Stellungnahme vom 7. September 2012

Ergebnisse der Leopoldina-Studie unterstreichen die Notwendigkeit einer integrierten Umweltforschung, greifen in den Handlungsempfehlungen teilweise aber zu kurz

Eine Stellungnahme von Dr.Ing. Daniela Thrän (DBFZ, UFZ) und Prof. Dr. Karin Frank (UFZ)

Die Leopoldina-Studie „Bioenergie: Möglichkeiten und Grenzen“ (download Studie) liefert wichtige Hinweise für die Ausgestaltung der Energiewende, so zur Beachtung der Begrenztheit der Ressourcen und zur Weiterentwicklung der Technologien und ihrer Einsatzbereiche. Sie adressiert drei Themenfelder, die für den weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien zentral sind, macht aber auch deutlich, dass die komplexen Fragen, die sich dabei ergeben, nur unter systematischer Einbindung technik-, natur- und sozialwissenschaftlicher Disziplinen gelöst werden können.

Biomasse hat das Potenzial nachhaltige Energie bereit zu stellen

Kurzumtriebsplantage

Kurzumtriebsplantagen werden zur Bioenergieproduktion eingesetzt. Sie sind häufig ökologischer als andere Agrarflächen, da ihr Sickerwasser weniger Nitrat aufweist und sie vielen Tier- und Planzenarten neue Lebensräume bieten (Quelle: Johann Heinrich von Thünen-Institutes, Eberswalde).
Foto: André Künzelmann/UFZ

Bioenergie besitzt technisch das Potenzial, fossilen Energieträgereinsatz zeitnah, bedarfsgerecht und teilweise auch kostengünstig zu substituieren (z.B. im Wärmebereich), und ist mit der Hoffnung verbunden, auch den Klima- und Ressourcenschutz, die energiepolitische Versorgungssicherheit sowie die lokale und regionale Wertschöpfung signifikant zu unterstützen. Gleichzeitig sind die Risiken erheblich, dass bei unzureichenden politischen Rahmenbedingungen Landnutzungsänderungen ausgelöst werden, die negative Effekte auf Umwelt und soziale Lebensbedingungen hervorrufen. Entsprechend gilt es, Optionen und Grenzen einer nachhaltigen Bioenergieproduktion zu identifizieren, die Risiken und Zielkonflikte vermeiden. Ob und wie viel Bioenergie zu welchem Zeitpunkt wie genutzt werden soll, kann daher nur unter Berücksichtigung der verschiedenen Zielstellungen, Technologieverfügbarkeiten und möglichst umfassender Kenntnisse der Wechselwirkungen austariert werden.

Die Leopoldina-Studie setzt bei der Einordnung der Bioenergie an der NPP-Produktion an. Hieraus ergeben sich wichtige Schlussfolgerungen für die Begrenztheit der Flächen und der pflanzlichen Leistungsfähigkeit sowie einen wachsenden Druck auf wichtige natürliche Ressourcen (z.B. Ökosysteme, Wasserressourcen). Die Entwicklung von Strategien zur Reduktion dieses Flächendruckes ist Bestandteil der aktuellen Bioenergieforschung, die bspw. auf die Erschließung bislang ungenutzter Biomasseressourcen als Energieträger abzielt. Dies bleibt im Sinne einer Gesamtschau bei der Leopoldina-Studie leider unvollständig:

  • Relevante Ressourcen für die Bioenergiebereitstellung stellen neben pflanzlicher Biomasse und Algen auch tierische Nebenprodukte wie Gülle und Festmist dar, die bei einer energetischen Nutzung vielfach mit sehr günstigen Klimagaseffekten verbunden sind.
  • Die Studie zieht insbesondere aus der Nutzung pflanzlicher landwirtschaftlicher Biomassen Schlussfolgerungen für den weiteren Ausbau. Alle landwirtschaftlichen Biomassen tragen heute weltweit aber nur zu etwa 10% als Rohstoff zur Bioenergiebereitstellung bei – der geringere Teil davon sind Energiepflanzen.
  • Besondere Bemühungen laufen bei der Entwicklung innovativer Konzepte zur Kreislaufwirtschaft mit dem Ziel der Schaffung möglichst langer Nutzungskaskaden und der Erschließung von Kuppelprodukten und Reststoffen für die energetische Nutzung. Praktizierte Beispiele sind die energetische Nutzung von Nebenprodukten der Holz be- und verarbeitenden Industrie, Landschaftspflegeholz und Altholz oder die Fermentation von Klärschlämmen aus dezentralen Abwasseranlagen. Strategisch vielversprechend ist die Kuppelstrategie im Zusammenspiel mit der laufenden Entwicklung neuer Konzepte der stofflichen Nutzung von Biomasse, die ein zentrales Element der angestrebten „BioEconomy“ darstellen.

