Nachwachsende Rohstoffe

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Koordinaten Rohstoffe

Nachwachsende Rohstoffe (NaWaRos) sind pflanzliche Produkte aus der Land- und Forstwirtschaft, die von den Menschen nicht als Nahrungsmittel, sondern für andere Zwecke verwendet werden. Es wird zwischen Energie- und Industriepflanzen unterschieden. Energiepflanzen werden zur Herstellung energetischer Produkte genutzt. Industriepflanzen werden stofflich genutzt. Im Jahr 2009 waren rund 17 Prozent der Ackerflächen Deutschlands (circa 2 Millionen Hektar) mit nachwachsenden Rohstoffen bepflanzt.

 

Energiepflanzen

Energiepflanzen sind Pflanzen, die einen hohen Energiegehalt besitzen und deshalb in verschiedenen Formen als Kraftstoff, Brennstoff oder Gas genutzt werden können (siehe Abbildung 1).

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Abbildung 1: Nachwachsende Rohstoffe im Energiebereich.[1]

 

Wie entsteht in Pflanzen Energie?

Pflanzliche Zellen sind in der Lage durch, Photosynthese Licht- bzw. Sonnenenergie in chemische Energie umzuwandeln. Sie nehmen Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf und können zusammen mit Wasser daraus Zucker und Sauerstoff bilden. In weiteren Prozessen wird dieser Zucker gebraucht, um die Entstehung von Stärke, Zellulose, Ölen, Fetten und Eiweißen zu ermöglichen. Diese Pflanzenbestandteile sind die energiehaltigen Rohstoffe, die verschieden gewonnen und genutzt werden können.[1]  

 

Industriepflanzen

Industriepflanzen werden nicht zum Energiegewinn angepflanzt. Ihre Pflanzenbestandteile liefern Faserstoffe, Textilien, Kunststoffe, Färbemittel, Öle und chemische Grundstoffe, sowie gesundheitsfördernde, aber auch -schädliche Stoffe (pharmakologische Substanzen). Meist sind diese Rohstoffe Holz, Naturfasern, Zucker und Öl. Oft können Abfall- oder Nebenprodukte in der Verarbeitung der Industriepflanzen, beispielsweise Sägespäne, noch energetisch genutzt werden.

 

Vorstellung ausgewählter nachwachsender Rohstoffe

Holz ist der wichtigste und am häufigsten genutzte nachwachsende Rohstoff. Es wird stofflich zur Herstellung von Papier, Möbeln, Bau- und Werkstoffen und energetisch als Brennstoff genutzt. Der meiste Anteil an Holz wird in Deutschland als Nutzholz verwendet: 2005 wurden etwa 37 Prozent in der Holzindustrie als Schnittholz verarbeitet. Einen ebenfalls hohen Nutzungswert besitzt Brennholz, nicht nur für den Kamin in Privathaushalten, sondern auch für größere Heizkraftwerke.

Faserpflanzen wie Hanf oder Flachs liefern wichtige Bestandteile aus denen Kleidung und andere Textilien gefertigt werden. Baumwolle, der wichtigste Faserrohstoff weltweit, stammt etwa aus den Samen der Baumwollpflanze, während Hanffasern aus dem Bast der Hanfpflanze gewonnen werden. Während die Baumwollpflanze in tropischen bis subtropischen Gebieten, z.B. in Afrika, angebaut wird, wächst Nutzhanf in unseren gemäßigten Zonen, beispielsweise in Frankreich. Auch Flachsfaserpflanzen, wie der Gemeine Lein, können hier angebaut werden.

Biodiesel, Biokraftstoffe und Pflanzenöl-Kraftstoffe werden aus Ölpflanzen gewonnen (siehe Abbildung 1). In Europa ist Raps die wichtigste Ölpflanze. Im Jahr 2006 wurden circa eine Million Hektar Land für den Rapsanbau genutzt.[2] Die Rapspflanze wird gepresst und ihr Öl wird über chemische Reaktionen zum Beispiel als Dieselkraftstoffersatz verwendbar gemacht. International werden oft auch Palm- und Sojaöl verwendet. Neben der energetischen Nutzung werden Kokos- und Palmöl auch für Tenside in Wachsmitteln oder Kosmetika genutzt oder finden als Bindemittel in Farben und Lacken Gebrauch. Der Bodenbelag Linoleum besteht zum größten Teil aus Leinöl.

Stärke- und Zuckerpflanzen werden zerkleinert und vergoren, so dass Alkohol entsteht (siehe Abbildung 1). Dieser Bioethanol wird als Kraftstoff für Fahrzeuge verwendet. Während die Zuckerrübe in Deutschland eine beliebte Zuckerpflanze ist, wird Stärke aus verschiedenen Getreidearten, wie Weizen, Mais und Reis gewonnen. Auch die Kartoffel ist eine sehr stärkehaltige Feldfrucht. Der Unterschied zwischen Stärke und Zucker besteht darin, dass Stärke aus mehreren Zuckermolekülen aufgebaut ist. Deshalb können beide Rohstoffe bei vielen Anwendungen verwendet werden. Stärke findet häufigen Einsatz in der Papierherstellung, Zucker wird beispielsweise auch in der Bauchemie eingesetzt, um als Abbindeverzögerer die Erstarrungszeit von Beton zu verlängern.

