Energie Wie Seegras unseren Spritbedarf deckt

Sprit und Gas aus Mais und Raps haben in Zeiten knapper werdender Nahrungsmittel keine Zukunft. Das macht nichts. Forscher und Energiekonzerne interessieren sich auf einmal für Seegras, Unkraut und schnell wachsende Minibäume. Denn die gedeihen dort, wo andere Pflanzen eingehen würden.

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Rohstoffe werden knapp und die CO2-Konzentration in der Atmosphäre nimmt immer weiter zu: Künftig werden Unternehmen erfolgreich sein, die sparsamer mit Ressourcen umgehen. Wer aber sind diese Effizienz-Champions?
von Sebastian Matthes

Etliche Kilometer erstrecken sich die Seegrasplantagen vor der Ostküste Indiens. Sanft wiegen die roten Blätter in den Wellen vor der Millionenmetropole Madras. Die Seepflanzen sind die ersten Schritte einer Treibstoffrevolution, die das dänische Biotech-Unternehmen Novozymes zusammen mit dem indischen Startup Sea6 Energy vorbereitet: Die Energiepioniere wollen in wenigen Jahren Seegrasfarmen so groß wie 100 Fußballfelder rund um ausgediente indische Ölbohrinseln anlegen. Normalerweise wächst Seegras nur in Küstennähe. Doch die Inder haben schwimmende Netze konstruiert, auf denen die Pflanzen auch weit draußen auf dem Meer Halt finden. Spezialmaschinen auf Booten sollen das Blattwerk sechs Mal im Jahr ernten – und auf den Bohrinseln zu Kraftstoff verarbeiten.

Damit entstünde eine riesige natürliche Treibstofffabrik. Laut Sea6 Energy könnten die Plattformen mit Seegras auf einer Meeresfläche von einigen Zehntausend Hektar genug Biosprit produzieren, um den gesamten indischen Bedarf zu decken – rund 100 Millionen Tonnen pro Jahr.

Quasi nebenbei würden die Bohrinseln zu hoch effizienten Bioenergiefarmen. Zum Beweis, dass es funktioniert, hat Sea6 Energy-Chef Shrikumar Suryanarayan schon eine ganze Menge Seegrassprit im Labor erzeugt: 250 Liter je Tonne Biomasse; vier bis fünf Mal so viel wie brasilianische Farmer aus einer Tonne Zuckerrohr gewinnen – und das, ganz ohne wertvolles Ackerland zu nutzen.

Die Agenda der Energiekonzerne 2012
RWE: Beim zweitgrößten deutschen Energiekonzern steht ein Wechsel im Vorstandsvorsitz an. Quelle: dpa
Hans-Peter Villis Quelle: dapd
 Werner Müller Quelle: dpa
RAG-Stiftung Quelle: dpa
Steinkohlebergbau an der Saar Quelle: dpa
E.On Quelle: dpa

Hoffnung in die Energiepioniere

Das spricht sich herum: „Wir haben Probleme, uns die Ölkonzerne vom Hals zu halten. Die wollen uns kaufen und sich die Idee exklusiv sichern“, sagt Suryanarayan, der als Biochemiker der Eliteuniversität Indian Institute of Technology (IIT) hoch angesehen ist. Auch israelische und amerikanische Forscher arbeiten an solchen Ideen. Keiner aber ist so weit wie Suryanarayan.

Weltweit hoffen Ölmanager und Lebensmittelkonzerne, dass die Energiepioniere Erfolg haben werden. Denn Mais, Raps und Getreide, aus denen Biosprit und Biogas bislang gebraut werden, sind in Zeiten knapper werdender Nahrungsmittel allenfalls Übergangslösungen. Die Energiepflanzen von morgen gefährden die Ernährung der Weltbevölkerung nicht mehr. Neben dem indischen Seegras sind es robuste, teils meterhohe Gräser, wilde Blumen und unkrautartig wuchernde Minibäume.

Erst im Juli stellte ein Gutachten der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina der Bioenergie aus Mais und Raps ein vernichtendes Zeugnis aus: Deren Produktion sei nicht effizient und ökologisch fragwürdig. Sie setze, über den Lebenszyklus betrachtet, zu viele Treibhausgase frei, und der Anbau stehe in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion.

