Im Jahr 2006 verbrannten die Amerikaner täglich 20,6 Millionen Barrel Erdöl. Das sind mehr als 865 Millionen Gallonen Öl. Es befeuert Ihren Pendelverkehr. Es treibt Fabriken an. Es ist die Grundlage der Weltwirtschaft. Doch Rohöl ist endlich. Es dauert zehn Millionen Jahre, bis sich aus uralten Meereslebewesen herausbildet. Wir verbrauchen es viel schneller, als die Natur es schafft.
Die Produktion wird ihren Höhepunkt erreichen. Das Angebot wird schrumpfen. Experten sind sich nicht einig, wann. Manche sagen, es sei bereits geschehen. Andere sagen bald. Das Ergebnis ist das gleiche. Wir stehen vor einer drohenden Energiekrise. Was passiert, wenn der Tank trocken läuft?
Der Energiesektor gibt Milliarden aus, um Alternativen zu Benzin zu finden. Neue Kraftstoffe müssen mehr als nur Strom liefern. Wir brauchen saubere Optionen, um Treibhausgase zu stoppen. Wir brauchen Bezahlbarkeit. Wir brauchen wirtschaftliche Stabilität. Der Übergang muss schnell erfolgen. Wir können uns ein oder zwei Jahrzehnte der Stagnation nicht leisten.
Dies erfordert einen Wundertreibstoff. Doch einer zeichnet sich ab. Nach nur wenigen Jahren der Forschung ist ein Kandidat aufgetaucht. Es erfüllt jede Anforderung.
Ethanol ist der Schlüssel. Es handelt sich um Ethylalkohol. Es stammt aus pflanzlichen Kohlenhydraten. Wissenschaftler wussten seit Jahrzehnten um sein Potenzial. Das Problem war, es billig und effizient zu machen. Das hat sich kürzlich geändert.
Geben Sie Switchgrass ein. Dieses Gras wächst schnell. Es gedeiht in den USA. Es wächst in Kanada. Es verbreitet sich in Mittel- und Südamerika. Auch Teile Afrikas sind geeignet. Wenn der aktuelle Trend anhält, könnte Rutenhirse Ihr Auto innerhalb von zwanzig Jahren betanken. Wie wird Gras zu Treibstoff?
Die Antwort liegt in der sonnigen Vorhersage für Rutenhirse.
Die meisten Biokraftstoffforschungen waren eine Sackgasse. Wir haben uns Hühnerfett angesehen. Wir haben Holzspäne angestarrt. Das Ergebnis? Ein düsteres Nettoenergieverhältnis. Du investierst mehr Energie, als du zurückbekommst. Und die Kosten? Steil. Die Gewinnung aus pflanzlichen und tierischen Quellen ist derzeit zu teuer, um an der Zapfsäule konkurrenzfähig zu sein.
Dann gibt es Rutenhirse.
Die Daten verschieben sich. Die Zahlen verbessern sich weiter. Es sieht aus wie das Original.
Das Gras, das von selbst wächst
Rutenhirse ist nicht exotisch. Es handelt sich um eine in Amerika heimische Staude. Es gedeiht auf offenen Ebenen. Es ist schwierig. Winterhart. In einigen Regionen ist es praktisch invasiv.
Eine dreijährige Studie in North Dakota (veröffentlicht 2005) lieferte uns harte Zahlen. Wenn man sie alleine ließe, lieferten bestimmte Sorten einen Ertrag von über sieben Tonnen Biomasse pro Hektar. Biomasse ist lediglich das geerntete Pflanzenmaterial. Niederschlag und Bodenart beeinflussten die genaue Tonnage. Aber sieben Tonnen? Das ist erheblich.
Es braucht nicht viel Hilfe. Trockenheitsresistent. Minimaler Dünger.
Denken Sie darüber nach, was das für den Einsatz fossiler Brennstoffe bedeutet. Traktoren verbrennen Diesel. Bewässerungspumpen verbrauchen Strom. Die Düngemittelproduktion ist energieintensiv. Weniger von allen dreien bedeutet, dass weniger fossile Brennstoffe verbraucht werden. Weniger Kosten. Weniger Treibhausgasemissionen.
Befürworter argumentieren, dass dies auch die Energiesicherheit der USA erhöht. Warum Kraftstoff importieren, wenn man ihn in Amerika anbauen kann?
Von Zellulose zu Ethanol
Der Treibstoff ist hier Zellulose-Ethanol. Es beginnt mit dem Rohstoff Rutenhirse – dem rohen Pflanzenmaterial.
