Wirkungen der Produktion von Erdölsubstituten aus Biomasse auf den Agrarsektor in der Schweiz

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1 School Domain for Environment and Natural Resources S-ENETH Institute for Environmental Decisions IED Wirkungen der Produktion von Erdölsubstituten aus Biomasse auf den Agrarsektor in der Schweiz Präsentation vom, Rapperswil SG Simon Peter, Dr. Michael Weber, Prof. Dr. Bernard Lehmann

2 Inhalt Fragestellungen Methodisches Vorgehen Szenarien bezüglich Agrar- und Energiepreisniveau Resultate der Modellrechnungen Schlussfolgerungen Institute for Environmental Decisions IED 2

3 In Anlehnung an den Projekt-Auftrag werden Berechnungen zur Beantwortung folgender fünf Forschungsfragen angestellt: FF1: Bei welchem Energiepreis ist der (Kipp-)Punkt erreicht, bei dem die Nahrungsmittelproduktion in der Schweiz in die Energieproduktion übergeht. FF2: Wie entwickelt sich das Angebot an Agrar-Energieträgern wenn der Energiepreis (über den Kipp-Punkt hinaus) weiter ansteigt? FF3: Wie entwickelt sich der Flächenbedarf für die Nahrungsmittel- und die Bioenergieproduktion in der Schweiz bei steigenden fossilen Energiepreisen? Institute for Environmental Decisions IED 3

4 Fortsetzung FF4: Wie präsentiert sich das Zustandsbild der Schweizer Landwirtschaft hinsichtlich der Flächennutzung für Nahrungsmittel- und Energiezwecke bei ausgewählten Energiepreisniveaus? FF5: Mit welchen landwirtschaftlichen Einkommenseffekten ist bei steigendem Energiepreisniveau zu rechnen? Institute for Environmental Decisions IED 4

5 Im Projekt berücksichtigte Agrar-Energieträger Bioenergieträger Referenz- Energieträger Aktivität in S_INTAGRAL unterstellte Produktionsanlage Biodiesel Diesel Industrie-Raps RME-Raps Bioethanol Benzin Ethanol-Kulturen Etha-Weizen Etha-Rüben Etha-Mais Biodiesel Herstellung: 42 Mio lt/jahr Bioethanol Herstellung: 50 Mio. lt/jahr Heizgetreide Heizöl Heizgetreide 350 kw-getreideverbrennungs-anlage Biogas-Strom Strom (konv.) Biogas-Mais Biogasanlage Typ 1 ( 80 kw) Typ 2 (275 kw) = Anlagengrösse ist für die Produktionskosten der Agrar-Energieträger von Bedeutung (Skaleneffekte) 31. Januar 2008 Institute for Environmental Decisions IED 5

6 Systemgrenzen Produktion Agrarrohstoff Produktionskosten C (=Rohstofftransport, Verarbeitung, Handel/Vertrieb) +Transport +Verarb. +Vertrieb /Tankst. = End-Preis Feld Zentrale Sammelstelle Verarbeitungsstätte Endverbraucher Biodiesel Raps Bahnhof RME- Anlage Tankstelle Bioethanol Weizen Mais Rüben Bahnhof BE- Anlage Tankstelle Heizgetreide Weizen Haushalt/ Industrie Biogasstrom Mais (+Gülle) zentrale BGA Einspeisung Netz Haushalt/ Industrie 31. Januar 2008 Institute for Environmental Decisions IED 6

7 Herleitung der theoretischen Zahlungsbereitschaft (P AR ) für Agrarrohstoffe zu Energiezwecken fos agr PE = PE = ( PAR R + Ci E NP ) (1 + Mwst) P AR = (1 + P fos E Mwst) ( C i E NP ) 1 R wobei: P E Energiepreis (fos = Benzin, Diesel, Heizöl und agr = Ethanol, RME, Heizgetreide) P AR Preis des Agrarrohstoffs (AR = RME-Raps, Etha-Rüben/Mais/Weizen, Heizgetreide) R Rohstoffeinsatz je Energie-Äquivalent (z.b kg Raps / lt Diesel-RME) C i Kosten für die Produktion des Agrar-Energieträgers, wobei i Kostenpositionen unterschieden werden. (i= Rohstofftransport, Verarbeitung, Vertrieb/Handel/Tankstelle) E NP Erlös aus allenfalls anfallenden Nebenprodukten (NP); z.b. Rapsschrot Mwst Mehrwertsteuersatz (7.5%) Institute for Environmental Decisions IED 7

