Biogas im (Klima-) Wandel

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1 Betrachtung der Potenziale und Perspektiven von Biogas an der deutschen Ostseeküste unter dem Einfluss des Klimawandels Cindy Dengler RADOST-Berichtsreihe Bericht Nr. 35 ISSN:

2 Kooperationspartner REPORT GEOTHERMIE IM (KLIMA-) WANDEL BETRACHTUNG DER POTENZIALE UND PERSPEKTIVEN GEOTHERMISCHER ENERGIENUTZUNG AN DER DEUTSCHEN OSTSEEKÜSTE UNTER DEM EINFLUSS DES KLIMAWANDELS Cindy Dengler GICON Großmann Ingenieur Consult GmbH RADOST-Berichtsreihe Bericht Nr. 10 ISSN: Rostock, März 2012

3 REPORT BIOGAS IM (KLIMA-) WANDEL BETRACHTUNG DER POTENZIALE UND PERSPEKTIVEN VON BIOGAS AN DER DEUTSCHEN OSTSEEKÜSTE UNTER DEM EINFLUSS DES KLIMAWANDELS Cindy Dengler GICON Großmann Ingenieur Consult GmbH RADOST-Berichtsreihe Bericht Nr. ISSN: Rostock, Juli 2014

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5 Inhalt Vorwort Einleitung Biogas Das natürliche Potenzial von Biogas Das technische Potenzial von Biogas Technik Rechtliche Rahmenbedingungen Das wirtschaftliche Potenzial von Biogas Klima und Klimawandel Klima und Klimawandel an der deutschen Ostseeküste Bisherige Klimaveränderungen Mögliche Klimaänderungen bis Entwicklung der Potenziale von Biogas unter dem Einfluss des Klimawandels Einfluss des Klimawandels auf die Parameter des natürlichen Potenzials Einfluss des Klimawandels auf die Parameter des technischen Potenzials Technik Rechtliche Rahmenbedingungen Einfluss des Klimawandels auf die Parameter des wirtschaftlichen Potenzials Zusammenfassung...29 Literaturverzeichnis

6 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Potenzialdefinitionen für erneuerbare Energien [vgl. WM M-V 2011]...10 Abbildung 2: Einfluss- bzw. Restriktionsbereiche bei der Nutzung erneuerbarer Energien.11 Abbildung 3: Entwicklung des Anteils erneuerbarer Energien am Bruttostromverbrauch in Deutschland...12 Abbildung 4: Struktur der Strombereitstellung aus erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahr 2013 (gesamt: 152,6 TWh)

7 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Tabelle 2: Tabelle 3: Tabelle 4: Tabelle 5: Tabelle 6: Klimaänderungen an der deutschen Ostseeküste bis heute (2009) im Vergleich zur Referenzperiode ( )...21 Mögliche Änderungen der Temperatur an der deutschen Ostseeküste bis Ende des 21. Jahrhunderts ( ) im Vergleich zur Referenzperiode ( )...22 Mögliche Änderungen des Niederschlags an der deutschen Ostseeküste bis Ende des 21. Jahrhunderts ( ) im Vergleich zur Referenzperiode ( )...22 Mögliche Änderungen der Luftfeuchte an der deutschen Ostseeküste bis Ende des 21. Jahrhunderts ( ) im Vergleich zur Referenzperiode ( )...22 Mögliche Änderungen der Windverhältnisse an der deutschen Ostseeküste bis Ende des 21. Jahrhunderts ( ) im Vergleich zur Referenzperiode ( )...23 Mögliche Änderungen der Bewölkung an der deutschen Ostseeküste bis Ende des 21. Jahrhunderts ( ) im Vergleich zur Referenzperiode ( )...23 Tabelle 7: Parameter mit Einfluss auf die Potenziale von Biogas

