Lösungsansätze zur Reduzierung von Nutzungskonkurrenzen

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1 Deutsches BiomasseForschungsZentrum German Biomass Research Centre Lösungsansätze zur Reduzierung von Nutzungskonkurrenzen Daniela Thrän Bernburg, 05. Oktober 2009 Sources: Präsentation von Projektzwischenergebnissen Identifizierung von Nutzungskonkurrenzen, gefördert durch das Deutsches BiomasseForschungsZentrum gemeinnützige GmbH, Torgauer Str. 116, D Leipzig,

2 Ausgangssituation Rolle der Bioenergie Bioenergie ist das Rückgrat der erneuerbaren Energien 85% der erneuerbaren Energie basieren auf Biomasse Hauptsächlich Wärme- und Stromproduktion (90%) Energiepflanzenanbau noch gering (30 Mio. ha in 2008) share of RE on primary energy demand % 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Geothermal energy Wind / Solar / PV Hydropower Biomass World BR SE AT EU US F DE Sources: IEA (2008), BMU (2008), EIA (2008), Eurostat (2008)

3 Ausgangssituation Stand der Biomassenutzung In Deutschland wird ca. die Hälfte des Potenzials genutzt (gleiches gilt für Europa) Inland Importe Brennstoffherkunft Strom Wärme (H)KW Biogas/Pöl. Biokraftstoffe Gegenwärtiger Brennstoffeinsatz Wald(rest)holz Industrie- Subsrest-/Alt- trate holz Stroh 800 [PJ/a] DBFZ 2009 Inländisches Brennstoffpotenzial Energiepflanzen (min/max) Brennstoffpotenzial und Brennstoffnutzung DE 2007/2008 in PJ/a

4 Ausgangssituation Ziele der Bioenergienutzung Die Nutzung von Bioenergie verfolgt unterschiedliche Ziele Klima- und Ressourcenschutz - Zugang zu Energie Versorgungssicherheit - Neue Quellen für neuen Bedarf - Gesicherte Rohstoffbasis Lokaler Umweltschutz - Volkswirtschaftl. Tragfähigkeit Armutsbekämpfung -. Entwicklung ländlicher Räume Exportinteressen (Rohstoffe / Technologien) Aus den Zielen ergeben sich Zielkonflikte für den Ausbau (Energieformen Technologien Rohstoffe) Vor allem Biotreibstoffe stellen weltweit einen neuen Rohstoff- Faktor dar und nur in ausgewählten Ländern einen Meilenstein für den Klimaschutz

5 Ausgangssituation Biokraftstoffziele weltweit In vielen Regionen der Welt wird eine Vervielfachung der Biokraftstoffnutzung forciert Biofuel Targets 2020/Production 2008 [PJ/year] Biofuel targets Biofuel production Land requirement (min.) Zukünftig wird ein verstärkter Handel mit Land flüssigen requirement (max.) Biokraftstoffen aber 50 auch fester Biomasse 3000 erwartet Die günstigen Bedingungen zur Biomasseproduktion 2500 in tropischen Regionen verstärken 40 diesen Effekt (Zuckerrohr, Palmöl, Eucalyptus) US IN EU CN BR AU MY Land Requirement 2020 [mio. ha/year] Regionale Ziele haben globale Effekte 5

6 Ausgangssituation Ökologische Risiken Zunahme von klimawirksamen und anderen Emissionen durch Intensivierung der Landwirtschaft Zerstörung von natürlichen Ökosystemen und Lebensräumen, Verlust von Biodiversität Starke Emissionen im Zuge von direkten und indirekten Landnutzungsänderungen Photos: 6

7 Ausgangssituation Risiko Teller- oder-tank-debatte Einflussfaktoren auf Nahrungsmittelpreise Bioenergie steigende Preise für landw. Hilfsmittel geringe Investitionen in Landwirtschaft Handelsbarrieren geringe Vorräte steigende Bevölkerung Spekulation climate change Änderung von Ernährungsgewohnheiten Einfluss der Bioenergie auf steigende Nahrungsmittelpreise OECD (maize) IFPRI Mitchell (WB) USDA OECD (vegetable oils) 0% 25% 50% 75% 100% Sources: IFPRI (2008), OECD (2008), Mitchell (2008), USDA (2008), WGBU (2008) 7

