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BLICKWINKEL

Biomasse

Die Bioökonomie ist viel mehr als nur eine Kreislaufwirtschaft

Die Konzepte Bioökonomie, Kreislaufwirtschaft und Kaskadennutzung sind ähnlich gelagert, überschneiden einander aber nicht völlig. Der Diplom-Physiker Michael Carus erklärt die Unterschiede und Überschneidungen und veranschaulicht, wie sich die einzelnen Konzepte jeweils am besten einsetzen lassen.

Gemäß einer EU-Definition umfasst die Bioökonomie die nachhaltige Produktion erneuerbarer biologischer Ressourcen und die Umwandlung dieser Ressourcen und Abfallströme in Produkte mit einem Mehrwert, wie Lebensmittel, Futtermittel, biobasierte Produkte und Bioenergie.1 Die Kreislaufwirtschaft hingegen wird (noch immer eher unscharf definiert) als derjenige Wirtschaftsbereich bezeichnet, in dem es „darum geht, den Wert von Produkten, Stoffen und Ressourcen so lange wie möglich zu erhalten und so wenig wie möglich Abfall zu erzeugen“2. Natürlich gibt es hierbei Unterschiede und Schnittmengen, die das Potenzial für Verwechslungen mit sich bringen. Beide Konzepte befinden sich noch in einem frühen Stadium ihrer Entwicklung und sind in der Theorie deutlicher ausgeprägt als in ihrer Umsetzung. Aber beiden wohnt ein gewaltiges Potenzial inne, und beide sind von wesentlicher Bedeutung für eine nachhaltiger gestaltete Welt.

Das dritte Konzept, die kaskadenförmige Nutzung von Biomasse, weist große Gemeinsamkeiten mit dem Begriff der Kreislaufwirtschaft auf und ist zum größten Teil in ihr enthalten. Die Hauptziele sowohl der Kaskadennutzung als auch der Kreislaufwirtschaft sind verbesserte Effizienz bei der Nutzung von Ressourcen sowie ein verringerter Bedarf neu erschlossener Rohstoffe, und beide haben häufig eine positive Auswirkung auf die Schaffung neuer Arbeitsplätze. In manchen biobasierten Industriezweigen ist die Kaskadennutzung bereits seit Jahrzehnten und damit lange, bevor der Begriff „Kreislaufwirtschaft“ im politischen Mainstream ankam, fest etabliert. Dies gilt beispielsweise für die Papier- und Zellstoffindustrie oder die Textilbranche. In der Kreislaufwirtschaft und in der Abfallhierarchie ist Kaskadennutzung das Ergebnis von Recycling und Wiederaufarbeitung, aber die Kaskadennutzung beginnt bereits vor der Abfall- hierarchie mit der Entscheidung, wie die frische Biomasse genutzt werden soll. Das Kaskadenprinzip schließt daher die Lücke zwischen der Nutzung von Biomasse und der Abfallhierarchie.

Die Kreislaufwirtschaft beinhaltet unter anderem auch das Recycling organischer Abfälle (also den biologischen Abbau) und sogar die Speicherung und Verwertung von CO2 aus industriellen Prozessen oder der Atmosphäre.

Die Bioökonomie ist deutlich mehr als nur ein weiterer Rohstoffsektor, sondern zeichnet sich durch besondere Eigenschaften aus. Bei der Bioökonomie geht es um die „Biologisierung“ der industriellen Wertschöpfung. Sie liefert der Industrie nachwachsende Kohlenstoffquellen, mit denen sich – anders als bei Mineralien und bei Metallen – in beinahe allen Anwendungsbereichen die fossilen Kohlenstoffe unmittelbar ersetzen lassen. Allerdings stellt es eine Herausforderung dar, den Wert von Biomasse in der Kaskade zu halten, was sich bei Metallen und Mineralen deutlich einfacher darstellt. Aus diesem Grund wird die Kreislaufwirtschaft von der Metall- und Mineralstoffindustrie dominiert, während Biomasse im Vergleich zu den anderen Wertstoffen als von eher geringerer Bedeutung erachtet wird. Durch die Bioökonomie kommt ein zusätzlicher, diesmal organischer Recyclingpfad hinzu, der die Kreislaufwirtschaft erweitert.

Doch natürlich haben die Bioökonomie und die Kreislaufwirtschaft ein gemeinsames Ziel, das in einer nachhaltiger gestalteten und ressourceneffizienteren Welt mit einer guten CO2-Bilanz liegt. Sowohl die Kreislaufwirtschaft als auch die Bioökonomie vermeiden es, zusätzlich fossilen Kohlenstoff zu nutzen, um zu den Klimazielen beizutragen.

