Erste Modellentwicklung zur nachhaltigen Nutzung von Biomasse

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Erste Modellentwicklung zur nachhaltigen Nutzung von Biomasse

vorgelegt von Magister-Ingenieurin

Liliana Gamba aus Bogotá, Kolumbien

von der Fakultät III – Prozesswissenschaften der Technischen Universität Berlin zur Erlangung des akademischen Grades

Doktorin der Ingenieurwissenschaften - Dr.-Ing. -

genehmigte Dissertation

Promotionsausschuss

Vorsitzender: Professor Dr.-Ing. Jörg Steinbach Berichter: Professor Dr.-Ing. Günter Fleischer Berichter: Dr.-Ing. Daniela Thrän

Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 18. Januar 2008

Berlin 2008 D 83

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Danksagung

Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Zeit als Stipendiatin des Deutschen Akademischen Austauschdienstes (DAAD) am Fachgebiet Systemumwelttechnik der Technischen Universität Berlin.

Mein Dank gilt Professor Dr.-Ing. Günter Fleischer für die wissenschaftliche Begleitung dieser Arbeit, insbesondere für die damit verbundenen spannenden Diskussionen und Anregungen zur Gestaltung des Themas sowie für den wissenschaftlichen Freiraum.

Dr.-Ing. Daniela Thrän, Leiterin der Abteilung Bioenergie des Instituts für Energie und Umwelt Leipzig, danke ich sehr herzlich für die Übernahme des zweiten Gutachtens und für die Diskussionen, die mir wertvolle Ideen und Anstöße zum erfolgreichen Abschluss dieser Arbeit gaben.

Mein weiterer Dank gilt Professor Dr.-Ing. Jörg Steinbach, der trotz seiner zahlreichen Verpflichtungen als Vizepräsident der TU Berlin den Vorsitz des Promotionsausschusses übernommen hat.

Dr. rer. nat. habil. Ulrike Stadtmüller, Berlin, danke ich gleichermaßen für die hervorragende fachliche und methodische Unterstützung, für die kritische Durchsicht der Arbeit sowie für ihre wertvollen Ratschläge.

Prof. Dr. agr. habil. Fritz Tack, Rostock, möchte ich auch besonders danken. Er stand mir stets wohlwollend mit Fachwissen, Kompetenz und fruchtbaren Diskussionen zur Seite. Dipl.-Ing. Jairo Usme, Cormacarena, Dipl.-Phys. Henry Zapata, UPME, und Dipl.-Ing. Gabriel Saldarriaga, IDEAM, Kolumbien, danke ich für die hilfreichen Diskussionen sowie für die Informationen und Daten, die sie für meine Untersuchungen zur Verfügung gestellt haben. Mein herzlicher Dank gilt den Professoren und (ehem.) Kollegen an den Fachgebieten Systemumwelttechnik und Abfallwirtschaft, insbesondere meinen Kollegen des Doktoranden-Treffens, mit denen ich Aspekte meiner Arbeit besprechen konnte. Für die Korrektur der Arbeit danke ich ganz herzlich Dipl.-Ing. Britta Korte und Dipl.-Ing. Tina Bielig, Freundinnen und Mitgliedern des Doktorandinnen Netzwerks der TU Berlin. Ebenso danke ich der Studentin Hanna Grießbaum, die mit ihrem Engagement zum Gelingen der Dissertation beigetragen hat.

Zu ganz persönlichem Dank bin ich Dipl.-Ing. Matthias Grassow verpflichtet, der mir stets zur Seite stand. Insbesondere in der Abschlussphase meiner Arbeit unterstützte er mich maßgeblich. Mein besonderer Dank gilt ebenfalls der Familie Grassow, insbesondere Karl, und meinen Freundinnen und Freunden für Aufmunterung, Unterstützung und Ablenkung. Nicht zuletzt danke ich meiner Familie in Kolumbien für die liebevolle Unterstützung. Insbesondere meinen Eltern möchte ich Dank sagen für alles, was sie für mich getan haben.

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InhaltsverzeichnisInhaltsverzeichnis

i Liliana Gamba: Erste Modellentwicklung zur nachhaltigen Nutzung der Biomasse

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis ... i

Abkürzungs- und Symbolverzeichnis ... i

Glossar ... ii

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis... ix

1 Einleitung ...1

2 Grundlagen ...4

2.1 Biomasse als Energieträger ...4

2.2 Potenzialbegriffe ...6

2.3 Nachhaltigkeitskriterien und -indikatoren im Bereich der Bioenergiebereitstellung ...7

2.3.1 Vom Nachhaltigkeitskonzept zu spezifischen Nachhaltigkeitskriterien und -indikatoren ...8

2.3.2 Nachhaltigkeitskriterien...9

2.3.3 Nachhaltigkeitskriterien und -indikatoren im Bioenergiebereich ...11

2.4 Ermittlung der Bioenergiepotenziale...19

2.5 Analyse komplexer Systeme ...22

2.5.1 Erfassung der Systemstruktur...23

2.5.2 Bewertungskriterien ...23

2.5.3 Mathematisches Modell ...24

3 Ableitung von Mindestanforderungen zur nachhaltigen energetischen Nutzung der Biomasse...26

3.1 Vorgehensweise ...26

3.2 Wortmodell...28

3.3 Teilsystem Energiepflanzen ...32

3.3.1 Versorgung mit Nahrungsmitteln...34

3.3.2 Schaffung von Naturschutzzonen ...44

3.3.3 Produktion von landwirtschaftlichen nachwachsenden Rohstoffen zur stofflichen Nutzung ...48

3.3.4 Waldbewirtschaftung...49

3.3.5 Wohnung und Infrastruktur ...57

3.3.6 Energieerzeugung aus angebauter Biomasse ...63

3.4 Teilsystem organische Reste ...71

3.4.1 Erntereste ...71

3.4.2 Reste aus der Waldbewirtschaftung...74

3.4.3 Biogene Abfälle aus Privathaushalten...78

3.4.4 Biogene Reste aus der Lebensmittelindustrie ...79

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4 Voraussetzungen zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse in

einer Beispielregion...84

4.1 Auswahl der Beispielregion ...84

4.1.1 Situation und Perspektiven der energetischen Nutzung von Biomasse in Kolumbien...85

4.1.2 Auswahl einer Region innerhalb Kolumbiens ...88

4.2 Beschreibung der Beispielregion...88

4.2.1 Allgemeine Charakteristika ...89

4.2.2 Bevölkerung: Entwicklung und Bedürfnisse...94

4.2.3 Einflüsse auf die Bereitstellung von Bioenergie aus Energiepflanzen...96

4.2.4 Einflüsse auf die Bereitstellung von Bioenergie aus organischen Resten103 4.3 Modellierung des Anwendungsbeispiels...106

4.3.1 Versorgung mit Nahrungsmitteln...110

4.3.2 Schaffung von Naturschutzzonen ...119

4.3.3 Wohnung und Infrastruktur...122

4.3.4 Waldbewirtschaftung...124

4.3.5 Energieerzeugung aus Primärbiomasse ...125

4.3.7 Reste aus der Waldbewirtschaftung...129

4.3.8 Biogene Abfälle aus Privathaushalten...131

4.3.9 Biogene Reste aus der Lebensmittelindustrie ...131

4.3.10 Energieerzeugung aus biogenen Resten ...132

4.3.11 Diskussion der Ergebnisse...133

5 Diskussion ...137

5.1 Sensitivitätsanalyse...137

5.1.1 Konsumverhalten landwirtschaftlicher Produkte...137

5.1.2 Rahmenbedingungen des Ackerbaus ...140

5.1.3 Rahmenbedingungen der Tierhaltung ...143

5.1.4 Naturschutz...146

5.1.5 Rahmenbedingungen der Waldbewirtschaftung ...148

5.1.6 Rahmenbedingungen der Versorgung mit Wohnung und Infrastruktur ..150

5.1.7 Rahmenbedingungen der Energieerzeugung aus Energiepflanzen...151

5.1.9 Waldholzreste ...153

5.1.10 Industriereste ...154

5.1.11 Organische Haushaltsabfälle ...155

5.1.12 Zusammenfassung der Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse...155

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iii Liliana Gamba: Erste Modellentwicklung zur nachhaltigen Nutzung der Biomasse

5.3 Anwendungsbereich ...163

6 Schlussfolgerungen und Ausblick ...164

7 Zusammenfassung ...166

Literatur ...169 Anhänge ... A-1 A.1 Erläuterung der Systembegriffe... A-1 A.2 Auswahl von Nachhaltigkeitskriterien und -indikatoren... A-3 A.3 Modellgleichungen ... A-5 A.3.1 Teilsystem Energiepflanzen ... A-6 A.3.2 Teilsystem organische Reste ... A-21 A.4 Wechselwirkungen zwischen Ertrag, Standortbedingungen und pflanzenbaulichen

Maßnahmen... A-28 A.5 Humus- und Nährstoffbilanzierung ... A-30 A.6 Beispielbearbeitung ... A-32 A.6.1 Auswahl der Beispielregion innerhalb Kolumbiens... A-32 A.6.2 Flächennutzungskonflikte in Meta ... A-33 A.7 Sensitivitätsanalyse ... A-34 A.7.1 Konsumverhalten landwirtschaftlicher Produkte... A-34 A.7.2 Rahmenbedingungen des Ackerbaus ... A-36 A.7.3 Rahmenbedingungen der Tierhaltung... A-38 A.7.4 Naturschutz ... A-38 A.7.5 Rahmenbedingungen der Versorgung mit Wohnung und Infrastruktur A-39 A.8 Sensitivität des Bioenergiepotenzials auf Korrektur des Energiedichte vom Futter

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Abkürzungs- und SymbolverzeichnisAbkürzungs- und Symbolverzeichnis

i Liliana Gamba: Erste Modellentwicklung zur nachhaltigen Nutzung der Biomasse

Abkürzungs- und Symbolverzeichnis

a Jahr

BIP Bruttoinlandsprodukt

C/N Verhältnis Kohlenstoff/Stickstoff

Corg Organischer Kohlenstoff

d Tag Dmnls Dimensionslos E Einwohner GJ Gigajoule GWh Gigawattstunde ha Hektar kCal Kilokalorien KR Kriterium

m ü. NN Meter über Normalnull

mm Milimeter

MWh Megawattstunde

Nawaro Nachwachsende Rohstoffe

NPK Stickstoff – Phosphor - Kalium

Nt Gesamt-Stickstoff

OBS Organische Bodensubstanzen

OS Organische Substanzen

p Person

PJ Pentajoule

RFF Reife, frische Fruchte

S1 Szenario 1 S2 Szenario 2 S3 Szenario 3 t Tonnen TCal Terakalorien TJ Terajoule

UNEP United Nations Environment Programme

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Glossar

Glossar

Ackerland/Ackerfläche

Mit diesem Begriff wird Land bezeichnet, das zum Anbau von ein- und mehrjährigen Pflanzen genutzt wird. Land, das nicht bewirtschaftet wird, obwohl es dazu geeignet ist, wird hier nicht einbezogen (vgl. Begriff "Potenzial Ackerfläche).

