Energetische Holznutzung - Chance für die Umwelt und wirtschaftliche Herausforderung

Agrarpolitische Informationsveranstaltung EBU Herrnhut, 25.Mai 2005

Energetische Holznutzung ^–

Chance für die Umwelt und wirtschaftliche Herausforderung

Werner Große, TU Dresden

Institut für Internationale Forst- und Holzwirtschaft Tharandt

Inhalt

2 Energieverbrauch und Wirtschaft(lichkeit) 1 Klimawandel und Schutzstrategien

3 Holz im Wettbewerb der Energieträger

2 Energieverbrauch und Wirtschaft(lichkeit) 1 Klimawandel und Schutzstrategien

3 Holz im Wettbewerb der Energieträger

Holzkohle-Meiler

(Hamel du Monceau, 1766)

Holzverbrauch durch Bergbau und Holzverbrauch durch Bergbau und

Verhüttung im Mittelalter Verhüttung im Mittelalter

¾Neben dem Bedarf an Bau- und Grubenholz

stieg die Holznachfrage vor allem infolge des rasant steigenden Holzkohleverbrauchs der Hüttenwerke.

¾Holz und die daraus gewonnene Holzkohle waren in dieser Zeitperiode einzige Energiequelle für thermische Prozesse.

¾60 Ster Fichtenholz(~42m³) verbrauchte eine Köhlerei, um 600 kg Holzkohle herzustellen.

¾Schmelzhütten im Sächsischen Raum um Freiberg

verbrauchten im 16. Jahrhundert jährlich etwa 60.000 m³ Holz. Dafür mussten rund 200 ha Wald eingeschlagen

werden.

¾Für 1 t Schmiedeeisen waren so 9 m³ Holz erforderlich.

Quelle: WILSDORF (1960)

Entwicklung der Weltbevölkerung und Verbrauch an Holz, Kohle und Öl

(SCHULZ, 1993)

Global

Global atmospheric atmospheric concentration concentration of CO of CO _{2 2}

Finanziellen Schutz vor den Folgen des Klimawandels können Finanziellen Schutz vor den Folgen des Klimawandels können

Versicherungen nicht allein gewährleisten Versicherungen nicht allein gewährleisten

Quelle: JAEGER et al. (2003)

Hohe Tatra, November 2004: Auf einer Schneise von 3km x 50 km werden

ca. 46.000 ha Wald durch einen Orkan vernichtet

CO CO _{2 2} - - Emissionen der Europäischen Union Emissionen der Europäischen Union

-60 -40 -20 0 20 40 60

Veränderungen der energiebedingten CO2-Emissionen zwischen 1990 und 2002 in % Treibhausgas-Reduktionsverpflichtungen nach dem "EU burden-sharing" (2008-2012) in %

Veränderungen der energiebedingten CO2- Emissionen zw ischen 1990 und 2002 in %

-43,7 -15,5 -6,7 -1,9 1,7 18,6 26,2 8,7 5,4 6,7 13,7 31,2 44,4 42,6 55,1 1,9

Treibhausgas-Reduktionsverpflichtungen nach dem

"EU burden-sharing" (2008-2012) in %

-28 -21 -13 4 -21 0 -13 -6,5 0 -7,5 -6 25 15 13 27 -8

LUX D GB SWE DK FI A I F BE NL GR ESP IRL P EU

Quelle:

Quelle: ZiesingZiesing2003 2003

Energiepolitische Rahmenbedingungen der EU

¾ Kyoto-Protokoll, 1997

am 16. 2. 2005 in Kraft getreten

(Stand des Kyoto-Protokoll-Thermometers: 61,6 % und 132 Staaten)

CO

-Reduktion bis 2010 bezogen auf 1990: EU: -8%, Ö: -13 % EU-10 neu: -6/-8 %

¾ EU-Weiß-(1997) und EU-Grünbuch (2000):

Erneuerbare Energie und Energieversorgungssicherheit (2000):

Energieabhängigkeit der EU heute: 50 % (Erdöl: 76 %), ab ca. 2020: 70 %; Erhöhung der Elektrizitätserzeugung mittels EE von ca. 14 % auf ca. 24 %

¾ Elektrizitätsbinnenmarkt-Richtlinie (2001/77/EG):

(Ökostromgesetz) Erhöhung des Anteils von erneuerbaren Energieträger in der EU von ca.