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9 Vorwort Die Vorkommen der fossilen Energieträger Kohle, Erdöl und Erdgas verringern sich kontinuierlich. In absehbarer Zeit werden diese Energieträger verbraucht sein. Um die verbleibenden Ressourcen so effizient wie möglich zu nutzen, werden Anpassungsstrategien wie gesteigerte Energieeffizienz, Energieeinsparungen und der Umstieg auf andere Energiequellen entwickelt. Aufgrund der Endlichkeit der fossilen Energieträger, aber auch aus Sicht des Klima- und Umweltschutzes wird langfristig eine 100%ige Energieversorgung aus erneuerbaren Energiequellen angestrebt. In diesem Sinn wird im Bereich der erneuerbaren Energien viel in die Forschung nach effizienten und innovativen Techniken sowie in die Anpassung rechtlicher Regelungen und technischer Richtlinien investiert. Die erneuerbaren Energien stellen nach menschlichen Maßstäben unerschöpfliche Energiequellen dar. Dennoch können von ihrem natürlichen Dargebot bisher nur wenige Promille (Solarstrahlung, Wind) bis Prozente (Biomasse, Erdwärme) tatsächlich in Form von Strom oder Wärme genutzt werden. Die Potenziale der erneuerbaren Energien werden beeinflusst durch technischen Fortschritt und sich verändernden Rahmenbedingungen in Politik und Wirtschaft. Im Bereich der erneuerbaren Energien spricht man daher unter anderem von natürlichen, technischen und wirtschaftlichen Potenzialen der Energien. Als natürliches Potenzial erneuerbarer Energien wird das innerhalb einer Region und einem bestimmten Zeitraum theoretisch nach physikalischen Gesetzmäßigkeiten nutzbare Energieangebot eines Energieträgers (Erdwärme, Wind, Sonneneinstrahlung oder Biomasse) bezeichnet. Synonym sind auch die Bezeichnungen theoretisches oder physikalisches Potenzial im Gebrauch. Mittels physikalischer Gesetze oder auch Naturgesetze werden Zustände und deren Änderungen eines physikalischen Systems (z.b. Klimasystem) mittels messbarer, eindeutig definierter physikalischer Größen bzw. Parameter oder Variablen beschrieben. Im Bezug auf den Klimawandel sind als Parameter z.b. Lufttemperatur, Niederschlag oder Windgeschwindigkeit zu nennen. Das technische Potenzial umfasst den Anteil am natürlichen Potenzial, der hinsichtlich der aktuell besten am Markt verfügbaren Technik sowie unter Berücksichtigung struktureller und ökologischer Restriktionen sowie gesetzlicher Vorlagen nutzbar ist. Die wirtschaftliche Machbarkeit bleibt dabei unberücksichtigt. Technische Restriktionen ergeben sich aus den Grenzen für Wirkungsgrade, Anlagengrößen und dem technischen Entwicklungspotenzial der jeweiligen Nutzungstechnologien. Strukturell ergeben sich Nutzungseinschränkungen beispielsweise durch Ortsgebundenheit (Erdwärme) oder einem begrenztem Transportradius (Biomasse) der Energiequelle. Trotz ihrer Vorteile stellen Anlagen zur Nutzung der erneuerbaren Energien auch Eingriffe in die Natur und Landschaft dar, aus denen sich Beeinträchtigungen für diese ergeben können. Zum Schutz der Natur und Landschaft wird die Nutzung der Erneuerbaren durch ökologische Restriktionen eingeschränkt. Dies erfolgt hauptsächlich durch die Gesetzgebung (z.b. Raumplanung oder Schutzgesetze). Das wirtschaftliche Potenzial umfasst den Anteil des technischen Potenzials, der wirtschaftlich konkurrenzfähig genutzt werden kann. Es ist abhängig von konkurrierenden Systemen sowie vom vorherrschenden Energiepreisgefüge und stellt im Idealfall die Kosten- Nutzen-Situation ohne Berücksichtigung von Fördermaßnahmen dar. Im Bereich der erneuerbaren Energien sind zum Ausgleich der vergleichsweise hohen Gesamtkosten (Investition, Betrieb und Entsorgung) noch Fördermaßnahmen (z.b. EEG-Einspeise- 9

10 vergütung) notwendig. In den meisten Fällen ergibt sich daher das wirtschaftliche Potenzial aus der Konkurrenzfähigkeit der gewinnbaren Energie inklusive der aus energiepolitischen Gründen vollzogenen Fördermaßnahmen. Nach Abzug aller bisher genannten Restriktionen verbleibt das ausschöpfbare Potenzial der erneuerbaren Energien. Dieses wird jedoch selten vollständig realisiert, da zunächst noch subjektive Hemmnisse und Zeitverzögerungen die Ausnutzung vermindern. Subjektive Hemmnisse bzw. soziale Akzeptanzprobleme treten besonders deutlich bei der Diskussion um Windkraftanlagen und Landschaftsbild hervor. So wurden bereits Projekte aus landschaftsästhetischen Gründen nicht realisiert. Zeitverzögerungen entstehen u.a. durch die Prioritätensetzung von Investoren, die sich meist zuerst auf die Projekte mit maximalem Gewinn fokussieren. Abzüglich dieser Komponenten verbleibt das erschließbare Potenzial als der tatsächlich zu erwartende Beitrag zur Energieversorgung. Abbildung 1: Potenzialdefinitionen für erneuerbare Energien [vgl. WM M-V 2011] Anhand dieser Potenzialdefinitionen ist zu erkennen, dass die Möglichkeiten zur Nutzung der erneuerbaren Energien von vielen Parametern beeinflusst bzw. begrenzt werden. Diese Parameter lassen sich in die Bereiche Natur, Technik, Recht und Wirtschaft einordnen. Die technischen, rechtlichen und wirtschaftlichen Parameter sind das Ergebnis gesellschaftlicher Entscheidungen. So kann z.b. ein heute noch potenzieller aber verbotener Anlagenstandort durch Gesetzesänderungen morgen schon für die Nutzung wieder freigegeben werden oder andersrum. Wie viel vom erschließbaren Energiedargebot tatsächlich erschlossenen wird, richtet sich vor allem nach der Höhe der Nachfrage. Die Parameter, die das natürliche Potenzial der erneuerbaren Energien bestimmen, unterliegen physikalischen Gesetzmäßigkeiten, die vom Menschen nicht bzw. nur im geringen Maße bewusst verändert werden können. Der Klimawandel und die dadurch hervorgerufenen Veränderungen der Umweltbedingungen sind laut derzeitigem Wissenstand 10