Altillanura

Hochlandgebiet in der Meta-Region.

Anthropozentrischer Ansatz

Die Pflicht zum Schutz der Natur sowie zur langfristigen Erhaltung ihrer Funktionen beruht auf dem menschlichen Eigeninteresse [Kopfmüller et al. 2001].

Beseitigung

In Deponien, Verbrennung, etc

Biogene Abfälle/Reste

Abfälle tierischer oder pflanzlicher Herkunft. Der Begriff wird in dieser Arbeit nur für Abfälle verwendet, die im Zusammenhang mit der Verarbeitung und dem Konsum von Nahrungs- und Futterpflanzen sowie mit der Verarbeitung und Verwertung von nachwachsenden Rohstoffen anfallen.

Dauerkulturen

Pflanzenkulturen, die das Land für mehr als ein Jahr in Anspruch nehmen und bei denen eine Neubepflanzung nicht n jeder Ernte notwendig ist. Sie umfassen u.a. Kakao, Kaffee, Kautschuk, Ölpalmen, Ziersträucher, Obstbäume, Nussbäume und Wein.

Dauerkulturenfläche

Land, das zum Anbau von Dauerkulturen genutzt wird. Nicht eingeschlossen ist Land für Holzplantagen FAOSTAT 2007].

Defizit

In dieser Arbeit werden negative Werte für die Systemgrößen Defizit an Ackerflächen, Defizit an tierischen Produkten, Defizit an Fleisch und Defizit an Holz als ein Mangel an den jeweiligen Flächen bzw. Gütern. Positive Werte bedeuten im Gegensatz Überschusse.

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Glossar

iii Liliana Gamba: Erste Modellentwicklung zur nachhaltigen Nutzung der Biomasse

Entsorgung

Dieser Begriff umfasst die die Verwertung, Wiederverwendung und Beseitigung.

Evapotranspirationsrate

Evapotranspiration bezeichnet in der Meteorologie die Summe aus Evaporation (Verdunstung) und Transpiration. Verdunstung ist das Verfahren wobei flüssiges Wasser in Wasserdampf (Verdampfung) umgewandelt und aus dem Versdunstungsoberfläche entfernt wird. Wasser verdunstet von verschiedenen Oberflächen, wie zum Beispiel Seen, Flüsse, Straßendecke, Boden und feuchte Vegetation. Transpiration besteht aus der Verdampfung des in Pflanzengeweben enthaltenen Wassers und die Abfuhr des Dampfs in die Atmosphäre. Die Evapotranspirationsrate ist in der Regel in Millimetern (mm) pro Zeiteinheit ausgedrückt. Sie gibt den Wasserverlust aus einer bepflanzten Oberfläche in Tiefeeinheiten pro Zeiteinheit. Die Zeiteinheit kann Stunde, Tag, Jahrzehnt, Monat oder sogar eine ganze Wachstumsperiode sein [Allen et al. 1998].

Ertrag

Der Begriff wird in der landwirtschaftlichen Bedeutung, im Sinne von Ernteeinfuhr verwendet.

Fique

Genutzte Bezeichnung für die in Kolumbien heimische Pflanzengattung Fucracea. Sie gehört zur Familie der Agavengewächse und wird in den Andenregionen kultiviert. Ihre Fasern werden seit Jahrhunderten von der einheimischen Bevölkerung u. ä. zur Herstellung von Stoffen, Seilen und Verpackungen verwendet [SDAC 2002].

Fleisch

In dieser Arbeit werden unter diesem Begriff Fleisch- und Fleischprodukte vereint.

Futterpflanzen

In dieser Arbeit, Pflanzen, die direkt verfüttert oder zur Herstellung von Tierfutter verwendet werden.

Gerechtigkeit

Gerechte Verteilung von Gütern und fairer Ausgleich zwischen unterschiedlichen Bedürfnissen und Interessen gegenwärtiger und zukünftiger Generationen und zwischen verschiedenen Ländern [Kopfmüller et al. 2001].

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Glossar Globale Orientierung

Alle Menschen haben das Recht auf die Befriedigung ihrer Grundbedürfnisse und ihrer Wünsche, sowie auf die Erhaltung der Funktionen der Ökosysteme und auf gerechten Zugang zu den globalen Ressourcen. Die Bewältigung von globalen Problemen erfordert globale Anstrengungen bezüglich der Identifizierung und Analyse der Probleme und ihrer Ursachen sowie der Entwicklung und Umsetzung von Lösungsstrategien. Jedoch können bestimmte Aspekte der Nachhaltigkeit nur auf der regionalen Ebene analysiert werden [Kopfmüller et al. 2001].

Grasland

Ein von Gräsern bestimmtes, gehölzarmes Biotop. Dazu gehören Wiesen und Weideland sowie große natürliche Graslandschaften. Zwei Hauptkategorien sind beim Grasland zu unterscheiden: tropisches Grasland oder Savanne und Grasland in gemäßigten Klimazonen [Suttie et al. 2005, UCMP 2007].

Großvieheinheit (GVE)

Statistischer Indikator, der zur Berechnung der Auslastungskapazität eines Viehbetriebes unter spezifischen Bedingungen verwendet wird. In Kolumbien bezeichnet die GVE ein männliches oder weibliches Rind oder eine Gruppe von zwei Jungrindern oder von vier Kälbern mit einem (Gesamt-)Gewicht von 450 kg. Damit entspricht beispielsweise ein Zuchtbulle von 1000 kg Gewicht 2,22 GVE und ein Jungrind von 225 kg Gewicht 0,5 GVE [MINAGR 2001].

Grünland

Siehe Grasland

Intergenerative Gerechtigkeit

Die Lebenschancen und Entfaltungsmöglichkeiten der zukünftigen Generationen sollen analog zu denen der gegenwärtigen Generationen sein [Kopfmüller et al. 2001].

Kulturwald

Ein Wald, der mehr oder weniger anthropogen entstand und der einer ständigen forstbetrieblichen Bewirtschaftung unterliegt [Stinglwagner et al. 2005].

Landwirtschaftliche Nutzfläche

Die Summe von Ackerland, Dauerkulturen- und Grünlandfläche in der

Untersuchungsperiode. Die landwirtschaftliche Nutzfläche dient hier als Basis zur Berechnung der verfügbaren Flächen zum Energiepflanzenanbau.

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Glossar

v Liliana Gamba: Erste Modellentwicklung zur nachhaltigen Nutzung der Biomasse

Marktwirtschaft

Wirtschaftsordnung, in der Privateigentum an den Produktionsmitteln sowie die Abstimmung aller wirtschaftlichen Handlungen bei dezentraler Wirtschaftsplanung über den Markt typisch ist. Eine Marktwirtschaft besteht aus einer Vielzahl von Märkten, innerhalb derer Anbieter und Nachfrager sich gegenseitig beeinflussen. Der Staat setzt in der Marktwirtschaft nur Rahmenbedingungen fest, greift selbst aber nicht in das Marktgeschehen ein [BNP 2007].

Mehrjährige Kulturen

s. Dauerkulturen

Nachhaltshiebsatz

Er beschreibt die nachhaltig nutzbare Holzmenge für ein bestimmtes Areal in einem gegebenen Zeitraum. Verschiedene Ansätze sind zur Ermittlung des Nachhaltshiebsatz vorhanden, die u.a. Kriterien den Zuwachs und den Vorrat des betrachteten Wirtschaftswalds sowie der Betriebssituation (Altersklassenverteilung, Größe, Betriebsplanung) berücksichtigen [FSC 2004, Von Gadow 2005]. Der Nachhaltshiebsatz ist daher spezifisch für jeden Wirtschaftswald. In dieser Arbeit wird jedoch jeweils von einem durchschnittlichen Wert für die Kultur- und die Naturwälder der Region.

Nachwachsende Rohstoffe

Dieser Begriff umfasst die zur stofflichen und energetischen Nutzung angebauten Pflanzen. In dieser Arbeit werden jedoch mit „nachwachsenden Rohstoffe“ die Pflanzen bezeichnet, die ausschließlich für die stoffliche Nutzung angebaut werden.

Naturschutzgebiete

Gebiete des Festlands oder des Meers, die zum Schutz und Erhaltung der biologischen Vielfalt und der damit verbundenen natürlichen und kulturellen Ressourcen dient. Sie werden durch gesetzliche oder andere effektive Wege verwaltet [IUCN 1998].

Naturlandschaft

Gebiet des Festlands mit entsprechenden Küsten- bzw. Meerzonen, mit hoch ästhetischem, ökologischem bzw. kulturellem Wert und oft mit hoher biologischer Vielfalt, die das Resultat der Wechselwirkungen zwischen Menschen und Natur besondere Charakteristika sind. Die Sicherung der Intaktheit dieser traditionellen Wechselwirkungen ist unumgänglich, um den Schutz, Erhaltung und Entwicklung dieser Gebiete zu gewährleisten [IUCN 1998].

