und nachhaltige Entwicklung?
BIOENERGY AND BIOFUELS FOR CLIMATE PROTECTION AND SUSTAINABLE DEVELOPMENT?
The development and use of “modern” bioenergy is thought to be a significant component of a sustainable energy mix as part of the transition towards a post-carbon energy era. Bioenergy is considered to be climate friendly, and growing oil prices along with the depen-dency on energy imports strongly argue for diversifying the fuel base by using a progressively increasing share of home-grown renewable energy. Ambitious politi-cal targets regarding the substitution of fossil fuels by biofuels may well help develop rural areas and promote a structural change in land-use and agriculture. An unli-mited and unregulated growth of energetic biomass use, however, harbors various problems and risks with regard to the ecological and socio-economic impacts of agricul-turally producing energy plants. Criteria and standards for a sustainable use of biomass need to be developed and implemented.
Keywords: Bioenergy, biofuels, climate protection, inter-national trade, material flows
Chancen durch Bioenergie
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I. Meyer | J. Scheffran Biokraftstoffe
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Biomasse-Potenziale
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I. Meyer | J. Scheffran Biokraftstoffe
Kerosin, was diesen Bereich besonders anfällig macht gegenüber Störungen im Erdölangebot, zum Beispiel durch steigende Rohölpreise. Die Abhängigkeit wächst sogar noch: Von 2002 bis 2004 stieg die Weltnachfrage nach Erdöl um 5,3 %. Allein Chinas Verbrauch nahm um 26,4 % zu, jener der USA um 4,9 %, während der Ver-brauch in Deutschland und Japan um 1 bzw. 2,6 % abnahm (Worldwatch Institute 2006). Besonders fatal ist die Abhängigkeit für viele Entwicklungsländer, die ihren Ölbedarf vollständig aus dem Import decken. Der Einsatz von Biokraftstoffen auf der Basis pflanzlicher Rohstoffe stellt eine Möglichkeit dar, die Energiebasis des Verkehrs-sektors unter Nutzung der bestehenden Tankstelleninfra-struktur und bei gegebener Automobiltechnik kurzfristig zu diversifizieren.
Die verkehrsbedingten Treibhausgasemissionen sind in den USA zwischen 1990 und 2004 um 28 % und in der EU um 26 % gewachsen. Biokraftstoffe sind ein integraler Bestandteil der europäischen Gemeinschaftsstrategie zur Senkung der CO2-Emissionen von Pkw. So sollen die durchschnittlichen CO2-Emissionen bis 2012 auf 120 Gramm CO2 je Kilometer reduziert werden, wobei die Emissionen im Schnitt auf 130 g je km sinken sollen und die restlichen 10 g Emissionsminderung je km unter anderem durch Bio-kraftstoffbeimischungen angestrebt werden (EK 2007).
Die Biokraftstoffproduktion ist ein dynamischer Produk-tionsbereich. Die Produktion mittels verfügbarer Tech-nologien wird laufend ausgeweitet, zugleich werden innovative Technologien und Biokraftstoffe entwickelt und erprobt. Die Verbesserung der energetischen Effizienz der Konversion von Biomasse in Biokraftstoffe ist ein Schlüs-selparameter zur Verbesserung der ökologischen und öko-nomischen Effizienz von Biokraftstoffen (Hamelinck und Faaij 2006). Eine weitere wichtige Rolle spielt die Senkung der Produktionskosten, da Biokraftstoffe in den Industrie-nationen bisher nicht wettbewerbsfähig sind. Sie werden daher vonseiten der Politik gefördert.
Angesichts hoher Ölpreise und staatlicher Förderpolitik ist starkes Wachstum vorprogrammiert. Im Jahr 2005 über-traf die weltweite Biokraftstoff-Produktion 107 Millionen Liter pro Tag, was einer Verdopplung gegenüber 2001 ent-spricht und etwa ein Prozent des globalen Markts an Treib-stoffen für den Transport ausmacht (Worldwatch Institute 2006). In der EU stieg die Biokraftstoffproduktion von 2004 bis 2005 um 60 % auf insgesamt 3,9 Millionen Tonnen, wobei auf Bioethanol 0,7 und auf Biodiesel 3,2 Millionen
der EU. In den Jahren 2002 bis 2006 wuchs die gesamte Biodieselproduktion in Europa jährlich um durchschnittlich 46 % (siehe Abb. 2, EU-Biodiesel-Produktion, Angaben in Klammern).
