Biomasse
Zur Biomasse wird die gesamte organische Materie gezählt und deshalb gehört sie zu den nachwachsenden Rohstoffen. Grundstock zur Bildung der Biomasse ist die von den Pflanzen betriebene Photosynthese. Zur Biomasse gehören alle lebenden Pflanzen sowie die von den Pflanzen abgeleitete organische Substanz u.a. Mikroorganismen und Tiere. Allerdings werden auch tote organische Substanzen wie z.B. Laub, Stroh sowie abgestorbenes Holz und vieles mehr dazu gezählt. Fossile Energieträger, die aus Biomasse entstanden sind wie z.B. Erdgas, Erdöl, Torf und Kohle gehören nicht dazu. Biomasse wird jährlich in riesigen Mengen von der Natur produziert, allerdings nutzen die Menschen nur einen kleinen Teil davon als Nahrungsmittel, nachwachsenden Rohstoff oder Futtermittel zur Bioenergie.
Voraussetzung zur Bildung des Hauptteils der Biomasse ist die Photosynthese. Betrieben wird sie hauptsächlich von den Pflanzen und einigen Lebewesen wie z.B. Cyanobakterien. Es ist die Basis der so genannten Nahrungspyramide. In den grünen Cloroplasten der Pflanzen wird Sonnenenergie absorbiert und in der Biomasse als chemische Energie gespeichert. Das geschieht mit Hilfe von Kohlendioxid aus der Luft, dem Wasser oder anderen Nährstoffen, um die organischen Verbindungen wie z.B. Fette, Proteine und Kohlenhydrate (Zucker) zu synthetisieren. Den größten Teil der Biomasse macht Zucker aus und deshalb wird die chemische Reaktion bei der Photosynthese mit dem häufigsten Produkt, Monosaccharid Glucose, dargestellt. Obwohl die Pflanzen von den Primärkonsumenten gefressen werden, ist nur ein kleiner Teil der Pflanzen als Nahrung geeignet. Deshalb stellen die Konsumenten einen geringen Teil der Biomasse dar. Einen großen Teil der Biomasse macht die tote Biomasse, auch Bestandsabfall genannt, aus. Dazu gehören alle abgestoßenen sowie abgestorbenen Pflanzenteile wie z.B. abgebrochene Zweige, Äste, gefallenes Laub und Früchte. Ganze Bäume können auch absterben. Auch die tote Biomasse dient weiteren Lebewesen u.a. Bakterien, Insekten etc. als Nahrung. Sie führen zum Abbau der Biomasse, so dass der Kreislauf wieder geschlossen wird. Dabei wird auch der als Kohlendioxid aufgenommene Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre abgegeben.
Hauptsächlich besteht die Biomasse aus Kohlenhydraten, meistens Zucker, die als Energiespeicher der Pflanzen dienen. Als Baustoff der Zellmembran und als Speichersubstanz sind Fette ein weiterer wichtiger Bestandteil sowie die Proteine, die eine zentrale Funktion bei den Pflanzen und Tieren erfüllen. Auch in der Biomasse enthalten sind Nukleotide, Lignin und vieles mehr. Die lebenden Pflanzen bestehen hauptsächlich aus Kohlenhydraten und Cellulose. Holz wird von mehrjährigen Pflanzen gebildet und besteht aus Lignocellulose. Bei den abgestorbenen Pflanzen werden die Fette, Proteine sowie Monosaccharide schnell wieder abgebaut. Cellulose sowie Lignocellulose sind sehr schwer abbaubar.
Schwer abzuschätzen ist die Gesamtmenge der Biomasse auf der Erde. Es gibt dazu viele widersprüchliche Angaben. Allein an landwirtschaftlichen Abfällen gibt es jährlich geschätzte zehn bis 14 Kubikkilometer, welches ungefähr 42,5 Tonnen neuer Biomasse entspricht. Die jährlich von den Wäldern produzierte Biomasse enthält in etwa das 25fache an Energie des pro Jahr geförderten Erdöls. Eine 80 Jahre alte Buche, die etwa 25 Meter hoch ist, erzeugt als lebender Baum den Sauerstoffbedarf für 10 Menschen. Als Trockenmasse enthält sie in etwa 12 Tonnen Holz und sie bindet zirka 6 Tonnen Kohlenstoff oder 22 Tonnen Kohlendioxid. Das Holz dieser Buche hat eine Energiemenge, die in etwa der Energiemenge von 6000 Litern Heizöl entspricht.
