Produktion und Nutzung von Bioethanol als Kraftstoffkomponente in Deutschland und der Europäischen Union

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Martin Kastenhuber

Produktion und Nutzung von Bioethanol als Kraftstoffkomponente in Deutschland und der Europäischen Union

Diplomarbeit

Technik

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Martin Kastenhuber

Produktion und Nutzung von Bioethanol als Kraftstoff- komponente in Deutschland und der Europäischen Union

Diplom.de

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ID 10167

Martin Kastenhuber

Produktion und Nutzung von

Bioethanol als Kraftstoffkomponente in Deutschland und der

Europäischen Union

Diplomarbeit

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Wirtschafts- und Sozialwissenschaftliche Fakultät Institut für Wirtschaftsgeographie

Oktober 2006

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Martin Kastenhuber

Produktion und Nutzung von Bioethanol als Kraftstoffkomponente in Deutschland und der Europäischen Union

ISBN: 978-3-8366-0167-2

Druck Diplomica® GmbH, Hamburg, 2007

Zugl. Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Erlangen, Deutschland, Diplomarbeit, 2006

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2

Inhalt

Seite

Abkürzungsverzeichnis 6

Abbildungsverzeichnis 9

Tabellenverzeichnis 11

1 Einleitung 12

1.1 Einführung 12

1.2 Definitionen 15

1.3 Pro und Contra Bioethanol 17

2 Bioethanolkonzepte in außereuropäischen Ländern 19

2.1 Brasilien 19

2.1.1 Das Proálcool-Programm 19

2.1.2 Zuckerrohrproduktion und Ethanolerzeugung 22 2.1.3 Der brasilianische Markt für Bioethanol 22 2.1.4 Energie- und Treibhausgasbilanz 24

2.2 USA 25

2.2.1 Das Gasohol-Programm 25

2.2.2 Ethanolerzeugung und Marktentwicklung 26

3 Erzeugung und Verwendung von Bioethanol in der EU 28 3.1 Überblick über den europäischen Kraftstoffmarkt 28

3.1.1 Kraftstoffpreise 28

3.1.2 Fahrzeugbestand 30

3.1.3 Kraftstoffverbrauch 31

3.2 Bioethanolproduktion und Verwendung im europäischen

Kraftstoffsektor 33

3.2.1 Der europäische Markt für Bioethanol 33

(8)

3

3.2.2 Verwendung von Bioethanol in ausgewählten Ländern der EU 36

3.2.2.1 Deutschland 36

3.2.2.2 Großbritannien 38

3.2.2.3 Italien 38

3.2.2.4 Frankreich 39

3.2.2.5 Spanien 41

3.2.2.6 Schweden 42

3.2.2.7 Polen 44

3.2.2.8 Zusammenfassende Betrachtung 44 3.3 Ausblick und Konfliktpotenzial der europäischen

Bioethanolnutzung 46

4 Ethanolerzeugung in Deutschland 48

4.1 Gewinnung aus Zuckerrüben 49

4.1.1 Rohstoffkosten 49

4.1.2 Konversionsprozess 51

4.1.3 Ethanolherstellungskosten 53

4.2 Gewinnung aus Kartoffeln 54

4.2.3 Ethanolherstellungskosten 57

4.3 Gewinnung aus Getreide 57

4.3.1 Überblick des deutschen Getreideanbaus 57

4.3.4 Ethanolherstellungskosten 67 4.4 Vergleichende Betrachtung der Ethanolherstellung bei unter-

schiedlichem Rohstoffeinsatz 68

4.5 Neue Ethanolrohstoffe 71

4.6 Menge und Standorte der deutschen Ethanolproduktion 73

Inhalt

(9)

4

5 Ethanolverwendung im deutschen Kraftstoffsektor 77 5.1 Der deutsche Kraftstoff- und Mineralölmarkt 77

5.1.1 Verteilung und Entwicklung des deutschen

Mineralölverbrauchs 77

5.1.2 Verteilung und Entwicklung des deutschen Kraftstoffver-

brauchs 79

5.1.3 Entwicklung von Mineralölsteuer und Kraftstoffpreisen 83 5.2 Verwendungsmöglichkeiten von Ethanol im Kraftstoffsektor 87 5.2.1 Umwandlung von Ethanol zu ETBE 87 5.2.2 Ethanol als Kraftstoffadditiv 88 5.2.3 Ethanol für Flexible-Fuel-Fahrzeuge 90 5.2.4 Ethanol als Reinkraftstoff 92 5.2.5 Stärken und Schwächen der verschiedenen

