Brennstoffzelle

Eine B. setzt mit Hilfe einer elektrochemischen Reaktion chemische Energie direkt in elektrische Energie (Strom) um, ohne Umweg über die Verbrennung.

Eine B. besteht in ihrer ursprünglichen Form aus zwei porösen Metall-Elektroden, die in einen Elektrolyten z.B. Schwefelsäure eintauchen. Die Anode wird mit Sauerstoff (oder Luft) versorgt, die Kathode mit einem brennbaren Gas. Als brennbares Gas kommen u.a. Wasserstoff, Erdgas, Deponiegas, Biogas und Methan in Frage.

Die B. entspricht dem Prozeß des Säure-Akkumulators, nur daß über die Gase kontinuierlich Energie zugeführt wird. Man kann die B. auch als umgekehrte Elektrolyse auffassen.
Die B. weist gegenüber konventioneller Stromerzeugung (Verbrennung) erhebliche Umweltvorteile auf:

B. emittieren nur extrem geringe Mengen an Schwefeldioxid, Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen und Staub, und auch ihre Kohlendioxid-Emissionen liegen um 20 bis 60% unter denen von z.B. Gas-Kraftwerken oder Automotoren (Ottomotor, Dieselmotor).

B. weisen mit mindestens 50% den höchsten Wirkungsgrad aller Stromerzeugungssysteme auf, ein Wirkungsgrad von 80% wird angestrebt.

B. verursachen weder Lärm noch Erschütterungen und sind erheblich leichter als konventionelle Akkumulatoren.

Die Verwertung von solarem Wasserstoff in B. ist von besonderem Interesse (Wasserstofftechnologie).
Nachdem in den letzten Jahren eine Reihe von Werkstoff-Problemen gelöst werden konnten, wird der B. eine große Zukunft prophezeit: vom Kraftwerk über dezentrale Energieversorgung bis hin zum Auto-Antrieb. 1993 soll das erste Elektroauto auf den Markt kommen, das über eine B. betrieben wird. Als Brenngas soll Wasserstoff in Metallhydrid-Speichern verwendet werden. Ein solches Auto wird erheblich weniger Schadstoffe als ein konventionelles Elektroauto emittieren.

Lit.: Bild der Wissenschaft 9/91

Brennstoffkreislauf

Zum Brennstoffkreislauf zählen alle Anlagen und Verfahren zur Versorgung und Entsorgung von Kernkraftwerken mit Brennstoff (Uran, Plutonium, Thorium (Hochtemperaturreaktor).

Kritiker sprechen lieber von der Brennstoffspirale, da an allen Stellen des Brennstoffkreislaufes nicht weiter verwendbare radioaktive Stoffe anfallen: Spaltprodukte (Kernspaltung) als Atommüll, aber z.B. auch Plutonium, das beim 3. Durchlauf des Brennstoffkreislaufes bereits durch hohe Anteile unbrauchbarer Isotope verunreinigt ist. Der Brennstoffkreislauf beginnt mit der Uranerzgewinnung (Uran) im Bergwerk und der anschließenden Erzaufbereitung.

In einer Konversionsanlage wird Uran in Uranhexafluorid umgewandelt, damit es in der Anreicherungsanlage auf einen Uran-235-Gehalt von 3% angereichert werden kann (für Leichtwasserreaktoren, Kernkraftwerk). Aus dem angereicherten Uran werden Brennelemente hergestellt, die dann im Kernkraftwerk Einsatz finden.

Nach etwa drei Jahren sind die Brennelemente abgebrannt und werden nach einer Verweilzeit von etwa einem Jahr im Abklingbecken des Kernkraftwerks, wo ihre Aktivität (Halbwertszeit) und Nachzerfallswärme abklingen, in ein Zwischenlager gebracht, von wo aus sie direkt der Endlagerung (Atommüll) oder der Wiederaufarbeitung zugeführt werden.

Aufgrund fehlender Zwischenlager verweilen die abgebrannten Brennelemente oft in Kompaktlagern, im oder neben dem Kernkraftwerk. Das in der Wiederaufarbeitungsanlage gewonnene Uran und Plutonium gelangt wieder zur Anreicherungsanlage, der Restmüll zur Endlagerung (Atommüll).
Umweltbelastung: In allen Stufen des Brennstoffkreislaufes kommt es auch im störungsfreien Betrieb zur Abgabe radioaktiver Stoffe, die sich in der Umwelt anreichern können (Anreicherung).

Die größten radioaktiven Belastungen beim störungsfreien Betrieb gehen aus von: Uranerzgewinnung und -aufarbeitung (Uran) und Wiederaufarbeitung. Vergleichsweise geringer sind die Belastungen bei: Kernkraftwerk, Zwischenlager (s.u.) und Atomtransporten (s.u.). Konversion, Anreicherung, Brennelementherstellung und Atommüll spielen beim störungsfreien Betrieb die geringste Rolle.

Die
Strahlenbelastung für Arbeiter liegt bei allen Stufen des Brennstoffkreislaufes, außer der Endlagerung, deutlich über der Belastung, der die normale Bevölkerung ausgesetzt ist. Das eigentliche Risiko des Brennstoffkreislaufes stellen Störfälle dar, besonders bei Kernkraftwerken (GAU, Schneller Brüter, Harrisburg, Tschernobyl), Wiederaufarbeitung, Atommüll, Transport und Anreicherung, Zwischenlager (Brände).

Zwischenlager und Transport: Bei der trockenen Zwischenlagerung werden die Brennelemente in Transportbehältern freihängend in großen, offenen Hallen bei Luftkühlung aufbewahrt.

Durch feine Risse in den Brennstäben, die sich durch Störfälle mit Überhitzung (z.B. Brand) vergrößern können, gelangen vor allem radioaktive Gase und leicht flüchtige Substanzen in die Umwelt. Im Jahr 2000 rechnet man mit jährlich 17.000 Transporten radioaktiver Substanzen im Brennstoffkreislauf vor allem mit Bahn und Lkw. Besondere Gefahren gehen vom Transport abgebrannter Brennelemente, Uranhexafluorid und Plutonium aus.