Der Prozess zersetzt Zellulose. Das ist der strukturelle Bestandteil pflanzlicher Zellwände. Sobald Sie die Zellulose in Grundbestandteile zerlegt haben, fügen Sie Hefe hinzu. Es findet eine Gärung statt. Du bekommst Alkohol. Verfeinern Sie es. Sie haben Ethanolkraftstoff.
Das Wertversprechen ist einfach: Mehr Zellulose bedeutet mehr Ethanol. Rutenhirse besteht zu etwa 70 % aus komplexen Kohlenhydraten. Zellulose.
Es gibt einen Bonus. Lignin. Dieses Nebenprodukt entsteht, wenn Wasser aus Cellulose entfernt wird. Es ist vielversprechend. Wenn Lignin die Ethanolproduktionsanlagen antreiben kann, wird der Prozess autark. Der Treibstoff macht den Treibstoff.
Die Energiemathematik
Michael Wang vom Argonne National Laboratory hat die Zahlen ermittelt. Er verfolgte alles von der Düngemittelproduktion bis zur Ethanolverteilung.
Sein Befund war krass. Eine Einheit Energieinput erzeugte zehn Einheiten Output.
Vergleichen Sie das mit Mais-Ethanol. Switchgrass gewinnt leicht.
Vergleichen Sie das mit Benzin. Benzin hat ein Energieverhältnis von 0,81. Du investierst mehr Energie, als du herausbekommst. Es ist ein Nettoverlust.
Wang befasste sich auch mit den Emissionen. Für die Herstellung von Switchgrass-Ethanol sind möglicherweise 70 % weniger fossile Brennstoffe erforderlich als für Benzin. Und E85-Ethanol – eine Mischung aus 85 % Ethanol und 15 % Benzin – stößt 86 % weniger Treibhausgase aus als reines Benzin.
Es klingt perfekt. Alles stimmt überein.
Warum ist es also nicht in Ihrem Tank?
Der Veredelungsprozess ist theoretisch einfach. Relativ gesehen. Aber die Realität ist chaotischer. Die Herstellung von Ethanol aus Rutenhirse steht vor besonderen, hartnäckigen Herausforderungen. Die Destillation ist nicht das Problem. Die Schwierigkeit liegt woanders.
Auf der nächsten Seite werden wir näher darauf eingehen, warum die Destillation von Ethanol aus diesem Gras so schwierig ist.
Das Versprechen der Rutenhirse als zukünftiger Energiesparer wächst, aber „Zukunft“ leistet hier viel Schwerstarbeit. Derzeit ist die Gewinnung von Zellulose aus der Anlage ein logistischer und finanzieller Albtraum.
Den Abbau übernehmen Enzyme. Diese biologischen Katalysatoren verdauen komplexe Kohlenhydrate und spucken Zellulose und Kohlendioxid aus. Der Haken? Sie sind teuer. Allein für die Enzyme müssen Sie mit etwa 20 Cent pro Gallone gereinigtem Ethanol rechnen. Die Gärung macht dem Ganzen einen weiteren Strich durch die Rechnung. Hefe benötigt einen eigenen, spezifischen Enzymcocktail, was die Kosten weiter in die Höhe treibt.
Albert Kausch, ein Pflanzengenetiker, hat diese Realität bereits 2006 mit einem Preisschild versehen. Nach aktuellen Methoden wird Zellulose-Ethanol auf 2,70 US-Dollar pro Gallone geschätzt. Günstiger als Benzin, klar. Aber Kausch ist der Meinung, dass es näher bei 1,00 $ liegen sollte. Wie? Durch die Entwicklung billigerer Enzyme. Idealerweise benötigen wir ein einziges Enzym, das sowohl die Zellulose abbauen als auch das Ethanol fermentieren kann. Ein Werkzeug. Zwei Jobs. Kein Abfall.
Die Logistik korrosiver Brennstoffe
Ebenso schwierig ist es, den Kraftstoff von der Raffinerie zur Pumpe zu bringen. Ethanol zerfrisst Metalle. Es ist ätzend. Sie können es nicht durch dieselben Pipelines leiten, die auch für Öl und Erdöl verwendet werden.
Also transportieren Sie es. Große Tankwagen. Dies tötet das Energieverhältnis. Sie verbrennen fossile Brennstoffe, um den Brennstoff selbst zu transportieren. Der Nettoenergiegewinn schrumpft.
