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A beautiful sunset at the lake is darkened by contaminant smoke coming from coal power plant chimneys.

Bei der Kohleverstromung wird sehr viel CO2 ausgestoßen. Bild: Getty Images

Warum ist Kohle böse, aber Biogas gut? Brennstoffe im Vergleich

Daniel Huber / watson.ch

Noch leben wir im fossilen Zeitalter: Vier Fünftel des weltweiten Energieverbrauchs decken wir mit Öl, Gas und Kohle. Erneuerbare Energieträger fristen im Vergleich zu den fossilen nach wie vor ein Nischendasein. Problematisch ist dies nicht nur wegen der Begrenztheit der fossilen Ressourcen, sondern mehr noch wegen ihres entscheidenden Beitrags zur Klimaerwärmung.

Dieser Beitrag ist allerdings bei den verschiedenen fossilen Energieträgern nicht gleich hoch, und auch bei den erneuerbaren können CO2-Emissionen anfallen. Welche Vor- und Nachteile die unterschiedlichen Brenn- und Kraftstoffe haben, zeigt diese Übersicht.

Brenn- und Kraftstoffe

Die in diesen Energieträgern gespeicherte Energie nutzen wir dadurch, dass wir sie verbrennen. Je nach Verwendungszweck spricht man von Brennstoffen – wenn es um thermische Energie geht wie beim Heizen – oder von Kraftstoffen, wenn mechanische Energie genutzt wird, etwa um eine Maschine anzutreiben. Oft verwendet man dafür auch den Begriff Treibstoff.

Fossile Energieträger

Fossile Energieträger bestehen aus den Überresten von abgestorbenen Lebewesen, die vor sehr langer Zeit lebten. Steinkohle zum Beispiel, der älteste dieser Rohstoffe, entstand aus Pflanzen, die vor 350 bis 280 Millionen Jahren in den Sumpfwäldern des Karbons und Perms wuchsen. Ihre Überreste türmten sich zu mächtigen Sedimentschichten auf, aus denen sich in einem langen Prozess Kohlenflöze bildeten. Auch Braunkohle entstand auf diese Weise, jedoch erst vor 65 bis zwei Millionen Jahren. Auch bei Erdöl und Erdgas handelt es sich um organische Rückstände, wobei diese vor allem aus Plankton bestehen.

Nach wie vor bilden sich laufend neue Lagerstätten, freilich in so geringem Umfang, dass die fossilen Ressourcen dennoch als endlich betrachtet werden müssen. Bei der Verbrennung fossiler Energieträger wird das CO2, das vor Jahrmillionen durch das Pflanzenwachstum der Atmosphäre entzogen wurde, wieder in die Luft abgegeben.

Kohle

Kohle, besonders Steinkohle, hat einen relativ hohen Heizwert, wobei dieser niedriger ist als bei Öl. Der Rohstoff muss nicht aufwändig aufbereitet werden und wird derzeit vornehmlich in Kraftwerken zur Stromerzeugung verwendet. Auch bei der Stahlproduktion werden große Mengen eingesetzt. Kohlekraftwerke sind grundlastfähig, das heißt, sie können dauerhaft und zuverlässig Energie liefern.

Coal mining. Aerial view. Excavator loading train cargos

Ein Tagebau aus der Vogelperspektive. Bild: Getty Images

Von diesem fossilen Energieträger sind weltweit die größten Vorräte vorhanden: Bei gleichbleibender Nutzung würden sie schätzungsweise noch für 150 bis 200 Jahre reichen. Weil bei der Verbrennung von Kohle aber mehr CO2 in die Atmosphäre gelangt als bei Öl und Erdgas, können diese Vorräte nicht verbraucht werden, da sonst eine Klimakatastrophe droht. Methoden zur Abscheidung und Speicherung des Treibhausgases (CCS-Technik) sind gegenwärtig zu teuer.

Bei der Kohleverbrennung wird nicht nur extrem viel CO2 frei. Es entstehen zudem Schwefeldioxid (SO2) und Stickoxide (NOx), besonders bei der Braunkohle. Daneben werden Schwermetalle und Feinstaub in die Umwelt abgegeben – in geringeren Mengen selbst dann, wenn moderne Rauchgasreinigungsanlagen zum Einsatz kommen.