Die zulässige
Strahlenbelastung durch Gammastrahlung ist in der Gefahrgutverordnung festgelegt: 2 mSv (Sievert) pro Stunde an der Oberfläche intakter Transportbehälter und 0,1 mSv/Stunde in 2 m Abstand. Die Grenzwerte können zu erheblichen Strahlenbelastungen des Bahnpersonals führen. Untersuchungen ergaben Strahlendosen von bis zu 1,4 mSv/Jahr (
Strahlenbelastung). Die Gruppe Ökologie Hannover rechnet etwa alle 300 Jahre mit einem schweren Transportunfall mit Freisetzung großer Mengen Radioaktivität und einigen tausend Toten.

Derzeit ist weltweit kein Rückversicherungsschutz für radioaktive Verseuchungen durch Transportunfälle zu erhalten.
Die Todesfälle durch radioaktive Abgaben im gesamten Brennstoffkreislauf können grob abgeschätzt werden: Der 20jährige Betrieb eines 1.200-MW-Kernkraftwerks (einschl. Versorgung und Entsorgung) verursacht je nach Studie zwischen 70 und 920 Todesfälle innerhalb von 500 Jahren.

Durch radioaktive Stoffe mit großen Halbwertszeiten werden in den darauffolgenden Jahrtausenden weitere 8.000 bis 23.000 Todesfälle erwartet. Radioaktivität verursacht zudem Krankheiten, die nicht zwangsläufig zum Tode führen, genetische Schäden und Schädigung der Pflanzenwelt.
Strahlenschäden, Waldsterben.

Anlagen in Deutschland: Urananreicherungsanlage in Gronau, Brennelementefabrik in Lingen, Siemens Brennelementwerk Hanau (auch: Mischoxid(MOX)-Brennelemente), Zwischenlager Ahaus und Gorleben (je 1.500 t abgebrannter Kernbrennstoff), Mitterteich und Greifswald, und die Pilotkonditionierungsanlage in Gorleben (voraussichtliche Inbetriebnahme 1995) zur direkten Endlagerung.

Obwohl in den alten Bundesländern seit über 30 Jahren Kernkraftwerke betrieben werden, ist der Brennstoffkreislauf nicht geschlossen: Wiederaufarbeitung, Atommüll. Der Weg des deutschen Atommülls ist noch völlig offen; neben der Option auf Wiederaufarbeitung in La Hague steht die direkte Endlagerung. Die Verträge mit La Hague können auch als reine Lagerverträge aufgefaßt werden, da explizit eine Rückholklausel seitens der deutschen Atomindustrie eingeräumt ist. Ähnliches gilt für die Brennelemente aus deutschen Forschungsreaktoren, die im schottischen Dounreay zwischengelagert und 1996 in deutsche Zwischenlager umgelagert werden sollen.

Brennstoffentschwefelung

Bei der B. wird der in fossilen Brennstoffen (Kohle, Erdöl, Erdgas) enthaltene Schwefel chemisch oder physikalisch abgetrennt.

In Kohlen ist der Schwefel teilweise als anorganische Verbindung (meistens Pyrit FeS2) und teilweise als organische Verbindung enthalten. Der Pyrit kann mit trocken oder naß arbeitenden Verfahren wegen seiner magnetischen Eigenschaften und seiner höheren Dichte gegenüber den anderen Bestandteilen der Kohle physikalisch gewonnen werden. Etwa 70% des in der Kohle enthaltenen Pyrits lassen sich mit diesem Verfahren abscheiden. Der organisch gebundene Schwefel kann nur durch chemische Behandlung (z.B. mit Wasserstoff) aus der Kohle entfernt werden.

Die chemische Kohleentschwefelung ist bei geringeren Entschwefelungsgraden teurer als die Rauchgasentschwefelung (Rauchgasentschwefelungsanlage). Die physikalische Kohleentschwefelung ist billiger als die Rauchgasentschwefelung, aber erzielt nur Entschwefelungsgrade von rund 50%.
Die Entschwefelung der Öle wird in der Erdölraffinerie durchgeführt. Das leichte Heizöl enthält z.Z. maximal 0,15% Schwefel. Eine Entschwefelung auf weniger als 0,1 Gew.-% Schwefel ist möglich. Die B. von leichtem Heizöl ist eine effektive und billige Maßnahme zur sofortigen Verringerung der Emissionen von Schwefeloxiden aus Ölheizungen (Heizung) und Gewerbefeuerungen.

Siehe auch: Kohle, Erdgas, Schwefel

Brennstoffe, fossile

Brennelement

Wichtigster Teil eines Kernreaktors in Kernkraftwerken, bestehend aus einem Bündel von Brennstäben.

Einzelne Brennstäbe sind bei einem Durchmesser von 1,5 cm 4 - 5 m lang, bestehen aus einer Hülle aus Edelstahl oder Zirkonmetall (Zircaloy) und sind gefüllt mit dem spaltbaren Material, meist Urandioxid (Uran), in Form von Tabletten. Ein Leichtwasserreaktor vom Typ Biblis wird mit 200 Brennelementen, bestehend aus 200-300 Brennstäben, bestückt, was insgesamt ca. 100 t Uran entspricht.
Nach etwa 3 Jahren ist das Brennelement abgebrannt und wird aus dem Reaktor entfernt. Sein Uran235Gehalt ist von anfangs 3% auf unter 1% gesunken. Abgebrannte Brennelemente sind hochradioaktiv (Radioaktivität, Aktivität) und enthalten etwa 200 verschiedene Spaltprodukte (künstliche Radionuklide).

Braunkohle

B. (Kohle) gehört zu den fossilen Brennstoffen. Sie hat einen Anteil von 17% (1991) am Primärenergieverbrauch Deutschlands.

