Konkurrenz um die Biomasse

Deutsches BiomasseForschungsZentrum gemeinnützige GmbH, Torgauer Str. 116, D-04347 Leipzig, www.dbfz.de

German Biomass Research Centre

Tagung “Schließung von Kohlenstoffkreisläufen”

Dessau, 20. November 2009

Konkurrenz um die Biomasse

Daniela Thrän

Sources: www.google.com

Problemaufriss

ƒ Bioenergie ist DER erneuerbare Energieträger und soll in den nächsten Jahren stark ausgebaut werden

• 75% der erneuerbaren Energien in Europa/weltweit

• erwartete deutliche Zunahme bis 2020

ƒ Bioenergie wird AUCH aus Energiepflanzen produziert, für die Flächen verfügbar sein müssen

• Flächenbedarf weltweit in 2007: 30 Mio. ha/a

• Erwarteter Flächenbedarf in 2020: 120-200 Mio.ha/a

ƒ Verschiedene Gefahren sind mit dem Energiepflanzenanbau verbunden

• Lokale Umweltschäden durch Intensivierung der Landwirtschaft

• Landnutzungsänderungen (Verlust von natürlichen Ökosystemen)

• Negative Klimagaseffekte durch bodenbürtige Emissionen

• Soziale Probleme durch Änderung der Landnutzung

• Destabilisierung der Nahrungsmittelpreise / Ernährungssicherheit

3

Die Debatte – Häufige Statements

ƒ Die Biomasse ist schon dreimal vergeben

ƒ Biomasse sollte immer erst stofflich genutzt werden

ƒ Bioenergienutzung vernichtet den Regenwald

ƒ Bioenergie verlagert Kalorien vom Teller zum Tank

ƒ Bioenergienutzung trägt nicht zum Klimaschutz bei

ƒ Bioenergienutzung verzerrt die Preise der Rohstoffe

Lösungsansätze

ƒ Beste Option:

radikale Reduktion des Energieverbrauch

ƒ Viertbeste Option:

Nachhaltige Produktion und zielgerichtete Nut- zung der Biomasse, d.h.

• Mit hohen technischen Wirkungsgraden

• In sinnvoller Kombination mit anderen erneuerbaren Energieträgern

• In Bereichen mit hohem Klimagasreduktionspotenzial

• Zu tragfähigen Kosten

• Mit Teilhabe der Akteure vor Ort

Source: EREC/Greenpeace (2007)

Reference scenario Population (medium variant)

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0

People (Billion)

Source: EREC/Greenpeace (2007)

Reference scenario Reference scenario Population (medium variant)

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0

People (Billion)

Population (medium variant)

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0

People (Billion)

5

Stand der Biomassenutzung

0 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600

[PJ/a]

Brennstoffpotenzial und Brennstoffnutzung DE 2007/2008 in PJ/a Gegenwärtiger

Brennstoffeinsatz

Inländisches Brennstoffpotenzial

Inland Importe

Wärme

Wald(rest)holz Industrie- rest-/Alt-

holz

Stroh Subs-

trate Energiepflanzen (min/max)

0 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600

[PJ/a]

Gegenwärtiger Brennstoffeinsatz

Inland

Wärme Strom Biokraftstoffe

(H)KW Biogas/Pöl.

Wald(rest)holz Industrie- rest-/Alt-

holz

Stroh Subs-

trate Energiepflanzen (min/max)

Brennstoffherkunft

DBFZ 2009

ƒ In Deutschland wird ca. die Hälfte des Potenzials genutzt (gleiches gilt für Europa)

ƒ Theoretisches Potenzial

ƒ Technisches Potenzial berücksichtigt:

• Technische Grenzen (z.B. Ernte- und Lagerverluste etc.)

• Umweltanforderungen (z.B. Naturschutzflächen etc.)

