Kreislaufwirtschaft im Fokus: Warum biogene Emissionen entscheidend sind

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Die Kreislaufwirtschaft wird zunehmend zur Voraussetzung, um dem Klimawandel wirksam zu begegnen. In diesem Zusammenhang spielt Bioenergie – also Energie aus Biomasse – eine wichtige Rolle, da sie zirkuläre Ansätze unterstützt und im Vergleich zu fossilen Energieträgern geringere Emissionen verursachen kann.

Gleichzeitig wächst der Druck: Nationale Netto-Null-Ziele und der steigende Energiebedarf führen zu einer stärkeren Nachfrage nach Bioenergie. Das kann jedoch auch negative Auswirkungen haben, etwa Entwaldung und den Verlust von Biodiversität (Kraxner et al., 2013). Genau deshalb ist es entscheidend, biogene CO₂-Emissionen systematisch zu erfassen und zu berechnen – nur so lassen sich fundierte und faire Vergleiche mit fossilen Emissionen anstellen und echte Nachhaltigkeitswirkungen bewerten.

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Was bedeutet „Klimaneutralität“ bei Biomasse wirklich?

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Biomasse umfasst alle Materialien organischen Ursprungs, die nicht fossilen Quellen entstammen – dazu zählen beispielsweise pflanzliche und tierische Biomasse, Reststoffe wie Gülle sowie organische Haushaltsabfälle (Kaltschmitt et al., 2016).

Häufig wird Biomasse als klimaneutrale Energiequelle betrachtet. Grundlage dafür ist der sogenannte biogene Kohlenstoffkreislauf: Das CO₂, das bei der Verbrennung von Biomasse freigesetzt wird, wird im Idealfall beim Nachwachsen der Pflanzen durch Photosynthese wieder gebunden (Ragauskas et al., 2006; Zeman und Keith, 2008). Im Unterschied dazu folgt fossiler Kohlenstoff keinem Kreislauf, sondern einem linearen Muster:Bei der Nutzung fossiler Energieträger wird CO₂ freigesetzt, das über Millionen Jahre im Boden gespeichert war. Dadurch wird zusätzliches CO₂ in die Atmosphäre eingebracht und das natürliche Gleichgewicht zwischen Emission und Aufnahme gestört. Trotzdem ist die Annahme der Klimaneutralität von Biomasse nicht uneingeschränkt haltbar.

Der entscheidende Punkt ist die Zeitdimension:
Die Wiederaufnahme von CO₂ durch Pflanzenwachstum kann – je nach Biomasseart und Wachstumsrate – Jahre oder sogar Jahrzehnte dauern. In dieser Zeit bleibt das freigesetzte CO₂ in der Atmosphäre wirksam.

Das bedeutet: Auch wenn Biomasse theoretisch Teil eines geschlossenen Kreislaufs ist, kann die tatsächliche Klimawirkung kurzfristig deutlich höher sein als oft angenommen. Dadurch entsteht schnell ein verzerrter Vergleich zwischen Bioenergie und fossiler Energie, wenn biogene Emissionen nicht differenziert betrachtet werden.

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Carbon Pools verstehen: Wie CO₂ in Biomasse und Böden gespeichert wird

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Wenn biogenes CO₂ gebunden wird, wird es in verschiedenen natürlichen Speichern, den sogenannten Carbon Pools, abgelegt. Diese lassen sich in drei Hauptkategorien einteilen:

1. Lebende Biomasse (Living Biomass):
   Dazu gehören alle lebenden Pflanzenbestandteile – oberirdisch wie Stamm, Stumpf und Äste sowie unterirdisch wie Feinwurzeln.
2. Tote organische Substanz (Dead Organic Matter):
   Hier wird Kohlenstoff in abgestorbenem Material gespeichert, beispielsweise in Totholz, Laub und anderen organischen Rückständen.
3. Organische Bodensubstanz (Soil Organic Matter):
   Kohlenstoff, der im Boden gespeichert ist – sowohl in mineralischen als auch in organischen Böden.

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Warum die Berechnung biogener Emissionen entscheidend ist

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Wie bereits beschrieben, sind biogene Emissionen Teil des natürlichen Kreislaufs von Treibhausgasen. Dadurch entsteht oft der Eindruck, sie seien grundsätzlich „klimaneutral“. In der Praxis ist die Situation jedoch deutlich komplexer. Der entscheidende Faktor ist der zeitliche und ökologische Kontext, in dem CO₂ wieder gebunden wird. Dieser kann stark variieren – abhängig vom Zustand des Ökosystems, der Art der Biomasse und insbesondere von menschlichen Eingriffen wie Abholzung oder zusätzlichen anthropogenen Emissionen. Das bedeutet: Die Wiederaufnahme von CO₂ ist weder garantiert noch zeitlich konstant.

Genau deshalb ist es wichtig, biogene Emissionen separat zu betrachten und gezielt zu berechnen. Nur so lässt sich ein realistisches und belastbares Bild der tatsächlichen Emissionswirkungen gewinnen – insbesondere im Rahmen von Product Carbon Footprint (PCF) und Scope-3-Analysen.