In den neuen Bundesländern ist B. mit einem Anteil von 70% wichtigster Energieträger überhaupt. In den alten Bundesländern werden 90%, in den neuen 70% der B.-Förderung in großen Kohlekraftwerken ohne Abwärmenutzung verstromt, der Rest dient als Briketts der Industrie- und Hausfeuerung (Ofenheizung). Deutschland besitzt drei große B.-Reviere, die niederrheinische Bucht (drittgrößtes B.-Vorkommen der Welt) und in den neuen Bundesländern das Mitteldeutsche und das Lausitzer Revier. In der niederrheinischen Bucht lagern 55 Mrd t B., was dem Energieinhalt der iranischen Erdölreserven entspricht. In den neuen Bundesländern belaufen sich die Vorräte auf 45 Mrd t B., von denen ca. 25 Mrd t technisch gewinnbar sind (Energiereserven). 1991 wurden in Deutschland 279 Mio t B. gefördert (West: 111 Mio t, Ost: 168 Mio t). Vor der Vereinigung wurden in der Ex-DDR über 300 Mio t B. gefördert (fast ein Drittel der Welt-B.-Förderung). Beschäftigte 1991: 17.400 (West) und 80.000 (Ost).
Umweltauswirkungen: Bei der Verbrennung von B. entstehen in großen Mengen Schadstoffe, vor allem Schwefeldioxid, Stickoxide und Staub. Pro erzeugte Kilowattstunde wird erheblich mehr Kohlendioxid emittiert als bei anderen fossilen Brennstoffen (Kohlendioxid-Problem, Treibhauseffekt).

Schäden beim Abbau: B. wird im Tagebau abgebaut, wodurch B. erheblich preiswerter wird als Steinkohle. Da B. im Tagebau nur oberhalb des Grundwassers abgebaut werden kann, muß das Grundwasser auf bis zu 500 m (Hambach) abgesenkt werden, wodurch schwere ökologische Schäden entstehen. Im niederrheinischen Revier werden jährlich etwa 700 Mio m3 Wasser abgepumpt, von denen nur 7% der Trinkwasserversorgung zugeführt werden, über 60% werden ungenutzt in den Rhein geleitet, obwohl damit etwa 35 mittelgroße Städte mit Trinkwasser versorgt werden könnten. Im Lausitzer Tagebau wurden 1991 sogar 1.109 Mio m3 Wasser abgepumpt, von denen nur 1,3% als Trinkwasser Verwendung fanden.

Folgen: Großräumige Grundwasserabsenkungen, Erschwerung der Trinkwassergewinnung, Bodenabsenkungen und schwere Schäden an Pflanzen und Tierwelt. Niederrhein: Die Grundwasserabsenkungen werden mit der Erschließung von Garzweiler II ein Gebiet von 3.000 km2 Größe beeinträchtigen, das bis nach Holland und ins rechtsrheinische Gebiet reicht. Auftreten irreversibler Beeinträchtigung grundwasserabhängiger Feuchtgebiete von internationaler Bedeutung. Mit Hilfe von Versickerungsanlagen, Einspeisungen und Sohlschwellen wird versucht, einige Feuchtgebiete zu retten.

Der hohe Flächenbedarf des Tagebaus (Niederrhein: 240 km2 Grubenfläche, mit Garzweiler II weitere 48 km2) führt zu großräumiger Zerstörung von Landschaft und Siedlungen (Niederrhein: Umsiedlung von 30.000 Menschen, mit Garzweiler II weitere 8.000). Durch den Abbau werden große Mengen an Staub freigesetzt (Lausitzer Tagebau: 1991 Abraumbewegungen von 617 Mio m3).
Über den Wert der rekultivierten Gebiete (Rekultivierung) herrscht Uneinstimmigkeit, insbesondere ist offen, ob sich die riesigen Gruben nach Abbauende zu lebensfähigen Seen umwandeln lassen. Flächenverbrauch im Vergleich: Regenerative Energiequellen

Siehe auch: Kohlevergasung, Kohle, Kohlekraftwerk, Heizung, Ofenheizung, Waldsterben, Großfeuerungsanlagenverordnung

Blei-Akkumulatoren

Der B. ist ein relativ sicherer, zuverlässiger und preiswerter Akkumulator.

Seine Anwendung ist sehr vielfältig: Starterbatterie in Autos, Energiespeicher für Elektroautos, Speicherbatterie für Solaranlagen, Netzausfallsicherungen, Modellbau usw. Bei einem B. bestehen die Elektroden im geladenen Zustand aus Bleidioxid (+ Pol) und schwammartigem reinen Blei (- Pol). Im entladenen Zustand haben sich beide Elektroden zu PbSO4 umgewandelt. Der Elektrolyt ist verdünnte Schwefelsäure (20-26% bzw. auch 32% für Starterbatterie). Der Ladezustand ist über den PH-Wert der Säure und wegen unterschiedlichen Dichten unterschiedlich starker Schwefelsäuren auch über die Dichte bestimmbar.
Für jede Anwendung sind B. auf dem Markt, die genau auf die geforderten Bedingungen spezialisiert sind, so z.B. für hohe Stromstärken, Wartungsfreundlichkeit oder hohen Wirkungsgrad. B. sind daher für Anwendungen, für die sie nicht konzipiert sind, unbrauchbar. So ist z.B. eine Starterbatterie aufgrund ihres geringen Wirkungsgrads nicht für die Energiespeicherung von Solarstrom (Solarzellen) geeignet.
Ein Recycling von B. ist sehr lohnenswert, da sie aus rund 65 Gew.-% Blei bestehen. Der Rest ist Säure und brennbarer Kunststoff. B. sind mit dem ISO-Rückgabesymbol 7000/1135 versehen und sollten daher auf jeden Fall dem Händler nach Gebrauch zurückgegeben werden, was jetzt schon zu 95% geschieht (Batterie-Entsorgung).
Bei B. ist darauf zu achten, daß durch unvorsichtigen Umgang Schwefelsäure austreten und schwere Verätzungen hervorrufen kann.

Biogas

Biogas gehört zu den Regenerativen Energiequellen. Biogas ist ein mit Wasserdampf gesättigtes Gasgemisch, das bei der Fermentation unter Luftabschluß (anaerob) von organischen Stoffen entsteht.