• Nutzungskonkurrenzen (stoffliche Nutzung hat Vorrang)

ƒ Ökonomisches/erschließbares Potenzial

Brennstoffpotenzial - Methode

Demand for food & fodder

Overproduction

areas Area required for food production Crop yields

Nature conservation

& settlement areas

Available acreage

Available area for energy crops cultivation Agriculture

policy

Land use

Consumer behaviour

Beispiel: Technisches Potenzial für Energiepflanzen

7

Brennstoffpotenzial - Treiber

Biomassepotenziale

0 50 100 150 200 250 300 350 400 500

2000 2025 2050 2075 2100

EJ/a

Berndes, G., M. M. Hoogwijk, and R. van den Broek (2003)

17 Studien im Vergleich

ƒ Große Bandbreite an Potentialerwartungen global (von marginal bis Deckung des Weltenergiebedarfs) infolge unterschiedlich bewerteter Energiepflanzenpotenziale

• Landnutzung (in Europa untergeordnet)

• Bevölkerungsentwicklung (in Europa untergeordnet)

• Ernährungsmuster

• Ertragssteigerungen in der konventionellen Landwirtschaft

• Anteil ökologischer Landbau und Naturschutzflächen

• Selbstversorgung mit Nahrungsmitteln

• Produktion für den Weltmarkt bzw. die globale Nachfrage

• Welche Energiepflanzen werden angebaut

• Aspekte des Kohlenstoffhaushaltes sind i.d.R. nicht berücksichtigt Æ Teil der generellen Debatte um die künftige Agrarproduktion

(Leistungsfähigkeit, Innovationspotenzial, Nachhaltigkeit)

Nutzungsstand - Charakteristika

Wärme Strom Kraftstoff

Anlagenanzahl (Deutschland 2009)

mehrere Millionen mehrere Tausend an die 100…

Leistungsbereich (Potenzial zur Ak- teurspartizipation)

sehr dezentral (bis individuell)

i.d.R. dezentral i.d.R. zentral

Weiterer Ausbau hängt ab von…

Ölpreis EEG Kraftstoffquote

ggf. auch Ölpreis Konversionsprinzip

(Potenzial für

Nährstoffkreisläufe)

thermo-chemisch thermo-chemisch und

bio-chemisch (NK)

phys.-chemisch (NK) und

bio-chemisch (NK) Rohstoffe Reststoffe und

Brennholz

Reststoffe und Energiepflanzen

Energiepflanzen

9 0

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009*

Anlagenzahl [-]

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Installierte elektrische Leistung [MWel]

Größer 500 kWel

Größer 70 bis 500 kWel Bis 70 kWel

install. el.Leistung [MWel]

Nutzungsstand - Biogas

Stromerzeugung aus Biogas (Ende 2008): 9,2 TWhel (real), entspricht ca. 50% der Stromer- zeugung aus Biomasse insgesamt bzw. 2,9 % an der Bruttostromerzeugung in Deutschland

2009*: ca. 4.750 Anlagen, 1.835 MWel ca. 600.000 ha

n = 168 Getreide-

GPS 9%

Grassilage

11% sonstiges 1%

Getreide- korn

1%

Maissilage 78%

Handel

ƒ

Gegenwärtige Handelsvolumen sind noch gering

ƒ

Handel zielt auf Bioenergieträger mit hoher Energiedichte

ƒ

Der zunehmende Ausbau der Bioenergie bringt vor allem den Handel mit flüssigen Biokraftstoffen in Schwung

Æ

Günstige Produktionsbedingungen in tropischen Regionen verstärken diesen Effekt (Zuckerrohr, Palmöl, Eukalyptus)

0 5 10 15 20 25 30 35 Energiedichte (GJ/m³)

Strohballen

Scheitholz Getreide

Pellets

Ethanol

Biodiesel BtL (Gülle)

0 5 10 15 20 25 30 35 Energiedichte (GJ/m³)

Strohballen

Scheitholz Getreide

Pellets

Ethanol

Biodiesel BtL (Gülle)

Regionale Märkte Holzkonkurrenzen!

