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ERC Story - Biomasse in Zahlen

Die Nutzung von Biomasse aus Pflanzen als erneuerbare Energiequelle ist nicht neu. Überraschenderweise existiert der ökonomische und ökologische Nettonutzen von Biomasse-Energie nur auf dem Papier. Dies soll sich nun dank einer experimentellen Baumplantage in Ost-Flandern ändern, wo Professor Reinhart Ceulemans und sein Team versuchen, die Zahlen zusammenzutragen, die für evidenzbasierte Entscheidungen für die künftige Energiepolitik benötigt werden.
ERC Story - Biomasse in Zahlen
Theoretisch ist die Verwendung von Biomasseenergiequellen sehr attraktiv und darüber hinaus auch noch klimaneutral und erneuerbar. Deshalb ist Holz-Biomasse bereits eine kommerzielle Technologie, die für politische Entscheidungsträger von großem Interesse ist. Die theoretische Grundlage für saubere Energie aus Biomasse bleibt jedoch genau das – nämlich theoretisch. "Es gibt drei Fragen zu Energie aus Holzbiomasse, die nie beantwortet wurden", erklärt Reinhart Ceulemans: "Ist sie effizient? Ist sie wirtschaftlich rentabel? Und vor allem: Lassen sich damit wirklich die Treibhausgasemissionen verringern?" Um diese Fragen zu beantworten, führen er und sein Team von der Universität Antwerpen in Belgien das POPFULL-Projekt mit einem fünfjährigen ERC Advanced Grant durch, um eine vollständige Lebenszyklusanalyse (LZA) für ein Biomasse-Plantage vorzunehmen. Sie messen die Einträge und die Produktion sowie die Kosten und Vorteile, die sie für die Umwelt haben.% L
Auf Feldern (und Wälder) in Flandernin der Nähe von Gent hat das Team auf über 18 Hektar eine gemischte Plantage schnell wachsender Pappeln und Weiden angelegt. Sie untersuchen den Kurzumtrieb (KU), bei dem die Bäume alle zwei Jahre wieder bis auf den Boden zurückgeschnitten und ihre Stämme und Äste geerntet, gehäckselt und zur Energieerzeugung verwendet werden.

Die Forschungsarbeiten werden sich auf zwei Erntezyklen in den Jahren 2012 und 2014 erstrecken. Als wichtiger Teil der LZA werden alle Einträge und die Produktion der KU-Prozesse gemessen, wie z. B. der Kraftstoff, der von Plantage-Maschinen verbraucht wird, die Treibhausgasemissionen aus der Verbrennung von Biomasse und die produzierte Energie. Darüber hinaus wird die Kohlenstoffbilanz des Ökosystems gemessen, d. h. die Ein- und Ausströme von Treibhausgas auf der Plantage, einschließlich CO2, CH4, N2O und andere. "Durch die Kombination der KU-Prozess-Messungen mit denen des Öko-Systems werden wir eine vollständige Ökobilanz und eine Kohlenstoffbilanz für den Kurzumtrieb und ein quantitatives Ergebnis für seinen Beitrag zur globalen Erwärmung erzielen", erklärt Ceulemans.

Neue Werkzeuge und hohe Türme

"Die Messung der Treibhausgasströme ist das Schlüsselelement in unserer Arbeit – erst seit kurzem stehen die neuen Werkzeuge und Techniken hierfür zur Verfügung stehen", sagt Ceulemans. Zwischen den Baumreihen steht ein hoher Mast mit dem dreidimensionale Windmesser und hochempfindlichen Gasanalysegeräten. "Wir messen kontinuierlich die Windgeschwindigkeit in drei Richtungen und die Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre, um die Nettoströme in die und aus der Plantage zu ermitteln. Der Unterschied ist die Aufnahme von Gasen durch Bäume, hauptsächlich durch Photosynthese. Da die Instrumente sehr empfindlich sind, können wir sehen, wie die Photosynthese zurückgeht, während die Nacht einbricht, oder sogar wie der CO2-Gehalt ansteigt, wenn wir große Gruppen von Besuchern haben."

Ein großer Teil der wertvollen Arbeit bei der Messung der Treibhausgasströme wurde von Dr. Donatella Zona, eine der Hauptforscherinnen der Gruppe, doe mit einem Marie-Curie-Grants unterstützt wurde, vorgenommen. "Es handelt sich um eine einzigartige Plantage, die erste in der Welt mit der Ausrüstung, um die vollständige Treibhausgasbilanz zu messen und somit eine vollständige Lebenszyklusanalyse aufzustellen", erklärt Ceulemans. "Daher konnten wir ein großes Interesse feststellen – sogar das National Geographic Magazin hat einen Dokumentarfilm über das Projekt gedreht."