8 Einfluss steigender Energiepreise auf den energetischen Wert von Agrarrohstoffen Kosten je lt Diesel-eq. [CHF/lt] Beispiel: Bei einem Dieselpreis von 2.1 CHFpro lt hat RME-Raps einen Wert von 53.-/dt Mwst max. Zahlungsbereitschaft Rohstoff Vertrieb- und Tankstelle RME-Produktion Rohstofftransport (Raps) Dieselpreis [CHF/lt] 31. Januar 2008 Institute for Environmental Decisions IED 8

9 Äquivalenzpreise von RME-Raps Dieselpreis [CHF/lt] Rapspreis [CHF/dt] Äquivalenzpreis: Preis des agrarischen Rohstoffs, zu dem eine Einheit des Agrarenergieträgers gleich teuer ist, wie der fossile Referenzenergieträger Bemerkungen: Rapskuchen zu internationalen Preisen bewertet (23 Rp./eq-lt) Die Zahlen in der Matrix geben die Mehrkosten (SCHWARZ) bzw. die Minderkosten (GRÜN) in CHF / lt Diesel-eq an, wenn RME anstelle von fossilem Diesel eingesetzt wird 31. Januar 2008 Institute for Environmental Decisions IED 9

10 Agrarpreis-Szenarien HOCH und TIEF Szenario HOCH: Basis sind die Agrarpreise nach Umsetzung der AP die Preise bleiben von 2012 bis 2015 konstant Szenario TIEF: Basis sind die effektiven EU-Preise von 2002 bis 2004 *. die Preise werden von 2008 bis 2011 auf EU-Niveau gesenkt und bleiben dann bis 2015 konstant. * Begründung: Zu diesem Zeitpunkt waren die Preise in der EU noch kaum von heute beobachteten Verzerrungen beeinflusst. Das Preisgefüge bzw. die relativen Preise waren in sich konsistent - wenn auch auf tiefem Niveau. Dieses Niveau kann als untere Preisgrenze für Agrarpreise im Szenario TIEF betrachtet werden. Institute for Environmental Decisions IED 10

11 Auswirkungen der Agrarpreis-Szenarien auf die Preisentwicklung beim Weizen Schwellenpreis- Senkung I (3.-/dt) Schwellenpreis- Senkung II (4.-/dt) [CHF/dt] HOCH (=Preisniveau nach AP 2011) TIEF (=EU-Preisniveau '02/'04) Institute for Environmental Decisions IED 11

12 S_INTAGRAL conceptual framework Talregion Bergregion Hügelregion Gebäude, Kraftfutter Gras (frisch, dürr, siliert) Mais (Körner-, Silomais) Gerste Eiweisserbsen Pflanzliche Produkte (Nahrung) Brotweizen Kartoffeln Zuckerrüben Speiseraps Futter Getreide (Wärme, Bioethanol) Raps (Biodiesel) Rüben (Bioethanol) Körnermais (Bioethanol) S S Rindvieh Schweine Schafe Geflügel Naturwiese Kunstwiese Ackerfläche (till/no till) Brache div. Stalltypen und -grössen je Tierkategorie (Betriebstypen) Fruchtfolge Nährstoffbilanz Futterbilanz Populationsdynamik G N G N Emissionen/ Nährstoffverluste Futtertransport handelbares Milchkontingent Hofdünger G N Gülle/ Mist Pflanzenproduktion Entwicklung der Stallkapazitäten Tierproduktion div. Mechanisierungstypen und Intensitätsniveaus Biogas-Silomais (NaWaRo) Tierische Produkte (Nahrung) Milch Fleisch Eier Biogasanlage (Strom, Wärme) Maschinen, Düngemittel Mineraldünger organische Dünger Deposition Stickstoff-Fixierung Im Modell S_INTAGRAL treten die Energiekulturen mit ihrem Rohstoffwert in Konkurrenz zu den konventionellen Kulturen mit ihrem Nahrungsmittelwert!!! Die Angebotsfunktion für inländische Bioenergie wurde mit dem Modell berechnet, indem die fossilen Treib- und Brennstoffpreise schrittweise von 1.0 CHF/lt bis auf ein Niveau von 3.7 CHF/lt angehoben wurden. 31. Januar 2008 Institute for Environmental Decisions IED