Die Kreislaufwirtschaft unterstützt die Umwelteffizienz der Prozesse und die Nutzung aufbereiteten Kohlenstoffs, wodurch die Verwendung zusätzlicher fossiler Kohlenstoffe zurückgefahren werden kann. In der Bioökonomie hingegen wird fossiler Kohlenstoff durch biobasierten Kohlenstoff ersetzt, der aus Biomasse landwirtschaftlicher, forstwirtschaftlicher oder mariner Herkunft gewonnen wird. Hierbei handelt es sich um komplementäre Ansätze. Beiden Konzepten ist gemein, dass sie auf einer verbesserten Ressourcennutzung mit höherer Umwelteffizienz und geringeren Treibhausgasemissionen fußen. Beide reduzieren den Bedarf fossiler Kohlenstoffe und führen zu einer Valorisierung der Abfall- und Nebenströme.

Die Kreislaufwirtschaft

Die Kreislaufwirtschaft umfasst alle Arten von Materialströmen mit unterschiedlichen Verwertungsrouten (s. Abb. 1). Dies beinhaltet unter anderem auch das Recycling organischer Abfälle (also der biologische Abbau) und sogar die Speicherung und Verwertung von CO2 aus industriellen Prozessen oder der Atmosphäre. Zusätzlich treten die unterschiedlichsten Rohstoffe in den Kreislauf ein: fossile Ressourcen (Rohöl, Erdgas, Kohle), Mineralien, Metalle, Biomasse aus der Landwirtschaft, der Forstwirtschaft oder dem Meer, außerdem gegebenenfalls CO2. Auf der rechten und linken Seite von Abbildung 1 sind zusätzliche Rohstoffströme aus den Seitenströmen der Fertigung und dem Produktrecycling zu sehen.

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Abb. 1: Das umfassende Konzept der Kreislaufwirtschaft: Der Begriff „Biomasse“ beinhaltet alle Arten von Biomasse aus der Landwirtschaft, der Forstwirtschaft oder dem Meer, außerdem aus organischen Abfallströmen (nova 2016).

Die Rohstoffe werden zu Produkten verarbeitet, gehandelt, verwendet und dann der Abfallhierarchie zugeführt, welche die Stufen Teilen/Erhalten, Wiederverwendung/Umverteilung, Wiederaufarbeitung bis hin zum mechanischen oder chemischen Recycling Recycling enthält. Bei biologisch abbaubaren Produkten kommt am Ende des Lebenszyklus die organische Verwertung (biologischer Abbau, Kompostierung) als Option hinzu, ebenso wie die Bindung und Verwertung von Kohlenstoff (Carbon Capture and Utilization, CCU) zum Recycling von CO2. Die am wenigsten erwünschte Option ist die Mülldeponie. 

Alle Biomasseströme sind potenziell Teil der Kreislaufwirtschaft; bei der Kaskadennutzung handelt es sich um einen Teil der Abfallhierarchie, vor allem die Schritte Wiederaufarbeitung und Recycling biobasierter Produkte.

Die Bioökonomie ist kein vollständiger Teil der Kreislaufwirtschaft, ebenso wenig wie fossiler Kohlenstoff, Metalle und Mineralien. Hierfür gibt es mehrere Gründe. Zunächst einmal sind die meisten Materialströme – fossiler Kohlenstoff, Biomasse, Metalle und Mineralien – heute nicht Teil der Kreislaufwirtschaft. Ein großer Anteil der Metalle und Mineralien bleibt nicht in der Wirtschaft erhalten, sondern geht in der Umwelt oder auf Mülldeponien verloren. Fossiler und erneuerbarer Kohlenstoff werden vor allem zur Energieerzeugung genutzt (fossiler Kohlenstoff: 93%; Biomasse: 66%), wodurch sie für die Kaskadennutzung verloren sind. Auch enden fossile oder biobasierte Produkte oft auf der Mülldeponie oder in der Umwelt, sodass auch sie für die Kreislaufwirtschaft verloren gehen.

Potenziell könnte aber ein Großteil der Stoffe durchaus Teil der Kreislaufwirtschaft werden, sodass auch die Überschneidungen in Zukunft größer ausfallen könnten, doch diese Entwicklung liegt noch in weiter Ferne. Einige Sektoren der Bioökonomie hingegen werden niemals vollständig Teil der Kreislaufwirtschaft werden. So stellen Bioenergie und Biokraftstoff beispielsweise eine Sackgasse für die Nutzung von Biomasse dar. Dasselbe gilt für die meisten Reinigungsmittel und Kosmetika sowie für Farben und Lacke, die nicht aufgefangen und wiederverwertet werden können. Für einige Anwendungen könnten biologisch abbaubare Lösungen in Zukunft ein Teil des organischen Recyclings werden.

Die Bioökonomie

Das Konzept der Bioökonomie umfasst viel mehr als nur die Ströme von Biomasse selbst. Strukturell gesehen befinden sich wichtige Aspekte der Bioökonomie ebenso wie wichtige Aspekte der anderen Rohstoffsektoren außerhalb der Kreislaufwirtschaft, die sich darauf konzentriert, „den Wert von Produkten, Stoffen und Ressourcen innerhalb der Wirtschaft so lange wie möglich zu erhalten“3 und die Umwelteffizienz der Prozesse zu verbessern.

Das Konzept der Bioökonomie geht weit über die Kreislaufwirtschaft hinaus (siehe Abb. 2). Es umfasst auch eine große Anzahl weiterer Aspekte wie beispielsweise neue chemische Bausteine, neue Prozesswege sowie etwa neue Funktionalitäten und Eigenschaften von Produkten.