Natürlicherweise kommt es z.B. in Mooren oder Sümpfen (Sumpfgas) vor. Desweiteren entsteht Biogas in Hausmülldeponien (Deponiegas) und in Biogasanlagen sowie in Faultürmen von Kläranlagen. Biogas entsteht bei der sogenannten Methangärung. Hierbei wird organisches Material (z.B. pflanzliche und tierische Abfälle) (anaerob) in Anwesenheit von Wasser innerhalb eines Temperaturbereiches von 20 bis 55 Grad C abgebaut.

Hauptbestandteil von Biogas ist, wie beim Erdgas, Methan (55 - 75%), Kohlendioxid und Wasserstoff. Der in Spuren enthaltene Schwefelwasserstoff (ca. 0,35%) kann durch Eisenfilter oder dosierte Sauerstoffzufuhr beim Biogas-Prozeß entfernt werden. Biogas kann zum Kochen, Heizen, Antrieb von Motoren und zur Stromerzeugung genutzt werden. 1 m³ Biogas hat einen Heizwert von etwa 0,6 l Heizöl. Eine ausgewachsene Kuh produziert täglich Mist zur Erzeugung von 1,7 m³ Biogas Aus einem 1 m³Biogas können ca. 1,5 kWh elektrischer Strom und ca. 3,0 kWh Wärme erzeugt werden. Das bei der Erzeugung von Biogas anfallende Gärgut stellt einen hochwertigen Dünger für die Landwirtschaft dar.

Durch die Erzeugung von Biogasaus organischen Abfällen (Lebensmittelindustrie: Schlachtabfälle, Altfette, Reststoffe; Landwirtschaft: Gülle, Mist, Nachwachsende Rohstoffe und biogene Reststoffe; Kommunen: Bioabfall, Grün- und Grasschnitt,) wird ein Teil der Beseitigung organischer Abfälle übernommen, die nach der Technischen Anleitung Siedlungsabfall (TASI) zukünftig nicht mehr deponiert werden dürfen. Zunehmend werden in Deutschland auch kommunale Anlagen zur Gewinnung von Biogas aus Biomüll in Betrieb genommen. Ein vergleichbares Biogas entsteht auch in den Faultürmen der Kläranlagen (Abwasserreinigung) und auf den rund 2.000 Deponien in Deutschland. Das Potential der kommunalen und landwirtschaftlichen Erzeugung wird auf rund 17,5 Mrd. m³ Biogas geschätzt.

Biogas-Anlagen leisten einen wichtigen Beitrag zur Energieversorgung. In Deutschland existieren mehr als 2.500 landwirtschaftliche Biogas-Anlagen (2005) mit einer Gesamtleitung von über 450 Megawatt. Im Jahr 2004 waren rund 157.000 Beschäftigte in der Biogasbranche zu verzeichnen. Aufgrund verbesserter Rahmenbedingungen (höherer Einspeisevergütung für die Stromerzeugung, Investitionsförderung, Nutzung der Kofermentation) wird für die nächsten Jahre mit einem starken Ausbau der Biogas-Nutzung in der deutschen Landwirtschaft gerechnet. Die Einspeisevergütung von Strom aus Biogas beträgt 10,23 Cent/kWh bis 500 kWh (bis 5 MWh 9,21 Cent/kWh) und ist auf zwanzig Jahre bis 2020 festgeschrieben. Als wirtschaftlich werden Biogas-Anlagen in der Landwirtschaft ab 60 bis 100 Großvieheinheiten (GV) angesehen.

In China sind einige Mio. und in Indien einige hunderttausend Biogas-Anlagen in Betrieb; neben der Klein-Wasserkraft gilt Biogas daher als der weltweit am meisten genutzte erneuerbare Energieträger. Der Betrieb von einfachen Biogas-Anlagen ist problemlos und schont die Ressourcen und spart die Sammlung von Brennholz, dass in vielen armen Regionen zunehmend Mangelware wird. Zusätzlich wird das erzeugte Biogas für Gaslampen genutzt, das erstmals überhaupt Licht in nicht elektrifizierte Häuser bringt. Biogas ist ein umweltfreundlicher Brennstoff; seine Emissionen bei der Verbrennung sind denen von Erdgas (Heizung, Kraftwerk) vergleichbar.

Lit.: Schulz: Biogas-Praxis ;Grundlagen, Planung, Anlagenbau, Beispiele; 2. Auflage Ökobuch Verlag Staufen 2000
Wellinger: Biogas-Handbuch ; Grundlagen, Planung, Betrieb landwirtschaftlicher Biogasanlagen; 2. Auflage, Verlag Wirz Aarau 1991

Bioenergie

Als Bioenergie bezeichnet man die Energieformen, die direkt aus Biomasse gewonnen werden.

Bei der Bioenergie wird zur Strom- und Wärmeerzeugung und zur Herstellung von Kraftstoff Biomasse verwendet. Da die Verbrennung von Biomasse CO₂-neutral ist (es wird nur so viel CO₂ freigesetzt, wie beim Wachstum der Pflanzen gebunden wurde) und Biomasse immer wieder nachwächst, zählt diese Energieform zu den erneuerbaren Energien. Darunter fällt die Herstellung von Biogas, Biodiesel und Bioethanol aus Biomasse (Holz, Raps, Mais, Zuckerrüben und anderen „Energiepflanzen“).
Raps wird vor allem für die Erzeugung von Biodidesel und
Mais für die Erzeugung von Bioethanol und Biogas genutzt. Der wichtigste Bioenergieträger in Deutschland ist

Holz. Desweiteren werden auf fast 2 Mio. ha in Deutschland (17% der Ackerfläche) Energiepflanzen angebaut (Vgl. BMU o.J.). Auch Reststoffe und Bioabfälle (Alt- und Gebrauchtholz, Klärschlamm/Klärgas/Deponiegas, Gülle, Gestreidestroh, Schnittgut) werden für die Energiebereitstellung genutzt.