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Glossar Naturwald

Ein Wald der natürlichen Waldgesellschaft, der in seinem ursprünglichen Aufbau erhalten geblieben ist (allenfalls mit geringen menschlichen Störeinflüssen) [Stinglwagner et al. 2005].

Páramo

Ein der Bereiche in denen die Hochanden geobotanisch untergegliedert wird [Borsdorf und Hoffert 2005]. Der Páramo ist im nördlichen, feuchteren Teil der Anden verbreitet ist (über 3.000 m über dem Meerspiegel). Eine immergrüne Vegetationsformation aus geschlossenem Grasland mit prägnanten Schopf- und Wollkerzenpflanzen ist charakteristisch für dieses Ökosystem.

Potenzial Ackerfläche

Fläche, die sich gemäß ihrer klimatischen, geographischen und pedologischen Eigenschaften als geeignet für den Pflanzenbau erweist. Diese Fläche kann entweder größer oder kleiner als die Ackerfläche sein. In Abhängigkeit von der aktuellen Nutzung kann sie zur

Ackerfläche umgewandelt werden, z.B., ungenutzte Flächen auf denen

Bodendegradierungsprozesse entstehen.

Reste aus der Waldbewirtschaftung

s. Waldrestholz

Tierleistung

In dieser Arbeit wird mit diesem Begriff die Menge an Fleisch bzw. tierischen Produkten (ohne Umwandlung), die ein Tier (GVE) produziert bezeichnet.

Tierische Produkte

In dieser Arbeit werden alle Produkte tierischer Herkunft außer Fleisch und Fleischprodukte vereint.

Transferkoeffizient

Bezeichnet die Fraktion des gesamten in den Prozess eingeführten Stoffes i, die in das Gut b transferiert wird [Baccini und Bader 1996]. Hier bedeutet es jeweils den Anteil an geerntete Produkte aus Kulturpflanzen, unverarbeiteten tierischen Produkten, Holz und Energiepflanzen, die jeweils in Nahrungsmittel bzw. Produkte aus nachwachsender Rohstoffe, verarbeitete tierische Produkte, Holzprodukte und Bioenergieträger transferiert wird.

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Glossar

vii Liliana Gamba: Erste Modellentwicklung zur nachhaltigen Nutzung der Biomasse

Wasserangebot

Angebot an Wasser, das nutzbar ist. Es kann geringer als das natürliche Angebot sein [IDEAM 2004].

Weideland

Damit wird Grünland bezeichnet, dessen Bewuchs von Weidetieren direkt abgefressen wird [Suttie et al. 2005, FAO 2002].

Wiese

Damit wird Grünland bezeichnet, die durch Mähen genutzt und erhalten wird.

Waldrestholz

Bezeichnung für den Teil des Holzzuwachses, der nach der Entnahme sämtlichen Holzes, das unter den gegebenen ökonomischen Randbedingungen industriell oder anderweitig genutzt werden kann, im Bestand verbleibt [Kaltschmitt und Hartmann 2001]. Dazu gehören das Kronenholz und Äste unterhalb der Aufarbeitungsgrenze, Stammabschnitte und qualitativ minderwertiges Holz [Fritsche et al. 2004a].

Wirtschaftswälder

Bezeichnung für alle Holzbodenflächen (auch unbestockte Flächen), die regelmäßig bewirtschaftet werden (Wälder in regelmäßigem Betrieb) und der Gewinnung von Holz und anderer Forsterzeugnisse dienen. Der Wirtschaftswald besitzt eine nachhaltige Nutzungsmöglichkeit von mehr als einem Festmeter Holz pro Jahr und Hektar. Bei geringerem Zuwachs (in absehbarer Zeit nicht mehr als ein Festmeter pro Jahr und Hektar) spricht man vom Wirtschaftswald außerhalb des regelmäßigen Betriebs [Stinglwagner et al. 2005].

Wortmodell

Die umgangssprachliche Beschreibung der Komponenten und Zusammenhänge eines Systems gemäß dem Zweck des Modells [Bossel 2004].

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Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

ix Liliana Gamba: Erste Modellentwicklung zur nachhaltigen Nutzung der Biomasse

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

Abbildung 2-1: Überblick Biomasseströme und Herkunftsprozesse [Kaltschmitt und

Hartmann 2001, Van den Broek 2000]... 6

Abbildung 2-2: Potenzialbegriffe (eigene Darstellung basierend auf [Fritsche et al. 2004, Kaltschmitt et al. 2003, Hoogwijk 2004] ... 7

Abbildung 2-3: Umsetzung des Nachhaltigkeitskonzepts, in Anlehnung an [Grunwald et al. 2001, Thrän 2001]... 9

Abbildung 2-4: Grundstruktur eines Systemdiagramms (basierend auf [Bossel 2004])... 25

Abbildung 3-1: Schritte zur Modellentwicklung (eigene Darstellung basierend auf [Bossel 2004; Vester 2004]) ... 28

Abbildung 3-2: Wirkungsbeziehungen und Teilsysteme ... 29

Abbildung 3-3: Analysierte Stoffströme und Prozesse ... 30

Abbildung 3-4: Vereinfachte Darstellung der Wirkungsbeziehungen des Teilsystems Energiepflanzen ... 33

Abbildung 3-5: Wirkungsgraph für die Versorgung mit Nahrungsmitteln ... 35

Abbildung 3-6: Systemdiagram Versorgung mit Nahrungsmitteln: Pflanzliche Produkte... 37

Abbildung 3-7: Systemdiagram Versorgung mit Nahrungsmitteln: tierische Produkte... 38

Abbildung 3-8: Systemdiagram Schaffung von Naturschutzzonen... 48

Abbildung 3-9: Systemdiagram Waldbewirtschaftung... 51

Abbildung 3-10: Systemdiagram Wohnung und Infrastruktur (für die Erläuterung der Symbole und Abkürzungen sowie die Definition der Systemgrößen siehe A.3.1.5) ... 58

Abbildung 3-11: Einflussfaktoren auf die Biomasseentstehung [Lewandowski 2001]... 63

Abbildung 3-12: Systemdiagram Energieerzeugung aus angebauter Biomasse... 64

Abbildung 3-13: Herkunft und Art der untersuchten biogenen Abfälle (eigene Darstellung in Anlehnung an [Leible et al. 2004])... 71

Abbildung 3-14: Systemdiagram Erntereste ... 73

Abbildung 3-15: Systemdiagram Reste aus der Waldbewirtschaftung ... 77

Abbildung 3-16: Systemdiagram Biogene Abfälle aus Privathaushalten ... 79

Abbildung 3-17: Systemdiagram Reste aus der Lebensmittelindustrie am Beispiel der Reste pflanzlicher Herkunft... 80

Abbildung 3-18: Systemdiagram Energieerzeugung aus biogenen Resten ... 81

Abbildung 4-1: Geographische Lage der Beispielregion [IGAC 2007]... 90

Abbildung 4-2: Flächenbedeckung in Meta im Jahr 2001 [DANE 2003]... 93

Abbildung 4-3: Entwicklung des Nahrungsmittelsbedarfs pro Kopf in Kolumbien (eigene Darstellung basierend auf [FAOSTAT 2006b]) ... 95

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Abbildung 4-4: Produktion hauptlandwirtschaftlicher Produkte im Jahr 2001 in der

Provinz Meta [Massen-%] [[MINAGR 2006] ... 97

Abbildung 4-5: Entwicklung der Anbaufläche und der Erträge ausgewählter landwirtschaftlicher Produkte in Meta ... 98

Abbildung 4-6: Zusammensetzung des Bedarfs an landwirtschaftlichen nachwachsenden Rohstoffen in Kolumbien im Jahr 2001... 99

Abbildung 4-7: Zusammensetzung des Bedarfs an Holzprodukten in Kolumbien im Jahr 2001 ... 100

Abbildung 4-8: Verhalten des Vorrats und der Ackerfläche in den Szenarien: Trockenreis... 110

Abbildung 4-9: Verhalten des Vorrats und der Ackerfläche in den Szenarien: Maniok .... 111

Abbildung 4-10: Verhalten des Vorrats und der Ackerfläche in den Szenarien: Soja zur Lebensmittelherstellung ... 111

Abbildung 4-11: Verhalten des Vorrats an Milch und Rindfleisch in den Szenarien ... 111

Abbildung 4-12: Verhalten der Grünlandfläche in den Szenarien... 112

Abbildung 4-13: Verhalten des Vorrats an Geflügel in den Szenarien... 112

Abbildung 4-14: Umwandlung von Ackerfläche in Naturschutzzonen: Reis ... 120

Abbildung 4-15: Umwandlung von Ackerfläche in Naturschutzzonen: Maniok ... 120

Abbildung 4-16: Umwandlung von Ackerfläche in Naturschutzzonen: Grünland... 120

Abbildung 4-17: Änderung der Wohn- und Infrastrukturfläche im Vergleich zu dem Bedarf... 122

Abbildung 4-18: Entwicklung der Wohn- und Infrastrukturfläche auf Acker und auf Grünland... 123

Abbildung 4-19: Entwicklung des Holzvorrats... 124

Abbildung 4-20: Entwicklung des Holzeinschlags ... 124

Abbildung 4-21: Energiepotenzial aus Primärbiomasse... 125

Abbildung 4-22: Gesamte verfügbare Ackerfläche zum Energiepflanzenanbau... 126

Abbildung 4-23: Verfügbares Grünland zur Energiebewirtschaftung... 126

Abbildung 4-24: Entwicklung der Menge an Ernteresten zur energetischen Nutzung ... 128

Abbildung 4-25: Entwicklung der Menge an Resten aus der Waldbewirtschaftung zur energetischen Nutzung... 129

