15.03.11, 18:05:12

Energie aus Biomasse - Es geht auch anders

In Anbetracht der bedrohlichen Lage in Japan steht mal wieder die gesamte Energierversorgung auf dem Prüfstand. Auch kurz zuvor schon durch die Diskussion über den neuen "Bio-Sprit" E10, wurden die Alternativen heiß diskutiert. Elektromobilit&aeuml;t war bisher eines der Hauptaugenmerke, um von fossilen Energieträgern wie Erdöl zu entkommen. Doch in Anbetracht der Eskalation der Katastrophe in den Japanischen Reaktoren wird klar, auch Strom haben wir lange nicht im Überfluß.

Ich halte den Weg hin zu Strom als Energieträger für verfrüht. Strom ist die höchste Energieform die wir im Alltag verwenden, Wärme die niedrigste. Die Stromerzeugung ist viel zu verlustreich, um Strom als universelle Energiequelle anzusehen. Vielleicht können wir das eines Tages besser, doch Stand heute verlieren wir damit viel zuviel der ohnehin knappen Energie.

Also was bleibt?
Die erste Frage die man sich stellen muß ist doch, woher kommt unsere Energie eigentlich?
Wir verwenden zur Zeit zwei Quellen:

Die eine ist ein Resultat des Urknalls und der sich daraufhin verfestigenden Materie und unterschiedlichen Materiearten. Einige davon kïnnen derart zur Interaktion gebracht werden, daß sie Energie freisetzen - das ist Kernenergie. Ob Spaltung oder Fusion ist an dieser Stelle ersteinmal egal, das Prinzip ist die Umwandlung von Materie auf atomarer Ebene unter Freisetzung von Energie, überwiegend thermisch. Das ist eigentlich ganz praktisch, denn die Energiemengen sind beträchtlich. Es hat aber den gravierenden Schöheitsfehler, daß diese Prozesse alle sehr häßliche Begleitprodukte liefern, die man eigentlich nicht haben will - entweder hochenergetische Strahlung während der Produktion oder strahlende Restmasse, die auf Jahrtausende sicher verwahrt werden muß. Also realistisch betrachtet, sind diese Verfahren nicht verantwortbar.

Die gesamte restliche Energie auf unserem Planeten wird uns von dem riesigen Fusionsreaktor Sonne kostenlos frei Haus geschickt. Erdöl, Erdgas, Kohle, Brennholz, etc. alles Produkte, die schlußendlich über Pflanzen entstanden sind. Pflanzen wiederum gewinnen ihre Energie zum Wachstum aus dem Sonnenlicht. Pflanzen sind sehr effizient bei der Speicherung von Sonnenergie in Form von Kohlenstoffverbindungen - Blätter, Stengel, Holz, alles das ist kohlenstoffgebundene Energie. Die erste gebundene Energie die der Mensch kontrolliert genutzt hat, war pflanzlich, die Verbrennung von Holz für Wärme und Licht.

Die gebundene Energie die wir heute in Form von Kohle, Gas und Öl verwerten ist Energie, die Pflanzen vor mehreren tausend Jahren gesammelt und gebunden haben. Die gebundene Energie ist einfach zugänglich und vielfach nutzbar. Über die letzten Jahrhunderte hat die Menschheit vielfältige Nutzungsmöglichkeiten dieser Stoffe ersonnen und große Erfahrung damit gesammelt.

Das große Problem mit den fossilen Kohlenstoffen ist, daß sie eben eine große Menge Kohlenstoff binden, vor allem Kohlenstoff aus CO2 der Athmosphäre. In Zeiten globaler Erwärmung ist die wieder Freisetzung dieses gebundenen CO2s keine gute Idee. Aber Pflanzen wachsen auch heute noch und binden täglich Unmengen an CO2 in Kohlenstoffverbindungen. Die wieder Freisetzung dieser neu gebundenen Kohlenstoffe ist das, was wir heute als CO2-neutral bezeichnen, es ist also auch bzgl. Erderwärmung neutral.