In Deutschland betrug 2011 der Anteil von Bioenergie an der Brutto-Stromerzeugung ca. 6 Prozent (vgl. FNR 2012) und am Endenergieverbrauch (Strom, Wärme und Kraftstoffe) 8,4 Prozent (vgl. Vaillant 2013). Der Anteil der Bioenergie an der Energiebereitstellung (Strom, Kraftstoffe, etc.) aus erneuerbaren Energien im Jahr 2011 belief sich auf ca. 67 Prozent. Damit ist der Beitrag der Biomasse an den Erneuerbaren Energien besonders hoch. Zum Vergleich: Windenergie, die den zweitgrößten Anteil der erneuerbaren Energien an der Energiebereitstellung nach der Bioenergie hat, lag im selben Jahr 'nur' bei 15,8%. 2011 gab es in Deutschland 7.100 Biogasanlagen (installierte Leistung insgesamt: 2.780 MW), über 1.200 Biomasseheizwerke (über 500 kWth) und 45 Biodieselanlagen (vgl. BBE o.J.).

Die Vorteile der Bioenergie besteht vor allem in der Erneuerbarkeit dieser Energieträger. Dadurch werden fossile Energieträger geschohnt und es ist theoretisch möglich, die Importabhängigkeit von Energieträgern zu verringern. Die Bioenergie zeichnet sich durch eine lange Lagerfähigkeit aus. Dies macht sie flexibel einsetzbar, speicherbar und somit kann sie als optimale Ergänzung zu Wind- und Solarenergie eingesetzt werden. Biogasanlagen können zudem die Grundlast des Stromnetzes sicherstellen. Besonders effizient nutzbar ist Bioenergie bei KWK (Abwärme geht durch Kraft-Wärme-Kopplung-Anlagen nicht verloren).

Die Nutzung der sogenannten Energiepflanzen (Raps, Mais, etc.) für die Stromerzeugung steht in Konkurrenz zur Nahrungs-/ Futtermittelproduktion, dem Anbau für stoffliche Nutzung und mit Naturschutzflächen. Die ethische Frage, ob man angesichts des Hungers in der Welt Anbauflächen für die Nutzung der Bioenergie gebrauchen darf, bleibt bestehen. Eine größere Nutzung der Reststoffe und Bioabfälle könnte den Flächenkonflikt vermindern.
Ein weiteres Problem besteht beim Anbau der Energiepflanzen, der zumeist in Monokulturen erfolgt. Diese bewirken Bodendegradationen, benötigen große Mengen an Düngemittel und Pestiziden und stellen eine Gefahr für die Biodiversität (Stichwort: „Vermaisung“) dar. Der hohe Einsatz von Stickstoffdünger z.B. beim Anbau von
Mais, Raps und Zuckerrüben ist nicht nur für die Umwelt bedenklich, sondern auch klimaschädlich. Bei der Herstellung des Düngers wird viel Energie benötigt (dementsprechend viel CO₂ ausgestoßen) und beim Düngen wird das klimaschädliche Distickstoffmonoxid (N₂O/Lachgas) freigesetzt. Ein weiteres Problem stellt die Energiebilanz (Bilanz zwischen Energieinput bei Anbau, Transport und Verarbeitung und gewonnener Energie) dar. Diese ist bei Energiepflanzen, wie z.B. Zuckerrüben oder Raps, aufgrund des besonders hohen Energieinputs negativ oder nur in geringem Maße positiv. Zudem geht bei der Umwandlung von Bioethanol zu Biokraftstoff viel Energie verloren. Im Klartext heißt dies, dass durch einen zu hohen Energieinput die Nutzung der Bioenergie nicht mehr CO₂-neutral bleibt. Deswegen wird gefordert, dass die Treibhausgase, die durch Transport, Düngereinsatz oder Verarbeitung entstehen, in die CO₂-Bilanz der Bioenergie mit eingerechnet werden, damit man den Nutzen bzw. den Schaden für das Klima besser identifizieren kann.
Außerdem muss man die Emissionen von Treibhausgasen beim Betrieb der Biogasaanlagen im Blick haben. Diese Treibhausgase (Methan, Lachgas und das indirekte Treibhausgas Ammoniak) können bei undichten Tanks (durch z.B. Planungs-/Konstruktionsfehler, Betriebsmängel oder Verschleiß) in die Atmosphäre entweichen.

Das hohe Potential der Bioenergie wird durch Förderungen (z.B. durch das EEG) weiter ausgebaut.
Dass viele Staaten auf die angeblich CO₂ neutrale Bioenergie setzen und den Anbau von Energiepflanzen fördern, ohne auf wichtige Umweltschutzbedingungen (z.B. Düngervermeidung oder einen geringeren Energieinput, um den Ausstoß von CO₂ zu vermeiden) oder auf die Auswirkungen für Umwelt, Klima und soziale Aspekte zu achten, wird als unkritische/naive oder absichtlich überzogene Unterstützung der Bioenergie-Industrie, die besonders von dieser Förderung profitiert, kritisiert (vgl. Altemeier & Hornung Filmproduktion 2013). Man wirft der Politik vor, dass diese nur die ökonomischen Interessen der Bioenergie-Industrie im Blick haben und nicht auf eine klima- und umweltreundliche Energieversorgung achten.
Auch in Deutschland steht die EEG Förderung von Bioenergie und Biogasanlagen in der Kritik. Durch diese Förderung ist es für Landwirte profitabler geworden z.B.
Mais und Raps für die energetische Biomassennutzung auf ihren Anbauflächen anzubauen, anstatt Nahrungsmittel oder Tierfutter zu produzieren. Die hohen Pachtpreise, die durch den wachsenden Wettbewerb um Ackerflächen entstehen, sorgen für einen teuren, sich für die Bauern nicht mehr lohnenden Getreide-Anbau und fördern ferner den
Mais-Anbau für Energiezwecke. Daher muss inzwischen Mais (häufig auch umstrittener Genmais) für Tierfutter, Nahrungsmittel oder für die Energieversorgung importiert werden, z.B. aus den Tropen, wo der Regenwald für diesen Anbau abgeholzt wird, oder aus Ländern mit geringeren Umweltstandards als in Deutschland. Dies wirkt sich in sozialer und ökologischer Hinsicht negativ auf Länder, wie Brasilien oder Indonesien, aus, aber auch der Klimawandel wird durch das Abholzen des Regenwaldes verstärkt. Auch Deutschland ist durch diese Praktiken direkt betroffen. So sorgte Anfang 2013 der Import von mit Schimmelpilzen belasteten Mais aus Serbien, der in Deutschland zu Tierfutter weiterverarbeitet wurde, für Aufsehen, während die Bauern hier vor Ort
Mais zur Energiegewinnung anbauten. Desweiteren gefährden die vielen Mais-Monokulturen die Biodiversität und sind teilweise für steigende Lebensmittelpreise mitverantwortlich. Umweltschutzorganisationen fordern daher eine Änderung in der Biogasförderung, so soll z.B. die Biogaserzeugung vor allem aus Reststoffen (Gülle, Schnittgut) gewonnen werden und ein Biomassen-Anbau für die energetische Nutzung auf Mischkulturen (vielfältige Bioenergie, d.h. Nutzung verschiedener Planzen) beruhen. In der EEG Novelle 2012 wurde teilweise schon auf diese Forderungen eingegangen. Es gibt nun zwei Rohstoffvergütungsklassen (nachwachsenden Rohstoffe sowie ökologisch vorteilhafte Einsatzstoffe (z.B. Gülle oder Landschaftspflegematerial)). Weiterhin wurden bei der Grundvergütung eine Wärmenutzungverpflichtung eingeschlossen und die Begrenzung des Einsatzes von Mais und Getreidekorn geregelt. Inwieweit diese Regelungen die Probleme der Bioenergie lösen, bleibt abzuwarten.
Auf internationaler Ebene sind Änderungen der Bioenergieförderungen noch nicht in Sicht.