11 zwar zum größten Teil die Folge menschlichen Handelns, sie entziehen sich jedoch vollkommen der menschlichen Kontrolle. Die Veränderung von Umweltbedingungen bzw. -parametern kann sich direkt auf das natürliche Potenzial der erneuerbaren Energien auswirken. Aber auch indirekt kann der Klimawandel die Nutzung der Erneuerbaren beeinflussen. Um sich an unvermeidbare Veränderungen anpassen zu können, ist es wichtig zu wissen in wie weit der Klimawandel Auswirkungen auf die Potenzialparameter der erneuerbaren Energien und damit auf ihre Nutzungsmöglichkeiten haben wird. Abbildung 2: Einfluss- bzw. Restriktionsbereiche bei der Nutzung erneuerbarer Energien Zielstellung in der Bearbeitung des Fokusthemas Erneuerbare Energien ist es, die Auswirkungen veränderter Umweltbedingungen (Klimawandel) auf die Potenziale einiger erneuerbaren Energieformen (Geothermie, Photovoltaik, Windenergie, Biogas) und damit auf die Möglichkeiten ihrer Nutzung zu prognostizieren und ggf. erforderlich werdende strategische Anpassungsempfehlungen zu erarbeiten. Besonderes Augenmerk soll dabei auf die Erzielung von Synergieeffekten bei möglichen Kombinationen der Nutzung Erneuerbarer Energien mit technischen Anlagen aus thematisch völlig anderen Bereichen gelegt werden. Durch das Aufzeigen der zu erwartenden Auswirkungen des Klimawandels auf die Erneuerbaren Energienutzungen wird es Planern und Entwicklern in der Region ermöglicht, die Ergebnisse gerade bei langfristigen Planungsleistungen in ihre Planungen mit einzubeziehen bzw. eigene Strategien daraus abzuleiten. Dies betrifft nicht nur den Bereich der Erneuerbaren Energien. Ziel ist es, auch Planern und Projektentwicklern aus regional sehr typischen Wirtschaftszweigen, wie z.b. dem Küstenschutz oder maritimen Tourismus die Möglichkeit aufzuzeigen, wie durch eine innovative Herangehensweise die Nutzung der Erneuerbaren Energien von vornherein mit in die Projektplanungen (wie z.b. Küstenschutzanlagen bzw. touristischen Einrichtungen) einbezogen werden können. Hierfür wird insbesondere das Anwendungsprojekt zur Nutzung von Geothermie bei der Planung von Küstenschutzanlagen unter Einbeziehung von touristischen Einrichtungen initiiert und dabei regionale Planer als Dritte mit einbezogen. 11

12 1 Einleitung Mit der in 2011 beschlossenen Energiewende in Deutschland wurde auch der beschleunigte Ausbau der erneuerbaren Energien vereinbart. Bis zum Jahr 2050 soll die Stromerzeugung von rund 80% aus fossiler Energie und Kernenergie auf 80% aus erneuerbaren Energien steigen. Im Jahr 2013 konnten mit 25,4% (152,6 TWh) erstmals mehr als ein Viertel des gesamtdeutschen Bruttostromverbrauchs aus erneuerbaren Energiequellen regeneriert werden. Abbildung 3: Entwicklung des Anteils erneuerbarer Energien am Bruttostromverbrauch in Deutschland Die Windenergie nimmt mit 8,9% (53,4 TWh) den größten Anteil ein. Die Stromerzeugung durch Photovoltaik ging auf 30 TWh im Jahr 2013 und damit auf 5% zurück. Auch die Stromerzeugung aus Biomasse ging im Vergleich zum Vorjahr zurück. Ihr Anteil am Bruttostromverbrauch betrug für 2013 nur noch 8% (48 TWh). Wasserkraft trug in 2013 mit rund 21,2 TWh 3,5% zur Bruttostromerzeugung bei. Abbildung 4 zeigt, dass Biogas mit 18,3% an dritter Stelle hinter Windenergie und Photovoltaik steht und damit eine der größten erneuerbaren Energiequellen für die Stromerzeugung darstellt. 12

