Biokraftstoffe (auch Biotreibstoffe, Agrotreibstoffe) sind eine Form der Biomasse. Es handelt sich um flüssige oder gasförmige Kraftstoffe, die aus Biomasse hergestellt werden. Sie kommen für den Betrieb von Verbrennungsmotoren in mobilen und stationären Anwendungen zum Einsatz. Ausgangsstoffe der Biokraftstoffe sind Nachwachsende Rohstoffe wie Ölpflanzen, Getreide, Zuckerrüben oder -rohr, Wald- und Restholz, Holz aus Schnellwuchsplantagen, spezielle Energiepflanzen und anderes, wie z.B. vereinzelt auch Tiere[1][2]. Das Präfix Bio weist hier nicht auf eine Herkunft aus ökologischer Landwirtschaft hin, sondern lediglich auf den pflanzlichen Ursprung im Gegensatz zu Mineralöl. Die Klimaneutralität und ökologische Vorteilhaftigkeit von Biokraftstoffen ist umstritten.
Es werden häufig Biokraftstoffe der ersten und zweiten, gelegentlich auch der dritten Generation, voneinander unterschieden. Für die Erzeugung von Kraftstoffen der ersten Generation kann nur ein kleiner Teil der Pflanze (Öl, Zucker, Stärke) genutzt werden. Bei Kraftstoffen der zweiten Generation wird fast die vollständige Pflanze verwendet, teilweise einschließlich der schwer aufschließbaren Cellulose. Bei Algenkraftstoff wird auch von Kraftstoff der dritten Generation gesprochen, da Algen eine deutlich höhere Biomasse-Produktivität pro Fläche aufweisen als Pflanzen. Kraftstoffe der zweiten und dritten Generation erfordern einen meist deutlich höheren technischen und finanziellen Aufwand und können daher bisher, außer Biomethan, noch nicht wirtschaftlich erzeugt werden.
Wichtige Faktoren bei der Bewertung des Potentials und der Nachhaltigkeit von Biokraftstoffen ist der Ertrag (Äquivalente fossiler Kraftstoffe) und der Preis:
| Biokraftstoff | Ertrag/ha | Kraftstoffäquivalenz [l][3][* 1] | Kraftstoffäquivalent pro Fläche [l/ha][* 2] | Preis [cent] | Preis Kraftstoff- äquivalent [cent/l][* 3] | Fahrleistung [km/ha][3][* 4] | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Pflanzenöl (Rapsöl) | 1590 l[3] | 0,96 | 1526 | 98,1/l (11/2009)[4] | 102,2 | 23300 + 17600[* 5] | |
| Biodiesel (Rapsmethylester) | 1550 l[5] | 0,91 | 1411 | 107,9/l (KW 49/2009)[6] | 118,6 | 23300 + 17600[* 5] | |
| Bioethanol (Weizen) | 2760 l[3] | 0,65 | 1794 | 93,2/l (E85, 11/2009)[7] | 133,1 | 22400 + 14400[* 5] | |
| Biomethan | 3540 kg[5] | 1,4 | 4956 | 93/kg (06/2008)[8] | 66,4 | 67600 | |
| BtL | 4030 l[5] | 0,97[* 6] | 3909 | nicht am Markt | k.a | 64000 |
Der brasilianische Flugzeughersteller Embraer stellt seit Einführung 2004 nach dem Erstflug der "Ipanema" durch die Ingenieurgruppe um Vincent Camargo Flugzeuge mit Alcoois (Bioethanol) 2. Generation bereit.
Die Forschung zu Biokraftstoffen der zweiten Generation ist in vollem Gange. In der Schweiz betreibt das Paul Scherrer Institut und die EMPA Forschung zur Produktion von Biokraftstoffen der zweiten Generation. Dazu werden Rest- und Abfallstoffe wie etwa Gülle, Restholz, Kompost oder auch Nahrungsmittelabfälle aus der Gastronomie verwendet.[12]
Eine Reihe weiterer Stoffe gelten gemäß der EU-Richtlinie 2003/30/EG als Biokraftstoffe, haben aber in der Praxis eine untergeordnete Bedeutung.