In Zukunft wird auch die Bioenergie eine zunehmend wichtiger werdende Rolle in der Energieversorgung spielen. Um die Nachhaltigkeit der Bioenergie zu gewährleisten, müssen einerseits die Energie- und CO₂-Bilanz der Bioenergie Einfluss erhalten und andererseits soziale und ökologische Aspekte beim Anbau, bei der Verarbeitung und bei der Nutzung der Bioenergie bedacht werden. Deswegen sollte man u.a. Energiepflanzen in Mischkulturen anpflanzen und diese für Kraft-Wärme-Kopplung anstatt für Kraftstoffe verwenden.

Siehe auch: Biomasse, Biogas, Biodiesel, Kurzumtriebsplantagen, EEG

Lit.

Altemeier & Hornung Filmproduktion (2013): Saubere Energie. [Reportage]. Hamburg: NDR.
BBE (o.J.): Der Bioenergiemarkt in Zahlen 2011. [Stand: 12.03.2013]
BMU (o.J.): Kurzinfo Bioenergie. [Stand: 11.03.2013]
BMU (2012): Erneuerbare Energien in Zahlen. [Stand: 24.05.2013].
BUND (o.J.): Biogas fördern – aber mit Augenmaß. [Stand: 11.03.2013].
BUND (o.J.): Biomasse – Energie der Zukunft. [Stand: 11.03.2013]
Cuhls, Carsten / Mähl, Birte / Clemens, Joachim (2011): Treibhausgas-Emissionen aus Biogasanlagen. In: UmweltMagazin, 2011, Nr. 1/2, S. 44-45. [Stand:15.05.2013].
Deggerich, Markus/Fröhlingsdorf, Michael: Die gelbe Plage. In DER SPIEGEL, 2010, Nr. 50. [Stand: 11.03.2013]
FNR (o.J.): Gesetze und Verordnungen - Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). [Stand: 11.03.2013].
FNR (2012): BASISDATEN BIOENERGIE DEUTSCHLAND [Stand:11.03.2013]
Morris, Craig (2005): Die Energie-Bilanz der Biomasse. [Stand:24.05.2013]
NABU (o.J): Biomasse. [Stand: 11.03.2013]
NABU (2011): Fördersystem für Biomasse-Strom korrigieren . [Stand: 11.03.2013]
Vaillant GmbH (2013): Energie Kompakt 03 – Daten und Fakten. Remscheid: Vaillant Gmbh.

Beleuchtung

Blaukreuz

Biozide

B. (Pestizide) ist der Oberbegriff für Chemikalien, die zur Bekämpfung lebender Organismen eingesetzt werden.

Man unterscheidet: Akarizide (gegen Milben), Algizide (gegen Algen), Bakterizide (gegen Bakterien), Fungizide (gegen Pilze), Herbizide (gegen Unkräuter), Insektizide (gegen Insekten), Molluskizide (gegen Schnecken), Nematizide (gegen Würmer), Rhodentizide (gegen Nagetiere), Virizide (gegen Viren).

Siehe auch: Pestizide, Chemikalien, Bakterien, Pflanzenschutzmittel, Schädlingsbekämpfung

Biorhythmus

Biologische Waffen

Als B. bezeichnet man Waffen, deren Wirkung auf der Toxizität von Viren oder Bakterien bzw. den von ihnen produzierten Giften beruht.

Als älteste und einfachste B. muß daß Vergiften von Brunnen mit Kadavern angesehen werden. Systematische Forschungen begannen mit dem 20. Jh. Zunächst wurde mit Krankheitserregern wie Pocken, Typhus, Milzbrand etc. experimentiert; bekanntestes Zeugnis dieser Arbeiten ist die schottische Insel Guignard, auf der im Zweiten Weltkrieg britische B.-Versuche (vor allem mit Milzbranderregern) stattfanden und deren Betreten noch heute lebensgefährlich ist.

Der kalte Krieg setzte auch auf dem Gebiet der B. ein Wettrüsten in Gang, das zur Entwicklung neuer hochwirksamer Gifte führte. Diese aus Organismen (Bakterien, Viren, Pilze) isolierten sog. Toxine stellen die giftigsten bekannten Substanzen dar, die selbst das Seveso-Dioxin 2,3,7,8-TCDD übertreffen. Je nach Anwendung wäre es möglich, mit nur 80 mg (0,08 g) Toxin A 80 Mio Menschen, das entspricht der Bevölkerung Deutschlands, zu töten.
Von Botulinos, der giftigsten Substanz, reicht theoretisch ein Gramm aus, um zehn Millionen Menschen tödlich zu vergiften.

