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Bioökonomie als Strategie der Resteverwertung

Täglich lesen wir in der Zeitung, dass wir kostbare Ressourcen, wie Öl, Kohle oder Erdgas vergeuden, ohne uns der Endlichkeit und der damit verbundenen Konsequenzen bewusst zu sein. Mit der Bioökonomie scheint eine zukunftsweisende Idee auf den Weg gebracht zu werden, wie Rohstoffe pflanzlicher, tierischer und mikrobieller Herkunft ins Ressourcenmanagement einfließen und wie sie vielleicht einen Teil der endlichen fossilen Vorräte ersetzen können. Die Bioökonomie bedeutet die Einführung einer biobasierten Wirtschaft und ist Hoffnungsträger für nachhaltig erzeugte Produkte. Der Leiter der Professur für Forstbenutzung der Universität Freiburg Prof. Dr. Gero Becker untersucht die Effizienz und Nachhaltigkeit der Bereitstellung von Holz- und Waldprodukten und geht dabei auch der Frage nach, wie Holz als Reststoff industriell verwertet werden kann.

Motormanuelle Holzernte in einem Laubwald. © Christian Suchomel, Universität Freiburg

Weltweit grübeln Forscher über optimaler Biomasseproduktion und der Frage, welche Pflanzen sich für welche Zwecke eignen.
Normalerweise denkt man beim Begriff 'Biomasse' sofort an Agrarpflanzen. „Hier gibt es die Diskussion, ob die Nutzung von Flächen für die Bioökonomie, also für Nicht-Ernährungszwecke, mit Ernährungszielen im Widerspruch steht“, meint Becker. Er hat zwei Strategien diesen Konflikt abzumildern. Man nimmt Reststoffe, also beispielsweise nicht den Mais selbst, sondern das Maisstroh oder Abfälle der Kokosnuss-Verarbeitung. Oder man geht auf holzige Gewächse und gar nicht erst auf Nahrungspflanzen. Da man Holz nicht essen kann, ist dies eine günstige Rohstoffquelle ohne Nahrungsmittelkonkurrenz. Allerdings wird Holz schon vielseitig in der stofflichen Verwertung genutzt: im Bau, als Möbel und in der Papierherstellung.

Holz: clevere Erfindung der Natur

Klassischer Brennholzpolter (Sammelplatz für Langholz) © Christian Suchomel, Universität Freiburg

„Bäume sind genügsam und können größere Areale besiedeln als Ackerpflanzen“, erklärt Becker, „aber selbst hier gibt es bezüglich der Produktivität ein natürliches Limit, weil auch Bäume nicht in den Himmel wachsen.“ Am Ende steht die Forstproduktion doch wieder in Flächenkonkurrenz zu den Nahrungsmitteln, weil ein Hektar eben nur einmal nutzbar ist. Pflanzt man eine Baumplantage, kann hier kein Mais mehr wachsen.

Auch die Verwertbarkeit von Holz ist aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung diffizil. Die Molekularbausteine im Holz, die Bäumen Dauer und Festigkeit verleihen, sind nur mit großem Aufwand aufzuschließen. „Die Natur ist ziemlich clever“, bemerkt Becker, „sie hat die Cellulose- und Ligninmoleküle im Holz so intelligent entworfen, dass es schwer ist, sie wieder zu 'knacken', ohne dass sie ihre guten Eigenschaften verlieren.“ Somit ist die auf Holz basierende Biotechnologie weitaus anspruchsvoller als die, die auf Zucker oder Stärke von Agrarpflanzen aufbaut. Gleichzeitig bergen aber Lignin und Cellulose ein großes Potential, weil man daraus kunststoffähnliche, dauerhafte Produkte herstellen kann.
Technische Verfahren, Holz bis auf die molekulare Basis aufzuschließen, um etwa Nanocellulose für bioökonomische Anwendungen herzustellen, sind noch in der Forschungsphase oder noch nicht im großtechnischen Maßstab entwickelt.

Wo soll das Rohmaterial herkommen ?

Sägewerksreststoffe als Rohstoff zur Pelletherstellung © Dr. Benjamin Engler, Universität Freiburg

Ein großtechnischer Maßstab heißt: man braucht große Mengen an Rohstoff. „Große Einheiten bei Biomaterialien bedeuten immer, dass Material von weither antransportiert werden muss“, weiß Becker. Will man das Holz in deutschen Wäldern zur Verarbeitung in der Raffinerie zusammensammeln, braucht man große Einzugsgebiete, in denen das Material zudem von Sägewerken und Papierfabriken angefragt wird. Fraglich ist, was da für die Bioökonomie noch übrig bleibt. „Letztlich ist es günstiger, ein Schiff voller Holzhackschnitzel aus Brasilien oder den USA zu beziehen, als in Deutschland Reisig zusammenzusuchen und zu bündeln“, stellt der Forstwissenschaftler fest. Hier zeichnet sich ein Spannungsverhältnis zwischen Ideologie und Wirtschaftsrealität ab, das noch deutlicher wird, bezieht man den Holzpreis ein, in dem auch immer Transportkosten enthalten sind.