13 Abbildung 4: Struktur der Strombereitstellung aus erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahr 2013 (gesamt: 152,6 TWh) Einheimische Biomasse wird in Deutschland zukünftig als zentrale Säule zur Energieversorgung beitragen. Bis zu 23% des Bedarfs an Wärme, Strom und Kraftstoffen kann sie 2050 decken [FNR 2013]. Holz, Energiepflanzen, Stroh sowie Rest- und Abfallstoffe bieten das Potenzial für die nachhaltige Erzeugung eines erheblichen Teils der benötigten Energie. Hinsichtlich der Reduzierung der CO 2 -Emissionen ist die Bereitstellung von Energie aus Biogas aktuell umstritten, da auch bei der Biogaserzeugung CO 2 -Emmissionen entstehen. Die Klimagasemissionen pro kwh elektrischer Energie aus Biogas unterscheiden sich je nach Anlagenkonzept erheblich. Grundsätzlich wird aber im Vergleich zu fossilen Energien bei der Nutzung von Energie aus Biogas eine deutliche Vermeidung treibhauswirksamer Emissionen erreicht. Eine Verringerung der Treibhausgasemissionen trägt wesentlich zur Verringerung des Klimawandels bei. Die Nutzung von Biogas hat also Auswirkungen auf den Klimawandel. Andersherum könnte der Klimawandel aber auch die Biogaserzeugung beeinflussen. Wie sich die Potenziale von Biogas unter dem Einfluss des Klimawandels entwickeln, soll hier näher betrachtet werden. Der vorliegende Bericht befasst sich mit der Analyse und Prognose der Potenziale von Biogas an der deutschen Ostseeküste. Dabei wurde folgende Vorgehensweise gewählt. 1. Erläuterungen zu Biogas und den Potenzialparametern 2. Betrachtung des Klimas und des Klimawandels an der deutschen Ostseeküste 3. Ermittlung eventueller Veränderungen der Potenzialparameter durch den Klimawandel und Schlussfolgerung der Entwicklungsperspektiven der Biogaserzeugung aufgrund veränderter Potenzialparameter 13

14 2 Biogas Biogas ist ein aus organischen Substraten (Biomasse) gewonnener Brennstoff, welcher in ein Erdgasnetz eingespeist, in Blockheizkraftwerken (BHKW) zur Erzeugung von Strom und Wärme oder als Treibstoff in Kraftfahrzeugmotoren eingesetzt werden kann. Das brennbare Gas wird in Biogasanlagen (BGA) durch den anaeroben mikrobiellen Abbau (Vergärung) von Biomasse produziert. Es entsteht jedoch auch auf Abfalldeponien, in Kläranlagen oder in Sümpfen und wird dementsprechend als Deponie-, Klär- oder Sumpfgas bezeichnet. In einer BGA läuft der natürliche Vergärungsprozess unter optimalen Bedingungen, kontrolliert und besonders effizient ab. Auf diesem Weg wird aus der Biomasse bzw. den Biogas-Substraten ein maximaler Biogas- und Methanertrag erzielt. Die für die Biogasgewinnung verwendbaren Substrate sind sehr vielfältig. In landwirtschaftlichen Anlagen dienen überwiegend tierische Exkremente (z.b. Rinder- und Schweingülle) und gezielt angebaute Energiepflanzen als Ausgangssubstrate. Daneben können aber auch sonstige vergärbare, biomassehaltige Reststoffe wie Klärschlamm, Bioabfall oder Speisereste zur Biogasproduktion genutzt werden. Der Substrateinsatz in den bundesweit betriebenen Biogasanlagen verteilt sich aktuell massenbezogen zu 2% auf kommunalen Bioabfall, zu 6% auf Reststoffe aus Industrie, Gewerbe und Landwirtschaft, zu 44% auf Exkremente und zu 48% auf nachwachsende Rohstoffe (NawaRo). [DBFZ 2014] Die zur Biogasproduktion verwendeten Substrate sind also zu mindestens 92% landwirtschaftlicher Natur. Die Höhe der Ausbeute einer Biogasanlage hängt unter anderem von der zur Verfügung stehenden Masse und Qualität der Biomasse sowie den technischen Verfahren ab. 2.1 Das natürliche Potenzial von Biogas Das natürliche Potenzial von Biogas liegt im Ausgangssubstrat, der Biomasse. Die Herkunft der Biomasse ist wie oben beschrieben hauptsächlich die Landwirtschaft. Fast die Hälfte der Ausgangssubstrate wird extra zur Biogasproduktion angebaut. Der Rest sind Abfälle bzw. Nebenprodukte der Landwirtschaft. Das Abfallaufkommen wird vorwiegend durch menschliches Handeln bestimmt. Der erreichbare Ernteertrag von Energiepflanzen hängt jedoch stark von den vorherrschenden Standortbedingungen Boden und Klima bzw. von der am jeweiligen Standort vorherrschenden natürlichen Ertragsfunktion ab. Mit Bezug auf die Landwirtschaft kann hier auch von einem landwirtschaftlichen Rohstoffpotenzial gesprochen werden. Trotz des Anbaus von an den Standort angepassten Sorten sowie der Anwendung idealisierter Produktionsverfahren können die Pflanzenerträge infolge unbeständiger Bodenund Klimaverhältnisse stark schwanken. [FAL 2007] Angebaut werden vorwiegend Mais, Getreide, Gräser und Zuckerrüben. Der Mais beispielsweise ist eine wärmeliebende und frostempfindliche Pflanze mit relativ hohen klimatischen Ansprüchen. Er keimt erst ab 8 C Bodentemperatur und wächst zügig bei mehr als 10 C. Eine rasche Bodenerwärmung im Frühjahr begünstigt ein zeitiges Aussähen. Bei Temperaturen unter 6 C und über 30 C findet kein Wachstum statt. An den 14

