Bioenergie

Der Begriff „Bioenergie“ umfasst unterschiedlichste Rohstoffe, Technikpfade und Anwendungsbereiche. So kann Bioenergie zum Beispiel

• aus eigens landwirtschaftlich angebauten Pflanzen (z.B. Mais, Weizen, Zuckerrübe, Raps, Sonnenblumen, Ölpalmen),
• aus schnellwachsenden Gehölzen, die auf landwirtschaftlichen Flächen angebaut werden (sogenannte Kurzumtriebsplantagen),
• aus Holz aus der Forstwirtschaft oder aber
• aus biogenen Abfall- und Reststoffen aus Land- und Forstwirtschaft, Haushalten oder Industrie gewonnen werden.

Die Rohstoffe können regionaler Herkunft sein oder über globale Handelsströme zu uns gelangen.

Bioenergie kann gasförmig als Biogas oder Biomethan zur Verfügung gestellt werden. Sie kann aber auch flüssig zum Beispiel als reines Pflanzenöl für Heizkraftwerke oder als Biokraftstoff eingesetzt werden. Oder sie liegt in fester Form zum Beispiel als Scheitholz, Holzhackschnitzel und -pellets oder Strohpellets vor.

Die Vielfalt der Rohstoffe und Umwandlungstechniken ermöglicht einen Einsatz der Bioenergie in allen energierelevanten Sektoren: als Treibstoff im Verkehr (für Benzin, Diesel, Gas und Elektrofahrzeuge), zur Erzeugung von Heizwärme in Haushalten, von Prozesswärme in der Industrie und zur Stromerzeugung, wobei die Strom- und Wärmeproduktion gekoppelt erfolgen kann.

Und letztlich muss mit Blick auf die internationale Debatte in traditionelle und moderne Nutzungsformen unterschieden werden. Traditionell ist die einfache, überwiegend ineffiziente energetische Nutzung von Holz, Holzkohle, land- und forstwirtschaftlichen Reststoffen und Dung. Vor allem in den sogenannten Entwicklungsländern stellt dies häufig den einzigen Zugang zu Energie dar, insbesondere zum Kochen. Den aktuellen Stand zur Nutzung der Bioenergie in Deutschland finden Sie im Artikel „Erneuerbare Energien in Zahlen“

Die Umweltfreundlichkeit von Bioenergie pauschal zu bewerten, ist angesichts ihrer Vielfältigkeit nicht sinnvoll. Vielmehr ist eine Betrachtung des jeweiligen Einzelfalls nötig.

Grundsätzlich konkurriert die energetische Nutzung von Biomasse mit anderen Verwendungsmöglichkeiten. Insbesondere eigens auf fruchtbaren Ackerflächen angebaute „Energiepflanzen“ stehen in direkter Konkurrenz zur Nahrungs- und Futtermittelproduktion, aber auch zu einer stofflichen Nutzung, zum Beispiel für biobasierte Kunststoffe oder Chemikalien.

Die drastische Steigerung der Nachfrage nach Anbaubiomasse verändert die globale Landnutzung. Die Ausweitung der Bioenergienutzung in den Industrieländern ist jedoch nicht der einzige Nachfragetreiber. Sie wird von einer steigenden Nachfrage nach tierischen Produkten und entsprechendem hohen Futtermittelbedarf in Schwellenländern begleitet. Hinzu kommen die wachsende Bevölkerung und ein zunehmendes Interesse der chemischen Industrie an biogenen Rohstoffen.

Preisschwankungen und -spitzen bei Nahrungs- und Futtermitteln treten infolge von akuten Knappheiten auf, die beispielsweise durch Missernten infolge von Dürren und Überschwemmungen, aber auch durch Spekulation, Marktkonzentration und globale Nachfrageschocks entstehen, bzw. verstärkt werden können. Dies gefährdet insbesondere die Versorgung besonders verwundbarer Bevölkerungsgruppen und Staaten.

