1 100 Prozent Erneuerbare Energien mit oder ohne energetische Nutzung von Biomasse? Vergleich zweier...

100 Prozent Erneuerbare Energien

mit oder ohne

energetische Nutzung von Biomasse?

Vergleich zweier Szenarien:

Solarenergie-Förderverein Deutschland

Die Kohlenstoffmengen auf diesem Planeten sind riesig. Die meisten von ihnen sind fest in den Gesteinsmassen des Erdinneren oder den fossilen Lagerstätten gebunden. Nur ein vergleichsweise winziger Anteil des Kohlenstoffs ist von Natur aus auf ständiger Wanderung. Dieser Anteil ist es, der unser Leben bestimmt und das Klima, in dem wir leben. Und um diesen Anteil geht es im folgenden Beitrag.

Sogar wir Menschen selber bestehen (etwa zu einem Fünftel) aus dem Element Kohlenstoff. Wir haben diesen Kohlenstoff mit der Nahrung aufgenommen und unser Körper hat einige Atome davon in den Muskeln, den Knochen, dem Fettgewebe und den Nervenzellen eingebaut. Es kann durchaus sein, dass Menschen Kohlenstoffatome enthalten, die aus dem Schornstein eines Braunkohlekraftwerks in die Luft geblasen wurden.

Mit „Seelenwanderung“ hat das aber nichts zu tun, sondern mit dem biosphärengekoppelten Kohlenstoffkreislauf und mit den Eingriffen des Menschen in diese natürlichen Vorgänge.

Der vagabundierende Kohlenstoff

Der SFV lehnt energetische Nutzung von fossilen Stoffen entschieden ab

Unter Umweltfreunden besteht Einigkeit, dass die Nutzung von Kohle, Erdöl und Erdgas einen schwerwiegenden Eingriff in die natürlichen Vorgänge darstellt, weil sie nicht nur durch CO2-Emissionen die Erderwärmung beschleunigt, sondern auch die Menge des vagabundierenden Kohlenstoffs im biosphärengekoppelten Kreislauf erhöht , was mit den uns bekannten technischen Mitteln nicht rückgängig gemacht werden kann. Je mehr Kohlenstoff im biosphärengekoppelten Kohlenstoffkreislauf vagabundiert, desto schwerer wird es, das aus ihm gebildete klimaschädliche CO2 oder Methan aus der Atmosphäre herauszuholen und herauszuhalten.

Der SFV setzt sich deshalb gemeinsam mit den anderen Umweltschutzvereinen dafür ein, dass die fossilen (wie auch die atomaren) Energien zu 100 Prozent durch Erneuerbare Energien ersetzt werden.

Bedenken gegen "Nebenwirkungen" der energetischen Nutzung von Biomasse

Die energetische Nutzung von Biomasse wurde – und wird auch heute noch von Vielen - als eine klimafreundliche Alternative zur Energiegewinnung aus fossilen Stoffen angesehen. Die Strom- oder Wärmeerzeugung aus extra dafür angebauter Biomasse wird immer noch durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) und das Erneuerbare-Energien-Wärme-Gesetz und das Biokraftstoffquotengesetz gefördert.

In der lebhaften Diskussion zu diesem Thema werden zwar schwerwiegende Bedenken wegen der Flächenkonkurrenz zur Nahrungserzeugung und zur stofflichen Nutzung sowie wegen einiger bedenklicher „Nebenwirkungen“ (z.B. Dünger- und Pestizid-Einsatz, Monokulturen, Gentechnik) vorgetragen, jedoch geht die Mehrheit immer noch davon aus, dass energetische Biomassenutzung vom Prinzip her „CO2-neutral“ sei, weil – so wird mit einem entschlossenen Sprung über die gesamte Lebensdauer der Biomasse hinweg argumentiert – ja nur solches Material verbrannt werde, welches vorher durch Photosynthese aus dem CO2 der Atmosphäre entstanden sei und nachher ohnehin wieder zu CO2 werde, gleichgültig, ob man es energetisch nutze oder nicht.

