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 Warum Biogas?

 

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Hier finden Sie einen Artikel mit philosophischen Überlegungen, welche Gedankenanstösse zum Sinn der Biogasgewinnung vermitteln sollen. Der Artikel wurde bereits anfangs 1996 für eine Tagung in Berlin formuliert, ist aber in den Grundzügen nach wie vor aktuell.

Eine Zusammenfassung von Daten der Ökobilanz finden Sie unter "Ökobilanz" bzw.  "Why digestion?" (in Englisch). Die vollständige Version ist erhältlich unter Buchbestellungen.

 

Energie, Materie, Umwelt -
Stellenwert der Biogasgewinnung

Werner Edelmann
arbi GmbH

 

Der Mensch zeichnet sich auch heute immer noch dadurch aus, dass er hauptsächlich ein reagierendes und kaum ein frei und bewusst agierendes Wesen ist. Seine Entscheide werden, gerade in der heutigen, immer stärker vernetzten Gesellschaft, durch Sachzwänge bestimmt, welche oft langfristig sinnvolle Entscheide behindern oder (scheinbar) verunmöglichen.

Wenn wir als Beispiel die Geschichte der Abfallbehandlung betrachten, wird diese Tatsache augenscheinlich: Im Mittelalter wurden die Abfälle vermischt mit Exkrementen in den Gassen solange in die offenen Strassengräben geschüttet - wo sich Schweine, Kleingetier und Ratten tummelten - bis die hygienischen Zustände unhaltbar wurden. Im 15. und 16. Jahrhundert begannen verschiedene europäische Städte daher, den Abfall zu sammeln und vor den Stadtmauern zu deponieren oder auf den Feldern zu verteilen. Als um die Jahrhundertwende zum 20. Jahrhundert die Abfallzusammensetzung sich so änderte, dass der Anteil an biologisch nicht abbaubarem Material auf den Feldern zu stark störend wurde, begann man die Abfälle in einem etwas weiter entfernt gelegenen Winkel mehr oder weniger geordnet zu deponieren. Weitere Änderungen in der Strategie der Abfallbewirtschaftung ergaben sich, als man feststellte, dass bei ungeordneter und unkontrollierter Deponie Schadstoffe ins Grundwasser ausgewaschen werden oder nachdem man die Schwermetallgehalte von Kompost aus kompostiertem Gesamtmüll kannte. Heute ist man unterdessen in der Schweiz zur Ansicht gelangt, dass pflotschige Tomaten und faule Gurken in den unterdessen reichlich vorhandenen Müllverbrennungsanlagen kaum etwas dazu beitragen, dass das Feuer besser brennt. In der Technischen Verordnung über Abfälle, TVA [1] (1990), kommt man daher bezüglich der biogenen Abfälle zum momentan aktuellsten Schluss, nämlich: "Die Kantone fördern, insbesondere durch Information und Beratung, das Verwerten von kompostierbaren Abfällen in Garten, Hof und Quartier" (Kap. 2, ' 2, Art. 7: Kompostierbare Abfälle). Dadurch ist die Beseitigung zumindest der biogenen Abfälle (wieder) zur Aufgabe des einzelnen Bürgers geworden, wobei unter anderem mit dem (oft arg strapazierten) Argument der Ökologie für diese Delegation von Aufgaben an den Einzelnen geworben wird.

Heute, wo infolge der technischen Entwicklung die Menschheit sich in einer entscheidenden Schlüsselphase befindet, scheint es sinnvoll zu sein, die Abfallbewirtschaftung einmal in einem etwas grösseren Zusammenhang und mit etwas Distanz zu reflektieren und zu versuchen, daraus Schlüsse abzuleiten.

 

Die Natur als Vorbild

Frederick Vester hat bereits in den 70-er Jahren zu Recht festgehalten, dass wir uns die Natur zum Vorbild nehmen müssen, denn: "die Natur ist eine Firma, welche seit vier Milliarden Jahren nicht Pleite gemacht hat" [2]. Die Natur weist allgemein durch negative Rückkopplungen selbstregulierte Fliessgleichgewichte auf. Dabei kommen grundlegende Prinzipien zum Tragen, welche in Zukunft von den Menschen zwingendermassen ebenfalls berücksichtigt werden müssen [3]. Als wichtigste Beispiele seien erwähnt:

