Von Dr. Maja Berden Zrimec, Wissenschaftlerin und Autorin
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf Englisch veröffentlicht und automatisch mit KI-Software übersetzt.
Energie aus Biomasse (Bioenergie) ist heute eine der wichtigsten erneuerbaren Energiequellen. Es wird erwartet, dass sie in den nächsten Jahrzehnten eine wichtige Rolle beim Ersatz fossiler Brennstoffe in den globalen Energiesystemen und bei der Reduzierung der Treibhausgasemissionen spielen wird (1). Holz wird zunehmend als grüne, erneuerbare Energiequelle wahrgenommen (2), und die Industrie für seine Verarbeitung ist hoch entwickelt. Dennoch bleibt eine große Menge an forstwirtschaftlichen bzw. Holzabfällen ungenutzt. Im Allgemeinen wird davon ausgegangen, dass für jeden Kubikmeter Holz, der aus dem Wald entnommen wird, ein weiterer Kubikmeter Restholz oder Nachernteabfall anfällt (3-5).
Holz ist bereits eine grundlegende Energieressource für Milliarden von Menschen: Ein Drittel der Haushalte weltweit und zwei Drittel der Haushalte in Afrika verwenden Holz als Hauptbrennstoff zum Kochen, Heizen und Wassererhitzen (2). Die Produktion so genannter Holzbrennstoffe (Brennholz, Holzkohle, Pellets, Holzgas, Bioöl usw.) steigt kontinuierlich an und wird im Jahr 2020 fast 2 Mrd. m3 erreichen (6).
Wald- oder Holzabfälle
Von der weltweiten Produktion von aus Holz gewonnener Biomasse gehen 60 % in die Energieerzeugung, 20 % in industrielles „Rundholz“ und die restlichen 20 % sind Verluste aus der Primärproduktion, die auf den Feldern verrotten (3). Die Rückstände entstehen in drei Phasen: (1) Primäre (forstwirtschaftliche) Rückstände und Abfälle sind die Rückstände, die nach der Ernte des Rundholzes vor Ort verbleiben (4) – ein Teil davon wird als Brennholz gesammelt, (2) sekundäre Rückstände entstehen bei der Verarbeitung des Holzes zu Produkten, während (3) tertiäre Rückstände nach der Endnutzung der Holzprodukte entstehen (1). Zu den anfänglichen Verarbeitungsabfällen gehören Astschnitt und Rindenentfernung (etwa 12 % dieses Materials kommen im Werk an), Schwarten/Blöcke/weiterer Verschnitt (etwa 34 %) und Sägemehl (etwa 12 %) (3). Nach der Trocknung in der Darre tragen Hobelspäne (ca. 6 %) und Sägemehl/Besäumung (ca. 2 %) zur Gesamtabfallmenge bei (7). Über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg werden ca. In der gesamten Wertschöpfungskette gehen schätzungsweise 80 % der Masse der Waldbäume als Abfall verloren, wobei etwa 20 % des Holzes in Form von kammergetrocknetem Schnittholz enden (3).
Valorisierung der Reststoffe
Waldrestholz wird traditionell für die Energieerzeugung genutzt und gilt nach wie vor als die größte und wichtigste holzbasierte Biomassequelle für die künftige Biokraftstoffproduktion (8). Darüber hinaus gewinnen verschiedene hochwertige Bioprodukte mit geringem Volumen für die Industrie zunehmend an Bedeutung. Der Marktanteil von Biokunststoff hat ein großes Potenzial, und auch andere Endprodukte gewinnen an Interesse, darunter Bioschmierstoffe, Biolösungsmittel, Biotenside, Enzyme und Biopharmazeutika (8). Bei der Bioraffinerie zeichnen sich zwei Wege ab: (1) Vergasung von Biomasse und Herstellung von Biokraftstoffen (Diesel, Ethanol) und (2) Abtrennung von Produkten mit hohem Mehrwert, wobei die potentiellsten Biochemikalien Polymere sind (8).