„Wenn wir im Sinne der Bioökonomie sagen, wir brauchen einen billigen Rohstoff, aus dem wir mit hohem technologischen Aufwand ein tolles Produkt machen, dann rechnet sich das für Holz oft nicht, da sein Preis zu hoch ist“, meint Becker. Die Holzressourcen gebe es zwar tatsächlich, aber die Kosten für die Ernte, Transport und Bereitstellung, liegen über dem, was die aufwendigen technologischen Prozesse für den Rohstoff an Spielraum übrig lassen. Kommt das Material nicht aus der Region, sondern wird aus fernen Ländern importiert, drängt sich wiederum die Frage nach den ökologischen Folgen und damit der Bioökonomie auf. „Die Bioökonomie von der Rohstoffversorgung her nachhaltig zu stellen, ist eine enorme Herausforderung“, sagt Becker, „da muss man schon genau rechnen, damit man nicht Scheinerfolgen nachläuft und nachher die Ökobilanz sieht, die gar nicht so günstig ist“.

Spezialanwendungen statt Masseneinsatz

Ernte einer Kurzumtriebsplantage © Dr. Janine Schweier, Universität Freiburg

Diese Nachhaltigkeit bei der Bereitstellung von Holz zu prüfen und zu verbessern, ist eines von Beckers Forschungsthemen. Sein Hauptanliegen ist die Entwicklung kosten- und energieeffizienter Erntemethoden bei geringstmöglicher Beeinträchtigung von Boden, Wasser und Biodiversität. Sieht er eine Chance, trotz des Konfliktes zwischen Ideologie und Wirtschaftsrealität? „Es gibt darauf keine absoluten Antworten“, sagt er.

Ein Aspekt ist die Größenordnung der Verfahren für die Bioökonomie. „Es wird weniger darum gehen, durch Bioökonomie Massenprodukte zu ersetzen, sondern eher um spezielle Anwendungen, in denen das Biomaterial gegenüber anderem Material einen qualitativen und ökologischen Vorteil hat“, erläutert Becker. „Es gibt Anwendungen, die sehr attraktiv und lukrativ sind, aber nicht unbedingt große Mengenanteile auf sich vereinen.“ Ein Beispiel ist die Nanocellulose, wie sie bereits Prof. Marie-Pierre Laborie von der Professur für Forstliche Biomaterialien der Universität Freiburg herstellt. Cellulosefasern im Nanobereich sind eine neue Entwicklung mit vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten. Sie lassen sich mit Kunststoffen mischen oder Papier beigeben, verstärken die so entstehenden Materialien und verleihen ihnen zugleich hohe Zugfestigkeit.

Ein Ansatz zu Erweiterung der Rohstoffbasis ist eine Reservierung marginaler Böden für den Anbau schnellwachsender Bäume wie Pappeln oder Weiden. Da sich marginale Standorte aufgrund ihrer Lage oder Beschaffenheit nicht für die effiziente Produktion von Nahrungsmitteln mit Ackerpflanzen eignen, wäre es ethisch unproblematisch, diese bioökonomisch zu nutzen. Mit Kurzumtriebsplantagen (KUP) vor allem in Nordostdeutschland wird dies bereits verwirklicht.

Die zweite Strategie wäre eine intensive Reststoffverwertung. Es ist durchaus Erfolg versprechend Holzschnitzel, Sägemehl und Rinde aus Sägewerken, die bei der Brettproduktion als Nebenprodukt anfallen, für Bioökonomiezwecke zu nutzen. Schweden scheint bereits auf den rückläufigen Zeitungspapierverbrauch zu reagieren: „Die Papierfabriken dort ergänzen ihre Papiermaschinen um Bioökonomie-Abteilungen, in denen Reststoffe aus dem Stoffstrom ausgeschleust werden, um damit bioökonomische Produkte herzustellen“, erklärt Becker. Ein Teil der Energie, die für den chemischen Aufschluss des Holzes nötig ist, wurde dabei schon investiert. „Diese Konzepte einer 'Kaskadennutzung' sind ökologisch und wirtschaftlich tragfähig“, schließt Becker.

Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/biooekonomie-als-strategie-der-resteverwertung