8 Ausgangssituation Schlussfolgerungen Bioenergie wird bereits vielfältig genutzt und dynamisch ausgebaut Gegenwärtig werden Strom, Wärme und Kraftstoffnutzung parallel forciert technologisch bedingt wirken die Förderinstrumente teilweise (zu) stark in den agrarpolitischen Bereich hinein Teilweise vollzieht sich der Ausbau aufgrund von Marktbedingungen (z.b. Wärme / Zugang zu Energie in Schwellenländern) Der Ausbau der Biokraftstoffnutzung hat besondere globale Dimensionen (ambitionierte Ziele, sensible Rohstoffbasis, Nutzbarkeit globaler Infrastrukturen für den Handel) Eine abgestimmte Strategie steht noch aus, ist aber wegen es komplexen Zielsystems schwierig realisierbar

9 Bioenergie Vom Wesen der Konkurrenzen 1. Vielfalt in der Landschaft 2. Innovation in der Technik 3. Synergieoptionen zwischen verschiedenen Anwendungen 4. Zielgerichteter Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung 1. Steigende Rohstoffpreise und stillstehende Anlagen? 2. Umweltbeeinträchtigungen? 3. Gefahren für die Ernährungssicherheit? 4. Akzeptanzprobleme? Ziel: Wettbewerb steigern, Hemmnisse abbauen Optimierung der energetischen Biomassenutzung im Rahmen der

10 Bioenergie Technische Vielfalt und Innovation heute zukünftig Zukunftstechnologien basieren vielfach auf holzartigen Biomassen

11 Technologien Mittelfristige F&E-Visionen In allen Bereichen werden in den nächsten 8-10 Jahren deutliche Technologiefortschritte erwartet Die Energiepflanzenzüchtung steckt noch in den Anfängen Bei der Biogasgewinnung werden Steigerungen von 20-70% erwartet Bei der Vergasung soll der Nachweis der Funktionsfähigkeit erbracht werden, dann sind effiziente Anwendungen zur Strom-, Biomethan- und Biokraftstofferzeugung möglich Bei der Verbrennung sind ca % Nutzungsgraderhöhung möglich; in Kleinfeuerungsanlagen kann die Feinstaubemission auf <10% der heute üblichen Technik reduziert werden Standortangepasste, integrierte Konzepte ermöglichen hohe Nutzungsgrade durch Kraft-Wärme-Kopplung und Polygeneration Die gezielte Aufbereitung und Verwertung der Nebenprodukte und Rückstände bietet Kosten- und Umweltvorteile

12 Bioenergie Bioenergie und Klimaschutz Die Klimaschutzziele werden nur erreicht, wenn die Bioenergie in den nächsten zehn Jahren erheblich ausgebaut wird. Das gegenwärtige Instrumentarium lässt eine (gewünschte) Verdoppelung der Bioenergienutzung erwarten, vor allem: zusätzlicher Holzbedarf für Wärme, Strom, Erdgassubstitut, (und Kraftstoff) zusätzlicher Bedarf an Anbauflächen für Biogassubstrate Kein steigender Flächenbedarf für Kraftstoffe der 1. Generation installierte Anlagenleistung [MW el ] installierte elektr. Leistung Anlagenzahl * 2010* 2012* 2014* 2016* 2018* 2020* Anlagenanzahl Flächenbedarf NawaRo für Biogaserzeugung [1000 ha] Anbaufläche zur Biogaserzeugung ohne Ertragssteigerung install. Anlagenleistung MWel * 2012* 2016* 2020* install. Anlagenleistung [MWel] Biomasseeinsatz [PJ/a] Jahr *Prognose Jahr 10% Biowärme Klima Fortsetzung Entwicklung SF 90% SF EIA-Prognose 200USD/brl 10% Biowärme Leitstudie Entwicklung SF Referenz