Biokraftstoffe können die fossilen Kraftstoffe Diesel, Benzin und Erdgas substituieren. Teilweise müssen Motoren oder Kraftstoffsysteme an die Biokraftstoffe angepasst werden. Biokraftstoffe werden entweder in Reinform oder als Beimischungen zu fossilen Kraftstoffen verwendet.
Die EU-Richtlinie 2009/28/EG (Erneuerbare-Energien-Richtlinie) (Nachfolger der Richtlinie 2003/30/EG) beschreibt und regelt die Verwendung von Biokraftstoffen in Europa. Ein wichtiger Aspekt ist die Kontrolle der Nachhaltigkeit, die bei Biokraftstoffen regelmäßig in der Diskussion ist. Die Umsetzung in deutsches Recht erfolgte mit der Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung. Eine Beimischungsquote von 10 % zu den fossilen Kraftstoffen bis 2020 hat zu erfolgen.
Die zukünftige Bedeutung von Biokraftstoffen hängt unter anderem von folgenden Faktoren ab.
Einige Biokraftstoffe können auch regional in dezentralen, kleinen Produktionsanlagen wirtschaftlich hergestellt werden, wie Pflanzenöl und Bioethanol auf landwirtschaftlichen Betrieben und in Alkoholbrennereien, aber auch in Großanlagen. Anlagen zur Produktion von Biodiesel und BtL-Kraftstoff dagegen sind in Errichtung und Betrieb komplexer und erfordern größere, überregionale Produktionseinheiten.
Biokraftstoffe kommen als Reinkraftstoffe sowie als Beimischungen zu fossilen Kraftstoffen zum Einsatz. Innerhalb der Europäischen Union werden verbindliche Ziele für den Anteil von Biokraftstoffen am Energiemix des Transportsektors diskutiert. Mit der EU-Richtlinie 2003/30/EG wurden Beimischungen von 6,25% bis 2014 gefordert (2 % bis 2005, 2,75 % bis 2006 und 5,75 % bis 2010). Wegen der mangelnden Umsetzung wurde in der EU-Richtlinie 2009/28/EG (Biokraftstoffrichtlinie) ein verbindlicher Wert von 10 % erneuerbarer Energie im Verkehrssektor bis 2020 festgelegt. Gemäß dem Biokraftstoffquotengesetz müssen in Deutschland derzeit (2011) fossilen Kraftstoffen 10 % Biokraftstoffe beigemischt werden, bezogen auf den Energiegehalt des Kraftstoffs. Die Einführung des Kraftstoffs E10 mit 10 % Bioethanol statt der bis dahin zugesetzten 5 % stieß auf Akzeptanzprobleme.