Das Biomassepotenzial der Erde, welches theoretisch nutzbar wäre, entspricht einem Energieinhalt von knappen 3000 Exajoule. Genutzt werden könnten technisch gesehen davon jährlich etwa 1200 Exajoule, nach Abzug aller Möglichkeiten bleiben etwa 800 Exajoule, die in jedem Fall genutzt werden könnten. An Primärenergie u.a. Erdgas, Erdöl, Kohle, Atomenergie sowie Erneuerbare Energien werden derzeit weltweit jährlich in etwa 500 Exajoule verbraucht. Die Energie, die für die erzeugten Nahrungsmittel der Erdbevölkerung pro Jahr aufgewandt wird, entspricht etwa 20 Exajoule. Die Reste der Nahrungsmittel, die nicht verwendbar sind u.a. Stängel und Hülsen, die einem theoretischen Energieinhalt von etwa 60 Exajoule besitzen, werden verbrannt. Allein die verbrannte Biomasse aus restlichen Nahrungsmittelprodukten entspricht zirka zwei Gigatonnen. Diese wären als 38 Exajoule energetisch jährlich nutzbar. Allerdings ist es für den Menschen aus technischen, ökologischen sowie ökonomischen Gründen nur möglich einen kleinen Teil der Biomasse zur Nutzung zu erschließen.
Die Biomasse ist für den Menschen als Energieträger, Rohstoff sowie als Lebens- und Futtermittel wichtig. Auch im Ökosystem unserer Erde spielt die Biomasse eine bedeutende Rolle u.a. speichert die Biomasse riesige Mengen des Kohlendioxids (CO2) und ist deshalb für unser Klima sehr wichtig. Beeinflusst werden von den Menschen in etwa 30 bis 40 Prozent der Nettoproduktion der Biomasse der Erde, um damit die Bedürfnisse nach Nahrungsmitteln und Energie zu befriedigen. Zu den Vorteilen der Biomasse gehört, dass bei einer gezielten Nutzung der nachwachsenden Rohstoffe, der so genannten Nawaros, die Rohstoffressourcen u.a. Erdöl geschont werden. Dadurch kann die ökonomische sowie politische Abhängigkeit von Staaten mit großen Erdölvorkommen sinken. Außerdem ermöglichen die Erneuerbaren Energien, die aus Nawaros hergestellt werden, eine CO2-neutrale oder sogar CO2-ärmere Erzeugung von Energie u.a. Bioenergie oder Biokraftstoff.
Allerdings bestehen auch viele Nachteile, da in die Ökosysteme eingegriffen wird. Bei der Ausweitung der Nutzung der Biomasse können ganze Ökosysteme zerstört werden und z.B. bei einer Brandrodung können riesige Mengen an CO2 freigesetzt werden. Es kann zu einer Nutzungskonkurrenz durch die zunehmende energetische Nutzung kommen u.a. wenn Getreide statt zur Lebensmittelproduktion zur Herstellung von Treibstoff genommen wird. Zur landwirtschaftlichen Biomasseerzeugung werden vermehrt Düngemittel eingesetzt, die das Grundwasser verunreinigen und zu Treibhausgasemissionen führen. Außerdem können durch den Pestizideinsatz Schäden an der Gesundheit sowie der Umwelt entstehen. Die Trinkwasserversorgung kann nicht mehr sichergestellt werden, wenn durch die Ausweitung der landwirtschaftlichen Flächen die Wasserressourcen verbraucht werden. Außerdem werden bei der Verbrennung von Holz sowie fester Biomasse, sollten keine speziellen Maßnahmen getroffen werden, höhere Schadstoffemissionen freigesetzt als bei Gas oder Öl.
In Deutschland dient die Nutzung der Biomasse hauptsächlich zur Produktion von Lebens- und Futtermitteln oder als nachwachsender Rohstoff zur klassischen Verwendung als Brennholz sowie zur stofflichen Nutzung. Durch das EEG, Erneuerbare-Energie-Gesetz, wird die Biomasse in Deutschland verstärkt zum Einsatz zur Stromerzeugung genutzt und zwar durch Verbrennung in Biomasseheizwerken oder Biomasseheizkraftwerken sowie durch die Vergärung in den Biogasanlagen. Die Biomasseverordnung schreibt eine exakte rechtliche Definition der Biomasse vor. Durch die Biomassestrom-Nachhaltigkeitsverordnung soll die Nachhaltigkeit sichergestellt werden. Auch zur Herstellung sowie zum Gebrauch von Biokraftstoffen wird die Biomasse energetisch verwendet. Durch das EEWärmeG, Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz, soll eine Bereitstellung von Wärme zum Heizen von Gebäuden gewährleistet werden. Eine weitere Option ist die Nutzung der Biomasse als u.a. Pelletheizung oder Hackschnitzelheizung. Die Nutzung von Stroh und Holz zum Heizen hat sich in den letzten zehn Jahren verdreifacht und die Produktion von Biogas hat sich verfünffacht. Inzwischen entspricht die Stromerzeugung aus Biomasse der Menge der Stromerzeugung aus Wasserkraft.