Grundsätzliche, prinzipielle Bedenken des SFV

1.Wir gehen davon aus - und werden das im Folgenden aufzeigen - dass die energetische Nutzung von Biomasse sehr wohl einen Einfluss auf die Menge des in der Atmosphäre vorhandenen CO2 hat. Die Beurteilung der energetischen Biomassenutzung mit dem Wort CO2-neutral ist somit eine Fehletikettierung.

2.Da das Wort CO2-neutral inzwischen immer häufiger*) mit Klimaneutralität gleichgesetzt wird und daraus energiewirtschaftlich weitreichende Konsequenzen **) gezogen werden, ist das für einen Verein, der sich dem Klimaschutz verpflichtet weiß, Anlass zum energischen Widerspruch

*) Bei Wikpedia unter dem Stichwort „Klimaneutralität“ fand sich am 16.03.2013 u.a. die folgende irreführende Ausführung: „So sind pflanzliche, nicht-fossile Brennstoffe (z. B. Bioethanol, Rapsöl, Holz etc.) theoretisch klimaneutral, da das bei ihrer Verbrennung frei werdende CO2 nicht die aktuelle globale CO2-Bilanz ändert“.

**) etwa 8,4 Prozent des Endenergieverbrauchs wurden 2011 in Deutschland durch Biomasse gedeckthttp://www.erneuerbare-energien.de/fileadmin/ee-import/files/pdfs/allgemein/application/pdf/ee_in_deutschland_graf_tab.pdf

Die Zahl der Kohlenstoffatome im biosphärengekoppelten Kohlenstoffkreislauf bleibt - wenn keine weiteren fossilen Kohlenstoffmengen hinzukommen - insgesamt zwar gleich, aber Kohlenstoffatom und Kohlenstoffatom haben nicht alle die gleiche Klimawirkung. Ihre Klimawirkung hängt davon ab, in welchen Verbindungen sie auftreten.

Die Kohlenstoffatome gehen im Lauf ihres praktisch endlosen Lebens die unterschiedlichsten Verbindungen ein. Sie kommen manchmal in klimaschädlichen, manchmal in klimaneutralen und manchmal sogar in klimafreundlichen Verbindungen vor.

Als klimafreundliche Kohlenstoffverbindungen sehen wir z.B. das Chlorophyll an, (Summenformel etwa: C55H72O5N4Mg), welches den grünen Blättern die Farbe gibt und die Fähigkeit verleiht, CO2 aus der Atmosphäre zu holen. Je mehr grüne Blätter dem Sonnenlicht ausgesetzt sind, desto höher ist die Photosynthese-Rate.

Klimaentscheidend ist deshalb nicht die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome im biosphärengekoppelten Kreislauf, sondern die Zahl solcher Kohlenstoffatome, die in klimaschädlichen Verbindungen vorliegen (z.B. CO2) oder die im Gegenteil als Bestandteil des Chlorophylls klimafreundlich die Rückholung von CO2 aus der Atmosphäre unterstützen. Und klimaentscheidend ist dann auch, wie lange sie in der jeweiligen chemischen Verbindung verweilen.

„Klimaschädlicher“ Kohlenstoff

„Klimafreundlicher“ Kohlenstoff „Klimaneutraler“ Kohlenstoff

z.B. in totem Pflanzenmaterial, im Humusboden, in Holzkohle, in Baustoffen, Gebrauchsgegenständen usw.z.B. in grünen Pflanzen (Chlorophyll)

z.B. in CO2 oder auch Methan CH4

Die Zahl der Kohlenstoffatome im biosphärengekoppelten Kohlenstoffkreislauf bleibt insgesamt gleich. Aber der Kohlenstoff kommt manchmal in klimaschädlichen, manchmal in klimaneutralen und manchmal sogar in klimafreundlichen Verbindungen vor.

Zwischen den drei dargestellten Kohlenstoffdepots findet ein reger Austausch von Kohlenstoffatomen in vielen Richtungen statt. Die Zahl der Kohlenstoffatome im biosphärengekoppelten Kohlenstoffkreislauf bleibt dabei insgesamt gleich (so lange keine neuen Kohlenstoffatome aus den fossilen Lagerstätten hinzukommen).

