Die Verbreitung neuer Technologien am Beispiel von Biokraftstoffen in Deutschland

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1 Berichte aus der Volkswirtschaft Isabell Benignus Die Verbreitung neuer Technologien am Beispiel von Biokraftstoffen in Deutschland D 100 (Diss. Universität Hohenheim) Shaker Verlag Aachen 2010

2 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Zugl.: Hohenheim, Univ., Diss., 2010 Copyright Shaker Verlag 2010 Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollständigen Wiedergabe, der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen und der Übersetzung, vorbehalten. Printed in Germany. ISBN ISSN Shaker Verlag GmbH Postfach Aachen Telefon: / Telefax: / Internet: info@shaker.de

3 DANKSAGUNG Mein Dank gilt Herrn Prof. Dr. Michael Ahlheim für die interessante Aufgabenstellung, die weit genug gefasst war, mir nicht die Freiheit bei der Ausgestaltung der Arbeit zu nehmen. Seine stete Diskussionsbereitschaft in den regelmäßigen Talk&Eat Lehrstuhltreffen, vielfältige Unterstützung und mitunter notwendige Diplomatie haben den Erfolg des Promotionsvorhabens getragen. Für die Übernahme des Zweitgutachtens und die fachliche Begleitung und Unterstützung seit meiner Studienzeit bin ich Herrn Prof. Dr. Werner F. Schulz dankbar. Meinen ehemaligen Lehrstuhlkollegen, insbesondere Dr. Ulrike Lehr, Dr. Oliver Frör und Andreas Zahn, sei für ihre immerwährende Diskussions- und Hilfsbereitschaft in allen Phasen der Promotion gedankt. Durch seine bereitwillige Unterstützung bei der orthografischen Überarbeitung der Dissertation hat Markus Lechner wesentlich zur Lesbarkeit der Arbeit beigetragen. Ihm gilt nicht nur mein Dank, sondern auch der des geneigten Lesers. Alle verbleibenden Fehler sind selbstverständlich die meinen. Mein besonderer Dank gilt meiner Familie. Eure Unterstützung gibt mir Kraft, euer Vorbild ist mir Ansporn. Alexander Nolte danke ich für seine unbezahlbare Geduld und sein lächelndes Verständnis. Du bist mit mir den Weg durch die Gezeiten der Promotion gegangen, durch Freude und durch Leid. Danke.

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5 INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG Einführung in das Thema Zielsetzung und Problemstellung Gang der Untersuchung VOLKSWIRTSCHAFTLICHE DIFFUSIONSFORSCHUNG Der Innovationszyklus Einordnung des neoklassischen Modellansatzes in die volkswirtschaftliche Diffusionsforschung Kategorisierung der Einflussfaktoren der Diffusion von Biokraftstoffen Zusammenfassung DIE DIFFUSION VON BIOKRAFTSTOFFEN IM NEOKLASSISCHEN MODELLRAHMEN Die Preisbildung und Preisentwicklung erschöpfbarer Ressourcen Der optimale Abbau erschöpfbarer Ressourcen im Zeitverlauf Aspekte der Verknappung von Erdöl Neoklassische Analyse der Diffusion einer Backstoptechnologie Überlegungen zur Adoption neuer Technologien in Unternehmen Diffusion bei steigenden Grenzproduktionskosten Diffusion bei konstanten Grenzproduktionskosten Zusammenfassung BIOKRAFTSTOFFE ALS ALTERNATIVE ZU FOSSILEN KRAFTSTOFFEN Überblick Rohstoffe und Herstellung ausgewählter Biokraftstoffe Bioethanol Biodiesel Biokraftstoffe der nächsten Generation Die Produkteigenschaften von Biokraftstoffen Relativer Vorteil Kompatibilität Komplexität Erprobbarkeit und Beobachtbarkeit Zusammenfassung I

6 5 DIE STAATLICHE FÖRDERUNG VON BIOKRAFTSTOFFEN Die Förderungswürdigkeit von Biokraftstoffen Die Klimawirkung von Biokraftstoffen Ressourcenschonung und Ressourcenverbrauch Förderung der Landwirtschaft und Arbeitsplatzeffekte Versorgungssicherheit und Erdölabhängigkeit Food vs. Fuel - Die Rivalität um landwirtschaftliche Flächen Schlussfolgerungen Die Förderung von Biodiesel in Deutschland Instrumente zur Förderung der Diffusion von Innovationen Rahmenbedingungen der Förderung von Biokraftstoffen in Deutschland Förderung auf der Produktionsseite Förderung auf der Verwendungsseite Schlussfolgerungen Die Förderung von Bioethanol in Brasilien Die Einführung des Programms Proálcool Die Förderung von Bioethanol in den vier Programmstufen Erfolgsfaktoren des Programms Proálcool Zusammenfassung DER MARKT FÜR BIODIESEL IN DEUTSCHLAND Marktvolumen und Marktentwicklung Der Preis als Bestimmungsfaktor der Biodieselnachfrage Die Datenbasis der Untersuchung Die Bedeutung einer unelastischen Kraftstoffnachfrage für die Untersuchung Analyse des Preis-Mengen Zusammenhangs bei Biodiesel Die Wirkung der staatlichen Förderung auf die Biodieselabsatzmengen Zusammenfassung POLITISCH-ÖKONOMISCHE ZUSAMMENFASSUNG DER UNTERSUCHUNG LITERATURVERZEICHNIS II