13 Bioenergie Anwendung von Klimagasbilanzen Klimagasbilanzen können Schwachstellen aufzeigen aber keine alleinige Strategiegrundlage bilden 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 Risiken: Methodische Unsicherheiten und große Komplexität führen zu Akzeptanzproblemen Alleinige Focusierung auf Klimagaseffekte führt zur Stagnation in der Strategiedebatte

14 Bioenergie Biomassehandel Handel zielt auf Bioenergieträger mit hoher Energiedichte Der zunehmende Ausbau der Bioenergie bringt vor allem den Handel mit flüssigen Biokraftstoffen in Schwung Günstige Produktionsbedingungen in tropischen Regionen verstärken diesen Effekt (Zuckerrohr, Palmöl, Eukalyptus) (Gülle) Strohballen Scheitholz Getreide Pellets Ethanol Biodiesel BtL Regionale Märkte Energiedichte (GJ/m³) Internationale Märkte Holzkonkurrenzen! Flächenkonkurrenzen! Projekt Biohandel ( ), gefördert vom

15 Konkurrenzen Holz Holzlücke Holznutzung/-aufkommen [PJ/a] Holznutzung Aufkommen Die zunehmende Holznachfrage im Energiebereich 2020 wirkt auch auf die Angebotssituation für die stoffliche Holznutzung; der Ölpreis ist von entscheidender Bedeutung Waldholz Rinde Sägenebenprodukte Altholz sonst. Holz LP-Holz Deckungslücke stofflich Scheitholzfeuerungen Pelletfeuerungen Hackschnitzelfeuerungen (Heiz-)Kraftwerke Kraftstoffe Projekt Nutzungskonkurrenzen ( ), gefördert vom

16 Konkurrenzen Holz Der Ölpreis kann Favoriten küren Wärme Holzpreis [ /t] flüssiger Kraftstoff (BtL) gasförmiger Kraftstoff (Bio- SNG) Strom (KWK) Rohölpreis (UK-Brent) [US$/Barrel] Wärme 50kW Wärme 400kW BtL 20MW Dampfturbine, KWK 5MW ORC KWK Bio-SNG Bioenergie aus holzartigen Biomassen wie viel können die Anlagen für die Holzrohstoffe zahlen (Förderung berücksichtigt) Projekt Nutzungskonkurrenzen ( ), gefördert vom

17 Konkurrenzen Holz Effizienzsteigerung beim Brennstoffeinsatz Effizienzerhöhungen bei Kleinfeuerungsanlagen (Öfen, Kesseln) gemäß der Anforderungen der 1. BImSchV (70-80% Nutzungsgrad) Holznachfrage kann um ca.20 PJ/a reduziert werden, wenn die Anforderungen der BImschV weitgehend umgesetzt werden (Steigerung des Gesamtnutzungsgrades um 12% bis 2020) gegenüber Trendfortschreibungen 2020 Rate of efficiency vs. period of installation Source: HKI 2008

18 Konkurrenzen Holz Substitution durch andere Festbrennstoffe Substitution durch Stroh und andere Festbrennstoffe: Potential Stroh 114 PJ/a Andere landw. Reststoffe 20 PJ/a Schwarzlaugen 15 PJ/a Klärschlamm 8 PJ/a Organische Abfälle 79 PJ/a Über 200 PJ/a, aber Hemmnisse Hemmnisse z.b. bei der Strohnutzung: Technisch (Verschlackung und Korrosion) Logistisch (geringe Energiedichte, kurzes Erntefenster) Ökonomisch (Strohpreise in manchen Regionen /t) Rechtlich (Emissionsgrenzwerte) Technisches Substitutionspotenzial für Stroh liegt bei ca. 20 PJ/a

19 Konkurrenzen Holz Definierte (Misch)brennstoffe und Importe Marktaufbau (und Importe) von Brennstoffen hängen ab von Definierter Brennstoffqualität (DIN, CEN, ) Energiedichte Transportdistanzen und Logistik Nachhaltigkeitsnachweis (EC Directive) Handelsregelungen (Exportzölle etc.) Straw bales Wood chips Wood logs straw pellets Wood pellets Regional markets international markets Source: based on Kaltschmitt et al 2009