Es gibt jedoch kein Naturgesetz, dass die Stoffströme sich dabei immer ausgleichen müssen bzw. dass die Depots immer den selben Inhalt haben müssten.

Die bekannte Keeling- Kurve vom Mouna-Loa -Observatorium demonstriert durch ihren Zickzack-verlauf deutlich das naturgegebene jahreszeitliche Ungleichgewicht der Stoffströme

Die Aussage, dass die energetische Nutzung von Biomasse CO2-neutral sei, haben wir somit sowohl durch theoretische Überlegung als auch durch die messtechnischen Ergebnisse widerlegt

Der Satz müsste richtig lauten:

Die energetische Nutzung von Biomasse ist kohlenstoffneutral, denn sie ändert die Zahl der Kohlenstoffatome im biosphärengekoppelten Kohlenstoffkreislauf nicht.

Kohlenstoffneutralität ist etwas anderes als CO2-Neutralität!

Durch die energetische Nutzung von Biomasse nimmt die Menge an Kohlenstoffatomen zu, die sich in klimaschädlichen Verbindungen befindet (entweder es entsteht Methan oder CO2).

Klimaschädlicher Kohlenstoff

Klimaneutraler KohlenstoffKlimafreundlicher Kohlenstoff

Klimafreundlicher Kohlenstoff Klimaneutraler Kohlenstoff

Klimaneutraler Kohlenstoff

Klimafreundlicher Kohlenstoff

Außerdem nimmt manchmal auch noch die Zahl der Kohlenstoffatome ab, die sich in klimafreundlichen Verbindungen befindet (Grünes Pflanzenmaterial wird vergoren oder verbrannt. Damit nimmt die Menge an aktivem Chlorophyll ab und das Tempo der Photosynthese wird verringert)

Mehr klimaschädliches CO2

Weniger Chlorophyll

Wir müssen uns in diesem Zusammenhang mit zwei Argumenten der Befürworter der energetischen Biomassenutzung auseinander setzen:

1.Sie argumentieren, dass eine erhöhte Konzentration von CO2 die Pflanzen dazu bringen würde, die Photosynthese zu beschleunigen. Das mag - wenn genügend Wasser zur Verfügung steht - durchaus der Fall sein. Wenn die zusätzliche CO2-Emission wieder beendet wird, ist es also denkbar, dass durch die erhöhte Photosynthese-Rate der erhöhte CO2-Gehalt der Atmosphäre langsam wieder zurückgeht. Aber zumindest während des Zeitraums mit erhöhtem CO2-Gehalt steigt die Temperatur der Erdoberfläche schneller an. Von Klimaneutralität kann also nicht die Rede sein.

2.Sie argumentieren, dass die Vergärung oder Verbrennung von Blattgrün keine Reduzierung der Photosynthese verursachen würde, weil Pflanzen ja immer wieder und in der Regel zeitgleich zum Ersatz angebaut würden. Dabei übersehen sie allerdings, dass neu angebaute Jungpflanzen dem Sonnenlicht eine viel geringere Blattfläche darbieten als bereits ausgewachsene Pflanzen.

Um die Vorgänge besser einordnen zu können, betrachten wir im Folgenden den biosphärengekoppelten Kohlenstoffkreislauf, der den Transport von Kohlenstoff als CO2 in die Atmosphäre und seine Rückholung durch die Photosynthese umfasst.

Dass es noch weitere Kohlenstoffkreisläufe gibt, können wir in erster Näherung vernachlässigen, da die dort transportierten Kohlenstoffmengen um den Faktor 10 bis 100 geringer sind.

Weitere Angaben dazu finden Sie auf den letzten 5 Folien.

Der schnelle biosphärengekoppelte

terrestrische Kohlenstoffkreislauf

ese CO

2-Bildung

Um die Vorgänge besser einordnen zu können, betrachten wir im Folgenden den biosphärengekoppelten Kohlenstoffkreislauf, der den Transport von Kohlenstoff als CO2 in die Atmosphäre und seine Rückholung durch die Photosynthese umfasst.