Das Kreislaufprinzip: Die Natur kennt keinen Abfall. Sie kann sich Abfall langfristig auch nicht leisten. Abfall entsteht nur dann, wenn von einem Stoff mehr gefördert und umgewandelt wird, als wieder abgebaut und in den Kreislauf rückgeführt wird.
Das Prinzip der erneuerbaren Energie: Alles kommt von der Sonne. Die Energie des Sonnenlichts ist es, welche praktisch alle Lebensprozesse in Gang hält. Bei der Photosynthese werden komplizierte und energiereiche chemische Verbindungen aufgebaut, welche anschliessend schrittweise über lange Kaskaden wieder in den energieärmeren, weniger geordneten Ursprungszustand zurückgeführt werden.
Das Prinzip der optimalen Energienutzung: In der Natur wird Energie mit erstaunlich hohen Wirkungsgraden genutzt. Wo immer möglich, wird mehrfach genutzt - sei es im Grossen in der Nahrungskette oder im Kleinen bei biochemischen Prozessen in der Zelle, wo freiwerdende Energie gleich wieder in ATP gespeichert wird, um für andere Prozesse erneut eingesetzt werden zu können.
Das Prinzip des Energiesparens: Die Natur "weiss" um die Kostbarkeit von Energie. Biologische Vorgänge und Handlungen sind immer energetisch optimiert. Gewisse Zugvögel würden beispielsweise vor Erreichen des Ziels ins Meer plumpsen, wenn sie nicht in Keilformation fliegen würden; der Hase rennt erst weg, wenn es echt brenzlig ist und auch der Mensch richtet - bewusst oder unbewusst - seine Handlungen an energetischen Kriterien aus.
Das Prinzip der Anpassung: Anpassung an die lokalen Gegebenheiten spart Energie, nutzt vorhandene Ressourcen besser und erhöht die Überlebensfähigkeit. Dies drückt sich in der Artenvielfalt oder Diversität des Lebens aus. Von Verhaltensmustern, Körpergrössen oder Felldicken bis hin zum kleinsten Detail im Stoffwechsel können überall Anpassungen an die jeweilige Umweltsituation beobachtet werden.
Das Prinzip der Dezentralisierung: Energie und Materie werden in der Natur dezentral umgesetzt. Mit Sonnenenergie wird in den grünen Zellen der Pflanzen, welche beinahe über den ganzen Planenten verteilt sind, dezentral Biomasse aufgebaut, welche dezentral wieder abgebaut wird. Dezentralisierung schliesst nicht Spezialisierung und Arbeitsteilung aus, wie sie sich beispielsweise in den Organen und Organellen von Organismen oder in Organisationsstrukturen von sozial lebenden Organismen ausdrückt.

Positive Rückkopplungen, d.h. Aufschauklungsprozesse nach dem Motto: "je mehr, desto mehr!" sind in der Natur nur während den (relativ kurzen) exponentiellen Wachstumsphasen zu beobachten. Bald setzt automatisch die negative Rückkopplung ein, welche das Wachstum natürlich begrenzt. Katastrophen als Folge ungebremsten Wachstums sind in der Natur äusserst selten zu beobachten (z.B. Vermehrung der Lemminge).

 

Unsere heutige Gesellschaft und die Energie

Der heutige, "fossile" Mensch hat sich das Know-How angeeignet, am richtigen Ort Löcher zu graben und Öl zu pumpen. Die fossile Energie erlaubt, das Leben, unsere Umwelt und unseren Planeten nicht nur quantitativ, sondern auch qualitativ grundlegend zu verändern. Heute hat jeder Durchschnittsbürger in jeder Steckdose Tausende von Aladins zu seiner Verfügung, welche er sich mit Elektrowerkzeugen für ein Butterbrot dienstbar machen kann. Hinter jedem Gaskochherd steckt ein Gaswerk und eine Pipeline, welche mehr Wärme zu liefern vermag, als alle Lagerfeuer der Heere von Cäsar und von Alexander dem Grossen zusammen.

Wir haben heute so viel und so billige Energie, dass wir Waren im ganzen vereinigten Europa hin- und herkarren können, weil ein kleiner Arbeitsschritt an einem andern Ort ein Paar Pfennige "billiger" ist. Wir haben so viel Energie nutzbar gemacht, dass wir - dank der Energiesklaven - die Musse haben, neue, noch effizientere Sklaven zu erfinden. Diese liefern (natürlich mit Energie) in immer noch kürzerer Zeit immer noch mehr Waren, sodass die Märkte immer mehr übersättigt sind. Trotz intensivster Werbung für immer mehr und immer unnützere Dinge, beklagen sich die Menschen daher immer mehr, dass sie keine Arbeit mehr hätten.