Langfristig führen Bevölkerungszunahme, steigender Fleischkonsum in Schwellenländern, Klimawandel und auch Bioenergie sehr wahrscheinlich zu Preissteigerungen bei Agrarrohstoffen. Diese Preissteigerungen werden im Hinblick auf die globale Hungerproblematik kontrovers diskutiert. Einerseits ist es unter bestimmten Voraussetzungen möglich, dass dadurch der ländliche Raum in Entwicklungs- und Schwellenländern seine Einkommenschancen verbessert. Andererseits kann es aber auch zu Verdrängungen von Kleinbäuerinnen und Kleinbauern und extensiven Nutzungsformen kommen. Zudem löst die gesteigerte Nachfrage eine Ausweitung der landwirtschaftlichen Produktionsfläche aus, die zu einem Verlust wertvoller Ökosysteme, wie Wälder, artenreiches Grünland oder Moore, führen kann. Eine Intensivierung der landwirtschaftlichen Produktion ist mit ökologischen Kosten verbunden. Wenn diese beispielsweise mit einem sehr hohen Einsatz von synthetischen Dünge- und Pflanzenschutzmitteln, einem Humusabbau oder dem Verlust von landschaftlichen Elementen einhergeht, die für die biologische Vielfalt wertvoll sind.

Das Umweltbundesamt steht dem Anbau von Biomasse eigens zur energetischen Nutzung kritisch gegenüber, unter anderem aufgrund der zunehmenden Konkurrenz um fruchtbare Anbauflächen, der unverhältnismäßig hohen Flächenintensität der Energiegewinnung aus Anbaubiomasse im Vergleich mit anderen erneuerbaren Energiequellen und der sozioökonomisch problematischen Verknüpfung mit den Lebensmittelpreisen am Weltmarkt. Diesen Themenkomplex und Handlungsansätze zur Problemmilderung hat das Umweltbundesamt ausführlich im Positionspapier „Globale Landflächen und Biomasse nachhaltig und ressourcenschonend nutzen“ erörtert.

Nachhaltigkeitsanforderungen

Die Erneuerbare-Energien-Richtlinie RED II (Renewable Energy Directive II) (Richtlinie (EU) 2018/2001) legt für Bioenergieträger verbindliche Nachhaltigkeitsanforderungen fest. Nur Bioenergieträger, die diese Kriterien erfüllen, dürfen Mitgliedsstaaten auf ihre Verpflichtungen zum Anteil erneuerbarer Energien anrechnen. Dies gilt auch für Importe.

Die Richtlinie enthält unter anderem die Bestimmung, dass ⁠Biomasse⁠ nicht von Flächen stammen darf, die nach 2007 durch Rodung oder Drainage von Moorböden erschlossen wurden oder die als Grünland mit hoher ⁠Biodiversität⁠ einzustufen sind. In Artikel 29 der RED II sind Kriterien für Nachhaltigkeit und Treibhausgaseinsparungen für Biokraftstoffe, flüssige Brennstoffe und Biomasse-Brennstoffe geregelt. Die Treibhausgaseinsparungen beziehen sich auf definierte fossile Referenzen. Die geforderten Einsparungen für Biokraftstoffe reichen derzeit bis zu 65 % und 70 % für Strom, Wärme oder Kälte aus Biomasse-Brennstoffen. Neben diesen verbindlichen Vorgaben gab und gibt es freiwillige Initiativen für eine nachhaltigere Nutzung von Bioenergie. Das war unter anderem der Prozess zur Erarbeitung der Norm ISO 13065 „Nachhaltige Bioenergie“ und die Global Bioenergy Partnership (GBEP). Dort wurden Nachhaltigkeitsindikatoren international vereinbart, die jedoch bislang wenig Wirksamkeit entfalten. An beiden Prozessen beteiligte sich das ⁠UBA⁠ mit Expertinnen und Experten.

Zu den Chancen und Grenzen der Zertifizierung der Nachhaltigkeit des Anbaus von Biomasse, insbesondere in der energetischen Nutzung, hat das Umweltbundesamt in seiner Studie „Globale Landflächen und Biomasse nachhaltig und ressourcenschonend nutzen“ Stellung genommen.

Der „iLUC“-Effekt

Unter indirekten Landnutzungsänderungen (englisch: indirect land use change; kurz iLUC oder iluc), werden Verdrängungseffekte verstanden, die durch eine zusätzliche Nachfrage (beispielsweise nach Bioenergieträgern) ausgelöst werden. Wegen der zusätzlichen Rohstoffnachfrage wird die vorangegangene Produktion (zum Beispiel von Nahrungsmitteln) auf andere Flächen verdrängt, wenn die Nachfrage nach den zuvor angebauten Produkten bestehen bleibt. Dies führt andernorts zur Erschließung neuer Anbauflächen, die im iLUC-Konzept der „neuen“ Nachfrage zugerechnet werden. Da die Umwandlung natürlicher Ökosysteme in Ackerflächen unter anderem mit zusätzlichen Treibhausgasemissionen verbunden ist, muss eine vollständige Treibhausgasbilanz diese indirekten Emissionen einbeziehen.