Die Europäische Union fördert Biokraftstoffe sowie andere erneuerbare Kraftstoffe im Verkehrssektor mit dem Ziel, bis zum 31. Dezember 2010 eine Mindestbeimischung erneuerbarer Kraftstoffe von 5,7 % am Energiegehalt aller Otto- und Dieselkraftstoffe zu ermöglichen (EG 2003). So werden Biokraftstoffe in europäischen Ländern durch Steu-ervorteile und einen Beimischungszwang begünstigt. Bis zum Jahr 2030 soll ein Viertel des in der EU verbrauchten Erdöls durch Biokraftstoffe ersetzt werden (BIOFRAC 2007).
Was deren Ausgangsstoffe betrifft, so dominieren weltweit zwei Verfahren: die Fermentation von Mais, Weizen, Kartoffeln, Zuckerrüben und Zuckerrohr für die Ethanolproduktion sowie die Pressung von Ölsaaten wie Raps, Sonnenblumen, Soja, Jatropha und Ölpalmen für die Biodieselgewinnung. In Europa setzte man bisher zu 82 % aller hier erzeugten Biokraftstoffe auf Biodiesel aus Rapssamen oder Sonnenblumenkernen, was den Konti-nent zum weltweit größten Hersteller von Biodiesel macht.
Innerhalb Europas sind wiederum Deutschland (53,5 % der EU-Dieselproduktion im Jahr 2004) und Frankreich (18 % 2004) führend (Dufey 2006).
Süd- und Nordamerika sind die Hochburgen der Ethanol-Erzeugung. Brasilien ist traditionell der führen-de Produzent und Exporteur von Biotreibstoffen. 2005 produzierte das Land aus Zuckerrohr 16,5 Milliarden Liter Ethanol, knapp 40 % der Weltproduktion, von denen etwa ein Viertel exportiert wurde, womit Brasilien mehr als die Hälfte des Weltmarktes abdeckte (Valdes 2007). Bei stark steigenden Wachstumsraten haben die USA Brasilien inzwischen überholt und produzierten 2005 bereits mehr als 40 % allen Ethanols, nahezu vollständig aus Mais. Das Worldwatch Institute schätzt, dass Biotreibstoffe in den nächsten 25 Jahren 37 % des Treibstoffbedarfs der USA abdecken könnten und, wenn sich die Effizienzstandards von Automobilen verdoppeln, sogar bis zu 75 % (World-watch Institute 2006). Allerdings müssten die USA schon für einen Ethanol-Anteil von 10 % am Treibstoffverbrauch des Landes 15 % ihrer landwirtschaftlichen Flächen bereitstel-len, während Brasilien seinen Treibstoffverbrauch auf nur 1,5 % seiner Landfläche erzeugen könnte (Zibechi 2007).
Aufgrund des starken Wachstums wird geschätzt, dass in einigen Jahren die Hälfte der Mais-Produktion der USA in Ethanolanlagen verbraucht wird. Die Maisbestände am
I. Meyer | J. Scheffran Biokraftstoffe
Markt sinken wie sonst nur in Dürrezeiten, und Iowa, ein traditionelles Anbaugebiet, könnte bald zu einem Netto-Importeur von Mais werden (Wisner/Baumel 2004).
In den USA waren nach Angaben der Renewable Fuels Association Ende 2006 110 Ethanol-Raffinerien in Betrieb, von denen viele vergrößert werden; 73 weitere sind im Bau, und die US-Ministerien für Energie und für Landwirt-schaft unterstützen diesen Trend maßgeblich, was bereits zur Überproduktion und zu Preiseinbrüchen bei Ethanol geführt hat (Crauss 2007). Für Ende 2008 wird die ame-rikanische Ethanol-Produktionskapazität bereits auf 42 Milliarden Liter jährlich geschätzt. In seiner Rede an die Nation 2006 kündigte Präsident Bush einen Anstieg auf 133 Milliarden Liter an erneuerbaren Treibstoffen bis 2017 an (Perlack et al. 2005).
Im Energy Policy Act von 2005 werden konkrete Zielset-zungen für erneuerbare Treibstoffe formuliert (Farrell et al.