15 Boden stellt der Mais dagegen sehr geringe Ansprüche, solange die Erderwärmung nicht durch Staunässe oder schwere (Ton-) Böden behindert wird. Der Wasserbedarf von Mais ist geringer als der von Getreide. Jedoch führt auch bei Mais ein Wassermangel vor allem im Juli und August zu Ertragseinbußen. Getreidesorten haben unterschiedliche Standortansprüche. Weizen etwa ist sehr anspruchsvoll. Klimatisch geeignet sind wintermilde, sommerwarme und strahlungsintensive Klimate mit einer günstigen Niederschlagsverteilung während der Vegetationsperiode. So ist der Wasserbedarf in der frühen Wachstumsphase sowie auch in der Reifephase relativ hoch. Während der Massenentwicklung, kurz vor der Ernte führen starke Niederschläge jedoch zu Ertragseinbußen. Entscheidend für hohe Kornerträge sind darüber hinaus fruchtbare Böden mit ausgeglichenem Wasser- und Lufthaushalt und einer hohen nutzbaren Feldkapazität. Roggen ist vergleichsweise anspruchslos. Er ist sehr kälteresistent und reagiert eher empfindlich auf hohe Temperaturen. Zudem besitzt er dank der hohen Leistungsfähigkeit seines Wurzelsystems eine hohe ökologische Anpassungsfähigkeit an verschiedenste Bodenverhältnisse. Dauergrünland ist in Norddeutschland vorwiegend grasreich. Für den Ertrag ist die Wasserund Nährstoffversorgung bedeutend. Höchsterträge werden vor allem in warmen Frühjahren und feuchten Sommern erwirtschaftet. Umgekehrt führen kalte Frühlinge und trockene Sommer zu Ertragseinbußen. Parameter des natürlichen Potenzials von Biogas Die natürliche Ertragsfunktion bzw. das landwirtschaftliche Rohstoffpotenzial ist der wichtigste, klimaabhängige Parameter des natürlichen Potenzials von Biogas. Es wird im Wesentlichen durch folgende Parameter beeinflusst: Klimatische Verhältnisse Bodenverhältnisse 2.2 Das technische Potenzial von Biogas Das technische Potenzial von Biogas ist der Anteil des natürlichen Potenzials, der unter Berücksichtigung der Grenzen der Nutzungstechnologien sowie infrastruktureller und ökologischer Restriktionen tatsächlich nutzbar gemacht werden kann Technik Bei der Biogasgewinnung kommen verschiedene Anlagenkonzepte zur Anwendung. Sie unterscheiden sich nach Verfahrensmerkmalen wie Trockensubstanzgehalt, Art der Beschickung, Anzahl der Prozessphasen oder der Prozesstemperatur. Hinsichtlich des Trockensubstanzgehaltes kann zwischen Nass- und Trockenvergärung unterschieden werden, wobei die Nassvergärung bisher bei den meisten BGA angewandt wird. Der Biogaserzeugung in einer BGA liegt der natürliche, biologische Prozess des Verfaulens zu Grunde. Die biochemische Umwandlung der organischen Substrate in Biogas verläuft in 15

