4.2 Beschreibung der Beispielregion
4.2.4 Einflüsse auf die Bereitstellung von Bioenergie aus organischen Resten103
Voraussetzungen zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse in einer Beispielregion
103 Liliana Gamba: Erste Modellentwicklung zur nachhaltigen Nutzung der Biomasse
Tabelle 4-8: Ausgewählte Bioenergiepflanzen und mögliche Bioenergieträger in Meta Energiepflanze Bioenergieträger
Zuckerrohr Bioethanol Zuckerrohr "Panela" Bioethanol Zuckerrohr "Miel" Bioethanol
Maniok Bioethanol
Ölpalme Pflanzenöl
Kokosnuss Pflanzenöl
Kakao Pflanzenöl
technisierter Mais Bioethanol traditioneller Mais Bioethanol
Sorghum Bioethanol
Baumwollsamen Pflanzenöl
Soja Pflanzenöl
Erdnuss Pflanzenöl
Sesam Pflanzenöl
4.2.4 Einflüsse auf die Bereitstellung von Bioenergie aus organischen Resten
Voraussetzungen zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse in einer Beispielregion
Der Ernteresteanteil zur Düngung wird in beiden Fällen aus den gängigen Anbauformen abgeleitet. Es liegen jedoch für die Region keine Informationen vor, die eine Einschätzung des geeigneten Anteils zur Düngung mittels der Humus- und Nährstoffbilanzierung ermöglichen.
4.2.4.2 Reste aus der Waldbewirtschaftung
Im Kapitel 4.2.3.3 (S. 99) wurde auf die Rahmenbedingungen der kolumbianischen Waldbewirtschaftung hingewiesen. Sie beeinflussen ebenfalls die Verwertung von Resten, die bei der Pflege und Ernte anfallen.
Die Reste aus der Bewirtschaftung von natürlichen Wirtschaftswäldern werden i.d.R. nicht erfasst und verbleiben im Wald verteilt. Angaben zur Menge, die theoretisch entnommen werden dürften, ohne die Erfüllung der ökologischen Funktionen zu beeinträchtigen (maximale Entnahme), sind für Meta generell nicht vorhanden. Die stoffliche Nutzung ist kaum vorgegeben, weil es keine Erfassung gibt. Obwohl theoretisch eine gewisse Menge an Resten im Wald am Anfang des Analysezeitraums vorhanden ist, wird hier davon ausgegangen, dass diese Reste nicht mehr nutzbar sind. Daher ist die nicht genutzte Menge am Anfang auf Null gesetzt.
Die Reste aus der Bewirtschaftung von Kulturwäldern werden praktisch hundertprozentig erfasst und stofflich verwertet. Es liegen keine Angaben zur maximalen Menge vor, die entnommen werden darf. Sie wird hier rein theoretisch angenommen.
4.2.4.3 Biogene Abfälle aus Privathaushalten
Das Aufkommen an Haushaltsabfällen pro Kopf in Meta liegt in den Städten und großen Gemeinden bei 0,67 [kg/(p*d)] und in ländlichen Gebieten bei [0,62 kg/(p*d)] (eigene Berechnung basierend auf [SSPD 2001]). Davon werden fast 100% in den Städten und großen Gemeinden erfasst. In ländlichen Gebieten gibt es in der Regel keinen Entsorgungsdienst und der erfasste Anteil liegt bei Null.
Der erfasste Haushaltsabfall wird meistens an unkontrollierten Mülldeponien beseitigt. Eine Ausnahme bilden die Entsorgungssysteme der Hauptstadt und von zwei weiteren kleinen Städten sowie von einigen kleinen Gemeinden, in denen die Abfälle zum Teil stofflich verwertet bzw. auf kontrollierten Deponien beseitigt werden.
Voraussetzungen zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse in einer Beispielregion
105 Liliana Gamba: Erste Modellentwicklung zur nachhaltigen Nutzung der Biomasse
Weder der Anteil der Abfälle, der tatsächlich beseitigt bzw. verwertet wird, noch die potentiellen Lebenswegumweltbelastungen der Beseitigungs- bzw. Verwertungswege liegen vor. Hierzu werden daher rein rechnerische Annahmen getroffen.
