Pflanzenkohle in China: Bioenergiepflanzen auf brachliegenden Ackerflächen könnten die CO₂-Entnahme stärken

Pflanzenkohle gilt seit Langem als vielversprechende Klimalösung, deren Anwendung sich jedoch nur schwer ausweiten lässt. Das Prinzip ist einfach: Pflanzenmaterial wird in eine stabile, kohlenstoffreiche Form umgewandelt und in Böden gespeichert. Dort kann der Kohlenstoff über Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte gebunden bleiben.

Bislang lag die Schwierigkeit bei der Versorgung. Häufig fallen an den passenden Orten nicht genügend Biomassereste an, um Pflanzenkohle in großem Maßstab einzusetzen.

Neue Forschungsergebnisse legen nahe, dass China diese Grenze überwinden könnte: Auf brachliegenden Ackerflächen ließen sich Bioenergiepflanzen anbauen und anschließend zu Pflanzenkohle verarbeiten. Gelingt das, könnte Pflanzenkohle in großem Umfang verfügbar und zugleich wesentlich günstiger werden als viele konkurrierende Verfahren zur Kohlenstoffentnahme.

„Unsere Arbeit zeigt, dass die Einbindung von Bioenergiepflanzen in das System dessen Potenzial erheblich erweitern und gleichzeitig die Kosten niedrig halten kann“, sagte Wei Li von der Tsinghua-Universität, der korrespondierende Autor der Studie.

Die wichtigsten Kohlenstoffvorteile von Pflanzenkohle

Viele Konzepte zur Kohlenstoffentnahme sind teuer, aufwendig oder beides. Manche setzen große Industrieanlagen, erhebliche Strommengen, eine langfristige unterirdische Speicherung oder Überwachungssysteme voraus. Das erschwert ihre rasche Ausweitung.

Bei Pflanzenkohle ist der Ansatz anders: Während ihres Wachstums nehmen Pflanzen CO₂ aus der Luft auf. Durch Pyrolyse wird ein Teil des pflanzlichen Kohlenstoffs in eine widerstandsfähigere, stabilere Form überführt. Anschließend gelangt dieser Kohlenstoff in den Boden, statt wieder in die Atmosphäre zurückzukehren.

Hinzu kommen Vorteile, die ihren Einsatz auch unabhängig von Klimazielen rechtfertigen können. Pflanzenkohle kann den organischen Kohlenstoffgehalt des Bodens erhöhen, die Speicherung von Nährstoffen unterstützen und in manchen Fällen den Ausstoß von Treibhausgasen wie Lachgas verringern.

Eine Investition dient damit nicht allein der Kohlenstoffentnahme: Sie kann auch die landwirtschaftliche Leistung verbessern und Umweltbelastungen aus der Landwirtschaft senken.

Das große Versorgungsproblem der Pflanzenkohle

Der Großteil der heutigen Pflanzenkohle wird aus Reststoffen der Land- und Forstwirtschaft hergestellt. Das ist praktisch, weil die Biomasse bereits vorhanden ist. Zugleich begrenzt es aber den möglichen Umfang der Produktion.

Außerdem fallen diese Reststoffe an vielen verstreuten Orten an. Werden die sperrigen Pflanzenmaterialien über große Entfernungen transportiert, steigen die Kosten rasch.

Die neue Studie stellt deshalb eine zentrale Frage: Was wäre, wenn Pflanzenkohle nicht auf Reste beschränkt wäre? Könnte man durch den gezielten Anbau von Energiepflanzen eine verlässliche Biomasseversorgung schaffen, ohne mit der Lebensmittelproduktion zu konkurrieren? Hier kommen brachliegende Ackerflächen ins Spiel.

Pflanzenkohle im großen Maßstab erproben

Das Forschungsteam untersuchte dieses System aus Pflanzenanbau und Pflanzenkohle unter realistischen Bedingungen. Berücksichtigt wurden unter anderem die Standorte chinesischer Biomassekraftwerke, Verkehrsnetze und realistische Bedingungen in den Lieferketten.

Nach der Schätzung könnten Bioenergiepflanzen von brachliegenden Ackerflächen dazu beitragen, mittels Pflanzenkohle jährlich rund 25,8 Millionen Tonnen CO₂ zu entnehmen.

Das ist eine beträchtliche Menge. Sie liegt zudem ungefähr in der Größenordnung dessen, was Pflanzenkohle aus land- und forstwirtschaftlichen Reststoffen leisten kann. Diese dienten bisher überwiegend als Ausgangsmaterial.

Die Reststoffe sollen dabei nicht ersetzt werden. Vielmehr geht es darum, eine zweite Bezugsquelle zu erschließen, damit die Verfügbarkeit des Ausgangsmaterials den Einsatz von Pflanzenkohle nicht länger begrenzt.

Die Kosten im Vergleich

Eine Zahl fällt besonders auf: Die Studie beziffert die Kosten der Pflanzenkohleproduktion mit diesem integrierten Ansatz auf etwa 9,6 US-Dollar je entfernter Tonne CO₂.

Die Forschenden vergleichen das mit BECCS, also Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung. Dieser Weg der Kohlenstoffentnahme benötigt mehr Infrastruktur.

