CO 2 -Vermeidungskosten der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas

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1 HUMBOLDT - UNIVERSITÄT ZU BERLIN Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät Masterarbeit im Studiengang Agrarökonomik CO 2 -Vermeidungskosten der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas vorgelegt von Lukas Scholz Betreuer: Prof. Dr. Dr. h.c. Dieter Kirschke Department für Agrarökonomie, Fachgebiet Agrarpolitik Dr. Andreas Meyer-Aurich Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.v. Berlin, den

2 i Danksagung Viele Menschen haben zu der Entwicklung dieser Arbeit beigetragen. Diesen privaten Teil einer Abschlussarbeit möchte ich dafür nutzen, mich zu bedanken. Prof. Dr. Dr. h.c. Dieter Kirschke und Dr. Andreas Meyer-Aurich danke ich für die intensive wissenschaftliche Betreuung und die Möglichkeit und Bereitschaft einer weiteren Zusammenarbeit. Vielen Freunden, Kommilitonen und den Mitarbeitern des Fachgebietes Agrarpolitik sowie des Departments für Agrarökonomie möchte ich für Feedbacks und Anregungen danken. Dank gilt im Besonderen Julia, Till, Emil, Julian, Lutz, Avid sowie Dr. Astrid Häger, Dr. Silke Hüttel, Helga Meaini und Dr. Günther Filler. Hervorzuheben ist Kerstin Oertel, ohne die meine Gedanken nicht dieses Layout bekommen hätten. Besonderer Dank gebührt meinen Eltern, die mir mit viel Geduld dieses Studium ermöglicht haben, und Emma und Jenny, die mir den Ansporn und die Kraft gegeben haben, diese Arbeit zu schreiben.

3 Verzeichnisse i Inhaltsverzeichnis Danksagung... i Abbildungsverzeichnis... iii Tabellenverzeichnis... iv Abkürzungsverzeichnis... vi 1 Einleitung Die Rahmenbedingungen der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas Struktur des Energieverbrauchs in Deutschland und der Ausbau erneuerbarer Energien Politische und institutionelle Rahmenbedingungen Ökonomische Einordnung der CO 2 -Vermeidungskostenanalyse Umweltökonomische Grundlagen Betriebswirtschaftlicher Kontext Volkswirtschaftlicher Kontext Verschiedene Szenarien der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas Referenzszenario Szenarien I-VI Verfahrenstechnische Analyse verschiedener Szenarien der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas Verfahrenstechnische Grundlagen Anlagenbestimmung der verschiedenen Szenarien Betriebswirtschaftliche Analyse verschiedener Szenarien der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas Methodischer Ansatz und Kennzahlen Leistungen und Kosten der verschiedenen Szenarien Rentabilität der verschiedenen Szenarien... 65

4 Verzeichnisse ii 7 Volkswirtschaftliche Analyse verschiedener Szenarien der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas Methodischer Ansatz und Kennzahlen CO 2 -Vermeidungsleistung der verschiedenen Szenarien CO 2 -Vermeidungskosten und Subventionsaufwand der verschiedenen Szenarien Szenarienanalyse der CO 2 -Vermeidungskosten Methodischer Ansatz Best-Case-Szenario Worst-Case-Szenario Zusammenfassung und Fazit Literaturverzeichnis Anhang... 97

5 Verzeichnisse iii Abbildungsverzeichnis Abbildung 1. Entwicklung des Primär- und Endenergieverbrauchs... 5 Abbildung 2. Anteile der Energieträger am Primärenergieverbrauch Abbildung 3. Anteile der Energieträger am Primärenergieverbrauch Abbildung 4. Entwicklung der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas... 8 Abbildung 5. Entwicklung der Anlagenzahl und installierter elektrischer Leistung... 9 Abbildung 6. Anbaufläche nachwachsender Rohstoffe Abbildung 7. Marginal Abatment Curves Abbildung 8. Schematische Darstellung des anaeroben Abbaus Abbildung 9. Schema einer landwirtschaftlichen Biogasanlage mit Verwendung von Kosubstraten Abbildung 10. CO 2 -Emissionen der verschiedenen Szenarien Abbildung 11. CO 2 -Vermeidungsleistung der verschiedenen Szenarien Abbildung 12. CO 2 -Vermeidungskosten und Subventionsaufwand der verschiedenen Szenarien Abbildung 13. CO 2 -Vermeidungskosten und Subventionsaufwand der verschiedenen Szenarien (Best-Case) Abbildung 14. CO 2 -Vermeidungskosten und Subventionsaufwand der verschiedenen Szenarien (Worst-Case)... 83

6 Verzeichnisse iv Tabellenverzeichnis Tabelle 1. Anteil erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch... 7 Tabelle 2. Tabelle 3. Anteil der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas an der Endenergiebereitstellung der erneuerbaren Energien... 8 Verursachte und vermiedene Emissionen der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas Tabelle 4. Szenarien im Überblick Tabelle 5. Eigenschaften Maissilage Tabelle 6. Eigenschaften Rindergülle Tabelle 7. Input- und Outputparameter der verschiedenen Szenarien Tabelle 8. Flächenansprüche des Maissilageanbaus Tabelle 9. Fermentervolumen der verschiedenen Szenarien Tabelle 10. Gärrestlager der verschiedenen Szenarien Tabelle 11. Biogas- und Methanproduktion der verschiedenen Szenarien Tabelle 12. Kenndaten BHKW Tabelle 13. Elektrische und thermische Leistung der verschiedenen Szenarien Tabelle 14. Ergebnisse der verfahrenstechnischen Analyse Tabelle 15. Investitionsvolumen der verschiedenen Anlagekonfigurationen in den Szenarien I-VI Tabelle 16. Betriebswirtschaftliche Kalkulation (Szenario I) Tabelle 17. Leistungen und Kosten der verschiedenen Szenarien Tabelle 18. Anschaffungswert und Einzahlungsüberschüsse der Investitionen Tabelle 19. Rentabilität der verschiedenen Szenarien Tabelle 20. Ergebnisse der volkswirtschaftlichen Analyse Tabelle A1. Kennzahlen und Quellenverweise der betriebswirtschaftlichen Kalkulation Tabelle A2. Kennzahlen und Quellenverweis des Investitionsvolumens... 98

7 Verzeichnisse v Tabelle A3. Kennzahlen und Quellenverweise der volkswirtschaftlichen Kalkulation Tabelle A4. Betriebswirtschaftliche Kalkulation (Szenario I) Tabelle A5. Betriebswirtschaftliche Kalkulation (Szenario II) Tabelle A6. Betriebswirtschaftliche Kalkulation (Szenario III) Tabelle A7. Betriebswirtschaftliche Kalkulation (Szenario IV) Tabelle A8. Betriebswirtschaftliche Kalkulation (Szenario V) Tabelle A9. Betriebswirtschaftliche Kalkulation (Szenario VI) Tabelle A10. Vergütung von Anlagen zur Erzeugung von Strom aus Biomasse (Degression 1,0 %) Tabelle A11. Boni für Biomasse Tabelle A12. Berechnungsbeispiel Einspeisevergütung Tabelle A13. Berechnungsbeispiel Leistungen aus Wärme

8 Verzeichnisse vi Abkürzungsverzeichnis AW Anschaffungswert BHKW Blockheizkraftwerk CO 2 Kohlenstoffdioxid EE Erneuerbare Energien EEB Endenergiebereitstellung EEG Erneuerbare-Energien-Gesetz EEV Endenergieverbrauch EK Eigenkapital FK Fremdkapital FM Frischmasse GK Gesamtkapital GWh Gigawattstunde i ek i fk i kalk kwh el kwh th KWK LCA MSR MWh Zinsfuß (Eigenkapital) Zinsfuß (Fremdkapital) kalkulatorischer Zinsfuß Kilowattstunde (elektrisch) Kilowattstunde (thermisch) Kraftwärmekopplung Life-Cycle-Assessment (Ökobilanzierung) Mess-, Steuer- und Regeltechnik Megawattstunde NawaRos Nachwachsende Rohstoffe otm organische Trockenmasse PEV Primärenergieverbrauch UNB Übertragungsnetzbetreiber