Zurzeit läuft der Prozess zur Umsetzung der im Jahr 2003 verabschiedeten Abfallwirtschaftsregelung. Das Hauptgewicht der Regelung liegt in der Verbesserung der vorhandenen Beseitigungssysteme und in der Implementierung von (stofflichen bzw.
energetischen) Verwertungssystemen, wenn es ökonomisch und ökologisch sinnvoll ist [CORMACARENA 2004, Usme et al. 2006].
4.2.4.4 Biogene Reste aus der Lebensmittelindustrie
In der Region werden Reis, Ölpalmfrüchte, Rindfleisch und Milch industriell verarbeitet.
Zuckerrohr und Baumwolle werden in kleinem Maße verarbeitet. Exemplarisch wird die Produktion von Reis, Ölpalmfrüchten und Rindfleisch betrachtet.
Hier wird angenommen, dass 100% der regionalen Reisernte in den Reismühlen der Region verarbeitet werden. Dort fallen etwa 22 kg Reisspelzen pro 100 kg Reisinput an.
Im Jahr 2004 wurden ca. 70% der ganzen Menge unkontrolliert (an offenen Stellen) verbrannt 15% auf ungenutzten Grundstücken gelagert und die verbliebenen 15% stofflich genutzt.
Die Umsetzung der Luftreinhaltungsverordnung und die steigenden Kohlenstoffpreise haben zu Änderungen der Mengen, die durch die jeweiligen Wege entsorgt wurden, geführt. Im Jahr 2005 reduzierten sich der Anteil an unkontrollierter Verbrennung auf 20% und der Anteil der Lagerung auf Gründstücken auf 10%. Ein Teil der unkontrollierten Verbrennung wurde durch energetische Verwertung substituiert. Die stoffliche Verwertung betrug insgesamt 40%
des Aufkommens (Tabelle 4-9).
Tabelle 4-9: Verwertung von Reisspelzen in der Provinz Meta
2004 2005
[t] % [t] %
Aufkommen an Reisspelzen 147.105 129.128
Unkontrollierte Verbrennung 102.974 70 25.826 20
Verbrennung in Trockenöfen 0 0 38.738 30
Verbrennung in Röstöfen 0 0 25.826 20
Gepresst 7.355 5 12.913 10
Lagerung auf Gründstücken 22.066 15 12.913 10
Weitere (Baumschulen, Stalle) 14.710 10 12.913 10
Voraussetzungen zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse in einer Beispielregion
Die gesamte Ernte an Ölpalmfrüchten wird in der Region verarbeitet. Bei der Umwandlung fallen ca. 45 kg Reste pro 100 kg Input an. Sie umfassen u.a. leere Fruchtstände, faserigen Rückstand und Schalen. Stofflich werden ca. 26% als Düngemittel in denselben Betrieben oder als Futtermittel verwertet. Der Rest wird zur Erzeugung der Prozessenergie genutzt (Tabelle 4-10).
Tabelle 4-10: Verwertung von Resten aus der Verarbeitung von Ölpalmfrüchten28 Anteil pro Nutzungsart
Reste Anteil der RFF davon stofflich davon energetisch
Fruchtstände 0,22 1 0
Faseriger Rückstand 0,13 0 1
Schalen 0,05 0,2 0,8
Palmölkuchen 0,03 1 0
Dekantierrückstand 0.02 ---- ---
Die Menge an Resten pro geschlachtetes Vieh ergibt sich aus der Differenz zwischen dem Gewicht des Tieres und der Fleischleistung. Die Fleischleistung in Kolumbien liegt bei 0,22 t pro GVE [FAOSTAT 2000], dies entspricht etwa 0,5 t Fleisch pro t Lebendgewicht. Es wird angenommen, dass die Tiere, die in der Region geschlachtet werden, zu 100% in der Region verarbeitet werden. Somit fallen in der Region 40% der gesamten Reste an.
