Biogasanlagen gehören inzwischen zum vertrauten Bild unserer ländlichen Regionen. Also sollte es doch genug Erfahrungen geben, um diese Energiegewinnung aus nachwachsenden Rohstoffen oder organischen Reststoffen umfassend zu bewerten – sollte man meinen. Wissenschaftler zeichnen jedoch ein äußerst differenziertes Bild. Pauschale Aussagen sind kaum möglich, die Analyse einzelner Facetten hilft allerdings weiter.

Seit Beginn des Wintersemesters 2008/09 forscht und lehrt Prof. Dr. Enno Bahrs im Fachgebiet „Landwirtschaftliche Betriebslehre“ an der Universität Hohenheim. © Universität Hohenheim

Es gibt keine einfachen Wahrheiten, wenn es um die Frage geht, wo welche Pflanzen zur Biogasproduktion angebaut werden sollten und in welchem Umfang dies sinnvoll ist. Für Prof. Dr. Enno Bahrs, den Leiter des Fachgebiets Landwirtschaftliche Betriebslehre an der Universität Hohenheim, kommt es immer darauf an, von welchem Blickwinkel aus man die Sache betrachtet. Ob es etwa um Fragen der Ressourceneffizienz oder der Klimafreundlichkeit geht oder um rein betriebswirtschaftliche Fragestellungen. Die Klimafreundlichkeit hängt zum Beispiel wesentlich davon ab, wie viel Treibhausgase frei werden. Ein Maß dafür sind bei Biogasanlagen die ausgestoßenen Mengen an CO2, Methan und Lachgas. „In Bezug auf diese drei Gase können wir verschiedene Anlagetypen vergleichen und ihre Klimawirksamkeit relativ gut analysieren. Im Bereich der Substratproduktion für das Biogas ist die Messung der Klimawirksamkeit jedoch mit hohen Unschärfen versehen“, sagt Bahrs.

Hierbei wird es schnell komplex, denn dann müssen auch Betriebsmittel und Bauteile, zum Beispiel die Betonanteile eines Fermenters, mit einbezogen werden. Wie viel CO2 durch die Produktion und den Transport von Bauteilen produziert wird, müsste genauso einfließen wie der CO2-Verbrauch bei Samenproduktion, Aussaat und Ernte sowie dem Transport der Substrate. Das kann beliebig auf die Spitze getrieben werden. „Wir müssen die Etappen exakt erfassen. Eine absolute Vergleichbarkeit hinzubekommen, ist jedoch schwierig“, sagt Bahrs. Um die Klimawirksamkeit dennoch beurteilen zu können, verwenden die Wissenschaftler funktionale Einheiten als Vergleichsmaßstab. „Wenn zum Beispiel nur Strom erzeugt wird, indem das Biogas in einem anlagennahen BHKW* verbrannt wird, ist eine kWh Strom die funktionale Einheit und man kann untersuchen, wie viel Treibhausgase pro kWh Strom entstehen. Eine Gewichtseinheit CO2 dient als Kalibrierungsgröße und entspricht einem Treibhausäquivalent. Je nach Substrat kommen wir bei Methan auf mehr als das 20-fache und bei Lachgas auf mehr als das 300-fache der Klimawirksamkeit von CO2“, erklärt Bahrs.

Glossar

  • Ein Fermenter ist ein Gärtank, in dem Bakterien oder Zellkulturen vermehrt werden.
  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Fermentiation ist die Bezeichnung für die Umsetzung von biologischen Materialien mit Hilfe von Mikroorganismen oder durch Zusatz von Enzymen (Fermenten). Im eigentlichen Sinn handelt es bei der Fermentation um die anaerobe Oxidation von Zuckern zum Zwecke der Energiegewinnung des metabolisierenden Organismus.
  • Die Zelldifferenzierung bezeichnet die Spezialisierung von Zellen in Bezug auf ihre Funktion und ihre Struktur. So entstehen aus undifferenzierte Stammzellen verschiedene Zelltypen wie Herzmuskel-, Nerven- oder Leberzellen, die ganz unterschiedlich ausssehen und verschiedene Aufgaben erfüllen.
  • Fossile sind aus der erdgeschichtlichen Vergangenheit stammende Überreste von Tieren oder Pflanzen.
  • Biogas ist ein brennbares Gasgemisch, das bei der Zersetzung von Biomasse (Fäkalien, Bioabfall, Stroh u. a.) entsteht. Dabei wird das komplexe organische Material mit Hilfe verschiedener Mikroorganismen unter Luftabschluss hauptsächlich in Kohlendioxid und Methangas umgewandelt.
  • Ein Stoff aus der Gruppe der Kohlenwasserstoffe und somit eine chemische Verbindung. Es ist geruchslos, farblos und brennbar. In der Industrie wird es oft als Heizgas verwendet.

