Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek:

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2 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Dieses Werk sowie alle darin enthaltenen einzelnen Beiträge und Abbildungen sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsschutz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlages. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen, Auswertungen durch Datenbanken und für die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme. Alle Rechte, auch die des auszugsweisen Nachdrucks, der fotomechanischen Wiedergabe (einschließlich Mikrokopie) sowie der Auswertung durch Datenbanken oder ähnliche Einrichtungen, vorbehalten. Copyright 2009 Diplomica Verlag GmbH ISBN:

3 Tobias Bühler Biokraftstoffe der ersten und zweiten Generation Eine umwelt- und innovationsökonomische Potentialanalyse Diplom.de

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5 Diplomarbeit Tobias Bühler Biokraftstoffe der ersten und zweiten Generation Eine umwelt- und innovationsökonomische Potentialanalyse Diplom.de

6 Tobias Bühler Biokraftstoffe der ersten und zweiten Generation Eine umwelt- und innovationsökonomische Potentialanalyse ISBN: Herstellung: Diplomica Verlag GmbH, Hamburg, 2009 Zugl. Universität Augsburg, Augsburg, Deutschland, Diplomarbeit, 2009 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Die Informationen in diesem Werk wurden mit Sorgfalt erarbeitet. Dennoch können Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden und der Verlag, die Autoren oder Übersetzer übernehmen keine juristische Verantwortung oder irgendeine Haftung für evtl. verbliebene fehlerhafte Angaben und deren Folgen. Diplomica Verlag GmbH Hamburg 2009

7 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis...V Tabellenverzeichnis...VI Abkürzungsverzeichnis... VII 1. Einleitung Ausgangslage Zielsetzung Vorgehensweise Thematische Abgrenzung Räumliche Abgrenzung Abgrenzung hinsichtlich der Nutzung Erneuerbare Energien Nachhaltigkeit Primärenergieverbrauch in Deutschland Biokraftstoffe unter den erneuerbaren Energien Definitionen Energieträger Biomasse Kraftstoffe Biokraftstoffe Erste Generation Zweite Generation Gründe für die Bereitstellung von Biokraftstoffen Versorgungssicherheit Klimaschutz Nachhaltige Energiebereitstellung Biomassepotential Nutzungsmöglichkeiten Entwicklung der Anbauflächen Politische und rechtliche Rahmenbedingungen Europäische Gesetzgebung Nationale Gesetzgebung Energiesteuergesetz Biokraftstoffquotengesetz Zertifizierung von Biokraftstoffen III

8 Inhaltsverzeichnis 8. Profile ausgewählter Biokraftstoffe Pflanzenöl Biodiesel Bioethanol aus Zucker und Stärke Biogas/Biomethan Ethanol aus Zellulose Synthetische Biokraftstoffe Wasserstoff aus Biomasse Umweltökonomische Potentialanalyse Relevante Vergleichs- und Bewertungskriterien Bruttokraftstoffertrag/Flächenproduktivität Nettoenergieertrag Erzeugungspotential Produktionskosten Wettbewerbsfähigkeit Treibhausgasemissionen Kosten der Treibhausgasvermeidung Gesamtwirtschaftliche Effekte der Biokraftstoffproduktion in Deutschland Einkommens- und Beschäftigungseffekte Flächenkonkurrenz Flächenbindung und Rohstoffbedarf Steuerausfall durch die Biokraftstoffverwendung Innovationsökonomische Potentialanalyse Begriffserklärung Innovation Technologiepolitik in Deutschland Stand der Technik Bioliq-Prozess des Forschungszentrums Karlsruhe SunFuel der Firma Choren Industries GmbH EcoEthanol der Iogen Corporation Wasserstoff & Brennstoffzellen Patentschutz Kritische Würdigung Fazit Literaturverzeichnis IV