2006). Besondere Bedeutung hat die Einführung von Stan-dards für erneuerbare Energien in einigen Bundesstaaten, allen voran Kalifornien, das mit seinem Low-Carbon Fuel Standard eine Reduzierung von mindestens 10 % in der Kohlenstoff-Intensität der Kraftstoffe im Transportsektor vorsieht (Farrell and Sperling 2007). Dies ist eine Voraus-setzung, um das von Gouverneur Schwarzenegger gesetzte ehrgeizige Ziel einer Halbierung der CO2-Emissionen bis Mitte des Jahrhunderts zu erreichen.
Gefördert werden Biokraftstoffe durch Subventionen und Steuervergünstigungen. In den USA sind zwischen 0,66 und 1,40 US-Dollar erforderlich, um einen Liter fossilen Treibstoffs durch biogene Kraftstoffe zu erset-zen, in der EU sind diese Kosten sogar noch höher (nach Angaben in Doornbush und Steenblik 2007). Den bislang vergleichsweise hohen, durch Förderungen kompensier-ten Produktionskoskompensier-ten von Biokraftstoffen stehen positive volkswirtschaftliche Effekte gegenüber: eine Verringerung der Erdölabhängigkeit, technologische Innovationen, die Vermeidung von Klimaschäden und Jobeffekte. Die
Welt-bank schätzt, dass die Biotreibstoff-Industrie etwa hundert Mal mehr Arbeitsplätze pro produzierter Energieeinheit be-nötigt als die fossile Energiebranche. Der Ethanol-Industrie werden 200.000 zusätzliche Arbeitsplätze in den USA ange-rechnet und eine halbe Million in Brasilien (Worldwatch Institute 2006).
Wie bereits angesprochen, können Biokraftstoffe die Treib-hausgasbilanz des Verkehrssektors verbessern helfen, ein Ziel, das angesichts der kontinuierlich steigenden Emissi-onen unumgänglich ist. Bereits heute können durch die Produktion von Biokraftstoffen pro Hektar einige Tonnen CO2-Äquivalente eingespart werden. Allerdings ist das Gesamtpotenzial zur Reduktion von CO2-Emissionen im Straßenverkehr, der bei weitem den größten Anteil an den verkehrsbedingten CO2-Emissionen trägt, bei kontinuierlich wachsender Verkehrsnachfrage begrenzt, wie Szenarien-berechnungen zeigen (Meyer und Leimbach 2007). Werden gängige Technologien weiterverwendet und wächst der globale Biokraftstoffeinsatz um 6 bis 8 % jährlich, so wird sich die CO2-Bilanz des internationalen Pkw-Verkehrs durch den Einsatz von Biokraftstoffen bis zum Jahr 2030 nur um weniger als 1 % jährlich verbessern.8 Um eine substan-zielle Emissionsvermeidung zu erzielen, wären wesentlich höhere Wachstumsraten der Biokraftstoffbeimischung erforderlich (Meyer und Leimbach 2007).
Alternative Szenarienberechnungen machen deutlich, dass das technische Potenzial zur Vermeidung von ver-kehrsbedingten Emissionen, also die Verbesserung der technologischen Energieeffizienz von Motoren und Pkw-Antrieben, wesentlich größer ist als das Einsparungspoten-zial durch Biokraftstoffe (Meyer et al. forthcoming). Deren Beimischung kann daher kein solitärer Ansatz zur Vermei-dung der kontinuierlich wachsenden verkehrsbedingten CO2-Emissionen sein, leistet als Teil einer klimaökonomisch orientierten Verkehrspolitik aber dennoch einen Beitrag zur Emissionsvermeidung (Meyer 2007).
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Dynamik gehandelt. Die Produktionskosten von Biokraft-stoffen werden maßgeblich von der Anlagengröße be-stimmt, hängen in entscheidendem Maße aber auch von den Rohstoffkosten ab.9 Diese haben einen Anteil an den Gesamtkosten von etwa 50 bis 80 Prozent (IEA 2004).