Die Energie spielt die Schlüsselrolle in unserer Gesellschaft. Wir haben heute eine Krise von viel zu viel, viel zu billiger und dementsprechend falsch angewandter Energie. Diese Energiekrise erlaubt uns, uns entgegen der Prinzipien der Natur zu verhalten: Das Prinzip des Energiesparens ist unter heutigen Rahmenbedingungen meist "ökonomisch nicht rational (!)"; die Anpassung an lokale Gegebenheiten "lohnt" sich nicht, da Energie ja billig ist (z.B.: anders als unsere Vorfahren, welche die Architektur an die lokalen klimatischen Gegebenheiten anpassten, stellen wir landauf-landab die gleichen Normklötze hin, die wir je nach Bedarf kühlen oder heizen). Energie erlaubt Zentralisierung in Ballungsgebieten, denn Zentralisierung erfordert Transport, d.h. energetischen Aufwand. Während sich weltweit das Land immer mehr entvölkert, wuchern Städte immer schneller. Und nicht zuletzt fördern und produzieren wir mit Hilfe von Energie Stoffe, formen sie um, transportieren sie um die halbe Welt, um sie vor den Stadttoren zu riesigen Abfallbergen zu stapeln - was natürlich nicht dem Kreislaufprinzip entspricht.

Die exponentiell wachsenden Umweltprobleme und all die anderen Aufschauklungsprozesse, welche im Zusammenhang mit dem Wachstumswahn in unserer Gesellschaft überall sichtbar werden, sind ein untrügliches Zeichen, dass wir uns wider die Prinzipien der Natur verhalten.

Das Know-How, Energie zu nutzen, hat aber auch seine gute Seite: Die Energie spielt Geburtshilfe bei der heute ablaufenden Geburt der Menschheit: Über rund vier Millionen Jahre dämmerte der Mensch im Schoss von Mutter Gaia dahin. Mit der Zähmung des Feuers zur Metallgewinnung schuf er sich erste Freiräume für künstlerischen Ausdruck und damit wahrscheinlich für einfache Selbstreflexion. Mit den historischen Hochkulturen und beispielsweise der Nutzung der Windenergie für die Fortbewegung mit Schiffen begann sich die nahe Geburt der Menschheit anzukünden. Die eigentliche Pressphase mit den intensiven Wehen begann aber erst vor knapp hundert Jahren. Dazu mussten neue und unvergleichlich grössere Energiereserven nutzbar gemacht werden.

Die über Hunderte von Jahrmillionen angesammelten fossilen Energie- und Rohstoffreserven werden heute in einem - erdgeschichtlich gesehen - winzigen Augenblick unwiederbringlich verschleudert. Diese Energie erlaubt uns heute (zumindest in der sogenannt "ersten" Welt) die Bedürfnisse des existentiellen Habens [4] mit sehr wenig Zeitaufwand zu decken und schenkt uns jenen Freiraum, der für die Gewinnung neuer Erkenntnisse notwendig ist. Neues Wissen und neues Bewusstsein sind für die post-fossilen Zeiträume notwendig. Zur Zeit verdoppelt sich das Wissen jeweils innerhalb weniger Jahre. Leider zeichnet sich die heutige Phase dadurch aus, dass wir den an sich segensreichen Freiraum vor allem dazu nutzen, Wissen über die Materie anzuhäufen, um damit in einem immer grösseren Feuerwerk in immer kürzerer Zeit immer noch mehr materielle Güter herzustellen und in Umlauf zu setzen. Die zweite, mindestens ebenso wichtige Option, nämlich uns jetzt die Freiheit zu nehmen, uns auf unsere inneren Werte zu besinnen und den Sinn unseres Da-Seins zu hinterfragen, nutzen wir leider - wenn überhaupt - viel zu wenig.

So sicher, wie das Amen in der Kirche kommt, wird (erdgeschichtlich) sehr rasch die Geburt vorüber und die post-fossile Menschheit geboren sein. Der heutige fossile Mensch ist damit der Embryo, welcher sich - wie bei Geburten üblich: mit sehr viel Energieaufwand - ans Licht der (neuen) Welt ringt. Der post-fossile Mensch wird als Neugeborener seine materielle und geistige Umwelt zwar bereits viel wacher, tiefer und mit in Vergleich zu heute viel grösserem und ganzheitlicherem Wissen erleben; er wird sich jedoch voraussichtlich über sehr lange Zeiträume mit sehr viel kleinerem und ökonomischerem Energieumsatz von der Geburt erholen müssen, da er sich voll auf erneuerbare Energieträger abstützen werden muss.

Dies gilt natürlich nur, wenn in den "galaktischen Nachrichten" der fossile Homo "sapiens" nicht in einer kleinen Randnotiz als ein - immer wieder auftretender - Geburtsunfall erwähnt wird, welcher sich auf dem dritten Planeten einer kleineren Sonne in einem Seitenarm einer Galaxie in einem Randgebiet des Virgo-Milchstrassenhaufens ereignet hat. Damit dies nicht soweit kommt, d.h. damit der heutige "fossile" Mensch nicht durch eigenes Verschulden auf unserem Planeten zum Leitfossil der heutigen Zeit wird, tut rasches und entschiedenes Handeln not. Der heutige Mensch hat eine riesige Verantwortung. Die Entscheide, welche wir heute fällen, müssen bereits auf die post-natale Phase ausgerichtet sein und in Einklang mit der Natur stehen.