Abbildung 4-26: Entwicklung der Menge an biogenen Haushaltsabfällen zur energetischen Verwertung ... 131

Abbildung 4-27: Entwicklung der Menge an biogenen Resten aus der Lebensmittelindustrie zur energetischen Verwertung... 132

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xi Liliana Gamba: Erste Modellentwicklung zur nachhaltigen Nutzung der Biomasse

Abbildung 5-1: Sensitivität auf Änderungen des Konsumverhaltens von Lebensmitteln

und nachwachsenden Rohstoffen: Bioenergiepotenzial aus

Primärbiomasse... 139 Abbildung 5-2: Sensitivität auf Änderungen der Rahmenbedingungen des Ackerbaus:

Bioenergiepotenzial aus Primärbiomasse ... 140 Abbildung 5-3: Sensitivität auf Änderungen der Rahmenbedingungen des Ackerbaus:

Bioenergiepotenzial aus Sekundärbiomasse ... 142 Abbildung 5-4: Sensitivität auf Änderungen der Rahmenbedingungen der Tierhaltung:

Bioenergiepotenzial aus Energiepflanzen ... 144 Abbildung 5-5: Sensitivität auf Änderungen der Rahmenbedingungen der Tierhaltung:

Bioenergiepotenzial aus Grünland... 146 Abbildung 5-6: Sensitivität auf Änderungen der Rahmenbedingungen im Bezug auf

Naturschutz: Bioenergiepotenzial aus Primärbiomasse ... 147 Abbildung 5-7: Sensitivität auf Änderungen der Rahmenbedingungen bei der

Waldbewirtschaftung: Bioenergiepotenzial aus Holz... 149

Abbildung 5-8: Sensitivität auf Änderungen der Rahmenbedingungen der

Waldbewirtschaftung: Bioenergiepotenzial aus Holzresten Kulturwald ... 149

Abbildung 5-9: Sensitivität auf Änderungen der Rahmenbedingungen der

Waldbewirtschaftung: Bioenergiepotenzial aus Holzresten Naturwald .... 150 Abbildung 5-10: Sensitivität auf Änderungen der Rahmenbedingungen der Versorgung

mit Wohn- und Infrastrukturfläche: Bioenergiepotenzial aus Primärbiomasse... 151 Abbildung 5-11: Sensitivität auf Änderungen im Umgang mit Ernteresten:

Bioenergiepotenzial aus Ernteresten ... 152 Abbildung 5-12: Sensitivität auf Änderungen im Umgang mit Waldholzresten:

Bioenergiepotenzial aus Sekundärbiomasse ... 154 Abbildung 5-13: Zusammenfassung der Sensitivität des Bioenergiepotenzials aus

Primärbiomasse auf relevante Parameter... 157 Abbildung 5-14: Zusammenfassung der Sensitivität des Bioenergiepotenzials aus

Sekundärbiomasse auf relevante Parameter ... 158

Abbildung A- 1: Systembegriffe [Bossel 2004] ...A-1 Abbildung A- 2: Systemdiagram Bestimmung von verfügbaren Ernteresten ...A-31 Abbildung A- 3: Flächennutzung in Meta im Jahr 2001 ...A-33 Abbildung A- 4: Geeignete Flächennutzung in Meta im Jahr 2001...A-33 Abbildung A- 5: Sensitivität auf Änderung des Konsumverhaltens von Lebensmitteln

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Abbildung A- 6: Sensitivität auf Änderung des Konsumverhaltens von Lebensmitteln und nachwachsenden Rohstoffe: Bioenergiepotenzial Grünland ... A-35 Abbildung A- 7: Sensitivität auf Änderung des Konsumverhaltens von Lebensmitteln

und nachwachsenden Rohstoffe: Bioenergiepotenzial Erntereste... A-35 Abbildung A- 8: Sensitivität auf Änderung des Konsumverhaltens von Lebensmitteln

und nachwachsenden Rohstoffe: Bioenergiepotenzial biogener Industriereste... A-36 Abbildung A- 9: Sensitivität auf Änderungen der Rahmenbedingungen des Ackerbaus:

Bioenergiepotenzial Energiepflanzen... A-36 Abbildung A- 10: Sensitivität auf Änderungen der Rahmenbedingungen des Ackerbaus:

Bioenergiepotenzial Erntereste... A-37 Abbildung A- 11: Sensitivität auf Änderungen der Rahmenbedingungen des Ackerbaus:

Bioenergiepotenzial biogener Industriereste ... A-37 Abbildung A- 12: Sensitivität auf Änderungen der Rahmenbedingungen der Tierhaltung:

Bioenergiepotenzial biogener Industriereste ... A-38 Abbildung A- 13: Sensitivität auf Änderungen der Rahmenbedingungen im Bezug auf

Naturschutz: Bioenergiepotenzial biogener Industriereste ... A-38 Abbildung A- 14: Sensitivität auf Änderungen der Rahmenbedingungen der Versorgung

mit Wohn- und Infrastrukturfläche: Bioenergiepotenzial

Energiepflanzen... A-39 Abbildung A- 15: Sensitivität auf Änderungen der Rahmenbedingungen der Versorgung

mit Wohn- und Infrastrukturfläche: Bioenergiepotenzial Grünland... A-39 Abbildung A- 16 Sensitivität des Bioenergiepotenzials auf Korrektur des Energiedichte

vom Futter (Mais) ... A-40

Tabelle 2-1: Biomasseformen... 5 Tabelle 2-2: Mindestanforderungen zur Nachhaltigkeit [Kopfmüller et al. 2001]... 11 Tabelle 2-3: Zusammenfassung der Nachhaltigkeitskriterien zur Anwendung im

Bioenergiebereich: FAIR Biotrade [Lewandowski und Faaij 2004] ... 13 Tabelle 2-4: Zusammenfassung der Nachhaltigkeitskriterien zur Anwendung im

Bioenergiebereich: WWF Deutschland [Fritsche et al. 2006] ... 14 Tabelle 2-5: Zusammenfassung der Nachhaltigkeitskriterien zur Anwendung im

Bioenergiebereich: UNEP-Energy [UNEP 2007a] ... 15 Tabelle 2-6: Zusammenfassung der Nachhaltigkeitskriterien zur Anwendung im

Bioenergiebereich: Niederlande [Cramer et al. 2006]... 16 Tabelle 2-7: Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen Nutzung von

Biomasse in Deutschland: Indikatoren und Parameter [Fritsche et al. 2004] ... 18

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xiii Liliana Gamba: Erste Modellentwicklung zur nachhaltigen Nutzung der Biomasse

Tabelle 2-8: Nachhaltigkeitskriterien zur Ermittlung von umweltgerechten Bioenergiepotenzialen in der EU [Wiesenthal et al. 2006]... 19 Tabelle 2-9: Beziehungen und Rückkopplungen im Wirkungsgraph [Bossel 2004;

Vester 2004] ... 23 Tabelle 4-1: Anteil der Biomasse an der Primärenergienachfrage in Kolumbien im

Jahr 2002 ... 85 Tabelle 4-2: Primärbioenergieverbrauch in Kolumbien im Jahr 2002 nach Sektoren .... 86 Tabelle 4-3: Bioenergiepotenzial aus der Landwirtschaft und Waldbewirtschaftung

in Kolumbien- Referenz Szenario ... 87

Tabelle 4-4: Theoretisches Ausbaupotenzial von Bioenergie in Kolumbien

(ausgewählte Substrate)... 88 Tabelle 4-5: Kriterien zur Auswahl der Region ... 88 Tabelle 4-6: Primärenergie in der Provinz Meta im Jahr 2001 [TJ] ... 91 Tabelle 4-7: Bevölkerungsdichte in Meta im Vergleich mit Kolumbien im Jahr 2001... 94 Tabelle 4-8: Ausgewählte Bioenergiepflanzen und mögliche Bioenergieträger in

Meta ... 103 Tabelle 4-9: Verwertung von Reisspelzen in der Provinz Meta... 105 Tabelle 4-10: Verwertung von Resten aus der Verarbeitung von Ölpalmfrüchten... 106 Tabelle 4-11: Szenarien der Bereitstellung von Biomasse zur energetischen Nutzung

in Meta ... 108

Tabelle A- 1: Zuordnungskriterien abgeleitet aus [Kopfmüller et al. 2001a] ...A-3 Tabelle A- 2: Vorgabegröße: Versorgung mit Nahrungsmittel ...A-6 Tabelle A- 3: Anfangswerte der Zustandsgrößen: Versorgung mit Nahrungsmittel ...A-8 Tabelle A- 4: Gleichungen Zwischengrößen: Versorgung mit Nahrungsmittel...A-8 Tabelle A- 5: Gleichungen Veränderungsraten der Zustandsgröße: Versorgung mit

Nahrungsmittel ...A-13 Tabelle A- 6: Vorgabegröße Nachwachsender Rohstoffe ...A-13 Tabelle A- 7: Gleichungen für die Zwischengrößen Nachwachsende Rohstoffe ...A-13 Tabelle A- 8: Vorgabegröße Schaffung von Naturschutzzonen...A-14 Tabelle A- 9: Algebraische Zwischengroßen Naturschutz...A-14 Tabelle A- 10: Gleichungen Veränderungsraten der Zustandsgröße: Naturschutz ...A-15 Tabelle A- 11: Vorgabegröße: Waldbewirtschaftung...A-15 Tabelle A- 12: Anfangswerte der Zustandsgrößen: Waldbewirtschaftung ...A-16 Tabelle A- 13: Gleichungen Zwischengrößen: Waldbewirtschaftung ...A-16

Tabelle A- 14: Gleichungen Veränderungsraten der Zustandsgröße:

Waldbewirtschaftung ...A-18 Tabelle A- 15: Vorgabegröße: Wohnung und Infrastruktur...A-18

(24)

