Patrick Moore sagt, wenn wir Bäume zu Treibstoff machen, gibt es in zwei Jahren keine Bäume mehr

2023-07-10

Frank Siebert

In meinem letzten Artikel habe ich aus ein paar Zahlen aus verschiedenen Quellen errechnet, dass wir etwa 3% der Landfläche bräuchten, um über Wald unseren Energiebedarf zu decken. Das beruhte auf einer optimalen Photosynthese bei etwa 1000 ppm CO₂ und dem angegebenen Wirkungsgrad der Photosynthese in der WikiPedia. Die Überlegung war außerdem, 300 jährige Bäume aus diesem Wald zu verwenden, so dass jedes Jahr im Grunde nur ein dreihundertstel der Bäume dafür gefällt werden müssten.

Das war eine wirklich mal eben schnell hingeworfene Rechnung, die möglicherweise weit daneben liegt. Und gerade habe ich Patrick Moore in einem Video sagen hören, dass wir bei Verwendung von Bäumen als Treibstoff in zwei Jahren keine Bäume mehr hätten ¹ . Was sicherlich ein Argument für diese Aussage ist, ist die weitgehende Entwaldung Europas, als Koks die Basis vieler industrieller Prozesse, speziell in der Metallverarbeitung war.

Ach ja, Patrick Moore war einer der Greenpeace-Gründer, falls Sie wissen wollen, wer das ist und warum seine Worte mich meine Quick-And-Dirty-Rechnung überdenken lassen.

Gut, die Bäume wuchsen damals langsamer als Heute, wenn es stimmt, dass damals weniger CO₂ in der Luft war. Und ich wollte zu diesem Zweck ja auch extra das CO₂ auf 1000 ppm anheben. Dennoch sehe ich, dass ich vielleicht die Zahlen nicht einfach ohne Kontrolle hätte verwenden sollen, und ich sehe auch, dass die Bäume sicherlich einen Teil der über die Photosynthese gebundene Energie für das eigene Leben aufwenden, und nicht alles in ihrem Holz einlagern.

Will ich also wirklich wissen, ob dies ein gangbarer Weg sein könnte, muss ich das Thema aus einer anderen Richtung her angehen und neu rechnen.

Was muss ich wissen, um das ausrechnen zu können?

Nun, es soll natürlich ein gesunder Mischwald werden. Daher benötige ich die Wachstumskennzahlen verschiedener Baumarten über 300 Jahre hinweg, oder, falls sie kurzlebiger sind, über deren Lebensdauer.

Ich benötige auch Angaben zur der Verbesserung ihrer Produktionsrate durch erhöhtes CO₂.

Ich weiß, dass Temperatur und Niederschlag auch eine Rolle spielen, aber die haben wir nicht unter Kontrolle. Darum muss eine Sicherheit in der Planung eingebaut sein, die ich hier einfach einmal auf 20% ansetze. Hmm, wenn es kälter wird, wachsen die Bäume langsamer und wir brauchen mehr Energie zum heizen. Vielleicht sollte ich die Sicherheit auf 50% hochsetzen.

Ich benötige dann Angaben zur praktikablen Walddichte, den zu erwartenden Holzertrag und den Wirkungsgrad bei der Verarbeitung in Treibstoff.

Was den Breitengrad angeht, werde ich die Rechnung einfach für die nördlichen mittleren Breitengrade machen, und so tun, als ob das dann weltweit so passt. Die meiste Landfläche findet sich dort, wenn es dort nicht passt, dann passt es nicht.

Nicht nur Blätter, sondern auch der Stamm eines Baumes nimmt an der Photosynthese teil, und zwar in wesentlichem Umfang. Verwendung findet hierbei auch CO₂ aus der eigenen Atmung, welche den CO₂-Anteil im Stamm älterer Bäume der Art Quercus agrifolia auf bis zu 260.000 ppm ansteigen lässt ² .

Die Studie De Roo et al 2020 mit dem Titel "Woody tissue photosynthesis increases radial stem growth of young poplar trees under ambient atmospheric CO2 but its contribution ceases under elevated CO2" ³ findet, Zitat (Übesetzt und Abkürzungsbereinigt):