Ohne diese Differenzierung besteht die Gefahr, Emissionen zu unterschätzen und falsche Schlussfolgerungen für Nachhaltigkeitsstrategien zu ziehen.

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Biogene CO₂-Emissionen berechnen: Methoden, GWPbio und ihre Bedeutung für PCF & Scope 3

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Biogene CO₂-Emissionen bezeichnen die Netto-Emissionen bzw. -Entnahmen von biogenem Kohlenstoff aus der Umwelt und werden in CO₂-Äquivalenten (CO₂e) angegeben. Das bedeutet, dass alle relevanten Treibhausgase zur besseren Vergleichbarkeit in CO₂ umgerechnet werden.

Gemäß den Richtlinien von PAS 2050:2011 werden:

• Biogene Emissionen als positive Werte dargestellt, da sie den Kohlenstoffgehalt in der Atmosphäre erhöhen (negativer Klimaeffekt)
• Biogene Entnahmen (Sequestrierung) als negative Werte ausgewiesen, da sie Kohlenstoff aus der Atmosphäre entfernen (positiver Klimaeffekt)

Um die Auswirkungen biogener CO₂-Emissionen auf den Klimawandel zu bewerten, wurden verschiedene Methoden und Kennzahlen entwickelt (Miner und Gaudreault, 2020). Eine der am häufigsten verwendeten Metriken ist GWPbio (Global Warming Potential of biogenic carbon) (Cherubini et al., 2011; Gmünder et al., 2020).

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Was ist GWPbio? Die Kennzahl für die Klimawirkung biogenen CO₂

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GWPbio (Global Warming Potential of biogenic carbon) beschreibt das Treibhauspotenzial von biogenem Kohlenstoff über einen Zeitraum von 100 Jahren. Die Kennzahl basiert auf zwei zentralen Faktoren:
der Abbaurate von CO₂ in der Atmosphäre sowie dem Nachwachsen der Biomasse.

Dabei wird GWPbio stark beeinflusst durch:

• Klimabedingungen
• Bewirtschaftungs- und Nutzungsstrategien
• die Art der eingesetzten Biomasse (Liu et al., 2017)

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Wie ist GWPbio zu interpretieren?

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Der Wert von GWPbio liegt zwischen -1 und 1:

• GWPbio = 0 → gilt als klimaneutral
• GWPbio > 0 → höhere Klimawirkung durch Emissionen
• GWPbio = 1 → gleiche Klimawirkung wie fossiles CO₂
• GWPbio = -1 → maximale CO₂-Speicherung über 100 Jahre

Das bedeutet: Biogene Emissionen können je nach Kontext ähnlich oder sogar genauso klimaschädlich sein wie fossile Emissionen.

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Warum GWPbio für PCF und Scope 3 relevant ist

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Ein entscheidender Einflussfaktor auf den GWPbio-Wert ist die Wachstumsrate der Biomasse. Schnell wachsende Pflanzen wie Eukalyptus, Hybridpappel oder Weide (Short Rotation Crops) weisen typischerweise einen niedrigen GWPbio-Wert nahe 0 auf, da das freigesetzte CO₂ vergleichsweise schnell wieder gebunden wird. Demgegenüber können biobasierte Produkte, die Kohlenstoff über einen langen Zeitraum – beispielsweise 100 Jahre – speichern, GWPbio-Werte bis zu -1 erreichen.

Diese Zusammenhänge zeigen deutlich, dass biogene CO₂-Emissionen nicht pauschal als klimaneutral betrachtet werden können. Ihre tatsächliche Klimawirkung hängt maßgeblich von Faktoren wie Zeit, Nutzung und biologischen Prozessen ab. Für Unternehmen bedeutet das: Nur durch die Berücksichtigung solcher Kennzahlen lassen sich Product Carbon Footprints (PCF) und Scope-3-Emissionen realistisch und belastbar bewerten.

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Können CO₂e-Emissionen aus Bioenergie höher sein als fossile Emissionen?

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Studien zeigen, dass Bioenergie unter bestimmten Bedingungen tatsächlich höhere CO₂e-Emissionen verursachen kann als fossile Energieträger (Scherer und Pfister, 2016; Van Fan et al., 2021).

So kommt Van Fan et al. (2021) zu dem Ergebnis, dass Bioenergie aus Maisstroh (Corn Stover) und Switchgrass dann klimaschädlicher sein kann als Erdgas – das vergleichsweise effizient in der Stromerzeugung ist –, wenn bestimmte Schwellenwerte überschritten werden. Konkret gilt:
Liegt der GWPbio-Wert bei über 0,33 für Maisstroh bzw. über 0,34 für Switchgrass, sind die CO₂e-Emissionen der daraus erzeugten Bioenergie höher als die von Strom aus Erdgas. Das zeigt deutlich: Bioenergie ist nicht per se klimafreundlicher als fossile Alternativen, ihre Klimawirkung hängt stark von den zugrunde liegenden Annahmen und Rahmenbedingungen ab.

