Die Rolle der Bioenergie in der künftigen Energieversorgung Das Smart-Bioenergy-Concept

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1 Die Rolle der Bioenergie in der künftigen Energieversorgung Das Smart-Bioenergy-Concept Prof. Dr.-Ing. Daniela Thrän 1. Hammer Bioenergietage Hochschule Hamm-Lippstadt

2 Die Bioenergie-Zeitreise bis heute Ältester Tonofen In Japan fand man aus der Schnurabdruck- Kultur die ersten gebrannten Zeremonialgefäße an etwa Fundstellen Ältester Eisenofen Nutzung von nickelfreiem, also terrestrischen Eisen in Mesopotamien, belegt durch einen Älteste (Bio) Gasnutzung nickelfreien Eisendolch mit Bronzegriff, der im heutigen Irak gefunden wurde. Ältester Motorenkraftstoff Erstmals in China. Nikolaus Otto verwendet bereits Spiritus (Kartoffelsprit, Agraralkohol, heute als Bio- Ethanol bezeichnet) Quelle: Effiziente Technologien Moderne Bioenergie Erste Resultate der Bioenergieforschung in der EU (Biogasanlagen in Europa) Quelle: Biogasanlage in Allerhop, 1951 Palz,W. (Hrsg) : Neue Energien et. al. Erster Sturzbrandofen Quelle: Stunde 0 Quelle: _ v. Chr. Quelle: / lilycake/mesopotamia und v. Chr. Quelle. oilandgasprocessing.blogspot.co m 500 v. Chr. Quelle: er Jahre Quelle: Verweis Folie Quelle: Universität Leipzig, Xeoos 2010 I N N O V A T I O N F O R T S C H R I T T 2

3 Primärenergieverbrauch in Deutschland im Jahr 2014 Quelle: BMWi, AGEE-stat: Erneuerbare Energien in Zahlen, Stand Februar

4 Entwicklung der Erneuerbaren Energien in Deutschland Quelle: BMWi, AGEE-stat: Erneuerbare Energien in Zahlen, Stand Februar

5 Verteilung der Biomasseanlagen in Deutschland 2014 Biomasse(heiz)kraftwerke / Vergasungsanlagen, (ohne Kleinst-KWK-Anlagen) Biogasanlagen Produktionsanlagen für Biokraftstoffe Quellen: Monitoring [ ] Stromerzeugung aus Biomasse, 2012 & 2014; Monitoring [ ] Biokraftstoffsektor, DBFZ

6 Die Rolle der Bioenergie bisher Quelle: Janusz Klosowski/pixelio.de Kraftstoff modern Klimafreundlich 50% der Klimagaseinsparu ng aus EE in Deutschland Hochwertig anspruchsvolle Energieformen können ersetzt werden Strom, KWK modern Wärme modern Wärme traditionell Effizient in modernen Systemen (ABER: weltweit liegt der Nutzungsgrad der Bioenergie bei unter 30% ) Komplex Teil der globalen Kohlenstoffström e mit all seinen Wechselwirkunge n (Klima, Nahrung, Agrarproduktion etc.) 0 EJ/a Primärenergie EJ/a Sekundärenergie 6

7 Die Komplexitätsfalle Ziele Sektoren Herausforderungen Klimaschutz Versorgungssicherheit Innovation Entwicklung ländlicher Räume Bioökonomie Artenerhalt Nachhaltigkeitsindikatoren Land-/Forstwirtschaft Verarbeitende Industrie Maschinenbau Energiewirtschaft Abfallwirtschaft Flächenkonkurrenz Hohe Kosten Indirekte Emissionen Global (GBEP), europäisch (RED), national (NachhaltV), Industrie (INRO) 7

8 Die Rolle Der Bioenergie - künftig 8

9 Smart Bioenergy - Die Vision Quelle: Thrän: Smart Bioenergy,

10 Perspektiven und Synergieeffekte integrierter Bioenergiebereitstellung Innovative Bioenergie - träger Innovative Produkte Fest, flüssige und gasförmige Bioenergieträger aus integrierter Bereitstellung mit definierten Produktqualitäten und effizienten supply chains für künftige Märkte Umfassende Nachhaltigkeitsstandards für alle Biomassen als Voraussetzung für eine nachhaltige Bioökonomie Smarte Bioenergie - bereitstellung Emissionsarme, effiziente Konversionssysteme in kleineren Einheiten mit kurzen Reaktionszeiten und zielgerichteter Regelung Instrumente zur Unterstützung des Marktzugangs bestehender & neuer Anlagen basierend auf dem Mehrwert flexibler Bioenergie Zielgerichtete Bioenergie - nutzung Versorgungskonzepte aus Bioenergie und anderen Erneuerbaren Energien (z. B. Power-to-Gas) als integrierte Konzepte der Bioökonomie Bioenergiestrategie als Teil der Bioökonomie unterstützt durch Monitoring der Rohstoffbasis und verwendung 10

