Untersuchung zur nachhaltigen Nutzung nachwachsender Rohstoffe

Diplomarbeit von Robert Busch

Einleitung:

Energiehunger – Treibhaus – Katastrophe – Revolution – Fieberkurve – Runderneuerung – epochale Herausforderung – Wegscheide – Grenzen des Wachstums – Verfall des Wohlstands – Öko-Katastrophen – Vernichtungsschlag gegen Klima und Atemluft – Wohlstandssause – Klimaapokalypse – dies sind Schlagwörter, zitiert aus dem Eröffnungsbeitrag zur globalen Erwärmung der Spiegel–Spezialausgabe zu neuen Energien, erschienen Anfang 2007. Wörter wie Katastrophe, Vernichtung, Verfall oder Revolution scheinen dramatisierend. Doch Jahrzehnte alte Warnungen von Umweltaktivisten haben an ihrer Dramatik nichts verloren. Im Gegenteil.

Der aktuelle Bericht des jüngst mit dem Alternativen Nobelpreis ausgezeichneten Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) hält eine globale Erwärmung von bis zu 6,4 °C für möglich. Dies würde laut IPCC zu langanhaltenden Veränderungen der globalen Klimaprozesse führen. Sir Nicolas STERN, ehemaliger Chefvolkswirt der Weltbank und jetzt Chefökonom der britischen Regierung, versucht sich auf einer anderen Ebene an einer finanziellen Quantifizierung der Auswirkungen des Klimawandels. In der umfassenden Veröffentlichung Stern–Review: The Economics of Climate Change wird neben den Betrachtungen der Auswirkungen des Klimawandels auf soziale Komponenten wie Ernährung oder Kindersterblichkeit auch die Einwirkung auf die Ökonomien der Entwicklungsländer sowie der Weltwirtschaft abgeschätzt.

Entsprechend den Business-as-usual Szenarien gehen in Folge der Auswirkungen der Erwärmung global fünf bis 20 % der Konsumkraft verloren. Letzteres entspräche 5,5 Billionen Euro. Der Schaden wäre vergleichbar mit der Wirtschaftsdepression der 1930iger Jahre. Die Vielschichtigkeit der Folgen des Klimawandels ist einem Resüme des Berichts zu entnehmen: A warmer world with a more intense water cycle and rising sea levels will influence many key determinants of wealth and wellbeing, including water supply, food production, human health, availability of land, and the enviroment. Neben den teils schwer vermittelbaren und teils noch unvorhersehbaren ökologischen Auswirkungen auf den Naturraum auf globaler bis lokaler Ebene und damit auch auf den menschlichen Lebensraum, gilt es als sehr wahrscheinlich, dass es ebenfalls zu weiterreichenden negativen ökonomischen Auswirkungen kommen kann.

Wenn es um die Auswege aus der prekären Situation geht, wird auch der Verbraucher immer wieder herangezogen. Seine Pflicht zu verantwortungsvollem Handeln und zu einem als notwendig erachteten Wandel in den althergebrachten Konsumweisen hin zu sparsameren, effizienteren, nachhaltigeren Mustern, kann wohl nur vermittelt werden, wenn ihm die Brisanz dieser komplexen und vielschichtigen Dynamik auf verständliche Art näher gebracht wird.

Mit der Verabschiedung des Kyoto-Protokolls im Jahre 1997 hat die Weltgemeinschaft einen ersten großen Schritt getan, um den Hauptverursacher des Klimawandels, den Ausstoß von Treibhausgasen, mittels eines verbindlichen institutionellen Rahmens zu senken. Darüber hinaus sind die nationalen Ziele der Bundesregierung um einiges ehrgeiziger. Ein Eckpfeiler der bundesdeutschen Strategie zur Senkung des Treibhausausstoßes ist die Förderung der erneuerbaren Energien. Deren Anteil an der Primärenergieversorgung soll in 2020 bei zehn Prozent liegen. Der Hoffnungsträger zum Erreichen dieser mittelfristigen Ziele ist die vielseitige energetische Verwendung von Biomasse in den Sektoren Strom, Wärme und Kraftstoffe. Die Anstrengungen von Politik und Wirtschaft verdichteten sich dabei zuletzt insbesondere auf den Kraftstoffsektor. Aufgrund der zahlreichen Interessen bei der Nutzung sogenannter Biokraftstoffe – folgend Agrokraftstoffe genannt – , welche sich nicht nur auf den klimapolitischen Rahmen beschränken, finden sie im englischsprachigen Raum vermehrt die Bezeichnung Freedom Fuels.