9 Einleitung 1 1 Einleitung Der weltweite Energiebedarf wächst seit Beginn der Industrialisierung im 19. Jhd. kontinuierlich und unaufhaltsam (IEA 2010). Vor dem Hintergrund endlicher fossiler Ressourcen und einem gleichzeitig steigenden weltweiten Energiebedarf, ist die Frage nach zukünftigen Wegen der Energieversorgung ein zentrales Thema mit globaler Dimension und aktueller Brisanz. In den letzten beiden Jahrzehnten wird den erneuerbaren Energien (EE) ein immer bedeutsamerer Anteil an der zukünftigen Energieversorgung beigemessen (Vahrenholt 2010: 653). Der Ausbau von EE wird international durch staatliche Förderprogramme unterstützt (Kemfert et al. 2010). In Deutschland haben sich das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) von 2000 und dessen Novellierungen in den Jahren 2004 und 2009 als das maßgebliche Instrument zur Förderung von EE entwickelt. Die Ziele des Ausbaus von EE sind ein aktiver Beitrag zum Klima- und Umweltschutz durch die Schonung und Substitution von fossilen Ressourcen. Eine mit dem Ausbau von EE verbundene Unabhängigkeit von Energieimporten und positive Effekte auf die Weiterentwicklung von Technologien im Bereich der EE und die Schaffung neuer Arbeitsplätze sind weitere Argumente, die den Ausbau von EE und die Einführung des EEGs rechtfertigen. Bioenergie, als ein Teil der EE, gilt als ein vielversprechender, aber auch kontrovers diskutierter Bestandteil der Energieversorgung dieser und nachfolgender Generationen. Aufgrund ihres differenzierten Einsatzspektrums (Stromproduktion, Wärmeproduktion, Kraftstoffproduktion) soll die Bioenergie auch in Zukunft als ein bedeutender Energieträger bestehen bleiben und ausgebaut werden (BMWI und BMU 2010: 10). Neben der Forstwirtschaft ist die Landwirtschaft ein wichtiger Lieferant von Biomasse für die energetische Nutzung (BMU o.j.). Das globale Bioenergiepotenzial liegt annahmebedingt zwischen 30 und 1000 EJ/a im Jahr 2050 (Haberl et al. 2010). Für Deutschland wird nach Nitsch et al. (2010: 11) von einem Bioenergiepotenzial von 500 bis 2170 PJ/a im Jahr 2050 ausgegangen. Diese breiten Spannen zeigen die kontroversen Auffassungen über das Potenzial und die zukünftige Bedeutung der Bioenergie sowohl auf internationaler, als auch auf nationaler Ebene. Im Kern geht es um die Frage, ob die Landwirtschaft einen Beitrag zur zukünftigen Energieversorgung leisten kann, und wenn ja, wie und in welchem Umfang.

10 Einleitung 2 Der wissenschaftliche Diskurs über die Potenziale, die zukünftige Bedeutung und geeignete Maßnahmen zur Förderung der Bioenergie wird zunehmend kontrovers und differenziert geführt (Schaper et al. (2011:1) und Zschache et al. (2010)). Sowohl die Effektivität der staatlichen Fördermechanismen hinsichtlich der gesteckten Ziele in der Klima- und Umweltpolitik und weitere mit dem Ausbau der EE verbundenen Argumente, als auch die Betrachtung der kosteneffizienten Erreichung dieser Ziele wurden in den vergangenen Jahren intensiv untersucht (Beer et al. 2009; WBA 2008; WBGU 2008; Leible et al. 2009). Ein geeignetes Instrument zur Betrachtung von politischen Maßnahmen in Bereich der EE hinsichtlich der Effektivität und Kosteneffizienz sind die Berechnungen von CO 2 - Vermeidungskosten (WBA 2008). Die CO 2 -Vermeidungskosten geben an, welche zusätzlichen Kosten einer Volkswirtschaft durch Subventionen und Subventionsäquivalente entstehen, wenn durch entsprechende Technologien die CO 2 -Emissionen durch die Substitution der herkömmlichen fossilen Referenz um eine Tonne reduziert werden. Die CO 2 -Vermeidungskosten sind ein Maß für die klimapolitische Effizienz und Effektivität einer klimapolitischen Option im Vergleich zu anderen klimapolitischen Optionen (WBA 2008). Je niedriger die CO 2 -Vermeidungskosten ausfallen, desto effizienter kann Klimaschutz praktiziert werden. In einer Studie des Wissenschaftlichen Beirats Agrarpolitik zur Nutzung von Biomasse zur Energiegewinnung, wurden CO 2 -Vermeidungskosten für die Stromproduktion aus Biogas in Höhe von 378 /t CO 2äq und für die Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas CO 2 - Vermeidungskosten in Höhe von 267 /t CO 2äq berechnet (WBA 2008). Übergeordnetes Ziel dieser Arbeit ist die Berechnung von spezifischen CO 2 - Vermeidungskosten in /t CO 2äq verschiedener Szenarien der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas im Zuge einer volkswirtschaftlichen Analyse. Weiterführend wird in der volkswirtschaftlichen Analyse die CO 2 -Vermeidungsleistung in kg CO 2äq /kwh el und der Subventionsaufwand in /t CO 2äq bestimmt, die als untergeordnete Ziele der Arbeit zu betrachten sind. Anhand der Berechnungen soll eine Einschätzung der volkwirtschaftlichen Kosten gegeben werden, die durch die Förderung der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas entstehen. Aus den Ergebnissen können Handlungsempfehlungen für weiteren Forschungsbedarf und die Ausgestaltung des staatlichen Fördersystems abgeleitet werden.

11 Einleitung 3 Um dieses Ziel zu erreichen ist durch eine verfahrenstechnische und betriebswirtschaftliche Analyse die Grundlage für die Berechnung von CO 2 -Vermeidungskosten zu schaffen, durch die sich weitere untergeordnete Ziele der vorliegenden Arbeit ergeben. So wird anhand der verfahrenstechnischen Analyse der verschiedenen Nutzungsszenarien der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas eine Anlagenbestimmung durchgeführt, die für das jeweilige Szenario eine passende Biogasanlage konfiguriert. Die Bestimmung eines passenden Anlagetyps für das jeweilige Nutzungsszenario ist ein weiteres untergeordnetes Ziel der vorliegenden Arbeit im Rahmen der verfahrenstechnischen Analyse. Die Anlagenbestimmung hat die Funktion, die Bemessung des benötigten Investitionsvolumens im Zuge der betriebswirtschaftlichen Analyse bestimmen zu können. Im Zusammenhang mit dem Investitionsvolumen werden innerhalb der betriebswirtschaftlichen Analyse die Kosten des Produktionsverfahrens der jeweiligen Szenarien ermittelt, die zur Berechnungen der CO 2 - Vermeidungskosten notwendig sind. Zusätzlich wird eine Rentabilitätsanalyse der Investitionsvorhaben durchgeführt. Die ökonomische Bewertung der untersuchten Produktionsverfahren bildet ein weiteres Unterziel der Arbeit. Im Zuge einer Szenarienanalyse werden ein Best-Case-Szenario und ein Worst-Case-Szenario für die Berechnung der CO 2 -Vermeidungskosten entworfen, um die Ergebnisse der volkswirtschaftlichen Analyse überprüfen und einschätzen zu können. Die Grundlage der Analysen bilden die Ergebnisse einer Studie von Meyer-Aurich et al. (2011). In der Studie wird das CO 2 -Vermeidungspotentzial der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas untersucht. Dies geschieht durch den Vergleich der CO 2 -Vermeidungsleistungen verschiedener Szenarien der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas gegenüber einem Referenzszenario ohne energetische Biomassenutzung. Die Rahmenbedingungen der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas werden im Kapitel 2 vorgestellt. Eine Einordnung der CO 2 -Vermeidungskostenanalyse in den ökonomischen Kontext erfolgt im Kapitel 3. Die Vorstellung der verschiedenen Nutzungsszenarien wird im Kapitel 4 vorgenommen. Die verfahrenstechnischen, betriebswirtschaftlichen und volkswirtschaftlichen Analysen der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas werden in den Kapiteln 5 bis 7 durchgeführt. Die Szenarienanalyse wird im Kapitel 8 erstellt. Eine Zusammenfassung und das Fazit der Ergebnisse schließen die Arbeit in Kapitel 9 ab.