Chemische und pharmakologische Grundstoffe sind zum Beispiel Kautschuk, Harze, Wachse und Farbstoffe, die durch besondere Eigenschaften geprägt sind. Kautschuk ist beispielsweise in manchen Radiergummis enthalten und stammt aus dem Milchsaft des südamerikanischen Kautschukbaumes.

Arzneipflanzen beinhalten wichtige Stoffe, die in Medikamenten, Genussmitteln, aber auch in Drogen enthalten sind. Zu ihnen zählen beispielsweise Tabak für die Zigarettenindustrie und Hopfen zur Bierherstellung.

Viele Getreidearten werden direkt verbrannt, um Wärme und Elektrizität zu erzeugen (siehe Abbildung 1). Dies geschieht häufig in Biogasanlagen oder Biomasseheizkraftwerken. Diese energetisch genutzen NaWaRos werden auch als biogene Brennstoffe bezeichnet. Vor allem werden zur Verbrennung auch organische Abfälle und Reststoffe, wie zum Beispiel Stroh verwendet

 

Vor- und Nachteile der Nachwachsenden Rohstoffe

Um die Vorteile der nachwachsenden Rohstoffe besser verstehen zu können, werden zunächst einmal die Alternativen vorgestellt.

Hauptsächlich stammt die Energie, die wir als Strom und Gas zu Hause, in Fabriken oder im Auto verbrauchen aus fossilen Brennstoffen. So werden z.B. Kohle, Erdgas und Erdöl der Erde entnommen und sind begrenzt. Das heißt irgendwann wird den Menschen keine Energie aus diesen Stoffen mehr zur Verfügung stehen. Viele Konzerne bohren immer weiter nach dem kostbaren Gut Erdgas und nicht selten wird der Umwelt dadurch erheblich geschadet. Denn beispielsweise bei einer Explosion einer Ölbohrinsel im Meer gelangen große Mengen Öl in das Wasser und Lebewesen ersticken und verkleben im Ölteppich.

Die Kernenergie ist ebenfalls eine sehr umstrittene Energieform. Hier werden Uranteilchen, welche aus Erzbergwerken abgebaut werden, über mehrere chemische Prozesse in radioaktive Atome gespalten. Bei diesem Vorgang entsteht zwar viel Energie, doch die radioaktiven Strahlen, die als Atommüll übrigbleiben, schaden der Umwelt, den Menschen, den Tieren und den Pflanzen erheblich. Leider ist auch das Entsorgungsproblem dieses schädlichen Mülls nicht gelöst, denn auch in so genannten Atommüll-Endlagern können die radioaktiven Strahlen zum Beispiel in das Grundwasser gelangen und Lebewesen krank machen.

Zur Gewinnung von Energie, die umweltfreundlich und unbegrenzt verfügbar ist, wird in Zukunft auf erneuerbare Energien gesetzt. Regenerative Energie stammt aus Quellen, die nicht erschöpft werden. Zu ihnen gehören die Windkraft, die Sonnenenergie und die Wasserkraft. Mehr zu diesem Thema können sie auch im Infotext über das Windrad an der Elisabethschule Vechta lesen.

Um den negativen Folgen der Energie- und Rohstoffgewinnung aus fossilen Brennstoffen und Atomen entgegenzuwirken und einen Ausweg aus dieser Energiekrise zu ermöglichen, sollen in Zukunft vermehrt nachwachsende Rohstoffe genutzt werden. Neben der Möglichkeit, dass diese Rohstoffe mit Sonne und Wasser nachwachsen können und nicht erschöpflich sind, gibt es auch noch andere Vorteile.

Abfallentsorgung: Nicht genutzte Bioabfälle werden energetisch genutzt und verbrannt. So wird einem Entsorgungsproblem vorgebeugt und der Abfall gewinnbringend verwertet.

Umwelt- und Klimaschutz: Viele Nutzpflanzen sind in der Lage, durch Photosynthese Schadstoffe aus der Luft zu binden und Sauerstoff herzustellen. Dem Treibhauseffekt wird nicht nur durch die CO2-Neutralität des Anbaus, sondern auch durch die energetische Alternative zu Emissionen durch bspw. Kohleverbrennungen entgegengewirkt. Die Luftqualität wird durch gebundene Staubpartikel aus der Atmosphäre verbessert und die natürlichen Lebensgrundlagen Wasser, Boden und Luft werden schließlich reingehalten.[3]

Landwirtschaft: Zum einen können bei verstärkter Produktion nachwachsender Rohstoffe ungefähr 60.000 Arbeitsplätze, auch in chemisch-technischer Verwertung und Verarbeitung der Rohstoffe, entstehen. Zum anderen werden auch regionale Landwirtschaftsbetriebe gefördert und einer nachhaltig gepflegten Kulturlandschaft kann positiv beigesteuert werden.