„Dieser Traum der klimafreundlichen Mobilität ist nicht auf die EU beschränkt: Länder wie die USA, Brasilien, China, Kanada oder Argentinien setzen auf Biokraftstoffe. 2010 ersetzten weltweit 86 Mio. Liter Bioethanol und 19 Mio. Liter Biodiesel rund 2,7 % fossile Kraftstoffe - Tendenz steigend.“
– Ralph Ahrens: [13]
Die Besteuerung von Biokraftstoffen ist in Deutschland im Energiesteuergesetz (§50) geregelt. Als Beimischung in fossilen Kraftstoffen unterliegen Biokraftstoffe dem vollen Steuersatz für Kraftstoffe. Für reine Biokraftstoffe dagegen ist die Energiesteuer reduziert. Für Bioethanol als Reinkraftstoff und Biomethan gilt eine Steuerermäßigung. Für Pflanzenöl-Kraftstoff und Biodiesel muss ein Steueranteil gezahlt werden, der jährlich ansteigt, bis der volle Steuersatz für fossile Kraftstoffe erreicht ist. Die Besteuerung der zuvor steuerbefreiten Biokraftstoffe (ursprünglich bis 2009 Mineralölsteuerbefreiung, ab 2010 von der nachfolgenden Energiesteuer befreit) ab August 2006 war zunächst umstritten. Die Wirtschaftlichkeit vieler Produktionsanlagen war dadurch nicht mehr gegeben. Durch das Bundesverfassungsgericht wurde allerdings die Rechtmäßigkeit der Besteuerung festgestellt.[14]
Welche Bedeutung die Höhe der Steuer für den heimischen Biodieselmarkt hat, zeigt die Erfahrung der Branche aus der jüngsten Vergangenheit: Wegen einer raschen Anhebung des Steuersatzes ist der Markt für den reinen Biodiesel (B100) von 2007 bis 2009 um 90 Prozent eingebrochen. Diese Entwicklung hat zahlreichen mittelständischen Biokraftstoffproduzenten massive wirtschaftliche Probleme bereitet.
Der Anbau von Energiepflanzen steht in Nutzungs- und Flächenkonkurrenz zum Anbau von Nahrungsmitteln. So zählt die erhöhte Biokraftstoff-Nachfrage zu den Faktoren, welche die Nahrungsmittelpreiskrise 2007–2008 auslösten.[15][16][17] Vor allem die Nutzung von Mais in den Vereinigten Staaten geriet damals in die Kritik.[18] Verschiedene Analysen wiesen nach, dass Biokraftstoffe anteilig an der globalen Verteuerung der Nahrungspreise beteiligt waren. Als Hauptfaktoren gelten das Bevölkerungswachstum sowie der steigende Fleischkonsum in bevölkerungsreichen Schwellenländern wie China und Indien.[19]
Die gestiegene Verwendung von Biokraftstoffen ist aufgrund der parallel gestiegenen Nahrungsmittelpreise unter Kritik geraten, insbesondere da diese Verteuerung in einigen Entwicklungsländern erhebliche Proteste und Nahrungsengpässe ausgelöst hat. Bioenergiepflanzen hätten Nahrungspflanzen von den Feldern verdrängt und so zu dieser Verteuerung geführt.
Laut einem gemeinsamen Bericht der FAO und der OECD waren die Nahrungspreisanstiege um das Jahr 2007/2008 zwar vornehmlich durch andere Faktoren, wie Dürren in bedeutenden Weizenanbauregionen und niedrige Vorräte, zurückzuführen, jedoch könne die zunehmende Bioenergienutzung auf lange Sicht eine Steigerung der Nahrungspreise verursachen.[20] Nach Ansicht der Welthungerhilfe[21] und Oxfam[22] sowie der UNCTAD[23] und der Weltbank[24] war das Preishoch insbesondere auf Spekulationsgeschäfte mit Nahrungsmitteln zurückzuführen. Mehrere Sachverständige bei einer Anhörung des Bundestags teilten diese Einschätzung.[25]
Auch Experten der Vereinten Nationen nehmen eine differenzierte Bewertung der Bioenergie vor und adressieren mögliche Risiken für die Nahrungsmittelversorgung, wenn der Biomasseanbau zur Energiegewinnung nicht unter Beachtung bestimmter agrarökonomischer und -politischer Kriterien erfolgt.[26]
Die Flächenkonkurrenz kann durch Nutzung von Nebenprodukten aus der Pflanzenöl- und Ethanolproduktion vermieden werden. So könnten mit dem Anbau von Energiepflanzen auf einem Viertel der weltweiten degradierten Flächen (900 Mio. ha) mehr als 500 Mio. to eiweißreiche Futtermittel erzeugt werden. Demgegenüber beträgt der heutige Futtermittelbedarf 700 Mio. to. Der Anbau von Energiepflanzen auf degradiertem Weideland kann auf diese Weise auch einen Baustein zur Nahrungsmittelsicherheit liefern.[27]
Ein in der EU gewählter Weg ist die Beschränkung der Biospritherstellung auf bislang extensiv genutzte Bereiche und Stilllegungsflächen und die Förderung von Treibstoffen aus pflanzlichen Abfallstoffen (z. B. Cellulose-Ethanol, BtL-Kraftstoffe). Eine vollständige oder weitgehende Umstellung von fossilen Treibstoffen auf Biosprit aus Feldfrüchten ist in Mittel- und Nordeuropa unrealistisch. Mit dem Anbau von Raps auf der gesamten derzeitigen deutschen Anbaufläche könnten maximal 10 Prozent des im Verkehrssektor benötigten Diesels ersetzt werden. Eine stärkere Verwendung von Holz in stationären Verbrennungsanlagen würde immerhin knapp 10 % des Gesamtenergiebedarfes decken können.