12 Die Rahmenbedingungen der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas 4 2 Die Rahmenbedingungen der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas Um eine Vorstellung über die Bedeutung der Strom und Wärmeproduktion aus Biogas in Deutschland vermitteln zu können, werden im folgenden Kapitel die Rahmenbedingungen der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas dargestellt. Dies geschieht zunächst durch die Darstellung der Struktur des Energieverbrauchs in Deutschland und der Beschreibung des Ausbaus der erneuerbaren Energien (EE) im Verlauf des Kapitels 2.1. Im speziellen wird auf die Entwicklung und Bedeutung der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas eingegangen. Zusätzlich wird sowohl auf die Entwicklung der Biogasanlagenzahl- und installierten elektrischen Leistung, also auch auf den gestiegenen Flächenanspruch von nachwachsenden Rohstoffen (NawaRos) verwiesen. Die politischen und institutionellen Rahmenbedingungen der Strom und Wärmeproduktion aus Biogas werden im Kapitel 2.2 behandelt. 2.1 Struktur des Energieverbrauchs in Deutschland und der Ausbau erneuerbarer Energien EE sind die Summe der Teilbereiche Windenergie, Wasserkraft, Solarenergie, Geothermie und Bioenergie. Die in der vorliegenden Arbeit untersuchte Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas ist eine Komponente der Bioenergie. Die für die Biogasproduktion benötigten Eingangssubstrate werden der Gruppe der nachwachsenden Rohstoffe zugeordnet. NawaRos sind land- und forstwirtschaftlich produzierte Erzeugnisse, die in der ersten Stufe der Wertschöpfungskette Bioenergie erzeugen und weder als Futter- noch als Nahrungsmittel verwendet werden. Sie werden für stoffliche und energetische Nutzung produziert. Gemäß ihrer Verwendung wird zwischen Energieund Industriepflanzen unterschieden. Die in einer Biogasanlage zugeführten Eingangssubstrate werden den Energiepflanzen zugeordnet. Das Kapitel 2.1 wird zeigen, dass der Anteil der Bioenergie am Energieverbrauch im letzten Jahrzehnt in Deutschland kontinuierlich gestiegen ist. Diese Entwicklung soll im Folgenden dargestellt werden. Zur Messung des Energieverbrauchs einer Volkswirtschaft werden in der Literatur zwei wesentliche Messgrößen angegeben: Zum einen der Primärenergieverbrauch (PEV) und zum anderen der Endenergieverbrauch (EEV). Der Verbrauch von Energieträgern vor der Umwandlung wird als Primärenergieverbrauch bezeichnet. Bis zu 90 % der

13 Endenergieverbrauch in Petajoule Primärenergieverbrauch in Petajoule Die Rahmenbedingungen der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas 5 Energieträger befinden sich im Rohzustand und werden erst durch Konversionsprozesse in einen nutzbaren Zustand überführt. Die Abbildung 1 gibt einen Überblick über die Entwicklung des PEV und des EEV in Deutschland zwischen 1990 und Abbildung 1. Entwicklung des Primär- und Endenergieverbrauchs Endenergieverbrauch Primärenergieverbrauch Quelle: Eigene Darstellung nach AGEE-Stat 2010 Im Jahr 1990 betrug der PEV in der Bundesrepublik Deutschland (BRD) Petajoule (PJ). Durch die im Sommer 2008 einsetzende Weltwirtschaftskrise verringert sich der PEV konjunkturbedingt auf PJ im Jahr Dies ist ein Rückgang um ca. 10 % gegenüber dem Niveau von Durch den konjunkturellen Aufschwung der deutschen Wirtschaft ist mit einem deutlichen Anstieg des PEV für die Jahre 2010 und 2011 zu rechnen. Der PEV weist eine Korrelation mit der Konjunktur- und Wirtschaftsstruktur auf. Außerdem kann eine Korrelation zwischen dem PEV und den Witterungsund Temperaturverhältnissen der jeweiligen Periode nachgewiesen werden. Ergänzend kann auch eine Abhängigkeit von der Energiepreisentwicklung dargestellt werden (DESTATIS 2009). Der Endenergieverbrauch (EEV) gibt die tatsächlich nutzbare Energie an, die einer Volkswirtschaft zur Verfügung steht. Der Verlauf des EEVs ist mit denselben Parametern wie der PEV korreliert. Der EEV sank von 1990 bis 2009 um 8 %. Die Entwicklung und der Anteil der unterschiedlichen Energieträger am PEV kann den nachfolgenden Abbildungen 2 und 3 entnommen werden.

14 Die Rahmenbedingungen der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas 6 Abbildung 2. Anteile der Energieträger am Primärenergieverbrauch % 11% 16% Steinkohle 15% 22% Braunkohle Mineralöl Erdgas Kernenergie 35% Erneuerbare Energien Quelle: Eigene Darstellung nach AGEB 2010 Abbildung 3. Anteile der Energieträger am Primärenergieverbrauch % 9% 11% 12% Steinkohle Braunkohle Mineralöl 22% Erdgas Kernenergie 35% Erneuerbare Energien Quelle: Eigene Darstellung nach AGEB 2010 Nach wie vor ist Mineralöl der mit Abstand wichtigste Energieträger. Sein Anteil liegt im Beobachtungszeitraum konstant bei 35 %. Der Anteil von Erdgas steigerte sich im Beobachtungszeitraum von 15 % auf 21 %. Der vermehrte Einsatz von Erdgas in Kraftwerksneubauten und die nach wie vor hohe Zahl von Erdgasanschlüssen in privaten Haushalten erklärt diese Entwicklung (DESTATIS 2009). Dagegen haben Stein- und Braunkohle im Beobachtungszeitraum an Bedeutung verloren. Der geringere Einsatz in Kraftwerken durch die Substitution anderer Energieträger und Produktionsbeschränkungen in den Bergbauregionen Nordrheinwestfalen und dem

15 Die Rahmenbedingungen der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas 7 Saarland beeinflussten diese Entwicklung. Die Kernenergie trägt weiterhin zu 11 % des deutschen PEV bei und bleibt somit auf dem Niveau von Am signifikantesten hat sich der Anteil der EE am PEV entwickelt. Lag der Anteil der EE im Jahr 1990 noch bei 1 %, steigerte sich dieser bis 2009 auf über 9 %. Durch ihre geringen Konversionsverluste liegt der Anteil der EE am EEV höher als am PEV(DESTATIS 2009). Die Tabelle 1 gibt einen Überblick über die Entwicklung des Anteils der EE am EEV. Tabelle 1. Anteil erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch EEV Stromerzeugung 3,1 4,5 6,4 10,1 11,6 14,2 15,1 16,4 Wärmebereitstellung 2,1 2,1 3,9 6,0 6,2 7,4 7,4 8,8 Kraftstoffverbrauch 0 0,06 0,4 3,7 6,3 7,2 5,9 5,5 Gesamt 1,9 2,2 3,8 6,8 8,0 9,5 9,3 10,3 Quelle: Eigene Darstellung nach AGEE-Stat 2010 Angaben in % Im Jahr 2009 konnten die EE erstmals einen Anteil von über 10% des gesamten EEV decken. Noch eindrucksvoller ist die Entwicklung bei der Stromerzeugung. So trugen EE im Jahr 2009 zu 16,4 % der deutschen Stromerzzeugung bei. Für die kommenden Jahre ist mit weiter steigenden Anteilen zu rechen. Durch die dargestellte Entwicklung des PEV und EEV werden die wachsende Bedeutung der EE an der deutschen Energiebereitstellung und deren massiver Ausbau deutlich. Die dafür grundlegenden politischen und institutionellen Rahmenbedingungen werden in Kapitel 2.2 erläutert. Bevor auf die politischen und institutionellen Rahmenbedingungen eingegangen wird, soll auf die Entwicklung der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas im Kontext des Ausbaus EE verwiesen werden. Die Abbildung 4 zeigt die Entwicklung der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas im Zeitraum

