Helmholtz-Gemeinschaft

Bioenergie kann "Bio" werden

Breite Streifen zwischen den Feldern bieten Lebensräume für Wildtiere und Pflanzen und könnten sich auch wirtschaftlich rentieren, da Holz in Zukunft als Energieträger stärker gefragt sein wird. Foto: UFZ

Aus Mais, Raps oder anderen Pflanzen kann Energie gewonnen werden, der großflächige Anbau von Energiepflanzen ist jedoch nicht automatisch umweltfreundlich. „Bioenergie wird in vielen Regionen der Erde eine Rolle spielen, aber es wird sehr darauf ankommen, wie diese Bioenergie gewonnen wird“, sagt Dr. Daniela Thrän vom Department Bioenergie des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung - UFZ in Leipzig. Die UFZ-Forscher arbeiten dabei eng mit dem Deutschen Biomasse-Forschungszentrum zusammen und untersuchen, wie sich durch den Anbau von Energiepflanzen die Böden und der Wasserhaushalt verändern und wie sich dies auf Landschaften und ihre Artenvielfalt auswirkt. Dabei schätzen sie auch die Klimagasbilanzen ab, bewerten die unterschiedlichen Nutzungstechnologien und ihre Märkte und arbeiten Empfehlungen für die Politik aus.

So gehen durch riesige Anbauflächen zum Beispiel Lebensräume für Tiere und Pflanzen verloren und die Artenvielfalt schwindet gerade in landwirtschaftlich genutzten Regionen besonders schnell. Eine Lösung könnten breitere Streifen zwischen den Feldern sein, die mit Wildpflanzen und Bäumengenügend Rückzugsräume für Kleintiere bieten. Und das könnte sich auch finanziell lohnen, meint Thrän. Denn Holz werde in Zukunft als Energieträger noch stärker nachgefragt, und auch der Wildwuchs am Ackerrand könnte im Prinzip gemäht und in Biogasanlagen verwertet werden. Die Mikrobiologen im Department Bioenergie arbeiten zum Beispiel daran, die bakteriellen Prozesse in Biogasanlagen so zu verbessern, dass sie ein weites Spektrum an pflanzlichen Reststoffen nutzen können. „Es ist wichtig, dass dies nicht nur in Hightech-Anlagen wie Bioliq am KIT gelingt, wo hochwertige Kraftstoffe produziert werden, sondern dass auch kleine Biogasanlagen vor Ort Reststoffe zur Erzeugung von Strom und Wärme besser nutzen können“, erläutert Thrän. In Deutschland könnten Bioenergieträger in Zukunft etwa 15 Prozent des Primärenergiebedarfs decken, wobei Bioenergie sowohl bei der Produktion von Heizwärme und Strom als auch bei der Nutzung als Treibstoff Vorteile gegenüber fossilen Energieträgern bringt.

„Wir modellieren aber auch, wie sich der Stoffwechsel der Böden, die Kohlenstoffkreisläufe und das Wassermanagement durch den Anbau von Energiepflanzen verändern“, erklärt Thrän. Vorteile bringen zum Beispiel mehrjährige Energiepflanzen wie Hölzer oder Gräser oder Mischkulturen aus unterschiedlichen Pflanzen, die weniger Düngemittel benötigen als Nahrungsmittel. Denn Dünger wird mit hohem Energieaufwand hergestellt und verschlechtert die CO2-Bilanz der Energiepflanzen.

Die UFZ-Forscher um Thrän entwickeln ein Beratungswerkzeug, aus dem sich Empfehlungen für die Nutzung bestimmter Pflanzen für verschiedene Regionen und ihre speziellen Böden und klimatischen Bedingungen ableiten lassen. Mais braucht zum Beispiel regelmäßige Niederschläge und gerade in Mitteldeutschland könnte es im Lauf der nächsten Jahrzehnte deutlich trockener werden. „Unsere Forschungsergebnisse werden in neue gesetzliche Vorgaben und Förderbedingungen für den Anbau von Energiepflanzen einfließen“, hofft Thrän.

Eine einheitliche Lösung für alle Regionen wird es dabei nicht geben, es kommt vielmehr darauf an, mehr als bisher vorhandene Reststoffe effizient zu nutzen und die Gegebenheiten vor Ort zu berücksichtigen, um Dünger zu sparen und Böden sowie Wasserkreisläufe nicht zu belasten. Dann aber kann Bioenergie sehr viel umweltfreundlicher werden.