Ressourcenschonung: Die Tatsache, dass alle Bodenschätze einmal zu Neige gehen werden, wirft die Frage auf, welche Alternativen den Bedarf des Menschen decken können. Neben der Möglichkeit des Konsumverzichts würde ein Ersetzen (Substitution) der knappen Ressourcen für die Menschen die zukunftssicherere Lösung sein. "Die steigende Weltbevölkerung und der im weltweiten Durchschnitt wachsende Wohlstand bzw. die wachsende Anspruchshaltung lassen dem logisch denkenden Menschen außer dem globalen Holocaust keine andere Alternative für die Zukunft möglich erscheinen."[1]

Pflanzenrhythmus: Da Pflanzen ihren eigenen Wachstumsrhythmus besitzen, ist der Mensch in der Nutzung der pflanzlichen Rohstoffe weitestgehend von den natürlichen Rhythmen der Pflanze abhängig.

 

Der Forschungsgarten der Universität Vechta

Der Standort des Forschungsgartens der Uni ist unter den Koordinaten

N 52°43.173'
E 008°17.738'

zu finden. Im Rondell des Forschungsgartens wurden von Sachunterrichts- und Biologiestudierenden 4 Gruppen nachwachsender Rohstoffe mit unterschiedlichen Nutzungsmöglichkeiten angepflanzt: Energiepflanzen, Färbepflanzen, Faserpflanzen und Arzneipflanzen.

Die stärkehaltigen Pflanzenbestandteile der Maispflanze werden zerkleinert und die Stärke wird ausgewaschen. Nach einigen mechanischen Verfahren und physikalischen Prozessen wird die Stärke entwässert und getrocknet. Jedes fünfte Stärkemolekül findet sich im Papier wieder. Häufig wird sie auch als Klebstoff für Papier und Pappe eingesetzt.[1] Weitere wichtige Stärkepflanzen in Deutschland sind Kartoffeln und Weizen.

Indigo ist eine, in Afrika, Indien und China vorkommende, Färbepflanze. Ihr Farbstoff Indican wird aus den Blättern und dem Stengel gewonnen. Dadurch werden diese Pflanzenteile in der Blütezeit abgeschnitten und vergoren. Über chemische Prozesse entsteht aus dem wasserlöslichen Indican das wasserunlösliche Indigo. Der getrocknete, dunkelblaue Farbstoff wird in Blöcke geschnitten und verkauft.[4] Als bekannteste Färbepflanze gilt der gelbfärbende Safran.[1]

Weitere Pflanzen im Forschungsgarten sind beispielsweise die Sonnenblume (Ölpflanze), Weizen (Stärkepflanze), verschiedene Kräuter wie die Ringelblume und das Johanniskraut (Arzneipflanzen).

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Abbildung 2 (rechts): Ringelblume - Calendula officinalis

Die Ringelblume (siehe Abbildung 2) ist die Heilpflanze des Jahres 2009. Das anspruchslose Kraut ist in der Heilkunde vielseitig einsetzbar. In Cremes, Umschlägen, Ölen und Salben wird sie gegen Entzündungen, Sonnenbrand, Akne, Abschürfungen, Brandverletzungen, Bakterien, Viren und Pilzen eingesetzt. Als Tee, der aus den Blüten gemacht wird, bringt sie zum Beispiel bei Übelkeit schnell Besserung. Für einen Ringelblumentee werden 2 Teelöffel getrocknete Blüten mit 250 ml kochendem Wasser übergossen und nach zehn Minuten abgesiebt.

Im Forschungsgarten werden Grundschullehrer/innen im Sachunterricht mit dem Schwerpunktbezugsfach Biologie, sowie Haupt- und Realschullehrer/innen im Fach Biologie mit botanisch fachlichen, praktischen und didaktischen Inhalten vertraut gemacht. Es gilt einen verantwortungsbewussten Umgang mit Pflanzen und natürlichen Ressourcen zu vermitteln und die Bedeutung der nachwachsenden Rohstoffe für die Zukunft zu lehren. Im Sinne des Leitbildes der nachhaltigen Entwicklung wird die verantwortungsvolle Ausgestaltung der Mensch-Umwelt-Beziehungen gefördert.

Die Komplexität des Einflussbereiches der Thematik um nachwachsende Rohstoffe und andere Energiequellen setzt eine Auseinandersetzung mit Inhalten aus der Industrie, der Landwirtschaft, der Umweltpolitik, der physikalischen Umwelt und weiteren Themengebieten voraus, sodass eine umfangreiche Perspektive geschult wird und Problemlösekompetenzen gefördert werden.

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Abbildung 3: Der Forschungsgarten der Uni Vechta

 

Einzelnachweise:

  1. AID 1994, aus Mann, Stefan: „Nachwachsende Rohstoffe“
  2. http://www.umweltlexikon-online.de/RUBlandwirtsrohstoffe/NachwachsendeRohstoffe.php
  3. http://www.landnet.at/article/articleview/60296/1/1455
  4. http://www.digitalefolien.de/biologie/pflanzen/faerbe/indigo.html

 

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