16 Gigawattstunden Die Rahmenbedingungen der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas 8 Abbildung 4. Entwicklung der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas Strom Wärme Quelle: Eigene Darstellung nach AGEE-Stat 2010 Die Stromproduktion aus Biogas erfährt seit Mitte des Jahrzehnts eine enorme Steigerung. Im Jahr 2000 wurden 445 Gigawattstunden (GWh) durch Biogasanlagen produziert. Dem gegenüber stehen GWh im Jahr Die Aufwärtsbewegung in der Wärmeproduktion setzt zeitgleich mit dem Anstieg der Stromproduktion aus Biogas ein. Sie erfährt ihren vorläufigen Höhepunkt im Jahr 2008, wo mit GWh mehr Wärme als Strom produziert wird. Die Senkung der Wärmeproduktion nach 2008 ist durch den sprunghaften Anstieg des Agrarpreisniveaus in dieser Periode zu erklären. Die prozentualen Anteile der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas an der Endenergiebereitstellung (EEB) der EE werden in der Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2. Anteil der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas an der Endenergiebereitstellung der erneuerbaren Energien EEB Strom 1,1 1,9 2,2 3,3 1,9 2,7 4,6 7,3 8,7 11,3 Wärme 2,3 2,0 2,2 1,9 1,8 1,9 3,0 4,4 9,1 6,6 Quelle: Eigene Darstellung nach AGEE 2010 Angaben in % Hat die Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas zu Beginn des Jahrtausends noch eine sehr geringe Rolle gespielt, steigerte sich der Anteil bei der Stromerzeugung kon-

17 Anlagenzahl Installierte elekt. Leistung Die Rahmenbedingungen der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas 9 tinuierlich und lag im Jahr 2009 bei 11,3 %. Die Wärmeproduktion aus Biogas erfuhr ihren zwischenzeitlichen Höhepunkt im Jahr 2008 und liegt im Jahr 2009 bei 6,6 %. Die wachsende Bedeutung der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas lässt sich auch an der steigenden Zahl von Biogasanlagen und der steigenden installierten elektrischer Leistung erkennen. Die Abbildung 5 zeigt die Entwicklung für die Jahre 2000 bis Abbildung 5. Entwicklung der Anlagenzahl und installierter elektrischer Leistung Anlagenzahl Installierte elekt. Leistung (in MWh) Quelle: Eigene Darstellung nach Fachverband Biogas e.v Die Anlagenzahl hat sich im Zeitraum von 2000 bis 2009 verfünffacht. Im Jahr 2000 waren 1050 Biogasanlagen in Deutschland in Betrieb. Diese Zahl stieg auf 4984 im Jahr Prognosen des Fachverbandes Biogas e.v. gehen von einer Anlagenzahl von 6800 im Jahr 2011 aus. Mit dem deutlichen Anstieg an Biogasanlagen steigt auch die insgesamt installierte elektrische Leistung. Die immense Steigerung von 50 MWh installierte elektrische Leistung im Jahr 2000 auf 1893 MWh im Jahr 2009 ist auch durch eine Steigerung der durchschnittlichen installierten elektrischen Leistung je Anlage begründet. Diese lag im Jahr 2009 in Deutschland bei 380 kw je Anlage. Um die steigende Nachfrage nach NawaRos zu befriedigen, wird die Fläche für den Anbau kontinuierlich ausgedehnt. Die Abbildung 6 zeigt die Entwicklung des Anbaus von NawaRos in Deutschland in ha für die Jahre 2000 bis 2010 auf.

18 Anbaufläche in ha Die Rahmenbedingungen der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas 10 Abbildung 6. Anbaufläche nachwachsender Rohstoffe Quelle: Eigene Darstellung nach FNR 2010 Im Jahr 2010 wurden in Deutschland nach ersten Prognosen auf etwa 2,15 Mio. ha NawaRos angebaut (FNR 2010). Dies entspricht einer Änderung von 7,8 % gegenüber 2009 und stellt einen neuen absoluten Höchstwert da. Gemessen an der gesamten landwirtschaftlichen Nutzfläche Deutschlands (16,832 Mio. ha) entspricht dies einem Flächenanspruch von 12,8 % (DESTATIS 2010). Nach einer Reduzierung des Anbauumfangs im Jahr 2008, aufgrund sprunghaft gestiegener Agrarpreise (Schaper 2011: 86), zeichnet sich ein weiterer Ausbau des Flächenbedarfs für die Produktion von NawaRos in Deutschland für das kommende Jahrzehnt ab. Nach aktuellen Prognosen könnten im Jahr 2020 zwischen 2,5 und 4 Mio. ha durch den Anbau von NawaRos beansprucht werden (o.v. 2010). Für die Produktion von Biogas wurden im Jahr 2010 nach vorläufigen Schätzungen ha beansprucht. Der Flächenanspruch von Silomais beläuft sich dabei auf ha (FNR 2010). Dies entspricht ca. 25 % des gesamten Flächenanspruches von NawaRos und macht deutlich, dass Silomais die wichtigste Energiepflanze für die Biogasproduktion ist. 2.2 Politische und institutionelle Rahmenbedingungen Das Kapitel 2.1 hat den enormen Ausbau der EE im Allgemeinen und die Entwicklung der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas im Besonderen deutlich gemacht. Dieses

19 Die Rahmenbedingungen der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas 11 Kapitel soll die internationalen, europäischen und nationalen politischen und institutionellen Rahmenbedingungen des Ausbaus vorstellen. Die Beweggründe für den Ausbau von EE in Deutschland sind vielschichtig. Die Vermeidung von klimarelevanten Emissionen mittels Substitution fossiler Energieträger durch regenerative Energiequellen trägt zum Umwelt- und Klimaschutz bei. Gleichzeitig soll die Abhängigkeit von Energieimporten verringert, und eine Alternative für die endlichen fossilen Rohstoffvorräte geschaffen werden. Zusätzlich sollen durch den Ausbau von EE die begrenzten fossilen Ressourcen geschont werden. Durch den Ausbau von EE werden zudem positive Effekte für die Wirtschaftsleistung und die Schaffung von Arbeitsplätzen verbunden. Deutschland strebt eine Vorreiterrolle in der technischen Entwicklung der EE an, um sich auf diesem globalen Wachstumsmarkt zu positionieren. Theuvsen et. al (2010) gehen davon aus, dass im Jahr 2014 der Auslandsanteil des Umsatzes der Bioenergiebranche in Deutschland 45 % beträgt. Die Entwicklung der Zielstellungen, verbindliche Reduktionsleistungen und die gesamtwirtschaftliche Umsetzung wurde durch eine Vielzahl internationaler, europäischer und nationaler Abkommen, Richtlinien und Gesetzte beeinflusst und umgesetzt. Internationale Rahmenbedingungen Auf internationaler Ebene beeinflusst das Rahmenübereinkommen der Vereinten Nationen über Klimaänderungen (Klimarahmenkonvention) politische und institutionelle Entscheidungen in der EU und in Deutschland. Es kann als der übergeordnete Rahmen der politischen und institutionellen Bedingungen des Ausbaus der EE angesehen werden. Die Klimarahmenkonvention wurde am 9. Mai 1992 in New York City verabschiedet und trat am 21. März 1994 in Kraft. Die Zielstellung des Abkommens war zunächst wie folgt formuliert: "Das Endziel dieses Übereinkommens (...) ist es, (...) die Stabilisierung der Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre auf einem Niveau zu erreichen, auf dem eine gefährliche anthropogene [d.h. vom Menschen verursachte] Störung des Klimasystems verhindert wird. (BMU 2010a). In jährlich abzuhaltenden Konferenzen (Weltklimagipfeln) sollte über die Weiterentwicklung der Konvention beraten werden. Ein Meilenstein in der Geschichte der Klimarahmenkonvention waren konkrete Zusagen zur Senkung der Treibhausgasemission der beteiligten Staaten und die Entwicklung eines weltweiten Emissionshandels im Zuge des Kyoto-Protokolls im Jahr Auf die Bedeutung und den Mechanismus des