Es ist weitgehend anerkannt, dass der iLUC-Effekt ein bedeutender Aspekt für die Bewertung von Biokraftstoffen in Ökobilanzen ist. Allerdings ist die genaue Bestimmung seiner Größenordnung und der damit zusammenhängenden Emissionen nur über komplexe Modellrechnungen möglich, deren Methodik kontrovers diskutiert wird. Aus diesem Grund spielt iLUC bis dato bei der förderrelevanten Berechnung der THG-Einsparungen durch die Nutzung flüssiger Bioenergieträger keine Rolle. Da durch die Förderung der Nutzung von Anbaubiomasse das erhebliche Risiko besteht, nur minimale Treibhausgaseinsparungen oder sogar Mehremissionen zu verursachen, hat die EU Kommission 2016 einen Vorschlag zur Deckelung der Nutzung von Feldfrüchten bei der Produktion von Biokraftstoffen (auch als Agrokraftstoffe bezeichnet) unterbreitet. Auch das Risiko einer Konkurrenz mit der Ernährung spielte dabei eine bedeutende Rolle, und es wurden auch weitere Ansätze zur Minderung dieser Risiken aufgenommen. Ob entsprechende, in die Novelle der Erneuerbare Energien Richtlinie (Richtlinie (EU) 2018/2001; sog. RED II) aufgenommene Bestimmungen Verbesserungen bringen, ist bislang nicht feststellbar.

Flächeneffizienz erneuerbarer Energien – Schlusslicht Bioenergie

Beim Vergleich der verschiedenen Techniken zur Nutzung erneuerbaren Energien ist die jeweilige Flächeninanspruchnahme ein wichtiges Kriterium. Denn insbesondere fruchtbare Flächen sind zunehmend knappe Ressourcen mit entsprechendem Konfliktpotenzial. Verschiedene Studien, wie die „Langfristszenarien und Strategien für den Ausbau der erneuerbaren Energien“, haben schon vor einigen Jahren gezeigt, dass Wind- und Solarenergie der ⁠Biomasse⁠ in der Flächeneffizienz um ein Vielfaches überlegen sind. Während die Flächeneffizienz der Bioenergie wenig steigerungsfähig ist, sind die Stromerträge von Photovoltaikanlagen in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegen. Unseren Rechnungen zu Folge kann pro Hektar im Jahr rund 40-mal mehr Strom durch Photovoltaik-Neuanlagen (ca. 800 MWh) erzeugt werden, als beispielsweise beim Maiseinsatz in Biogasanlagen (im Mittel 20 MWh). Auch wenn für Photovoltaik zum Ausgleich der fluktuierenden Stromerzeugung Speicherverluste (Annahme: 10% für kurzfristige Batteriespeicherung) oder die Umwandlung in chemische Energieträger (Annahme: 40% Speicher- und Umwandlungsverlust zu PtG) berücksichtigt werden, bleibt die Flächeneffizienz von Bioenergie aus Anbaubiomasse deutlich geringer. Zudem können Wind- und Solarenergie anders als Energiepflanzen auch auf bebauten oder unfruchtbaren Böden genutzt werden. Aufgrund des enormen Bedarfs an fruchtbaren Flächen kann die Anbaubiomasse auch künftig rein rechnerisch nur sehr gering zur Energieversorgung beitragen.

Neben der konfliktbehafteten Anbaubiomasse gibt es andere Biomassequellen, die zum Teil sogar ökologisch günstige Nebeneffekte haben. Beispielsweise liefert die Vergärung von Gülle nicht nur Energie, sondern wandelt die Gülle in einen bodenverträglicheren Dünger um. Auch die energetische Nutzung von Grünschnitt aus der Landschaftspflege, biogenen Siedlungs- und Industriebfällen ist nicht mit gravierenden ökologischen und sozioökonomischen Risiken verbunden – sofern bestimmte Voraussetzungen eingehalten werden.

Die Potenziale an biogenen Abfall- und Reststoffen sind insgesamt relativ klein. Auch hier kommt es zu Nutzungskonkurrenzen, was eine Abwägung im Einzelfall erfordert. Detailliert wurde dies 2016-2019 in unserer Studie "BioRest" betrachtet und diskutiert.

