Unseren Nachfahren gewidmet.

Eine kurze Geschichte der Bioenergie

Eine kurze Geschichte
der Bioenergie

Auf BiomassMuse veröffentlicht am 02.02.2020 von Ron Kirchner.

Kapitel I.
EINE KURZE GESCHICHTE DER BIOENERGIE

Prähistorie
  • Steinzeit
  • Bronzezeit
  • Eisenzeit
Baum Kurze Geschichte Bioenergie

1. Von der Krone zur Wurzel

Lebendig fließt sie in der Raumzeit dahin, eine dichte Architektur aus Biomasse. TIef im Regenwald verborgen, genießt eine Gruppe Menschenaffen eine Portion der gelbgrün, saftigsüßen Bioenergie die das Horn von Afrika schmückt. Vegane Kost, lecker, aber nicht sehr energiereich. Die großen Gehirne entfalten nur selten ihr Potential. Doch die Erde steht nicht still. Im Rhythmus der Milanković-Zyklen passiert ein Klimawandel. Aus dem dichten Wald wird ein lichter Wald und vor rund 4 Millionen Jahren wird der Familie der Menschenaffen buchstäblich der Halt bietende Ast aus den Händen gezogen. Die schützende Baumkrone verlierend, finden sie sich am Boden der Tatsachen wieder. Der Anfang des menschlichen Abenteuers. In der Steppe lernen wir den aufrechten Gang und erobern dank hochentwickelter Hände eine unbesetzte Nische für Bioenergie: energiereiches Knochenmark vom Aas.

2. Die Synthese

Was ist Bioenergie? Geerntete und veredelte Sonnenenergie! Cyanobakterien fanden bereits vor 3 Milliarden Jahren einen Weg, um in der Ursuppe der Ozeane die Sonnenenergie in Bioenergie zu umzuwandeln: die Photosynthese. Im Fluss des Sonnenlichts wandeln sie elektromagnetische in chemische Energie, speichern diese als Biomasse und geben dem Planeten damit einen neuen Look. Die sonnenbetriebene Elektrolyse (Photolyse) ist ein Meisterwerk der Natur und spaltet Wasser in seine atomaren Bestandteile. Der Sauerstoff reichert sich in der Atmosphäre an, während der Wasserstoff für die Herstellung des Bioenergieträgers ATP genutzt wird. ATP bildet seitdem die fundamentale Energiewährung des Lebens. Es wird für die Bereitstellung einfacher (Zucker) oder komplexer Kohlenhydrate verwendet und kommt bei der Synthese von Eiweißen und Fetten zum Einsatz. Die Bioenergie beginnt zu fließen.
Fundamentaler Bioenergieträger

3. Die Gabe des Prometheus

Vor 300.000 Jahren erblickt der Homo sapiens das Licht der südafrikanischen Sonne. Als Läufer Nummer 15 übernimmt er den Staffelstab von den zuvor gelaufenen Kollegen und trägt ab sofort die Verantwortung für das Team Mensch, Gattung Homo. Der Fackelträger wandert vom heutigen Johannesburg, der Wiege des Homo Sapiens, nordwärts bis nach Eurasien. Die Verhältnisse für Menschen sind nach wie vor prekär. Hunger, Krankheit, Kälte und Räuber brennen die Lebenskerze unserer Vorfahren in nur 30 Jahren herunter. Wie alle Menschen vor ihm, setzt auch der weise Mensch (Homo sapiens) seine Hoffnungen auf eine Form der Bioenergie, die er dank seiner geschickten Hände und dem eleganten Tanz seiner 85 Milliarden Gehirnzellen zu zähmen lernt: der zielgerichtete Verbrennung holzartiger Biomasse.