16 den vier Phasen Hydrolyse, Versäuerung, Essigsäurebildung und Methanbildung. Diese Phasen können zeitlich und räumlich nebeneinander in einem Prozessbehälter (Fermenter) stattfinden. Das Biogas entsteht dabei als ein Stoffwechselprodukt von Bakterien, die unter bestimmten Lebensbedingungen (z.b. sauerstofffreie (anaerobe) Umgebung, konstante Prozesstemperaturen) die feuchte Biomasse zersetzen. Für eine möglichst große Ausbeute an hochwertigem, das heißt methanhaltigem Biogas, müssen die Lebensbedingungen für die am Prozess beteiligten Bakterien optimal gestaltet werden. Dies wird durch den Einsatz verschiedener, auf das Ausgangssubstrat abgestimmter Anlagen- und Verfahrenstechniken in einer BGA angestrebt. Alle Komponenten, einer meist schlüsselfertig gebauten BGA, sind genau aufeinander abgestimmt und überwiegend automatisiert. Das Kernstück jeder BGA ist ein luftdicht abschließbarer Behälter aus Kunststoff, Stahl oder Beton (Fermenter). In ihm wird die Biomasse vergoren und das Biogas gewonnen. Der Fermenter ist wärmeisoliert und wird beheizt. Über eine Beschickungsanlage mit Wiegesystem wird er geregelt mit Substrat befüllt. Ein Rührwerk durchmischt konstant die Biomasse, damit sie sich nicht entmischt und das entstandene Biogas leichter aus dem Substrat entweichen kann. Über Gasleitungen wird das gewonnene Biogas in Gasspeicher weitergeleitet. Anschließend kann es entweder zur unmittelbaren Energieproduktion in einem BHKW genutzt oder nach der Biogasaufbereitung (z.b. Entwässerung, Entschwefelung) in ein vorhandenes Erdgasnetz eingespeist oder als Motorentreibstoff eingesetzt werden Rechtliche Rahmenbedingungen Die Errichtung und der Betrieb einer BGA in Deutschland unterliegen einer Vielzahl rechtlicher Anforderungen. Es bedarf wie bei jeder Errichtung oder Änderung einer baulichen Anlage im Mindestfall einer baurechtlichen Genehmigung. Die baurechtliche Zulässigkeit einer BGA ist von den bauplanungs- und bauordnungsrechtlichen Regelungen des Baugesetzbuches (BauGB) und den von den Ländern erlassenen Landesbauordnungen (LBauO) abhängig. Die bauordnungsrechtlichen Regelungen der LBauO stellen Anforderungen an die Gestaltung einer BGA z.b. bezüglich des Brandschutzes oder der Arbeitssicherheit. Neben den baurechtlichen Bestimmungen sind bei der Errichtung und dem Betrieb einer BGA auch die immissionsschutzrechtlichen Anforderungen nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) zu beachten. Gleichwohl das Genehmigungsverfahren für eine BGA unter bestimmten Umständen entweder nach dem BauGB (Baugenehmigung) oder nach dem BImSchG (immissionsschutzrechtliches Genehmigungsverfahren) abzulaufen hat. Laut den Anforderungen des BImSchG ist eine BGA so zu errichten und zu betreiben, dass von ihr keine schädlichen Umweltauswirkungen ausgehen können. Als schädliche Umweltauswirkung gelten Immissionen (z.b. Luftverunreinigungen, Geräusche, Erschütterungen, Licht, Wärme, Strahlen u.ä.) die nach Art, Ausmaß oder Dauer geeignet sind, Gefahren, erhebliche Nachteile oder erhebliche Belästigungen für die Allgemeinheit oder die Nachbarschaft herbeizuführen. Bei einer BGA handelt es sich in diesem Sinne vorwiegend um Lärm- oder Geruchsimmissionen. Richt- und Grenzwerte zu Lärm- und Geruchsimmissionen werden in den Technischen Anleitungen (TA) zu Lärm und Luft sowie in der Geruchsimmissionsrichtlinie (GIRL) vorgegeben. 16

17 Neben der planungsrechtlichen Zulässigkeit einer BGA an einem bestimmten Standort sind bei der Standortwahl weitere Kriterien zu prüfen. So sind durch eine naturschutzrechtliche Vorprüfung des Standortes mögliche Beeinträchtigungen von Schutzgebieten zu erfassen und abzuwägen. Ausgeschlossen sind beispielsweise die Errichtung und der Betrieb einer BGA in Natura 2000-Gebieten. Den wasserrechtlichen Anforderungen an den Standort entsprechend, sind die Errichtung und der Betrieb einer BGA in Wasserschutz-, Wassereinzugs- und Überschwemmungsgebieten i.d.r. nicht erlaubt. Weiterhin ist zu ständig wasserführenden Gewässern ein Mindestabstand von 50 m einzuhalten. Die Unterkante des tiefsten Bauteils soll mind. 1 m über dem höchsten zu erwartenden Grundwasserspiegel liegen. Der Abstand zu bestehenden Brunnen, die der privaten Trinkwasserversorgung dienen, muss mind. 50 m betragen. Parameter des technischen Potenzials von Biogas Das technisch nutzbare Potenzial von Biogas wird vor allem von folgenden Parametern beeinflusst: Verfügbarkeit von Ausgangssubstraten Angewandtes Verfahren zur Biogasgewinnung Anlagentechnik Optimierter Anlagenbetrieb rechtliche Standortplanung Bundesbaugesetz (BauG), Landesbaugesetze (LBauG) Raumordnungsgesetz (ROG) Bundesnaturschutzgesetz (BNatSchG), Landesnaturschutzgesetze (LNatSchG) Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) Wasserhaushaltsgesetz (WHG) 2.3 Das wirtschaftliche Potenzial von Biogas Wesentlichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit bzw. auf das wirtschaftliche Potenzial von Biogasanlagen (BGA) haben die Kosten und Einnahmen, die durch Errichtung und Betrieb der Anlage entstehen. Wenn die laufenden Kosten, die eine BGA verursacht, niedriger als die durch sie erzielten Einnahmen sind, spricht man von einem rentablen Betrieb der Anlage. Kosten entstehen einerseits durch die Investition und andererseits durch den Betrieb einer BGA. Die Investitionskosten für eine BGA hängen stark von der Anlagengröße ab. Sie verringern sich deutlich mit zunehmender Anlagengröße und damit einhergehender Zunahme des Automatisierungsgrades. Für den Bau einer kleinen landwirtschaftlichen BGA (< 150 kw el ) ist mit spezifischen Investitionskosten von bis pro kw installierter elektrischer Leistung zu rechnen. Bei einer größeren Nassvergärungsanlage liegen die Kosten bei rund bis / kw el. [FNR 2012] Die Betriebskosten setzen sich i.a. zusammen aus den Abschreibungen, Zinsen, Versicherungsbeiträgen, Reparatur- und Wartungskosten sowie den Erzeugungs- und/oder 17

