Biomasse

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Biomasse bezeichnet die Gesamtheit der Masse an organischem Material in einem definierten Ökosystem, das biochemisch synthetisiert wurde. Sie enthält also die Masse aller Lebewesen, der abgestorbenen Organismen (Detritus) und die organischen Stoffwechselprodukte. Etwa 60 Prozent der Biomasse der Erde wird durch Mikroorganismen dargestellt.

Biomasse wird als Frischgewicht oder Trockenmasse pro Kubikmeter Volumen oder pro Quadratmeter Erdoberfläche ermittelt.

Zuckerrohr

Inhaltsverzeichnis

[Bearbeiten] Herkunft

Primärproduzenten (Pflanzen) sind durch die Photosynthese in der Lage, aus für die Energiegewinnung nicht nutzbaren Stoffen (CO2, H2O, Mineralstoffe) unter Energiezufuhr Biomasse (vor allem in Form von Kohlenhydraten) aufzubauen. Die Primärproduzenten werden als Nahrung von Konsumenten genutzt zur Produktion von tierischer Biomasse. Dies bedeutet, dass ausschließlich Pflanzen in der Lage sind Biomasse aufzubauen. Tiere können ihre Biomasse nur aus anderer Biomasse aufbauen; deshalb würden ohne Pflanzen alle Tiere verhungern.

Eine Ausnahme bildet die sogenannte Chemosynthese. Hier wird im Gegensatz zur Photosynthese die notwendige Energie nicht aus Licht, sondern aus anorganischen Stoffen wie Schwefelwasserstoff gewonnen, die aus dem Erdinnern austreten. Ihr Anteil an der Gesamtproduktion an Biomasse ist allerdings verschwindend gering.

[Bearbeiten] Menge

Die Gesamtmasse des Kohlenstoffs in lebenden Organismen wird mit 280·109 Tonnen angegeben. Nach [1] beträgt der Kohlenstoffgehalt der gesamten Biomasse 5,6·1012 Tonnen.

Nach [2] beträgt die Gesamtmasse aller Lebewesen 1,8·1012 Tonnen, davon tierisches Leben lediglich 2,2·109 Tonnen sowie Menschen 0,4·109 Tonnen.

Nach [3] wird pro Jahr durch Photosynthese Biomasse von 170·109 Tonnen produziert. Nach [4] sind es insgesamt 150·109 Tonnen pro Jahr, von denen 99% auf die pflanzliche Produktion entfallen. Andere Schätzungen beziffern die jährliche Gesamtproduktion der Biomasse auf der Erde an organischem Kohlenstoff auf 173·109 Tonnen. Dabei entfallen auf den Festlandbereich 118·109, auf den marinen Bereich 55·109 Tonnen.

Nach[5] beträgt die jährliche Bio-Trockenmasseproduktion 120·109 Tonnen. Nach [6] beträgt die jährliche Trockenmasseproduktion 164·109 Tonnen.

Nach [7] beträgt allein der Biomassezuwachs der Wälder (Fläche 40 Millionen km2) 170·109 Tonnen.

Nach[8] beträgt die Gesamt-Bioproduktion 120 km3 pro Jahr. Das sind bei einer angenommenen Dichte von 1 t/m3 120·109 Tonnen. Die gleiche Quelle nennt im Vergleich dazu 10…14 km3 pro Jahr an landwirtschaftlichen Abfällen sowie eine anthropogene CO2-Emission von 7·109 Tonnen pro Jahr.

[Bearbeiten] Bedeutung für den Menschen

Gegenwärtig verwendet oder beeinflusst der Mensch nach verschiedenen Quellen bereits 25 bis 40% der gesamten Biomasse-Nettoproduktion der Erde, um seine Nahrungsmittel- und Energie-Bedürfnisse zu befriedigen. Besonders kritisch wird dabei der nicht nachhaltige Verbrauch der Wasserressourcen (zum Beispiel benötigt die Herstellung von 1 kg Brot 1000 kg Wasser[9]) gesehen, weiterhin der Flächenverbrauch sowie der Bedarf an Phosphordünger.

