Life Sciences Innovations

Die Stunde der Wahrheit: Können Biokraftstoffe der 2. Generation mit Mineralölprodukten konkurrieren?

Richard E. Schneider*)

Bundesforschungsministerin Annette Schavan gibt zusammen mit Entwickler Andre Koltermann, Oberbürgermeister Markus Pannermayr, Clariants Vorstandsvorsitzendem Hariolf Kottmann und Bayerns Wirtschaftsminister Martin Zeil (von links) den Startschuss für die Straubinger Biospritanlage. (alle Bilder: Clariant/Barbara Rötzer)
Seit zwei Monaten produziert die erste Groß-Bioraffinerie in Straubing aus landwirtschaftlichen Abfallstoffen wie Stroh wertvolles Bioethanol. Jetzt muss der noch junge Industrizweig, der sich "Erneuerbare Energien" nennt, seine Leistungsfähigkeit im Alltag uneingeschränkt unter Beweis stellen.

Am 24.7.2012 gaben sich die Förderer und Interessenten des ehrgeizigen Biotech-Projekts ein Stelldichein vor Ort. Aus Berlin war Bundesforschungsministerin Annette Schavan nach Straubing in Niederbayern angereist. Sie durchschneidet auf dem Bild gemeinsam mit Forschungsleiter Andre Koltermann von Süd-Chemie, München, jetzt bei Clariant AG, Muttenz (Schweiz), dem Oberbürgermeister von Straubing Markus Pannermayr, dem Vorstandsvorsitzenden der Clariant AG Hariolf Kottmann (von links angefangen) sowie rechts außen Bayerns Wirtschaftsminister Martin Zeil das Band für die Inbetriebnahme der Groß-Bioraffinerie.


Mit Riesenschritten in eine neue Ära

Interessant ist das Tempo, mit dem jetzt die Idee von einem kompletten Werk zur Herstellung von Biosprit der 2. Generation durch- und umgesetzt wurde. Im Jahr 2010, d.h. vor knapp zwei Jahren, wurde der Bau dieser neuartigen Produktionsanlage sozusagen am grünen Tisch beschlossen. Ein Jahr später war Baubeginn und kaum ein weiteres Jahr später fand die Einweihung der Anlage statt. Nicht alle Tage wird ein Projekt so rasant umgesetzt.

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Das Projekt wurde am bayerischen Biocampus Straubing ausgetüftelt. Insgesamt umfasst die Anlage ein Areal von rund 2500 m². Das Hauptgebäude ist nicht sehr hoch aufragend und umfasst lediglich zwei Stockwerke.

Bescheiden ist bisher noch der Einsatz erneuerbarer Energien am gesamten Energieaufkommen in Deutschland: Gegenwärtig liegt ihr Anteil bei den deutschen Tankstellen bei lediglich 5,6 %, Tendenz steigend. Dessen ungeachtet wünscht die Bundesregierung auf dem Weg der erneuerbaren Energien weiter voranzukommen. Nicht allein das von der EU in Brüssel vereinbarte Ziel, bis zum Jahr 2020 rund 10 % der Primärenergie aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen, soll gemeinsam in die Wege geleitet werden, sondern auch das ebenso ehrgeizige Ziel, bis zum Jahr 2050 die Hälfte des gesamten Energieverbrauchs aus erneuerbaren Quellen bereitzustellen. Deswegen ist das Interesse an Forschung auf diesem Gebiet keineswegs erlahmt. Man sucht gegenwärtig nach neuen Energie-Alternativen wie dem Butanol, das aufgrund anderer chemischer und physikalischer Eigenschaften eine noch höhere Kraftstoff-Effizienz als andere Alkohole offeriert.

Nur ein kurzer Weg bis Straubing?

Der Weg nach Straubing war sehr einfach und zeitsparend. Doch seit kurzem stehen erneuerbare Energien in der Kritik. Insbesondere der Kraftstoff mit Ethanol ist nicht mehr unumstritten. Zunächst hatten die beiden Agrar-Professoren Christof Wetter (FH Münster) und PD Dr. Thomas Senn (Uni Stuttgart-Hohenheim) Ende Juli sich in einem gemeinsamen Strategiepapier an die Öffentlichkeit gewandt und die rasche Abschaffung des Biokraftstoffs E-10 gefordert, der sich, und dies ist korrekt, nach wie vor schlecht verkauft. Der Superbenzin-Ersatz sollte möglichst umgehend durch den neuen Superkraftstoff E-20 ersetzt werden. Dieser ist allerdings noch nicht flächendeckend in Deutschland verfügbar. Da jedoch zum 1.1.2013 in Deutschland das Branntwein-Monopol des Staates fällt, möchten die beiden Agrarwissenschaftler die Gelegenheit beim Schopfe packen und die frei werdenden Alkohol-Kapazitäten für die Etablierung des Biokraftstoffs E-20 nutzen. Immerhin könnten auf diese Weise rasch 1000…2000 hl Ethanol für den neuen Kraftstoff sinnvoll und gewinnbringend eingesetzt werden.