Mit den neuen Energiepflanzen lassen sich viele der Probleme lösen. Vor allem die „Teller-und-Tank-Debatte wird sich entschärfen“, sagt Agrarexpertin Iris Lewandowski von der Universität Hohenheim in Stuttgart. Das neue Energiegrün wächst zudem an Orten, die für die Nahrungsmittelherstellung völlig ungeeignet sind: Im Meer, auf kargen Böden – einige kommen sogar in der Wüste klar.

Turbopflanze für den Tank

Neue Technologien zur Energiegewinnung
Solarzellen gehören in der Stadt von Morgen zu den wichtigsten Technologien bei der Energiegewinnung. Die Integration in die Gebäudehüllen spart Material und verbilligt den Sonnenstrom. Illustration: Javier Martinez Zarracina
Strom erzeugende Straßen gehören zu der Vision des amerikanischen Startup Solar Roadways. Die Oberfläche besteht aus einem extrem harten Glas, darunter befinden sich Solarzellen. Im US-Bundesstaat Idaho wurde so der erste Strom erzeugende Parkplatz aus Solarmodulen gebaut. Illustration: Javier Martinez Zarracina
Durch transparente Farbstoffsolarzellen können zusätzlich Fassadenflächen zur Energiegewinnung genutzt werden. Das australische Solarunternehmen Dyesol und der US-Glashersteller Pilkington wollen bereits in wenigen Jahren damit beginnen, Glas mit Solarzellen aus Farbstoffen zu bedrucken. Illustration: Javier Martinez Zarracina
Einzelne Haushalte können sich zukünftig durch Kleinwindräder, die sich leicht auf Hausdächern und an Balkonbrüstungen montieren lassen, mit Strom versorgen. Der Branchenverband RenewableUK rechnet damit, dass in England bis 2020 Kleinwindräder mit einer Gesamtleistung von 1,3 Gigawatt installiert sein werden - so viel wie ein großes Atomkraftwerk derzeit produziert. Illustration: Javier Martinez Zarracina
Elektroautos könnten in den zukünftigen Megacities direkt am Parkplatz aufgeladen werden - durch Windenergie. Sanya Skypump heissen diese Windturbinen, die vom New Yorker Kleinwindanlagen-Startup Urban Green Energy entwickelt wurden. Illustration: Javier Martinez Zarracina
Selbst Biomasse lässt sich in den Städten zur Energiegewinnung nutzen. Durch Fermentierungsanlagen wird aus dem angefallenen Müll Biogas erzeugt - womit sich wiederum gasbetriebene Fahrzeuge antreiben lassen. Zudem... Illustration: Javier Martinez Zarracina
...lässt sich das gewonnene Biogas problemlos in das Gasleistungsnetz mischen. So können auch hocheffiziente Blockheizkraftwerke betrieben werden, die dann in den Kellern von Gebäuden Wärme und Strom erzeugen. Illustration: Javier Martinez Zarracina

Auch in Deutschland sind diese Pflanzen auf dem Vormarsch. Energiekonzerne wie Vattenfall, RWE und BP pachten bereits hektarweise Brachland und schlechte Böden, um die künftigen Strom-, Treibstoff- und Wärmelieferanten gedeihen zu lassen.

Spezifische Marktanalysen gibt es noch nicht. Aber ein bloßer Überschlag einzelner Investitionen ergibt, dass viele Millionen Euro in die neue Form der Bioenergie fließen. Allein in Deutschland gedeihen auf Tausenden Hektar Energiepflanzen der neuesten Generation. „Ein beachtlicher Teil des Stroms, des Kraftstoffs und auch des Erdgases wird künftig von diesen Pflanzen stammen“, sagt Agrarökologe Armin Vetter von der Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft in Jena.

Die große Hoffnung in der grünen Energierevolution liegt aber auf dem Seegras: Es ist eine der am schnellsten wachsenden Pflanzen überhaupt und bringt doppelt so hohe Ernteerträge wie die ertragreichsten Landgewächse. Seine biologische Bauform macht Seegras zu einer idealen Basis für Biosprit: Das schwimmende Gewächs besteht nämlich zu mehr als der Hälfte aus Zucker – bei Energiepflanzen wie der Zuckerrübe sind es nur knapp 20 Prozent. Enzyme zerlegen diese Kohlenhydrate während der Spritproduktion zu einfachem Zucker, der wiederum vergärt mit Hefen zu Biosprit.

Durchbruch der Biokraftstoffe

Aber auch an Land kommt die Erzeugung von Sprit aus Heu und Gras voran: von Biokraftstoffen. Jahrelang gelang die Erzeugung dieser Biokraftstoffe der zweiten Generation nur im Labor. Die Mengen waren schlicht zu klein für eine rentable Fabrik. Immer störte der Bestandteil Lignocellulose im Gras.