Doch wo Sonne ist, da gibt es auch Schatten. Die Nutzung von solarer Energie über den Umweg der Speicherung in Biomasse ruft auch negative Effekte hervor, deren Ausprägung und Ausmaß erst seit Kurzem intensiver in Wissenschaft und Presse diskutiert werden. Da es sich bei der Biomassenutzung derzeit zumeist um die Nutzung nachwachsender Rohstoffe aus der Land- und Forstwirtschaft und weniger um biogene Reststoffe handelt, stellt sich zwangsläufig die Frage nach dem wichtigsten Wirtschaftsfaktor: der Fläche.

Landwirtschaftlich nutzbare Fläche scheint zwar in großem Umfang vorhanden, dennoch eröffnen sich zwei Problemstellungen. Zunächst steht dabei die Menge der global verfügbaren Fläche im Vordergrund, die auf langfristige Sicht unter nachhaltigen, umweltschonenden und sozial verträglichen Standards agrarisch genutzt werden kann, ohne eine zu große Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion oder stofflichen Biomassenutzung zu erzeugen. Zum zweiten drängt sich – insbesondere unter Berücksichtigung des weltweiten Bevölkerungswachstums, der geographisch unterschiedlich starken Ausprägung des Klimawandels sowie des Erlangens bzw. der Bewahrung annähernd gleicher Entwicklungschancen für alle Nationen und Regionen dieser Welt – die Frage eines gerechten Zugangs zu landwirtschaftlichen Nutzflächen und damit der Sicherung der Grundbedürfnisse einer jeden Nation und schussendlich eines jeden Menschen auf.

Gerade für Deutschland, das trotz umfassender und zumeist sehr ertragsreicher Acker- und Grünlandflächen zunehmend auf dem Import von energetischer Biomasse bzw. raffinierten Bioenergieträgern angewiesen ist, um die festgesetzten Ziele zu erreichen, ist es wichtig die Flächenproblematik zu beurteilen. Diese Beurteilung kann hilfreich dabei sein, eventuelle direkte oder indirekte negative Auswirkungen des Bioenergiebooms auszuloten, um richtungweisende Politikempfehlungen zu geben.

Ein Versuch, die flächen- und umweltwirksamen Folgen der bedarfsgerechten Versorgung Deutschlands mit stofflichen und energetischen Biomasserohstoffen bis zum Jahr 2030 zu bemessen und bewerten, wird einem aktuellen Forschungsvorhaben des Wuppertal-Institutes getätigt. Auftraggeber der Untersuchung namens „Nachhaltige Flächennutzung und nachwachsende Rohstoffe“ ist das Umweltbundesamt. Auswertungen aus der vorliegenden Diplomarbeit steuern einen Teil zur möglichst vollständigen Beurteilung der Flächenthematik im Rahmen des Forschungsvorhabens bei. Generelles Anliegen ist die Quantifizierung der in- und ausländischen Inanspruchnahme agrarischer Flächen Deutschlands anhand zweier Business-as-usual (BAU) – Szenarien entsprechend der Befriedigung des prognostizierten Bedarfs an nachwachsenden Rohstoffen für stoffliche und energetische Nutzungen. Zusätzlich werden die spezifischen Umweltwirkungen ermittelt. Hierbei ergibt sich ein in seiner Aussagekraft zu den Flächen- und Umweltwirkungen differenziertes und mit dem Hintergrund des Nachhaltigkeitsanspruches in einigen wichtigen Punkten sehr kritisches Bild. Die dementsprechende Ausrichtung der Schlussfolgerungen und Politikempfehlungen zeigen einen neuen Charakter und widersprechen teils der derzeitigen politischen Auffassung und Zielsetzung.

Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich in diesem Zusammenhang mit alternativen Flächenpotenzialen im Agrarbereich. Infolge eines reduzierten Nutztierbestandes, so die Annahme, werden weniger Futtermittel benötigt. Dadurch fallen im In- und Ausland Flächen aus der agrarischen Nutzung. Eine Verringerung der inländischen Nutztierproduktion bzw. des inländischen Konsum tierisch basierter Nahrungsmittel hätte somit eine Flächenfreisetzung zur Folge. Zentraler Punkt der Arbeit ist die Quantifizierung der globalen Freisetzungspotenziale, hinzu kommt eine Bewertung der weiteren Nutzungsoptionen dieser Flächen.

Inhaltsverzeichnis:

Textprobe:

Kapitel 3.3, Umweltwirkungen und Ökobilanzierungen: Der Erfolgspfad, den die nachwachsenden Rohstoffe mit ihrer Implikation in die Gesetzgebung zu den erneuerbaren Energien und damit auch als zentraler Punkt in die Nachhaltigkeitsstrategie Deutschlands (und vieler anderer Nationen) eingeschlagen haben, beruht hauptsächlich auf den positiven Umweltwirkungen, die man sich durch ihre Nutzung verspricht. Diese positiven Wirkungen wurden ihnen in vielen Umwelt- und Ökobilanzierungen attestiert, spiegelten jedoch selten alle Faktoren wieder. Landnutzungsänderungen wurden methodenbedingt oftmals nicht berücksichtigt. Die in der zurückliegenden Dekade veröffentlichten Untersuchungen differieren recht deutlich in Art, Tiefe und Umfang ihrer Bewertung. Es macht einen großen Unterschied, wie in der folgenden Diskussion ausgewählter Analysen aufgezeigt werden soll, ob sich die Bilanzierungen vornehmlich auf die Einsparung von Treibhausgasen durch die Substitution fossiler durch nachwachsende Energierohstoffe beziehen, oder ob in die Bewertung der Umweltwirkung der gesamte Lebensweg von der Nutzbarmachung einer Naturfläche, über den Anbau- und Veredlungsprozess bis hin zur Ver- und Entwertung, einfließt.

Mit ihrer ökologischen Bilanzierung nachwachsender Energieträger legten KALTSCHMITT und REINHARDT 1997 eine in ihrem Umfang bis dato nicht vorhandene und bis heute vielzitierte Umweltbewertung vor. Sie kommen dabei zu durchweg positiven Wirkungen in den Kategorien Verbrauch erschöpflicher Energieressourcen und Treibhauseffekt, insbesondere bei Getreide, Gräsern und Kurzumtriebeshölzern zur Wärmebereitstellung. Bei Ozonabbau (N2O-Emissionen) ergibt sich eine negative Umweltwirkung mit Ausnahme des Rapsanbaus für Dieselkraftstoff. Letzterer wirkt sich auch in der Kategorie Versauerung positiv aus, wobei hier das generelle Bild sehr uneinheitlich ist und stark von dem Verarbeitungsprozess abhängt. Beim Parameter Human- und Ökotoxizität ist wiederum nur Rapsöl positiv herausstechend, bei allen anderen Bioenergieträgern kommt es zu Mehrbelastungen.

Zusätzlich wurden die Faktoren Grundwasserbelastung, Biodiversität und Bodenfunktionen bewertet. Im Vergleich zu Referenzlandbau ergeben sich hier kaum Differenzen. Sie kommen zu dem Fazit, dass Bioenergieträger (…) zu einer umwelt- und klimaverträglicheren Energieversorgung in Deutschlands merklich beitragen können.