Ernteergebnisse

"Nach einer Ernterotation haben wir gesehen, dass wir doppelt so viel Energie produzieren wie wir einsetzen, und die zweite Rotation wird sicher noch besser; also ist die Plantage effizient. Hinsichtlich der Treibhausgase benötigen wir noch die Ergebnisse aus der zweiten Rotation – bisher ist der Prozess nicht vollständig klimaneutral, aber wir sparen erhebliche Mengen an Treibhausgasen im Vergleich zu fossilen Brennstoffen", sagt Prof. Ceulemans. "Wir vermuten jedoch, dass der Kurzumtrieb ohne Subventionen erst nach 20 Jahren oder so wirtschaftlich ist. Es werden jedoch viele Energiequellen subventioniert, daher ist das eher eine Frage der Politik als der Wirtschaft", erklärt er.

"Auf längere Sicht verfügen wir nach Abschluss von POPFULL über die konkreten Zahlen, die für eine wissenschafts- und evidenzbasierte Politikgestaltung benötigt werden, damit die Biomasse ihren richtigen Platz im Energiemix der Zukunft findet."

- Quelle: Prof. Dr. Reinhart Ceulemans
- Projektkoordinator: Universität Antwerpen, Belgien
- Projekttitel: System analysis of a bio-energy plantation: full greenhouse gas balance and energy accounting
- Projekakronym: POPFULL
- Website des POPFULL-Projekts
- RP7-Finanzierungsprogramm (ERC-Aufforderung): Advanced Grant 2008
- Finanzierung durch die EK: 2 500 000 EUR
- Projektlaufzeit: 5 Jahre

- Dokumentarfilm der National Geographic (NL/EN):
- Englisch
- Niederländisch

- Ausgewählte Veröffentlichungen:
- Njakou Djomo S., El Kasmioui O. and Ceulemans R. (2011) Energy and greenhouse gas balance of bioenergy production from poplar and willow: a review. Global Change Biology Bioenergy, 3: 181-197
- Broeckx L.S., Verlinden M.S. and Ceulemans R. (2012) Establishment and two-year growth of a bio-energy plantation with fast-growing Populus trees in Flanders (Belgium): Effects of genotype and former land use. Biomass and Bioenergy, 42: 151-163
- El Kasmioui O. and Ceulemans R. (2012) Financial analysis of the cultivation of poplar and willow for bioenergy. Biomass and Bioenergy, 43: 52-64
- Njakou Djomo S. and Ceulemans R. (2012) A comparative analysis of the carbon intensity of biofuels caused by land use changes. Global Change Biology Bioenergy, 4: 392-407
- Berhongaray G., El Kasmioui O. and Ceulemans R. (2013) Comparative analysis of harvesting machines on an operational high-density short rotation woody crop (SRWC) culture: one-process versus two-process harvest operation. Biomass and Bioenergy, doi:10.1016/j.biombioe.2013.07.003
- Njakou Djomo S., El Kasmioui O., De Groote T., Broeckx L.S., Verlinden M.S., Berhongaray G., Fichot R., Zona D., Dillen S.Y., King J.S., Janssens I.A., Ceulemans R. (2013) Energy and climate benefits of bioelectricity from low-input short rotation woody crops on agricultural land over a two-year rotation. Applied Energy, 111: 862-870
- Verlinden M.S., Broeckx L.S., Wei H. and Ceulemans R. (2013) Soil CO2 efflux after land use change to a bioenergy plantation with fast-growing Populus trees – influence of former land use, inter-row spacing and genotype. Plant and Soil, 369: 631-644
- Verlinden M.S., Broeckx L.S., Zona D., Berhongaray G., De Groote T., Camino Serrano M., Janssens I.A., Ceulemans R. (2013) Net ecosystem production and carbon balance of an SRC poplar plantation during its first rotation. Biomass and Bioenergy, 56: 412-422.
- Zona D., Janssens I.A., Aubinet M., Gioli B., Vicca S., Fichot R., Ceulemans R. (2013) Fluxes of the greenhouse gases (CO2, CH4 and N2O) above a short-rotation poplar plantation after conversion from agricultural land. Agricultural and Forest Meteorology, 169: 100-110.

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