Einblicke in die Forschung: Energie

Starke Teile aus dem kalten Ofen

Viele Bauteile von Flugzeugen und Fahrzeugkarosserien sind längst nicht mehr aus Stahl, sondern aus modernen Verbundwerkstoffen. Sie bestehen aus Karbon- oder Glasfasergeflechten, die mit Spezialharzen zu einem extrem belastbaren Material verbunden werden, das Crashtests standhält, Schwingungen elastisch abfedert und dabei federleicht ist. Und das spart Treibstoff.

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Einblicke in die Forschung: Energie

Stille Reserven

Unter Europas Energieexperten macht ein neuer Begriff die Runde: „Shale Gas“ könnte man mit „Schiefergas“ ins Deutsche übersetzen. Gemeint ist damit Erdgas, das in dichten Tongesteinen uralter Ablagerungen steckt, mit den üblichen Methoden aber nicht gefördert werden kann. Diese lange bekannten Gasvorkommen können erst seit wenigen Jahren wirtschaftlich genutzt werden.

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Einblicke in die Forschung: Energie

Salz, Beton und Druckluft: Speicher liefern Energie auf Wunsch

Solar- und Windkraftwerke richten sich selten genau nach dem Bedarf der Stromkunden. Daher sind günstige und effiziente Energiespeicher der Schlüssel für eine zuverlässige Versorgung mit regenerativ erzeugtem Strom. Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickeln Wärme- und Druckluftspeicher für die Energieversorgung der Zukunft.

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Einblicke in die Forschung: Energie

Siebe für das Kohlendioxid

Fossile Kraftwerke werden voraussichtlich noch lange Zeit ein Grundpfeiler der weltweiten Energieversorgung sein. Als wichtiges Element im Kampf gegen den Klimawandel könnte sich daher die Abtrennung und Speicherung von Kohlendioxid aus den Abgasen von Kohle- oder Gaskraftwerken erweisen. Damit dies mit möglichst geringem Energieaufwand gelingen kann, entwickeln Forscher in der Helmholtz-Allianz MEM-BRAIN unter Federführung des Forschungszentrums Jülich Membranen aus Polymer- und Keramikmaterialien.

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Einblicke in die Forschung: Energie

Wendelstein 7-X schreitet voran

Einer der wichtigsten Industrieaufträge zum Bau der Fusionsanlage Wendelstein 7-X wurde im Mai 2010 abgeschlossen: die Herstellung der fünfzig supraleitenden Magnetspulen. Der Auftrag für dieses technologische Kernstück des Experiments, das zurzeit im Teilinstitut Greifswald des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP) entsteht, war die bisher größte Einzelbeschaffung in der Geschichte des Instituts.

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Einblicke in die Forschung: Energie

Mehr Licht für Tandemzellen

Eine Solarzelle nutzt immer nur einen Teil des Sonnenspektrums, setzt also nur ganz bestimmte Farben (Frequenzen) in Strom um. Was liegt also näher, als unterschiedliche Solarzellen aufeinanderzu stapeln, um einen größeren Anteil des Lichts in Strom umzuwandeln? Dieser Ansatz wird beim Bau von Tandemzellen verfolgt, die aus einer Topzelle und einer Bottomzelle bestehen.

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Einblicke in die Forschung: Energie

Brennstoffzelle im Dauerlauf

Sie läuft und läuft und läuft. Mit 25.000 Stunden hat die Jülicher Hochtemperatur-Brennstoffzelle im Juni 2010 einen neuen Langlauf-Weltrekord erreicht. Gute Voraussetzungen, um künftig nicht nur Autos oder Laptops mit Strom zu versorgen, sondern auch Eigenheime und industrielle Prozesse. Denn Brennstoffzellen sind heiße Kandidaten für eine künftige, auch stärker dezentrale Energieversorgung.

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Einblicke in die Forschung: Energie

Modelle für die Energie aus der Tiefe

Wenn die GFZ-Forscher aus mehreren Kilometern Tiefe Erdwärme an die Oberfläche holen, um elektrischen Strom zu erzeugen und Heizenergie zu liefern, stoßen sie im Wortsinn in unbekannte Regionen vor. Niemand weiß genau, wie es in der Tiefe aussieht, welche Risse und Spalten es dort gibt und wie das Geothermie-Kraftwerk den Untergrund verändert.

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Einblicke in die Forschung: Energie

Stroh tanken

Pflanzliche Reststoffe wie Stroh oder Holzspäne lassen sich zu hochwertigen Treibstoffen verarbeiten, dies haben Forscher des KIT bereits vor einigen Jahren im kleintechnischen Maßstab gezeigt. Die Ökobilanz solcher Synthesekraftstoffe fällt erheblich besser aus als bei Treibstoffen aus Rapsöl oder anderen Energiepflanzen, für die eigene Anbauflächen reserviert, gedüngt und bewässert werden.

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11.06.2013