In 2000 veröffentlichen REINHARDT und ZEMANEK ihre Ökobilanz Bioenergieträger. Ihre Bewertung hinsichtlich der Bilanzparameter erschöpfliche Primärenergie, CO2-Äquivalente, Distickstoffoxid, SO2-Äquivalente, Gesamt-Stickstoff und Dieselpartikel, bezogen auf den Vergleich mit fossilen Energieträgern, fällt etwas inhomogener aus. Sie weisen darauf hin, dass je nach Gewichtung des Kriteriums Distickstoffoxid (N2O) die Bewertung positiv oder negativ ausfallen kann und enthalten sich einer abschließenden Aussage. Zudem machen sie bezüglich der Problematik bei der Rapsölnutzung darauf aufmerksam, dass die N2O-Emmissionen (…) die CO2-Vorteile auf Seiten des biogenen Lebensweges vollständig kompensieren und die CO2-Äquivalente zu null ausfallen. Bei dem Vergleich der Bioenergieträger untereinander erweist sich die Nutzung von Kurzumtriebshölzern bei drei verschiedenen Bewertungsvarianten (nach Gewichtung der Parameter) als zu favorisieren. Agrokraftstoffe (Rapsöl, RME) erfahren bei den Parametern im Allgemeinen schlechtere Bewertungen. Hierin unterscheidet sich die Studie deutlich von den Ergebnissen in KALTSCHMITT / REINHARDT. Auch Getreide weist ungünstige Werte im Vergleich zu anderen Rohstoffen auf. Abschließend weisen REINHARDT und ZEMANEK auf die Differenzen der verschiedenen Bioenergieträger und die Abhängigkeit der Bewertung je nach subjektiver Gewichtung einzelner Bilanzparameter. Eine abschließende Bewertung überlassen sie den Anwendern.

Ungewöhnlich viele Parameter werden in einer 2002 im Auftrag des WBGU erschienen Expertise untersucht. Die Umweltwirkungen werden bezüglich der Prozessschritte Anbau, Nachernteverfahren, Umwandlung und Nutzung unterschieden. Obwohl die Autoren in der zusammenfassend ein positives Fazit bezüglich der Umwelteffekte ziehen, unterscheiden sie in der vorangegangenen Bewertung zwischen den Effekten von Biomasse aus Nebenprodukten oder Reststoffen und Energiepflanzen. Demnach können die Umwelteffekte in den Vorketten dann ggf. hoch sein, wenn Biomasse speziell angebaut werden muss, so z.B. bei Raps. Eine standardisierte und stringent in Zahlen nachvollziehbare Bilanzierung bietet die Studie jedoch nicht. Auch bleibt fraglich, inwiefern wirklich alle aufgeführten Umweltwirkungen (z.B. Bodenverdichtung, Humuserhalt, Pflanzenschutzmittelanwendung, Transport etc.) in die Bewertung eingehen.

In einem Beitrag in der Zeitschrift für angewandte Umweltforschung präsentierten WEIß, BRINGEZU und HEILMEIER einen Vergleich der Umweltbelastungen von 45 Rohstoffpaaren (nachwachsend versus fossil), zitiert aus elf verschiedenen Ökobilanzpublikationen. Betrachtet wurden vier Wirkungskategorien und damit ebenfalls nur ein selektiver Ausschnitt der Umweltwirkungen. Sie kommen zu dem Ergebnis, dass Biomasse beim nichterneuerbaren Ressourcenverbrauch und Treibhauspotenzial geringere Umweltbelastungen als ihre fossilen Konkurrenten aufweist. Letztere schneiden auch hier beim Eutrophierungspotenzial günstiger ab. In der Kategorie Versauerungspotenzial zeigt sich nur bei der Biomasse für stoffliche Nutzung eine geringere Umweltbelastung, bei jener für Energiezwecke eine erhöhte. Auffällig bei den nachwachsenden Energierohstoffen ist die zumeist geringe positive Umweltwirkung im Vergleich zur stofflichen Verwendung. Besonders bei Kraftstoffen halten sich positive und negative Effekte lediglich die Waage. Abschließend bewerten sie die Biokraftstoffe als ungünstigste Verwendungsalternative von Biomasse. Die größten potenziellen Vorteile weist die stoffliche Nutzung auf und wäre damit zu favorisieren. Als wesentliche Quelle der Umweltbelastungen über den Lebensweg wird die landwirtschaftliche Produktion ausgemacht. Hier würden sich durch ökologische oder extensivere Anbaumethoden positivere Effekte ergeben, jedoch bei erhöhtem Flächenbedarf.