20 Konkurrenzen Holz Anbau von Kurzumtriebsholz Kurzumtriebsplantagen Anbau von schnell wachsenden Baumarten auf Ackerland, das in den kommenden Jahren in Europa voraussichtlich zunehmend verfügbar wird Hohe Investitionskosten und langjährige Festlegung als Hemmnisse für die Landwirtschaft Unsicherheiten im Status (Waldgesetz) Keine nennenswerten Fördermechanismen in Deutschland zur Anlage von Kurzumtriebsplantagen Vorlauf von 5 7 Jahren vor der ersten Ernte

21 Nutzungskonkurrenzen - international Wege zur Nachhaltigkeit z.b. Ansätze zur Integration von Biokraftstoffen ins Energiesystem: Anforderungen Versorgungssicherheit Ansätze Biofuel Directive ( share of biofuels) Signifikante Klimagaseinspar. Effizienter Ressourceneinsatz Stabilisierung Biodiversität Effizienter Biokraftstoffeinsatz Stabilisierung Agrarmarkt Renewable Energy Directive ( GHG reduction, no-go-areas ) Fuel Quality Directive" decarbonisation strategy Probleme der Biokraftstoffquoten: Emission performance standards for new passenger cars Fleet demands (1) Reines Mengeninteresse (2) Fixe (und steigende) Nachfrage führt bei Rohstoffknappheit zur Verschärfung der Konkurrenz und zu Preiseffekten, die nachteilig sind für Ernährungssicherung aber auch für Klimaschutz-Effizienz

22 Nutzungskonkurrenzen - international Nachhaltigkeitskriterien in der EU RED Nachhaltige Landwirtschaft Schutz von Lebensräumen THG- Verminderungspotential Keine Verschlechterung von Artenvielfalt und Lebensräumen Bodenfunktion und Bodenfruchtbarkeit Gewässerqualität und Wasserangebot Umweltgerechter Einsatz von Dünge- und Pflanzenmitteln Keine wesentliche Zunahme von versauernden oder toxischen Stoffen Kein Rohstoffanbau auf Flächen mit einem Anteil an gebundenem Kohlenstoff Kein Anbau in Gebieten oder angrenzenden Gebieten, die Naturschutzgebiete sind Merkmale: Gebiete in Ökosystemen Gebiete für Grundbedürfnisse der lokalen Bevölkerung Gebiete mit Schutzfunktionen RED EU Directive: 35% ab Inkrafttreten bzw. 50% ab 2017 bzw. 60% ab 2017 für Neuinstallationen Im Vergleich zum fossilen Referenzkraftstoff (Diesel oder Ottokraftstoff) 22

23 Nutzungskonkurrenzen - international Weitere Lösungsansätze Flexibilisierung der Kraftstoffquote High price: competition between biofuels and food Low price: biofuels might stabilize the prices? High price: biofuels might reduce competition? Biofuel Target [%] Wheat Price [US$/Brl] Ausblick: Bei Etablierung von Nachhaltigkeitsstandards kann die flexible Quote ggf. durch marktkonformere Instrumente abgelöst werden Time [t]

24 Schlussfolgerungen Ausbau der Bioenergienutzung ist entscheidend für das Erreichen der Erneuerbaren-Energien-Ziele in Deutschland und Europa Konkurrenzen können zur Vielfalt der Nutzung beitragen Nachhaltigkeit ist Vorraussetzung Die Biomasse-Ressourcen sind begrenzt Nutzungskonkurrenzen können den Ausbau hemmen Nachhaltigkeitsaspekte sind für die gesamte Bereitstellungskette zu fordern (von der Landnutzung bis zur Nutzung der Bioenergieträger) Die Instrumente für die Markteinführung der Biomasse sind noch unzureichend harmonisiert Nachhaltigkeitsforderungen müssen auf die landwirtschaftliche Produktion ausgeweitet werden Synergien müssen gezielt unterstützt werden

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit DBFZ German Biomass Research Centre. Solutions and innovations for today and tomorrow. Deutsches BiomasseForschungsZentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Straße Leipzig Germany Ansprechpartner: Dr.-Ing. Daniela Thrän Tel. +49(0) Fax +49(0)