Tabelle A- 16: Anfangswerte der Zustandsgrößen: Wohnung und Infrastruktur ... A-18 Tabelle A- 17: Gleichungen Zwischengrößen: Wohnung und Infrastruktur... A-18 Tabelle A- 18: Gleichungen Veränderungsraten der Zustandsgröße: Wohnung und

Infrastruktur ... A-20 Tabelle A- 19: Vorgabegröße: Energiepflanzen ... A-20 Tabelle A- 20: Gleichungen Zwischengrößen: Energiepflanzen... A-20 Tabelle A- 21: Vorgabegröße: Erntereste ... A-21 Tabelle A- 22: Anfangswerte der Zustandsgrößen: Erntereste... A-21 Tabelle A- 23: Gleichungen Zwischengrößen: Erntereste ... A-22 Tabelle A- 24: Gleichungen Veränderungsraten der Zustandsgröße: Erntereste ... A-22 Tabelle A- 25: Vorgabegröße: Reste aus der Waldbewirtschaftung ... A-22

Tabelle A- 26: Anfangswerte der Zustandsgrößen: Reste aus der

Waldbewirtschaftung ... A-22 Tabelle A- 27: Gleichungen Zwischengrößen: Reste aus der Waldbewirtschaftung... A-23 Tabelle A- 28: Gleichungen Veränderungsraten der Zustandsgröße: Reste aus der

Waldbewirtschaftung ... A-23 Tabelle A- 29: Vorgabegröße: Biogene Abfälle aus Privathaushalten ... A-24 Tabelle A- 30: Algebraische Zwischengroßen: Biogene Abfälle aus Privathaushalten . A-24 Tabelle A- 31: Gleichungen Veränderungsraten der Zustandsgröße: Biogene Abfälle

aus Privathaushalten ... A-24 Tabelle A- 32: Vorgabegröße: Biogene Reste aus der Lebensmittelindustrie ... A-25

Tabelle A- 33: Gleichungen Zwischengrößen: Biogene Reste aus der

Lebensmittelindustrie... A-25 Tabelle A- 34: Gleichungen Veränderungsraten der Zustandsgröße: Biogene Reste

aus der Lebensmittelindustrie ... A-26 Tabelle A- 35: Vorgabegröße: Energieerzeugung aus biogenen Resten ... A-26 Tabelle A- 36: Gleichungen Zwischengrößen: Energieerzeugung aus biogenen

Resten ... A-27 Tabelle A- 37: Pflanzenbauliche Maßnahmen [Lewandowski 2001]... A-29 Tabelle A- 38: Auswahl der Beispielregion in Kolumbien ... A-32

(25)

(26)

(27)

Einleitung

1 Liliana Gamba: Erste Modellentwicklung zur nachhaltigen Nutzung der Biomasse

Erste Modellentwicklung zur nachhaltigen Nutzung der Biomasse

1 Einleitung

Die Brundtland-Kommission [Hauff 1987] bezeichnet eine Entwicklung als nachhaltig, wenn sie "die Bedürfnisse der heutigen Generationen befriedigt, ohne zu riskieren, dass künftige Generationen ihre eigenen Bedürfnisse nicht befriedigen können". Durch die Umsetzung dieses Konzepts im Bereich der Energieversorgung (vgl. [Kopfmüller et al. 2000]) wurden wesentliche Defizite erkannt, die die Annäherung an eine nachhaltige Entwicklung erschweren [Nitsch und Rösch 2001]. Sie umfassen:

- den übermäßigen Verbrauch begrenzter Energieressourcen - die sich abzeichnende globale Klimaveränderung

- die Risiken der Kernenergienutzung

- das extrem starke Gefälle des Energieverbrauchs zwischen Industrie- und Entwicklungsländern

In Entwicklungsländern schließen sie darüber hinaus den begrenzten Zugang zu einer geeigneten Energieversorgung und die Luftverschmutzung durch die Anwendung ungeeigneter Technologien ein [Gururaja et al. 2002].

Eine Steigerung des Anteils an erneuerbaren Energien im Energiemix wird angesichts der notwendigen Substitution von fossilen Ressourcen, der erforderlichen Verminderung der Emissionen von Treibhausgasen und eines besseren Energiezugangs weltweit als eine sinnvolle Strategie zu einer nachhaltigen Energieversorgung angesehen [Nitsch und Rösch 2001; Gururaja et al. 2002 und Nitsch et al. 2003]. Hierzu wurden bereits Ziele für verschiedene Weltregionen und Länder festgesetzt. Unter den erneuerbaren Energien hat in den letzten Jahren insbesondere die Bioenergie an Bedeutung gewonnen, weil sie die fossilen Energieträger in fast allen Anwendungen ersetzen kann. Hierzu sind in verschiedenen Ländern Gesetze zur Förderung der Bioenergie erlassen worden (vgl. beispielsweise für Deutschland [EEG 2004] und für Kolumbien [COL 2001, FNBC 2006, MME 2006]). Zudem sind Biokraftstoffe bereits zu Exportgütern geworden.

Den angestrebten nationalen Bioenergieanteilen im Primärenergiemix bzw. den Exportzielen liegen selten Untersuchungen zu Grunde, die ihre Zweckmäßigkeit im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung beweisen. Die vorhandenen wissenschaftlichen Arbeiten untersuchen angebaute Biomasse und biogene Reststoffe und stützen sich methodisch auf

(28)

Einleitung

die Stoffstromanalyse, auf die dynamische Analyse der Landnutzung und auf die Szenarienanalyse (z.B. Studie für Europa [Wiesenthal et al. 2006] und für Deutschland [Fritsche et al. 2004a]).

Die auf nationaler Ebene angestrebte erhöhte Bioenergiebereitstellung kann die Erfüllung der regionalen Nachhaltigkeitsziele beeinträchtigen. Um dies zu vermeiden, ist die Untersuchung der Realisierbarkeit nationaler Bioenergieziele auf regionaler Ebene im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung notwendig. Dabei ist es von wesentlicher Bedeutung, die Wechselwirkungen zwischen Bioenergiebereitstellung, Landwirtschaft, Waldwirtschaft, verarbeitender Industrie, Abfallwirtschaft, Energiewirtschaft und Umweltschutz sowie, im erweiterten Sinne, Gesellschaft und Gesamtwirtschaft zu berücksichtigen. Diese Wechselwirkungen sind komplex, dynamisch und meistens nicht linear. Ihre Untersuchung erfordert daher spezifische Instrumente, die die Beherrschung der Komplexität ermöglichen. Ein dafür geeignetes Instrument ist die „dynamische Systemanalyse“.

In den bisherigen wissenschaftlichen Arbeiten, die die Einflussfaktoren und ihre Auswirkungen auf die Bioenergiebereitstellung untersuchen, werden die Systembeziehungen jedoch aufgrund der hohen Komplexität meistens als "Wenn-dann-Beziehungen" analysiert oder bewusst übergangen. Systemdynamische Instrumente werden bisher nicht angewandt (u.a. [Smeets et al. 2004 und 2005, Fritsche et al. 2004, Wiesenthal et al. 2006]).

Ziel dieser Arbeit ist es, mit Hilfe eines zu entwickelnden systemdynamischen Modells die Bedingungen zu ermitteln, die ein Bioenergiepotenzial ermöglichen, welches ausgewählte Nachhaltigkeitskriterien in einer Region erfüllt. Bestandteile der Modellbildung sind die Erfassung und Quantifizierung der wesentlichen Einflussfaktoren und die Untersuchung der Wechselwirkungen der Systemelemente.

Im Kapitel 2 werden die theoretischen Grundlagen dargelegt, auf denen sich die Arbeit stützt. Sie umfassen: die Klassifizierung der Biomasse als Energieträger, die Definition des Potenzialsbegriffs, vorhandene Ansätze zur Konkretisierung des Nachhaltigkeitsleitbildes, relevante Nachhaltigkeitskriterien für das Aktivitätsfeld Bioenergiebereitstellung, vorhandene Untersuchungen zur Bestimmung von Bioenergiepotenzialen sowie die Erläuterung des systemdynamischen Ansatzes.

Kapitel 3 stellt den Kern der Dissertation dar. Dort werden die Überlegungen und Annahmen, die in das entwickelte Modell einfließen, ausführlich dargelegt. Zuerst wird die Vorgehensweise bei der Modellentwicklung erläutert. Im Anschluss wird das gesamte

(29)

Einleitung

System mit Hilfe der entsprechenden Wirkungsstruktur qualitativ beschrieben. Dabei werden die Systemgrenzen definiert und die zu analysierenden Teilsysteme identifiziert. Danach werden die Wechselwirkungen der identifizierten Teilsysteme detaillierter erläutert und die in den jeweiligen Teilsystemen berücksichtigten Nachhaltigkeitskriterien vorgestellt. Die mathematischen Ausdrücke, die die Bedingungen zur Erfüllung dieser Kriterien bilden, werden ebenfalls dargestellt.

Die Anwendbarkeit des Modells wird anhand einer Beispielregion überprüft. Kapitel 4 zeigt die Vorgehensweise zur Auswahl der Beispielregion, die für die Modellierung relevanten regionalen Zusammenhänge, eine Zusammenfassung der Ergebnisse der Modellierung sowie die dazu gehörende Diskussion.

Im Kapitel 5 folgen die Sensitivitätsanalyse, die Fehlerdiskussion sowie Überlegungen über den Anwendungsbereich des Modells.

Zum Abschluss werden im Kapitel 6 Schlussfolgerungen und ein Ausblick auf künftige Anwendungen präsentiert.

(30)

Grundlagen

2 Grundlagen

Die Entwicklung des Modells für die Ermittlung des Bioenergiepotenzials, das die Erfüllung ausgewählter Nachhaltigkeitsziele in einer Region ermöglicht, stützt sich auf

- die Klassifizierung der Biomasse als Energieträger - die Differenzierung der verschiedene Potenzialbegriffe

- derzeitige Ansätze zur Konkretisierung des Nachhaltigkeitsleitbildes

- bereits vorhandene Nachhaltigkeitskriterien für das Aktivitätsfeld Bioenergiebereitstellung - relevante Untersuchungen zur Bestimmung von Bioenergiepotenzialen auf nationaler und

(sub-national) regionaler Ebene.

