TREIBSTOFF der ZUKUNFT: WASSERSTOFF oder Pflanzenöl ?

Potenziale und Perspektiven von Pflanzenölen als Energieträger

Prof. Dr. E. Schrimpff FH Weihenstephan 85350 Freising

1. Einleitung

Die dritte, noch glimpflich abgelaufene Erdoelkrise haben wir gerade ueberstanden. Erinnern Sie sich noch an den Herbst 2000? An die Tankstellenblockaden in England und die wuetenden Proteste in ganz Europa? Wenn es um Energie geht, verstehen die Menschen offenbar keinen Spass! Die Weltwirtschaft stellt sich inzwischen auf ein neues, gegenüber Anfang 1999 knapp dreifaches Preisniveau ein. Wesentliche Ursache dieses Preissprungs: Die Industriestaaten (USA und EU) sind nicht mehr in der Lage, durch Eigenfoerderung den Erdöl-Weltpreis niedrig zu halten, die Verknappung an Erdöl hat eingesetzt und die OPEC hat das Sagen!
(vgl. SCHINDLER & ZITTEL, 1999)

Unter diesen neuen Rahmenbedingungen erscheint ein bisheriges Nischenprodukt der Landwirtschaft in einem völlig neuen Licht: Pflanzenöl, das zukuenftige Gold der Landwirte, das nicht nur als Nahrungsmittel und Industrierohstoff, sondern in zunehmendem Masse auch als Energieträger und Kraftstoff an Bedeutung gewinnen wird.

Pflanzenöl ist biochemisch gespeicherte Sonnenenergie hoechster Dichte. Jedem Samenkorn hat die Natur eine Portion Pflanzenöl mitgegeben: Eine geniale Starthilfe, um den Saemling unter den verschiedensten Umweltbedingungen und noch völlig unabhaengig von Licht und Naehrstoffen die Chance zur Wurzel- und Sprossbildung zu geben. Im Vergleich zu Biofest-stoffen (Holz, Stroh) und Biogas (vgl. Abb. 1) stellt Pflanzenöl die dichteste Energieform der Photosynthese dar. Mit einer Energiedichte von rund 9,2 kWh je Liter liegt es ziemlich genau zwischen Benzin (8,6 kWh/l) und Diesel (9,8 kWh/l). Im Gegensatz zu Benzin und Diesel ist Pflanzenöl jedoch regenerativ, CO 2-neutral und frei von Schwefel, Schwermetallen und Radioaktivitaet. Es besteht nur aus Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und ein wenig Sauerstoff (O) im Verhältnis von etwa C 60H 120O 6.

Die heutige Nutzung von Benzin und Diesel stellt einen Raubbau an der erschoepflichen Ressource Erdöl dar und vollzieht sich nicht in Kreislaeufen. Pflanzenöl dagegen kann und wird wieder regional und global geschlossene, naturgemaesse Kreislaeufe ermöglichen. Dies gilt insbesondere für die CO 2-Frage (vgl. Abb. 2).

Koennen aber Pflanzenöle den fossilen Energieträger „Erdöl“ überhaupt annaehernd ersetzen? Wie gross ist das Potenzial an gewinnbaren Pflanzenölen in Deutschland und weltweit? Schliessen sich oelpflanzenanbau und Nahrungsmittelanbau nicht gegenseitig aus? Gibt es überhaupt genuegend Anbauflaechen? Und heisst der zukuenftige, einzigartig umweltfreundliche Energieträger nicht „Wasserstoff“?

Auf diese und weitere Fragen im Zusammenhang mit einer zukunftsfaehigen, nachhaltigen Landwirtschaft soll im folgenden kurz eingegangen werden.