4. Die ewige Flamme

Das Feuer verändert alles. Der Mensch wird zum Räuber und gewinnt Kontrolle über ein Element. Kein Lebewesen hatte jemals die Macht, über die damals ein einzelner Mensch mit einem brennenden Ast verfügt. Hunger, Kälte, Räuber. Für den Umgang mit den größten Gefahren seines Alltags gewinnt der Homo Sapiens einen mächtigen Verbündeten. Das brennende Stück Holz ist der Zauberstab, mit dem der Homo sapiens seinen Weg bis an die Spitze der Nahrungspyramide gehen wird. Als Top-Predator, halb Jäger, halb Sammler, kann der Mensch sein wachsendes Gehirn mit ausreichend Bioenergie versorgen und nebenbei die Schärfung seiner Intelligenz vorantreiben. Als Meister der ewigen Flamme haben wir mittlerweile gelernt, die Gefahren des Feuers besser zu verstecken und seine Vorzüge, Wärme und Licht, in vollem Umfang zu genießen. Zur Erinnerung an die Ursprünge, hier eines der ersten Feuerzeuge.
Erste Feuerzeuge
Bioenergie Lebensmittel Früchte

5. Neolithische Revolution

12.500 Jahre vor Heute. Alle anderen Arten des Menschen sind ausgestorben. Nur Homo sapiens überlebt und erholt sich von den Katastrophen biblischen Ausmaßes, die wahrscheinlich durch einen zersplitterten Kometen auf Grönland (Hiawatha-Krater) ausgelöst wurden. In nur 200 Jahren waren Temperatur und Meeresspiegel üppig gestiegen (+10°C, +20 m) . Nach der Apokalypse aus Feuer, Wasser & Eis erwartet die Menschen ein Paradies. Über 2.000 Jahre entwickelt sich das Klima prächtig. Biomasse gedeiht auf nährstoffreichen Böden, was zu den Anfängen von Ackerbau und Viehzucht führt. Die landwirtschaftliche Revolution und der Wiederaufbau (Göbekli Tepe, Tihuanaco) der Zivilisation beginnen. Der Mensch wird sesshaft, zieht territoriale Grenzen, sammelt Vorräte und persönlichen Besitz an. Die weibliche Fruchtbarkeitsgöttin der Natur wandelt sich in einen männlichen Gott.

6. Legendäre Muskelkraft

Die zentrale Energieform der Antike bleibt die Muskelkraft - also die eingespannte Bioenergie von Mensch und Tier. Schwerstarbeit wird von Sklaven verrichtet, weshalb der gesellschaftliche Leidensdruck für rasche Reformen der Energiebereitstellung gering ist. Erste Wassermühlen, ein Vorläufer der Dampfmaschine (Heronsball), textile Wachskerzen, sowie mit Ölivenöl betriebene Öllampen sind die leuchtenden Beiträge dieses Jahrtausends. Dank Fortschritten in der Medizin wächst das Wissen über die Entfaltung der Bioenergie im menschlichen Körper, dessen heldenhafte Fähigkeiten bei den Olympischen Spielen präsentiert werden. Die wachsende Zivilisation benötigt Ackerfläche für die Ernährung. Diese wird durch Abholzung und Brandrodungen der Urwälder erreicht. 150 Millionen Menschen weltweit beginnen Kohlenstoffdioxid und Methan (Tierzucht, Reisanbau) in die Atmosphäre freizusetzen.
Bioenergie zur Ernährung

Kapitel II.
EINE KURZE GESCHICHTE DER BIOENERGIE

Neuzeit
  • Renaissance
  • Industrialisierung
  • Moderne
Bioenergie im Homo Sapiens

7. Selbstbewusste Bioenergie

Nach einem frostigen, von Hunger geplagten und Seuchen zerrütteten Mittelalter (kleine Eiszeit), steigen die Temperaturen wieder an und bereiten den Boden für eine Wiedergeburt der Zivilisation. Die Renaissance entfacht die innere Bioenergie und befreit das schöpferische Individuums vom ängstlich gewordenen Weltbild. Vor Selbstbewusstsein strotzend, schafft ein Michelangelo Buonarroti mit seinem David den Prototyp des modernen Menschen und stellt diesen selbstbewusst auf Augenhöhe mit den Göttern. Spätestens seit den Meisterwerken der Renaissance ist sich der Homo sapiens bewusst, dass in ihm eine spirituelle Lebenskraft, ein Ashé, Geist, Kundalini, Libido, Odem, Orgon, Prana, Pneuma, Qi, Ruach, Ruh oder eben eine Bioenergie fließt. Diese ermöglicht es ihm, sich nicht vorhandene Welten vorzustellen und diese mit seinem Körper zu erschaffen. Der Mensch greift nach den Sternen.

8. Der Feuervogel

Was mit den Blüten der Renaissancekünstler beginnt, löst einen prächtigen Frühling des menschlichen Geists aus. Und wie heißt es so wahr, ist der Geist einmal aus der Flasche, bekommt man ihn nur schwer wieder hinein. Und so strahlt das befreite Genie des Homo sapiens seit der Renaissance in allen Farben. Keine Minute, in der nicht etwas Neues in Wissenschaft oder Kunst durch die menschlichen Schöpfungskraft gedeiht. Der Feuervogel, der aus den fantastischen Fluggerätsskizzen eines Leonardo Da Vinci schlüpft, wächst in den kommenden Jahrhunderten zu einem brennenden Phönix heran. Die Bioenergie drängt danach die Erde zu verlassen und sich in die unendlichen Weiten des Universums auszubreiten.
Erschaffung des Menschen
Bioenergie Kohlenstoff Kohlenhydrate Geschichte

9. Kohlenwasserstoffe

Die Renaissance rückt das Geheimnis Mensch ins Zentrum der Betrachtung. Damit ist der souveräne Anker für die kommenden Entdeckungsreisen gesetzt. Einer der Ausflüge in den Mikrokosmos führt uns ehemalige Baumbewohner an die Wurzeln der organischen Chemie, welche mit der Beschreibung des elementaren Kohlenstoffs (Carboneum) durch Lavoisier im 18. Jh. ihr Keimblatt hervorbringt. Aus sichtbaren Bäumen, Blättern und Bananen werden unsichtbare Ketten und Ringe von Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen. Zwei Drittel aller Biomasse werden aus diesen Stoffgemischen mit dem Namen Kohlenhydrate gebildet. Die organische Chemie erklärt uns die Auswirkungen von Glucose (C6H12O6), ungesättigten trans-Fette oder Ketonen (z.B Testosteron) auf unseren Organismus. Biomoleküle bilden die Basis des Lebens und sind chemische Grundlage der Bioenergie.

10. Der Code des Lebens

Ein fundamentales Biomoleküle-Quartett teilen alle Lebewesen: die Nukleinbasen. Jeweils aus nur 20 Atomen bestehend, setzen sich diese 4 Buchstaben (Basen) zu den Silben (Basentripletts) des Lebenscodes zusammen. Aufgereiht bilden sie die Worte (Gene) und Sätze (Proteine) einer Sprache (DNA), welche die Baupläne aller Erdbewohner beschreibt. Der Bauplan einer Spezies ist auf mehrere Bücher verteilt, welche im Jahr 1888 Chromosomen genannt werden. Jede Zelle eines Menschen enthält die gleiche Bibliothek (Genom), die aus nur 46 Büchern besteht. Seit Anfang des 21. Jahrhunderts (2003) wissen wir, dass unsere Genom aus etwa 20.000 Genen besteht. Unsere individuelle Bibliothek ist zu 99.9 Prozent identisch mit unseren Mitmenschen, zu 98 Prozent mit einem Schimpansen und zu 60 Prozent mit einer Banane. Schöne neue Welt.
Code des Lebens zeigen