Für BECCS veranschlagt die Analyse ungefähr 90,9 US-Dollar pro Tonne. Unter manchen Bedingungen kann das Verfahren etwas mehr Kohlenstoff entfernen, verlangt aber kostspielige Abscheideanlagen sowie Transport- und Speicherkapazitäten. Diese Kosten und die technische Komplexität können einer raschen Ausweitung im Weg stehen.

„Die Kosten sind ein entscheidender Faktor für den Einsatz in großem Maßstab“, schrieben die Autorinnen und Autoren.

„Pflanzenkohle sticht hervor, weil sie eine nennenswerte Kohlenstoffentnahme zu einem Bruchteil der Kosten alternativer Technologien ermöglicht.“

Für Strategien zur Kohlenstoffentnahme auf nationaler Ebene ist dieser Preisunterschied bedeutsam. Er macht den Unterschied zwischen einem Pilotprojekt und einer Lösung aus, die sich breit einsetzen ließe.

Wie groß das Potenzial von Pflanzenkohle ist

Die Studie untersucht auch, was eine Optimierung und Ausweitung des Systems bewirken könnte. Dazu gehörten mehr Energiepflanzen, ein größeres Biomasseangebot und zusätzliche Pyrolyseanlagen an geeigneten Standorten.

In diesem Szenario an der oberen Grenze könnte Pflanzenkohle in China laut den Forschenden möglicherweise bis zu 1,88 Milliarden Tonnen CO₂ pro Jahr entnehmen.

Das ist eindeutig keine kurzfristig erreichbare Realität. Voraussetzung wären verfügbare Flächen, der Ausbau der Infrastruktur und eine dauerhafte politische Unterstützung. Das Szenario zeigt aber, dass Pflanzenkohle nicht auf einen kleinen Maßstab beschränkt bleiben muss.

Wenn Lieferketten und Investitionen zusammenkommen, könnte sie statt einer ergänzenden Nischenlösung zu einem wichtigen Hebel werden.

Die Rolle brachliegender Ackerflächen

Als Regionen mit besonders hohem Potenzial nennt die Studie den Osten und Nordosten Chinas. Das liegt vor allem daran, dass dort Biomasseressourcen und bestehende Infrastruktur zusammentreffen. Das ist wichtig, weil Transportkosten unbemerkt darüber entscheiden können, ob sich Pflanzenkohle wirtschaftlich rechnet.

Auch die Nutzung brachliegender Ackerflächen ist eine bewusste Entscheidung. Bioenergieprojekte können umstritten sein, wenn sie mit der Lebensmittelproduktion konkurrieren.

Der Anbau von Energiepflanzen auf wenig genutzten Flächen soll diesen Konflikt entschärfen und eine Ausweitung politisch eher durchsetzbar machen.

Eine perfekte Lösung ist das nicht: Auch „brachliegende“ Flächen können ökologisch wertvoll sein oder vor Ort genutzt werden. Dennoch bieten sie einen realistischeren Ausgangspunkt als die Umwandlung produktiver Ackerflächen.

Hindernisse für die Ausweitung von Pflanzenkohle

Die Forschenden sind zuversichtlich, räumen aber ein, dass sich das Verfahren nicht einfach sofort einsetzen lässt. Für eine Ausweitung wären Investitionen in die Pyrolyseinfrastruktur, eine bessere Einbindung in bestehende Energie- und Landwirtschaftssysteme sowie verlässliche Biomasselieferketten nötig.

Auch politische Anreize und Anreize am Kohlenstoffmarkt hätten eine wichtige Funktion. Sie könnten landwirtschaftlichen Betrieben und Unternehmen Gründe geben, das Verfahren einzuführen und dauerhaft anzuwenden.

„Unsere Ergebnisse legen nahe, dass Pflanzenkohle, insbesondere in Verbindung mit Bioenergiepflanzen, zu einem Grundpfeiler von Klimaschutzstrategien werden könnte“, erklärte das Forschungsteam.

„Mit den richtigen politischen Maßnahmen und Investitionen hat sie das Potenzial, sowohl ökologische als auch wirtschaftliche Vorteile zu bringen.“

Ausblick für Pflanzenkohle

Die Studie zeichnet ein neues Bild von Pflanzenkohle: Aus einer guten Idee, deren Ausweitung bislang schwierig war, könnte ein Ansatz mit erheblichem Wachstumspotenzial werden, wenn die Biomasseversorgung als zentrale Herausforderung behandelt wird.

Der Anbau von Bioenergiepflanzen auf brachliegenden Ackerflächen könnte den Einsatz von Pflanzenkohle deutlich vergrößern und die Kosten zugleich vergleichsweise niedrig halten – zumindest auf dem Papier.

Weil Pflanzenkohle auch die Bodengesundheit verbessert, dient sie nicht nur einem einzigen Klimazweck. Sie bietet vielmehr eine Strategie zur Kohlenstoffentnahme, die sich mit Vorteilen für die Landwirtschaft verbinden lässt.

Wenn China es mit der Klimaneutralität ernst meint und nach leistbaren, skalierbaren und praktikablen Möglichkeiten sucht, liefert diese Forschung starke Argumente dafür, Pflanzenkohle mehr Aufmerksamkeit zu schenken.