All diese Beispiele der Erschließung neuer Biomassen sind vielversprechend, erfordern jedoch weitere Forschung unter Berücksichtigung des Zusammenspiels von technologischen, ökonomischen und Umweltaspekten. Sie zeigen aber auch, dass die Wechselwirkungen zwischen Energie-, Agrar-, Industrie- und Abfallwirtschaft vielfältig sind und von den Notwendigkeiten vor Ort bis hin zu internationalen Vereinbarungen unterschiedlich verwoben sind.

Die weitere Bioenergieentwicklung muss Qualitätszielen folgen – erste Schritte dazu sind gemacht

Der weitere Ausbau der Bioenergie darf sich unstreitig nicht auf Mengenziele beschränken, sondern muss qualitativen An¬forderungen genügen. Dies betrifft verschiedene Aspekte:

  1. Die Wahl der zu nutzenden Biomasseressourcen (siehe oben).
  2. Die Ausgestaltung der Produktionssysteme für den Biomasseanbau, die starken Einfluss auf die Umweltwirkungen hat. Standortangepasste Konzepte oder der Erhalt einer Mindestanteils naturnaher Habitate in der Landschaft als Puffer sind Wege zur Abmilderung von negativen Umweltwirkungen, die in regionale Nachhaltigkeitsstandards gefasst werden können, aber auch für die agrarische Nutzung insgesamt gelten.
  3. Die Konversionstechnologien von Biomasse in Bioenergie. Die Entscheidung, wo die begrenzte Biomasse eingesetzt werden soll, muss sich an Überlegungen hinsichtlich der Gesamteffizienz der Bereitstellungssysteme orientieren. Zwischen Energieeffizienz, Flächeneffizienz, Nährstoffeffizienz, Klimagaseffizienz, Kosteneffizienz der Klimagasvermeidung etc. muss der am stärksten begrenzende Faktor die höchste Priorität erhalten. Dann kann eine offene Technologieentwicklung forciert werden.
  4. Die Einsatzfelder der Bioenergie. Hier sollte man sich verstärkt auf Schlüsselfunktionen der Bioenergie im erneuerbaren Energiemix und ihren Beitrag zur Bewältigung zentraler Herausforderungen der Energiewende konzentrieren. Ein Beispiel ist die Fähigkeit zu Transport und Speicherung für eine bedarfsgerechte Energieversorgung und damit zum Ausgleich der schwankenden Verfügbarkeit von Strom aus Sonne und Wind. Kurzfristig können Bioenergietechnologien so zur Leistungsfähigkeit des Gesamt-Energiemixes beitragen.
  5. Die Beachtung des Nicht-Verschlechterungs-Prinzips unter Berücksichtigung transnationaler Effekte, wonach eine steigende Nachfrage nach Bioenergie-Importen nicht zum Treiber von (direktem oder indirektem) Landnutzungswandel in Bioenergie-Exportländern mit entsprechenden Folgen für Umwelt und soziale Lebensbedingungen werden darf. Dies erfordert entsprechende Steuerungsmechanismen und politische Rahmenbedingungen.

Die genannten qualitativen Anforderungen gehören zu den Leitprinzipien der aktuellen Bioenergieforschung. Hinsichtlich ihrer Umsetzung sind erste Schritte gemacht, so mit den Vereinbarungen der „Global Bioenergy Partnership (GBEP)“, der EU-Richtlinie „Erneuerbare Energien“, der Nachhaltigkeitsverordnung oder den Rohstoffklassen und Maisbegrenzungen im Erneuerbare-Energien-Gesetz, auch wenn damit noch nicht alle anstehenden Probleme gelöst sind. Eine kritische Diskussion existierender Steuerungssysteme und ihres Vermögens, perspektivisch die potenziellen Risiken mindern können, muss Eingang in Handlungsempfehlungen bezüglich der Verwendung von Biomasse als Energiequelle finden; leider ist das in der Leopoldina-Studie nicht erfolgt.

Unabhängig davon können diese ersten Instrumente die anstehenden Probleme nur teilweise lösen – weil eine nachhaltige Bioenergienutzung nur im Konzert von nachhaltiger Agrarpolitik, Konsumverhalten, Energieeffizienz und einer weitgehenden Kreislaufwirtschaft erfolgreich sein wird. Die Leopoldina-Studie reißt diese Aspekte mit den dargestellten Kohlenstoffkreisläufen zwar an, versäumt aber die Einordnung der Ursächlichkeit – von der Flächenrelevanz ist die Tierproduktion für die dargestellten Umweltrisiken um den Faktor 30 höher als die Bioenergiebereitstellung, die erwarteten Knappheiten können damit durch eine Nachsteuerung des Energiepflanzenanbaus nicht gelöst werden. Vielmehr sollte die Frage, ob diese Ansätze einer nachhaltigen Steuerung von begrenzten Ressourcen als Vorreiterrolle für andere agrarische Nutzungen einnehmen können, in Hinblick auf die geforderten Transformationen im Agrarbereich ein weiterer wichtiger Baustein für die weiter zu gestaltende Rolle der Bioenergie sein.