Wegen ihrer hohen Giftigkeit, die die der chemischen Kampfstoffe bei weitem überragt, dem relativ geringen Produktionsaufwand und der Schwierigkeit für den Gegner, den eingesetzten Stoff zu identifizieren, wird den B. in der Zukunft stärkere Beachtung geschenkt werden müssen.

Im Jahre 1995 hat die japanische AUM-Sekte mit ihren Sarin-Attentaten in der U-Bahn von Toyko die neue Dimension der Bedrohung aufgezeigt. Auf Bioterrorismus spezialisierte Mitglieder der Sekte reisten sogar in den Kongo, um sich dort über das tödliche
Ebola-Virus zu informieren.

Während es bei den chemischen Waffen um rund 50 Substanzen handelt, von denen die meisten auch harmlose zivile Anwendungen finden, geht die größte Gefahr von biologischen Waffen aus, Bakterien wie Milzbrand oder Pest, Viren wie dem Pockenerreger und Toxinen wie Botulinos oder Ricin. Die Sowjetunion hat im Kalten Krieg mit Milzbrand-Erreger experimentiert, außerdem besaß sie 200 Tonnen Pesterreger und 20 Tonnen Pockenviren. Im Irak entdeckten UN-Inspektoren Mitte der neunziger Jahre Raketensprengköpfe mit Biokampfstoffen. Ein amerikanischer Extremist trug bei seiner Verhaftung 200 Gramm des leicht herzustellenden Ricins bei sich. Von dieser Substanz reicht ein Gramm, um 1000 Menschen umzubringen. Viren, Pilze und Toxine lassen sich mit handelsüblichen Sprühgeräten oder über städtische Wasserversorgungssysteme unauffällig verbreiten.

Siehe auch: Hautkampfstoffe, Nervenkampfstoffe, Lungenkampfstoffe, Chemische Kampfstoffe, Binärkampfstoffe, Milzbrand

Biologische Verfügbarkeit

Die B. ist ein Maß für die Menge eines Stoffes, die von einem Organismus aufgenommen werden kann.

Im Boden ist ein Stoff dann biologisch verfügbar, wenn er entweder in der Bodenlösung vorliegt oder leicht mobilisierbar und austauschbar im Boden sorbiert ist, so daß er von Pflanzen oder Bodenorganismen aufgenommen werden kann. Im menschlichen Organismus versteht man unter der biologisch verfügbaren Menge eines Stoffes nicht die gesamte Aufnahmemenge, sondern die Menge, die vom Blut resorbiert und zu den Zielorganen transportiert werden kann.

Siehe auch: Remobilisierung

Biologische Halbwertszeit

Biologische Abbaubarkeit

Unter B. versteht man den Abbau organischer Stoffe unter gegebenen Umweltbedingungen. Der B. ist die Folge von Wechselwirkungen organischer Stoffe, Organismen und Umwelt.

B. Ist wie die Toxizität keine nur vom jeweiligen Stoff abhängige Eigenschaft, ab sie auch durch bioti-sche und abiotische Faktoren mitbestimmt wird. Zur Bestimmung der B. werden Mikroorganismen, Belebtschlämme oder andere Biozönosen mit dem zu untersuchenden Stoff versetzt. Und nach Tagen oder Monaten bis hin zu Jahren durch Verschwinden des Stoffes oder z.B. über das Auftreten von Abbauprodukten wird die B. nachgewiesen.

Siehe auch: Abbau

Biokatalysator

Bioindikatoren

B. sind Lebewesen, die in wahrnehmbarer Weise auf Umweltbelastungen reagieren oder aufgrund ihrer physiologischen oder morphologischen Eigenschaften typisch für Standorte mit besonderen Bedingungen sind.

So existieren z.B. Schwermetallpflanzen, die als Zeigerpflanzen für oberflächennahe Erzlager oder Schwermetallbelastungen dienen können.
B. werden immer häufiger zur Erfassung von Schadstoffbelastungen eingesetzt. Je nach Schadstofftyp kann es zur Akkumulation von Schadstoffen (Bioakkumulation) im Organismus kommen, so daß der Schadstoffgehalt im B. Hinweise auf Schadstoffvorkommen geben kann, deren Konzentration unter der Nachweisgrenze liegt. B. stellen eine Ergänzung zu chemisch/physikalischen Meßmethoden dar, da mit ihrer Hilfe auch Wechselwirkungen zwischen Schadstoffen erfaßt werden können. Auch chronische Wirkungen durch geringe Konzentrationen über einen längeren Zeitraum können durch B. erkennbar werden. Untersuchungen mit Hilfe von B. sind billiger als chemisch/physikalische Messungen.

Flechten können zur Kontrolle der Luftverschmutzung dienen. Tierische B. werden zur Beurteilung der Gewässergüte genutzt (Saprobiensystem). Der Einsatz der Fischart Goldorfe als B. für die Schadstoffbelastung bei der Abwasserbeurteilung ist gesetzlich vorgeschrieben. Beispiele für pflanzliche B. s. Tab..

Biogas

Adressen zu dem Stichwort Biogas

Bioaktivierung

Bioakkumulation

B. ist die Anreicherung von Stoffen im Organismus nach der Aufnahme aus der belebten oder unbelebten Umgebung.

Von besonderer Bedeutung ist dabei die Weitergabe von Schadstoffen in Nahrungsketten, wobei Stoffe mit einer langen biologischen Halbwertszeit, d.h. solche Stoffe, die nicht oder nur sehr langsam abgebaut oder ausgeschieden werden, sich bis zu den Endgliedern der Nahrungskette sehr stark anreichern können. Schadstoffe in diesem Sinne sind vor allem Schwermetalle, radioaktive Stoffe (Anreicherung) und chlorierte Kohlenwasserstoffe (DDT).