2. Solar-Wasserstoff- und Pflanzenöl-Technik im Vergleich

Schon seit Jahrzehnten verbreiten die Medien die Vorstellung, Wasserstoff sei der ideale Energieträger der Zukunft und die Brennstoffzelle die ueberall einsetzbare Technik, um Strom und Wärme aus Wasserstoff sauber zu erzeugen. Die Ankuendigungen der Autoindustrie (z.B. der Wasserstoff-Verbrennungsmotor von BMW und der Brennstoffzellen-Antrieb bei Daimler/Chrysler) haben im letzten Jahr geradezu eine Wasserstoff-Euphorie geschuert. Sehr wenig hoert man allerdings darüber, wo denn der viele Wasserstoff herkommen soll. Aus fossilem Erdgas etwa? Dann haben wir unter Umwelt- und Klimaschutz-Gesichtspunkten praktisch nichts gewonnen. Am umweltfreundlichsten waere es, Wasserstoff elektrolytisch aus Wasser mit Hilfe von Solarstrom zu produzieren (Solar-Wasserstoff).

Unter Wissenschaftlern verbreitet sich jedoch zunehmend Skepsis an der ubiquitaeren Einsatzfaehigkeit der Wasserstoff-Technik. Wesentliche Gruende dafuer: Die physikalischen Eigenschaften von Wasserstoff sind auf der Erde bei Atmosphaerendruck und Normal-temperatur denkbar unguenstig. Als kleinstes Element ist Wasserstoff zwar sehr leicht, aber extrem fluechtig: Es diffundiert sogar durch die Stahlwaende einer Druckflasche! Gasfoermig hat es dort bezogen auf sein Volumen eine sehr geringe Energiedichte. Aber selbst bei –253 oC verfluessigt, ist seine Energiedichte mit 2,3 kWh je Liter nur ein Viertel derjenigen von Pflanzenöl (9,2 kWh/l) bei 20 oC. Und zur Erzeugung und Verfluessigung von 1 Liter Wasserstoff wird derzeit rund drei mal mehr Fremdenergie benötigt, als zur Gewinnung von 1 Liter Pflanzenöl. Zusammen genommen bedeutet das, dass Pflanzenöl energetisch gesehen zwoelf mal besser abschneidet.

In Tab. 1 ist eine Gegenueberstellung der als optimal angestrebten Solar-Wasserstoff-Technik mit der Pflanzenöl-Technik nach 10 Parametern vorgenommen worden. Das Ergebnis: Nur bei der Verbrennung der beiden Energieträger schneidet die Wasserstoff-Technik besser ab (bei nicht optimierter Verbrennung von Pflanzenöl entstehen naemlich CH-Radikale und Poly-zyklische Aromate), alle anderen 9 Gesichtspunkte fallen eindeutig zugunsten der Pflanzenöl-Technik aus. In der Gesamtenergie-Bilanz (Lagerungs-, Transport- und Befuellungsverluste eingeschlossen) unterliegt die Solar-Wasserstoff-Technik der Pflanzenöl-Technik im Verhältnis von ca. 1 : 15, d.h. die Pflanzenöl-Technik ist rund 15 mal energie-effizienter.

3. Pflanzenöl-Potenziale

Wenn man bedenkt, dass rund 270.000 Pflanzenarten weltweit bekannt sind, wovon mehr als 30.000 als essbar gelten, aber nur 120 Arten Bedeutung im Anbau haben, von denen wiederum nur 9 Arten für 75 % der menschlichen Nahrung sorgen, dann erkennt man, welche Nahrungs-einfalt sich die moderne menschliche Gesellschaft trotz der ungeheuren natuerlichen Pflanzen-vielfalt zumutet.

Was für den Nahrungsmittelbereich gilt, trifft verstaerkt für den Bereich der oelpflanzen-nutzung zu: In Deutschland werden fast nur Raps (>80%) und daneben Sonnenblumen sowie Öl-Lein in nennenswerter Menge angebaut. Dabei waeren bei uns mehr als 15 oelpflanzen anbaufaehig (z.B. Ruebsen, oelrettich, oelrauke, Leindotter, 3 Arten von Senf, Saflor, oelmadie, oelziest, Lupinen, Hanf u.a.), europaweit sogar rund 50 Arten, weltweit wahrscheinlich über 2000 Arten. Letztlich enthalten alle Samen und das Fruchtfleisch mancher Gehoelze (z.B. Avocado, oelpalme) Pflanzenöle bzw. Pflanzenfette.

