Wir brauchen weiterführende Fördersysteme für Biokraftstoffe

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Nachhaltig erzeugte Biokraftstoffe stellen im Rahmen der Energiewende eine wesentliche Rohstoffalternative dar. Dr. Franziska Müller-Langer benennt deutsche Kapazitäten, aktuelle Verfahren, Nebenprodukte und Herausforderungen.

Springer für Professionals: Die Entwicklung neuer Biokraftstoffe soll auch zum Klimaschutz beitragen. Wie ist der aktuelle Stand der deutschen Kapazitäten?

Franziska Müller-Langer: Für die marktetablierten, in Deutschland hergestellten Biokraftstoffe gesprochen, umfassen die Produktionskapazitäten der rund 30 Biodieselanlagen in Deutschland ca. 4 Millionen Tonnen pro Jahr (148 PJ / a) bei einer durchschnittlichen Auslastung von ca. 65 Prozent. Bioethanol wird in fünf Anlagen mit einer kumulierten Produktionskapazität von ca. 700 Tausend Tonnen pro Jahr (19 PJ / a) bei nahezu voller Auslastung hergestellt. Gekoppelt an zwei dieser Bioethanolanlagen gibt es die Produktion von Biomethan mit einer Kapazität von ca. 480 Gigawattstunden pro Jahr (1,7 PJ / a), welches maßgeblich als Kraftstoff genutzt wird. Darüber hinaus gibt es weitere Biomethankapazitäten (ca. 10.200 GWh / a bzw. 36 PJ / a), die jedoch überwiegend den Strom- / Wärmemarkt bedienen.

Für sogenannte neue Biokraftstoffe sind in Deutschland im Wesentlichen zwei Anlagen zu nennen, die sich im fortgeschrittenen technischen Entwicklungsstadium befinden und bereits erfolgreich betrieben werden: die Demonstrationsanlage für Bioethanol aus Lignocellulose / Stroh in Straubing (sunliquid) mit einer Kapazität von ca. 1.000 Tonnen pro Jahr und die Pilotanlage für synthetische Kraftstoffe / Produkte aus Lignocellulose in Karlsruhe (bioliq). Darüber hinaus ist die Demonstrationsanlage zur Herstellung von Biomethan aus Stroh in Schwedt zu erwähnen, die gerade in Betrieb genommen wurde und bis 2019 zu einer Kapazität von 16,5 Megawatt (ca. 140 GWh / a bzw. 0,5 PJ) ausgebaut werden soll.

Welche Verfahren gehören gegenwärtig zum Stand der Technik?

Für die marktetablierten Biokraftstoffe sind dies bei Biodiesel die physikalisch-chemische Ver- / Umesterung von entsprechend zuvor aufbereiteten pflanzlichen (und tierischen) Ölen und Fetten. Sogenanntes konventionelles Bioethanol wird durch die biochemische alkoholische Fermentation von aus zucker- und stärkehaltigen Pflanzen extrahiertem Zucker hergestellt. Beim gemeinhin zu den „neuen Biokraftstoffen“ zählendem Bioethanol aus Lignocellulose wird in Deutschland ebenso auf den Fermentationsweg gesetzt, wobei dann die entsprechend aufwendigere Aufbereitung von beispielsweise Stroh zu Zucker erfolgt (zum Beispiel bei sunliquid).

Biomethan wird ebenso auf dem biochemischen Weg durch anaerobe Fermentation von unterschiedlichen Einsatzstoffen (z. B. Reststoffen, wie Schlempe aus der Bioethanolherstellung, oder auf innovativem Weg über Stroh) zu Biogas und anschließender Aufbereitung auf Erdgasqualität hergestellt.

Bei der Herstellung "neuer" synthetischer Biokraftstoffe wird in Deutschland über den Weg der thermo-chemischen Pyrolyse mit anschließender Vergasung und Synthese entsprechend aufbereiteter Synthesegase gegangen (etwa bei bioliq).

Vom Bund werden neue fortschrittliche Technologien umfassend gefördert. Gibt es bereits praktikable Resultate?

Hervorzuheben sind, mit Blick auf erfolgreich arbeitende Pilot-/Demonstrationsanlagen, insbesondere die bereits erwähnten Konzepte sunliquid und bioliq. Darüber hinaus gibt es eine Reihe weiterer Forschungs- und Entwicklungsvorhaben mit unterschiedlichen Schwerpunkten. Beispielhaft sind hier die Aktivitäten rund um Biokraftstoffe und weitere Produkte im Kontext Bioökonomie auf der Basis von Lignocellulose (z. B. das Spitzencluster BioEconomy, gefördert durch BMBF / PTJ), Algen (z. B. Aufwind-Vorhaben, gefördert durch BMEL / FNR) und Ganzpflanzen (z. B. das Excellenzcluster Tailor-Made Fuels from Biomass, TMFB, gefördert durch DFG) zu nennen.

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Bei der Biokraftstoffherstellung fallen auch verwertbare Nebenprodukte an. Welche sind das und wie effizient ist ihr Einsatz?