Pflanzen nehmen während des Wachstums das Treibhausgas CO2 auf. Bei der Zersetzung oder Verbrennung der Biomasse wird nur die gebundene Menge frei, so dass der Kohlenstoff-Kreislauf geschlossen, und die CO2-Bilanz somit neutral ist.
Beim agroindustriellem Anbau werden große Mengen an fossilem Treibstoff sowie Stickstoffdünger benötigt, was die Klimabilanz verschlechtert; sie bleibt jedoch deutlich positiv gegenüber fossilen Alternativen.[28] Wenn Regenwaldflächen gerodet oder Torfmoore trockengelegt werden, um Flächen für den Anbau von Energiepflanzen zu erschließen, verschlechtert sich die Klimabilanz deutlich. Die Nutzung von degradierten Böden verbessert die Klimabilanz dagegen.[29][30] Zudem ist das bei Stickstoffdüngung freiwerdende Lachgas an der Zerstörung der Ozonschicht beteiligt.[31][32]
Biokraftstoffe führen zu Klimagas-Einsparungen von 50 % bis 70 %, je nach konkreten landwirtschaftlichen Anbaumethoden und eingesetzter Pflanze (Raps, Mais, Zuckerrohr), es sei denn, sie verdrängen Regenwaldflächen [28][33][34][35][36][37][38][39][40][41][42] Biokraftstoffe müssen die gesetzlich vorgeschriebenen Kriterien erfüllen (Nachhaltigkeitsverordnung) und nachweislich zu einer Mindest-Treibhausgas-Einsparung in Höhe von 35 % bzw. 50 % im Vergleich zum jeweiligen fossilen Referenzkraftstoff führen.[43]
In der Zukunft wird eine stärkere Nutzung von unkonventionellen Ölressourcen, wie Ölschiefer, Ölsande erwartet. Deren CO2-Bilanz ist deutlich schlechter als bei konventionellem Öl, so dass die Treibhausgaseinsparung von Biokraftstoffen gegenüber fossilen Kraftstoffen zunehmen wird.[44] Aktuell stößt das in Deutschland eingesetzte Bioethanol nicht nur die in der Nachhaltigkeitsverordnung gesetzlich vorgeschriebenen 35 % weniger Treibhausgase aus als fossiles Benzin, sondern 50 % bis 85 % .[45]
Um die politische Biokraftstoffquote (von 10 % Anteil erneuerbarer Energien im Verkehrssektor in 2020 in der EU) zu erreichen, müssen erhebliche Flächen für den Anbau von Energiepflanzen verfügbar gemacht werden, wofür die Importe von Biokraftstoffen erhöht werden müssen. Kritiker befürchten indirekte Landnutzungsänderungen, die effektiv zu einer Rodung von Regenwald führen, was die Klimabilanz ins Negative rutschen ließe.[46]
Kritisch beurteilt wird die Neuerschließung von Agrar-Anbauflächen für das Gebiet der Europäischen Union unter anderem in einer Studie [47] des Institute for European Environmental Policy (IEEP) (Institut für europäische Umweltpolitik). In der Studie untersuchte das Institut die offiziellen Pläne von 23 EU-Mitgliedstaaten zum Ausbau der erneuerbaren Energien bis zum Jahr 2020. Bis dahin will Deutschland den bisherigen Treibstoffen Benzin und Diesel etwa 5,5 Millionen Tonnen Biosprit beimischen, das ist mehr als in Großbritannien, Frankreich und Spanien geplant