Die in der Biomasse biochemisch gespeicherte Sonnenenergie wird auch als (sich bei Nachhaltigkeit selbst erneuernder) Energielieferant (nachwachsende Energiequelle) zum Kochen, neuerdings auch für die Gewinnung elektrischer Energie oder als Kraftstoff sowie von Wasserstoff genutzt (Erneuerbare Energie). Die Verwendung von Biomasse zur Erzeugung von Wärme, elektrischer Energie oder als Kraftstoff in Form von Ethanol-Kraftstoff und Cellulose-Ethanol ermöglicht bei nachhaltigem Anbau eine ausgeglichene CO2-Bilanz, da nur die Menge CO2 ausgestoßen wird, die zuvor biochemisch gebunden wurde. Nicht nur Klima-neutral sondern sogar Klima-nützlich ist die Gewinnung von Wasserstoff als sekundären Energie-Träger durch Dampf-Reformierung unter Abscheidung und Endlagerung von CO2. Bei diesem Verfahren wird das von den Bio-Masse-Pflanzen der Atmosphäre entzogene Kohlendioxid der Atmosphäre nicht wieder zugeführt. Das entzogene Kohlendioxid bleibt also durch Endlagerung (etwa in vormaligen Erdgas-Lagerstätten) der Atmosphäre dauerhaft entzogen. Bei Verbrennung von Biomasse jedoch entstehen Schadstoffe, die denen ähnlich sind, die bei der Verbrennung fossiler Energieträger anfallen (z. B. Stickoxide, Schwefelverbindungen, Aromate, Rußpartikel).

In Entwicklungsländern ist Biomasse in Form von Holz, Pflanzenabfällen und Dung eine der wichtigsten Energiequellen. Biomasse kann auch als Flüssigbrennstoff genutzt werden, so in Brasilien, wo man aus Zuckerrohr Alkohol herstellt, der als Treibstoff eingesetzt wird. Besonders aussichtsreich wird die Umwandlung von Biomasse in Cellulose-Ethanol als regenerativer Kraftstoff gesehen. Solche Bestrebungen müssen sich jedoch der Konkurrenz zu Bedürfnissen der Lebensmittel- und Futterproduktion stellen. Weiterhin stellt sich die Frage, ob damit Transport und Verkehr im gegenwärtigen Umfang nachhaltig bei Erhaltung der ökologischen Vielfalt aufrechterhalten werden kann.

Unter anderem in der chinesischen Provinz Sichuan dient Tierdung zur Gewinnung von Biogas. Verschiedene Forschungsprojekte haben das Ziel, die Energiegewinnung aus Biomasse weiter voranzutreiben (siehe Cellulose-Ethanol). Die wirtschaftliche Konkurrenz zum verhältnismäßig billigen Erdöl hat jedoch bisher dazu geführt, dass solche Vorhaben noch nicht über ein frühes Entwicklungsstadium hinausgelangt sind.

Ein großes Problem der bisherigen Nutzungsmöglichkeiten der Biomasse als Kraftstoff ist, dass immer nur ein relativ geringer Teil der chemisch gebundenen Energie nutzbar gemacht wird. Im Labor ist es inzwischen jedoch gelungen, den natürlich ablaufenden exothermen Inkohlungsprozess nachzuempfinden (hydrothermale Karbonisierung) und so praktisch ohne Zufuhr von Energie den gesamten Kohlenstoff in Form von Kohle bereitzustellen. In Zukunft soll es auch möglich sein, Erdöl künstlich herzustellen. Kurz vor dem Durchbruch zur großtechnischen Anwendung steht dieses Verfahren jedoch 2006 noch nicht. Eine Alternative zur chemischen Umsetzung bildet die biologische Umsetzung zu Cellulose-Ethanol.