Bhopal

Seit 1977 wurden in der B.-Pestizidfabrik von Union Carbide pro Jahr 2.500 t des Schädlingsbekämpfungsmittels (Pflanzenschutzmittel) Sevin produziert, das nicht so persistent (Persistenz) ist wie z.B. DDT. Es kann über Phosgen oder wie in B. über Methylisocyanat (MIC) hergestellt werden.

Am 3.12.1984 barsten die Sicherheitventile, worauf ca. 30 t MIC entwichen.
Fazit: 3.000 Menschen gestorben, 20.000 werden insgesamt erblinden, 200.000 wurden verletzt: Hirnschäden, Lähmungen, Lungenödeme, Herz-, Magen-, Nieren-, Leberleiden, Unfruchtbarkeit, Mißbildungen.
Ausbreitungsverhalten der Giftgase sowie Vergiftungsbild lassen darauf schließen, daß ein Gasgemisch aus Phosgen und MIC ausgetreten war.

Die Industrienationen exportieren ihre größten Produktionsrisiken in die unterentwickelten Länder der Dritten Welt, weil dort das Sicherheitsbewußtsein noch nicht so weit entwickelt ist und damit die Produktionskosten geringer sind. Der Preis an Menschenleben für den industriellen Fortschritt in der Dritten Welt ist sehr hoch:
Jährlich sterben 20.000 Menschen an falsch gehandhabten Pflanzenbehandlungsmitteln.
Die Zahl der Erkrankungen und Verletzungen sind unschätzbar groß (45.000 bis über 500.000!). Allein in Sri Lanka 12.000 Erkrankungen durch Pestizid-Vergiftungen (1980).

Union Carbide hatte versprochen, den über 500 Kindern, die ihre Eltern durch das Giftunglück verloren haben, ein Waisenhaus zu bauen. Die hierfür geplanten 3 Mio DM erscheinen sehr wenig im Vergleich zu den über 230 Mio DM Reingewinn, die Union Carbide vornehmlich in der Dritten Welt erwirtschaftet. Die Union Carbide wurde 1991 rechtskräftig zur Zahlung von 360 Mio US-Dollar verpflichtet.

Bauxit

Bauxit ist ein Verwitterungsprodukt aus tonhaltigem Kalk-Silikatstein. Es wurde erstmals 1821 in Les Baux in Südfrankreich entdeckt; der Ort gab dem Bauxit seinen Namen.

Bauxit stellt ein Gemenge von Tonerde-Mineralen wie etwa Aluminiumoxiden und Aluminiumhydroxiden und anderen Mineralen dar. Bauxit besteht aus 50 bis 75 Prozent Aluminiumoxid (Al₂O₃) als auch wasserhaltigen Eisen(III)oxid, Kieselsäure, und Titandioxid (TiO₂). Bauxit ist meist weiß, durch Eisenverbindungen kann es eine Rotfärbung bekommen.
Bauxit ist unerlässlich für die Aluminiumherstellung durch Schmelzflusselektrolyse und wird für die Herstellung von Schleifmitteln, feuerfesten Ziegeln und zur Schmierölraffination verwendet.

Große Förderländer sind Australien, Guinea und Brasilien, als auch Frankreich, Spanien, Griechenland, Ungarn, Rumänien, Japan, Russland und Nordchina, in denen Bauxit meist im tagebau gefördert wird. 1998 umfasste die weltweite Förderung rund 128 Millionen Tonnen. Die heute bekannten Bauxit-Ressourcen reichen nach aktuellen Berechnungen für die nächsten 200 Jahre.

Bauxit zur Aluminiumherstellung wird nach dem Bayer-Verfahren hergestellt. Hierbei werden die Aluminiumhydroxide des fein gemahlenen Bauxit in Natronlauge gelöst, die unlöslichen Eisenverbindungen werden abgetrennt (Rotschlamm). Die verdünnte Aluminatlauge scheidett nach Zusatz von frischem Aluminiumhydroxid reines Aluminiumhydroxid ab. Aus dem getrocknetem Aluminiumhydroxid (Reinb.) wird unter Kryolith-Zugabe eine Schmelze hergestellt und elektrolytisch zersetzt, so dass durch die Schmelzflusselektrolyse Aluminium entsteht.

Für die Herstellung von einer Tonne Aluminium benötigt man folgende Rohstoffe:

4.000 kg Bauxit,
150 kg Natriumhydroxid,
20 kg Aluminiumfluorid und
485 kg Kokselektroden.

siehe auch: Aluminiumherstellung

Baukastenwaschmittel

Universelles Waschmittelsystem aus mindestens zwei Komponenten, das eine flexiblere Anpassung an die unterschiedlichen Waschanforderungen erlaubt, als ein einziges Produkt, z.B. Vollwaschmittel (Waschmittel).

Dadurch kann mit B. bei vergleichbarer Waschleistung der Chemikalieneintrag in die Umwelt reduziert werden. Zumeist bestehen B. aus drei Komponenten:

einem Basiswaschmittel, das frei von Bleichmittel ist und für weiches Wasser (Wasserhärte-Bereich 1) dosiert wird,
einem Enthärter, der die Anpassung des B. an die unterschiedlichen Wasserhärten sicherstellt und
einem Bleichmittel, das nur bei starker Verschmutzung und bleichbarer Wäsche zum Einsatz kommt.

Dem B. wird von Umwelt- und Verbraucherverbänden das größte Einsparungspotential in Sachen Chemikalienverbrauch zugeschrieben. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß die verschiedenen Systeme nicht überdosiert werden, was vielfach durch mangelnde Kenntnis geschieht.

1991 lag der Anteil aller B. am Waschmittelmarkt noch unter 5%. Zur Förderung der Akzeptanz von B. beim Verbraucher wurden daher im Sommer 1991 Kriterien zur Vergabe des Umweltzeichens an dreiteilige B. verabschiedet. Damit ist das B. der einzige Waschmitteltyp, der mit dem Umweltzeichen ausgezeichnet werden kann.