Dass es noch weitere Kohlenstoffkreisläufe gibt, können wir in erster Näherung vernachlässigen, da die dort transportierten Kohlenstoffmengen um den Faktor 10 bis 100 geringer sind.

Weitere Angaben dazu finden Sie auf den letzten 5 Folien.

vor der Nutzung fossiler Energien

ese CO

2-Bildung

ese CO

2-Bildung

Netto-Photosynthese bedeutet Photosynthese nach Abzug der Atmung

ese CO

2-Bildung

Verrotten, Respiration, Vergären, Verbrennen

ese CO

2-Bildung

Ein „Päckchen“ Kohlenstoff im Bild entspricht etwa 0,3 Gigatonnen Kohlenstoff.

ese CO

2-Bildung

Verweildauer des Kohlenstoffs in der Atmosphäre (etwa 13 Jahre) ist ein Durchschnittswert

CO2 -Verweildauer in der Atmosphäre

10 Null5 Jahre

10 20 30 40 50 JahreVerweildauer von C in gebundenem Zustand am ErdbodenNull

CO2-Bildung

Verweildauer des Kohlenstoffs im Boden (36 Jahre) Durchschnittswert

10 Null5 Jahre

Die nächsten 22 Bilder schauen Sie sich bitte so rasch hintereinander an, dass der Eindruck eines bewegten Bildes entsteht.

10 20 30 40 50 JahreVerweildauer von C in gebundenem Zustand am Erdboden

10 Null5 Jahre

CO2-Bildung

Film 1

10 Null5 Jahre

CO2-Bildung

10 Null5 Jahre

CO2-Bildung

Film 1

10 Null5 Jahre Film 1Ne

e CO2-Bildung

ese CO

2-Bildung

10 Null5 Jahre Film 1

ese CO

2-Bildung

e CO2-Bildung

ese CO

2-Bildung

ese CO

2-Bildung

ese CO

2-Bildung

e CO2-Bildung

STOPPEnde des ersten Films

10 Null5 Jahre

CO2-Bildung

Film 1 zeigte den biospären-gekoppelten terrestrischen Kohlenstoff-Kreislauf vor der industriellen Revolution d.h. ohne fossile Energien

Nach durchschnittlich 36 Jahren Verweildauer in gebundenem Zustand am Erdboden „verrottete“ bzw. oxidierte die Biomasse und wurde zu CO2.

Nach durchschnittlich 13 Jahren Verweilen in der Atmosphäre erfolgte Rückholung durch die Netto-Photosynthese

Der Zeitsprung von Einzelbild zu Einzelbild beträgt ein halbes Jahr.Alle Zahlenwerte geben nur ungefähre Größenordnungen an.

Quellenangaben im Anhang

10 Null5 Ne

CO2-Bildung

noch vor der Nutzung fossiler Energien

Zukunftsszenario 100 Prozent Erneuerbare Energien

Die Nutzung fossiler Stoffe sei beendet

ese CO

2-Bildung

10 20 30 40 50 JahreVerweildauer von C in gebundenem Zustand am ErdbodenNull

ese CO

2-Bildung

Ein Großteil des fossil gebildeten CO2 befindet sich immer noch zusätzlich in der Atmosphäre.Annahme: 0,3 Gigatonnen (ein neues „Päckchen“)

Aus fossiler Verbrennung

10 20 30 40 50 JahreDurchschnittliche Verweildauer von C in gebundenem Zustand am Erdboden

CO2-Bildung

Aus Fehlern in der Wald- und Landwirtschaft

CO2-Bildung

Wie bekommen wir das zusätzliche CO2 aus der Atmosphäre heraus?

Aus Fehlern in der Wald- und Landwirtschaft

CO2-Bildung

Nettophotosynthesebeschleunigen

Film 2

10 20 30 40 50 JahreDurchschnittliche Verweildauer von C in gebundenem Zustand am ErdbodenNull

ese CO

2-Bildung

Film 2

ese CO

2-Bildung

Film 2

ese CO

2-Bildung

Film 2

ese CO

2-Bildung

Film 2

ese CO

2-Bildung

Film 2

CO2-Bildung hinauszögern

CO2-Bildung

Film 2

CO2-Bildung

Film 2

CO2-Bildung

Film 2

CO2-Bildung

Film 2

CO2-Bildung

Film 2

CO2-Bildung

Film 2

CO2-Bildung

Film 2

CO2-Bildung

Film 2

CO2-Bildung

STOPPEnde des 2. Films

10 20 30 40 50 JahreDurchschnittliche Verweildauer von C in gebundenem Zustand am Erdboden Hier im Beispiel von 36 auf 48 Jahre verlängert

CO2-Bildung

Ergebnis:Um das überschüssige CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen, muss sich die durchschnittliche Verweildauer des Kohlenstoffs am Erdboden deutlich verlängern.

Reparatur des biosphärengekoppelten

terrestrischen Kohlenstoffkreislaufs

nach der Nutzung fossiler Energien

10 20 30 40 50 JahreDurchschnittliche Verweildauer von C in gebundenem Zustand am Erdboden Hier im Beispiel von 36 auf 48 Jahre verlängert

CO2-Bildung

Reparatur des biosphärengekoppelten

terrestrischen Kohlenstoffkreislaufs

nach der Nutzung fossiler Energien

Nachhaltigkeit des schnellen terrestrischen Kohlenstoffkreislaufes

bei verlängerter Verweilzeit des

Kohlenstoffs am Boden

10 20 30 40 50 JahreDurchschnittliche Verweildauer von C in gebundenem Zustand am Erdboden erhöht auf 48 JahreNull

Film Nr. 3 demonstriert, dass eine verlängerte Verweilzeit des Kohlenstoffs am Boden nachhaltig zu geringerer CO2-Konzentration in der Atmosphäre führt

10 Null5 Jahre

CO2-Bildung

Zukünftigerbiosphärengekoppelter

Kohlenstoffkreislauf

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Film 3

CO2-Bildung

Mathematische Beziehungen

CO2-Bildung

Kohlenstoffmenge in der Atmosphäre soll aus Klimaschutzgründen wieder

verringert werden

CO2-Bildung

verringert werden

Da die Gesamtkohlenstoffmenge im Kreislauf praktisch konstant bleibt, muss die Kohlenstoffmenge am Boden vergrößert werden

CO2-Bildung

verringert werden

Dazu muss die Netto-Photosynthese beschleunigt, die CO2-Bildung aber verlangsamt werden

CO2-Bildung

verringert werden

Zuwachs des Bodenkohlenstoffs = (Netto-Photosynthese – CO2-Bildung) x Betrachtungszeitraum

CO2-Bildung

verringert werden

Zuwachs des Bodenkohlenstoffs = (Netto-Photosynthese – CO2-Bildung) x Betrachtungszeitraum

beschleunigen bremsen

Verweildauer des Kohlenstoffs am Boden verlängern.

Energetische Nutzung von kohlenstoffhaltigem Material vermeiden

Rate der Netto-Photosynthese erhöhen

Chlorophyllhaltige Biomasse erhalten

Keine Biomasse für energetische Nutzung anbauen

Quellen:

Die verwendeten Zahlenwerte erheben keinen Anspruch auf Genauigkeit. Sie entstammen dem Beitrag in der nächsten Folie.

In der Literatur findet man auch stark abweichende Werte, doch ist das im gegebenen Zusammenhang unwichtig, da es nicht um eine quantitative Überlegung geht, sondern nur um prinzipielle Zusammenhänge und Anschaulichkeit.

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

Kleine Flussraten lassen wir gegenüber den großen weg

Kohlendioxid-zufuhr von der Atmosphäre zum Ozean und umgekehrt heben sich gegenseitig auf und werden weggelassen

Ausschnittsvergrößerung Biogener kurzfristiger terrestrische Kohlenstoffkreislauf

Dieser ist von den anderen – sehr viel langsamer ablaufenden – Kreisläufen weitgehend entkoppelt und hat

die schnellsten klimatischen Auswirkungen.

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