20 Die Rahmenbedingungen der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas 12 Handels mit Emissionen wird im Kapitel 3 im Zuge der konzeptionellen Vorstellung der CO 2 -Vermeidungskostenanalyse verwiesen. Die im Protokoll definierten Treibhausgase sind Kohlenstoffdioxid, Methan, Distickstoffoxid, teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe, perfluorierte Kohlenwasserstoffe und Schwefelhexafluorid. Deutschland ratifizierte das Protokoll am 27. April Die übrigen EU Staaten haben das Protokoll bis zum 31. Mai 2002 ratifiziert (EU 2002). Für die gesamte EU wurde eine Reduktion der Treibhausgasemissionen um 8 % im Zeitraum 2008 bis 2012 gegenüber dem Niveau von 1990 zugesagt. Im Zuge der vereinbarten EU-Lastenteilung zum Kyoto-Protokoll, hat sich Deutschland verpflichtet die Reduktion von Treibhausgasen im Zeitraum 2008 bis 2012 um 21 % gegenüber dem Niveau von 1990 zu senken (EU 2002). Um die politisch gewollte Vorreiterrolle in den internationalen Bemühungen zum Klimaschutz zu manifestieren, hat Deutschland darüber hinaus zugesagt, seine Emissionen bis zum Jahr 2020 um 40 % gegenüber 1990 zu verringern (BMU 2010b). Durch den Ausstieg der USA im Jahr 2001 gerät die Klimarahmenkonvention in eine bis heute andauernde Krise. Die Vereinbarung vom Weltklimagipfel in Cancun im Jahr 2010, die Erderwärmung auf 2 C zu begrenzen, erscheint vor den Hintergrund der fundamentalen Differenzen zwischen Industriestaaten und den Schwellen- und Entwicklungsländern, als eine symbolische Geste. Auch die Fortführung des in 2012 auslaufenden Kyoto-Protokolls bleibt weiterhin vakant. Europäische Rahmenbedingungen Die Vereinbarungen des Kyoto-Protokolls haben einschneidende Auswirkungen auf die Umwelt- und Energiepolitik in der EU und in Deutschland. Mit den Richtlinien 2001/77/EG, 2003/30/EG und der Richtlinie 2009/28/EG setzt die EU den politischen und institutionellen Rahmen für den Ausbau der EE in EU-Raum, der neben der Steigerung der Energieeffizienz ein entscheidendes Instrument zur Reduzierung der Treibhausgasemission ist. Richtlinie 2001/77/EG Die Richtlinie 2001/77/EG (Europäisches Parlament und des Rates 2001) hat im Jahr 2001 die Grundlage für die Integration EE in die europäische Stromerzeugung geschaffen und trat am 27. Oktober 2001 in Kraft. Die Entwicklung der Richtlinie steht im direkten Zusammenhang mit den Vereinbarungen des Kyoto-Protokolls. So heißt es in Artikel 2 der Richtlinie 2001/77/EG: Die zunehmende Nutzung von Strom aus

21 Die Rahmenbedingungen der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas 13 erneuerbaren Energiequellen ist ein wesentliches Element des Maßnahmenbündels, das zur Einhaltung des Protokolls von Kyoto zum Rahmenübereinkommen der Vereinten Nationen über Klimaänderungen benötigt wird, Die Richtlinie schreibt einen Anteil der EE am EEV im Jahr 2010 von 12 % vor. Um dieses Ziel zu erreichen, sollte der Anteil der EE am Stromverbrauch der EU auf 22 % im Jahr 2010 steigen. Für Deutschland wird ein Richtziel von 12,5 % vorgegeben. Dieses Ziel wurde bereits erreicht (vgl. Tabelle 1). Beläuft sich die Förderung des Ausbaus EE bis dato auf die Fokussierung des Stromsektors, wird mit der Richtlinie 2003/30/EG der Verkehrssektor mit in die Anstrengungen zur Einhaltung der Verpflichtungen des Kyoto-Protokolls und dem Erreichen der weiteren Ziele der Umwelt- und Klimapolitik aufgenommen. Richtlinie 2003/30/EG Die Richtlinie 2003/30/EG (Europäisches Parlament und des Rates 2003) gibt freiwillige Richtwerte von Biokraftstoff-Beimischung in Otto- und Dieselkraftstoffe vor und tritt am 13. Mai 2003 in Kraft. Bis zum 31. Dezember 2010 soll eine Beimischungsquote von 5,75 % erreicht werden. Mit den Richtlinien 2001/77/EG und 2003/30/EG bestehen damit zwei voneinander getrennte Richtlinien, die den Ausbau EE im Strom und Verkehrssektor fördern. Richtlinie 2009/28/ EG Mit der Richtlinie 2009/28/EG (Europäische Parlament und des Rates 2009) wird eine Gesamtregelung für alle Bereiche der EE geschaffen. Die Richtlinie 2009/28/EG ersetzt die Richtlinien 2001/77/EG und 2003/30/EG zum 1. Januar 2012 und trat am 25. Juni 2009 in Kraft. In der Richtlinie werden Ziele der zu ersetzenden Richtlinien bestätigt und neue Maßnahmen eingeführt. Gegenstand und Anwendungsbereich der Richtlinie ist die Schaffung eines gemeinsamen Rahmens für die Förderung von EE. Es werden verbindliche nationale Ziele für den Gesamtanteil von Energie aus regenerativen Ressourcen am EEV und im Verkehrssektor vorgegeben. So sollen im Jahr 2020 in der EU 20 % des EEVs aus EE gedeckt werden und der Anteil von EE im Verkehrssektor 10 % betragen. Die Richtlinie legt verbindliche nationale Gesamtziele für die jeweiligen EU- Mitgliedsstaaten fest. Deutschland muss bis zum Jahr % seines gesamten EEVs durch EE decken. Desweitern werden Regeln für statistische Transfers zwischen Mitgliedstaaten, gemeinsame Projekte zwischen Mitgliedstaaten und mit Drittländern, Herkunftsnachweise, administrative Verfahren, Informationen und Ausbildung und