9 Abbildungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: CO 2 Emissionen nach Sektoren in Prozent (2005)... 8 Abbildung 2: Struktur des Primärenergieverbrauchs 2006 in Deutschland in Prozent Abbildung 3: Bedeutung der Biokraftstoffe unter den erneuerbaren Energien 2006 in Prozent Abbildung 4: Von der Biomasse zum Kraftstoff Abbildung 5: Die zehn größten Förderländer Abbildung 6: Die zehn größten Verbraucherländer Abbildung 7: Das Energiedreieck Anforderungen an eine nachhaltige Energieversorgung Abbildung 8: Möglichkeiten der Energiebereitstellung aus Biomasse Abbildung 9: Entwicklung des Anbaus von Rohstoffpflanzen Abbildung 10: Nachhaltigkeitszertifikate Abbildung 11: Pflanzenölgewinnung in Anlagen im kleinen Leistungsbereich Abbildung 12: Umesterung von Rapsöl zu Biodiesel Abbildung 13: DIN-Plakette und das Qualitätssiegel der AGQM Abbildung 14: Nutzergruppen von Biodiesel in 1000 Tonnen Abbildung 15: Herstellungsprozess von Bioethanol Abbildung 16: Herstellung von Bioethanol aus Zellulose Abbildung 17: Verfahrensschema zur Herstellung von BtL-Kraftstoffen Abbildung 18: Herstellung von Wasserstoff aus Biomasse Abbildung 19: Direkte und indirekte Energieumwandlung Abbildung 20: Bruttokraftstofferträge von Biokraftstoffen in GJ/ha Abbildung 21: Kraftstoff-Erträge je Hektar Abbildung 22: Nettoenergieerträge von Biokraftstoffen in GJ/ha Abbildung 23: Prognose des Mineralölverbrauchs in Deutschland bis Abbildung 24: Rohstoffkosten für die Biodieselproduktion im Jahr Abbildung 25: Preisvergleich Biokraftstoffe Abbildung 26: Supply Chain von Biokraftstoffen Abbildung 27: Flächennutzung in Deutschland in Millionen Hektar Abbildung 28: Verwendungskonkurrenz zwischen Biokraftstoffen und Nahrungsmitteln 75 Abbildung 29: Der Innovationsprozess erneuerbarer Energien Abbildung 30: Verbreitungsmuster ökologischer Innovationen Abbildung 31: Verfahrensschritte des bioliq-verfahrens Abbildung 32: Verfahrensschema des Carbo-V-Verfahrens Abbildung 33: Vereinfachtes Verfahrensschema des Iogen-Prozesses V

10 Tabellenverzeichnis Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Leitlinien für eine nachhaltige Energieversorgung Tabelle 2: Übersicht über die Herkunft von Biomasse Tabelle 3: Mindestanteile von Biokraftstoffen Tabelle 4: Eigenschaften von Pflanzenölen Tabelle 5: Eigenschaften von Biodiesel Tabelle 6: Eigenschaften von Bioethanol Tabelle 7: Rohstofferträge zur Herstellung von Bioethanol Tabelle 8: Eigenschaften von Biomethan Tabelle 9: Erzeugung beziehungsweise Erzeugungspotentiale von Biokraftstoffen Tabelle 10: Produktionskosten für Biokraftstoffe Tabelle 11: Break-Even-Point von Biokraftstoffen in US-Dollar/Barrel Tabelle 12: Treibhausgasemissionen bei biogenen Kraftstoffen Tabelle 13: Vermeidungskosten von Biokraftstoffen Tabelle 14: Beschäftigung durch Biomasse- und Biokraftstoffbereitstellung in Deutschland Tabelle 15: Flächenbedarf zur Erreichung des EU-Ziels in Deutschland bei einer Produktion ausschließlich mit deutschen Rohstoffen VI

11 Abkürzungsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis C Grad Celsius AGQM Arbeitsgemeinschaft Qualitätsmanagement Biodiesel e.v. B5 Biodiesel, Ziffer gibt den Biodieselanteil an BMELV Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz BMU Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit BtL Biomass-to-Liquid BZ Brennstoffzelle bzw. beziehungsweise ca. Circa CtL Coal-to-Liquid CO 2 Kohlenstoffdioxid (chemische Formel) d. h. das heißt DIN Deutsches Institut für Normung DME Dimethylether E5, E85 Bioethanol, Ziffer gibt den Bioethanolanteil an EEG Erneuerbare-Energien-Gesetz ETBE Ethyl-Tertiär-Butyl-Ether etc. et cetera FAME Fetty Acid Methyl Ester FFVs Flexible Fuel Vehicles FNR Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe FT Fischer-Tropsch GJ Giga Joule GtL Gas-to-Liquid ha Hektar H 2 Wasserstoff (chemische Formel) H 2 O Wasser (chemische Formel) IEA Internationale Energieagentur k.a. keine Angabe kg Kilogramm km/h Kilometer pro Stunde KW Kilowatt KWK Kraft-Wärme-Kopplung l Liter m 3 Kubikmeter MTBE Methyl-Tertiär-Butyl-Ether MW Megawatt O 2 Sauerstoff (chemische Formel) O/I-Verhältnis Output/Input-Verhältnis RME Rapsmetyhlester S. Seite t Tonne THG Treibhausgase UFOP Union zur Förderung von Öl- und Proteinpflanzen vgl. vergleiche z. B. zum Beispiel VII