Verwendungsformen von Bioethanol 92

5.2.6 Ausblick BtL-Kraftstoffe 94

6 Bedeutende Einflussgruppen auf dem deutschen Bioethanolmarkt 96

6.1 Mineralölindustrie 96

6.1.1 Mineralölwirtschaftsverband 96

6.1.2 BP/Aral 98

6.1.3 Shell 100

6.1.4 Esso 102

6.2 Automobilkonzerne und ihre Kraftstoffstrategien 103

6.2.1 Volkswagen 104

6.2.2 Opel 106

6.2.3 BMW 107

6.2.4 Ford 109

6.3 Bundesregierung 110

6.3.1 Ausgangssituation 110

6.3.2 Kraftstoffstrategie der Bundesregierung 111 6.3.3 Förderpolitik der Bundesregierung 113

Inhalt

(10)

5

6.4 Konsumenten 116

6.4.1 Befragung der VW-AG 116

6.4.2 Eigene Befragung über Bioethanol 117 6.4.2.1 Zielsetzung und Vorgehensweise 117

6.4.2.2 Ergebnisse 118

7 Ökologische Bilanz der Bioethanolnutzung 121

7.1 Treibhausgas-Emissionen 121

7.2 Treibhausgas-Vermeidungskosten 124

8 Ausblick 127

8.1 Ölpreisentwicklung und Profitabilität der Bioethanolerzeugung 127 8.1.1 Entwicklung des Weltenergieverbrauchs 127

8.1.2 Die weltweiten Ölreserven 128 8.1.3 Erdölförderung und -verbrauch weltweit 131 8.1.4 Auswirkungen des Rohölpreises auf die Profitabilität der

Bioethanolerzeugung 131

8.2 Produktionspotenzial bei Bioethanolrohstoffen 133 8.2.1 Überschüsse aus landwirtschaftlicher Produktion 133 8.2.2 Potenzial durch Nutzung der Stilllegungsflächen 134 8.2.3 Gesamtes Bioethanolpotenzial 134

9 Fazit 136

Anhang A (Bioethanoltankstellen) 138

Anhang B (Fragebogen) 142

Anhang C (Auswertung Fragebogen) 144

Literatur- und Quellenverzeichnis 155

Autorenprofil 172

Inhalt

(11)

6

Abkürzungsverzeichnis

ACEA European Automobile Manufactures Association Äq. Äquivalent

BAFA Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle

BayStMLF Bayerisches Staatsministerium für Landwirtschaft und Forsten BBK Bundesverband Biogene und Regenerative Kraft- und Treib-

stoffe e.V.

bbl blue barrel (traditionelles Maß aus der Frühzeit der Ölindustrie, Fassungsvermögen ca. 159 l.)

BfB Bundesmonopolverwaltung für Branntwein BGBl. Bundesgesetzblatt

BIOFRAC Biofuels Research Advisory Council BioKraftQuG Biokraftstoffquotengesetz

BMELV Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz

BtL Biomass to Liquid

BUWAL Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft C Kohlenstoff

CAAA Clear Air Act Amendments CCM Corn-Cob-Mix CNG Compressed Natural Gas

CH4 Methan

CO2 Kohlendioxid

cif cost, insurance, freight D Deutschland

DBV Deutscher Bauernverband DDGS Distillers Dried Grainsincluding Solubles DIN Deutsches Institut für Normung e.V.

DIW Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung DRV Deutscher Raiffeisenverband e.V.

E Spanien

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7

ebio European Bioethanol Fuel Association

EG Europäische Gemeinschaft

EN Europäische Norm

ETBE Ethyl-Tertiär-Butyl-Ether

EU Europäische Union

EWG Europäische Wirtschaftsgemeinschaft EZB Europäische Zentralbank

F Frankreich

FCIO Fachverband der chemischen Industrie Österreichs FCKW Fluorchlorkohlenwasserstoffe

FFV Flexible-Fuel-Vehicle FKW Fluorkohlenwasserstoffe

FNR Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

GAP Gemeinsame Agrarpolitik GB Großbritannien

GJ Gigajoul H Wasserstoff

H2O Wasser

I Italien

IBETECH Italian Bioethanol Technology IEA International Energy Agency

IHK Industrie- und Handelskammer

i.m.a information.medien.agrar e.V.