Erdöl

Das aus den Lagerstätten geförderte Rohöl wird in Raffinerien zu Brenn- und Kraftstoffen, aber auch zu Grundstoffen für die chemische Industrie verarbeitet. Zu den Vorteilen des Erdöls gehören seine sehr hohe Energiedichte und die vergleichsweise niedrigen Förderkosten (bei konventioneller Förderung). Zudem lässt es sich einfach transportieren und ist sowohl für die Wärmeproduktion als auch für die Stromerzeugung und als Kraftstoff verwendbar.

Oil Pump on California Prairie. Scenic Industrial Sunset. Oil Industry Theme with Pumping Unit.

Schon bei der Förderung von Erdöl ensteht viel CO2. Bild: Getty Images

Bei der Verbrennung von Erdöl wird – wie bei der Kohle – CO2 frei, wenn auch in etwas geringerem Maße.

Dies gilt auch für auf Erdölbasis produzierte Kunststoffe. Auch die Förderung ist mit CO2-Emissionen verbunden, in besonders hohem Ausmaß bei Fördermethoden wie Fracking. Ein weiterer Nachteil liegt in der Endlichkeit dieser Ressource – die Erschließung wird zusehends aufwändiger und riskanter. Zudem liegen bedeutende Lagerstätten in politisch instabilen Regionen.

Heizöl

Heizöl wird aus Erdöl gewonnen und liegt in verschieden schweren Sorten vor. Schweres Heizöl enthält meist mehr Schwefel, bei dessen Verbrennung Schwefeldioxid (SO2) entsteht. Heizöl verbrennt ansonsten hauptsächlich zu CO2 und Wasserdampf. Die CO2- und Schadstoff-Emissionen sind zwar nicht so hoch wie bei Kohle, aber deutlich höher als bei Erdgas.

Heizöl zeichnet sich durch einen sehr hohen Heizwert aus, es muss jedoch in Raffinerien aufwändig hergestellt und entschwefelt werden. Es benötigt zudem bei der Lagerung viel Platz. Ein weiterer Nachteil von Heizöl liegt darin, dass bereits kleine Mengen sehr viel Trinkwasser ungenießbar machen kann. Dies kann beispielsweise geschehen, wenn ein Öltank undicht ist und das Heizöl ins Erdreich eindringt.

Benzin

Motorenbenzin ist ein Gemisch von relativ leichten Kohlewasserstoffen und hat einen sehr hohen Brennwert sowie – im Vergleich zu anderen aus Erdöl raffinierten Brennstoffen – einen niedrigen CO2-Ausstoß pro kWh. Allerdings fallen bei der Herstellung aus konventionell gewonnenem Erdöl ebenfalls CO2-Emissionen an; sie betragen rund 10 Prozent derjenigen, die bei der Verbrennung entstehen.

Offshore Industry oil and gas production petroleum pipeline.

Bohrplattformen liefern zuverlässig Öl – können aber ein gewaltiges Umweltrisiko darstellen. Bild: Getty Images

Benzin kann verbleit werden, um die Oktanzahl und die Klopffestigkeit zu erhöhen. Da dies zu zusätzlichen toxischen Abgas-Emissionen führt, gibt es in der Schweiz – mit Ausnahme von Flugbenzin – nur noch bleifreies Benzin. Benzin kann aber auch eine Beimischung von bis zu 10 Prozent Ethanol enthalten, in der Regel handelt es sich dabei um das aus Pflanzen gewonnene Bioethanol. Bei der Herstellung von solchem Benzin wird weniger Erdöl verbraucht, auch sind die CO2-Emissionen bei der Verbrennung geringfügig niedriger. Zudem enthalten die Abgase weniger Kohlenmonoxid.

Diesel

Diesel ähnelt in seiner Zusammensetzung dem Heizöl. Wie beim Benzin entstehen auch bei der Diesel-Herstellung CO2-Emissionen, die etwa 10 Prozent der bei der Verbrennung anfallenden Emissionen ausmachen. Der Kraftstoff ist im Vergleich zum Benzin weniger entzündlich; da er auch weniger schnell verdunstet, gibt es weniger Verdunstungsemissionen.

Der Heizwert von Diesel liegt pro Liter aufgrund der höheren Dichte etwas höher als jener von Benzin, auf die Masse bezogen ist er geringfügig niedriger. Dieser höhere Energiegehalt führt zusammen mit dem meist besseren Wirkungsgrad von Dieselmotoren zu einem niedrigeren Verbrauch im Vergleich zu Benzin. Allerdings gelangen bei der Verbrennung auch mehr CO2 und Partikel wie Feinstaub in die Umwelt. Bei Schiffsmotoren wird oft billiger Schiffsdiesel eingesetzt, der bedeutend mehr Schwefel enthält.