Nun ist den Wissenschaftlern der Durchbruch gelungen. Laut dem renommierten US-Bioenergieforscher Chris Somerville löst ein optimierter Enzym-Cocktail des Pilzes Trichoderma Reesei das Problem: Er spaltet die Lignocellulose und macht die Spritproduktion auch aus Gräsern vom Festland möglich. BP finanziert daher Somervilles Bioenergieinstitut mit 500 Millionen Dollar. Mit dieser exorbitanten Summe sollen rund 500 seiner Mitarbeiter erforschen, wie sich der Anbau und die Ernte von Gräsern verbessern lässt. Sie arbeiten unter anderem an Spezialmaschinen, die Halme effizienter ernten, zu Ballen pressen und häckseln.

Was Verbraucher zahlen
Stromverbraucher finden bei der Zusammensetzung des Strompreises einen Posten namens EEG-Umlage. Sie ist seit dem Jahr 2000 im Erneuerbare-Energie-Gesetz (EEG) verankert, um Ökoenergien zu fördern. Quelle: dpa
Derzeit sind 3,59 Cent je Kilowattstunde zu zahlen. Bei einem Verbrauch von 3500 Kilowattstunden pro Jahr sind das für eine Familie Ökoförderkosten von 125 Euro pro Jahr. Gezahlt wird die Differenz zwischen dem Marktpreis, etwa für eine Kilowattstunde Solarstrom, und dem festen Fördersatz. Ein Beispiel: Quelle: dpa
Derzeit bekommt ein Hausbesitzer mit einer Solaranlage auf dem Dach 19,5 Cent pro Kilowattstunde. Wird der Strom an der Strombörse für 7 Cent verkauft, müssen die Verbraucher 12,5 Cent über die EEG-Umlage bezahlen. Quelle: dpa
Die Verwalter des Umlage-Kontos, die Übertragungsnetzbetreiber, berechnen angesichts der Anlagenzahl und Erfahrungswerten beim Wetter die möglichen Förderzahlungen und geben immer zum 15. Oktober eine Umlage für das kommende Jahr an. Verrechnen sie sich, wird das mit der nächsten Umlage korrigiert. Für 2013 werden Steigerungen bei der Umlage vorausgesagt. Quelle: dpa
Diese wären aber nicht primär dem rasant steigenden Anteil erneuerbarer Energien am Strommix (derzeit 20 Prozent) anzulasten. Industrieunternehmen wurden teilweise von Ökoförderkosten befreit, um sie in Deutschland zu halten. Gleiches gilt für Netznutzungskosten. Lasten werden also auf weniger Schultern verteilt. Quelle: dpa
Hinzu kommt eine teure Marktprämie für Besitzer von Wind- und Solarparks, die Strom selbst vermarkten. Und die mögliche Steigerung liegt in der Umlageberechnung begründet. Da immer mehr Solarstrom mittags den Börsenstrompreis senkt, wächst die Differenz zum Fördersatz und damit die Kosten für die Bürger. Der Solarstrom wird so also Opfer des eigenen Erfolges. Quelle: dpa

Kraftstoff aus Gras

Dabei interessieren sie sich vor allem für das Elefantengras, von Biologen auch Miscanthus genannt. Diese meterhohen Halme sind die ertragreichsten aller Landpflanzen – und sie müssen nicht einmal gedüngt werden. „Mais hat die höchsten Flächenerträge unter den Kulturpflanzen – aber Miscanthus bringt mehr“, sagt Agrarexpertin Lewandowski. Mit diesem Wundergras gelingt es Forschern neuerdings, in großem Umfang Biokraftstoff herzustellen.

Zwischen endlosen Weiden verwandeln etwa Bauern in Florida stillgelegte, ertragsschwache Felder in Elefantengrasplantagen. 20.000 Hektar hat der Ölkonzern BP bereits unter Vertrag. Denn in Highlands County im Bundesstaat Florida errichtet der Konzern eine der ersten industriellen Biospritanlagen, die keine Nahrungsmittel in Ethanol umwandelt, sondern Elefantengras.

Pipelines und Tanklastkraftwagen sollen von dort ab 2014 knapp 100 Millionen Liter Sprit pro Jahr ins ganze Land transportieren. Sechs weitere solcher Fabriken befinden sich zudem im Bau. Der Anteil von Gräsern an der Biospritproduktion, das bezweifelt kaum ein Experte, wird in den nächsten Jahren stark zunehmen.