In einem Verbundprojekt mehrerer Umweltinstitute wurde in einem von der Bundesregierung geförderten Forschungsvorhaben eine Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse durchgeführt. Als einziger Umweltindikator wurde hierbei das Treibhauspotenzial betrachtet. In allen drei Nutzungspfaden für Biomasse (Wärme, Energie, Kraftstoffe) wurden der energetischen Nutzung dabei Potenziale für die Emissionsreduzierung von bis zu 55 % in 2030 im Vergleich zum Stand von 2000 veranschlagt. Man könnte somit die internationalen Klimaschutzverpflichtungen (Kyoto-Protokoll) klar erreichen. Verallgemeinernd verspricht man sich ausgehend von den Analysen vom „klimaschonenden Energieträger“ Biomasse, zusätzlich eine gute Vereinbarkeit und Synergiepotenziale mit dem Umwelt- und Naturschutz. Es ist kritisch anzumerken, dass die alleinige Untersuchung des Faktors Treibhauspotenzial nicht ausreichend für eine Bewertung der Umweltverträglichkeit ist.

In einem weiteren 2004 erschienenen Forschungsvorhaben (Ökologisch optimierter Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland) im Auftrag des BMU wird zwar neben dem positiven THG-Potenzial auf negative Umweltwirkungen wie Versauerung, Ökotoxizität und Artenvielfalt ausführlich hingewiesen. Quantifiziert und in ihrer negativen Wirkung bewertet wurden diese Parameter jedoch nicht.

In einem Forschungsvorhaben des Bundesamtes für Naturschutz von 2005 wird das positive Fazit gezogen, dass nachwachsende Rohstoffe zukünftig einen erheblichen Beitrag zur Energieversorgung liefern können und dabei „gravierende Folgen für die Umwelt bzw. flächenhafte Auswirkungen zum Nachteil der land- und forstwirtschaftlichen Nachhaltigkeit und des Naturschutzes (…) kurzfristig nicht zu erwarten sind. Eventuell negativen Auswirkungen eines verstärkten Energiemaisanbaus könnte durch die Einhaltung der Guten fachlichen Praxis entgegengesteuert werden.

Das Institut für Energetik und Umwelt weist in einer 2006 veröffentlichten Ökobilanzstudie zur Biogas-Nutzung darauf hin, dass die Erzeugung von Biogas ausschließlich aus nachwachsenden Rohstoffen in den Kategorien Eutrophierung, Versauerung und Treibhauseffekt zu deutlich negativen Umweltwirkungen führt, z.T. sogar ungünstiger als die verglichener fossiler Rohstoffe. Zu positiven Umweltwirkungen kommt es nur dann, wenn die Biogasherstellung in den gesamten betrieblichen Prozess eingebunden ist und pflanzliche Restsstoffe und Gülle hauptsächlich, extra angebaute Energiepflanzen nur nebensächlich, in die Biogasproduktion einfließen.

In einer Ökobilanzierung des IFEU von 2006 wurden biogene Kraftstoffe zweiter Generation der Biomass-to-Liquid-Technologie (BtL) untersucht. Diese erlangen zwar Umweltvorteile im Vergleich zu Biodiesel, also Kraftstoffen der ersten Generation wie sie derzeit genutzt werden. Im Vergleich zu den fossilen Kraftstoffen weisen BtL-Kraftstoffe aus Energiepflanzen in den Kategorien Eutrophierung und Versauerung dagegen höhere Umweltbelastungen auf, weswegen von einer abschließenden Gesamtbeurteilung abgesehen wird. Dennoch attestiert man ihnen schlussendlich ein beachtenswertes ökologisches Potenzial. Es wird aber darauf hingewiesen, dass es durchaus Konkurrenzen zu effizienteren Biomasseverwendungen geben kann und eine energetische Nutzung für Strom oder Wärme in modernen Anlagen einer Kraftstoffverwendung vorzuziehen ist.