Internationale Märkte Flächenkonkurrenzen!

11

Nachhaltigkeitsanforderungen

Landnutzung

ƒ Energiepflanzenanbau nur bei Klimagasreduktion des Gesamtsystems

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Weizen - Europa Mais - Nordamerika Zuckerrohr - Lateinamerika Zuckerrübe - Europa Rapsöl - Europa Sojaöl - Lateinamerika Soja - Nordamerika Palmöl - Südostasien Rapsöl - Europa Sojaöl - Lateinamerika Soja - Nordamerika Palmöl - Südostasien Rapsöl - Europa Soja - Lateinamerika Soja - Nordamerika Palmöl - Südostasien Ottokraftstoff Dieselkraftstoff

Ethanol FSMENatPflHydrPflFossile Ref.

Gesamtsumme

Transport zur Raffinerie/Lagerung/Beimischung Verarbeitung Konversionsstufe 2

Transport zwischen Konversionsstufen Verarbeitung Konversionsstufe 1 Transport der Biomasse Gewinnung von Biomasse Direkte Landnutzungsänderung

Default-Werte aus dem Entwurf der NachhaltigkeitsV2007

Æ Klimagasbilanzen können Schwachstellen aufzeigen aber keine alleinige Strategiegrundlage bilden

ƒ Chancen:

• Systematische Optimierung von Anlagenkonzepten

(„Default-Werte“ der EU-RED sichert Berücksichtigung in allen Planungsphasen)

• Unterstützung von Entscheidungsalternativen (z.B. welche Anlage zur Wärmebereitstellung ist am günstigsten)

• Klimagaseffekte durch Energiepflanzenanbau als Türöffner für eine internationale Debatte für nachhaltige Landnutzung

ƒ Risiken:

• Methodische Unsicherheiten und große Komplexität führen zu Akzeptanzproblemen

• Alleinige Focusierung auf Klimagaseffekte führt zur Stagnation in der Strategiedebatte

13

Rohstoffe

ƒ Züchtungen werden intensiviert; Zielgrößen:

• Biomasseproduktion, aber auch

• Inhaltsstoffe

• Futtermittelqualität der Rückstände

ƒ Anbauversuche vor allem mit Mehrjährigen, z.B. Miscanthus, Pappel/Weide/Robinie,

Jatroha/Castor

ƒ Wasser vielfach der limitierende Faktor

ƒ Viele offene Fragen beim C-Haushalt

ƒ Chancen:

• Grünlandaufwuchs für Biogasanlagen

• Nutzung landw. Reststoffe (Stroh)

• Anbausysteme für marginale Standorte

Nutzungstechnologien

heutezukünftig

alle heutigen Technologien haben noch große Optimierungspotenziale Wirkungsgrad

19% Æ35%

Nutzungsgrad 25% Æ70%

Zukunftstechnologien basieren vielfach auf holzartigen Biomassen

15

Rahmenbedingungen

ƒ Die Märkte für Biomasse werden zunehmend globaler

ƒ Bei der Förderung der Bioenergie wird die

Netto-Klimagaseinsparung in den Vordergrund rücken

• NO GO areas für die Energiepflanzenproduktion

• Effizientere Umwandlungstechnologien

• Nachhaltigkeitsstandards und Zertifizierung

ƒ Die Rohstoffmärkte werden volatiler

• In den Industriestaaten werden Bioenergie- anlagen risikoreicher (hoher Rohstoffkosten- anteil an den Bereitstellungskosten)

• In den Entwicklungsländern kann der Zugang zu Nahrungsmitteln und der Zugang zu Land unsicherer werden (Kaufkraft, Landrechte)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500

Jul 03Jan 04 Jul 04 Jan 05 Jul 05 Jan 06 Jul 06 Jan 07 Jul 07 Jan 08 Jul 08 Jan 09