Die Steuergrösse, mit welcher die Weichen in Richtung des post-natalen, bzw. post-fossilen Zeitalters gestellt werden kann, ist die Energie, d.h. der Energiepreis und die Kontrolle über die Energieverteilung. (Wer wach die Weltgeschichte verfolgt, stellt fest, dass in mächtigen Kreisen sehr wohl bekannt ist, welche entscheidende Rolle die Energie spielt.)

 

Vergleich der Verwertungswege für biogene Abfälle

Die eingangs dargelegten Gedanken mögen auf den ersten Blick etwas weit hergeholt erscheinen. Die so gewonnene Distanz erlaubt allerdings, den Abfall als die Kehrseite der materialistischen Medallie in einem etwas grösseren Kontext einordnen zu können.

Kurzfristig gilt es heute, mit der Natur als Vorbild jene Entscheide zu fällen, welche mittelfristig die Kursänderung nicht behindern, welche für das Überleben der Menschheit  imperativ notwendig ist. Mittel- und langfristig lässt sich das Abfallproblem nur lösen, indem konsequent den Prinzipien der Natur nachgelebt wird und die ethische Grundhaltung der Menschen sich von einer Ethik des Habens zu einer Ethik des bewussten Seins wandelt. Dadurch, dass nur noch existentiell wirklich notwendige Güter unter Schonung von Energie und Ressourcen produziert werden und dass durch ganzheitliche Dezentralisierung Siedlungsstrukturen unter Berücksichtigung energetischer Aspekte entflochten werden, entsteht weniger Abfall, Abwasser und Abluft. Und Abfall, welcher gar nicht erst entsteht, ist mit grossem Abstand der beste Abfall.

Die trotzdem anfallenden Abfälle sind unter Berücksichtigung der Prinzipien der Natur zu verwerten. Der prozentuale Anteil der biogenen Abfälle am gesamten Siedlungsabfall wird dabei stark ansteigen, wie dies bereits heute ansatzweise beobachtet wird: biogene Abfälle sind im Gegensatz zu den meisten übrigen Abfällen nur in relativ unbedeutendem Massstab vermeidbar, da sie zu einem grossen Teil bei der Produktion und der Aufbereitung von Nahrungsmitteln entstehen. Die Verwertung der biogenen Abfälle wird daher in der Zukunft stark an Bedeutung gewinnen.

In den chemischen Bindungen der pflanzlichen und tierischen biogenen Abfälle ist viel hochwertige Sonnenenergie gespeichert. Zu Verwertung der Abfälle stehen prinzipiell verschiedene Verwertungswege zur Verfügung. Es bieten sich physikalisch-chemische Prozesse und biotechnologische Umwandlungen zur Verwertung an. In beiden Fällen besteht die Möglichkeit, die Stoffe in einer einzigen oder aber in zwei Stufen abzubauen (vgl. Abb.1).

Beim einstufigen Abbau (Verbrennung, Kompostierung) werden die Abfälle sogleich mit Sauerstoff, d.h. aerob, behandelt. Beim zweistufigen Abbau werden in einem ersten, anaeroben Schritt unter Ausschluss von Sauerstoff energiereiche Zwischenprodukte gewonnen (Alkohol, Biogas, Pyrolyseprodukte wie etwa bei der Holzvergasung oder dem Thermoselect-Verfahren etc.). Diese werden in einem zweiten, nachfolgenden Schritt gezielt mit Luftsauerstoff verbrannt. Die vom Abbau betroffenen Kohlenstoffverbindungen der Biomasse werden in allen dargestellten Fällen letztendlich wieder zu CO2 und Wasser abgebaut.

Abbaumöglichkeiten für Biomasse

Abildung 1: Die verschiedenen Abbaumöglichkeiten von Biomasse: Links physikalisch-chemische unbd rechts biotechnologische Umwandlungen. Bei sämtlichen Umwandlungen wird Kohlendioxid und Wasser frei. Bei den physikalisch-chemischen Verfahren 100%, während bei den biotechnologischen Verfahren noch ein Teil des Kohlenstoffs im Kompost gebunden bleibt, der auch die für neuen Biomasseaufbau notwendigen Nährstoffe enthält (gepunktete Linie zurück zum Biomasseaufbau).

In beiden Fällen kann der Abbau ein- oder zweistufig ablaiufen: Läuft er zweistufig ab, entstehen in einem ersten Schritt ohne Sauerstoff energiereiche Verbindungen, welche in einem zweiten Schritt gezielt verbrannt werden können.

