Biookönomie

Die Bioökonomiestrategie der Bundesregierung aus 2020 stellt in diesem Kontext den Nutzen von biologischen Systemen im Klimaschutz und in der Kreislaufstrategie dar [1]. Die biologischen Ressourcen, die regenerierbar sind, sollen nicht regenerierbare Ressourcen ersetzen und damit zum Klimaschutz beitragen. In diesem Kontext gibt es unterschiedliche Möglichkeiten der Biomassenutzung. Dies wird auch in den weiteren Gesetzgebungen wie der Ökodesign-Verordnung der Europäischen Union [2] und der Normenentwicklungen wie die der ISO 59004, 59010 und 59020 unterstützt.

Diese Denkweise steht dem Konzept des Butterfly Diagramms der Ellen MacArthur Foundation entgegen. Denn dort werden der biologische Kreislauf und der technische Kreislauf getrennt voneinander betrachtet. Als Schlussfolgerung der aktuellen Erkenntnisse sollte der biologische Flügel mit dem wichtigen Konzept der Kaskadennutzung von Materialien in den technischen Flügel integriert werden. Die Bioökonomie verknüpft den technischen Kreislauf mit dem biologischen Kreislauf. Teile von technischen Produkten oder auch vollständige Produkte können aus pflanzlichen Rohstoffen hergestellt werden [3]. Dies ermöglicht eine Anwendung der Bioökonomie auf die R-Prinzipien (siehe unten).

Kaskadennutzung (Erhöhung der Effizienz)

Die Bedeutung der Kaskadennutzung von Produkten und ihren Teilen wird in der Literatur deutlich benannt (vgl. Grundprinzipien der Cicular Economy). Das Prinzip kann der Ressourceneffizienz (Prinzip: Narrow) zugeordnet werden. Die Lebensdauer des Materials (Prinzip: Slow) wird bei der Kaskadennutzung nicht auf dem gleichen Niveau verlängert, sondern auf materiell niedrigem Niveau. Dieses berücksichtigt auch die Ellen MacArthur Foundation im Butterfly Diagramm.

In der Studie des Umweltbundesamtes zum Thema Biomassekaskaden aus dem Jahr 2017 [4] (vor Corona, Borkenkäfer) wird die Theorie hinter der Kaskadennutzung dargestellt und in die Praxis übertragen. Einige Schlussfolgerungen sind aufgrund der Dürrejahre 2018 bis 2021 und des daraus folgenden Waldsterbens jedoch nicht mehr aktuell [5]. Sich regenerierende Rohstoffe haben einen limitierenden Faktor: die begrenzte Fläche, auf der die Biomasse angebaut werden kann. Zudem spricht die Fähigkeit der Biomasse, Kohlendioxid zu speichern, für eine lange Nutzungsphase und bestärkt den Kaskadengedanken. 

Es werden unterschiedliche Dimensionen der Kaskadennutzung definiert, wobei eine Kaskade eine oder zwei weitere Nutzungen des Biomasseprodukts darstellt.

Vierdimensionales Modell, angelehnt an Wasserkaskaden (nach Sikrin und Ten Houten):

• Nutzungsdauer
• Ressourcenqualität
• Verbrauchsmenge
• Wiederverwertbarkeit (Bezugsgröße)

Dreidimensionales Model (nach Fraanje):

• Sachgerechte Nutzung (Delta Q)
• Verlängerung der Produktlebensdauer (Delta T)
• Erhalt der Qualität (Minimierung von Delta Q)

Möglichkeiten der Biomassenutzung

Im Folgenden wird geklärt, welche Biomasse für das Prinzip der Bioökonomie zu Verfügung steht, wie der Einsatz sinnvollerweise gestaltet werden sollte und wie eine Kaskadennutzung realisiert werden kann. Grundlage für die folgenden Ausführungen sind eine Studie des Umweltbundesamtes zum Thema Biomassekaskaden aus dem Jahr 2017 [4], das Buch „Das System Biotechnologie“, in dem die Potenziale der verschiedenen Biomassen untersucht werden [6] und  der Beitrag „Circular Bioeconomy“ des European Compost Networks [7].

Die Leitfrage ist: „Welche Biomassen stehen für die rohstoffliche Nutzung bzw. die 3 T´s Teller, Trog und Tank zu Verfügung?“

Das System der Bioökonomie kann aus Boden, Wasser und Sonnenlicht theoretisch unbegrenzt Biomasse aufbauen, die dann über verschiedene Verarbeitungsstufen zu Produkten verarbeitet werden. Aktuell werden pro Jahr weltweit 265 EJ (10¹⁸J) Biomasse geerntet. Hiervon werden 50 Prozent zur Fütterung von Vieh verwendet (Trog). Das entspricht 135 EJ/a, die dann sehr ineffizient nur zu fünf Prozent als tierisches Produkt auf den Teller gelangen. Außerdem kommen 87 EJ/a als Nahrungsmittel, Energieträger und Werkstoff bei den Menschen an (Tank). Der geringe Effizienzgrad deutet auf hohe Ineffizienzen (hierzu gehören Nahrungsgewohnheiten) und eine geringe Kreislauforientierung (Effektivität) hin.

Anwendung der Bioökonomie auf die R-Prinzipien

Die Bioökonomie setzt den Einsatz aus Biomasse bzw. biologisch abbaubarer Materialien voraus und ist eine Möglichkeit, kurzlebige Produkte über den biologischen Kreislauf zirkulär zu machen (products that flow). Komponenten des Produkts oder das gesamte Produkt müssen verrotten können oder regenerierbar sein, um diese durch biologischen Abbau in den Kreislauf zurückführen zu können. Durch den biologischen Abbau entstehen Nährstoffe für das Wachstum von pflanzlichen Rohstoffen. Diese können wiederum für die Herstellung biologisch abbaubarer Materialien verwendet werden.

Die Nutzungsdauer von Produkten der Bioökonomie kann zum einen durch die Kaskadennutzung optimiert werden. Alternativ kann der biologische Abbau auch zur Energiegewinnung im Sinne von Recover (Biogas/Kompost) genutzt werden. Wenn nur einzelne Komponenten biologisch abbaubar sind, ist es wichtig, das Produktdesign (Rethink/Redesign) so auszulegen, dass diese Komponenten gut voneinander trennbar sind. Alle weiteren Komponenten müssen am Ende der Lebensdauer wiederum einem Recycling zugeführt werden. In der Abbildung sind die möglichen Kreisläufe der Bioökonomie dargestellt.