14 % auf 22 %

¾ Richtlinie 2003/30/EG - EU-Biokraftstoff-Richtlinie

Ziel: Beimischung von Pflanzentreibstoffen zu Otto- und Dieselkraftstoffen von 2 % bis Ende 2005 und Erhöhung dieses Anteils auf mindestens 5,75 % bis zum Jahr 2010

Umgesetzt in nationalen Initiativen, z.B.:

¾ Erneuerbare-Energien-Gesetz Deutschland (verabschiedet 2000, modifiziert 2004)

Nach Kalkulationen der Deutschen

Energie Agentur (Dena)werden private Haushalte bei 3500 kWh Jahresstrom- verbrauch durch den Ausbau derWind- energie mit 14 bis 17 €/a infolge

"Weitergabe" der Einspeisevergütung an die Stromkunden belastet.

(Anmerkung: Berücksichtigt man alle mittels EEG geförderten Energien, wird diese Belas- tung bei 30 …35 €/a liegen)

Die Vermeidungskosten je Tonne CO

- Emission liegen nach dieser Studie für Windenergie

im Jahr 2007 zwischen 98 … 168 € und sinken bis 2015 auf 41 … 77 €.

Strombörse Leipzig Jan. 2005:

8,60 € / t CO

-Emissionsrechte

Quelle: "Windenergie kostet 14 bis 17 Euro im Jahr"; in:

FAZ (2005)46, S.15

Chemische Grundreaktionen für Photosynthese und Veratmung

1 t

Holz enthält

ca. 0,5 t C d.h.

1 t

Holz

absorbiert

1,84 t CO

Struktur des Primärenergieverbrauchs in Deutschland 2004

(Summe 14.438 PJ)

BMU (2005)

Gesamtkosten pro reduzierte Tonne CO ₂ [EUR/t]

2158 746

298 111

97 97 88 2 - 12*

0 500 1000 1500 2000 2500

[EUR/t]

Aufforstung Wasserkraft Blockheizwerk Windkraft Stromeinsparung Niedrigenergiehaus Sonnenkollektor Photovoltaikanlage

* Literaturangaben

Quelle: van Bergen, 2001 Quelle: van Bergen, 2001

Primärenergiebilanz bei der Gewinnung erneuerbarer Primärenergiebilanz bei der Gewinnung erneuerbarer

Energien Energien

Quelle: SCHÜTTE (1999)

Quelle: SCHÜTTE (1999)

EE-Inland u.Import Erdgas

Erdöl Kohle Kernenergie CO₂- Emission

Quelle: BMU (2004)

Abbildung : Primärenergieverbrauch, Anteil erneuerbarer Energie (EE) und CO

-Emission bis

zum Jahr 2050 in Deutschland

Quelle: BMU 2002 Quelle: BMU 2002

(in Deutschland)

Resumé

Resumé zu " zu " Klimawandel Klimawandel und und Schutzstrategien Schutzstrategien " "

- Globaler Klimawandel und daraus resultierende europäische -, bundes- und landespolitische Klimaschutzprogramme verlangen die stärkere Nutzung erneuerbarer Energieressourcen

- der Hauptteil des Anstieges erneuerbarer Energien am

Primärenergieverbrauch soll bis 2012 durch feste Biomasse gedeckt werden

- HOLZ ist nicht nur die vergleichsweise kostengünstigste Lösung

bezogen auf die Reduktionskosten für 1 t CO ₂ ; die energetische

Nutzung von HOLZ schafft gegenüber fossilen Energieträgern auch

deutlich mehr Arbeitsplätze in der Region

2 Energieverbrauch und Wirtschaft(lichkeit) 1 Klimawandel und Schutzstrategien

3 Holz im Wettbewerb der Energieträger

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Gross Dom estic Product per capita (1000 US$) E n e rg y in te n s it y (C ons . of pr im ar y ener gy , t o e/ G D P ( 1 0