Abhängig vom Gesamtkonzept fallen bei der Biokraftstoffherstellung in der Regel immer sogenannte Koppel- und Nebenprodukte an. Bei konventionellen Biokraftstoffanlagen sind dies bei Einsatz von landwirtschaftlichen Rohstoffen vor allem hochqualitative (Eiweiß-)Futtermittel in oft erheblichen Mengenanteilen.

Hierzu zählen beispielsweise in der Prozesskette der Biodieselherstellung, Presskuchen (respektive Extraktionsschrot) aus der Herstellung von Raps- oder Sojaöl (ca. 1,7 t Schrot je t Rapsdiesel), bei der Herstellung von konventionellem Bioethanol, je nach Gesamtkonzept, Schlempe, die je nach Aufbereitung z. B. als sogenannte DDGS (Dried Distillers Grains with Solubles, ca. 1 t je t Bioethanol) genutzt wird, bzw. bei der Herstellung von Bioethanol aus Lignocellulose, je nach Gesamtkonzept, u. a. C5-Molasse (z. B. ca. 2 t je t Bioethanol).

Darüber hinaus fällt bei der Biodieselproduktion Glycerin an (je nach Aufbereitungsstufe ca. 0,1 t je t Biodiesel), welches in vielerlei Industriezweigen (u. a. Pharma, Chemie, Kosmetik, Futter- und Nahrungsmittel) weitere Verwendung findet. Bei Bioethanolanlagen, die Lignocellulose einsetzen, fällt zudem Lignin an (ca. 2 t je t Bioethanol), das ebenso vielfältig in verschiedenen Industriezweigen oder energetisch genutzt werden kann. Bei Biomethan können (je nach Einsatzstoff) die bei der anaeroben Fermentation anfallenden Gärreste direkt oder entsprechend aufbereitet als Düngemittel genutzt werden.

Welchen generellen Herausforderungen stellt sich ihr Forschungszentrum in Leipzig?

Begrenzte Ressourcen und vielfältige Bedarfsfelder stellen neue Herausforderungen an die Nutzung von Biomasse als Energieträger. Sie erfordern eine nachhaltige Bereitstellung der Biomasse, ihre Umwandlung in stofflich-energetischen Koppel- und Kaskadensystemen und schließlich die effiziente und in das gesamte Energiesystem integrierte Nutzung. Das DBFZ bearbeitet als zentraler und politisch unabhängiger Vordenker mit derzeit 154 wissenschaftlichen Mitarbeitern alle damit verbundenen Fragen in Theorie und Praxis. Dazu konzentrieren sich die Arbeiten auf fünf Forschungsschwerpunkte: Anaerobe Verfahren, Verfahren für chemische Bioenergieträger und Kraftstoffe, Intelligente Biomasseheiztechnologien, Katalytische Emissionsminderung und Systembeitrag von Biomasse. Darüber hinaus bietet das DBFZ eine Reihe von wissenschaftsbasierten Dienstleistungen an.

Wie können für die Biokraftstoffe gemeinsame europäische Lösungen gefunden werden?

Für die Weiterentwicklung von vielversprechenden innovativen Technologieansätzen, insbesondere für sogenannte neue Biokraftstoffe, sind für die Planungssicherheit aller Akteure aus Wirtschaft, Zivilgesellschaft, Forschung und Politik vor allem langfristig verbindliche politische Rahmenbedingungen entscheidend. Derzeit bilden die seitens der Europäischen Kommission vorgegebenen Direktiven bereits einen verbindlichen Rahmen. Hier sind maßgeblich die Erneuerbare-Energien-Richtlinie (kurz RED) 2009 / 28 / EG und die Kraftstoffqualitätsrichtlinie (kurz FQD) 2009 / 30 / EG zu nennen, die beide jedoch zunächst nur bis 2020 gelten. Auch ist die Infrastrukturrichtlinie 2014 / 94 / EG relevant. Ein Ausbau der Biokraftstoffproduktion und die Marktetablierung innovativer Technologieansätze sind, bedingt durch die mangelnde Ziel- und Planungssicherheit, nur in Einzelfällen zu erwarten. Wichtig sind daher insbesondere weiterführende Fördersysteme für die Etablierung alternativer Kraftstoffe, die Quantifizierung und Nutzbarmachung der Potenziale präferierter Rohstoffe sowie die Anpassung und Weiterentwicklung flankierender Kontroll- und Zertifizierungssysteme. Forschungs- und Entwicklungsseitig wird über verschiedene Cluster, Netzwerke und Förderinitiativen an gemeinsamen europäischen Lösungen gearbeitet. Beispielhaft sind hier die European Biofuels Technology Platform und die Public-Private-Partnership Bio-based Industries (BBI) als Joint-Technology-Initiative in Horizon 2020 anzuführen.

Vielen Dank für das Interview.

Das Interview führte Günter Knackfuß, freier Autor, für Springer für Professionals.