Dann mischte sich auch noch die Politik in die schwelende Debatte ein. Mehr oder wenig unerwartete Schützenhilfe kam von Bundesentwicklungsminister Dirk Niebel. Er möchte ebenfalls dem bisherigen Superbenzin-Ersatz den Garaus machen und befürwortet ausdrücklich die Einführung des neuen Biosprits E-20. Doch wirtschaftlich lohnen würden sich die ca. 400 Destillerien in Deutschland erst, wenn vor allem noch mehr Biogas-Anlagen an die Alkohol-Produktion angeschlossen werden würden und auf diese Weise ein wirtschaftlich sinnvoller Doppelnutzen entstehen könnte.

Doch noch ein anderes, interessantes Biosprit-Projekte der 2. Generation ist über das reine Forschungsprojekt hinaus gediehen. Am früheren Forschungszentrum Karlsruhe, dem heutigen KIT (Karlsruher Institut für Technologie), existiert das Forschungsprojekt „Biomass-to-liquid“ (Bio-masse zu Kraftstoff). Im Rahmen dieses btl-Programms soll aus biologischen Abfällen und vor allem aus Stroh Biosprit hergestellt werden. Doch steckt dieses Projekt offenbar noch in den Kinderschuhen und kommt nur langsam voran.

Die neue Bioethanol-Anlage am Biocampus Straubing braucht sich um solche „Konkurrenz“ eigentlich nicht bekümmern. Sie wurde wahrhaftig binnen kürzester Frist in die Wirklichkeit umgesetzt. Am 21.7.2010 beschloss die Clariant AG, Muttenz (Schweiz) den Bau dieser „Demonstrationsanlage“, wie das 28 Mio. Euro teure Prestige-Projekt kurzerhand genannt wird. Von den genannten 28 Mio. Euro flossen 16 Mio. Euro in den eigentlichen Bau der Anlage, 12 Mio. Euro gingen in begleitende Forschungsvorhaben. Zuschüsse in Höhe von jeweils 5 Mio. Euro erhielt das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung sowie von der Bayerischen Staatsregierung.

Optimiertes Sunliquid-Verfahren

Kern der Umwandlungsanlage ist das sogenannte Sunliquid-Verfahren. Es wird nicht mehr wie bei Energieerzeugungsverfahren der 1. Generation Biodiesel aus Öl- und stärkehaltigen Pflanzenbestandteilen produziert, sondern Zellulose und vor allem Lignozellulose sind die Ausgangsstoffe, aus denen in einem weitgehend klimaneutralen Verfahren Ethanol gewonnen wird. In den riesigen Lagerhallen in Straubings Biobezirk werden die Strohballen zunächst gelagert und getrocknet. Danach werden sie im 1. Stockwerk als trockene Biomasse zermahlen und fein gehäckselt. In großen Bottichen aus Stahl wird diese Biomasse anschließend verflüssigt. Mikroben werden schließlich in großen Mengen zugesetzt, um die Pflanzenfasern in Zuckermoleküle umzuwandeln. Diese Zuckermoleküle vergären anschließend in riesigen Tanks unter Zugabe von Hefen zu Ethanol.

Das Funktionsprinzip ist also offensichtlich besser ausgearbeitet als bei den Umwandlungsverfahren der 1. Generation. Bei denen werden bis zu 10 % Getreide- und Maiskörner weiterverarbeitet, die eigentlich für den menschlichen oder tierischen Verzehr vorgesehen waren. Doch angesichts der guten Ernährungslage in Deutschland werden diese ca. 10 % Ausgangsstoffe nicht verfüttert, sondern zu Biosprit weiterverarbeitet. Überdies, heißt es, werden große Mengen dieser Körner importiert und belasten in keiner Weise die Ernährungslage von Mensch oder Tier in Deutschland. Festzuhalten ist jedenfalls, dass in Straubing nur Weizen- und Mais- stroh, d.h. bislang unverwertete Reststoffe, eingesetzt werden. Es handelt sich demnach um keinesfalls als Lebens- oder Futtermittel einsetzbare Stoffe.