[EUR/t]

soya oil (GER) rapeseed oil (Ger) sunflower oil (NL) palm oil (NL) wheat (US) maize (US)

Konkurrenzen

2010 2020 2030 2040 2050

Szenarien verstärkter Konkurrenz in Deutschland

HOLZ ( )

Ausbau der energetischen Holznutzung führt zu Konkurrenzen mit Entsorgung stoffliche Nutzung chemische Nutzung

FLÄCHEN ( )

Ausbau der Bioenergie führt zu erhöhtem Flächenbedarf für

Biokraftstoffe chemische Nutzung

Biogas/Festbrennstoffe

Umlenkung Ausweitung teilw. Ablösung der der Stoffströme der Rohstoffbasis? energetischen N.?

Nutzung teilw. Ablösung teilw. Ablösung der von Brachen Biokraftstoffe? energetischen N.?

Agrarexporte

?

Umwelteffekte Unsicherheiten

17

Bioenergie: Reagenzglas des globalen Wandels

ƒ Bioenergie ist die zentrale Schnittstelle zwischen den beiden großen anthropogenen Systemen „Landnutzung“ und „Energieversorgung“

• „Experimentallabor Nachhaltigkeit“

• In beide Richtungen gibt es unrealistische Erwartungen (z.B. degraded lands, extensive Anbausysteme)

ƒ Eine gesonderte Steuerung/Bewertung von Energiepflanzen in der

landwirtschaftlichen Produktion ist nicht sinnvoll (tw. identische Produkte) Æ landwirtschaftliche Produktion muss „ nachziehen“

ƒ Mit zunehmender Bedeutung für die Landnutzung müssen die energie- politischen Instrumente um regional aussagefähige Instrumente erweitert werden

• Umweltinstrumente?

• Raumordnungsinstrumente?

ƒ Dezentrale Konzepte bieten zunehmende Möglichkeiten, die über den Klimaschutz hinausgehen

Weiterentwicklung der Instrumente für Bioenergie

z.B. Ansätze zur Integration von Biokraftstoffen ins Energiesystem:

Anforderungen Ansätze

„Biofuel Directive“

(Æ share of biofuels)

…

Stabilisierung Agrarmarkt Versorgungssicherheit

Signifikante Klimagaseinspar.

Effizienter Ressourceneinsatz Stabilisierung Biodiversität Effizienter Biokraftstoffeinsatz

„Renewable Energy Directive“

(Æ GHG reduction, no-go-areas…)

„Fuel Quality Directive"

Æ decarbonisation strategy

„Emission performance standards for new passenger cars“

Æ Fleet demands

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ƒ Bioenergie wird auch in den kommenden Jahren ausgebaut, dabei wird die Energienachfrage zunehmend zum bestimmenden Faktor

ƒ Grundsätzlich bestehen gute Ausgangsbedingungen: ungenutzte

Biomassepotenziale, vielfältige Anwendungen, teilweise sehr niedrige CO₂-Vermeidungskosten

Æ ABER: Komplexes Gesamtsystem mit vielen Akteuren und Schnittstel- len (Landwirtschaft, Abfallwirtschaft, Energiewirtschaft etc.) bedarf

geeigneter Gestaltung:

• Umfassende Erschließung verfügbarer Reststoffe

• Qualitätsanforderungen entlang der gesamten Kette (v.a. Ressour- cennutzung und Klimagasemissionen)

• Fortschreitende Bioenergiestrategie

• Enge Verzahnung mit agrar- und umweltpolitischen Instrumenten (v.a. Synergien mit der Nahrungsmittelproduktion, Nachhaltige Bedingungen für die gesamte Landwirtschaft)

Deutsches BiomasseForschungsZentrum gemeinnützige GmbH

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Contact:

Dr.-Ing. Daniela Thrän Daniela.Thraen@dbfz.de

Tel. +49(0)341 - 2434 - 435 Fax +49(0)341 - 2434 - 133

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