Von der Heil- zur Energiepflanze

Die Zukunft des nachhaltigen Biogases hingegen ist gelb und sieht von Ferne ein wenig aus wie eine Sonnenblume: Bei Biologen ist sie als Silphie bekannt. Bei näherer Betrachtung indes verliert sie ihren Charme. Ihre Blätter und Stängel sind mit feinen Haaren besetzt, weshalb sie vor allem bei Kühen und Ziegen unbeliebt ist.

Begehrt ist die Silphie dennoch so sehr, dass der Erfurter Zuchtbetrieb N.L. Chrestensen mit der Produktion des Saatguts kaum hinterherkommt. Denn die gelben Blumen sind der perfekte Rohstoff für Biogas, das als Ersatz für Erdgas Wärme und Strom liefern soll. Die Pflanze liefert pro Quadratmeter Feld so viel Gas wie Mais.

Im Gegensatz zu dem Getreide aber wächst sie auch in trockenen Zeiten und Regionen und braucht weder Dünger noch Pflanzenschutzmittel. Auch Imker sind Fans der Silphie: Sie gilt als ideale Bienenweide, weil sie Nektar und Pollen für die Insekten liefert – ganz im Gegensatz zu den heute weit verbreiteten Maisfeldern.

Im antiken Griechenland hatte die Silphie gar eine so große Bedeutung, dass sie als Motiv auf Geldmünzen verewigt wurde. Damals nutzten die Menschen sie als Heilpflanze. Jahrtausende später erlebt sie nun eine Renaissance. Diesmal aber, weil der massive Maisanbau für die Biogasproduktion zunehmend Probleme bereitet: Schädlinge breiten sich auf den Feldern aus, was Bauern dazu zwingt, immer kräftigere Pestizide zu spritzen.

Die Silphie bereitet solche Probleme nicht. Nur im ersten Jahr wächst sie langsamer. „Das ist der einzige Nachteil“, sagt Pflanzenkenner Vetter. Deshalb kostet das Anlegen eine Silphie-Feldes auch 5.000 Euro je Hektar und damit zunächst mehr als eine Maisplantage.

Grünes Gas

Vattenfall schreckt das nicht. Der Energieversorger lässt große Felder in Brandenburg mit den gelben Blumen bepflanzen. Sie sollen eine Biogasanlage in der Lausitz und zwei weitere Anlagen speisen. Das gereinigte Gas will der Konzern dann ins Erdgasnetz von Hamburg und Berlin leiten. „Wir wollen mit der Silphie den Mais zurückdrängen“, sagt Jan Grundmann, Chef der Vattenfall-Tochter Energy Crops. Doch für die künftige Bioenergieproduktion genügt es nicht, aus Pflanzen Erdgas zu machen.

Zu einer Bioenergie-Rundumversorgung gehören ebenso Gewächse, die sich direkt verbrennen lassen, um Strom und Wärme zu produzieren. Mit Holz befeuerte Kraftwerke sind in der Regel viel größer als Biogasmeiler.

In Abständen von zweieinhalb Metern sprießen in Brandenburg daher Pappeln und Weiden, aber auch Erlen und Robinien in Reih und Glied. Die Spezialzüchtungen dieser Bäume wachsen in wenigen Jahren meterhoch.

Holz ersetzt Kohle

Nach drei bis fünf Jahren schneiden umgerüstete Traktoren die Minibäume im Winter dicht über dem Boden ab. Anschließend bündeln die Maschinen die Ruten zum Trocknen – um sie im Sommer häckseln zu können. Rund 800 Hektar Pappelplantagen hat die Vattenfall-Tochter Energy Crops in den vergangenen drei Jahren auf ungenutztem Brachland und schlechten Böden angelegt; bis 2015 soll sich die Fläche noch einmal vervierfachen.

Tonnenschwere Lastwagen laden die zerkleinerten Bäume später vor einem grauen Betonblock im Zentrum Berlins ab, einem Biomassekraftwerk, das bis zu 80 Prozent des brandenburgischen Holzes – rund 40.000 Tonnen pro Jahr – verfeuern soll.

Holz lockt mit staatlicher Förderung

Inzwischen plant Vattenfall weitere Holzkraftwerke in Deutschland und mit ihnen den Ausbau der Minibaum-Plantagen bis 2020 auf 15.000 Hektar. Ähnlich ambitionierte Pläne hat auch der Essener Konkurrent RWE.