Diese Grundlagen werden im Folgenden kurz erläutert.

2.1 Biomasse als Energieträger

Die Biomasse als Energieträger kann in Primär- und Sekundärbiomasse klassifiziert werden. Die Primärbiomasse umfasst die Pflanzen, die gezielt zur energetischen Nutzung angebaut werden (Energiepflanzen). Als Sekundärbiomasse wird die Biomasse bezeichnet, die als Reststoff im Zusammenhang mit der Pflanzenpflege und Ernte anfällt. Hinzu kommen Reste, die bei der Verarbeitung von Nahrungspflanzen, Futterpflanzen und nachwachsenden Rohstoffen, beim Konsum von Lebensmitteln und Produkten aus nachwachsenden Rohstoffen, bei der biologischen Abwasserbehandlung und bei der Nutztierhaltung anfallen. Eine Übersicht der verschiedenen Biomasseformen findet sich in Tabelle 2-1 [Kaltschmitt und Hartmann 2001, Hoogwijk 2004, Leible et al. 2003; Tack 2005].

Die Biomasse fließt durch verschiedene Produktions-, Konsum- und Entsorgungsprozesse. Einen Überblick über die theoretisch möglichen Biomasseströme bietet Abbildung 2-1.

Bei der Deponierung und der anaeroben Abwasserbehandlung entsteht zudem Deponie- bzw. Klärgas. Abgase gehören zwar nicht zu den Biomasseströmen, sind jedoch Produkte aus dem biologischen Biomasseabbau.

(31)

Grundlagen

Tabelle 2-1: Biomasseformen

Kategorie Beschreibung

Primärbiomasse: Energiepflanzen

Ein- oder mehrjährige Kulturen, die hauptsächlich zur energetischen Verwertung angebaut werden

Sekundärbiomasse: Organische Reste

Erntereste und Grünabfälle Pflanzenreste, die bei der Pflege und Ernte von Nahrungspflanzen und

nachwachsenden Rohstoffen anfallen Waldrestholz Restholz, das beim Stammholzeinschlag

anfällt sowie Schwach- und Durchforstungsholz, das durch Pflegemaßnahmen anfällt Exkremente aus der

Nutztierhaltung

Kot und Harn in Form von Festmist und Gülle

Biogene Abfälle aus Privathaushalten

z.B. Küchenabfälle, Altholz, Altpapier, Verpackungen

Biogene Gewerbeabfälle (u.a. aus Großküchen, Märkten und Einzelhandel)

z.B. unverkauftes Obst und Gemüse, Küchenabfälle

Biogene Reste aus der Lebensmittelindustrie

z.B. Getreidespelzen, Kerne, Schäl- und Putzreste, Molke, Knochen usw. Biogene Reste aus der

Verarbeitung nachwachsender Rohstoffe

z.B. Industrierestholz, Filtrationsrückstände, Lignin

Sonstige biogene Industriereste z.B. Reste aus der Produktion von Penicillin

Sonstige biogene Abfälle Klärschlamm und Rechengut [Kaltschmitt und Hartmann 2001, Hoogwijk 2004, Leible et al. 2003; Stadtmüller 2004; Tack 2005]

(32)

Grundlagen

Abbildung 2-1: Überblick Biomasseströme und Herkunftsprozesse [Kaltschmitt und Hartmann

2001, Van den Broek 2000]

2.2 Potenzialbegriffe

Die Menge an Biomasse, die tatsächlich zur Energieerzeugung genutzt werden kann, ist von verschiedenen Einflussfaktoren abhängig. Diese können in physikalische, technische, wirtschaftliche und gesellschaftliche Faktoren gruppiert werden. Abhängig davon, welche Faktoren zur Einschätzung des Potenzials eingesetzt werden, kann das Potenzial als theoretisch, technisch, wirtschaftlich und implementierbar bezeichnet werden (Abbildung 2-2).

Das theoretische Potenzial stellt das physikalische Angebot dar, ohne Berücksichtigung weiterer Einflüsse. Das technische Potenzial verkörpert den Teil des theoretischen Potenzials, der unter Berücksichtigung technischer, ökologischer, struktureller und gesetzlicher Restriktionen zur Verfügung steht. Das wirtschaftliche Potenzial beschreibt den Anteil des technischen Potenzials, der unter den regionalen Bedingungen wirtschaftlich erschlossen werden kann. Gemäß dem Ziel der Arbeit entspricht das hier untersuchte Potenzial dem technischen Potenzial [Kaltschmitt und Hartmann 2001].

Anbau Nahrungs- und Futter-pflanzen Anbau nachw. Rohstoffe Anbau Energie-pflanzen Pflege/Ernte Nahrungs- und Futterpflanzen Pflege/Ernte/ Einschlag nachw. Rohstoffe Pflege/Ernte/ Einschlag Energie-pflanzen Aufbereitung und Verteilung Lebensmittel Tierhaltung Bereitstellung und Verarbeitung nachw. Rohstoffe Bereitstellung und Umwandlung Bioenergieträger/ Endenergie Konsum Lebensmittel Konsum Produkte nachw. Rohstoffe Energie-nutzung Beseitigung Produkte Biogene Reste Abwasser-Behandlung

(33)

Grundlagen

Abbildung 2-2: Potenzialbegriffe (eigene Darstellung basierend auf [Fritsche et al. 2004,

Kaltschmitt et al. 2003, Hoogwijk 2004]

2.3 Nachhaltigkeitskriterien und -indikatoren im Bereich der Bioenergiebereitstellung

Zur Bewertung und Steuerung von Bioenergiesystemen im Hinblick auf eine nachhaltige Entwicklung auf den verschiedenen Ebenen dürfen nicht dieselben Nachhaltigkeitskriterien angewandt werden, die für konventionelle Energiesysteme gängig sind (vgl. z.B. [Kopfmüller et al. 2000, UN-ECOSOC 2000, Gururaja et al. 2002, IAEA 2005]). Der Einsatz spezifischer Kriterien und Indikatoren, die die Operationalisierung des Nachhaltigkeitsleitbildes ermöglichen, ist unumgänglich.

Vor diesem Hintergrund werden im Folgenden vorhandene Ansätze zur Ableitung bzw. Auswahl spezifischer Nachhaltigkeitskriterien erläutert. Anschließend werden allgemeine Nachhaltigkeitskriterien dargestellt, die als Orientierung bei der Auswahl spezifischer Nachhaltigkeitskriterien dienen können. Zum Schluss werden derzeit diskutierte Kriterien zur nachhaltigen Bioenergiebereitstellung vorgestellt.

(34)

Grundlagen 2.3.1 Vom Nachhaltigkeitskonzept zu spezifischen Nachhaltigkeitskriterien und

-indikatoren

Die Konkretisierung des Nachhaltigkeitsleitbildes (vgl. Kapitel 1) auf verschiedenen Ebenen (supranational, national, regional, lokal) und in verschiedenen Bereichen der Gesellschaft verlangt aufgabenspezifische Nachhaltigkeitskriterien1

und –indikatoren (z.B. Energieversorgungsgrad). Ihre Auswahl bzw. Ableitung kann mittels einer top-down, einer

bottom-up oder einer kombinierten Methode durchgeführt werden [Hunhammar 1997;

Kopfmüller et al. 2001; Thrän 2001].

Ausgangspunkt der top-down Methode ist die Definition von Nachhaltigkeitszielen (allgemeine Ziele oder spezifisch für einen Bereich) auf der Basis eines bestimmten Nachhaltigkeitsleitbildes. Aus den Zielen werden Kriterien verbal-argumentativ abgeleitet. Im Anschluss werden Indikatoren ausgewählt, welche die Sachverhalte, die in den Kriterien

beschrieben werden, abbilden. Für die Indikatoren werden Zielvorgaben

(Entwicklungsrichtung oder Sollwerte) formuliert, die schließlich zur Bewertung benutzt werden. Problematisch bei der top-down Methode ist, dass eine vollständige Operationalisierung des Leitbilds nicht möglich ist, weil die Palette von Indikatoren, die zur Abbildung einer Regel notwendig ist, sehr breit und komplex wäre [Hunhammar 1997; Kopfmüller et al. 2001].

Die bottom-up Methode ist problemorientiert [Hunhammar 1997]. Ausgangspunkt sind Sachverhalte, die in der Gesellschaft als problematisch wahrgenommen werden. Schlüsselfragen sind dabei, welche Probleme bestehen und welche Probleme als Nachhaltigkeitsprobleme betrachtet werden. Die Defizite dieses Ansatzes bestehen u.a. darin, dass noch nicht als Problem thematisierte Sachverhalte im Prinzip unberücksichtigt bleiben und damit das Vorsorgeprinzip vernachlässigt wird [Kopfmüller et al. 2001a, Thrän 2001].

Eine Kombination beider Verfahren wird von verschiedenen Autoren vorgeschlagen, um die Vorteile beider Methoden nutzen und ihre Defizite überwinden zu können [Hunhammar 1997, Kopfmüller et al. 2001, Thrän 2001]. In dem kombinierten Verfahren (Abbildung 2-3) werden die Kriterien top-down, aus einem bestimmten Nachhaltigkeitsleitbild abgeleitet.