So zahlreich die Zuechtungen in Hinblick auf Steigerung der Öl-Ertraege oder der Veraenderung der Fettsaeuremuster bei einigen wenigen oelpflanzen (wieder insbesondere Raps und Sonnen-blume) und in Bezug auf Speiseoel-Qualität oder industrielle Anwendungen erfolgten, so hat nahezu keine zuechterische Arbeit bisher stattgefunden, was die Nutzung von Pflanzenölen als Energieträger anbelangt (vgl. SCHUSTER, 1992). Das qualitative Potenzial ist also so gut wie unerschlossen.

Auch das quantitative Potenzial ist wenig bekannt. Dennoch können zuverlaessige Anhalts-werte genannt werden. Angenommen, in Deutschland wuerde nur aus dem gut durchgezuechte-ten 00-Raps Pflanzenöl gewonnen, der einen Kornertrag von rund 4 Tonnen je Hektar mit einem oelgehalt von über 40% hat, dann könnte mit einem theoretischen oelertrag von 1,6 t/ha gerechnet werden. Bei einer Kaltpressung ohne Extraktion beträgt die Ausbeute 85%, es koennten also 1,36 t/ha Rapsöl gewonnen werden. Da Raps nur alle 4 Jahre auf derselben Flaeche angebaut werden kann, könnte maximal jeder 4. Hektar mit Raps genutzt werden. Von 12 Mio. ha Ackerflaeche in Deutschland waeren also 3 Mio. ha mit Raps bebaubar, die 4 Mio. Tonnen Pflanzenöl (1,36 t/ha x 3 Mio. ha) pro Jahr liefern wuerden.

Der Inlandsabsatz von Dieselkraftstoff betrug 1997 gemäss dem Bundeswirtschafts-ministerium 26,3 Mio. Tonnen. Geht man von etwa gleich hohem Verbrauch der Motoren bei Verwendung von Diesel- oder Pflanzenöl-Treibstoff aus, so waere die deutsche Landwirtschaft rechnerisch in der Lage 15% (4 : 26,3) des derzeitigen Dieselverbrauchs zu erzeugen. Der heutige durchschnittliche Kraftstoffverbrauch im Dieselbereich (einschliesslich Lkw und Bussen) kann mit ca. 9 Liter je 100 km angesetzt werden. 3-Liter-Fahrzeuge (z.B. VW-Lupo) sind schon auf dem Markt und plausible Entwicklungen in Richtung 1,5 Liter-Fahrzeugen werden angegangen (z.B. L22 der Firma Loremo Muenchen). Wuerde es gelingen, den durchschnittlichen Verbrauch auf 3 Liter zu verringern, dann könnte die deutsche Landwirtschaft fast die Haelfte (45%) des Dieselbedarfs decken.

Bei den ueberlegungen zum Potenzial der Pflanzenöle sollten wir uns aber nicht auf die Grenzen Deutschlands beschraenken. Auch eine Einschraenkung auf die EU (die in naher Zukunft vielleicht schon 80% des EU-Dieseltreibstoffbedarfs durch Pflanzenöle substituieren könnte) ist nicht erforderlich. Das tun wir bezueglich der heutigen Kraftstoffe (Diesel und Benzin) ohnehin nicht: deutlich weniger als 1 % des in Deutschland benoetigten Erdoels stammt aus deutschen Erdoelquellen!

Weltweit gesehen ist das Potenzial an Pflanzenölen selbst für den heutigen Erdoelbedarf ausreichend. Eine - zugegeben stark vereinfachte - Rechnung mit dem Anbau nur einer exemplarischen oelpflanze – der oelpalme in den Tropen – kann es belegen (s. Tab. 2).