18 Beschaffungskosten für die notwendigen Betriebsstoffe bzw. Biogassubstrate. Die Substratkosten nehmen einen großen Teil der Nebenkosten ein. Preisschwankungen und besonders Preissteigerungen können die Wirtschaftlichkeit einer BGA stark beeinträchtigen. Diese Kosten können mitunter gemindert werden, wenn bei der Standortauswahl darauf geachtet wird, dass mögliche Substratlieferanten in unmittelbarer Nähe zum Anlagenstandort angesiedelt sind. Dies gilt ebenfalls für die Abnehmer der Endprodukte Strom, Wärme und Dünger. Eine möglichst vorhandene und gut ausgebaute Infrastruktur und kurze Wege wirken sich positiv auf die Wirtschaftlichkeit einer Biogasanlage aus. Für den wirtschaftlichen Erfolg einer BGA sind neben der Kostenkontrolle und reduzierung ebenso die technische Optimierung, die Effizienzsteigerung und Maximierung der Erlöse wichtig. Zusätzliche Erlöse können durch eine umfassende Nutzung der beim BHKW-Betrieb anfallenden Wärme, aber auch durch Direktvermarktung sowie gewinnbringende Nutzung der Gärreste erzielt werden. Im Sinne einer wirtschaftlichen Betriebsweise sind die Regelungen des EEG unerlässlich. Als effektives Förderinstrument der Bundesregierung im Hinblick auf den weiteren Ausbau des Anteils der Erneuerbaren Energien an der Stromproduktion bietet es den Anlagenbetreibern finanzielle Unterstützung in Form von Einspeisevergütungen und Bonuszahlungen. Der Hauptteil des Gewinns ist jedoch vom Biogasertrag der BGA abhängig. Die Steigerung der Anlageneffizienz und vor allem die Optimierung des Anlagenbetriebes und des biologischen Prozesses sind von grundlegender Bedeutung für einen wirtschaftlichen Anlagenbetrieb. Ein störungsfreier Anlagenbetrieb sowie eine hohe Volllaststundenzahl des BHKW tragen ebenso zur rentablen Bewirtschaftung bei. Parameter des wirtschaftlichen Potenzials von Biogas Das wirtschaftliche Potenzial von Biogas wird vor allem von folgenden Parametern beeinflusst: Kosten Investitionskosten Nebenkosten (insb. Substratkosten) Einnahmen hauptsächlich abhängig vom Biogasertrag, der variiert je nach Anlagengröße Anlagenkonzept Anlagenbetrieb Anlagenstandort 18

19 3 Klima und Klimawandel Der Deutsche Wetterdienst (DWD) definiert das Klima als die Zusammenfassung aller Wettererscheinungen, die den durchschnittlichen Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort bzw. in einer Region charakterisieren. Es wird repräsentiert durch die statistischen Gesamteigenschaften (Mittelwerte, Extremwerte, Häufigkeiten, Andauerwerte u.a.) von Wetterelementen über einen genügend langen Zeitraum (ca. 30 Jahre). Als Wetteroder auch Klimaelemente gelten u.a. die physikalischen Parameter Lufttemperatur, -feuchtigkeit und Luftdruck, solare Strahlung, Niederschlag, Windgeschwindigkeit und Bewölkung. Die Mittelwerte der Klimaelemente aus dem Zeitraum werden als "Normalwerte" bezeichnet. Dieser Zeitraum wurde von der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) als international gültige Referenzperiode festgelegt. [DWD] Der Begriff Klimawandel ist ein von den Medien unserer Zeit geprägter Begriff. Unter ihm wird die Änderung des Klimas verstanden, die direkt oder indirekt aus den Aktivitäten der Menschen, die Zusammensetzung der Erdatmosphäre verändernd, resultiert. Zusätzlich kommen die über vergleichbare Zeiträume beobachteten natürlichen Klimaschwankungen hinzu. [IPPC 2007] Der Klimawandel zeigt sich bisher in ungewöhnlich stark veränderten Durchschnittswerten und Variabilität von Klimaelementen. Am deutlichsten ist dies anhand des Anstiegs der globalen Mitteltemperatur um 0,8 C seit dem Jahr 1990 zu erkennen. Aus diesem Grund wird im Zusammenhang mit dem Klimawandel häufig auch von der globalen Erwärmung gesprochen. Um der anthropogen verstärkten globalen Erwärmung entgegenzuwirken und potenzielle Folgen abzumildern oder zu verhindern, wurde bisher intensiv Klimaschutz (Mitigation) betrieben. Eine sehr bekannte Klimaschutzmaßnahme ist z.b. die Minderung von Treibhausgasemissionen durch die Nutzung von erneuerbaren Energien statt fossiler Energieträger. Da nach dem derzeitigen Stand wissenschaftlicher Erkenntnisse der Klimawandel nicht mehr aufzuhalten ist, sind Maßnahmen zur Anpassung (Adaption) notwendig um die Schäden für die natürlichen und anthropogenen Systeme so gering wie möglich zu halten. Für die Entwicklung und Durchführung entsprechender Anpassungsmaßnahmen müssen die zu erwartenden Klimafolgen und ihre Auswirkungen auf wichtige Bereiche wie die Wasserwirtschaft, Land- und Forstwirtschaft, Küsten- und Hochwasserschutz, Biodiversität und Naturschutz, Gesundheit, Energie etc. bekannt sein. Welche Klimaveränderungen und deren Folgen uns in Zukunft noch erwarten, versucht man mittels einer Vielzahl an Bemessungen, Berechnungen und Klimamodellierungen (z.b. REMO, WETTREG) herauszufinden. Jedoch sind nahezu alle bisherigen Prognosen über die zukünftige Entwicklung des Klimas mit großen Unsicherheiten behaftet. Diese Unsicherheiten resultieren zum einen aus der begrenzten Kenntnis über das Klimasystem sowie der externen Einflussfaktoren auf das Klima. Zum anderen sind sie in den Defiziten von Klimamodellen begründet. Trotz dieser Unsicherheiten lassen sich auf der Grundlage bisheriger Erfahrungen sowie der gegenwärtigen Klimasituation jedoch u.a. folgende Tendenzen des Klimawandels erkennen und ableiten: ansteigende Temperaturen der erdnahen Atmosphäre sowie der Meere bzw. Oberflächengewässer 19