Nur haben wir bisher nur wenig Technologien zur Hand, um frisch erzeugte Bio-Masse als Energiequelle zu nutzen. Die beiden Hauptmethoden sind zur Zeit Bio-Masse Kraftwerke mit Bio-Gas und Bio-Ethanol. Bei Bio-Gas Anlagen wird in großen Behältern frische Bio-Masse durch Bakterien und/oder Pilzkulturen in Kohlenwasserstoffgase umgesetzt. Das Gas kann entweder direkt mit Hilfe eines relativ normalen Verbrennungsmotors in elektrische und thermische Energie umgesetzt werden. Zum anderen gibt es mittlerweile auch großtechnische Verfahren, um das Bio-Gas in eine Form ähnlich von Erdgas zu bringen, welches auch direkt in die normalen Versorgungssysteme eingespeist werden kann.

Der Bio-Ethanol ist aktuell heiß diskutiert, da er als Beimischung zu Benzin gesetzlich vorgeschrieben ist, zuerst 5% und aktuell 10% zum jetzigen Benzin E10. Die Herstellung von Bio-Ethanol ist allerdings wenig effizient. Ethanol kann praktisch nur aus Zucker oder sehr Zucker-nahen Stoffen hergestellt werden. Die Herstellung erfolgt ganz normal durch Hefe Pilzkulturen, genau wie bei der ganz normalen Trink-Alkohol Herstellung. Prozentual wird von einer Pflanze, weil nur der Zucker verwertet werden kann, nur relativ wenig der gewachsenen Bio-Masse in Ethanol umgestezt. Zudem kommt das Problem, daß der Alkohol zun&auml:;chst in wäßriger Lösung vorliegt, also noch aus dem Wasser unter Energiezufuhr ausdestilliert werden muß. Bio-Ethanol ist also nur in Regionen ansatzweise sinnvoll, in denen in wirklich sehr großem Maßstab sehr zuckerhaltige Pflanzen angebaut werden können. Der Zuckergehalt von Pflanzen und Früchten korreliert relativ gut mit dem Sonnenenergieeintrag - mit anderen Worten, dort wo mehr Sonne scheint und es allgemein wärmer ist, wachsen auch Pfalnzen mit höherem Zuckergehalt. Brasilien baut bspw. in enormen Maßstab Zuckerrohr zur Bio-Ethanol Gewinnung an und kommt so schon heute auf einen Ethanolanteil von über 60% in dort verkauften PKW Kraftstoffen. In Deutschland wäre dies in diesem Maßstab nicht möglich.

Das tolle an flüssigen Kohlenwasserstoffen wie Öl (Benzin) ist, daß sie gut zu handhaben, lagern und transportieren sind. Auch ist die gespeicherte Energiemenge im Vergleich zu Gewicht und Volumen sehr gut. Idealerweise sollte man doch also versuchen, die Vorgänge der Natur nachzubilden und aus relativ beliebiger Bio-Masse den größtmöglichen Anteil an Kohlenstoff in eine Form umsetzen, die mit unseren jetzigen Technologien in gleicher oder ähnlicher Form nutzbar sind.

Nur in der Natur dauern diese Prozesse Jahrtausende - geht das schneller?

Ja, das geht!

Und zwar mit der sogenannten Hydrothermale Karbonosierung. Mit diesem Verfahren können Kohlenstoffverbindungen unterschiedlicher Komplexität hergestellt werden, von Braunkohle-ähnlichen Stoffen über Rohöl bis hin zu Synthesegas, aus dem praktisch jegliche Kohlenwasserstoffe synthetisiert werden können. Die Reaktion ist sogar exotherm, d.h. die Umsetzung ist effizient (im Gegensatz zur Alkoholdestillation für die Bio-Ethanol Herstellung).


Posted by Nils Faerber | Permanent Link | Categories: Energie