Vorrang für stoffliche Nutzung

Aufgrund der zahlreichen Risiken und Nachteile der Nutzung von Energie aus Anbaubiomasse im großen Maßstab empfiehlt das Umweltbundesamt, deren energetische Nutzung zu reduzieren und stattdessen der stofflichen Nutzung den Vorrang einzuräumen. Diese Empfehlung haben wir im Positionspapier „Globale Landflächen und Biomasse nachhaltig und ressourcenschonend nutzen“ dargelegt. Auch bei der Nutzung von biogenen Abfall- und Reststoffen, sollte das Kaskadenprinzip angewandt werden und die stoffliche Nutzung Vorrang haben.

Holz gilt gemeinhin als ein klimafreundlicher Brennstoff – doch dafür muss die energetische Nutzung von Holz einige Voraussetzungen erfüllen. Zum einen ist die Kohlenstoffbilanz im Wald bei Holzentnahme nur ausgeglichen, wenn die gleiche Holzmenge zeitnah nachwächst. Darüber hinaus müssen die Wälder in Zukunft jedoch mehr CO2 binden, als sie dies jetzt tun. Nur so werden wir die Klimaziele erreichen. Das zeigt auch der jüngste Bericht des Weltklimarats. Es muss also mehr Holz nachwachsen als aus dem Wald entnommen wird, und der entnommene Kohlenstoff muss in möglichst langlebigen Produkten gebunden bleiben. Dabei ist auch vor dem Hintergrund der in den letzten Jahren vermehrt aufgetretenen Trockenheit und weiterer Faktoren zu bedenken, dass der notwendige Biomassezuwachs zusätzlich gefährdet ist.

Das klimafreundliche Potenzial zur Nutzung von Holz ist demnach begrenzt. Holz sollte deshalb zuerst für hochwertige und dauerhafte Produkte und anschließend weiter in einer Nutzungskaskade verwendet werden. Wird das geerntete Holz für langlebige Holzprodukte wie Möbel oder Bauholz verwendet, wird der Kohlenstoff zunächst für weitere Jahrzehnte gebunden und nicht sofort freigesetzt wie bei seiner unmittelbaren Verbrennung. Zudem können und sollten Holzprodukte Produkte aus fossilen Rohstoffen ersetzen, was weitere Emissionen vermeiden kann. Erst am Ende einer möglichst langen Nutzungskette (z. B. als Dachbalken, Spanplatte, holzbasierte Chemikalien) sollte dann nicht weiter stofflich nutzbares Altholz in Feuerungsanlagen bzw. Kraftwerken mit hohen Umweltstandards verbrannt werden. Auch gewisse Mengen an Wald-Restholz und Landschaftspflegeholz können weiterhin energetisch genutzt werden, so dass sie fossile Brennstoffe ersetzen und so einen Beitrag zur Defossilisierung des Energiesystems sowie zur Versorgungssicherheit leisten. Dabei sollte aber solchen Anwendungen Vorrang eingeräumt werden, die nur schwierig durch andere erneuerbare Energien versorgt werden können.

Insbesondere die üblichen, „traditionellen“ Kleinfeuerungsanlagen stoßen heute noch viel gesundheitsschädlichen Feinstaub aus. Dies kann durch eine moderne Anlagentechnik reduziert werden. Mehr Informationen zum umweltfreundlichen Heizen mit Holz bietet der Ratgeber zum richtigen und sauberen Heizen.

Die Bioenergie stellt noch den mengenmäßig größten Anteil unter den in Deutschland genutzten erneuerbaren Energien zur Verfügung. Das kann und sollte sich aber ändern.

Die RESCUE-Studie des Umweltbundesamtes zeigt in sechs Szenarien mögliche Lösungs- und Handlungsspielräume für Wege in eine ressourcenschonende Treibhausgasneutralität und Energiewende in Deutschland bis 2050. Wie bereits in der UBA-Studie Treibhausgasneutrales Deutschland im Jahr 2050, konnte mit der RESCUE-Studie erneut gezeigt werden, dass die regenerative Energieversorgung ohne Anbaubiomasse sichergestellt werden kann.
Bei der Stromerzeugung nimmt Biomasse in der Studie eine untergeordnete Rolle ein und beschränkt sich langfristig auf die Nutzung von Biogas aus Abfall- und Reststoffen. Da Biomasse per se speicherbar ist, sollte sie bei der Stromerzeugung möglichst flexibel eingesetzt werden.