Gleichzeitig gewinnt Bioenergie zunehmend an Bedeutung, da sie eine wichtige Rolle bei der Erreichung von Netto-Null-Zielen auf Unternehmens- und Länderebene spielt.

Umso wichtiger ist es, alle mit Bioenergie verbundenen Emissionen vollständig zu erfassen. Nur so lassen sich:

• realistische und belastbare Treibhausgasbilanzen erstellen
• fundierte Entscheidungen treffen
• und tatsächliche Klimawirkungen korrekt bewerten

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Unser Ansatz: Mehr Transparenz durch bessere Daten

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Als Datenexperten und Innovationspartner arbeiten wir kontinuierlich daran, die Tiefe und Qualität unserer CO₂e-Daten weiter auszubauen. Ziel ist es, noch detailliertere Einblicke in unterschiedliche Emissionsarten und deren Werte zu ermöglichen, für fundierte, datenbasierte Nachhaltigkeitsentscheidungen. Jetzt Demo mit unseren Expert:innen buchen.

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Referenzen

British Standards Institution. (2011). The guide to PAS 2050:2011 : how to carbon footprint your products, identify hotspots and reduce emissions in your supply chain. Bsi. Access: PAS-2050_00_prelims.qxd (bsigroup.com)

Cherubini, F., Peters, G. P., Bernsten, T., Strømman, A. H., & Hertwich, E. (2011). CO2 emissions from biomass combustion for bioenergy: atmospheric decay and contribution to global warming. GCB Bioenergy, 3(5), 413–426. https://doi.org/10.1111/j.1757-1707.2011.01102.x

Fan, Y. V., Klemeš, J. J., & Ko, C. H. (2020). Bioenergy carbon emissions footprint considering the biogenic carbon and secondary effects. International Journal of Energy Research, 45(1), 283–296. https://doi.org/10.1002/er.5409  

Gmünder, S., Zollinger, M., Dettling, J., Spitzer, M., Stevenson, M., & Wwf. (2020). Biogenic carbon footprint calculator for harvested wood products data & calculations 2 Methodology Report -Biogenic Carbon Footprint Calculator. Access: https://files.worldwildlife.org/wwfcmsprod/files/Publication/file/8ac6an0ydo_Biogenic_Carbon_Footprint_Calculator_Methodological_Report_July2020_Quantis.pdf?_ga=2.74061522.1939894528.1665092898-27544469.1664528933

Guest, G., Cherubini, F., & Strømman, A. H. (2012). Global Warming Potential of Carbon Dioxide Emissions from Biomass Stored in the Anthroposphere and Used for Bioenergy at End of Life. Journal of Industrial Ecology, 17(1), 20–30. https://doi.org/10.1111/j.1530-9290.2012.00507.x  

Kaltschmitt, M., Hartmann, H., & Hofbauer, H. (2016). Energie aus Biomasse (M. Kaltschmitt, H. Hartmann, & H. Hofbauer, Eds.). Springer Berlin Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-47438-9  

Kraxner, F., Nordström, E.-M., Havlík, P., Gusti, M., Mosnier, A., Frank, S., Valin, H., Fritz, S., Fuss, S., Kindermann, G., McCallum, I., Khabarov, N., Böttcher, H., See, L., Aoki, K., Schmid, E., Máthé, L., & Obersteiner, M. (2013). Global bioenergy scenarios – Future forest development, land-use implications, and trade-offs. Biomass and Bioenergy, 57, 86–96. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2013.02.003  

Liu, W., Zhang, Z., Xie, X., Yu, Z., von Gadow, K., Xu, J., Zhao, S., & Yang, Y. (2017). Analysis of the Global Warming Potential of Biogenic CO2 Emission in Life Cycle Assessments. Scientific Reports, 7(1). https://doi.org/10.1038/srep39857  

Miner, R., & Gaudreault, C. (2020). An analysis of GWP bio and the effects of scale. Access: https://www.ncasi.org/wp-content/uploads/2020/07/WP-20-07_GWPBio_July2020.pdf

Ragauskas, A. J., Williams, C. K., Davison, B. H., Britovsek, G., Cairney, J., Eckert, C. A., Frederick, W. J., Hallett, J. P., Leak, D. J., Liotta, C. L., Mielenz, J. R., Murphy, R., Templer, R., & Tschaplinski, T. (2006). The Path Forward for Biofuels and Biomaterials. Science, 311(5760), 484–489. https://doi.org/10.1126/science.1114736  

Scherer, L., & Pfister, S. (2016). Hydropower’s Biogenic Carbon Footprint. PLOS ONE, 11(9), e0161947. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0161947  

Zeman, F. S., & Keith, D. W. (2008). Carbon neutral hydrocarbons. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 366(1882), 3901–3918. https://doi.org/10.1098/rsta.2008.0143