IPCC Intergovernmental Panel of Climate Change KBA Kraftfahrt-Bundesamt

kPa Kilopascal

LfL Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft LLM Landesstelle für landwirtschaftliche Marktkunde LPG Liquefied Natural Gas (Flüssiggas)

mb Millionen Barrel

MTBE Methyl-Tertiär-Butyl-Ether MWV Mineralölwirtschaftsverband

Abkürzungsverzeichnis

(13)

8

N2O Lachgas

O Sauerstoff

OECD Organisation for Economic Co-operation and Development OPEC Organisation of Oil Exporting Countries

o.V. ohne Verfasserangabe PL Polen

PME Pflanzenöl-Methyl-Esther RME Raps-Methyl-Esther S Schweden

TARIC Integrierter Zolltarif der Europäischen Gemeinschaft THG Treibhausgas

TOE Tonne Öläquivalent

UEPA European Union of Ethanol Producers USA United States of America

USDA United States Department for Agriculture USDA United States Department for Agriculture VDA Verband der Automobilindustrie e.V.

VDI Verein Deutscher Ingenieure e.V.

VO Verordnung Vol. Volumen

WKN Wertpapierkennnummer

WZV Wirtschaftliche Vereinigung Zucker ZMP Zentrale Markt- und Preisberichtstelle GmbH

Abkürzungsverzeichnis

(14)

9

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Verwendung des weltweit geförderten Erdöls, 2001 13 Abb. 2: Darstellung eines Ethanolmoleküls 15 Abb. 3: Aufteilung der globalen Ethanolproduktion, 2004 19 Abb. 4: Neuzulassungen von PKWs nach Kraftstoffart in Brasilien 20 Abb. 5: Einflussfaktoren des brasilianischen Bioethanolmarktes 23 Abb. 6: Entwicklung von Zucker-, Ölpreis und brasilianischer

Ethanolproduktion 24

Abb. 7: Preiskomponenten in Europa für Euro Super 95 in 2005 29 Abb. 8: Preiskomponenten in Europa für Dieselkraftstoff in 2005 30 Abb. 9: In der EU-15 zugelassene PKW nach Kraftstofftyp im Jahr 2004 31 Abb. 10: Ottokraftstoffverbrauch der EU-25 im Jahr 2005 32 Abb. 11: PKW-Verkehr in Mrd. Personen-km pro Jahr 36 Abb. 12: EU-Bioethanolproduktion nach Rohstoffen 2005 34 Abb. 13: Verbrauch und Produktion von Kraftstoffethanol in Europa 2005 35

Abb. 14 Regionale Gliederung 49

Abb. 15: Verfahrensschema zur Ethanolerzeugung aus Zuckerrüben 52 Abb. 16: Konzentration des deutschen Getreideanbaus 2005 58 Abb. 17: Getreideanbaufläche in Deutschland in 1.000 ha, 2005 59 Abb. 18: Entwicklung der Getreideernten von 1999 bis 2004 in 1.000 t 61 Abb. 19: Deutsche Erzeugerpreise für Getreide in €/t 63 Abb. 20: Verfahrensschema zur Ethanolerzeugung aus Getreide 65 Abb. 21: Preisentwicklung von Sojaschrot und Cornglutenfeedpellets 67 Abb. 22: Flächenproduktivität verschiedener Ethanolrohstoffe 69 Abb. 23: Ethanolerzeugung nach Rohstoffen 2004/2005, Menge: 302.850 m³ 74 Abb. 24: Bioethanolanlagen in Deutschland 75 Abb. 25: Mineralölabsatz in Deutschland für das Jahr 2005 in Mio. t 78 Abb. 26: Entwicklung des deutschen Mineralölverbrauchs von 1975 bis 2005 79 Abb. 27: Primärkraftstoffverbrauch in Deutschland, Jahr 2005 in Prozent 80 Abb. 28: Prognose des Primärkraftstoffverbrauchs in Deutschland bis 2025 81