Tab. 2: Das weltweite Pflanzenöl-Potenzial bezogen auf den Anbau von einer von
>2000 oelpflanzen: die Afrikanische oelpalme (Elaeis guineensis)

1. oelertrag von oelpalmen: 10.000 Liter je Hektar und Jahr = 1 Mio. Liter je km 2 und Jahr
2. Welt-Erdoelbedarf 1996 (nach SHELL) ca. 3.600 Mrd. Liter
3. Landfläche Afrikas: 30 Mio. km 2
4. Landfläche aller Kontinente: 136 Mio. km 2
5. Notwendige Anbauflaeche für oelpalmen: 3, 6 x 10 12 Liter : 1 x 10 6 Liter/ km 2
     = 3, 6 x 10 6 km 2 = 3,6 Mio. km 2

Auf Afrika bezogen wuerden 12 % der Landfläche beansprucht, weltweit waeren es 2,6 %.

Natuerlich kann niemand ernsthaft fordern, ein Achtel Afrikas mit oelpalmen zu bepflanzen, schon aus oekologischen und klimatischen Gruenden nicht. Aber jedes Land der Erde könnte seine eigenen heimischen oelpflanzen auf 1-5% seiner Flaeche anbauen, oelpflanzen, die zum Teil wie „Unkraut“ gedeihen (z.B. Ricinus in den Tropen, Purgiernuss in der Sahelzone und Leindotter in Mitteleuropa). Auf jeden Fall sind die Pflanzenöl-Potenziale weitaus höher, als wir auf den ersten Blick meinen. Und dank der uebrigen Erneuerbaren Energiequellen im solaren Energiemix (vgl. Abb.1) und der bisher kaum eingesetzten Energiespartechniken steht uns eine breite Palette an realisierbaren Möglichkeiten zur Verfuegung.

4. oelfruchtanbau in Konkurrenz zum Nahrungsmittelanbau ?

Vielfach wird an dieser Stelle der Einwand erhoben, mit oelpalmen oder anderen oelpflanzen bebaute Flaechen wuerden für die Nahrungsmittel-Erzeugung entfallen, und dies koenne man sich angesichts des Nahrungsmittelmangels gerade in der Dritten Welt nicht leisten. Aber schliesst der oelpflanzenanbau tatsaechlich den Nahrungsmittelanbau aus?

Unterstellt man, dass der Landbau auch in Zukunft das System von Monokulturen beibehalten wird, dann scheint der o.g. Einwand nicht widerlegbar. Denn ein Feld, das nur mit Raps zu einem Zeitpunkt bebaut wird, steht selbverstaendlich im gleichen Zeitraum nicht für Getreideanbau zur Verfuegung. Allerdings ist diese Sichtweise verkuerzt und berücksichtigt nicht zwei Aspekte des Raps- bzw. des oelpflanzenanbaus an sich, die der Nahrungsmittel-Erzeugung letztlich zugute kommen:

1. Raps bzw. andere oelfruechte sind (oder können) vorzuegliche Vorfruechte für den Getreideanbau unmittelbar danach sein: Die in aller Regel tiefreichende und im Boden verbleibende betraechtliche Wurzelmasse der Öl-Vorfruechte wird von Bodenorganismen abgebaut und stellt eine Steigerung des Kohlenstoff- und Humushaushaltes des Bodens dar. Ferner wachsen die Wurzeln der Getreidepflanzen ueberwiegend in die verbleibenden Wurzelroehren der Vorfruechte und können daher einen groesseren Bodenraum erschliessen. Die Folge sind signifikant erhöhte Getreide-Ertraege ohne zusaetzliche Duengung, eine Erfahrung, die weit verbreitet und inzwischen allgemein anerkannt ist.