[Bearbeiten] Biomassenmanagement

Biomassemanagement ist ein Teilbereich des Wirtschaftsmanagements. Man versteht darunter die Anwendung technischer Konzepte zur Erzeugung eines industriellen Kohlenstoffkreislaufs. Dabei wird durch technische und biotechnische Verfahren Biomasse zu industriell nutzbaren Energiequellen und Rohstoffen umgewandelt (vgl. Bioenergie). Da Biomasse durch Photosynthese entsteht, die der Atmosphäre Kohlenstoffdioxid (CO2) entzieht und bei der Nutzung der Energie- und Rohstoffe diese letztlich wieder in CO2 umgewandelt werden, entsteht ein geschlossener Kohlenstoffkreislauf, der in der Bilanz den CO2-Gehalt der Atmosphäre nicht erhöhen sollte. Um allerdings eine ausgeglichene CO2-Bilanz zu erreichen, ist es notwendig, dass die für alle Umwandlungs- und Veredelungsprozessen notwendige Energie (Prozessenergie, Transportenergie) nicht aus fossilen Energiequellen (Kohle, Erdöl, Erdgas) gewonnen wird. Bei dieser einseitigen Fixierung auf den CO2-Gehalt der Atmosphäre wird allerdings übersehen, dass die Erzeugung von Biomasse praktisch immer mit dem Einsatz von Düngemitteln verbunden ist, aus dem das noch klimaschädlichere Lachgas N2O entsteht, das 310 mal klimaschädlicher als CO2 ist. Bei zunehmender Erzeugung von Biomasse kann deshalb der klimaschädliche Einfluss von N2O überwiegen.

Konzepte des Biomassemanagements [10]
Konzept Kohlenstoffverlust durch CO2 Abgabe in % Produkt Sekundärprodukt
Kompostierung 95 (incl. Methan-Abgabe) Humus neue Biomasse
Ethanolgärung 44 Bioethanol Energie
Methangärung 50 Biogas Energie
Pyrolyse 0 Synthesegas Benzin (Fischer-Tropsch-Synthese) oder Bio-Wasserstoff und separates - zur Endlagerung bestimmtes - Kohlendioxid
unvollständige hydrothermale Karbonisierung 0 Humus neue Biomasse
vollständige hydrothermale Karbonisierung 0 Kohlenstoff-Suspension Kohlenstoff-Brennstoffzelle (noch nicht einsatzbereit), Synthesegas ( Benzin )
kurze hydrothermale Karbonisierungen 0 flüssige Zwischenprodukte Benzin

[Bearbeiten] Kraftstoffe auf Biomasse-Basis

Siehe auch: Gestufte Reformierung

[Bearbeiten] Siehe auch

[Bearbeiten] Einzelnachweise

  1. ↑ http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/d54/54d.htm
  2. ↑ http://www.brefeld.homepage.t-online.de/leben-auf-der-erde.html Das Leben auf der Erde und seine Masse
  3. ↑ http://gw.eduhi.at/thema/energie/biomass/biomass.htm
  4. ↑ http://www.enviam.de/welt/energie_und_wissen/energie_erzeugung/biomasse_ursprung.html
  5. ↑ http://www.vdi-nachrichten.com/vdi-nachrichten/aktuelle_ausgabe/article.asp?cat=1&id=3250&source=archiv
  6. ↑ http://www.uni-potsdam.de/u/zfu/ub/vc/3_4_funktionen.htm
  7. ↑ http://www.bine.info/hauptnavigation/publikationen/publikation/holz-energie-aus-biomasse/
  8. ↑ Deutschlandfunk / Forschung aktuell vom 8. NOV. 2009
  9. ↑ http://www.welthungerhilfe.de/wasserverbrauch-steigt.html
  10. ↑ Brigitte Röthlein: Zauberkohle aus dem Dampfkochtopf. in Max Planck Forschung. München 2006,2, S.20ff. ISSN 0341-7727 (PDF-Datei, 1,94 MB, über Hydrothermale Karbonisierung)

[Bearbeiten] Literatur

[Bearbeiten] Weblinks

Von „http://de.wikipedia.org/wiki/Biomasse“
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