11. Ära der Fossilen Bioenergie

Billige Energie ebnet den Weg in die Moderne. Der aus der Tiefe geförderte Schwarze Zucker ist so verführerisch, dass er unsere Zivilisation tief in seinen Bann zieht. Die in einem Liter Erdöl gespeicherte Bioenergie enthält 160 Stunden menschliche Arbeitskraft. Nur ein Tetrapack (1 L) entspricht somit der Körperkraft eines Vollzeit-Handwerkers. Dieser Liter kostet auf dem Weltmarkt aktuell weniger als 50 Cent. Das entspricht einem Stundenlohn von unter 1 Cent für die imaginäre Arbeit des fleißigen Erdöls. Auch wenn diese Perspektive schmerzt, in gewisser Hinsicht ist Erdöl für uns das, was die Sklaven für unsere antiken Vorfahren waren. Ein Europäer konsumiert etwa 2.000 Liter des Schwarzen Zuckers im Jahr, was einer versteckten Arbeitszeit von 300.000 Stunden entspricht. Dafür bezahlen wir 1.000 Euro pro Kopf.

12. Bann des Schwarzen Zuckers

Billige Energie ebnet den Weg in die Moderne. Der aus der Tiefe geförderte Schwarze Zucker ist so verführerisch, dass er unsere Zivilisation tief in seinen Bann zieht. Die in einem Liter Erdöl gespeicherte Bioenergie enthält 160 Stunden menschliche Arbeitskraft. Nur ein Tetrapack (1 L) entspricht somit der Körperkraft eines Vollzeit-Handwerkers. Dieser Liter kostet auf dem Weltmarkt aktuell weniger als 50 Cent. Das entspricht einem Stundenlohn von unter 1 Cent für die imaginäre Arbeit des fleißigen Erdöls. Auch wenn diese Perspektive schmerzt, in gewisser Hinsicht ist Erdöl für uns das, was die Sklaven für unsere antiken Vorfahren waren. Ein Europäer konsumiert etwa 2.000 Liter des Schwarzen Zuckers im Jahr, was einer versteckten Arbeitszeit von 300.000 Stunden entspricht. Dafür bezahlen wir 1.000 Euro pro Kopf.
Vergleich von Bioenergieträgern

Kapitel III.
EINE KURZE GESCHICHTE DER BIOENERGIE

Post-Moderne
  • Energiewende
  • Kreislaufwirtschaft
  • Freie Energie

13. Exponentieller Anstieg

Ein Grundprinzip unsere Spezies ist die heterotrophe Energiegewinnung. Das bedeutet, unabhängig davon, ob wir Bioenergie durch interne Verdauungsprozesse oder externe Verbrennungsmaschinen freisetzen, wir oxidieren Kohlenstoff zu Kohlenstoffoxiden (CO2, CO). Ohne eine ausgleichende Menge phototropher Organismen (Pflanzen), welche das Kohlendioxid wieder in Biomasse binden, kommt es zum Treibhauseffekt. Da der jährliche Energieverbrauch seit 1850 um das 20- und seit 1950 um das 5-fache gestiegen ist, ist auch der Ausstoß an CO2 von 5 (1950) auf 37 Milliarden Jahrestonnen (2019) gestiegen. Gleichzeitig ist die CO2-Konzentration in der Atmosphäre von 315 ppm (1950) auf aktuell 415 ppm und die durchschnittliche Temperatur (Luft) von 14 auf 15°C gestiegen. Temperatur, Bevölkerung, Geschwindigkeit, Informationsfluss, BIP etc. Vieles wächst oder soll wachsen.

14. Gaia-Bewusstsein

Als ursprüngliche Bewohner der Baumkrone haben wir uns im 20. Jh. selbst gekrönt. Dank der eleganten Verschmelzung von innerer und äußerer Bioenergie ist dem Homo Sapiens als wahrscheinlich erster Spezies das Kunststück gelungen, den Planeten zu verlassen (zeitweise!). Über 500 Sapiens haben wir bisher ins All katapultiert. Die abgehobene Perspektive offenbart uns die Grenzen unserer Heimat (hört sich schnulzig an, ist aber so) und lässt uns reifen. Vorreiter der Sapiens-Familie würdigen die Erde als lebendigen Organismus Gaia. Um den Kohlenstoffkreislauf nicht unnötig aus dem Gleichgewicht zu bringen, streben wir einen nachhaltigen Umgang mit Mutter Erde an. Auch wenn der CO2-Gehalt der Atmosphäre zu Zeiten der Dino’s doppelt so hoch lag wie heute, ist ein Umstieg von fossilen auf erneuerbare Energieträger das nachhaltigere und weniger chaotische System. Auf deutsch: Energiewende.
Temperaturentwicklung in 500 Millionen Jahren
bioenergie-biomasse-einstein-geschichte