22 Die Rahmenbedingungen der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas 14 Zugang zum Elektrizitätsnetz für Energie aus erneuerbaren Quellen aufgestellt (Europäisches Parlament und des Rates 2009). Ferner entwickelt die Richtlinie Nachhaltigkeitskriterien für die Herstellung von Biomasse zur energetischen Verwendung, die seit 1. Januar 2010 für Biokraftstoffe und flüssige Brennstoffe gelten. Nationale Rahmenbedingungen Die Zielsetzung zum Ausbau EE ist in Deutschland in den zuvor beschriebenen internationalen und europäischen Rahmen eingebettet. Die Steigerung des Anteils EE an der Energieversorgung hat als Ziel, die Vereinbarungen des Kyoto-Protokolls und der Vorgaben der EU zu erreichen, sowie eine nachhaltige Energieversorgung vor dem Hintergrund endlicher fossiler Ressourcen zu gewährleisten (BMU 2002). Durch den Ausbau der EE soll ein aktiver Beitrag zum Klimaschutz geleistet werden. Zu den zentralen Elementen der energiepolitischen Maßnahmen zur Erreichung der Zielstellung entwickelte sich das Gesetz für den Vorrang erneuerbarer Energien (EEG). Das Gesetz wurde durch den Deutschen Bundestag am 29. März 2000 verabschiedet und trat am 1. April 2000 in Kraft. Mit dem EEG wurde das in Deutschland seit 1991 gültige Stromeinspeisungsgesetz (Deutscher Bundestag 1990) ersetzt. Das Stromeinspeisungsgesetz regelte bis zur Einführung des EEGs die Abnahme und Vergütung von Strom, der ausschließlich aus Wasserkraft, Windkraft, Sonnenenergie, Deponiegas, Klärgas oder aus Produkten oder biologischen Rest- und Abfallstoffen der Land- und Forstwirtschaft gewonnen wird. (Deutscher Bundestag 1990). Zudem bestand eine Abnahmepflicht für Strom aus EE auf Seiten der Übertragungsnetzbetreiber und die Verpflichtung eine entsprechende Vergütung gemäß 3 des Gesetzestextes zu leisten (Deutscher Bundestag 1990). Das Einspeise- und Vergütungssystem wurde durch die Einführung des EEGs zugunsten regenerativen Stroms erheblich verbessert und an die Bedingungen im neu liberalisierten Strommarkt angepasst. Neben den Einspeise- und Vergütungsregelungen wurden Investitionsfördermaßnahmen durch das Gesetzt geregelt. Das EEG 2000 wurde durch Novellen in den Jahren 2004 und 2009 ergänzt und angepasst. Auf die Strom- und Wärmeproduktion aus Biomasse hatten beide Novellierungen weitreichende Folgen. So wurde bei der Novellierung des EEG im Jahr 2004 ein stärkerer Fokus auf die Förderung von kleinen Biogasanlagen gelegt, was zur Einführung einer neuen Vergütungsstufe für Anlagen bis 150 kw führte. Ziel der Bundesregierung war es durch die Förderung von kleinen Anlagen das Potenzial einer dezentralen Energieversorgung intensiver zu nutzen (BMU 2004). Noch entscheidender

23 Die Rahmenbedingungen der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas 15 war die Einführung des Bonus für nachwachsende Rohstoffe (NawaRo-Bonus). Die Vergütungssätze wurden auf 6,0 Cent pro kwh el bei Anlagen bis 500 kw angehoben, wenn der Strom ausschließlich aus Pflanzen- und Pflanzenbestandteilen, die in landwirtschaftlichen, forstwirtschaftlichen oder gartenbaulichen Betrieben anfallen und die keiner weiteren als der zur Ernte, Konservierung oder Nutzung in der Biomasseanlage erfolgten Aufbereitung oder Veränderung unterzogen wurden, und/oder aus Gülle oder bestimmter Schlempe gewonnen wird (BMU 2004). Ebenso wurden durch die Novellierung von 2004 verstärkte Anreize zum Einsatz von Gülle zur Mono- oder Kofermentation in Biogasanlagen gesetzt. Für den Bereich der Wärmeproduktion wurde die Mindestvergütung für Strom im Sinne des Kraft-Wärme-Kopplungsgesetzes um 2 Cent pro kwh el erhöht (KWK-Bonus), wenn die Anlage gleichzeitig Strom und Wärme produziert (BMU 2004). Für alle Anlagen wurde die Zahlung der Vergütungen für 20 Jahre garantiert. Mit der Novellierung von 2009 wurden die Sätze zur Grundvergütung, dem NawaRo- Bonus und dem KWK-Bonus nochmals erhöht. Der Ausbau der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas erfuhr dadurch eine zusätzliche Dynamik. Die garantierten Einspeisevergütungen werden den Produzenten von den Übertragungsnetzbetreibern gezahlt. Durch das EEG entstehen den Übertragungsnetzbetreibern (UNB) Mehrkosten. Die Mehrkosten resultieren aus der Differenz der Einspeisevergütungen und den Kosten des deutschen Strommix. Der deutsche Strommix setzt sich aus allen verfügbaren Technologien zur Strombereitstellung zusammen. Die Mehrkosten der UNB werden auf der Grundlage der am in Kraft getretenen Ausgleichsmechanismusverordnung (AusglMechV) im Zuge der sogenannten EEG-Umlage kompensiert. Nach der AusglMechV sind die Elektrizitätsversorgungsunternehmen seit dem 1. Januar 2010 verpflichtet, für jede an Letztverbraucher gelieferte Kilowattstunde Strom eine EEG- Umlage an die UNB zu entrichten (Informationsplattform der deutschen Übertragungsnetzbetreiber 2011). Durch die EEG-Umlage soll die Differenz aus den Einnahmen und Ausgaben der UNB bei der EEG-Umsetzung gedeckt werden. Die EEG-Umlage für nicht privilegierten Letztverbraucherabsatz beträgt für das Jahr ,53 ct/kwh el (Informationsplattform der deutschen Übertragungsnetzbetreiber 2011). Für einen durchschnittlichen deutschen Privathaushalt mit einem jährlichen Energieverbrauch von kwh el bedeutet dies Mehrkosten von 123,55 jährlich (DESTATIS 2008). Bei 40 Millionen deutschen Haushalten entspricht dies einer Belastung von ca. 5 Mrd. im

24 Die Rahmenbedingungen der Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas 16 Jahr (Eigene Berechnung nach DESTATIS 2006). Die Höhe der durch die EEG-Umlage verursachten volkswirtschaftlichen Kosten, macht die Relevanz einer interdisziplinär geführten Analyse über die Kosteneffizienz und Effektivität der aktuellen Energie-, Klima- und Umweltpolitik und mögliche Alternativen in Deutschland deutlich. Das EEG 2009 bildet die Grundlage für die Berechnungen der Leistungen im Zuge der betriebswirtschaftlichen Analyse in Kapitel 6. Eine Übersicht der Vergütungssätze und eine Berechnungsbeispiel ist den Tabelle A11 und A12 im Anhang zu entnehmen. Es bleibt festzuhalten, dass die Regelungen des EEGs die Grundlage für den massiven Ausbau der EE Energien in Deutschland im Allgemeinen, und für die Energieproduktion aus Biomasse im Speziellen gebildet haben und weiterhin bilden werden. Die aktuelle Debatte zur anstehenden Novellierung des EEGs im Jahr 2012 diskutiert grundlegende Änderungen der Fördermechanismen und Vergütungssätze. Dies geschieht aufgrund der vermehrten kritischen Einwände, die Fehlentwicklungen bezüglich Kosteneffizienz und Effektivität im EEG in seiner jetzigen Form identifizieren (vgl. WBA 2008; Zschache et al. 2010; Frondel und Schmidt 2010). Es bleibt abzuwarten, welchen Einfluss diese sowohl auf wissenschaftlicher als auch gesellschaftlicher Ebene geführte Debatte auf den parlamentarischen Entscheidungsprozess haben wird.