2. Bei der Ernte und der dezentralen Verarbeitung der Rapskoerner fallen zwei wertvolle Produkte an: ca. 1000 kg/ha des begehrten Rapsoeles (das uebrigens bei 00-Raps auch ein hervorragendes Speiseoel ist) und weitere 2000 kg/ha des Rapskuchens, der ein idealer Ersatz für zu importierendes Soja-Schrot als Kraftfutter bei der Rinder- und Schweinehaltung ist. Verwendet man das Rapsöl nicht als Speiseoel, sondern als Kraftstoff, verbleibt immer noch doppelt so viel an eiweiss- und mineralstoffreichem Rapskuchen, der nicht nur als Viehfutter, sondern - nach einer entsprechenden Aufbereitung - auch als menschliche Nahrung Verwen-dung finden könnte. Auch bei der oelpalme faellt neben dem Palmoel aus dem Fruchtfleisch und dem Palmkernoel aus dem Samen ein noch fettes, eiweissreiches und daher ausserordentlich nahrhaftes Fruchtfleisch an, das gekocht von der heimischen Bevoelkerung sehr begehrt ist.

Der o.g. Einwand verliert ganz an Bedeutung, wenn man - anstelle von bisher eintoenigen Monokulturen - in einem zukuenftigen Landbau vielfaeltigen Polykulturen (Mischfruchtanbau-systeme) den Vorzug geben wird. In Bayern laufen seit mehr als 7 Jahren sehr vielverspre-chende private Feldversuche bei oeko-Landwirten: Weizen und Gerste, ja sogar Erbsen werden jeweils zusammen mit Leindotter (Camelina sativa (L.) Crtz., einem urspruenglichen Unkraut des Leinanbaus) gesaet, gleichzeitig geerntet und gedroschen und die unterschied-lichen Samen per Siebsaetze problemlos getrennt (Institut für Energie- und Umwelttechnik Muenchen).

Das Ergebnis: Die Ertraege der zwei Getreidearten sind - verglichen mit den entsprechenden Monokulturen - etwa gleich (30 bis 40 dt/ha), die Backqualitaet des Getreides ist aber besser (um 4 - 6 %-Punkte höhere Kleberanteile), so dass höhere Preise erzielt werden können. Die Ernte-Ertraege bei Futtererbsen sind sogar um rund 10 % höher: 32, 5 gegenüber 29,6 dt/ha (Versuche im Jahr 2000 am Kramerbraeu-Hof, Paffenhofen/Ilm). Der wesentliche Grund: Die Erbsen ranken am Leindotter empor und können mehr erntefaehige Schoten ausbilden! Ausserdem verdraengt Leindotter andere, staerker mit dem Getreide und Erbsen konkurrierende Unkraeuter. Der Unkrautdruck solcher Mischfruchtbestaende ist deshalb ausgesprochen gering, eine Unkrautbekaempfung eruebrigt sich.

Ferner werden im Getreide-Leindotter-Mischanbau 80 bis 150 Liter Leindotteroel je Hektar, im Erbsen-Leindotter-Anbau sogar bis 270 Liter/ ha Leindotteroel erzielt (Kramerbraeu-Hof, 2000). Die bemerkenswerte Steigerung des Leindotteroel-Ertrags um über das Doppelte ist wohl auf positive Synergie-Effekte der zwei Pflanzenarten (z.B. zusaetzliche Stickstoff-Versorgung des Leindotters durch die N-bindenden Erbsen) zurueckzufuehren. Darueberhinaus kann mit 200 bis 540 kg/ha an Leindotterschrot als Kraftfutter gerechnet werden (MAKOWSKI & BRAND, 2000, sowie IEU, 2001).

Fazit:

Die beschriebenen Versuche in Bayern zeigen, dass keine oder nur unwesentliche Minderungen in der Nahrungsmittel-Erzeugung bei Mischfrucht-Anbau zustande kommen, aber Pflanzenöle als Kraftstoffe zusaetzlich aus „Unkraeutern“ in nicht geringem Masse gewonnen werden können.

5. Naturgemaesser Landbau

Wie die dargestellten Mischfrucht-Anbauversuche in Bayern zeigen, eroeffnen sich für die zukuenftige Landwirtschaft völlig neue Möglichkeiten, die weit über die heute im oekologi-schen Landbau ueblicherweise bekannten Verfahren und Erfolge hinausgehen duerften (vgl. MAKOWSKI, 2000).