Dies stellt in jedem Fall einen eindeutigen Fortschritt dar, weil von vornherein jeder Kritik der Boden entzogen ist. Die Lignozellulose wird mit einem Cocktail aus Spezialenzymen von Mikroben in einem Fermenter hergestellt und dort in verschiedene C-6- und C-5-Zucker aufgespalten. Zum Einsatz kommen auch Bagasse aus Zuckerrohr oder Energiepflanzen ohne Bezug zur Nahrungsmittelkette oder zu Futterpflanzen für das Vieh.

Doch die Kritik an den erneuerbaren Energien will nicht verstummen. Anfang August wandte sich die Deutsche Akademie der naturforschenden Ärzte Leopoldina, Halle, an die Öffentlichkeit. Sie forderte den Stopp des Ausbaus der Bioenergie in Deutschland. Die Bilanz sei nach Abwägung aller Vor- und Nachteile letztlich negativ für die Biomasse. Vorteilhafter sei es, auf Biogas, Biokraftstoffe, Wärme und Stromgewinnung zugunsten von Photovoltaik, Solarthermie und Windenergie zu verzichten. Expressis verbis widerspricht die Leopoldina, Halle, damit den Empfehlungen des Weltklimarats IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), der in diesem Jahr seinen „Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation“ veröffentlichte.

Pro Jahr sollen in Straubing ca. 4500 t Biomasse verarbeitet werden, aus denen ca. 1000 t Bioethanol entstehen. Gewiss sind dies keine ins Gewicht fallenden Mengen angesichts eines Verbrauchs von immer noch rund 66 Mio. t Kraftstoff (Tendenz sinkend) für den Güter- und Personenverkehr (2007) in Deutschland. Doch der Anfang zur Wende ist in der Tat vorhanden.

Keine Verschwendung von CO2

Man kann es kaum glauben: Es werden nur solche landwirtschaftlichen Reststoffe genutzt, die nicht weiter von Bedeutung sind. Das Stroh wird von Bauern bestenfalls als materielle Unterlage für Tiere in den Ställen genutzt und kehrt danach im Verbund mit tierischen Exkrementen bestenfalls auf den Acker zurück, um dort als Dünger zu dienen. Echte Biosprit-Pflanzen wie Raps, Zuckerrüben, Zuckerrohr, Weizensamen oder Mais werden jedenfalls nicht mehr für die Anlage in Straubing benötigt. Ihre Stärke kann voll und ganz der Lebensmittel- oder Futtermittelkette zur Verfügung gestellt werden. Verwertet werden können auch die zellulosehaltigen Bestandteile solcher Pflanzen oder ihrer Stängel.

Von Bedeutung ist weiterhin, dass die Ökobilanz dieser Energieträger klimaneutral ist, d.h. die Pflanze gibt beim Verbrennungsprozess im Motor eines Fahrzeugs nur so viel CO2 ab, wie sie während ihrer Wachstumsphase und danach auf dem Acker aus der Luft aufgenommen hatte.
Die Verwendung von Zellulose und Hemizellulose stellt nicht nur für Straubing ein Novum dar, denn bisher konnte man die Hemizellulose nicht wirklich praktisch nutzen. Für den Landwirt wird sich das Projekt jedenfalls rechnen, denn er wird für die Lieferung von Strohballen finanziell entschädigt.

Zu erwähnen ist noch, dass das Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie, Golm bei Potsdam, im Jahr 2010 unter Federführung von Staffan Persson ein Forschungsprojekt gemeinsam mit der französischen Forschungsorganisation INRA, Versailles, dem CNRS Toulouse, der spanischen Forschungsgruppe USC in Santiago de Compostela sowie dem spanischen Biotech-Unternehmen Synergia Bio einging. Es soll im Rahmen von GABI-ZELLWALL eruiert werden, wie die Zellwände von Pflanzen verändert werden müssen, damit optimale Produktionsbedingungen zur wirtschaftlichen Nutzung dieser Zellwände geschaffen werden können. Aus den veränderten Zellwänden sollen leichter Treibstoffe hergestellt werden können. In diesem Zusammenhang entwickelt Elisabeth Jamet vom CNRS Toulouse für die Arabidopsis thaliana und die Zwenke eine spezielle Protein-Datenbank. Sie wird mit einer Genaktivitäts-Datenbank am MPI für Pflanzenphysiologie in Golm verbunden. Das spanische Biotech-Unternehmen Synergia Bionostra soll prüfen, wie viel Zucker sich aus der Biomasse der neuen Zelllinien gewinnen lässt.

*)Richard E. Schneider
Wissenschaftsjournalist, Brunnenstr. 16, 72074 Tübingen, Tel. 07071/253015.

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