Michael Wang vom Argonne National Laboratory sieht eine Lösung. Schienensysteme. „Wenn man es im Mittleren Westen verfeinert und in den Westen transportiert, ist der Transport ein Problem“, bemerkt Wang. Nutzen Sie auf lange Sicht die Schiene. Kurze Wege? LKWs sind in Ordnung. Der Energieeinschlag ist dort vernachlässigbar. Aber querfeldein? Nur die Schiene kann verhindern, dass die Energiebilanz zusammenbricht.
Landgrenzen und Ertragsziele
Es gibt nicht genug Land für eine vollständige Übernahme von Switchgrass. Eine Analyse der University of Tennessee untersuchte die harten Zahlen. Sie berücksichtigten auch die Ernterückstände der Rutenhirse – die Stängel, Samen und Reste nach der Ernte.
Das Ergebnis? 153 Millionen Trockentonnen pro Jahr. Das ist das Maximum. Was bringt uns das? Eine Reduzierung des jährlichen Benzinverbrauchs in den USA um 5,3 Prozent. Das ist es.
Präsident George W. Bush wollte bis 2017 35 Milliarden Gallonen erneuerbaren Kraftstoffs produzieren. Diese Produktion bleibt weit hinter diesem Ziel zurück. Im Vergleich zum nationalen Verbrauch ist das ein Tropfen auf den heißen Stein.
Jason Grumet von der National Commission on Energy Policy (NCEP) vertritt einen anderen Standpunkt. Technologie. Er schlägt vor, Rutenhirse-Sorten mit höheren Erträgen pro Hektar zu züchten. Wenn wir den Ertrag steigern können, steigt die Effizienz der Ethanolproduktion um ein Drittel. Und wenn wir das mit einer Verdoppelung der Kraftstoffeffizienz der Fahrzeuge verbinden? Die Mathematik beginnt zu funktionieren.
Wer bezahlt den Traum?
Das Geld ist da. Große Spieler wetten groß.
BP Amoco spendete 500 Millionen US-Dollar an die University of California – Berkeley und die University of Illinois – Champaign für eine gemeinsame Forschungseinrichtung. Chevron spendete der University of California – Davis 25 Millionen Dollar und der Georgia Tech 12 Millionen Dollar. Das US-Energieministerium übergab 125 Millionen US-Dollar an das Oak Ridge National Laboratory.
Es handelt sich nicht nur um Wohltätigkeitsorganisationen. Diese Unternehmen wollen staatliche Hilfe. Sie fordern Investitionsgarantien und Steuererleichterungen. Sie brauchen Finanziers, die sich sicher fühlen, Geld in die Zellulosetechnologie zu stecken.
Die Begeisterung ist spürbar. Die öffentliche Unterstützung ist hoch. Geld fließt. Man kann sich leicht eine Welt vorstellen, in der in ein paar Jahrzehnten Rutenhirse Ihren Tank füllt.
Doch es bleiben Skeptiker. Einige bezweifeln, dass das Gras liefern kann. Andere machen sich Sorgen über die Konsequenzen, wenn es dazu kommt.
Kritik an Biokraftstoffen
Der Showdown zwischen Switchgrass und Corn Ethanol
Der Kampf um die Zukunft der Biokraftstoff-Rohstoffe verschärft sich. Es geht um Mais gegen Rutenhirse, und die Einsätze sind regional. Da die Geographie vorgibt, was wo wächst, haben viele Gebiete ein begründetes Interesse daran, welche Ernte erfolgreich ist. Wenn man sich die harten Zahlen ansieht – Produktionskosten, Energieverhältnisse und Treibhausgasemissionen – kann Ethanol auf Maisbasis einfach nicht mit Ethanol aus Rutenhirse konkurrieren.
Die Prozesse sind unterschiedlich. Mais-Ethanol verwendet nur das Getreide. Wissen Sie, der Teil, den Menschen essen. Der Rest ist Verschwendung. Ironischerweise könnte dieser Abfallrückstand theoretisch für Zellulose-Ethanol verwendet werden, kommerziell wird er jedoch entsorgt. Switchgrass geht einen anderen Weg. Es verarbeitet die gesamte Pflanze oder zumindest die wesentlichen Faserteile, die Mais ignoriert.
Landnutzungs- und Ertragseffizienz
Der Flächenbedarf begünstigt das mehrjährige Gras. In Iowa, wo der Boden überdurchschnittlich hoch ist, werden pro Acre etwa 4,8 Tonnen Mais geerntet. Das ist anständig. Eine Studie aus North Dakota aus dem Jahr 2005 zeigte jedoch, dass Rutenhirse einen Ertrag von rund sieben Tonnen pro Acre liefert. Noch wichtiger ist, dass Rutenhirse keinen erstklassigen Mutterboden benötigt. Es gedeiht auf marginalem Land.