US $ )

A L H R

S LO

C D N

GB F

D J

U S A N L S

C Z P L H B G

YU

R O

LV ES T B I H

LT S K

Figure : Energy intensity and economic development

Tabelle 2:

Wirtschaftsleistung und CO ₂ -Emissionen ausgewählter EU - Staaten (Bezugsjahr 2003) ( nach: Spiegel-Jahrbuch 2004; IEA 2004)

CO

-Emission

10

tons tons per inhabitant tons per US$ GDP

Czech Rep. 108,90 10,61 0,0020

Slovak Rep. 38,60 7,14 0,0019

Poland 314,40 8,13 0,0019

Germany 792,2 9,60 0,00041

French 359,7 6,08 0,00026

USA 5495,4 19,10 0,00056

Prognose der CO2

Prognose der CO2- -Emission aus der Verbrennung Emission aus der Verbrennung fossiler Energieträger nach Ländergruppen

fossiler Energieträger nach Ländergruppen

China EU Indien

Osteuropa und UdSSR übrige Entwicklungsländer übrige OECD

USA

26 % 12 % 15 % 21 % 3 % 12 % 11 % 5,6 Gt C 1990

28 %

9 % 9 % 15 %

21 %

6 % 12 % 12,0 Gt C 2050

Quelle: World

Quelle: World Energy Energy Council, 2000 Council , 2000

¾ Anstieg der CO

-Emissionen global bis 2010 trotz Kyoto um 6 Mrd. t (+20% zu 1990)

¾ EU: 14 % Anteil an globalen Emissionen Pro-Kopf-Emissionen (tCO

/EW und Jahr) USA: 20; D: 10; China: 3; Indien: 1

Quelle: VORHOLZ (2005)

2 Energieverbrauch und Wirtschaft(lichkeit) 1 Klimawandel und Schutzstrategien

3 Holz im Wettbewerb der Energieträger

Begriffsklärung

Begriffsklärung

Tabelle 1: Definitionen zum Begriff E N E R G I E

Niveauebene Zustandsbeschreibung Beispiel Rohenergie Energieträger in ihrer natürlichen

Form in den Lagerstätten v o r der Gewinnung

Aufwuchs von Holz

Primärenergie natürlich vorkommende Energieträger nach ihrer Gewinnung o h n e weitere Veredlung

Rohholz nach Fällung und Aufarbeitung am

Einschlagsort Sekundärenergie aus Primärenergie nach

entsprechender Veredlung bereitstehende Energie

Holzpellets nach Pelletierung

Endenergie (Gebrauchs- energie)

Endenergie beim Verbraucher, bestehend aus Sekundärenergie abzüglich Aufwendungen für

Distribution

Holzpellets, im Lager des Verbrauchers

Nutzenergie Zweckbestimmt gewandelte Endenergie beim Verbraucher, Endenergie nach Abzug der Anlagenverluste

Warmwasser nach

Wandlung der Holzpellets in Wärme in einer

Heizanlage (Kessel mit

Boiler)

Aufkommensbereiche für energetisch nutzbares Holz

Wald- holz

Industrierest- holz

Altholz Feld- holz

Flur- holz Energieholz

Waldholz Stofflich nicht verwertbare Sortimente der Forstwirtschaft aus Pflege- und Durchforstungsmaßnahmen sowie aus der Holzernte

Industrierestholz Energetisch nutzbares Restholz der holzbe- und -verarbeitenden Industrie Altholz Holz aus Konstruktionen, Bauelementen, Verpackungen nach Ablauf der

Nutzungsdauer sowie Altmöbel

Feldholz Holzproduktion auf Ackerland mittels schnellwachsender Baumarten im Kurzumtrieb

Flurholz Holzaufkommen aus Baum- und Landschaftspflege außerhalb der

Forstwirtschaft

Aufkommensbereiche Aufkommensbereiche

und und - - mengen mengen

Holzsortimente in Deutschland Holzsortimente in Deutschland

unter dem Gesichtspunkt der energetischen Verwertung unter dem Gesichtspunkt der energetischen Verwertung