Aufgrund zunehmender Importe von Bioenergieträgern wie z.B. Palm- oder Sojaöl werden seit kurzem verstärkt die Umweltwirkungen des Energiepflanzenanbaus in den Tropen oder Subtropen betrachtet. In einer vom WWF 2006 veröffentlichten Studie zu den ökologischen Auswirkungen der energetischen Palmölnutzung kommt man bei verschiedenen Annahmen zur Flächennutzung (neue Rodung oder Umnutzung vorhandener Plantagen) oder des Produktionszyklus einer Ölpalmplantage (25, 100 oder 500 Jahre) zu sehr unterschiedlichen Aussagen. Unter realistischen Annahmen, nämlich eines Nutzungszyklus von 25 Jahren und einer Rodung von Naturwald aufgrund des zusätzlichen Flächenbedarfs, kehrt sich der erhoffte Vorteil nachwachsender Rohstoffe in Klima- und Treibhausfragen drastisch ins Gegenteil. Hierbei kommt es einer zusätzlicher Klimabelastung. Zudem kommt es im anschließenden Verarbeitungsprozess aufgrund der geringen Umweltstandards zu Belastungen durch Schadstoffeintrag in die Atmo- und Hydrosphäre (Verbrennung von Reststoffen, Rückführung belasteter Rückstände auf die Äcker, Abwässerbelastung). Die weitreichenden negativen sozialen und ökologischen Folgen der Palmölproduktion stellte das World Rainforest Movement bereits 2001 dar. Ebenfalls 2006 bezifferten HOOIJER et al. die CO2-Emissionen in Indonesien bei der Herstellung einer Tonne Palmöl mit 10 – 30 Tonnen. Grund ist Trockenlegung von Torfmooren zur Flächengewinnung.

Doch auch die Klimabilanz von auf dem heimischen Acker angebauten Energiepflanzen könnte laut einer neueren Untersuchung deutlich höher sein als bisher angenommen. CRUTZEN et al. fanden heraus, dass das Verhältnis zwischen der Fixierung des Treibhausgases N2O aus der Atmosphäre und der Freisetzung von N2O in der landwirtschaftlichen Produktion deutlich ungünstiger zu Lasten der Landwirtschaft ausfällt ist als bisher anzunehmen war. Demnach ist das Potenzial zur Klimaerwärmung durch N2O-Freisetzung bei Raps 1,0 bis 1,7 mal höher als die Einspareffekte durch die CO2-Vermeidung bei der Biodieselnutzung. Bei Ethanol aus Getreide liegt der Faktor bei 0,9 bis 1,5, aus Zuckerrohr bei 0,5 bis 0,9. Wenn sich diese Ergebnisse durch weiterführende Untersuchungen bestätigen, würde das die positiven Aussagen früherer Ökobilanzen negieren und das Hauptargument der neutralen Klimawirkung nachwachsender Rohstoffe im Gegensatz zu fossilen Energierohstoffen (besonders bei der Biokraftstoffnutzung) ad absurdum führen.

Auch das Ende 2007 abgeschlossene Forschungsvorhaben des Wuppertal-Institutes im Auftrag des UBA kommt unter den als realistisch anzunehmenden Annahmen einer weltweiten Flächenausdehnung zur Versorgung Deutschlands mit nachwachsenden Rohstoffen im Jahre 2030, auf Grundlage von jüngsten Umweltdaten des IFEU, zu einer negativen Umweltwirkung im Bereich der Treibhausgasemissionen. Auf diese Studie wird im Kapitel 4 näher eingegangen.

Zusammenfassend sei festgestellt, dass die Ergebnisse neuerer Untersuchungen zu den negativen Umweltwirkungen nachwachsender Rohstoffe bezüglich der Klimawirksamkeit – im Zusammenspiel mit den bereits länger feststehenden Umweltschädigungen durch Eutrophierung, Versauerung, Toxizität und Biodiversitätsverlust – sehr stark an den Erwartungen eines umwelt- und klimafreundlichen Rohstoffs zweifeln lassen. Es wird die Aufgabe folgender Forschungsvorhaben sein, die Umweltbelastungen möglichst umfassend, lebenswegweit und unter Einbezug von Makroeffekten durch z.B. Landnutzungsänderungen zu bilanzieren. Die gesamte Argumentationskette für die Bioenergienutzung muss im Lichte etwaiger Mehrbelastungen der Umwelt hinterfragt und neu bewertet werden.