ist. In ganz Europa sollen bis 2020 etwa 9,5 % der Energie, die für den Verkehr benötigt wird, aus Biosprit stammen. Dieser wird fast komplett aus Ölsaat, Palmöl, Rohr- und Rübenzucker und Weizen produziert. Um dies zu ermöglichen, müssten der Studie zufolge bis zu 69.000 km² neues Ackerland entstehen. Das entspricht einer Fläche, die mehr als doppelt so groß ist wie Belgien. Bei einer Kultivierung in einem derartigen Ausmaß würden pro Jahr bis zu 56 Millionen Tonnen CO2 freigesetzt werden, was etwa 12-26 Millionen zusätzlichen Autos auf Europas Straßen entspricht.[48] Insbesondere das Umfunktionieren von Brachland zur Gewinnung von Agrar-Anbauflächen für Biosprit wird als Beeinträchtigung der Klimabilanz aufgefasst, da durch die andersartige Behandlung und Bewirtschaftung solcher Gebiete in der Bilanz in Böden und Biomasse weniger Kohlenstoffverbindungen absorbiert bleiben können und darüber hinaus bei der Kultivierung dieser Gebiete CO2 anfällt. In der Studie wird in einer Expansion in kultivierte Fläche hinein sowie in intensiver Agrarbodennutzung eine potentielle Gefahr für die Biodiversität gesehen.
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*Anmerkung1: CO2-Äquivalent: sämtliche treibhausdaswirksamen Emissionen, nicht nur die direkten CO2-Emissionen, umgerechnet auf die Klimawirksamkeit von CO2
Indirekte Landnutzungsänderungen sind in der Tabelle berücksichtigt.[13] „Wird in Brasilien eine Savanne hierfür [für den Zuckerrohranbau] gerodet, ist das Bioethanol aus dem geernteten Zuckerrohr etwa 1,4-mal klimaschädlicher als Benzin auf fossiler Basis, Wächst Zuckerrohr hingegen auf vorher überweidetem Grasland, sinken die Traibhausgasemissionen um die Hälfte“ (Fritsche (Öko-Institut))[13] siehe auch Grafiken dazu
Für die Einrichtung von Palmölplantagen werden häufig Regenwaldflächen gerodet, die eine Klimagas-Senke darstellen und eine große Artenvielfalt beherbergen.[49] Weltweit werden jedoch nur 5 % der Palmölproduktion energetisch genutzt; der Großteil wird für Lebensmittel (Margarine,…) und Gebrauchsgegenstände (Kosmetika, Seifen,…) verwendet.[50] Palmöl ist in Mittel- und Nordeuropa nicht als Treibstoff nutzbar, da der Treibstoff sich bei niedrigen Temperaturen verfestigt. Es wird jedoch als Treibstoff in der Strom- und Wärmeerzeugung eingesetzt.
Für das in Deutschland verwendete Bio-Ethanol wird kein Regenwald abgeholzt: Bioethanol wird zu 90 % aus Getreide und Zuckerrüben hergestellt, die in Deutschland und der EU angebaut und auch verarbeitet werden. Weitere 10 Prozent werden aus Zuckerrohr hergestellt, der auf Plantagen außerhalb des Regenwaldes angebaut wird.[51][52]. Die Nachhaltigkeitsverordnung schreibt gesetzlich vor, dass ein Nachweis über die Herkunft und Produktionsbedingungen der in der EU verwendeten Bioenergie vorgelegt werden muss.