15. Biomasse = Bioenergie

Was mit den Wasserrädern und Windmühlen der Antike beginnt, führt in den vergangenen Jahrzehnten zu einem raschen Ausbau der erneuerbaren Energien. Die Bioenergie spielt im alten und im neuen Team. Wenn ihr die Transformation von fossil zu nachwachsend gelingt, wird sie ihre Co-Evolution mit dem Homo sapiens fortsetzen. Bioenergie ist speicherbar und transportierbar. Dazu bildet sie eine schöne CO2-Senke. Qualitäten, welche die Energiewende gut gebrauchen kann. Die smoothe Koordination vom Team Sonnenenergie (Wind, PV und Biomasse), als auch die Abstimmung mit den Kollegen von Wasserkraft und Geothermie sind wichtiger Meilenstein beim Umbau unserer Energieversorgung. Energie und Materie, Welle und Teilchen, zwei Seiten, eine Medaille. Mit jedem Schritt hin zu einer Kardaschow-Typ-1-Zivilisation tanzen wir enger mit den Elementarteilchen (Quarks, Leptonen, Bosonen).

16. Evolution der Bioenergie

Traditionell sind die nachwachsenden Bioenergieträger: Holz, Harz, Wachs, Fisch- und Pflanzenöl. In den letzten 200 Jahren kamen die veredelten Energieträger Ethanol (1820, Deutschland), Biogas (1890, Indien) und FAME/ Biodiesel (1930, Belgien) hinzu. Anfang des 21. Jhd. sind die Biokraftstoffe der 1. Generation wegen ihrer Konkurrenz zur Ernährung des Homo sapiens in die Kritik geraten. Die 2. Generation setzt deshalb auf neue Einsatzstoffe (Cellulose, Lignin, Abfälle), Energieträger (Methanol, DME, Wasserstoff) und Technologien (Pyrolyse, HTC), welche die Kaskadennutzung von Biomasse anstoßen. Die 3. Generation der nachwachsenden Bioenergie transformiert sich schließlich von den Fläche in den Raum, vom Land ins Wasser, von der Kaskade in die Kreislaufwirtschaft. Diese Bioenergie kehrt zu ihren Wurzeln zurück und wird wieder nachhaltig.
Generationen-Übersicht

17. Im Einklang mit der Natur

In welchen Zeiträumen denken wir? In Momenten wie Kleinkinder? In Stunden wie ein abstrakter Spekulant? In Legislaturperioden wie erfolgreiche Berufspolitiker? In Äonen wie Astrophysiker? Auch die Natur hat ihre Rhythmen: Tage, Jahreszeiten, Generationen, Milanković-Zyklen. Das provokante Bild des Schwarzen Zuckers für die fossile Bioenergie bedeutet nicht, dass Zucker “schlecht” ist. Glucose löst einen emotionalen Rhythmus im Organismus aus: steiler Energieanstieg (High), steiler Abfall (Low), nochmal. Unsere tiefe Verwurzelung mit dem Kohlenstoffkreislauf wird uns immer bewusster. Viele Sapiens möchten die Disziplin finden und das Süße maßvoll genießen, die Abhängigkeit lockern. Wir schalten tatsächlich auf Grün! Streben ein Handeln im Einklang mit der Natur an. CO2 nicht nur als Klimagas, sondern als wertvollen Baustein zu denken, bringt uns Balance und schließt den Kreislauf.