Das Oak Ridge National Laboratory hat die Berechnung durchgeführt, um dies zu vergrößern. Ihr Bericht kam zu dem Schluss, dass für die Betankung von 50 % der US-Fahrzeuge mit Ethanol 180 Millionen Hektar Rutenhirse erforderlich wären. Das sind 40 % der gesamten US-Agrarfläche. Das klingt nach einem riesigen Stück Erde.
Jason Grumet von der National Corn to Ethanol Progress Coalition hat einen Kontrapunkt. Er glaubt, dass durch stetige Fortschritte in Forschung und Entwicklung dieser Landbedarf innerhalb von 20 bis 30 Jahren auf 30 Millionen Acres sinken könnte. Diese Zahl ist von Bedeutung, da sie in etwa der Fläche im Conservation Reserve Program (CRP) entspricht.
Die Kontroverse um das Naturschutzgebietsprogramm
Das CRP bezahlt Landwirte dafür, dass sie Land brachliegen lassen. Es reduziert die Auswirkungen der Landwirtschaft auf die Umwelt. Grumets Argumentation impliziert, dass wir auf diesem bestehenden Brachland Treibstoff anbauen könnten. Kritiker sehen das anders.
Skeptiker weisen darauf hin, dass CRP-Flächen gerade deshalb stillgelegt werden, weil dort keine hochwertigen Pflanzen erzeugt werden können. Wenn große Energiekonzerne anfangen, Geld in die Rutenhirseproduktion zu pumpen, wird ihr Ziel der maximale Ertrag sein. Ein hoher Ertrag erfordert einen guten Boden. Daher könnten Unternehmen letztendlich Ackerland gegenüber Grenzland bevorzugen.
Dadurch entsteht ein direkter Konflikt. Die Energieproduktion könnte die Nahrungsmittelproduktion kannibalisieren.
Nahrung vs. Kraftstoffdynamik
Wir nutzen bereits einen kleinen Teil der Nahrungspflanzen als Treibstoff. Wenn Biokraftstoffe zu unserer primären Energiequelle werden, verschärft sich der Wettbewerb um Land. Dr. Eric Holt-Gimenez vom Institut für Ernährungs- und Entwicklungspolitik warnt vor den wirtschaftlichen Auswirkungen.
Wenn die Kraftstoffpreise steigen, folgen auch die Lebensmittelpreise. Es geht um Produktions- und Transportkosten. Holt-Gimenez argumentiert, dass die Beziehung wechselseitig ist, wenn Nahrung und Energie um dasselbe Land konkurrieren. Die Lebensmittelpreise könnten die Energiekosten in die Höhe treiben, ebenso wie die Energiekosten die Lebensmittelkosten in die Höhe treiben.
Es gibt auch ein humanitäres Anliegen. Überschüssige Nahrungsmittelprogramme für hungrige Länder könnten versiegen. Warum? Denn überschüssige Lebensmittel lassen sich leichter in Biomasse für Ethanol umwandeln als als Hilfsgüter zu transportieren.
Skepsis und Dynamik
Nicht jeder ist überzeugt. Einige Forscher halten den Hype um Zellulose-Ethanol für zu rosig. Sie berufen sich auf Studien, die ein niedrigeres Energieverhältnis als angegeben belegen. Die Zahl dieser Studien ist geringer. Sie erhalten weitaus weniger Aufmerksamkeit.
Das vorherrschende Narrativ ist optimistischer. Wenn Finanzierung und öffentliche Meinung ein Indikator dafür sind, ist die Entwicklung von Rutenhirse-Ethanol auf dem Vormarsch. Die Technologie ist noch nicht perfekt. Die Lieferkette ist im großen Maßstab noch nicht erprobt. Aber die Richtung ist klar.
Wir wechseln von einem Food-First-Modell zu einem Energy-First-Modell. Der Boden entscheidet darüber, welche Pflanzen wachsen. Der Markt wird entscheiden, welche Preisschilder haften bleiben. Der Ausgang bleibt ungewiss.
Die wahren Kosten für umweltfreundliches Benzin
Die Zahlen auf der Seite können leicht falsch interpretiert werden. Sie sehen ein Laborergebnis und denken, die Revolution sei da. Das ist es nicht.