Die Gestaltung der Zukunft unter Unsicherheit gehört zu den zentralen Herausforderungen des globalen Wandels

Die nachhaltige Transformation unseres Energiesystems steht dabei vor einem zentralen Dilemma: Einerseits benötigen wir für die verstärkte Bereitstellung erneuerbarer Energien infolge ihrer geringeren Energiedichte zusätzliche Flächen, die Landschaft und Umwelt stärker in Anspruch nehmen. Auch neue Speichertechnologien und Infrastrukturen bergen Risiken, die es frühzeitig zu erkennen und abzuschätzen gilt. Andererseits erlauben es die Klimaprobleme nicht, nur auf langfristig tragfähige Lösungen zu setzen, son¬dern müssen auch Übergangslösungen zulassen, die „das eine tun, ohne das andere zu lassen“. So, wie die aussichtsreichen Technologien, die der dritte Teil der Leopoldina-Studie beschreibt, zur Zeit nicht abschließend auf ihre Leistungsfähigkeit bewertet werden können, ist auch die künftige Rolle der Bioenergie unsicher: Heute kennen wir die Umweltwirkungen nur unzureichend und verfügen über lückenhafte Steuerungsinstrumente. Diese schnell und umfassend zu erkennen und zu entwickeln, ist ebenso eine Herausforderung des globalen Wandels wie die Weiterentwicklung der Technologien. Zudem ist klar: Wer auf bestimmte Energieträger verzichten möchte, braucht Alternativen. Nur in der Gesamtschau lässt sich aber ein nachhaltiger Ener-giemix bestimmen. Der geforderte Übergang von Bioenergie auf Photovoltaik, Solarthermie und Windenergie kann ad hoc aus Gründen der Speicherverfügbarkeiten für Strom nicht erfolgen. Und auch Energieeffizienz und Energieeinsparung sind gesellschaftlich nicht kostenlos zu haben.

Ein zukunftsfähiger Bioenergieausbau beruht auf interdisziplinärer Forschung und sektorübergreifender Politik

Die Leopoldina-Studie hat wesentliche Chancen und Risiken der Bioenergie aus naturwissenschaftlicher Sicht zusammen getragen. Zur wissenschaftlichen Fundierung weitreichender gesellschaftlicher Entscheidungen beim Umbau unserer Energieversorgung werden uns vor allem interdisziplinäre Forschungsansätze weiterbringen, die die Umweltwirkungen der Systemtransformation und die Rolle der Bioenergie darin systematisch analysieren und Lösungen für komplexe Zielkonflikte erarbeiten.

Die Bioökonomieforschung und die Etablierung erster Unternehmensverbünde zur verstärkten Erzeugung und Nutzung biomassebasierter Produkte sind ein wichtiger Weg in diese Richtung, der ebenfalls in den letzten zwei Jahren in Deutschland auf den Weg gebracht wurde. Die Ergebnisse hier dürften Hinweise liefern, wie die künftige Rolle der Bioenergie in Deutschland und Europa im Sinne des bereits begonnenen Richtungswechsels vom quantitativen zum qualitativen Ausbau gestaltet werden kann. Aus naturwissenschaftlicher Sicht bleiben die biogenen Produktionssysteme in der Leistungsfähigkeit begrenzt; deswegen lautet die entscheidende Frage: Unter welchen Bedingungen kann welche Nutzung der Biomasse einen nachhaltigen Beitrag zum Übergang vom fossilen in das solare Zeitalter leisten – und wie kann ein übergeordneter politischer Steuerungsrahmen diesen Wandel sinnvoll unterstützen. Gewiss keine leichten Fragen – umso dringender müssen wir gemeinsam und unter Einsatz des gesamten wissenschaftlichen Potenzials nach differenzierten Antworten suchen.

Autoren

Dr. Daniela Thrän

Dr.-Ing. Daniela Thrän
Sie studierte Technischen Umweltschutz an der TU Berlin und promovierte am Lehrstuhl für Abfallwirtschaft der Bauhaus-Universität Weimar. Seit 2010 ist sie Leiterin des UFZ-Departments Bioenergie, dessen Aufbau und enge Vernetzung mit dem Deutschen Biomasse-ForschungsZentrum (DBFZ) bis Ende 2014 mit einer Anschubfinanzierung der Helmholtz-Gemeinschaft gefördert wird. Seit 2011 hält Sie den Lehrstuhl Bioenergiesysteme and der Universität Leipzig. Daniela Thrän ist seit September 2012 Mitglied im Bioökonomierat.

Tel. 0341 2434 435
daniela.thraen@ufz.de

Prof. Karin Frank

Prof. Dr. Karin Frank
Sie ist Leiterin des Departments Ökologische Systemanalyse und Sprecherin des UFZ-Forschungsclusters  "Land Use Conflicts Related to the Production of Bioenergy".
Karin Frank studierte Mathematik an der Universität Leipzig und promovierte 1992 am Fachbereich Mathematik der Universität Leipzig. 2006 habilitierte sie an der Universität Osnabrück und wurde dort 2010 gemeinsam mit dem UFZ auf die W2-Professur "Ökologische Modellierung" berufen.

Tel. 0341 235 1279
karin.frank@ufz.de