Die verschiedenen Abbauwege müssen bezüglich verschiedener Kriterien verglichen werden:

Bezüglich des Kreislaufprinzips besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen den physikalisch-chemischen Technologien und den biotechnologischen Verfahren: Im Gegensatz zu biologischen Prozessen sind die physikalisch-chemischen Prozesse nicht selektiv; die organischen Moleküle werden bei der Verbrennung und bei der Pyrolyse thermisch aufgebrochen und letztlich quantitativ zu CO2 und H2O oxidiert. Anorganische Nährstoffe gehen bei der Verbrennung verloren oder bleiben in oxidierter Form in der Asche zurück.

Bei biologischen Prozessen werden Enzyme eingesetzt. Enzyme sind angepasste Werkzeuge, welche an die abzubauenden Moleküle angepasst sind und ganz spezifisch nur ganz bestimmte Reaktionen ablaufen lassen. Dies hat zur Folge, dass selektiv zunächst leicht abbaubare Verbindungen - welche aus energetischen Gründen interessanter sind - aufgeschlossen werden. Im Verlauf des Abbauprozesses werden in späteren Phasen zunehmend schwerer abbaubare Verbindungen angegriffen. Schwer abbaure Verbindungen, welche einen grossen Anteil an der organischen Substanz des Bodens ausmachen, bleiben beim biotechnologischen Abbau erhalten. Dies gilt ebenfalls für den überwiegenden Teil der Nährstoffe. Bei der biotechnologischen Verwertung entsteht ein aerober oder anaerober Kompost, dessen schwer abbaubare organische Komponenten und anorganische Nährstoffe beim Rückführen auf die Felder zur Erhaltung des Bodens und zum Humusaufbau beitragen.

Bei biotechnologischen Prozessen werden die den Boden betreffenden Kreisläufe geschlossen, indem die natürlichen organischen und anorganischen Abbauprodukte der Ausgangsstoffe wieder in den Boden zurückgeführt werden. Bei rein thermischen Prozessen ist diese Möglichkeit nicht gegeben, da unter anderem die organischen Verbindungen quantitativ abgebaut werden.

Bezüglich der Energienutzung bestehen zwischen den verschiedenen Verfahren ebenfalls Unterschiede: Bei den physikalisch-chemischen Abbauwegen wird der gesamte Energieinhalt des Ausgangsmaterials, d.h. die Differenz zwischen den energetisch hochwertigen organischen Verbindungen und den Endprodukten CO2 und H2O, frei. Ein Teil der freigesetzten Energie geht je nach Wassergehalt des Ausgangsmaterials als Verdampfungsenthalpie und als Wirkungsgradverlust verloren. Der verbleibende Rest ist in Form relativ hochwertiger Wärme zur thermischen Nutzung verfügbar.

Bei den biotechnologischen Verfahren wird nur rund die Hälfte vom Energieinhalt des Ausgangsmaterials freigesetzt, da - je nach Abbaubarkeit des Materials - in der Regel nur etwa die Hälfte der chemischen Verbindungen während der Behandlungszeit abgebaut wird. (Die schwer abbaubaren Verbindungen werden, wie oben erwähnt, als Kompost zur Bodenverbesserung und als Beitrag an die Kompensation des Humusverlusts in den Feldbau zurückgeführt.)

Bei der Kompostierung geht die gesamte biologisch freigesetzte Energie in Form von Kompostabwärme verloren. Diese niederwertige Abwärme ist nur in ganz wenigen Ausnahmefällen nutzbar [5]. Bei der anaeroben Vergärung entsteht hingegen hochwertiges, energetisch einfach und vielseitig nutzbares Biogas, in welchem noch 90-95% des Energieinhalts des abgebauten Materials steckt.

Bei allen Abbauverfahren wird die in der Biomasse enthaltene, erneuerbare Sonnenenergie freigesetzt. Während bei den physikalisch-chemischen Verfahren brutto der gesamte Energieinhalt des Ausgangsmaterials in Form relativ hochwertiger, nutzbarer Wärme freigesetzt wird, entsteht bei der Kompostierung weniger und nur sehr schlecht nutzbare, niederwertige Abwärme im Umfang des abgebauten Materials. Bei der Vergärung wird ebenfalls nicht der gesamte Energieinhalt des Ausgangsmaterials freigesetzt; das entstehende Biogas ist jedoch ein hochwertiger Energieträger, der sehr vielseitig genutzt werden kann.