Laut der RESCUE-Studie können und müssen im Wärmebereich enorme Einsparpotenziale durch Gebäudesanierungen erschlossen werden. Vor dem Hintergrund des Umwelt- und Naturschutzes, der Biodiversität und der Erhaltung natürlicher Kohlenstoffspeicher wird die energetische Nutzung von Pellets, Waldrestholz oder Hackschnitzeln in dezentralen Heiztechniken drastisch reduziert. Generell empfiehlt das UBA daher, Holz zum Heizen von Gebäuden allenfalls in gut begründeten Ausnahmefällen einzusetzen, in denen es tatsächlich keine Alternative gibt. Gebäude sollten, nachdem prioritär eine energetische Sanierung den Wärmebedarf minimiert hat, vornehmlich mit Hilfe von Wärmenetzen, sofern diese verfügbar sind, oder Wärmepumpen beheizt werden, die inzwischen auch teilsanierte Bestandsgebäude effizient versorgen können. Wo eine Wärmepumpe allein nicht ausreicht, sind Hybridheizungen eine Lösung, bei denen die Wärmepumpe die meiste Heizwärme liefert und ein Heizkessel an den kältesten Tagen unterstützt – bereits diese Kombination spart viel Brennstoff. Biomethan, synthetisches Heizöl oder Wasserstoff sind aus verschiedenen Gründen keine empfehlenswerten Lösungen für die Raumwärmebereitstellung. Stromdirektheizungen eignen sich nur in energetisch sehr gut gedämmten Gebäuden mit minimalem Heizbedarf.

Auch im Verkehr zeigt die RESCUE-Studie, dass eine regenerative, treibhausgasneutrale Energieversorgung ohne Biokraftstoffe möglich ist. Der Land-, Schiffs- und Flugverkehr kann durch einen Kraftstoffmix versorgt werden. Dieser Mix kann erneuerbaren Strom sowie im begrenzten Umfang flüssige Biokraftstoffe aus Alt- und Reststoffen enthalten. Außerdem kann gasförmiger oder flüssiger Kraftstoff genutzt werden, der mit erneuerbarer Energie aus atmosphärischem CO2 (⁠PtG⁠ bzw. ⁠PtL⁠) hergestellt wird. Für diesen Weg wären jedoch auch bei effektiver Umsetzung von Energiesparmaßnahmen Importe von Strom, Wasserstoff beziehungsweise Kohlenwasserstoffen in großem Umfang erforderlich. Diese können und sollten aus regenerativen Quellen stammen.

Zusammenfassend bedeutet dies, dass der Erfolg der Energiewende nicht an den Ausbau der Bioenergie gebunden ist.

In Biogasanlagen wird Biomasse mit Hilfe von Bakterien unter Ausschluss von Sauerstoff (anaerob) abgebaut, wobei Biogas entsteht. Je nach eingesetztem Material produzieren die Bakterien Biogas mit einem Methangehalt von 50 bis 75%. Die Gärreste können als Dünger in der Landwirtschaft verwertet werden. Aus dem Rohbiogas können direkt vor Ort in einem Blockheizkraftwerk Strom und Wärme gewonnen werden oder es kann auf Erdgasqualität aufbereitet und in das Erdgasnetz eingespeist werden, wodurch es ortsunabhängig im Strom-, Wärme- und Verkehrssektor oder in der Industrie genutzt werden kann.

In Deutschland werden derzeit rund 9.000 Biogasanlagen betrieben. Den aktuellen Stand zur Rolle von Biogas bei der Stromerzeugung in Deutschland finden Sie im Artikel Erneuerbare Energien in Zahlen.

Die Stromerzeugung aus Biogas wird durch das Erneuerbare-Energien Gesetz (EEG) gefördert.

Biomasse kann grundsätzlich dargebotsunabhängig Strom erzeugen und damit auch dann, wenn weniger Strom aus Photovoltaik- oder Windenergieanlagenerzeugt wird. Neben dem Strom aus Biogasanlagen gibt es aber viele weitere Flexibilitätsoptionen zur Strombereitstellung durch Lastmanagement und Sektorkopplung wie z.B. bei steigender Elektromobilität die Nutzung von Kfz-Batterien um Strom zu speichern und wieder zu entnehmen.

Die anlagenbezogenen Umweltprobleme bei der Produktion von Biogas und die immissionsschutzrechtlichen Anforderungen an Biogasanlagen sind im Artikel Biogasanlagen zu finden.