1

z.B. “Ein Mindestmaß an Grundversorgung (Wohnung, Ernährung, Kleidung, Gesundheit) sowie die Absicherung gegen zentrale Lebensrisiken (Krankheit, Invalidität) muss für alle Mitglieder der Gesellschaft gewährleistet sein.” [Kopfmüller et al. 2001a]

(35)

Grundlagen

Die Auswahl (ggf. Ableitung) von Indikatoren erfolgt bottom-up. Die Kriterien werden mit Indikatoren belegt, die Systemgrößen oder Funktionen von Systemgrößen entsprechen [Bossel 2004a]. Beispielsweise werden für die Operationalisierung auf nationaler Ebene die Kriterien mit Indikatoren belegt, die „zentrale, im öffentlichen und wissenschaftlichen Diskurs thematisierte Probleme“ abbilden [Kopfmüller et al. 2001]. In einem anderen Beispiel [Thrän 2001] wurden für einen bestimmten Bereich und eine bestimmte Region (Holzstoffstrom in Ost-Prignitz) die Kriterien mit Indikatoren belegt, die auf Prozessgrößen und deren Einflussfaktoren basieren.

Abbildung 2-3: Umsetzung des Nachhaltigkeitskonzepts, in Anlehnung an [Grunwald et al. 2001,

Thrän 2001]

2.3.2 Nachhaltigkeitskriterien

Als konstitutive Elemente des Nachhaltigkeitsleitbildes werden in [Kopfmüller et al. 2001, Grunwald et al. 2001] die intra- und intergenerative Gerechtigkeit, die globale Orientierung und der anthropozentrische Ansatz angesehen. Ausgehend von diesen Elementen leiten diese Autoren drei generelle Nachhaltigkeitsziele ab:

(36)

Grundlagen - die Existenz der Menschen zu sichern

- das gesellschaftliche Produktivpotenzial zu erhalten

- die Entwicklung und die Handlungsmöglichkeiten der Gesellschaft zu erhalten

Basierend auf nationalen und internationalen Deklarationen sowie auf wissenschaftlichen Debatten hinsichtlich ökologischer, ökonomischer, sozialer und institutioneller Dimensionen der nachhaltigen Entwicklung, haben die Verfasser einen Satz von Nachhaltigkeitskriterien2

vorgeschlagen (Tabelle 2-2) [Kopfmüller et al. 2001].

Die Kriterien stellen die Bedingungen dar, die auf globaler Ebene mindestens erfüllt sein müssen, um die drei generellen Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. Sie wurden so konzipiert, dass sie aus der Sicht unterschiedlicher kultureller Traditionen annehmbar und von unterschiedlichen politischen und ökonomischen Systemen anwendbar sind [Kopfmüller et al. 2001].

Aufgrund dieser generalistischen Orientierung können die Kriterien nicht unmittelbar für die Steuerung der Entwicklung der Gesellschaft im Sinne der Nachhaltigkeit benutzt werden. Sie dienen aber als Referenzrahmen zur Ableitung konkreter Kriterien und Indikatoren auf verschiedenen Ebenen und Aktivitätsfeldern. In dieser Arbeit werden sie in diesem Sinne benutzt.

2

(37)

Grundlagen

Tabelle 2-2: Mindestanforderungen zur Nachhaltigkeit [Kopfmüller et al. 2001]

Ziel Kriterien

Die Sicherung der menschlichen

Existenz •

Ein Mindestmaß an Grundversorgung (Wohnung, Ernährung, Kleidung, Gesundheit) sowie die Absicherung gegen zentrale Lebensrisiken (Krankheit, Invalidität) muss für alle Mitglieder der Gesellschaft gewährleistet sein.

• Gefahren und unvertretbare Risiken für die menschliche Gesundheit durch anthropogen bedingte Umweltbelastungen sind zu vermeiden. • Die Möglichkeit einer selbständigen Existenzsicherung (frei

übernommene Tätigkeit) soll gewährleistet werden.

• Die Nutzung der Umwelt ist nach Prinzipien der Gerechtigkeit unter fairer Beteiligung aller Betroffenen zu verteilen.

• Extreme Unterschiede in der Einkommens- und Vermögensverteilung sind abzubauen.

Die Erhaltung des gesellschaftlichen Produktivpotenzials

• Die Nutzungsrate der erneuerbaren Ressourcen darf deren Regenerationsrate nicht übersteigen sowie die Leistungs- und Funktionsfähigkeit des jeweiligen Ökosystems nicht gefährden. • Die Reichweite der nachgewiesen nicht erneuerbaren Ressourcen ist

über die Zeit zu erhalten, indem entweder ihr Verbrauch eingeschränkt bzw. die Ressourcenproduktivität erhöht wird oder nicht erneuerbare Ressourcen durch erneuerbare substituiert bzw. neue Reserven erschlossen werden.

• Die anthropogenen Stoffeinträge dürfen die Aufnahmefähigkeit der Umweltmedien und Ökosysteme nicht überschreiten.

• Technische Risiken mit möglicherweise katastrophalen Auswirkungen für Mensch und Umwelt sind zu vermeiden.

• Das Sach-, Human- und Wissenskapital ist so zu entwickeln, dass die wirtschaftliche Leistungsfähigkeit erhalten bzw. verbessert werden kann. Die Bewahrung der

Entwicklungs- und

Handlungsmöglichkeiten der Gesellschaft

• Alle Mitglieder einer Gesellschaft müssen gleichwertige Chancen im Bezug auf den Zugang zu Bildung, Information, beruflicher Tätigkeit, Ämtern sowie sozialen, politischen und ökonomischen Positionen haben. • Das kulturelle Erbe der Menschheit und die kulturelle Vielfalt sind zu

erhalten.

• Kultur- und Naturlandschaften bzw. Landschaftsteile von besonders charakteristischer Eigenart und Schönheit sind zu erhalten.

• Rechts- und Gerechtigkeitssinn, Toleranz, Solidarität und Gemeinwohlorientierung sowie Potenziale der gewaltfreien Konfliktregelung sind zu stärken.

2.3.3 Nachhaltigkeitskriterien und -indikatoren im Bioenergiebereich

Nachhaltigkeitskriterien und -indikatoren sind für den konventionellen Energiesektor seit langem zahlreich vorhanden (vgl. beispielsweise [Kopfmüller et al. 2000, UN-ECOSOC 2000, Gururaja et al. 2002, IAEA 2005]). Die Formulierung von Nachhaltigkeitskriterien und -indikatoren für die Bewertung und Steuerung von Bioenergiesystemen ist relativ neu und befindet sich noch in einer Entwicklungsphase [Van Dam et al. 2006].

(38)

Grundlagen

Vorhandene Ansätze umfassen Kriterien und Indikatoren, die für eine Anwendung auf der internationalen und nationalen Ebene konzipiert wurden. Eine Auswahl derselben wird später in die Modellentwicklung dieser Arbeit einfließen. Es folgt eine kurze Darstellung der vorhandenen Ansätze.

Zwischen den internationalen Ansätzen befinden sich beispielsweise eine Studie zum Zertifizierungssystem für Bioenergiehandel im Rahmen des „FAIR Biotrade project“, gefördert von der niederländischen Regierung [Levandowski und Faaij 2004], eine kurze Studie zu den Bioenergiestandards des WWF Deutschland [Fritsche et al. 2006] und das im Jahr 2005 begonnene Biomasse-Zertifizierungsprojekt der UNEP [UNEP 2007].

Die Studie von [Lewandowski und Faaij 2004] stellt für einen nachhaltigen (internationalen) Handel mit angebauter Biomasse zur Energieerzeugung bzw. mit Bioenergieträgern aus angebauter Biomasse insgesamt 18 Kriterien auf, zu denen 127 Indikatoren zugeordnet werden. Sie bauen einerseits auf vorhandene Indikatorensätze auf, die im Rahmen von Zertifizierungsprozessen für landwirtschaftliche und forstwirtschaftliche Produkte angewandt werden. Andererseits dienen Problemfelder im Handel mit Bioenergieträgern als Basis für die Indikatorenbildung. Die Kriterien wurden drei verschiedenen Ebenen zugeordnet, die das Interesse verschiedener Akteure darstellt (vgl. Tabelle 2-3). Die grundlegende Ebene zeigt die minimalen Kriterien zur Zertifizierung, die für alle Beteiligten wichtig sind. Die Konsum- und Produzentenebenen geben die Interessen der jeweiligen Partei wider. Die Voraussetzungen, unter denen die Kriterien als erfüllt gelten, wurden in zwei Gruppen unterteilt. Die erste Gruppe entspricht der "strikten" Voraussetzungen. Das Kriterium "Vermeidung der Abholzung" (siehe Tabelle 2-3) wird beispielsweise unter deren Anwendung erfüllt, wenn absolut keine Waldfläche zum Anbau für Energiepflanzen abgeholzt wird. Die zweite Gruppe entspricht den "weniger strikten" Voraussetzungen. Unter deren Anwendung ist dasselbe Kriterium als erfüllt betrachtet, wenn Waldflächen in anderen Gebieten, aufgrund der durch den Anbau von Energiepflanzen verursachte Verlagerung von Anbauflächen, abgeholzt werden.

Die Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Elementen der Bioenergieerzeugung spiegeln sich in den Problemfeldern zum Teil wider, werden aber nicht systematisch diskutiert. Der Unterschied zwischen Kriterien, Indikatoren und Maßnahmen ist nicht klar abgrenzbar, so dass manche Indikatoren eher Maßnahmen zur Erfüllung eines Ziels darstellen. Beispielsweise wird für das Kriterium "Vermeidung von Bodenverschmutzung" als Indikator die "getrennte Lagerung von Chemikalien" vorgeschlagen, obwohl es sich de facto um eine Maßnahme handelt.

(39)

Grundlagen

Eine Auswahl dieser Maßnahmen (Indikatoren) wurde in zwei hypothetischen Fallbeispielen in Brasilien und in der Ukraine [Smeets 2004] eingesetzt, um ihre Auswirkungen auf die Produktionskosten und damit auf das Bioenergiepotenzial zu ermitteln (vgl. Kapitel 2.4, S. 19).