Die Schlachtung erfolgt hauptsächlich im Einflussgebiet des Metaflusses (ca. 80%). Acht von elf Schlachthöfen in dieser Subregion haben im Jahr 2001 die Reste stofflich verwertet [CORMACARENA 2004]. Bei der Annahme, dass 80% der Reste in diesen Schlachthöfen tatsächlich verwertet werden können und dass für den Rest keine stoffliche Verwertung erfolgt, ergibt sich eine gesamte stoffliche Verwertung von etwa 60% der Reste.
Ein Vergleich der spezifischen Umweltbelastungen der jeweiligen Entsorgungswege für die betrachteten Produkte lag für diese Arbeit nicht vor. Es wird daher die übliche Aufteilung für die Abschätzung in den Szenarien genutzt.
4.3 Modellierung des Anwendungsbeispiels
Die Anwendbarkeit des Modells zur Abschätzung des Bioenergiepotenzials für Meta unter Berücksichtigung von den Nachhaltigkeitskriterien wird anhand von drei Szenarien in einem Zeitraum von vierzehn Jahren untersucht.
28 Zusammengefasst von [Grießbaum 2007] aus verschiedene Quellen.
Voraussetzungen zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse in einer Beispielregion
107 Liliana Gamba: Erste Modellentwicklung zur nachhaltigen Nutzung der Biomasse
Die Szenarien stellen Werte für ausgewählte Parameter dar, die untereinander konsistent sind, d.h., realistische Parameterkombinationen bilden [Bossel 2004]. Das Ziel der Analyse besteht darin, das Verhalten des Modells unter drei verschiedenen Rahmenbedingungen zu testen. Dabei ist nicht relevant, mit welcher Wahrscheinlichkeit die Szenarien in der Zukunft eintreten werden, sondern wie sich das Modell dabei verhält. Eine zeitliche Entwicklung der modellexogenen Parameter wird für Bevölkerung, Flächenerträge und Erfassung von Holzresten im Wald in den drei Szenarien betrachtet. Die übrigen Parameter bleiben im Szenario 1 (S1) und Szenario 2 (S2), bis auf die Exportgrenze für Holz in S2, konstant. In Szenario 3 (S3) sind alle Parameter des Konsumverhaltens zeitabhängig. Tabelle 4-11 zeigt die in den Szenarien variierten Parameter.
Als Integrationsverfahren wurde das Eulerverfahren gewählt. Der Zeitschritt für das Integrationsverfahren wurde auf 0,125 Jahre gesetzt.
Im S1 wird es davon ausgegangen, dass die Fläche knapp ist und dass der Nachhalthiebsatz für Naturwälder fast erreicht wurde. Der Schutz der Natur hat Vorrang, jedoch ist eine rasche Umwandlung von Acker- und Grünlandfläche in Naturschutzzonen aufgrund der Flächenknappheit nicht möglich. Das Konsumverhalten der Einwohner bleibt unverändert.
Die gesamte Acker- und Weidefläche wird schon bewirtschaftet, und ein Ausbau ist nicht möglich. Dies führt zur (modellexogenen) Steigerung der Flächenerträge und zur Intensivierung der Rinderhaltung. Die Importgrenzen für landwirtschaftliche Produkte sind hoch angesetzt. Sie sind innerhalb der Analyseperiode für bereits importierte Güter doppelt so hoch wie im Anfangsjahr. Im Anfangsjahr nicht importierte Güter werden weiterhin nicht importiert. Gleichzeitig bleiben die Exportgrenzen auf dem Niveau des Überschusses im Basisjahr. Die Importgrenze für Geflügel ist gleich dem Defizit am Anfang. Der Export von Geflügelfleisch ist nicht vorgesehen.
Der Holzeinschlag in „andino“- und „subandino“-Naturwäldern darf lediglich um 1% steigen.
Für Auenwälder liegt die zulässige Steigerung bei 2%. Die Erweiterung der Kulturwälder ist nicht möglich. Die Importgrenzen werden mit dem Defizit an Papier gleichgesetzt und bleiben, genauso wie die Exportgrenzen, konstant. Eine positive technologische Entwicklung in der Bewirtschaftung der Naturwälder findet statt, so dass der erfasste Holzresteanteil mit der Zeit wächst.