Während der frühen Ontogenese [Anmerkung: Keimbildung] der Blätter erwiesen sich Baumstammphotosynthese und erhöhtes Kohlendioxid als wichtige Kohlenstoff-Quellen für das radiale Wachstum des Stammes bei jungen Espensämlingen. Überraschenderweise hatte die Baumstammphotosynthese unter erhöhtem Kohlendioxid keine Auswirkung auf das radiale Stammwachstum, was darauf hindeutet, dass erhöhtes Kohlendioxid ausreicht, um den Kohlenstoff-Bedarf für das Stammwachstum vollständig zu decken, so dass Baumstammphotosynthese in Bezug auf das Kohlenstoff-Sequestrierungspotenzial (über das Stammwachstum) in zukünftigen Klimazonen in gut bewässerten Bäumen an Bedeutung verlieren könnte. Gegen Ende der Vegetationsperiode nahm der Einfluss von erhöhtem Kohlendioxid und Baumstammphotosynthese auf das radiale Stammwachstum ab, was darauf hindeutet, dass das Stammwachstum nicht mehr Kohlenstoff-limitiert war. Dies führte auch zu einer Akklimatisierung von Netto-Blattphotosynthese an das erhöhte Kohlendioxid, während die Leitfähigkeit der Stomata unter erhöhtem Kohlendioxid niedriger blieb. Bemerkenswert ist schließlich, dass die verschiedenen Behandlungsniveaus der Kohlenstoff-Versorgung keinen Einfluss auf die Konzentration von nicht-strukturellen Kohlenhydraten im Stamm hatten, was darauf hindeutet, dass die Espensämlinge eine homöostatische [Anmerkung: ausgleichende] Strategie für die Kohlenstoff-Reserven verfolgen.

Zitat Ende

Bei jungen Espensämlingen erhöht ein mehr an Kohlendioxid also das Stammwachstum während der Blattkeimbildung, wohl vor allem im Frühling. Ist genug Kohlendioxid vorhanden, wird die Baumstammphotosynthese für das Stammwachstum nicht benötigt. Über die Blätter wird in diesem Fall genug Kohlendioxid umgesetzt, um auch ohne Baumstammphotosynthese den gleichen Zuwachs zu erreichen. Gegen Ende der Vegetationsperiode, also im späten Herbst, machen sowohl erhöhtes Kohlendioxid als auch Baumstammphotosynthese keinen Unterschied mehr für den weiteren Stammzuwachs.

Diese Aussagen gelten nun erst einmal natürlich nur für eine Baumart, geben aber immerhin darüber Aufschluss, dass es keinen linearen Zusammenhang zwischen der Konzentration von Kohlendioxid und dem Stammzuwachs gibt.

Die Arbeit verrät auch, dass Aufgrund der erhöhten Produktivität bei erhöhtem Kohlendioxid die Luftfeuchtigkeit anstieg. Das ist zunächst irritierend, erlaubt doch das erhöhte Kohlendioxid einen sparsameren Umgang mit Wasser und zudem wird Wasser ja bei der Photosynthese zusammen mit dem Kohlendioxid in Zucker Umgewandelt. In dem Versuchsaufbau war allerdings Wasser kein limitierender Faktor, weshalb es für die Pflanzen keinen Grund gab Wasser zu sparen, was die erhöhte Luftfeuchtigkeit erklärt.

Die erhöhte Luftfeuchtigkeit korrelierte mit einer reduzierten Photosynthese pro Quadratmeter Blattfläche, allerdings fand die Messung der Photosynthese erst ab Tag 233 statt. Ab diesem Tag gab es auch keine Unterschiede im Zuwachs des Baumdurchschnitts mehr zu vermelden, was allerdings für die Bäume in der Umgebung mit erhöhtem Kohlendioxid immer noch einen schnelleren Massenzuwachs bedeuten muss. Diese Bäume müssen also die geringere Photosynthese pro Blatt mit einer höheren Gesamtblattfläche mehr als ausgeglichen haben.

Konkrete Werte, die zu einer Ertragsabschätzung in Abhängigkeit vom Kohlendioxid für Espen geeignet wären, finden sich nicht in der Arbeit. Wenn ich darüber nachdenke, werde ich vermutlich auch keine konkreten Zahlen finden, die mir etwas über den Gesamtertrag nach 100, 200, oder 300 Jahren unter erhöhtem Kohlendioxid verraten können.

Ok, ich gehe die Frage von einer anderen Seite an. Die Seite "Forst, Holz" ⁴ des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft berichtet für das Jahr 2022, dass 82,9 Millionen Kubikmeter Holz geschlagen wurden.

Gehe ich hoffnungsvoll von einer sinnvollen und nachhaltigen Bewirtschaftung aus, dann ist dies die Menge, welche wir bei heutigem Kohlendioxidgehalt der Luft jährlich schlagen können, ohne den Bestand zu reduzieren.

18% dieser Menge, 14,9 Millionen Kubikmeter wird als Energieholz ausgewiesen. Ob sich irgendwo finden lässt, wie viel Energie hieraus gewonnen wurde?

Die Seite "Heizwerte von Holz" ⁵ auf energie.ch listet die Heizwerte verschiedener Holzarten auf, unterschieden nach frisch geschlagen, also noch feucht, und trocken. Trocken sei der Heizwert jeweils höher und im Durchschnitt liege dieser bei 1.800 kWh je Raummeter (420kg ~ 4,3 kWh/kg).