Tabelle 2-3: Zusammenfassung der Nachhaltigkeitskriterien zur Anwendung im

Bioenergiebereich: FAIR Biotrade [Lewandowski und Faaij 2004]

Ebene Kriterien

Grundlegend Erfüllung von Gesetzen und internationalen Abkommen Vermeidung von Abholzung

Vermeidung von Bodenerosion

Der Holzeinschlag darf nicht größer als die Wachstumsrate sein Steigerung von Pflanzenerträgen

Keine Kinderarbeit

Gewährleistung der Versorgung mit Nahrungsmitteln und Energie in Produktionsländern und -regionen

Konsumenten Vermeidung von Vertreibung und Verlust von Arbeitsplätzen Reduktion von Treibhausgasemissionen

Bevorzugte Nutzung von heimischen oder bereits in der Region etablierten Sorten für die Biomasseproduktion

Vermeidung der Nutzung von genetisch veränderten Sorten Nachvollziehbarkeit der Biomasseherkunft

Produzenten Gewährleistung einer angemessenen Vergütung für die Produzenten Langfristige Abnahmeverträge (mindestens 10 Jahre)

Gerechter Zugang zu Land und Vermeidung von Landeigentumskonflikten Verbesserung der Lebensbedingungen in der Produktionsregion

Förderung der lokalen Nutzung von modernen Energieerzeugungstechnologien Anwendung von nachhaltigen Pflanzenbaumaßnahmen

Keine Beeinträchtigung der lokalen Wasserversorgung Erhaltung von natürlichen Lebensräumen und Landschaften

Die Studie des WWFs stellt relevante Sachverhalte und dazu gehörende minimale Kriterien im Bezug auf eine nachhaltige energetische Nutzung angebauter Biomasse und biogener Reste dar (vgl. Tabelle 2-4). Die Sachverhalte umfassen die Erhaltung der biologischen Vielfalt, den Boden- und Wasserschutz, die Reduktion der Emissionen von Treibhausgasen und die Vermeidung negativer Landnutzungsänderung [Fritsche et al. 2006]. Die Arbeit stützt sich ebenfalls auf vorhandene Indikatorensätze aus Zertifizierungsprogrammen.

(40)

Grundlagen

Bioenergiebereich: WWF Deutschland [Fritsche et al. 2006]

Themen Kriterien

Umweltkriterien Vermeidung von negativen Auswirkungen auf die Landnutzung wie Änderungen von Landpreisen und Verlegung des Nahrungspflanzenanbaus in Naturwälder

Vermeidung von zusätzlichen negativen Auswirkungen auf die biologische Vielfalt Reduktion von Treibhausgasemissionen

Vermeidung von zusätzlicher Erosion und Bodenschäden

Vermeidung von negativen Auswirkungen auf die Wasserqualität und -versorgung Soziale und

ökonomische Kriterien

Gewährleistung der Versorgung mit Nahrungsmitteln in Produktionsländern und -regionen

Klare Definition und gesetzliche Regelung der Eigentumsverhältnisse des Ackerlands für den Energiepflanzenanbau

Erfüllung der Standards der International Labor Organisation Vermeidung von Gesundheitsrisiken am Arbeitsplatz

Derzeitiger Schwerpunkt des Zertifizierungsprojekts des UNEP ist es,

Nachhaltigkeitskriterien und Standards für den Anbau von Biomasse zur Produktion von Biokraftstoffen zu formulieren. Hierzu wurden Problemfelder identifiziert und ein erstes Set von Kriterien auf der Basis von vorhandenen Indikatoren- und Zertifizierungssystemen, vor allem für die Land- und Forstwirtschaft, gebildet [UNEP 2007a, b]. Zu den identifizierten Problemfeldern gehören Biodiversität, Klimawandel, Landnutzung und Arbeit. Die Kriterien (vgl. Tabelle 2-5) sind allgemein formuliert, und eine weitere Spezifizierung ist erforderlich [UNEP 2007a].

Auf nationaler Ebene gibt es bisher wenige Initiativen zur Entwicklung von Nachhaltigkeitskriterien und -indikatoren zwecks Steuerung der Bioenergiesysteme [Van Dam 2007]. Unter den umfassenden Ansätzen befindet sich ein Set von Kriterien und Indikatoren zur nachhaltigen Produktion von nachwachsenden Rohstoffen3

für die Niederlande [Cramer et al. 2006]. Der Ansatz bezieht sich auf Biomasse, die in den Niederlanden angebaut oder dorthin importiert wird. Er wurde ausschließlich für die Anwendung in diesem Land konzipiert.

Einbezogen sind Kriterien bezüglich Treibhausgasbilanz, Nutzungskonkurrenzen mit der Nahrungsmittelversorgung, der lokalen Energieversorgung (im Fall von importierter Biomasse) und der Produktion von Arzneimitteln und Baustoffen, der biologischen Vielfalt,

3

bezieht sich nicht nur auf die Biomasseproduktion zur Energiegewinnung sondern auch auf die zur Herstellung von Chemikalien

(41)

Grundlagen

der ökonomischen Prosperität, des Wohlbefindens und der Umwelt. Für jeden Aspekt wurde ein Satz von minimalen Kriterien vorgeschlagen, die ab 2007 erfüllt werden müssen, und ein Satz mit strengeren Bedingungen, die ab 2011 eingesetzt werden sollen (vgl. Tabelle 2-6). Für einige Kriterien werden an Stelle von Indikatoren Maßnahmen zur Zertifizierung der Biomasse formuliert.

Bioenergiebereich: UNEP-Energy [UNEP 2007a]

Themen Kriterien

Biodiversität Verhinderung der Abholzung hochwertiger Wälder

Umsichtiger Umgang mit genetisch veränderten Organismen Schutz heimischer Pflanzen bzw. Ökosysteme

Klimawandel Vermeidung des Abbaus vorhandener Kohlelager

Ausrichtung der Energiepflanzenauswahl zur Reduktion von Treibhausgasemissionen Wasser Vermeidung übermäßigen Wasserverbrauchs, insbesondere in trockenen Gebieten

Verhinderung von Wasserverschmutzung durch die Vermeidung der Nutzung (toxischer) Chemikalien

Einsatz von Techniken zur Nutzung des Niederschlags

Landnutzung Berücksichtigung der Auswirkungen auf Nahrungsmittelpreise bei der Auswahl von Energiepflanzen

Berücksichtigung der Landdegradationsrisiken bei der Auswahl von Energiepflanzen Reduktion der Anwendung von Agrochemikalien

Reduktion der Nährstoffversickerung

Reduktion des Erosionsrisikos durch die Anwendung von geeigneten Anbaumaßnahmen

Vermeidung von Bodenübernutzung

Verhinderung von Vertreibung und Enteignung Arbeit Gewährleistung angemessener Arbeitsbedingungen

(42)

Grundlagen

Bioenergiebereich: Niederlande [Cramer et al. 2006]

Themen Kriterien ab 2007 Kriterien ab 2011

Treibhausgasbilanzen Reduktion der

Lebensweg-Treibhausgasemissionen um 30% im Vergleich zum fossilen Energieträger

Reduktion der

Lebensweg-Treibhausgasemissionen um 50% im Vergleich zum fossilen Energieträger Konkurrenz mit

Nahrungsmittelversorgung, lokaler Energieversorgung und Versorgung mit Arzneimitteln und Baustoffen

Verbindliche Berichterstattung über die Verfügbarkeit von Biomasse für die Nahrungsmittelversorgung, lokale Energieversorgung, die Baustoff- und Arzneimittelproduktion

Keine Reduktion der Verfügbarkeit von Biomasse für die

Nahrungsmittelversorgung, lokale Energieversorgung, die Baustoff- und Arzneimittelproduktion

Biodiversität Erhaltung von Naturschutzgebieten und hochwertigen Ökosystemen

Wie ab 2007

Ökonomische Prosperität Verbindliche Berichterstattung über die möglichen negativen Auswirkungen auf die regionale und die nationale

Wirtschaft: Verbindliche

Berichtserstattung basierend auf ökonomischen Indikatoren

Keine Beeinträchtigung der lokalen und regionalen Wirtschaft

Wohlbefinden Keine negativen Auswirkungen auf das Wohlbefinden der Arbeiter und lokalen Bevölkerungen im Bezug auf:

- Arbeitsbedingungen

- Menschenrechte

- Prosperitätsrechte und (Land-) Nutzungsrechte

Integrität (hinsichtlich

Korruptionsbekämpfung). Verbindliche Berichterstattung über die sozialen Bedingungen der lokalen Bevölkerung

Wie ab 2007

Umwelt Erfüllung lokaler Gesetze und

Regelungen hinsichtlich der Abfallbehandlung, der Nutzung von Agrochemikalien und der

Luftverschmutzung

Anwendung geeigneter integrierter Pflanzenbaumaßnahmen

Verbindliche Berichterstattung über die Maßnahmen zur Vermeidung von Erosion und Bodenübernutzung und zur Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit.

Verbindliche Berichterstattung über die Erhaltung des Wasserangebots und der Wasserqualität

Erfüllung strengster lokaler,

internationaler und EU-Gesetze und Regelungen hinsichtlich der Nutzung von Agrochemikalien

Erfüllung der EU Regelungen hinsichtlich Emissionen

Erfüllung von aus den Erkenntnissen der Jahre 2007-2011 formulierten Anforderungen hinsichtlich der Vermeidung von Erosion und

Bodenübernutzung, der Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit und der Erhaltung des Wasserangebots und der Wasserqualität

Im Bezug auf regionale Kriterien und Indikatoren gibt es keine Beispiele, die spezifisch für die Bioenergiebereitstellung in einer Region vorgesehen sind. Jedoch wurden für die Kriterien- und Indikatorenauswahl ebenfalls die Arbeiten von [Schiedler et al. 2003] und [Thrän 2001] herangezogen. Die erste Studie umfasst Indikatoren für die Abschätzung der Folgen des Baus und Betriebs einer Bioraffinerie in einer hypothetischen Modellregion in Österreich. In der Arbeit von [Thrän 2001] werden Kriterien und Indikatoren mittels eines