Hinter der Expansion der Energiewälder steckt Prinzip: Der Rohstoff Holz wird immer beliebter. Auch Hausbesitzer und kleine sowie mittelständische Betriebe heizen zunehmend damit. Zwei Kilo Holzhackschnitzel ersetzen einen Liter Öl.

Die Kosten der Rohstoffe sind zwar ähnlich hoch. Wer aber mit Holz heizt, nutzt eine erneuerbare Ressource. Das bringt einerseits staatliche Förderung. Andererseits hilft es Unternehmen, ihren CO2-Fußabdruck zu verkleinern: Auf Holz spezialisierte Bioenergiebetriebe haben daher seit Jahren volle Auftragsbücher.

Das Unternehmen Dorr Energie in Kempten im Allgäu etwa, das mehrere Holzheizkraftwerke betreibt. „Vor allem Lebensmittelbetriebe und Kommunen wollen mit Holz heizen“, sagt Dorr-Manager Marcus Jakwerth. „Teils aus Kostengründen, aber auch, um klimaneutral zu produzieren.“

Brachflächen für Energieholzplantagen nutzen

Für Vattenfall könnte Holz eines Tages sogar eine Alternative zur Kohle werden. In einigen Kohlekraftwerken des Unternehmens wäre es bereits heute technisch möglich, Hackschnitzel statt Briketts zu verbrennen. Allerdings würde das klimatechnisch nur Sinn ergeben, wenn das Holz nicht weit transportiert wird – und wenn kein normaler Wald dafür geschlagen wird.

Zwar haben die Energieholzplantagen nur noch wenig mit dem heimischen Mischwald gemein. Aber: „Energiewälder werden auf Brachflächen angelegt, die für die Lebensmittelproduktion nicht infrage kommen“, sagt Bioenergieexperte Malte Trumpa vom Forschungsinstitut ttz in Bremerhaven. Zudem benötigen sie keinen Dünger: In ihrer Rinde sitzen Bakterien, die den Stickstoff aus der Luft binden.

Das einzige Problem: Die Turbobäume brauchen massenhaft Wasser. Daher gedeihen Pappeln und Weiden auf einem Testfeld in Berlin schon mit dem gereinigten Abwasser aus einem Klärwerk.

Der Naturschutzbund Deutschland (Nabu) hat wenig Einwände gegen die neue Holzwirtschaft. Sie würde unter dem Strich Treibhausgase binden. „Aus Klima- und Umweltsicht sind sie gegenüber Raps und Mais im Vorteil“, sagte Nabu-Präsident Olaf Tschimpke, weil die Minibäume keinen Dünger und keine Spritzmittel benötigen – und weniger Traktoren über die Felder fahren.

Die Suche nach Energiepflanzen von morgen

Robust, ertragreich und anspruchslos – die Vorteile der neuen Energiepflanzen kann niemand bestreiten. Die meisten neu entdeckten Pflanzen hätten laut US-Forscher Somerville enormes Potenzial, weil sie züchterisch noch nicht optimiert seien. Unermüdlich sucht er zudem nach neuen Gewächsen, die mit weniger Ressourcen auskommen, dürreresistente Gräser etwa oder Hirsen und Sudangras.

Kurios ist seine aktuellste Neuentdeckung: die Agave. In Deutschland schmückt sie Terrassen oder Fensterbänke. In Wüsten aber wächst sie so üppig wie Getreide und liefert mindestens so viel Biosprit wie Weizen. Sie kommt zudem monatelang ohne Regen aus, weil sie im Unterschied zu anderen Pflanzen nachts Fotosynthese betreibt. Dafür öffnet sie bei Einbruch der Dunkelheit ihre Poren und saugt die Luftfeuchtigkeit auf wie ein Schwamm.

In Arizona, nahe Tucson, und in der australischen Wüste testen Forscher nun den Anbau und die Umwandlung der kaktusartigen Pflanze in Sprit. Einziger Wermutstropfen ist eine neue Nutzungskonkurrenz: Die Pflanze kann man zwar nicht essen. Aber in Mexiko wird aus ihrem Saft der berühmte Tequila-Schnaps gemacht.

Nutzt man die Agave also als Energiepflanze, entsteht keine Tank-Teller-Konkurrenz mehr. Sehr wohl aber ein Tank-Theken-Konflikt.

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