Kerosin

Kerosin – auch als Flugpetrol bezeichnet – wird in Raffinerien aus Erdöl hergestellt und wie Heizöl entschwefelt. Er ähnelt chemisch dem Dieselkraftstoff, hat aber eine geringere Dichte. Kerosin zündet aufgrund seines im Vergleich zu Benzin höheren Siedepunkts nicht zu früh und verbrennt beinahe rückstandsfrei. Der flüssige Kraftstoff wird vornehmlich in Gasturbinen verwendet, besonders in Flugzeugtriebwerken. Seltener kommt der Treibstoff auch in speziell dafür ausgelegten Dieselmotoren zum Einsatz.

Der Heizwert liegt etwas unter jenem von Benzin und extraleichtem Heizöl, aber über jenem von schwerem Heizöl. Wie bei anderen fossilen Energieträgern entstehen bei der Verbrennung von Kerosin vor allem CO2 und Wasserdampf – pro Kilogramm Treibstoff sind es etwa 3,15 Kilogramm CO2 und 1,23 Kilogramm Wasserdampf. Dies entspricht ungefähr dem Verhältnis, das auch bei Dieselmotoren auftritt.

Erdgas

Das brennbare Gas besteht hauptsächlich aus Methan (CH4), wobei H-Gas (high caloric gas) mindestens 87 Prozent Methan enthält und deshalb einen höheren Heizwert hat als L-Gas. Insgesamt ist der Heizwert von Erdgas relativ hoch; er liegt höher als jener von Steinkohle, ist aber niedriger als jener von Benzin oder Diesel. Erdgas wird aus unterirdischen Lagerstätten gefördert, meist zusammen mit Erdöl. Wie dieses ist Erdgas eine endliche Ressource, die bei gleichbleibendem Verbrauch noch für ungefähr 70 Jahre reicht.

Purple and blue flame, orange glowing steel, cooking with a camping gas cooker at a lake

Erdgas ist eine endliche Ressource. Bild: Getty Images

Von allen fossilen Energieträgern hat Erdgas den niedrigsten CO2-Ausstoß und verbrennt emissionsarm. Allerdings werden auch bei der Förderung und beim Transport Treibhausgase frei – besonders unverbranntes Methan, das rund 30-mal klimawirksamer ist als CO2. Erdgas ist variabel einsetzbar: Es eignet sich dank der kurzen Anlaufzeiten zur Stromerzeugung in Kraftwerken, kann aber auch gut mit Solarthermie kombiniert werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass es sich über Netze verteilen lässt.

Erneuerbare Energieträger

Zu den erneuerbaren Energien zählen neben Biomasse – hier im energietechnischen Sinn verstanden – und Holz auch Wasserkraft, Windkraft, Geothermie und Photovoltaik. Hier werden jedoch nur die erneuerbaren Brennstoffe berücksichtigt. Holz und Biomasse sind im Gegensatz zu den fossilen Energieträgern zwar erneuerbar, das bedeutet allerdings nicht, dass sie auch unbedingt eine neutrale CO2-Bilanz aufweisen.

Holz

Holz gehört zu den von der Menschheit am längsten genutzten Brennstoffen; als nachwachsender Rohstoff gehört es als Teil der Biomasse zu den erneuerbaren Energieträgern. Holz besteht hauptsächlich aus Cellulose und Lignin, daneben weist es einen bedeutenden Wassergehalt auf. Chemisch ist Holz vornehmlich aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff zusammengesetzt. Bei der Verbrennung entstehen daher in erster Linie CO2 und Wasserdampf – wobei der CO2-Ausstoß von Holz nur dann ins Gewicht fällt, wenn der Rohstoff aus nicht nachhaltiger Produktion stammt.

Pile of chopped tree trunks in winter forest

Holzverbrennung kann CO2-neutral sein. Bild: Getty Images

Neben dem CO2 gelangen bei der Verbrennung aber auch toxische Schadstoffe, darunter Kohlenmonoxid (CO), geringe Mengen von Schwermetallen und Feinstaub in die Umwelt. Besonders die Feinstaubbelastung sollte zum Beispiel bei offenen Kaminfeuern nicht unterschätzt werden. Holzrinde trägt besonders zu dieser Belastung bei und sollte daher nicht mitverbrannt werden.