In den Schwellen- und Entwicklungsländern der tropischen und subtropischen Regionen sind die Roh-stoffkosten im Allgemeinen weitaus geringer als in den industrialisierten Ländern. Die Wettbewerbsfähigkeit von Biokraftstoffen ist in jenen Regionen somit bereits heute relativ hoch, während sie in den Industrienationen erst mit steigenden fossilen Kraftstoffpreisen zunehmen wird. Nach Hamelinck und Faaji (2006) liegen die kurzfristigen Pro-duktionskosten für Bioethanol auf der Basis von Mais und für Biodiesel auf Raps-Basis in Amerika und Europa bei 25 Euro pro Gigajoule (im Bereich des oberen Heizwerts: GJHHV), während die Produktionskosten für brasilianisches Bioe-thanol auf der Basis von Zuckerrohr bloß bei 11 Euro/GJHHV liegen..10 Zum Vergleich: Die Produktionskosten für fossile Kraftstoffe in Rotterdam betrugen, gemessen über einen Zeitraum von zehn Jahren, 2,5 bis 7,2 Euro/GJHHV für Benzin und 2,4 bis 6,6 Euro/GJHHV für Diesel.11
Aufgrund der starken Nachfrage nach Ethanol setzen die USA nicht nur auf heimische Produktion, sondern zusätzlich auf Importe. Durch klimatische Bedingungen und große Landflächen begünstigt, bietet sich besonders Brasilien als strategischer Partner an, um die Ölabhängigkeit zu verrin-gern und zugleich den Einfluss der USA in Lateinamerika zu stärken. Da brasilianisches Ethanol um 25 Prozent preis-werter ist als das heimische, sparen die USA zudem Kosten.
Nach einem Report der Inter-American Development Bank soll brasilianisches Ethanol bei einem Erdölpreis von 40 US-Dollar pro Barrel wettbewerbsfähig sein, US-Ethanol dagegen bei 60 US-Dollar pro Barrel und europäisches Ethanol bei mehr als 80 US-Dollar pro Barrel (Inter-Ame-rican Development Bank 2007). Dieses Preisgefälle schafft auf dem globalen Markt einen Ethanolfluss von Brasilien in die USA und von dort nach Europa. In Brasilien laufen zudem 82 Prozent der heimischen Pkws mit dem Flex-Fuel-System, das zugleich Benzin, Ethanol oder eine beliebige Treibstoff-Kombination verbrennen kann. Brasiliens Erfolg hat das Interesse anderer Länder in der Region geweckt.
Die tropischen Energiepflanzen Zuckerrohr, Zuckerhirse (Sorghum) und Jatropha weisen komparative energetisch-ökonomische Effizienzvorteile gegenüber Mais, Weizen, Raps und Zuckerrübe aus den temperierten Zonen der
I. Meyer | J. Scheffran Biokraftstoffe
industrialisierten Länder auf. So ist der Energieoutput bei brasilianischem Ethanol etwa achtmal höher als der Energieinput. In temperierten Zonen der industrialisierten Länder stellt sich dieses Verhältnis paritätisch dar und ist zuweilen sogar negativ. Auch der Ethanol-Hektarertrag ist in Brasilien höher als in den temperierten Zonen, etwa zweimal so hoch wie jener von Mais oder Weizen. Unter den Ölpflanzen erzielen die tropischen Pflanzen eben-falls höhere Erträge. Während Sonnenblumen etwa 800 Kilogramm Öl pro Hektar erzielen, liegt dieser Ertrag für Jatropha bei 1590 kg pro Hektar und für Palmöl bei 4000 kg pro Hektar (Mathews 2007). Ölpflanzen in temperierten Zonen benötigen zudem eine hohe Zugabe von Wasser und Düngemitteln im Vergleich zu Ölpflanzen der tropischen Regionen, die im Allgemeinen keine Bewässerung und relativ wenig Düngemitteleinsatz erfordern. Die im gesam-ten Lebenszyklus der im Süden produziergesam-ten Biokraftstoffe anfallenden Treibhausgasemissionen („well-to-wheel“) fallen geringer aus und weisen daher ein höheres Redukti-onspotenzial auf.
Das Ziel des industrialisierten Nordens, einen hohen Anteil an heimisch produzierten Biokraftstoffen zu erzeugen, muss vor diesem Hintergrund als politische Strategie zur Erhöhung der Energieversorgungssicherheit im Sinne einer autarken Bereitstellung und/oder als Subventionsprogramm für den landwirtschaftlichen Sektor gedeutet werden. Doch die für die heimische Produktion an Energiepflanzen zur Verfügung stehenden Landressourcen sind begrenzt. Global
Das Ziel des industrialisierten Nordens, einen hohen Anteil an heimisch produzierten Biokraftstoffen zu erzeugen, muss vor diesem Hintergrund als politische Strategie zur Erhöhung der Energieversorgungssicherheit im Sinne einer autarken Bereitstellung und/oder als Subventionsprogramm für den landwirtschaftlichen Sektor gedeutet werden. Doch die für die heimische Produktion an Energiepflanzen zur Verfügung stehenden Landressourcen sind begrenzt. Global