(gerundete Werte) (gerundete Werte)

Säge-Restholz 4 Mio. t nahezu vollständig

stofflich genutzt, energetische Nutzung

zunehmend in Pelletfeuerungen

Waldholz 10 Mio. t

(ungenutzter Zuwachs) Aktivierung erforderlich, hohe Gestehungskosten, z.T. zu hochwertig für

die energetische Nutzung

Produktionsabfälle 5 Mio. t

stoffliche und energetische Verwertung i.d.R. beim

Abfallerzeuger Altholz

8 Mio. t

Wettbewerb zwischen stofflicher und thermischer Nutzung

Rinde 0,9 Mio. t Rohstoff zur Kompostierung, hoher

Verschmutzungsgrad

Waldholz 20 Mio. t (Einschlag) nahezu vollständig

stofflich genutzt

Quelle:

MARUTZKI (2003)

0 100 200 300 400 500 600 700

1960 1970 1980 1990 2000

Jahr

[Mio. m³]

Holzeinschlag Zuwachs

Holzeinschlag und Holzzuwachs in Europa [Mio. m³]

FAO, 2002; UN-ECE 2000

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Sw

itz er land Au st ria

Ge rma ny Sl ove

ni a Cz ec h Re p.

S lo va k Rep . P ola

nd Fr anc

e Li th ua ni a

La tv ia H ung

ary E st oni

a Ital y

Gr eat B rit ai n

S w ed en Finlan

d

st o c k , m ³ / h a

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

stock , mil li o n m³

stock m³/ha stock million m³

Holzvorrat in ausgewählten Ländern Europas ^{(BWI 2004)}

Kosten und Preise

Kosten und Preise

Abbildung: Verfahrensvarianten zur Energieholz - Bereitstellung

HS-Bereitstellungskosten, BHD 15 / Lohnkostensätze nach Maschinenringe Bayern (LWF , 2003)

Verf. Produktionskette Kosten (€/Srm)

1 Fällen

motor- manuell

Vorliefern von Hand

Hacken mit handbeschicktem Anbauhacker auf der Rückegasse

Transport mit landwirtschaftlichem

Schlepper (5 km)

Ø 12,90

2 Fällen

motor- manuell

Vorliefern mit dem

Pferd

Rücken mit Kranrückewage

n

Hacken auf der Wald- straße mit kranbesch.

Hacker

Transport mit landwirtschaftlichem

Schlepper (5 km)

Ø 13,30

3 Fällen

motor- manuell

Vorliefern und Rücken mit Seilschlepper

Hacken auf der Waldstraße

Transport mit landwirtschaftlichem

Schlepper (5 km)

Ø 12,60

4 Fällen und Vorliefern mit Seilschlepper

Rücken mit Kranrückewagen Hacken an Heizanlage mit Anhängehacker (5 km)

Ø 11,60

5 Fällen und kombiniertes Rücken mit Zange und

Seilwinde

Hacken mittels Anhängehacker auf der Waldstraße

Transport der Hack- schnitzel mit Wechsel- containersystem (15 km)

Ø 9,10

6 Fällen und Vorliefern mit Seilschlepper

Hacken mit Aufbauhacker auf Rückegasse

Transport mit Wechselcontainer (15 km)

Ø 14,50 (Lohn- unternehmer) 7 Vollmechanisiertes Fällen

und Vorliefern mit Harvester

Rücken mit Vorwarder Hacken auf der Waldstraße

Transport mit Wechselcontainer (15 km)

Ø 17,00 (Lohn- unternehmer)

8 Fällen, Aufarbeiten, Vorliefern und Hacken mit Hackschnitzel- harvester im Bestand

Rücken mit Shuttletransporter Transport mit Wechselcontainer

(15 km)

Ø 17,00 (Lohn-

unternehmer)

Bereitstellungskosten für energetisch nutzbares Waldholz frei Waldstraße

Sm

t

T

MWh

o)

MWh

50)

Preisspanne [€]

8 -17 40 - 85 23,2 – 49,3

7,70 – 16,35

10,3 –

21,8

Holz und fossile Energieträger im Vergleich (BMVEL, 2001; Fichtner 2002;eigene Kalkulationen)