Verfahren müssen an die zu behandelnden Substrate angepasst sein. Die physikalisch-chemischen Verwertungswege eignen sich nur für Material mit einem möglichst kleinen Wassergehalt, da sonst in der Regel zu viel Energie für die Verdampfung des Wassers verloren geht. Je feuchter das Material ist, desto energetisch vorteilhafter ist die Vergärung.

Bei den biologischen Verfahren ist zu unterscheiden zwischen leicht abbaubarem, meist nassem Material und meist relativ trockenem Material mit hohem Ligninanteil. Leicht abbaubares Material, wie beispielsweise Küchenabfälle, sind für die Kompostierung weniger gut geignet als für die Vergärung; bei der Kompostierung besteht die Gefahr des Zusammenpappens und damit der Behinderung des hier speziell benötigten Luftzutritts. Es treten dann anaerobe Zonen und Geruchsprobleme auf. Die Vergärung läuft hingegen weitgehend problemlos ab.

Holzhaltiges Material ist anaerob nicht gut abbaubar und eignet sich daher nicht für die Vergärung. Feuchte Strauchschnitte werden vorzugsweise möglichst am Ort der Entstehung kompostiert, sofern sie nicht getrocknet und zu Energie- oder Bauschnitzeln verarbeitet werden. Unter dem Gesichtspunkt der angepassten Behandlung ist es sinnvoll, die qualitativ eigenständigen, verholzten Anteile der Biomasse separat zu erfassen. Zu diesem Zweck sind mit saisonalen Schwerpunkten sporadisch Abfuhren von lose gebündelten Strauchschnitten durchzuführen, soweit sie nicht am Ort ihres Entstehens dezentral kompostiert werden können.

Je trockener die Biomasse ist, desto energetisch sinnvoller ist deren thermische Nutzung mit chemisch-physikalischen Verfahren. Für nasses, leicht abbaubares Material ist die Vergärung das angepasste Verfahren. Feuchter Strauchschnitt und andere ligninhaltige Materialien können kompostiert werden, sofern sie nicht zu Schnitzeln verarbeitet werden.

Bei den Umweltaspekten besteht der grösste Unterschied zwischen den Abbauwegen beim Treibhauseffekt: In allen Fällen wird zwar Biomasse wieder in jenes CO2 und H2O zurückverwandelt, aus welchem sie bei der Photosynthese aufgebaut wurde. Das entstehende CO2 ist nicht treibhausaktiv, da es aus aktuellen Kreisläufen stammt und in diese zurückgeführt wird. (Die physikalisch-chemischen Verfahren beschleunigen den Kreislauf allenfalls etwas, da schwer abbaubare Verbindungen noch über gewisse Zeiträume im Boden blockiert bleiben würden.)

Wenn man hingegen den Fremdenergieaufwand betrachtet, welcher für die einzelnen Verfahren notwendig ist, tritt ein gravierender Unterschied zutage: Bei den physikalisch-chemischen Verfahren und bei der Vergärung wird netto, d.h. nach Abzug der zur Bereitstellung der Infrastruktur notwendigen grauen Energie und der eventuell notwendigen Betriebsenergie, viel nutzbare Energie freigesetzt.

Der aerobe Abbau läuft in der Natur dezentral ab: die Biomasse verrottet in der Regel in der Nähe ihrer Entstehung. Sofern die Biomasse nicht vom Wind oder Wasser verfrachtet wird, entstehen in der Natur keine grossen Biomasseansammlungen. Im Gegensatz zu den anderen Abbauwegen erfordert der aerobe Abbauweg das Vorhandensein aller drei Aggregatszustände: fest (Abfall), flüssig (Wasserfilm auf dem festen Abfallstoff als Lebensraum für die Mikroorganismen) und gasig (Luftsauerstoff, welcher im Wasserfilm gelöst wird). Dies ist kein Problem, solange der Abbau dezentral erfolgt, da Luft und Feuchtigkeit bei kleinen Schichtdicken problemlos Zutritt haben. Wenn durch Verfrachtungen grosse Ansammlungen an Biomasse entstehen, wie eventuell am Grund von Teichen, läuft der Abbau rasch anaerob ab.

Bei der Kompostierung wird Biomasse zentral in einem Komposthaufen abgebaut . Bei grosstechnischen Anlagen sind Mietenhöhen von bis zu drei Metern die Regel und auch im Hausgarten stapelt sich die Biomasse über einen Meter hoch. Damit der Prozess nicht anaerob wird, muss genügend (holziges) Strukturmaterial vorhanden sein und regelmässig umgeschichtet werden. Andernfalls laufen anaerobe Vorgänge ab, und es entweicht (natürlich unverbranntes) Methan an die Atmosphäre, welches ein rund 25 mal stärkeres Treibhausgas ist als CO2. In grosstechnischen Anlagen muss sehr oft zusätzlich zwangsbelüftet werden. Das Umsetzen und Belüften verschlingt sehr viel Fremdenergie.