(15)

10

Abb. 29: Marktgewichteter Kraftstoffverbrauch von PKW aus deutscher

Produktion 82

Abb. 30: Entwicklung der Mineralölsteuersätze seit 1985 84 Abb. 31: Zusammensetzung der Kraftstoffpreise an deutschen Zapfsäulen 86 Abb. 32: Zusammenhang von Benzinpreis, Steuersatz und Rohölpreis 86 Abb. 33: Die Kraftstoffstrategie von BP/Aral 100 Abb. 34: Kraftstoffoptionen der Shell Deutschland Oil 101 Abb. 35: Neuzulassungen von PKW nach Marken Januar bis Juni 2006 103 Abb. 36: Die Kraftstoffstrategie des Volkswagen-Konzerns 104 Abb. 37: Dreifach-Strategie der Adam Opel GmbH 106 Abb. 38: Kraftstoffstrategie des BMW-Konzerns 108 Abb. 39: Alternative Antriebe bei Ford 109 Abb. 40: Kraftstoffstrategie der Bundesregierung 112 Abb. 41: Umfrage der VW AG zum Thama Automobil und Umwelt 117 Abb. 42: Aufteilung der gesamten Befragungsteilnehmer 118 Abb. 43: Ungeschlossener CO2-Kreislauf 122 Abb. 44: Treibhausgas-Emissionen bei Nutzung von Bioethanol und Benzin

in einem PKW mit Verbrennungsmotor 123 Abb. 45: Treibhausgas-Vermeidungskosten verschiedener Studien 125 Abb. 46: Wachsender Weltenergiebedarf in Mrd. TOE pro Jahr 127 Abb. 47: Die zehn ölreichsten Länder der Welt, Reserven 2006 in Mrd. t 128 Abb. 48: Entwicklung der Welt-Erdölnachfrage in Mio. t pro Jahr 130 Abb. 49: Entwicklung des Welt-Erdölangebots in Mio. t pro Jahr 130

Abbildungsverzeichnis

(16)

11

Tabellenverzeichnis

Tab. 1: Pro und Contra Bioethanol 18 Tab. 2: Kennzahlen zur Beurteilung des Bioethanolmarktes in ausge-

wählten Ländern der EU 45

Tab. 3: Produktionskosten für Zuckerrüben in Deutschland nach

Regionen 50

Tab. 4: Produktionskosten für Zuckerrüben in Deutschland und

durchschnittliche Rübenerträge 50

Tab. 5: Durchschnittliche Ethanolproduktionskosten aus Zuckerrüben 54 Tab. 6: Produktionskosten von Stärkekartoffeln 55 Tab. 7: Ethanolproduktionskosten aus Kartoffeln 57 Tab. 8: Ethanolproduktionskosten aus Weizen, Roggen und Mais 68 Tab. 9: Kennzahlen verschiedener Ethanolrohstoffe 69 Tab. 10: Stärken und Schwächen landwirtschaftlicher Rohstoffe für die

Ethanolerzeugung 70

Tab. 11: Ausbauziele der EU für alternative Kraftstoffe 83 Tab. 12: Sukzessive Erhöhung des Steuersatzes für Biodiesel 85 Tab. 13: Stärken und Schwächen der Verwendungsformen von Bioethanol 93 Tab. 14: Zusammenfassung Kraftstoffmatrix der Bundesregierung 111 Tab. 15: Preisvor- und -nachteil von Bioethanol gegenüber Ottokraftstoff in

