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Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag

Informationen zur Untersuchung

Nachhaltige Potenziale der Bioökonomie - Biokraftstoffe der 3. Generation

Themenbereich: Energie, Ressourcen, Umwelt
Analyseansatz: Monitoring
Themeninitiative: Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung
Status: abgeschlossen
Laufzeit: 2016 bis 2018

Gegenstand und Ziel der Untersuchung

Die sichere, ausreichende, bezahlbare und ökologisch vernünftige Versorgung mit Energie ist eine große Herausforderung, nicht zuletzt mit Blick auf das von Deutschland verfolgte Ziel, bis 2050 eine weitgehende Klimaneutralität zu erreichen. Für die Erreichung dieses Ziels spielt der Energieverbrauch im Verkehrssektor eine wichtige Rolle. So trägt der Verkehr insgesamt zu etwa einem Fünftel der gesamten Treibhausgasemissionen Deutschlands bei, woran der Straßengüterverkehr durch Lkw einen Anteil von etwa 35 % hat. Schwere Lkw mit hohen Fahrleistungen stellen einen potenziell großen Hebel dar, um durch Modifikation vergleichsweise weniger Fahrzeuge einen wichtigen Beitrag für die Reduzierung der Treibhausgasemissonen des Verkehrs zu leisten. Da aus Algen Kraftstoffe erzeugt werden können, die als Dieselsubstitute in reiner Form oder mit Diesel gemischt ohne große Anpassung der Infrastruktur in Lkw einsetzbar wären, könnte dies interessante Möglichkeiten eröffnen, die bisherige Abhängigkeit des Lkw-Verkehrs von fossilen Kraftstoffen zu mindern.

Der im Rahmen des TAB-Monitorings »Nachhaltige Potenziale der Bioökonomie – Biokraftstoffe der 3. Generation« erstellte Bericht legt den Fokus auf das Potenzial algenbasierter Kraftstoffe für den LKW-Verkehr. Ungeachtet dieser Fokussierung werden jedoch auch andere Kraftstoffe und ihre jeweiligen Antriebsysteme angesprochen, um so die potenzielle Rolle von Algenkraftstoffen für Lkw im Hinblick auf Minderungen in den Treibhausgasemissionen im Verkehr in Relation zu diesen anderen Technologiepfaden abwägen zu können.

Zentrale Ergebnisse

Algenbiomasse kann auf verschiedenen Wegen zu Biokraftstoffen weiterverarbeitet werden. Der am intensivsten untersuchte Kraftstoffpfad ist die Nutzung der in den Algen enthaltenen Öle bzw. Lipide, die sich in herkömmlichen Raffinerien zu Kraftstoff verarbeiten lassen. Für die Gewinnung der Algenöle muss die Algenbiomasse zunächst gesammelt und getrocknet werden. Für Ernte, Trocknung und Ölextraktion sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, die technisch anspruchsvoll und sehr energieintensiv sind. Dies bedeutet, dass die für die Kraftstoffherstellung notwendige Energie den Energiegehalt des gewonnenen Kraftstoffes übersteigen kann. Ein großes Hindernis für die Wettbewerbsfähigkeit algenbasierter Biokraftstoffe sind zudem die Produktionskosten der Algenbiomasse, die – je nach Produktionssystem – auf 500 bis sogar 100.000 Euro/t geschätzt werden. Im Vergleich dazu liegt das Erzeugerpreisniveau für Raps (ca. 330 Euro/t) und für Weizen (ca. 170 Euro/t) deutlich darunter. Die Kosten der Weiterverarbeitung der Algenöle zu Kraftstoffen sind hingegen grundsätzlich mit denen anderer Biokraftstoffe auf Basis von Pflanzenölen vergleichbar.

Betrachtet man das Potenzial algenbasierter Biokraftstoffe für eine Dekarbonisierung des Straßengüterverkehrs, so zeigen sich auf der einen Seite die theoretischen Vorteile dieser Technologie. Die höhere Flächenproduktivität gegenüber der Erzeugung pflanzenbasierter Rohstoffe und die Möglichkeit, auf Standorten zu produzieren, die nicht in Konkurrenz zur Erzeugung von Nahrungsmitteln oder dem Naturschutz stehen, helfen dabei, unerwünschte Nebenwirkungen von Biokraftstoffen abzumildern. Auf der anderen Seite zeigt sich aber auch, dass algenbasierte Biokraftstoffe unter den derzeit als plausibel angenommenen Produktionsoptionen auf kurz- und mittelfristige Sicht keinen Beitrag für einen klimaneutralen Verkehr leisten können. Zu konstatieren ist somit, dass ein spürbarer Beitrag zur Verbesserung der THG-Bilanz des Straßengüterverkehrs bis 2050 von algenbasierten Biokraftstoffen wohl nicht erwartet werden kann. Hierfür wären wissenschaftlich-technische Durchbrüche und Prozessinnovationen vonnöten, die derzeit nicht absehbar sind. Für eine großtechnische und aus Nachhaltigkeitsperspektive sinnvolle Erzeugung algenbasierter Kraftstoffe sind wesentliche Fortschritte insbesondere hinsichtlich ihrer Energiebilanz erforderlich. Die gezieltere Auswahl von Algenarten sowie Prozessinnovationen bei der Extraktion der Algenöle und der Weiterverarbeitung zu Kraftstoffen sind hier Ansatzpunkte.

Der Vergleich mit anderen Kraftstoffen zeigt, dass die Herausforderungen vor allem bei der Produktion der Algenbiomasse bestehen. In technischer Hinsicht gibt es zwar auch aufseiten der Kraftstoffproduktion noch spezifischen Entwicklungsbedarf, der eigentliche Engpass ist jedoch die hierfür notwendige Massenproduktion von Algen. Um sich den theoretischen Potenzialen der Algentechnologie in der Praxis sinnvoll anzunähern, wird derzeit eine möglichst umfassende Verwertung der Algenbiomasse in Bioraffinerien angestrebt und intensiv beforscht. Hierbei steht die Erzeugung hochpreisiger algenbasierter Produkte mit hohem Vermarktungspotenzial (z. B. Nahrungsergänzungsmittel, Kosmetika, chemische Verbindungen) im Vordergrund. Dieser Ansatz, in dem die Kraftstoffproduktion ein nachgeordneter Aspekt ist, könnte ggf.die Kosten der Erzeugung von Algenbiomasse auf ein marktfähiges Niveau senken.

Als zweite Möglichkeit ist die Nutzung von Abwässern als Nährmedien für die Algenzucht interessant. Die sich hier ergebenden Synergien zwischen Nährstoffbereitstellung und Abwasserreinigung könnten ein Weg für eine langfristige Kostensenkung der Algenkraftstoffproduktion sein. Allerdings resultieren aus der komplexen und vielgliedrigen Prozesskette von der Zucht der Algenbiomasse bis zur Herstellung der algenbasierten Produkte noch zahlreiche Forschungsfragen, für deren Beantwortung vor allem die Förderung von Pilotanlagen sinnvoll erscheint, um die verfügbaren modelltheoretischen Überlegungen in der wissenschaftlichen Literatur mit realen Betriebsdaten zu unterlegen.

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