Ein modernes Kompostwerk benötigt vor Ort als Betriebsenergie und zur Amortisation der grauen Energie sehr konservativ geschätzt rund 75 kWh pro Tonne kompostiertes Material. Die zum Betrieb eines Kompostwerks notwendige Elektrizität wird in der Regel thermisch gewonnen. Da die Elektrizität mit schlechtem Wirkungsgrad beispielsweise aus Kohle gewonnen wird, welche ihrerseits unter Energieaufwand gefördert und transportiert werden muss, da auch im Kraftwerk graue Energie steckt und und da zwischen Kraft- und Kompostwerk Leitungsverluste auftreten, ist der Aufwand für fossile Primärenergie mindestens vier Mal höher. Pro kWh nicht erneuerbare Energie entstehen rund 135 Liter "fossiles", d.h. treibhausaktives CO2. Pro Tonne im Kompostwerk kompostiertes Ausgangsmaterial wird damit rund 40 m3 treibhausaktives CO2 freigesetzt.

Die anaerobe Vergärung hingegen bringt nach Abzug sämtlicher energetischer Aufwände pro Tonne Abfall durchschnittlich einen Überschuss an erneuerbarer Energie von rund 100 kWh elektrisch und 300 kWh thermisch. Damit kann fossile Energie eingespart werden. Die Einsparung beträgt bei vollständiger Energienutzung beinahe 100 m3 CO2 aus fossiler Primärenergie pro Tonne vergorenem Abfall. Dazu kommen noch die oben abgeschätzten 40 m3, welche nicht freigesetzt werden, da nicht kompostiert wird. Die Differenz zwischen Kompostierung und Vergärung bezüglich des treibhausaktiven CO2 beträgt damit pro Tonne Abfall weit über 100 m3, bzw. rund 300 m3 pro Tonne produziertem Kompost (Massen- und Wasserverlust!). Die Umrechnung ergibt pro Tonne Kompost mehr als eine halbe Tonne CO2-Differenz. Die Zahlen von Kompostierung im Vergleich zu den physikalisch-chemischen Abbauwegen wurden nicht berechnet, dürften aber in ähnlichen Grössenordnungen oder sogar noch höher liegen.

Es ist in der Natur schlicht undenkbar, dass energiereiches Material ohne gleichzeitige Nutzung seines Energieinhalts abgebaut wird. Die Tatsache, dass bei der technischen Kompostierung zur Vernichtung energiereicher Verbindungen sogar noch von aussen Fremdenergie zugeführt wird, spottet jeglicher ökologischer Vernunft.

Die physikalisch-chemischen Abbauwege und die Vergärung setzen netto relativ grosse Mengen an erneuerbarer Energie frei, was den Einsatz fossiler Energieträger reduziert. Zur Kompostierung sind zum Teil sehr grosse Mengen an fossiler Fremdenergie notwendig, was zur Freisetzung grosser Mengen an fossilem CO2 in die Atmosphäre führt.

 

Konsequenzen für die Abfallwirtschaft

Aus den dargelegten Überlegungen kann abgeleitet werden, dass nur bei der anaeroben Vergärung sowohl die Energie- als auch die Kreislaufkriterien erfüllt sind. Für trockenes, verholztes Material sind Verbrennung oder Pyrolyse zumindest mittelfristig der Kompostierung vorzuziehen, da diese Verfahren den Treibhauseffekt reduzieren anstatt ihn zu vergrössern. Der in diesem Zusammenhang entstehende Verlust an organischem Material für den Boden ist wahrscheinlich in Zukunft weniger gravierend, als der Verlust an erneuerbarer Energie, welche mit Abnahme der fossilen Reserven stark an Bedeutung gewinnen wird. Ein aus diesen Überlegungen abgeleitetes Abfallbewirtschaftungskonzept ist bereits anderenorts ausführlich behandelt worden [6]. Zusammenfassend können folgende Punkte festgehalten werden:

 