Beim Anbau von Bioenergie aus Raps, Getreide und Zuckerrüben in Deutschland fallen neben dem Kraftstoff selbst auch sog. Koppelprodukte an, die als Futtermittel verwendet werden. Rapsschrot bzw. Rapskuchen aus der Biodieselherstellung sowie Getreidetrockenschlempe und Rübenschnitzel/-melasse aus der Bioethanolherstellung eignen sich in der Viehzucht als wertvolle Eiweißfuttermittel, und ersetzen damit Importe von Sojaschrot aus Übersee. Dadurch vermindert sich der Druck auf Anbauflächen in anderen Ländern und mindert den Druck zur Rodung von Regenwäldern. Derzeit (2010) wachsen in Deutschland auf einer Fläche von 1,2 Mio. ha Pflanzen für die heimische Biokraftstoffproduktion. Damit wurden 2,0 Mio. t Biokraftstoffe sowie gleichzeitig 2,3 Mio. t Futtermittel hergestellt (Soja-Futtermitteläquivalent). Um die in Deutschland gehaltenen Rinder, Schweine und Hühner zu versorgen, wurden 2010 insgesamt 5,1 Mio. t Soja-Futtermittel importiert, davon 4,2 Mio. t aus Südamerika und 0,9 Mio. t aus dem Rest der Welt. Insbesondere in Südamerika wird der Sojaanbau häufig mit der Regenwaldzerstörung und nicht nachhaltigen Anbaumethoden in Verbindung gebracht.[53]
Durch die seit August 2009 in Deutschland gültige Biomassestrom-Nachhaltigkeitsverordnung (BioSt-NachV) und der seit September 2009 gültigen Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung (Biokraft-NachV) soll eine nachhaltige Produktion sichergestellt werden. Grundlage der Verordnungen sind entsprechende Anforderungen gemäß der EU-Richtlinie 2009/28/EG (Erneuerbare-Energien-Richtlinie).[54] Mit der Biokraft-NachV soll sichergestellt werden, dass flüssige Biomasse, die zur Stromerzeugung eingesetzt und nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vergütet wird, nur unter Beachtung verbindlicher ökologischer und sozialer Nachhaltigkeitsstandards hergestellt wird. Nicht nachhaltig hergestellte Biomasse soll künftig nicht mehr nach dem EEG vergütet werden. Der Nachweis, dass die Nachhaltigkeitsanforderungen erfüllt werden, ist durch ein Zertifizierungsverfahren (Zertifizierung (Biomasse)) zu erbringen. Die Ausstellung ist an die Einhaltung anerkannter Zertifizierungssysteme gebunden und wird von unabhängigen und akkreditierten Zertifizierungsstellen wie Bureau Veritas[55] oder dem TÜV überwacht. Die Hersteller müssen nachweisen, dass sie ihre Produkte im Interesse des Umwelt-, Klima- und Naturschutzes herstellen und keine schützenswerten Flächen zerstören.
In Deutschland gibt es derzeit zwei von der Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) anerkannte Zertifizierungssysteme für Biokraftstoffe: International Sustainability & Carbon Certification (ISCC)[56] und REDcert [57].
Die EU-Kommission plant einen Aufschlag auf den CO2-Wert für Biokraftstoffe, um mögliche indirekte Landnutzungsänderungen (indirect land use change, ILUC) zu berücksichtigen. Hierbei gibt es Kritik an der Datenbasis, einer Studie des International Food Policy Research Institut (IFPRI).[58] Die Berechnungen seien aber methodisch fraglich, so die Kritik.[59] Eine Analyse des International Council on Clean Transportation kommt zu dem Ergebnis, dass die IFPRI-Studie zwar verbesserungswürdig, aber die beste verfügbare Datenbasis sei.[60]
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