7 ABBILDUNGSVERZEICHNIS Abbildung 2.1 Die Objekte im Diffusionssystem...13 Abbildung 3.1 Der optimale Preis- und Extraktionspfad einer erschöpfbaren Ressource...25 Abbildung 3.2 Monopol- und Wettbewerbsextraktion im Vergleich...31 Abbildung 3.3 Zusammensetzung des Diesel Tankstellenpreises und Ölpreiseinfluss...33 Abbildung 3.4 Notierungen Erdöl (Brent) und Diesel...34 Abbildung 3.5 Klassifikation der Erdölvorräte...35 Abbildung 3.6 Schätzungen zum Umfang der verbleibenden Ölreserven Abbildung 3.7 Entwicklung der sicheren Erdölreserven nach Regionen...37 Abbildung 3.8 Entwicklung der sicheren Erdgasreserven nach Regionen...38 Abbildung 3.9 Langfristige Angebotskurve für Erdöl...39 Abbildung 3.10 Regionale Entwicklung der verkehrsbedingten Treibhausgasemissionen...40 Abbildung 3.11 Erdölproduktion 1988 bis Abbildung 3.12 Spotpreise Erdöl (Brent) Europa Abbildung 3.13 Diffusionsphasen einer Backstoptechnologie...56 Abbildung 3.14 Endogener Planungshorizont bei Einführung einer Backstoptechnologie...65 Abbildung 3.15 Veränderung der Preis- und Extraktionspfade bei Einführung einer Backstoptechnologie...70 Abbildung 3.16 Preispfad des reinen Monopolisten im Vergleich zum Referenzszenario...79 Abbildung 4.1 Klassifikation von flüssigen Biokraftstoffen...85 Abbildung 4.2 Die größten Hersteller von synthetischem Ethanol...88 Abbildung 4.3 Produktion von Kraftstoffbioethanol in Brasilien...89 Abbildung 4.4 Ethanolproduktion in den USA...90 Abbildung 4.5 Regionale Produktion von Bioethanol in Brasilien...94 Abbildung 4.6 Anlageninvestitionen Deutschland...99 Abbildung 4.7 Anlageninvestitionen Brasilien...99 Abbildung 4.8 Durchschnittliche Wöchentliche Börsennotierungen Raps Abbildung 4.9 Entwicklung der Herstellkosten für Biodiesel Abbildung 5.1 Emissionsfaktoren von Biokraftstoffen im Lebenszyklus III

8 Abbildung 5.2 CO 2 -Vermeidungskosten von Biodiesel und Erdölpreis (Brent) Abbildung 5.3 EEX Year Futures Coal Abbildung 5.4 EEX Year Futures GUD Natural Gas Abbildung 5.5 CO 2 -Vermeidungskosten von Biokraftstoffen und im EU Emissionshandel Abbildung 5.6 Entwicklung des Call-on-OPEC Abbildung 5.7 Bestimmungsfaktoren und Wirkungszusammenhänge in der Landnutzung Abbildung 5.8 Entwicklung der Lebensmittelpreise (2002 bis 2004 = 100) Abbildung 5.9 Index der EU Ölsaaten Importe (2000 =100) Abbildung 5.10 Veränderung Landnutzung in den USA Abbildung 5.11 Instrumente zur Diffusionsförderung Abbildung 5.12 Bioethanol- und Zuckerproduktion in Brasilien Abbildung 5.13 Verkaufsmenge Bioethanolfahrzeuge im Vergleich Abbildung 6.1 Tankstellenpreise für Diesel und Biodiesel Abbildung 6.2 Dieselpreis und Preis des Biodieseläquivalents Abbildung 6.3 Entwicklung der Produktionskapazitäten für Biodiesel in Deutschland Abbildung 6.4 Biodiesel Produktionskapazitäten in Abhängigkeit vom Mineralölabsatz Abbildung 6.5 Biodieselabsatzmengen nach Erhebungsmethode Abbildung 6.6 Preisdifferenz und Marktanteil Biodiesel (UFOP Methodik) Abbildung 6.7 Preisdifferenz und Marktanteil Biodiesel (BAfA Methodik) Abbildung 6.8 Entwicklung der Marktanteile von Biodiesel Abbildung 6.9 Preisdifferenz der Tankstellenpreise Diesel und Biodieseläquivalent IV

9 TABELLENVERZEICHNIS Tabelle 4.1 Biokraftstoffe für Dieselmotoren: Herkunft und Marktanteile 2005 und Tabelle 4.2 Biokraftstoffe für Ottomotoren: Herkunft und Marktanteile 2005 und Tabelle 4.3 Bioethanolpotential in Deutschland und EU Tabelle 4.4 Bioethanolproduktion in Brasilien...94 Tabelle 4.5 Herstellkosten von Bioethanol in Deutschland und Brasilien Tabelle 4.6 Biodieselpotential in Deutschland und EU Tabelle 4.7 Herstellkosten für Biodiesel in Deutschland Tabelle 4.8 Kraftstoffertrag verschiedener Biokraftstoffe Tabelle 4.9 Technische Eigenschaften von Ethanol und Benzin Tabelle 4.10 Technische Eigenschaften von Biodiesel und Diesel Tabelle 5.1 CO 2 -Vermeidung im Lebenszyklus von Bioethanol als Reinkraftstoff Tabelle 5.2 CO 2 -Vermeidung im Lebenszyklus von Biodiesel als Reinkraftstoff Tabelle 5.3 Emissionen von Diesel und Biodiesel im Lebenszyklus Tabelle 5.4 Steuersätze für Biokraftstoffe in Deutschland Tabelle 5.5 Verwendungsquoten für Biokraftstoffe in Deutschland Tabelle 6.1 Biodieselabsatz in der EU Tabelle 6.2 Anbauflächen und Rapsernten in EU-27 und Deutschland V

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