25 Ökonomische Einordnung der CO 2 -Vermeidungskostenanalyse 17 3 Ökonomische Einordnung der CO 2 -Vermeidungskostenanalyse Die CO 2 -Vermeidungskostenanalyse soll in den folgenden Kapiteln in den ökonomischen Kontext eingeordnet werden. So soll aufgezeigt werden, wie das Konzept der CO 2 -Vermeidungskostenanalyse im betriebswirtschaftlichen und volkswirtschaftlichen Kontext zu bewerten ist und wie die CO 2 -Vermeidungskosten als ein Instrument zur Bewertung von klimapolitischen Sachverhalten herangezogen werden können. Desweiteren soll hervorgehoben werden, welche Aspekte bei der Berechnung von CO 2 -Vermeidungskosten zu berücksichtigen sind. Für die Einordnung der CO 2 - Vermeidungskostenanalyse in den betriebswirtschaftlichen und volkswirtschaftlichen Kontext, sollen im Folgenden einige umweltökonomische Grundlagen diskutiert und den CO 2 -Vermeidungskosten ähnliche Instrumente zur Politikbewertung vorgestellt werden. 3.1 Umweltökonomische Grundlagen Durch den Bezug auf umweltökonomische Grundlagen soll die Einordnung der CO 2 - Vermeidungskostenanalyse in den betriebswirtschaftlichen und volkswirtschaftlichen Kontext erleichtert werden. Dazu werden die für die Umweltökonomik elementaren Begriffe der öffentliche Güter und externe Effekte, sowie den CO 2 -Vermeidungskosten ähnliche Instrumente zur Beantwortung von klimapolitisch relevanten Fragestellungen vorgestellt. Der Untersuchungsgegenstand der Ökonomik ist der rationale Umgang mit Gütern, die nur beschränkt verfügbar sind. Der zentrale Begriff der Ökonomik ist das Gut und dessen Beschränkung bzw. Knappheit. Die Umweltökonomik betrachtet die Umwelt als ein zumeist knappes Gut, dessen effiziente Allokation einen definierten Nutzen stiften kann, so wie dies in der allgemeinen Lehre der Ökonomik durch effiziente Allokation von gewöhnlichen Konsumgütern erwartet wird (Wiesmeth 2003: 41). Ein häufig verwendetes Instrument der Umweltökonomik sind Vermeidungskostenfunktionen. Mit Hilfe von Vermeidungskostenfunktionen können eine Vielzahl von umweltökonomischen Fragestellungen dargestellt werden. So werden diese zur Bestimmung von optimalen Emissionsniveaus im Zuge des Coase-Theorems verwendet. Auch der Einfluss von politischen Maßnahmen wie Steuern und Emissionshandel zur Reduzierung

26 Ökonomische Einordnung der CO 2 -Vermeidungskostenanalyse 18 von Umweltverschmutzungen bzw. Emissionsreduktionen werden unter Verwendung von Vermeidungskostenfunktionen betrachtet. Wirtschaftswissenschaftlich bedeutende Beispiele dafür sind die von Arthur Cecil Pigou im 19. Jhd. beschrieben Pigou-Steuer, die ein Instrument zur Eindämmung von Umweltverschmutzung darstellt und die von Ellermann und Decaux (1998) entwickelten Anwendungen von Marginal Abatement Curves (MACs) zur Analyse und Bewertung von Emissionshandel im Zuge des Kyoto- Protokolls. Die Ansätze werden im Folgenden zusammenfassend dargestellt, um zu zeigen wie Vermeidungskostenfunktionen in der Umweltökonomik eingesetzt werden, um umweltökonomische Fragestellungen zu beantworten und klimapolitische Maßnahmen bewerten zu können. Zum Verständnis der verschiedenen Ansätze werden im folgenden Kapitel die Begriffe der öffentlichen Güter und externen Effekte vorgestellt. Öffentliche Güter und externe Effekte Wie bereits geschildert, befasst sich die klassische Ökonomik mit der rationalen (effizienten) Allokation von knappen Ressourcen bzw. Gütern. In der Ökonomik wird allgemein sowohl zwischen gewöhnlichen Gütern und Giffen-Gütern, als auch zwischen normalen Gütern und inferioren Gütern unterschieden. Die Umweltökonomik beschäftigt sich maßgeblich mit einer weiteren Art, den öffentlichen Gütern. Werden die zuvor genannten Güter durch ihr Verhalten bei Preis bzw. Einkommensänderungen charakterisiert, gelten bei öffentlichen Gütern andere Maßstäbe. Ein Gut ist dann öffentlich, wenn es zwei Kriterien erfüllt. Erstens muss es sich um ein nichtrivalisierendes Gut handeln und zweites muss es gleichzeitig ein nichtausschließbares Gut sein (Pindyck und Rubinfeld 2009: 872). Nichtrivalisierend bedeutet, dass die Grenzkosten der Bereitstellung an einen zusätzlichen Konsumenten gleich null sind. Nichtausschließbar impliziert, dass es nicht möglich ist einen Konsumenten von der Nutzung des Gutes auszuschließen und daher auch sehr schwierig bzw. unmöglich ist, etwas für den Konsum dieses Gutes zu berechnen. Ein für die Problemstellung dieser Arbeit als geeignet zu betrachtendes öffentliches Gut ist die Luft. Als Beispiel soll davon ausgegangen werden, dass bei der Produktion eines Konsumgutes neben den benötigten Inputs auch ein öffentliches Gut in Anspruch genommen wird. Ein Beispiel dafür wäre die Energiebereitstellung aus fossilen Ressourcen und der dabei gleichzeitig entstehenden Luftverschmutzung, durch die bei der Verbrennung der fossilen Ressourcen emittierten Schadstoffe. Die Luftverschmutzung wird in der ökonomischen

27 Ökonomische Einordnung der CO 2 -Vermeidungskostenanalyse 19 Betrachtung als ein negativer externer Effekt der Energiebereitstellung angesehen. Externe Effekte können positiv oder negativ sein, auf Konsumenten oder Produzentenseite entstehen und treten dann auf, wenn die wirtschaftliche Aktivität eines Akteurs in die Zielfunktion eines anderen eingeht und dafür kein Preis existiert (Kirschke und Jechlitschka 2002: 69). Um externe Effekte der Produktion darstellen zu können, wird zwischen einer privaten und einer sozialen Angebots- bzw. Grenzkostenkurve unterschieden. Im Beispiel führt die Energiebereitstellung zu dem negativen externen Effekt Luftverschmutzung. Die sozialen Grenzkosten der Luftverschmutzung liegen über den privaten Grenzkosten. Der Marktpreis der Energiebereitstellung beinhaltet diese sozialen Grenzkosten nicht. In der Ökonomik wird das Auftreten von nicht internalisierten (eingepreisten) externen Effekten als Marktversagen bezeichnet. Marktversagen führt in seiner Folge zu einer nicht effizienten Allokation von Ressourcen (Hanley et al. 1997: 24) Eine Aufgabe der Umweltökonomik ist es, Instrumente zu finden, die das Marktversagen überwinden können, die externen Effekte internalisieren und damit zu einer effizienten Allokation von Ressourcen beitragen. Die Internalisierung von externen Effekten kann auf unterschiedlichen Wegen erfolgen. Die im folgenden Abschnitt zu erläuternde Pigou- Steuer und das Coase-Theorem sind Ansätze, die zu einer Internalisierung von externen Effekten führen, in ihrer Methodik jedoch unterschiedliche Annahmen und ökonomische Mechanismen voraussetzen und anwenden. Eine weitere Möglichkeit zur Internalisierung von externen Effekten und der effizienten Allokation von Ressourcen stellt der Emissionshandel dar, der im Anschluss an die Ausführungen über die Pigou-Steuer und das Coase-Theorem folgt. Pigou-Steuer Ein Instrument zur Internalisierung negativer externer Effekte auf Produzentenseite ist die Besteuerung der Produktion. Die Erhebung von Steuern zur Internalisierung externer Effekte wird als Preislösung bezeichnet (Fees 1997: 71). Durch die Internalisierung von externen Effekten kann ein wohlfahrtstheoretisches Gleichgewicht geschaffen werden, das als pareto-effizient bezeichnet wird. Unter pareto-effizient gilt ein Gleichgewicht, bei dem kein Wirtschaftssubjekt besser gestellt werden kann, ohne dass mindestens ein anderer Akteur dadurch einen Nutzeneinbußen erdulden muss (Fees 1997: 33). Dem öffentlichen Gut Luft wird im Beispiel der Luftverschmutzung durch

28 Ökonomische Einordnung der CO 2 -Vermeidungskostenanalyse 20 die Preislösung ein Preis zugeordnet. Durch diesen Preis kann nun das Verhalten der Wirtschaftssubjekte beeinflusst werden. Ein pareto-effizientes Gleichgewicht wird dort erreicht, wo die soziale Grenzschadensfunktion durch die Luftverschmutzung gleich der privaten Grenzvermeidungskostenfunktion einer zusätzlichen eingesparten Einheit von Luftverschmutzung ist. Dieser Gleichgewichtszustand kann bei Kenntnis der Grenzvermeidungskosten- und Grenzschadensfunktion durch die Einführung eines Steuersatzes erreicht werden. Der Steuersatz muss so gewählt werden, das dieser zu einer Reduzierung der Luftverschmutzung führt, so dass ein Emissionsniveau erreicht wird, in dem die privaten Grenzkosten der Vermeidung einer zusätzlichen Emissionseinheit gleich der sozialen Grenzschadensfunktion einer zusätzlichen Emissionseinheit entsprechen. Das Konzept einer Besteuerung zur Internalisierung von externen Effekten wurde erstmals in den 1920iger Jahren von dem Ökonomen Arthur Pigou beschrieben. Dieses Instrument zur Internalisierung externer Effekte ist deshalb als Pigou-Steuer bekannt. Da die Besteuerung das Subjekt betrifft, welches das Auftreten eines externen Effektes verursacht, basiert diese Art der Internalisierung externer Effekte auf dem Verursacherprinzip. Coase-Theorem Ein weiteres Instrument zur Schaffung eines pareto-effizienten Gleichgewichtes bei Auftreten von externen Effekten wird durch das Coase-Theorem beschrieben. Im Unterschied zu der auf dem Verursacherprinzip basierenden Preislösung, die einen direkten preispolitischen Eingriff in Märkte dargestellt, beschreibt der Ökonom Ronald H. Coase 1960 in seinem Aufsatz The Problem of Social Cost die Möglichkeit, über Verhandlungslösungen zwischen den einzelnen Wirtschaftssubjekten zu einer paretoeffizienten Internalisierung von externen Effekten zu gelangen (Fees 1997: 131). Die zentrale These des Coase-Theorems ist die Annahme, dass jegliche präzise Festlegung von Eigentumsrechten zu einem pareto-effizienten Gleichgewicht und somit zu einer Internalisierung von externen Effekten führt, sofern die Akteure vollständig informiert sind, die Art der Kommunikation zwischen ihnen eindeutig definiert ist und keine Transaktionskosten auftreten (Hanley et al. 1997: 25). Nach Coase spielt es bei der Internalisierung von externen Effekten keine Rolle, ob die Eigentumsrechte beim Verursacher oder Geschädigten liegen.

29 Ökonomische Einordnung der CO 2 -Vermeidungskostenanalyse 21 Emissionshandel Neben den umweltökonomischen Instrumenten der Preis -und Verhandlungslösungen, wird in der Umweltökonomik ein weiteres umweltpolitisches Instrument untersucht, das zur pareto-effizienten Internalisierung von externen Effekten angewandt wird. Es handelt sich dabei um Zertifikate bzw. Lizenzen. Der Grundgedanke von Zertifikaten besteht darin, das die zuvor definierte Umweltbelastung beispielsweise die Menge an Schadstoffemissionen in der Energieproduktion eingehalten und das Recht zur Emission auf handelbare Zertifikate aufgeteilt wird (Fees 1997: 119). Da Zertifikate mit dem Recht auf eine bestimme Menge von umweltbelastenden Outputs verbunden sind, nennt man diesen Ansatz der pareto-effizienten Internalisierung externer Effekte auch die Mengenlösung. Bei handelbaren Zertifikaten wird die insgesamt zulässige Menge zunächst fixiert, der Preis für die Zertifikate soll sich über den Markt bilden. Werden Zertifikate auf einem Markt gehandelt, so wird dies als Emissionshandel bezeichnet. Eine pareto-effiziente Internalisierung externer Effekte erfolgt dort, wo gerade so viele Zertifikate zur Verfügung stehen, dass der Zertifikatepreis dem Grenznutzen gleicht, der durch die Verbesserung der Umweltqualität erreicht wird. In Analogie zu der zuvor beschrieben Preislösung, kann diese Bedingung auch so formuliert werden, dass die Grenzkosten gleich dem Grenznutzen gleich dem Zertifikatepreis sein müssen (Fees 1997: 123). Der Handel von Zertifikaten ist ein zentrales Instrument des Kyoto- Protokolls zur CO 2 -Reduktion und wird zudem in Europa im Zuge des EU- Emissionshandels angewandt. Für den Untersuchungsgegenstand dieser Arbeit ist die Bewertung von Emissionshandel durch Marginal Abatement Curves (MACs) interessant. Dadurch kann zum einem das Prinzip des Emissionshandels dargestellt werden, zusätzlich sollen die folgenden Erläuterungen die mikroökonomische Relevanz von MACs zeigen. In einem 1998 veröffentlichten Aufsatz haben Ellerman und Decaux die Vorzüge des Emissionshandels zur CO 2 -Emissionsreduktion unter Verwendung von MACs untersucht. MACs werden in der Ökonomik oft angewandt, um die Effektivität und Effizienz klima- und umweltpolitischer Maßnahmen zu überprüfen (Ellerman und Decaux 1998: 1). Die ökonomische Grundlage von MACs bilden Grenzvermeidungskostenfunktionen. Auf der mikroökonomischen Ebene beschreiben Grenzvermeidungskostenfunktionen die Kosten für die Reduzierung des Outputs einer Emission (Hanley et al 1997: 108). Grenzvermeidungskostenfunktionen können ebenso auf makroökonomischer Ebene

30 Ökonomische Einordnung der CO 2 -Vermeidungskostenanalyse 22 angewandt werden, um die Kosten der Reduktion von Emissionen einer Region, eines Landes etc. darzustellen. Hinter dem Prinzip des Emissionshandels steht die Erkenntnis, dass einzelne Regionen geringe Vermeidungskosten aufweisen als andere Regionen. Pareto-effizient ist daher ein Szenario, bei dem jene Regionen die Emissionen günstiger vermeiden können, ihr Emissionsniveau senken, und jene Regionen bei denen die Grenzvermeidungskostenfunktion über der Grenzschadensfunktion liegt, ihr Emissionsniveau erhöhen. Zur Regulierung dieses Mechanismus dient der Emissionshandel, da die Regionen die ihr Emissionsniveau senken übriggebliebene Zertifikate an die Regionen verkaufen können, die ihr Emissionsniveau steigern sollten. Ellermann und Decaux 1998 haben diese Vorzüge eines Emissionshandels mit Hilfe von MACs deutlich gemacht. Die Abbildung 7 zeigt den Ansatz in schematischer Darstellung. Abbildung 7. Marginal Abatment Curves Quelle: Ellermann und Decaux (1998) Durch die Abbildung wird das Prinzip deutlich. Auf der Abzisse wird die Einsparung an CO 2 -Emissionen abgetragen, auf der Ordinate der Schattenpreis von CO 2. Mit Hilfe eines Computable General Equilibrium (CGE) Models wurden jedem CO 2 -Vermeidungsniveau ein Schattenpreis für CO 2 -Emission zugeteilt (Ellerman und Decaux 1997: 2). Dies geschah für eine bestimmte Region R und definierte Zeitperiode t. Der Verlauf des Graphen bestimmt die Eigenschaft der MAC. Der Schattenpreis von CO 2 steigt bei steigendem CO 2 -Vermeidungsniveau, und die Grenzvermeidungskosten der eingesparten Emission zum Zeitpunkt t sind niedriger, als die Emissionseinsparung im Zeitpunkt t+1. Um die Vorzüge eines Emissionshandels darzustellen, wurden durch Ellerman und Decaux 1998 MACs für alle am Kyoto-Protokoll beteiligten Region/Staaten berechnet. In Abhängigkeit zu den jeweiligen Emissionsniveaus

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