11 Die Rohstoffbasis: Fokus Reststoffe 151,1 Mio. t TS Theoretisches Potenzial - 43,1 Mio. t TS nicht nutzbar (Restriktionen) - 09,7 Mio. t TS unklare Datenlage = 98,4 Mio. t TS Technisches Potenzial - 29,7 Mio. t TS Stoffliche Nutzung - 26,9 Mio. t TS Energetische Nutzung (425 PJ) - 07,3 Mio. t TS Stoffl. oder energ. N. - 03,5 Mio. t TS Nutzung unklar = 30,9 Mio. t TS Ungenutztes Potenzial = 448 PJ bei energetischer Nutzung (Abweichungen durch Rundung) Quelle: Brosowski et al

12 Die Rohstoffbasis - ungenutzte biogene Reststoffe in Deutschland Quelle: Brosowski et al

13 3. Energiepflanzenanbau - Leitplanken z.b. EU-Richtlinie Erneuerbare Energien (EU RED) Nachhaltigkeitskriterien zunächst nur für Biokraftstoffe und flüssige Brennstoffe Nachhaltige Landwirtschaft Für Europa sind die Cross-Compliance - Regelungen maßgeblich (Standards in den Bereichen Umwelt- und Tierschutz, Pflanzen- und Tiergesundheit) Bei Biomasseerzeugung außerhalb der EU muss vergleichbarer Standard eingehalten werden Schutz von Lebensräumen Kein Anbau von Biomasse auf Flächen mit: Hohem Wert für die biologische Vielfalt (z. B. Primärwälder, Naturschutzflächen, natürliches Grünland) Hohem ober- oder unterirdischen Kohlenstoffbestand (Feuchtgebiete, kontinuierlich bewaldete Gebiete) Torfmoor Treibhausgas- Minderungspotenzial 35 % ab Inkrafttreten bzw. 50 % ab 2017 bzw. 60 % ab 2017 für Neuinstallationen im Vergleich zum fossilen Referenzkraftstoff (Diesel oder Ottokraftstoff) Quelle: DBFZ z.b. EEG Begrenzung des Maiseinsatzes 13 13

14 kwel kwel kwel Flexible Biogasbereitstellung Fütterungsmanagement BHKW 2 Gasspeicher Gasspeicher 2 Gärrestlager BHKW 1 Stromnetz Gärsubstrat Fermenter Wärmespeicher Wärmenetz Gasproduktion Füllstand Gasspeicher Stromeinspeisung :00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 Gasproduktion 0 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 Füllstand max. Vol. Gasspeicher 1 max. Vol. Gasspeicher 2 0 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 Einspeisung BHKW 1 BHKW

15 Die künftige Rolle der Bioenergie Szenarienbeispiele für einen künftigen Technologiemix zur Erreichung verschiedener Bioenergieziele Quelle: Meilensteine 2030, Endbericht 15

16 Smart Bioenergy Integrierte Versorgung Quelle: Thrän: Smart bioenergy,

17 Perspektiven für Bioenergie in Deutschland Eine mögliches Entwicklungsszenario bis 2050 (indikativ) Quelle: Abschlussbericht Verbundvorhaben Meilensteine 2030 : /ergebnisse.html 17

18 Die künftige Rolle der Bioenergie ausgewählte Meilensteine für 2030 I. Nachhaltige Landnutzung ist Voraussetzung II. III. IV. Monitoring von Landnutzung, Kohlenstoffinventaren und Treibhausgasemissionen ist im Rahmen der Bioökonomie etabliert Entwicklungsstrategie für Biogas / Biomethan (Post-EEG Strategie) ist implementiert Wärmebereitstellung aus Biomasse beinhaltet zunehmend innovative Konzepte im Rahmen einer Wärmestrategie V. Vergasungstechnologien sind verfügbar VI. VII. Leitplanken für die Mitverbrennung von Holz sind gesetzt Differenzierte Biokraftstoffstrategie ist implementiert VIII. Lignozelluloseaufschluss von Stroh ist im Markt etabliert und hinsichtlich der Nutzungsoptionen priorisiert IX. Umgang mit Abfällen innerhalb der Kreislaufwirtschaft ist geklärt X. Bioenergie im Verbund etablieren 18

19 Zusammenfassung Die künftige Bioenergieforschung muss den Systemübergang von der modernen zur smarten Bioenergiebereitstellung ebnen Innovative Verfahren, Koppel- und Kaskadennutzung, präzise und flexibel regelbare Anlagen und integrierte Versorgungskonzepte sind wichtige Komponenten; ihre Entwicklung braucht verlässliche Rahmenbedingungen Bioenergie trägt wesentlich zum Klimaschutz bei; die komplexe Einbindung erfordert weitere Indikatoren und regelmäßige Berichterstattung Nachhaltige Rahmenbedingungen werden bei der Biomassenutzung zunehmend wichtig; Bioenergie ist hier Vorreiter für die Bioökonomie Source: Stadtwerke Greven 19

20 Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Daniela Thrän Leiterin Department Bioenergie (BEN) Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH UFZ Bereichsleiterin Bioenergiesysteme (Bereich BS) Deutsches Biomasseforschungszentrum ggmbh - DBFZ Torgauer Straße 116 / D Leipzig / Tel.: +49 (0) / Fax: