Aus­gangs­punkt

Bereits heute werden in Deutsch­land knapp 70 % der Erneu­er­ba­ren Ener­gi­en aus Bio­mas­se erzeugt. Doch mit rund 300 g CO2 / kWh ist Strom aus Biogas von kon­ven­tio­nel­len Mais­mo­no­kul­tu­ren hin­sicht­lich der ver­ur­sach­ten Kli­ma­ga­se nur gering­fü­gig besser als die Ver­stro­mung von fos­si­lem Erdgas. Laut Hans-Peter Schmidt („Kli­ma­bi­lanz für Biogas aus Mais­mo­no­kul­tu­ren“, Ithaka Journal 2012) kann die Bilanz jedoch durch ver­schie­de­ne Maß­nah­men wie die Kar­bo­ni­sie­rung des Gär­res­tes zu Pflan­zen­koh­le opti­miert werden.

Nega­ti­ve Kli­ma­bi­lanz

Für den gesam­ten Prozess der Bio­gas­her­stel­lung durch Mais­mo­no­kul­tu­ren ermit­tel­te Schmidt eine Kli­ma­bi­lanz von rund -4 t CO2 / ha. Diese ergibt sich durch fol­gen­de Annahmen/Werte:

  • Auf 1 Hektar (ha) werden durch­schnitt­lich 12 t Tro­cken­mas­se Mais zur Her­stel­lung von Silage erzeugt. Gedüngt werden dafür durch­schnitt­lich 200 kg Stick­stoff (N), 100 kg Phos­phat (PO), 150 kg Kalium (K). Erzeu­gung, Lage­rung, Aus­brin­gung und Aus­ga­sung dieser Dün­ge­mit­tel­men­gen ver­ur­sa­chen Treib­haus­ga­se von rund 2 t CO2 /ha.
  • Anbau, Boden­be­ar­bei­tung, Her­bi­zi­de, Ernte, Häck­seln, Trans­port zur Bio­gas­an­la­ge und Silie­rung ver­ur­sa­chen Treib­haus­ga­se von rund 0,4 t CO2 /ha.
  • Im Schnitt ent­wei­chen 2 % des erzeug­ten Bio­ga­ses in die Atmo­sphä­re. Dies ver­ur­sacht Treib­haus­ga­se von rund 2,2 t CO2 /ha.
  • 18 % der metha­ni­sier­ten Bio­mas­se fällt als Gärrest an, über den aus­ge­bracht wieder CO2 in die Atmo­sphä­re gelangt. Dies ver­ur­sacht Treib­haus­ga­se von rund 12 t CO2/ha.
  • Werden die rund 4,5 t Methan, die aus der Ernte von 12 t Mais pro­du­ziert werden, ver­brannt, ent­ste­hen Treib­haus­ga­se von rund 12,4 t CO2/ha.

Damit ent­ste­hen im gesam­ten Kreis­lauf des Bio­ga­ses 23,8 t CO2. Vom Mais selbst werden jedoch während des Wachs­tums nur 19,7 t CO2 auf­ge­nom­men und gebun­den. Wird das Methan ver­stromt, können davon 14.000 kWh Strom erzeugt werden, was eine Kli­ma­bi­lanz (ohne Abwär­me­nut­zung) rund 300 g CO2/ kWh Strom ergibt.

Opti­mie­rungs­mög­lich­kei­ten

Die meisten Ansätze, die der Autor auf­führt, ver­bes­sern sowohl die Kli­ma­bi­lanz von Biogas als auch die Effi­zi­enz und damit Wirt­schaft­lich­keit des Pro­duk­ti­ons­pro­zes­ses.

 

  • Erhö­hung der Pflan­zen­viel­falt: Der Vorteil einer arten­viel­fäl­ti­gen Saat­mi­schung besteht im Unter­schied zum 1-jäh­ri­gen Mais, dass diese nur alle 3–5 Jahre neu aus­ge­sät werden müssen. Die Bio­mas­seer­trä­ge sind höher, auch die bio­gi­sche Akti­vi­tät des Bodens, die Koh­len­stoff­bin­dung im Boden sowie die Pflan­zen­ge­sund­heit ver­bes­sert sich.
  • Kar­bo­ni­sie­rung des Gär­res­tes: Bei der Methan-Gewin­nung aus Mais­si­la­ge werden nur rund 60 % des ent­hal­te­nen Koh­len­stoffs in Methan­gas umge­wan­delt. Der ver­blei­ben­de Koh­len­stoff ent­weicht in der Regel bei der Aus­brin­gung des Gär­res­tes als Dünger zu 95 % in die Atmo­sphä­re. Durch Kar­bo­ni­sie­rung (Pyro­ly­se) kann der Gärrest zu Pflan­zen­koh­le ver­edelt werden oder das Gärrest-Kar­bo­ni­sat als Brenn­stoff (Heiz­wert von rund 20 MJ /kg) genutzt werden. Dies ver­bes­sert die Kli­ma­bi­lanz um 5,3 t CO2 /ha.
  • Nähr­stoff­ver­lus­te durch Pflan­zen­koh­le ver­min­dern: Die vom Mais auf­ge­nom­me­nen Dün­ge­mit­tel sind nach der Ver­gä­rung noch fast voll­stän­dig im Gärrest vor­han­den. Durch Aus­brin­gung der Gär­res­te gehen jedoch rund 20 % des Stick­stoffs (als Ammo­ni­ak) ver­lo­ren, weitere 15 % durch Boden­aus­wa­schun­gen. Dies kann durch Zugabe von Pflan­zen­koh­le redu­ziert werden, da diese durch ihre hohe spe­zi­fi­sche Ober­flä­che Nähr­stof­fe länger an sich bindet. Wird der Gärrest zudem zusam­men mit Milch­säu­re­bak­te­ri­en fer­men­tiert, werden die kli­ma­schäd­li­chen Methan­gas­ver­lus­te redu­ziert. Dies ver­bes­sert die Kli­ma­bi­lanz um 1,1 t CO2 pro ha und Jahr.
  • Effi­zi­en­te­re Flä­chen­nut­zung: Wird Biogas aus Mais­si­la­ge ledig­lich ver­stromt, handelt es sich um eine ener­ge­tisch außer­or­dent­lich unef­fi­zi­en­te Flä­chen­nut­zung. Denn die 14 MWh Strom (pro­du­ziert aus 1 ha Mais pro Jahr) lassen sich auch auf ledig­lich 1 % des Hektars mit Solar­pa­nels erzeu­gen – ganz ohne den Einsatz von Dün­ge­mit­teln.

Ori­gi­nal­ar­ti­kel: Kli­ma­bi­lanz für Biogas aus Mais­mo­no­kul­tu­ren (1) & Biogas durch Kli­ma­far­ming nach­hal­tig pro­du­zie­ren (2)

Autor: Hans-Peter Schmidt

Erschie­nen in: Ithaka Journal 1/2012, p. 57–60 (1); Ithaka Journal 1/2012, p. 61–66 (2)