Voraussetzungen zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse in einer Beispielregion
Tabelle 4-11: Szenarien der Bereitstellung von Biomasse zur energetischen Nutzung in Meta Szenario 1 (S1) Szenario 2 (S2) Szenario 3 (S3)
Bevölkerung Zunehmend Zunehmend Zunehmend
Ernährung Exportgrenzen Nahrungspflanzen
Konstant. Gleich dem Überschuss im Anfangsjahr
Konstant. 20% größer als der Überschuss im Anfangsjahr
Konstant. 20% größer als der Überschuss im Anfangsjahr Flächenerträge
Nahrungspflanzen
Wachstum für ausgewählte Kulturen
Erträge für ausgewählte Kulturen 10% niedriger als in S1
Erträge für ausgewählte Kulturen 10% niedriger als in S1
Bedarf an Nahrungsmitteln pro Kopf
Konstant Konstant Zunehmend: 1,5% pro
Jahr Bewirtschaftetes
Ackerland
Keine Erweiterung möglich, da die geeignete Fläche zu 100%
bewirtschaftet wird
30% Erweiterung auf Kosten der Weidefläche möglich
30% Erweiterung auf Kosten der Weidefläche möglich
Anteil von Fleisch und tierischen Produkten am gesamten Verbrauch
Konstant Konstant Abnehmend für Rindfleisch
Zunehmend für Geflügel:
um 10% alle fünf Jahre Zunehmend für Milch: um 2% alle fünf Jahre Grünlandfläche Keine Erweiterung
möglich.
10% kleiner als in S1 10% kleiner als in S1 Fläche für
Naturschutz
Umwandlung von Acker- und Grünlandfläche für Naturschutz
Jeweils 1% jährlich Jeweils 2% jährlich Jeweils 2% jährlich
Waldbewirtschaftung Bedarf an Holzprodukten pro Kopf
Konstant Konstant Konstant für Brennholz.
Zunahme für Schnittholz, Holzwerkstoffplatten und Papier: um 20% alle fünf Jahre
Importgrenze Holz Nur Importe von Papier.
Konstant. Gleich Defizit im Anfangsjahr
Nur Importe von Papier.
Konstant. Gleich Defizit im Anfangsjahr
Nur Importe von Papier.
Konstant. Gleich Defizit im Anfangsjahr
Exportgrenze Holz Konstant. Überschuss im Anfangsjahr
1% Zunahme pro Jahr 1% Zunahme pro Jahr Nachhalthiebsatz
Naturwald
1% höher als
Holzeinschlag im Basisjahr für „andino“- und
„subandino“-Wald und 2%
für Auenwald
10% höher als
Holzeinschlag im Basisjahr für „andino“- und
„subandino“-Wald und 20% für Auenwald
10% höher als
Holzeinschlag im Basisjahr für „andino“- und
„subandino“-Wald und 20% für Auenwald Kulturwaldfläche Erweiterung nicht möglich 10% Erweiterung möglich 10% Erweiterung möglich Wohnung und
Infrastruktur
Flächennutzung pro Kopf Konstant Konstant Zunehmend: 1% pro Jahr Maximal Umwandlung von
Ackerfläche in Wohn- und Infrastrukturfläche
0,7% der oberen Grenze Ackerfläche minus Fläche für Naturschutz
1,5% der oberen Grenze Ackerfläche minus Fläche für Naturschutz
1,5% der oberen Grenze Ackerfläche minus Fläche für Naturschutz
Maximale Umwandlung von Grünlandfläche in Wohn- und
Infrastrukturfläche
0,7% der oberen Grenze Weidefläche minus Fläche für Naturschutz
1,5% der oberen Grenze Weidefläche minus Fläche für Naturschutz
1,5% der oberen Grenze Weidefläche minus Fläche für Naturschutz
Der Schutz der Natur hat hohe Priorität, jedoch wird keine rasche Erweiterung der Naturschutzzonen durch Umwidmung von Acker- und Weidefläche erzielt, weil die Flächen knapp sind.