Die Seite "Strom aus Holz" ⁶ auf energie-wissen.info berichtet, dass Holzgaskraftwerke, welche kombiniert Wärme und Strom erzeugen, über 80% Wirkungsgrad erreichen. Allerdings ist da wohl nicht die Energie mit berücksichtigt, welche zur Verkleinerung auf Hackschnitzelgröße aufgebracht wurde.

Nun, ein Raummeter ist etwas weniger als ein m³, weil es ein Holzschichtmaß mit Zwischenräumen darstellt. Aber nur mal so zwischendurch gerechnet:

14,9*10⁶m³ * 1,8*10⁶Wh/m³ * 0,8 = 21,5*10¹²Wh

Wir würden also mit 18% des heutigen Holzeinschlages bereits in etwa 21,5 TWh (Terrawattstunden) nutzbare Energie aus Holz gewinnen, falls hier nicht mit zu positiven Zahlen einfach nur Werbung gemacht wurde.

Laut WikiPedia lag der Primärenergieverbrauch Deutschlands im Jahr 2021 bei 3.451 Milliarden kWh, also 3.451 TWh. Der Energieholzeinschlag des Jahres 2022 entspräche demnach 0,62% dieses Primärenergieverbrauches.

Würden wir sicherstellen, dass Holz nicht mehr mit Umweltgiften behandelt wird, könnten wir in einer langfristigen Kreislaufwirtschaft zwischenzeitlich verwendetes Holz auch verbrennen. Aber selbst im günstigsten Fall würde dies uns lediglich auf 3,4% des Primärenergiebedarfs bringen.

Nach dieser Rechnung würde auch eine Erhöhung der Waldfläche und eine Erhöhung der Produktivität des Waldes durch einen höheren Kohlendioxidanteil uns nicht in Bereiche bringen, mit denen wir unseren Energiebedarf decken können.

Insofern sieht es so aus, als ob Patrick Moore recht mit seiner Aussage hat. Auch wenn Deutschland besonders dicht besiedelt ist und einen deutlich überdurchschnittlichen Energieverbrauch pro Kopf hat, und es daher bei einer weltweiten Betrachtung durchaus weniger schlecht aussehen könnte, müssen wir anerkennen, dass der pro Kopf Energieverbrauch weltweit steigen wird, denn Energie reduziert die Not auf der Welt, und wir können schlecht verlangen, dass irgend jemand in Not lebt.

Natürlich habe ich jetzt wieder schlecht belegte Zahlen irgend welcher Webseiten herangezogen, wenn ich von der offiziellen Seite des Ministeriums absehe.

Tatsächlich finde ich eine weitere Seite des gleichen Ministeriums mit der Information vom 7 März 2022, Zitat ⁷ :

Der Anteil von Holz an der gesamten Endenergieversorgung in Deutschland hat sich in den letzten fünf Jahren kaum verändert und beträgt rund fünf Prozent.

Zitat Ende

Der WikiPedia-Erläuterung zu dem Begriff Endenergie ⁸ entnehme ich, dass der Primärenergiebedarf wegen der Verluste höher ist als der Endenergiebedarf.

Um von den von mir errechneten 0,6% Primärenergieanteil auf 5% Endenergieanteil zu kommen, müssen die anderen Energieträger katastrophale Wirkungsgrade haben. Oder die Zahlen sind einfach falsch, das kann ja ebenfalls sein. Aber welche sind nun falsch?

Oder stammt die Differenz von Energieholzimporten? Ich habe nach der Antwort auf diese Frage gesucht, konnte sie aber nicht finden. Ja, Deutschland importiert Holz zur Energieerzeugung. Aber wie viel, das finde ich nicht. Vielleicht stimmen die Zahlen also doch.

Es ist durchaus nicht einfach, konkrete und vor allem gut belegte Informationen zu einigen Details unseres Energiemixes zu finden. Sogar das statistische Bundesamt bringt unter der Überschrift "Energieerzeugung" ⁹ nicht eine vollständige Übersicht, sondern nur ein paar grobe Informationen zur Stromerzeugung.

Oh, die Seite des Ministeriums, die mit den 5%, macht auch noch folgende Aussage, Zitat:

Der inländische Verbrauch von Holzrohstoffen beträgt derzeit knapp 127 Millionen Kubikmeter (m3) pro Jahr. Hierzu zählen Holzreste und Holzabfälle sowie Garten- und Landschaftspflegeholz. Davon wird etwa die Hälfte energetisch genutzt.