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Abb. 2: Bioökonomie: Mehr als Kreislaufwirtschaft. „Land- und Forstwirtschaft “ umfasst alle Arten von Biomasse aus der Landwirtschaft, der Forstwirtschaft oder dem Meer, außerdem aus organischen Abfallströmen (nova 2017)

Abbildung 2 zeigt die besonderen Merkmale der Bioökonomie entlang der Wertschöpfungskette, die größtenteils nicht vom Konzept der Kreislaufwirtschaft abgedeckt werden oder sich nicht einmal mit ihm überschneiden. Dies umfasst die neuesten Entwicklungen in der Land- und Forstwirtschaft (Präzisionslandwirtschaft, Genome Editing), neue Prozessverläufe mit geringerer Toxizität und weniger aggressiven Chemikalien, die Biotechnologie, Chemikalien und Stoffe mit neuen Eigenschaften und Funktionalitäten ebenso wie naturverträglichere, gesündere biobasierte Produkte.

Die beiden Ansätze der Bioökonomie und der Kreislaufwirtschaft ergänzen sich und überschneiden einander.

Entscheidende Aspekte der Bioökonomie

Es wäre ein großer Verlust für die Bioökonomie, wenn sie lediglich als Teil der Kreislaufwirtschaft missverstanden würde, weil dies entscheidende Aspekte der Bioökonomie ignorieren würde. Außerdem überschneiden sich Forschungsagenda, -strategie und -politik der Bioökonomie zwar mit der Strategie der Kreislaufwirtschaft (so zum Beispiel in der Umwelteffizienz der Prozesse), aber sie benötigt immer auch zusätzliche und konkrete Handlungsfelder.

Andererseits ist eine umfassende Kreislaufwirtschaft ohne Bioökonomie nicht möglich. Die gewaltigen biologischen Neben- und Abfallströme aus der Land- und Forstwirtschaft, Fischerei, der Lebensmittel- und Futtermittelindustrie sowie die Abfälle aus biologischen Prozessen können nur mit einer Bioökonomiestrategie in die Kreislaufwirtschaft integriert werden. Sie benötigt neue wissensbasierte Prozesse wie zum Beispiel die Biotechnologie, Algen oder Insekten, neue Anwendungsformen und neue Verbindungen zwischen der Bioökonomie und anderen Branchen. Natürliche Zyklen in der Bioökonomie, z. B. der Nährstoffkreislauf, können einen großen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft leisten.

Die Bioökonomie kann auf vielfältige Weise zur Kreislaufwirtschaft beitragen, beispielsweise bei der Nutzung der biologischen Neben- und Abfallströme aus der Land- und Forstwirtschaft, Fischerei, der Lebensmittel- und Futtermittelindustrie sowie der Abfälle aus biologischen Prozessen. Außerdem können biologisch abbaubare Produkte wieder in den organischen und den Nährstoffkreislauf zurückgeleitet werden. Ebenso lassen sich Papier, andere Holzprodukte, Textilien aus Naturfasern und viele weitere Produkte erfolgreich einer Kaskadennutzung zuführen. Weiterhin können innovative oleochemische Zusatzstoffe die Rezyklierbarkeit anderer Materialien verbessern. Sobald bei den biobasierten Polymeren ein gewisser Schwellenwert erreicht ist, werden die Wiedergewinnung und das Recycling von Bioplastik auch wirtschaftlich attraktiv werden.

Eine einzigartige Stärke des Bioökonomiekonzepts ist, dass es ganz unterschiedliche Branchen, zwischen denen es früher keinerlei Verbindung gab, miteinander verknüpft. So werden wissenschaftliche und technologische Expertisen zusammengebracht, was wiederum die Entwicklung vieler neuer Produkte und Prozesse für eine nachhaltiger gestaltete Welt ermöglicht.

nova-Institut GmbH

www.nova-institut.eu
Michael Carus

Dipl. Phys. Michael Carus

Der Diplom-Physiker Michael Carus ist Gründer und Geschäftsführer der privaten und unabhängigen nova-Institut GmbH in Hürth. Bereits seit 20 Jahren arbeitet das nova-Institut weltweit in den Bereichen Rohstoffversorgung, technisch-ökonomische und ökologische Evaluierung, Marktforschung, B2B-Kommunikation, Dissemination und Politik für eine nachhaltige biobasierte und CO2-Ökonomie. Das nova-Institut ist Mitglied in zahlreichen internationalen Verbänden, Ausschüssen und nationalen wie EU-weiten Arbeitsgruppen zum Thema industrielle Biotechnologie und biobasierte Stoffe. Weiterhin wurde das nova-Institut ausgewählt, um die Nachhaltigkeit der vom deutschen Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Innovationsallianzen, einschließlich der von BRAIN koordinierten Allianzen ZeroCarbonFootPrint (ZeroCarbFP) und Natural Life Excellence Network 2020 (NatLifE 2020) zu bewerten. www.nova-institut.eu

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