Voraussetzungen zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse in einer Beispielregion
109 Liliana Gamba: Erste Modellentwicklung zur nachhaltigen Nutzung der Biomasse
Erntereste werden in den notwendigen Mengen zur Erhaltung der Humus- bzw.
Nährstoffbilanz zu Dünger verarbeitet. Holzreste werden ebenfalls in der notwendigen Menge zur Erhaltung der Humus- und Nährstoffbilanz und weiterer Ökosystemfunktionen im Wald belassen.
Es wird angenommen, dass die Anteile biogener Haushaltsabfälle zur Beseitigung und stofflichen Verwertung jeweils bei 10 und 30% liegen.
In S2 wird davon ausgegangen, dass am Anfang der Analyse nicht bewirtschaftete Ackerfläche zur Verfügung steht. Die Grünlandfläche dagegen kann nicht erweitert werden und ist kleiner als in S1. Der Schutz der Natur hat weiterhin Priorität und die Umwidmung von bewirtschafteten Flächen läuft schneller als in S1. Die stoffliche Nutzung von Waldholzresten ist kleiner als in S1.
Am Anfang der Analyse stehen 50% mehr Ackerfläche zur Verfügung als bewirtschaftet wird.
Diese Fläche wurde vor Beginn der Analyse von der Rinderhaltung freigesetzt. Die Grünlandfläche liegt daher unter der Fläche in S1. Dies ermöglicht die Festsetzung von höheren Exportgrenzen für landwirtschaftliche Produkte. Die Importgrenzen bleiben wie in S1, um die laufende Liberalisierung des kolumbianischen Markts darzustellen. Die Flächenerträge reduzieren sich um 10% in Bezug auf die Erträge in S1.
Die Reduktion der Weidefläche ist, wie in S1, mit abnehmenden Exportgrenzen für Rindfleisch und zunehmender Intensivierung verbunden. Da keine Rindfleischunterversorgung zu befürchten ist, bleiben die Importgrenzen auf dem gleichen Niveau des S1. Die Importgrenze für Geflügel ist gleich dem Defizit am Anfang, und ein Export von Geflügelfleisch ist nicht vorgesehen. Diese Annahmen gelten auch für tierische Produkte.
Eine zehnprozentige Steigerung des Holzeinschlags ist für „andino“- und „subandino“-Wälder möglich. In Auenwäldern kann er um 20% steigen. Die Erweiterung der Kulturwälder ist zulässig, weil Weidefläche vor der Analyse freigegeben wurde. Die Exportgrenze nimmt zu.
Der erfasste Holzresteanteil wächst mit der Zeit.
Die Umwidmung von Acker- und Weidefläche in Naturschutzzonen erfolgt schneller als in S1. Der maximale Anteil an Acker- und Weidefläche, der bebaut werden darf, steigt auf 1,5%.
Voraussetzungen zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse in einer Beispielregion
Ackerfläche Trockenreis
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Jahr
ha
S1 S2 S3
Vorrat Trockenreis
-10000 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Jahr
t
S1 S2 S3
Die weiteren Annahmen in Bezug auf die Änderung der Naturwaldfläche und die Verwertung von Ernte- und Holzresten sind gleich wie in S1.
S3 verkörpert Änderungen im Konsumverhalten der Einwohner, während die übrigen Parameter die Werte von S2 annehmen. Der Nahrungsmittelbedarf steigt insgesamt. Die Zusammensetzung des Konsums tierischer Nahrungsmittel ändert sich mit der Zeit: der Anteil an Geflügel und Milch steigt, während der Konsum von Rindfleisch im gleichen Maße abnimmt. Der Pro-Kopf-Verbrauch an Brennholz bleibt konstant, während der Verbrauch an Schnittholz, Holzwerkstoffplatten und Papier zunimmt. Die Flächeninanspruchnahme für Wohnung und Infrastruktur steigt. Das Aufkommen an biogenen Haushaltsabfällen pro Kopf steigt um 0,1% pro Jahr.
Im Folgenden werden die Ergebnisse der Modellierung in den drei Szenarien zusammengefasst.