Mais-Ethanol ist ein Nettoenergieverlierer, wenn man jeden vom Traktor verbrauchten Tropfen Diesel und jede Kilowattstunde, die die Brennerei anzündet, mitzählt. Die Energierendite ist gering. Randständig. Switchgrass verändert die Mathematik.
Es wächst auf Land, das Mais nicht berühren kann. Eine jährliche Neupflanzung ist nicht erforderlich. Man erntet es einmal, wartet zwei Jahre und erntet erneut. Das Root-System bleibt erhalten. Es hält Erde. Es bindet Kohlenstoff auf eine Art und Weise, wie es bei Reihenkulturen nie der Fall ist.
Warum Rutenhirse Mais schlägt
Die meisten Menschen gehen davon aus, dass alle Biokraftstoffe gleich sind. Das sind sie nicht.
Mais benötigt starken Stickstoffdünger. Dieser Dünger setzt Lachgas frei, ein weitaus wirksameres Treibhausgas als CO2. Rutenhirse? Es bindet seinen eigenen Stickstoff aus der Luft. Nach dem zweiten Jahr ist kein Dünger mehr erforderlich.
Ja, der Ertrag pro Hektar ist niedriger als der Stärkegehalt von Mais. Aber die Inputkosten liegen nahe bei Null. Sie kaufen nicht jedes Frühjahr Saatgut. Sie bestellen nicht jeden Herbst. Du mähst nur.
„Die Forschung von Switchgrass zielt darauf ab, Ethanol für den Antrieb von Fahrzeugen für 1 US-Dollar pro Gallone herzustellen.“ — Newswise, Dezember 2006
Dieser Preis ist keine Zauberei. Es ist Agronomie. Es ist Biologie. Es ist der Unterschied zwischen der Fütterung einer Maschine und der Fütterung eines Rasens.
Die Infrastrukturlücke
Zu wissen, dass es funktioniert, ist eine Sache. Eine andere Sache ist es, es in den Tank zu bekommen.
Wir haben keine Pumpen. Wir haben keine großen Lagersilos für Zellulose-Ethanol. Die heute existierenden Raffinerien sind für Mais gebaut. Sie sind heiß, sauer und zerbrechlich. Switchgrass ist härter. Ligninlastig. Es benötigt unterschiedliche Enzyme. Verschiedene Wärmeprofile.
Das Energieministerium investiert Geld in Forschung und Entwicklung. Das Oak Ridge National Laboratory knackt den Code zur enzymatischen Hydrolyse. Sie wollen Zellulose abbauen, ohne sie zu verbrennen. Ohne Verschwendung.
Aber die Politik bewegt sich langsamer als die Wissenschaft. Steuergutschriften begünstigen etablierte Kulturen. Die Maislobby hat tiefe Taschen. Switchgrass ist eine mehrjährige Pflanze in einer Welt der einjährigen Pflanzen.
Wo wächst es?
Nicht überall.
Es gedeiht in Randgebieten. Westliches North Dakota. Die Dakotas. Teile des Mittleren Westens, in denen die Maiserträge aufgrund der Bodenqualität sinken. Es konkurriert nicht mit der Nahrungsmittelproduktion, weil es kein Nahrungsmittel sein will.
In Brasilien funktioniert Zuckerrohr-Ethanol aufgrund des Klimas. In den USA haben wir Anbauflächen. Uns fehlt einfach die Verarbeitungskette.
Die strategische Erdölreserve liegt still und ist mit Rohöl aus geopolitisch instabilen Regionen gefüllt. Stellen Sie sich vor, Sie füllen diese Tanks mit Ethanol aus lokalem Rutenhirse. Bei der Energiesicherheit geht es nicht darum, mehr Öl zu finden. Es geht um die Entkopplung vom globalen Spotpreis.
Das Fazit
Ist es besser für die Umwelt?
Ja. Aber nicht, weil es „grün“ ist. Weil es effizient ist.
Mais-Ethanol spart vielleicht 20 % der Nettoenergie. Rutenhirse? Die Schätzungen liegen je nach Studie und Verarbeitungsmethode zwischen 200 % und 900 %. Wang vom Argonne National Lab zeigt erhebliche Treibhausgasreduzierungen. Lang von Cornell stand Mais skeptisch gegenüber. Er war nicht so hart im Gras.
Die Technologie ist vorhanden. Die Ernte existiert. Das Land existiert.
Wir müssen einfach aufhören, Getreide zu destillieren, und stattdessen mit der Destillation von Abfällen beginnen.
