Erzeugung von Biokraftstoffen stellt Kritik an indirekten Landnutzungsänderungen infrage
Menschliche Aktivitäten haben zur Anreicherung toxischer Substanzen (einschließlich Schwermetallen) und einer Vielzahl von organischen Verunreinigungen in den Böden geführt. Zu diesen Aktivitäten gehören die langfristige Verwendung von kontaminiertem Bewässerungswasser, Düngemitteln, Pestiziden und Bodenhilfsstoffen (organische Stoffe, die zur Verbesserung der Bodenbedingungen hinzugefügt werden) sowie der Bergbau. In der EU-28 sind derzeit etwa 2,8 Millionen kontaminierte Standorte bekannt, von denen viele ungenutzt bleiben. Zugleich werden Biokraftstoffe dringend zur Dekarbonisierung des Verkehrs benötigt, stehen aber weithin in der Kritik, vor allem wegen der Inanspruchnahme von Ackerland für die Produktion von Rohstoffen (sogenannte indirekte Landnutzungsänderung). Ziel des EU-finanzierten Projekts CERESiS ist es, einen gegenseitigen Nutzen zu finden, indem Energiepflanzen angebaut werden, die die Dekontaminierung von Böden durch Phytosanierung und Phytomanagement erleichtern, und diese zur Erzeugung sauberer Biokraftstoffe eingesetzt werden. Längerfristig wird dadurch mehr Fläche für die Landwirtschaft zur Verfügung stehen, während gleichzeitig nicht aus Landnutzungsänderungen stammende Biokraftstoffe hergestellt werden.
Ertragreiche Biomassearten für die Phytosanierung
CERESiS konzentrierte sich auf mehrjährige Gräser und Gehölze mit hoher Biomasseproduktion und geringer Aufnahmekapazität von Bodenverunreinigungen. Diese Strategie unterstützt effiziente und kostengünstige Prozesse im großen Maßstab und fördert eine einfachere Verarbeitung bzw. Umwandlung von Biomasse. „Der hohe Ertrag dieser Energiepflanzen in Verbindung mit ihrer effektiven Beseitigung von Bodenverunreinigungen bietet landwirtschaftlichen Betrieben einen Anreiz, sie anzubauen“, kommentiert CERESiS-Koordinator Athanasios Rentizelas von der Nationalen Technischen Universität Athen. Außerdem werden durch den Anbau von Energiepflanzen auf hochgradig kontaminierten Flächen die Schadstoffe an Ort und Stelle gehalten und ihre Ausbreitung verhindert.
Ansätze zur Umwandlung und Abscheidung von Schadstoffen
CERESiS hat zwei thermochemische Umwandlungsmethoden erfolgreich angepasst und optimiert, um aus verunreinigtem Ausgangsmaterial sauberen Biokraftstoff zu erzeugen und gleichzeitig die Schadstoffe wirksam zurückzugewinnen. Bei der Vergasung von überkritischem Wasser wird ein Gas erzeugt, das zu flüssigen Biokraftstoffen reformiert werden kann. Ein wesentlicher Vorteil davon ist die Kompatibilität mit der Verarbeitung von nasser Biomasse, wodurch der teure und energieaufwendige Vortrocknungsprozess entfällt. „Wir haben die Vergasung von überkritischem Wasser so modifiziert, dass sie ihren Prozessabwasserstrom recycelt und damit ihren Wasserbedarf erheblich verringert“, fügt Rentizelas hinzu. Die Schnellpyrolyse ist eine ausgereifte Technologie, mit der flüssige Biokraftstoffvorprodukte (Bioöle) erzeugt werden. Aufgrund der relativ geringen Investitions- und Betriebskosten eignet sich das Verfahren gut für kleinere Produktionsmengen, und es entsteht Biokohle, ein Nebenprodukt, das unter anderem als Bodenhilfsstoff und in der Metallverarbeitung eingesetzt werden kann. CERESiS entwickelte und demonstrierte außerdem Trennverfahren zur Entfernung von Verunreinigungen in Umwandlungsprodukten. Mit der Membrangasabsorption wurde saures Gas aus der Vergasung von überkritischem Wasser entfernt. Durch Elektrokoagulation, Flotation und elektrochemische Oxidation wurden Schwermetalle aus dem Abwasser entfernt. Schließlich wurden durch Mikrofiltration verunreinigte Kohlepartikel aus den Bioölen beseitigt.
Kostenloses Online-Instrument zur Unterstützung von Investitionsentscheidungen in der Frühphase
Eines der wichtigsten Ergebnisse war das Entscheidungshilfesystem. Landwirtschaftliche Betriebe und Biokraftstoffhersteller können Kombinationen von Biomasse und Umwandlungstechnologien bewerten, um geeignete Biomassearten für einen bestimmten Standort und ein bestimmtes Schadstoffprofil zu ermitteln. „In einigen Fällen kann der Aufbau einer Wertschöpfungskette für die Erzeugung von Biokraftstoffen aus kontaminierten Böden auch ohne Berücksichtigung der Vorteile der Bodensanierung finanziell rentabel sein, vorausgesetzt, der Umfang ist groß genug und es werden ertragreiche Biomassearten eingesetzt“, sagt Rentizelas. In einer überraschenden Entdeckung mit Auswirkungen auf die Bewirtschaftung kontaminierter Biomasse stellte CERESiS fest, dass die meisten pflanzlichen Verunreinigungen bei stark kontaminierten Böden auf den Pflanzen und nicht in ihnen – in Form von Staub – zu finden sind. CERESiS hat in der Tat eine erfolgreiche und nachhaltige Lösung für Energie und Umwelt bereitgestellt, mit Energiepflanzen, die zur Phytosanierung fähig sind, und Technologien, um sie zu verarbeiten und ihre Schadstoffe zu entfernen, um saubere Biokraftstoffe zu erzeugen.
Schlüsselbegriffe
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