Abhängigkeit des Rohölpreises 132

Tab. 16: Potenzial der deutschen Bioethanolerzeugung 135

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12

1 Einleitung

1.1 Einführung

Bis Mitte des 19. Jahrhunderts war Biomasse – überwiegend Holz – die bedeutendste Rohstoffquelle der Menschheit. Da Holz jedoch nur langsam nachwächst, traten bald eine Übernutzung und eine ernste Krise ein. Durch den Übergang auf fossile Energieträger – anfangs Kohle, später zunehmend Erdöl und Erdgas – wurden die Voraussetzungen für die industrielle Entwicklung geschaffen, jedoch wurde gleichzeitig das Dilemma der sich erschöpfenden Rohstoffressourcen eingeleitet (E^L B^ASSAM 1998). Der durch das stetige Bevölkerungswachstum, die Industrialisierung und Globalisierung hervorgerufene weltweit steigende Energiebedarf kann allein durch fossile Energieträger und Kernenergie langfristig nicht gedeckt werden. Die Exploration und Nutzung der natürlichen Erdöl- und Erdgasvorkommen verursacht bereits seit geraumer Zeit erhebliche ökologische Probleme. Sämtliche fossile Energieträger entstammen einer längst vergangenen Zeit und haben Jahrmillionen bis zu ihrer Entstehung benötigt. Der ursprünglich in der Atmosphäre vorhandene Kohlenstoff wurde in Pflanzen und Tieren gebunden und nach deren Absterben allmählich in tieferen Erdschichten eingeschlossen. Seit der Industriellen Revolution werden nun diese Kohlenwasserstoffverbindungen durch Verbrennung wieder in die Atmosphäre zurückgeführt. Das Problem dieses – im eigentlichen Sinne natürlichen – Vorgangs ist jedoch die Geschwindigkeit, mit der er abläuft. Den heutigen Lebensformen auf der Erde steht für einen Anpassungsprozess kein angemessener Zeitraum zur Verfügung. Angesichts der Tatsache, dass der über Jahrmillionen gespeicherte Kohlenstoffanteil innerhalb von nur wenig mehr als 100 Jahren wieder freigesetzt wird, ist es nicht verwunderlich, dass das komplizierte natürliche Gleichgewicht dabei aus der Balance geraten kann (G^EITMANN 2005, S. 14 ff.). Neben möglichen Klimaveränderungen birgt auch die Abhängigkeit der Öl importierenden Länder von den Fördernationen ein stetig wachsendes Konfliktpotenzial. Alexander King, ehemaliger Präsident des „Club of Rome“ beschreibt die Krise folgendermaßen:

„Wir nähern uns einem Punkt, wo der Energieverbrauch für Exploration und Förderung außerhalb des Nahen Ostens höher ist als die Energie, die aus dem

(18)

13

Eigene Darstellung, Quelle: FCIO 2001

geförderten Öl gezogen wird. Unsere Volkswirtschaften müssen mit Energiebilanzen gelenkt werden und nicht nach monetären Größen. Geld ist relativ und vergänglich, Energie ist essentiell und ewig. Wir müssen begreifen, dass die Rohstoff-, Nahrungsmittel-, Bevölkerungs-, Klima- und Umweltprobleme zusammenhängen“ (zitiert in EL BASSAM 1998). Durch den Einsatz natürlicher, nachwachsender Ressourcen bietet sich endlich die Chance, die stoffliche und energetische Bilanz unserer Erde wieder in das notwendige Gleichgewicht zu rücken. Darüber hinaus kann bei einer effektiven Nutzung nachwachsender Rohstoffe auch mit einem langfristigen Wirtschaftswachstum und mit Erhöhungen der Produktionskapazitäten gerechnet werden. Momentan stellt sich die Lage beim Energieverbrauch so dar, dass der gesamte Verkehrssektor (inklusive Gütertransport sowie Flugzeug- und Schiffsverkehr) mit 46 % knapp die Hälfte des weltweit geförderten Erdöls vereinnahmt (siehe Abb. 1).

Abb. 1: Verwendung des weltweit geförderten Erdöls, 2001

Dabei wird sich laut einer Studie der Vereinten Nationen die weltweite Automobilflotte von derzeit 800 Mio. Pkw und Nutzfahrzeugen bis zum Jahr 2030 auf 1,6 Mrd. noch verdoppeln. Verschiedene Klimamodelle prognostizieren aufgrund des dadurch steigenden CO2-Ausstoßes eine Erhöhung der globalen Temperatur um 2,8 bis 5,2 °C in den nächsten 100 Jahren (IPCC 1996). Um dieser Problematik entgegenzuwirken, hat sich die Europäische Union im Rahmen des

1 Einleitung

Heizung, Elektrizität, Prozessenergie Treibstoffe

Chemische Industrie

46 %

12 %

42 %