Energieträger spezifische Preise Euro / MWh

masse- / volumenspezifischer Preis

Euro / tatro Euro / Sm³

Energiedichte

Waldholz (Mix) ¹⁾ 9 ... 31 48 ... 162 10 ... 32 Feldholz ohne Förderung

(KUP) mit Förderung

15 ... 39 10 ... 26

80 ... 206 53 ... 138

16 ... 41 10 ... 28 Industrierestholz und

unbehandeltes Altholz 3 … 11 15 ... 60 3 ... 12

5,3 MWh / tatro

Heizöl 38,8 ³⁾ 11,7 MWh / t

Erdgas 77 … 89,3 ⁶⁾ 8,9 kWh / m³

Braunkohlebrikett 25,8 ⁴⁾ ... 45,2 ⁵⁾ 5,6 MWh / t_atro

Rohbraunkohle 4,7 ... 6 ²⁾ 2,2 MWh/ tatro

1) inkl. Transportkosten für 30 km ⁴⁾ Marktpreis 03/2005 Import CZ

2) interner Preis für Kraftwerke,

Vattenfall Europe AG, 2005 ⁵⁾ Marktpreis 03/2005 LAUBAG

3) Marktpreise 02/2005 (TECSON 2005) ⁶⁾ Marktpreise ab 10/2004 (EWE 2004/TWL 2004) Abkürzungen: atro absolut trocken KUP Kurzumtriebsplantagen

Anmerkung: Da derzeit auch beim Anbau nachwachsender Rohstoffe auf Stilllegungsflächen die übliche Stilllegungsprämie (2003 in Sachsen ca. 375 Euro/ha) gezahlt wird, sind die Kosten jeweils mit

und ohne Förderung angegeben.

Kostenvergleich verschiedener Heizungsanlagen und Brennstoffe

Heizlast der Anlage 12 kW / beheizte Wohnfläche 150 m² / Volllaststunden 1.500 h/a

Brennstoff Heizöl Erdgas Hackschnitzel¹⁾ Scheitholz²⁾ Holzpellets

Nutzenergiebedarf

(kWh/a) 18.000

Anlagenwirkungsgrad (η) 0,90 0,90

20.000

77 1.540 Gaskessel

mit 190 l Speicher

0,90 0,90 0,90

Brennstoffbedarf (kWh/a) 20.000 20.000 20.000 20.000

Brennstoffkosten

- spezifisch (€/MWh) 45 15 33 32

- jährlich (€/a) 900 300 743 640

Anlagenbeschreibung Ölkessel mit Brenner

Kessel mit

Wochen- Raum-

behälter austrag

25 kW Stückholzkessel + 1.500 l Speicher

Kessel mit

Wochen- Raum-

behälter austrag

120 2.014 474⁴⁾ 4.600

- 4.600

76 86 76

73 91 100

Relation der Varianten

1.268 1.446 1.263

1.219 1.523 1.672

Jährliche Kosten (€/a)

628⁵⁾ 806⁵⁾

520⁵⁾

919⁵⁾ 1.223⁵⁾

772⁴⁾ Jahreskosten nach

Annuitätsmethode (€)

6.700 8.600 5.550

9.800 13.050 7.500

Anlagenkosten mit Förderung (€)

1.700 1.700 1.500

1.700 1.700 -

Öffentliche Förderung³⁾(€)

8.400 10.300 7.050

11.500 14.750 7.500

- inkl. Montage / Zubehör Anlageninvestition (€)

11,5 9,9 8,9 8,4 6

6

4 2

2

2

2 2

2 2

0 5 10 15 20 25

< 150 kW < 500 kW < 5 MW < 20 MW

V e rg üt ung, C ent /k W h

Grundvergütung Nachwachsende Rohstoffe Kraft-Wärme-Kopplung Innovative Technik

Abbildung : Stromvergütung für Bioenergieanlagen in Deutschland

(Erneuerbare-Energien-Gesetz, 2004)

Danke

für Ihre Aufmerksamkeit

Kontakt: grosse@forst.tu-dresden.de