Die Entscheidung über die vielversprechendsten Verfahren zur Umwandlung von Biomasse hängt von vielen Faktoren ab, u. a. von der Art und Menge der verfügbaren Biomasse, den gewünschten Endverwendungszwecken, den einschlägigen staatlichen Maßnahmen, Umweltstandards und wirtschaftlichen Bedingungen sowie von projektspezifischen Faktoren (9). Innerhalb der thermochemischen Umwandlungsverfahren (Verbrennung, Pyrolyse, Vergasung und Verflüssigung) kann die Verbrennung von Reststoffen in kleinen dezentralen Anlagen als die derzeit vielversprechendste Option für die Nutzung von Waldreststoffen angesehen werden (9). Andere Optionen sind mit technologischen Herausforderungen und ungewissen Investitionskosten verbunden. Integrierte Lösungen, wie die anaerobe Co-Vergärung von komplementären Substraten, können aufgrund ihres Energiepotenzials interessant sein (9). Innovationen werden insbesondere bei neuen Extraktionsmethoden für Hemizellulose oder Lignin und bei der Entwicklung neuer Enzyme erwartet (8).
Was ist der Grund für die Verzögerung?
Die Forstwirtschaft hat nur langsam in Technologien und neue Märkte für die Verwertung von Reststoffen investiert, was auf die schwache Marktanziehung, den hohen Kapitalbedarf und die risikoscheuen Strategien der wenigen etablierten Unternehmen zurückzuführen ist (8). Aus diesem Grund ist die Wertschöpfungskette für forstwirtschaftliche Reststoffe immer noch hauptsächlich hierarchisch und eher unterentwickelt (8). Unvorhersehbare und uneinheitliche politische Rahmenbedingungen sind das größte Hindernis für die Einführung der Bioraffinerie-Technologie (8). Eine Herausforderung ist auch der Mangel an Ressourcen für Investitionen in die Innovation neuer Produkte, da sich die meisten Entwicklungen auf die Verbesserung der traditionellen effektiven und effizienten Holzernte, das Sägen von Stämmen und die Verringerung der Abfallproduktion konzentrieren (8,9). Die Einrichtung von forstwirtschaftlichen Bioraffinerien erfordert auch eine Reihe anderer Fähigkeiten. Eine Möglichkeit sind industrielle Symbiosen oder Öko-Industrieparks, in denen Unternehmen ihre Kosten durch die Kaskadennutzung von Energie und die Nutzung von Nebenprodukten anderer Akteure sowie durch die Vermeidung von Transportkosten senken können (8). Glücklicherweise konkurrieren in letzter Zeit viele neue Unternehmen um die Biomasse, um sie zu einer Vielzahl von Produkten zu verwerten, so dass sich die Wertschöpfungsketten in Richtung Kreislaufwirtschaft und Nachhaltigkeit verlagern und die Industrie durch sektorübergreifende Zusammenarbeit grüner wird.
Quellen:
- Thiffault E., Beaulieu L.D.: Nutzung von Holzabfällen zur Energiegewinnung als Teil eines Übergangs zur Bioökonomie. FAO.
- FAO (2022): Werkzeugkasten für nachhaltige Waldbewirtschaftung (SFM).
- Tripathi N., Hills C.D., Singh R.S., Atkinson C.J. (2019): Nutzung von Biomasseabfällen in kohlenstoffarmen Produkten: Nutzbarmachung einer großen potenziellen Ressource. Nature Partner Journals, Climate and Atmospheric Science; doi: 10.1038/s41612-019-0093-5
- Kuhn A.C. (2021): Waldrest- und Abfallverwertung in einer Kreislauf-Bioökonomie: Bewertung nicht-energetischer Nutzungsalternativen im Holzversorgungsgebiet Fort St. John. MSc. Royal Roads Universität.
- Koopmans A., Koppejan J. (1997): Landwirtschaftliche und forstwirtschaftliche Rückstände – Erzeugung, Nutzung und Verfügbarkeit. FAO.
- FAOSTAT (2022): Forstwirtschaftliche Produktion und Handel.
- FAO (2022): Global Forest Resources Assessments webpage.
- Gregg J.S., Happel M.K., Andersen N.S. Tanner A.N., Bolwig S., Klitkou A. (2020): Valorisierung von Bioreststoffen in der Lebensmittel- und Forstwirtschaft zur Unterstützung einer Kreislauf-Bioökonomie: A review. Journal of Cleaner Production 267: 122093. Und die darin enthaltenen Referenzen.
- d’Espiney A., Marques I.P., Pinheiro H.M. (2021): Case Study: Pathways from Forest to Energy in a Circular Economy at Lafões. In: Forest Biomas, Gonçalves A.C., Sousa C. & Malico I. (Eds.), InTech Open; doi: 10.5772/intechopen.93070