Der Heizwert von Holz variiert von Holzart zu Holzart und hängt auch vom Wassergehalt ab. Bei 50 Prozent Wasseranteil ist der Heizwert nur halb so hoch wie bei trockenem Holz mit einem Wassergehalt von 15 Prozent. Insgesamt ist der Heizwert aber deutlich geringer als derjenige von Heizöl oder Erdgas. Für kleinere Feuerungsanlagen wird Holz vorzugsweise zu Pellets verarbeitet, die einfach transportiert und gelagert werden können. Große industrielle Anlagen arbeiten indes eher mit größeren Scheiten oder Holzhackschnitzeln. Die relativ geringe Energiedichte von Holz führt dazu, dass der Platzbedarf für ein Holzlager bedeutend größer ist als für einen Heizöltank mit demselben Energiegehalt.

Biomasse

Biomasse ist die vielseitigste der erneuerbaren Energien – sie umfasst feste, flüssige und auch gasförmige Stoffe, die zur Stromproduktion, zum Heizen oder als Kraftstoffe eingesetzt werden. Sie sind allesamt biologischen Ursprungs. Das gilt zwar auch für fossile Energieträger, doch diese werden nicht zur Biomasse gezählt, weil sie in der Regel von der Biosphäre getrennt sind und vor sehr langer Zeit entstanden. Biomasse hingegen wurde nicht über geologische Prozesse verändert. Der größte Teil der Biomasse ist Phytomasse, also pflanzlicher Herkunft. Man unterscheidet zwischen verholzter und übriger Biomasse, zu der auch Biomasse tierischen Ursprungs wie Jauche oder Schlachtabfälle zählt.

Biogas production green silo

Bild: Getty Images

Rund zehn Prozent der weltweiten Energienachfrage werden durch Biomasse gedeckt. Brennstoffe aus Biomasse tragen damit erheblich zum Klimaschutz bei, denn sie setzen bei der Verbrennung nicht mehr CO2 frei, als zuvor von den Pflanzen aufgenommen wurde – es handelt sich um einen weitgehend geschlossenen CO2-Kreislauf. Das CO2 wird übrigens auch dann frei, wenn Biomasse nicht genutzt wird und verrottet. Sie ist daher im Grundsatz klimaneutral. Ein Vorteil von Biomasse liegt darin, dass sie nicht wie andere erneuerbare Energieträger fluktuierend ist, also wie Solarenergie oder Windkraft von Sonnenschein und Windstärke abhängig ist.

Nicht klimaneutral ist Biomasse allerdings, wenn beispielsweise Wälder abgeholzt, aber nicht regeneriert werden. Dies ist auch der Fall, wenn Energiepflanzen – etwa Mais oder Raps – eigens für die Energiegewinnung angebaut werden und bei Anbau, Ernte, Umwandlung und Transport fossile Treibstoffe zum Einsatz kommen. Hinzu kommen klimaschädliche N2O-Emissionen aus den Böden bei intensiver Düngung mit Stickstoff. Problematisch ist bei diesen Energiepflanzen auch der Flächenbedarf – oft auf Kosten von natürlichen Ökosystemen – und die Konkurrenz zum Anbau von Nahrungsmitteln.

Beautiful spring landscape. Yellow rapeseed fields and green fields of young wheat, blue sky. Wavy country road. The hills.

Rapsanbau konkurriert mit Flächen, auf denen sonst etwa Weizen angebaut werden könnte. Bild: Getty Images

Als direkter Ersatz für fossile Brennstoffe eignen sich insbesondere Biogas, Ethanol (Alkohol) oder Biodiesel, die in verschiedenen Verfahren aus Biomasse gewonnen werden. Biogas kann mit aufwändiger Veredelung auf Erdgasqualität aufbereitet werden. Sein Heizwert ist etwa so hoch wie jener von Erdgas. Wenn dieses sogenannte Biomethan aus Abfallprodukten hergestellt wird, weist es die beste Ökobilanz aller Biokraftstoffe auf.

Biodiesel wird oft dem konventionellen Dieselkraftstoff, von dem er sich chemisch unterscheidet, beigemischt. Seine Energiedichte ist etwas geringer, aber er enthält keinen Schwefel. Er ist zudem im Gegensatz zum Diesel biologisch leicht abbaubar.

Viel Urlaub, wenig CO2: So gehts!

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