Neben dem gaenzlichen Verzicht auf Spritzmittel und Mineralduenger (die in aller Regel schon heute im oeko-Landbau keine Anwendung mehr finden), kann der zukuenftige Landbau aber noch einen bedeutenden Schritt weiter gehen: Mit dem vollstaendigen Verzicht auf Bodenbearbeitung und gleichzeitig einer Dauerbegruenung der aecker werden sich die Erosions- und die Unkrautfragen nicht mehr stellen.

Wenn ferner Direktaussaat in die noch reifenden Mischfruchtbestaende erfolgt und der Naehrstoffkreislauf durch vollstaendige Rueckfuehrung des Strohs und der tierischen und menschlichen Faekalien (z. B. in Form von gut ausgereifter Biogasguelle) auf die Felder geschlossen wird (vgl. Abb.2), dann kann sich der heute noch häufig schwer-tuende oeko-Landbau zu einem naturgemaessen Landbau im Sinne von M. FUKUOKA (1998a, 1998b,1999) mit geringstem Arbeitseinsatz, gesunden Anbaufruechten und zunehmend wachsenden Ertraegen weiter entwickeln.

Ein in diesem Sinne in Freising schon wirtschaftender Landwirt (seit 16 Jahren ohne Pfluegen, seit 6 Jahren ohne Bodenlockerung) hat sehr geringe Betriebskosten, verfügt über zunehmend reichere Boeden (Regenwurmbesatz von inzwischen 200–300 Regenwuermer je m 2 im Ver-gleich zu 2–10 Regenwuermer je m 2 bei konventionell wirtschaftenden Nachbarn), fährt normale, teilweise bessere Ernten jedes Jahr ein und benötigt etwa nur ein Drittel der Arbeits-zeit seiner konventionellen Kollegen.

Auf dieser Grundlage werden in den naechsten Jahren und Jahrzehnten weitere Versuche mit Kombinationen von sich gegenseitig foerdernden Getreidearten, oelfruechten und Leguminosen im Mischfruchtanbau erfolgen: Der oelpflanzenanbau als ein integraler Bestandteil einer Polykultur, in der er kein Konkurrent, sondern Foerderer eines gesunden Nahrungsmittel-anbaus sein wird!

Quellen

FUKUOKA, M. (1999): „Der grosse Weg hat kein Tor – Nahrung, Anbau, Leben“, 3. Aufl., Pala-Verlag Darmstadt, 140 S.
FUKUOKA, M. (1998a): „Rueckkehr zur Natur - die Philosophie des natuerlichen Anbaus“, 2. Aufl., Pala-Verlag, 155 S.
FUKUOKA, M. (1998b): „In Harmonie mit der Natur - die Praxis des natuerlichen Anbaus“, 2. Aufl., Pala-Verlag, 147 S.
IEU (2001) INSTITUT FueR ENERGIE UND UMWELTTECHNIK MueNCHEN: Unveroeff. Ernte-Ergebnisse auf dem Kramerbraeu-Hof bei Pfaffenhofen/Ilm von 2000, 1 Tabelle.
MAKOWSKI, N. (2000): „Neue Wege im oeko-Landbau“ in: Bauernzeitung 19, S. 30-31
MAKOWSKI, N. & BRAND, D. (2000): „Mischanbau von Leindotter und Erbsen ist attraktiv“, Institut für Energie- und Umwelttechnik Muenchen, unveroeff. Manuskript, 6 S.
SCHINDLER, J. & ZITTEL, W. (1999): „Wirtschaftliche Umbrueche durch nahende Erschoepfbarkeit fossiler Ressourcen“ in: Solarzeitalter 2/99, S. 12-18 (Eurosolar e.V.)
SCHUSTER, W. (1992): „oelpflanzen in Europa“ DGL-Verlag Frankfurt/M., 240 S.