Zitat Ende

Die Hälfte, das sind 64 Millionen Kubikmeter, statt der 14,9 Millionen Kubikmeter, welche 18% Energieholzanteil am in Deutschland eingeschlagenen Holz darstellten. Inländischer Verbrauch sagt nichts über eine inländische Herkunft des Restes aus, oder doch? Ich meine, welchen Sinn macht die Angabe "inländischer Verbrauch"? Sind wir Netto-Exporteur?

Die Seite "Rohholzbilanz" ¹⁰ listet tatsächlich für das Jahr 2020 mehr Holzexporte als Holzimporte auf. Jüngere Daten gibt es auf der Seite bisher noch nicht. Im Jahr 2020 lag der Holzverbrauch allerdings auch noch deutlich unter 100 Millionen Kubikmeter. Vielleicht sind aber in der Rohholzbilanz auch die Holzreste und Holzabfälle und Garten- und Landschaftspflegeholz nicht mit enthalten, denn sie beruht auf Einschlagsrückrechnungen, wie aus dem PDF hervorgeht.

Also einmal kurz mit 64 Millionen Kubikmeter gerechnet, aber nicht mehr mal 0,8, weil bei dem Anteil am Primärenergieverbrauch, so habe ich WikiPedia verstanden, spielt der Wirkungsgrad keine Rolle:

64*10⁶m³ * 1,8*10⁶Wh/m³ = 115*10¹²Wh (115,2TWh)

115,2TWh / 3.451TWh = 3,3%

Ich komme nicht auf 5% Anteil am Energiebedarf. Ist die Energiedichte in Wirklichkeit höher? Ist der Wirkungsgrad besser? Egal, auch 5% Anteil am Endenergieverbrauch würde immer noch bedeuten: Das Holz in Deutschland reicht nicht zur Selbstversorgung.

Auch wenn ich den Gedanken hiermit beerdige, dass wir mit 1.000 ppm Kohlendioxid und ein wenig Forstwirtschaft genug Energie erzeugen können, halte ich 1.000 ppm trotzdem noch für ein erstrebenswertes Ziel. An einer grüneren Welt kann ja nichts falsch sein.

Und obwohl es nur einen Beitrag zu unserem Energiemix beitragen kann, halte ich Holz für eine gute, dezentrale, ökologisch nachhaltige Energiequelle, wenn der Wald weiter nachhaltig bewirtschaftet wird und wenn wir das entstehende Kohlendioxid in die Luft frei lassen, wo es hin gehört.

Die wichtige Frage nach einer dezentral, dauerhaft und sicher verfügbaren Energiequelle bleibt weiter offen. Photovoltaik und Wind sind nicht sicher verfügbar und benötigen riesige Energiespeicher um Produktionslücken zu schließen. Sie benötigen auch zu viel Fläche, wegen der zu geringen Energiedichte sowohl bei der Gewinnung als auch bei der Speicherung. Und für die Energiespeicher werden riesige Mengen an Rohstoffen benötigt, welche mit hohem Energieaufwand der Erde entrissen werden.

Es lassen sich damit dezentrale und autarke Systeme schaffen, aber zu welchem Gesamtpreis für die Umwelt und mit welcher durchschnittlichen Lebensdauer? Meine eigene Solaranlage läuft nun seit 11 Jahren, auf einem für 20 Jahre angemieteten Dach. Sie hat auch bereits ordentlich Sonnenenergie geerntet. Aber einen Energiespeicher hat diese Anlage nicht. Auch ihr schwankendes Energieangebot muss durch andere Kraftwerke abgesichert werden.

Als ich sie mir anschaffte, glaubte ich noch, dass es Sinn macht CO₂ einzusparen. Heute halte Photovoltaikanlagen in Verbindung mit genug Speicher immer noch für sinnvoll, da sie für jene, die sich das leisten können, eine netzunabhängige Stromversorgung sicherstellen können. Aber dafür braucht es ein eigenes Haus mit genug Platz für die Akkus. Aber die Akkutechnik ist heute weder sauber noch wirklich langlebig, da muss sich einfach noch etwas tun.

Auch wenn das meiner Zielvorstellung von 1.000 ppm Kohlendioxid in der Luft vielleicht entgegenwirkt, welche Optionen gibt es noch?

Vielleicht ein bisschen Kalte Fusion im heimischen Keller?

Erkenntnisse haben meistens vorläufigen Charakter und sind immer individueller Natur . Sie selbst entscheiden, ob Sie Erkenntnisse anderer als Meinung übernehmen oder ob Sie sich Erkenntnisse selbst erarbeiten. Meine Quellenangaben sollen Ihnen bei letzterem eine Hilfestellung geben, Sie sollten aber immer auch weitere Quellen verwenden.

Glauben Sie nicht, auch nicht mir, sondern prüfen Sie und schlussfolgern Sie selbst.

Fußnoten