18. Die Gärtner der Erde

Wir sind eine Spezies, die nicht nur erntet, sondern auch säet. Aktuell sogar neue Lebensformen. Erstmals basiert eine Lebensform nicht mehr auf Kohlenstoff, sondern auf Silizium (Silicon). Viele unserer aktuellen Konflikte resultieren aus dem gewaltigen Energiehunger unserer Spezies. Das Herauswachsen aus einer endlichen hin zu erneuerbaren Energieversorgung kann uns Zeit verschaffen. Zeit, bis wir die schillernden Exoten unter den Energiequellen erreichen: die Kernfusion und die freie Energie á la Nikola Tesla (Ionosphäre). Es ist Zeit, dass Homo sapiens erwachsen wird und wir eine nützliche Aufgabe auf unserer Heimat übernehmen. Große Macht bringt große Verantwortung. Als eine Technologien entwickelnde, kreative Spezies, mit globalem Bewusstsein und geschickten Händen, bietet sich eine Aufgabe an. Die Menschen als die Gärtner der Erde.
Augenblick einer Vision

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DANKESCHÖN

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UNsere Ersten Feuerzeuge

Energiegehalte der Nahrungsmittel der Urmenschen

Angaben in kJ/ kg (kcal/ kg)
  • Kohlenhydrate (Zucker): 16.000 (4.000)
  • Eiweiß: 16.000 (4.000)
  • Fett: 36.000 (9.000)
  • Grünkohl: 2.000 (500)
  • Banane: 3.600 (900)
  • Steak: 6.000 (1.500)
  • Nüsse: 24.000 (6.000)
  • Olivenöl: 36.000 (9.000)
Gerundet

Erzeugte Energie (Wärme) bei der Verbrennung organischer Verbindungen

 EnergieträgerZustandHeizwert (kJ/kg)
Holz (waldfrisch)fest7.000
Holz (lufttrocken)fest16.000
Braunkohlefest20.000
(Bio-)Methanolflüssig20.000
(Bio-)Ethanolflüssig27.000
Steinkohlefest28.000
Benzinflüssig40.000
Dieselflüssig42.000
Erdgasgas43.000
Erdölflüssig44.000
Ethangas47.000
(Bio-)Methangas50.000
(Grüner) Wasserstoffgas120.000

Hinweise

  • Werte sind Durchschnittswerte. Abhängig von der Qualität/ Reinheit der heterogenen Verbindungen (Holz, Kohle, Öl) können die Werte schwanken.
  • Fossile Bioenergieträger sind vor allem Kohlenwasserstoffe und keine Kohlenhydrate (Holz) mehr. Der Sauerstoff entschwindet durch hohe Drücke und Temperaturen in den Erdschichten. Je höher der relative Wasserstoffanteil, desto höher die Energiedichte des Energieträgers.

Erzeugte Energie (Wärme) bei der Verbrennung organischer Verbindungen

BIOENERGIETRÄGERAusgangsmaterialVerfahrenEnergieträger
TraditionellHolz, Wachs, HarzOffene VerbrennungFeuer, Wärme, Licht
Fossile BioenergieErdölRaffinierung, VerbrennungsmotorenBenzin, Diesel, Kerosin,
1. GenerationRaps, Mais, Soja, PalmölConnemann-Verfahren, Umesterung, Anaerobe Vergärung, DestillationEthanol, FAME/ Biodiesel, Biogas
2. GenerationCellulose, Lignin, Altfett, Abfälle, Pyrolyse, HTCCellulose-Ethanol, Biomethan
3. GenerationCO2, Strom, AlgenReaktoren, GenetikMethanol, DME, Wasserstoff

Heizwerte von Energieträgern

Angaben in kJ/ kg
  • Getreidekörner: 16.000
  • Holz : 16.000
  • Braunkohle: 20.000
  • Steinkohle: 28.000
  • Benzin: 40.000
  • Erdgas: 40.000
  • Erdöl: 44.000
  • (Bio-)Methan: 50.000
  • (Grüner) Wasserstoff: 120.000
Gerundet
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