20 veränderte Niederschlagsverhältnisse (langfristig abnehmender Trend bei Sommerniederschlägen; zunehmende Winterniederschläge) Anstieg des Meeresspiegels u.a. aufgrund schmelzender Gletscher und Eisschilde häufigere und intensivere Extremwetterereignisse (High-Impact-Weather) z.b. Starkregenereignisse, Hitzewellen, Tornados etc. 3.1 Klima und Klimawandel an der deutschen Ostseeküste Das Gesamtgebiet von Deutschland gehört zum warm-gemäßigten Regenklima der mittleren Breiten. Die Jahresdurchschnittstemperatur beträgt 8,2 C und die durchschnittliche Sonnenscheindauer Stunden im Jahr. Die überwiegend westlichen Winde bringen ganzjährig feuchte Luftmassen vom Atlantik heran und damit Niederschlagsmengen bis zu 789 l/m² im Jahr. Der ozeanische Einfluss sorgt in der Regel für milde Winter und nicht zu heiße Sommer. Das Klima in Mecklenburg-Vorpommern ist sehr kontinental geprägt. Im Landesinneren herrschen relativ große Temperaturunterschiede zwischen Winter und Sommer. An der Küste ist der Jahresgang der Temperaturen hingegen gedämpft, wobei die Temperaturminima und -maxima verzögert sind. Das Klima in Schleswig-Holstein ist auf Grund der Lage zwischen Nord- und Ostsee stark ozeanisch geprägt mit relativ geringen Temperaturjahresgängen. Die Temperaturminima und -maxima treten verhältnismäßig spät auf. Die Niederschlagsmengen sind sehr hoch. Vor allem im Herbst sorgen die warmen Meeresflächen für kräftigen Feuchtenachschub und entsprechende Regenfälle. Hinsichtlich der vorherrschenden Temperaturen liegt die Ostseeküste im bundesweiten Mittelfeld. Allerdings gehört die Ostseeküste zu den sonnenreichsten Gegenden Deutschlands. Mit durchschnittlich Sonnenstunden lag Mecklenburg-Vorpommern z.b. im Jahr 2009 an erster Stelle. Im Jahr 2010 war mit insgesamt Sonnenstunden die Greifswalder Oie der sonnigste Ort in Deutschland. [DWD] Grund für die Wolkenarmut an der Ostseeküste ist zum einen die Tatsache, dass Tiefdruckgebiete meist sehr schnell über die Ostseeregion hinweg ziehen. Die in Küstengebieten durchschnittlich stärkeren Winde lassen Wolkendecken auch schnell wieder aufreißen. Zudem haben sich Regenwolken schon häufig im Westen abgeregnet. Im Winter wirkt sich die Nähe zu skandinavischen Hochdruckgebieten so aus, dass sich Wolken weiträumig auflösen. Im Sommer verdunstet aus dem kühlen Meer weniger Wasser. Deshalb bilden sich in der Ostseeregion weniger Wolken als im Binnenland Bisherige Klimaveränderungen Wie sehr sich das Klima in Deutschland und insbesondere in M-V und S-H verändert hat, geht aus den langjährig dokumentierten Messdaten des Deutschen Wetterdienstes hervor. So ist z.b. zu erkennen, dass in der deutschen Ostseeregion die Klimaerwärmung bisher weniger stark ausgeprägt ist als in anderen Regionen Deutschlands. Mit 0,4 C ist der Temperaturanstieg in Mecklenburg-Vorpommern einer der geringsten. Der Temperaturanstieg in Schleswig-Holstein beträgt 0,8 C und liegt damit genau im Trend der weltweiten mittleren Erwärmung. Infolge der Erwärmung stieg auch die Anzahl der Sommertage sowie der tropischen Nächte. Die Anzahl der Frosttage nahm ab. Im Vergleich 20

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