Biogene Abfälle sind wertvolle Energieträger, auf welche die Menschheit in Zukunft nicht verzichten können wird.
Die beiden prinzipiell unterschiedlichen Fraktionen "holzig" und "nass, leicht abbaubar" sind getrennt zu erfassen und separat mit angepassten Verfahren zu behandeln.
Feuchte oder nasse, leicht abbaubare biogene Abfälle werden grundsätzlich der Vergärung zugeführt, was eine effiziente Energienutzung erlaubt.
Trockenes, holziges Material wird entweder mit physikalisch-chemischen Verfahren thermisch genutzt oder sogar (unter Erhaltung des Energieinhalts) in der Spanplattenindustrie wiederverwendet.
Frischer Gartenabraum wird nach Möglichkeit dezentral am Ort des Entstehens gehäckselt und kompostiert.
Dasselbe gilt für Abfälle aus dem eigenen Gemüsegarten.
Der Bau weiterer grosstechnischer Kompostwerke scheint höchstens noch in Ausnahmefällen sinnvoll zu sein. Da dort nur noch mehrheitlich stark lignifiziertes Material abzubauen sein wird, sind energieextensive Einfach-Technologien ohne Zwangsbelüftung vorzusehen.
Bei den heutigen zentralisierten und lokal voneinander getrennten Siedlungs- und Produktionsstrukturen muss der (an)aerobe Kompost zurück in die Anbaugebiete transportiert werden.
Eine Dezentralisierung der Bewirtschaftung biogener Abfälle auf Ebene der Haushalte ist ökologisch nicht sinnvoll, solange nicht gleichzeitig auch die Siedlungsstrukturen dezentralisiert werden bzw. der Selbstversorgungsgrad der Haushalte hoch ist.
Es gibt nicht eine einzige Patentlösung für die Verwertung biogener Abfälle; die Lösungen müssen den Abfällen und den lokalen Gegebenheiten angepasst sein. Wo möglich sind Synergien zu nutzen, wie dies beispielsweise beim kombinierten Einsatz von Technologien [7] oder bei der landwirtschaftlichen, industriellen oder kommunalen Co-Vergärung [8] der Fall ist.

Der Abfallwirtschaft kommt heute eine besondere Verantwortung zu: Menschen, welche sich professionell Gedanken zum Abfall machen, pflegen in der Regel ganzheitlich und in Zusammenhängen zu denken. Sie sind dem Kreislaufgedanken und ökologischen Argumenten im Verhältnis zu anderen Bevölkerungsgruppen überdurchschnittlich zugänglich. Ihnen kommt daher die Pionierrolle zu, ökologisch langfristig verantwortbare Konzepte wegweisend zu verankern und auch umzusetzen, um so für andere Sektoren der Gesellschaft bewusstseinsbildend zu wirken und dadurch mitzuhelfen, dass die heute ablaufende, heikle Geburtsphase der Menschheit doch noch einen glimpflichen Ausgang nimmt.

 

Literatur

 

[1] Eidgenossenschaft (1990, ergänzt 1993): Technische Verordnung über Abfälle, EDMZ, CH-3003 Bern

[2] Vester F. (1978): Unsere Welt - ein vernetztes System, Klett-Cotta Verlag, Stuttgart

[3] Edelmann W., Wyss W. (1981): Lernen von der Natur, Panda Magazin, WWF, Hohlstr. 110, 8004 Zürich, (48 Seiten)

[4] Fromm E. (1979): Haben oder Sein - die seelischen Grundlagen einer neuen Gesellschaft, dtv, ISBN 3-423-10048-5

[5] Edelmann W., Engeli H., Gradenecker M., Kull T., Ulrich P. (1993): Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung in der Kompostierung, BEW, 3003 Bern, Forschungsprogramm Biomasse, Nov. 93 (41 p.)

[6] Edelmann W. (1995): Integration der Anaerobtechnik in Gesamtkonzepte der biologischen Abfallbehandlung, in: Wiemer K., Kern M.. (Ed.) Abfall-Wirtschaft, Proceedings des 7.Kasseler Abfallforums: Biologische Abfallbehandlung, 25.-27.4.95, Kassel

[7] Edelmann W., Engeli H. (1992): Combined digestion and composting of organic industrial and municipal wastes in Switzerland, in: F.Cecchi (ed.) Proceedings of International Symposium on Anaerobic Digestion of Solid Waste, p.225-241, Venedig, 14.-17.4.92

[8] Edelmann W. (1994): Co-Vergärung; in: Müllhandbuch, W.Schenkel, Umwelt-Bundesamt Berlin (Ed.), Beitrag 5930, Erich Schmidt Verlag Berlin.

Dieser Artikel ist meiner Tochter Saris gewidmet.

Allen, welche mir bei der Suche nach Erkenntnis helfen und geholfen haben,
sei hier herzlich gedankt.

 

Anschrift des Autors:

Dr. Werner Edelmann

Arbeitsgemeinschaft Bioenergie, arbi GmbH
CH - 8933 Maschwanden

 

Dieser Artikel ist vor der Erstellung von Ökobilanzen geschrieben worden. Einige neue Erkenntnisse, wie Emissionen des Treibhausgases Methan bei Vergärung und bei Kompostierung, sind daher noch nicht berücksichtigt. Einige Punkte würden daher heute etwas anders formuliert. Die Grundaussage bleibt jedoch dieselbe.

 

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Stand: 12. Dezember 2001