Technologische Vergleiche funktionieren am besten mit Modellanlagen

Rund 900 Biogasanlagen gibt es allein in Baden-Württemberg (Stand 2014), mit einer durchschnittlichen Leistung von jeweils rund 360 Kilowatt. Wie es mit ihnen nach Auslauf der Förderperiode weitergeht, hängt auch von der Kostenentwicklung für andere Energiearten ab. © Wilhelmine Wulff / pixelio

Je nach Technologie können in der Produktion und Aufreinigung des Biogases unterschiedliche Mengen an Methan frei werden und dieser Methanschlupf beeinflusst die Klimafreundlichkeit der Bioenergie. „Sicherheitstechnisch sind diese geringen Mengen üblicherweise unbedenklich, sie sind jedoch klimawirksam“, sagt Bahrs. Im Rahmen eines Forschungsprojekts hat er mit seinem Team verschiedene Biogas-Aufbereitungen in Modellanlagen miteinander verglichen. „Das betriebswirtschaftlich günstigste Verfahren war dabei die Aminwäsche. Klimagünstiger ist jedoch meist die Druckwasserwäsche. Je nachdem, wie ein Betreiber die Technik managt, kann das Ergebnis jedoch auch anders ausfallen“, relativiert Bahrs.

Es kommt eben immer darauf an – das gilt auch für die Standort-Frage. Dass Biogas-Anlagen üblicherweise in unmittelbarer Nähe der Anbauflächen stehen, ist auf den ersten Blick einleuchtend, aber auch hier gibt Bahrs eine differenzierte Antwort. „Wir können davon ausgehen, dass die in Baden-Württemberg verwendeten Substrate aus dem Land selbst oder aus grenznahen umliegenden Regionen stammen. Bei nachwachsenden Rohstoffen ist es betriebswirtschaftlich in der Regel nicht sinnvoll, die Substrate über mehr als 50 bis 70 Kilometer zu transportieren. Zudem gibt es eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass mit der Entfernung die Klimawirkung zunimmt.“ Aber der Wissenschaftler nennt auch Szenarien, die anders zu bewerten sind: „Wenn zum Beispiel in 100 Kilometer Entfernung Wirtschaftsdünger ohnehin abtransportiert werden muss und der Fahrer auf der Rückfahrt Getreide mitnimmt, das an dem Ort benötigt wird, von dem der Dünger stammt, kann das sinnvoll sein.“ Bahrs unterstellt in seinen wissenschaftlichen Untersuchungen eine bestimmte Anzahl derartiger Fälle, um ein möglichst stimmiges Gesamtbild zu bekommen.

Nachhaltigkeit ist schwer zu beurteilen, aber die wissenschaftliche Basis wird besser

Noch schwieriger zu bewerten ist die Nachhaltigkeit der Biogasproduktion. Die ökologischen Aspekte dabei sind vielfältig, weiß Bahrs. So soll nicht nur die Ozonbelastung gering gehalten, sondern unter anderem eine Eutrophierung der Umgebung vermieden und die Biodiversität erhalten werden. Und im Sinne einer ökologischen und sozialen Nachhaltigkeit will man den Ressourcenverbrauch so niedrig wie möglich halten. Hinzu kommt die intergenerationale Verteilungsgerechtigkeit. So werden auch fossile Energieträger wie Erdöl langfristig für manche Zwecke nötig bleiben und es gilt die Ressourcen für kommende Generationen zu erhalten.

All diese Aspekte können nur wenig in die Untersuchungen der Forscher einbezogen werden, weil zu wenig Konsens darüber besteht oder weil nicht klar ist, wie groß die ökologische Wirksamkeit ist. „Wir versuchen, an Modellen mitzuarbeiten, die auch diese Aspekte einbeziehen. Die Wissenschaft hat Grenzen und wir versuchen, diese weiter nach hinten zu verschieben, um bessere Entscheidungsalternativen zu schaffen“, fasst Bahrs zusammen. Dazu gehört auch, dass verschiedene Optionen zum Pflanzenanbau und damit auch zur Entscheidung eines Anbaus für Nahrungszwecke oder zur Energiegewinnung durchgespielt werden. „Wir fragen, wo ist die höchste Wirtschaftlichkeit unter guter landwirtschaftlicher Praxis gegeben, und können so aus unserer Perspektive Fakten für eine Substratentscheidung beisteuern“, sagt Bahrs.

Mit Voraussagen zur Entwicklung der Biogas-Erzeugung hierzulande ist Bahrs bewusst vorsichtig – zu unwägbar sind wesentliche Einflussfaktoren. „Die Nutzpflanzenzusammensetzung unserer Landwirtschaftsflächen wird sich bis 2020 insgesamt wenig ändern, auch wenn es kleinregional größere Änderungen geben kann. Was nach 2020 passiert, wird viel von der nationalen und EU-Förderpolitik abhängen, die im Moment noch nicht absehbar ist.“ Auch die Kostenentwicklung bei anderen Energiearten spielt eine große Rolle. „Viele Biogasanlagen werden nach ihrer garantierten Förderperiode aus dem Markt ausscheiden, wenn sie nicht effizienter produzieren, da sich das Betreiben mit nachwachsenden Rohstoffen durch veränderte Förderregelungen nicht mehr rechnen könnte. Wenn die Produktionskosten anderer regenerativer Energien jedoch stark ansteigen, könnten viele Biogasanlagen noch lange am Markt bleiben. Und natürlich hängt das auch stark von der Öl- und Gaspreisentwicklung ab“, sagt Bahrs. Er gibt zu bedenken, dass auch technischer Fortschritt eine Rolle spielt, und nennt ein Beispiel: „Der Maisanbauumfang in Deutschland wurde gesteigert durch den Biogasanlagenbau und in Folge wurde auch der züchterische Fortschritt in der Maisproduktion forciert.“

* Anm. d. Red.: BHKW: Blockheizkraftwerk

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