13 Vorgehen bei den Berechnungen ( 3 Berechnungsschritte) Schritt I Validierung des Modells (bis 2007) mit Preisen und Direktzahlungen der AP 2007 Schritt II Prognose der landwirtschaftlichen Strukturen ( ) unter den definierten Agrar-Preisszenarien Berechnung der Kipp- Punkte und Angebotskurven für Agrar- Energieträger Agrarpreis- Szenarien Schritt III p Ref Angebotskurve Hoch p 2007 Ref x p Ref Tief Angebotskurve p 2007 Ref Leg.: x=menge von Agrar-Energieträgern, p=preis von Referenz-Energieträgern x 31. Januar 2008 Institute for Environmental Decisions IED 13

14 Modellannahmen (1): Die Modellresultate für das Zieljahr 2015 unterliegen der Annahme, dass das allgemeine Agrarpreisniveau im 2015 kommt auf das Niveau der Szenarien HOCH und TIEF zu liegen das in der AP 2011 beschlossene Direktzahlungssystem wird bis zum Jahr 2015 weitergeführt ( Extensoprämie: 400.-, RME-Raps: , Etha-Zuckerrüben: kein Kulturbeitrag) die Produktion von Biotreibstoffen ist grundsätzlich von der Mineralölsteuer befreit ( es wird eine positive Ökobilanz vorausgesetzt) Institute for Environmental Decisions IED 14

15 Modellannahmen (2): Im Weiteren werden die Annahmen getroffen, dass der Import von billiger Bioenergie wird durch einen entsprechenden Grenzschutz verhindert. (Begründung: nur in diesem Fall führen steigende CH-Energiepreise zu einer erhöhten ZBS für inländische Bioenergie und damit auch für inländische Energy-Crops) ein Anstieg des Energiepreisniveaus ist auf die Schweiz beschränkt und wird durch politische Massnahmen verursacht (Mineralölsteuer, CO 2 -Steuer) (Begründung: unter dieser Annahme kann das allgemeine Agrarpreisniveau auf der Höhe der Szenarien HOCH und TIEF exogen vorgegeben werden. Die Problematik der nur schwer quantifizierbaren Markteffekte der Energiepreise auf die pflanzlichen und vor allem die tierischen Erzeugerpreise kann ausgelagert werden) Institute for Environmental Decisions IED 15

16 Annahmen Modellrechnungen: (1) Die Berechnungen wurden für das Zieljahr 2015 durchgeführt (2) Bestmögliche Rahmenbedingungen für eine inländische, ackerbaubasierte Bioenergieproduktion. Das heisst: Direktzahlungen wie in AP 2011 Mineralölsteuerbefreiung Grenzschutz für inländische Bioenergieindustrie Energiepreisanstieg auf Schweiz beschränkt Modellergebnisse entsprechen der maximalen Bioenergieproduktion Gegenüber den Modellergebnissen wird somit das in der Realität zu erwartende Bioenergieangebot geringer ausfallen. Institute for Environmental Decisions IED 16

17 Kipp-Punkte (FF1) und Angebotskurven (FF2) von Agrar-Energieträgern im HOCH 1200 TIEF [Mio. lt] [Mio. lt] Benzin-/Dieselpreis [CHF/lt] Benzin-/Dieselpreis [CHF/lt] Agrar-Energie ("HOCH") Bioethanol Biodiesel Heizgetreide (Heizöl-eq.) Agrar-Energie ("HOCH") Bioethanol Biodiesel Heizgetreide (Heizöl-eq.) Institute for Environmental Decisions IED 17

18 Agrar-Energieproduktion in Abhängigkeit des Agrarpreis-Szenarios HOCH und TIEF Angebotskurven für Bioenergie Szenario HOCH Szenario TIEF 800 [Mio. lt] Benzin-/Dieselpreis [CHF/lt] Institute for Environmental Decisions IED 18

19 Agrar-Energieanteil am gesamten CH- Energieverbrauch Anteil der Bioenergie am gesamtschweizerischen fossilen Energieverbrauch 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% 0% Szenario HOCH Szenario TIEF Benzin-/Dieselpreis [CHF/lt] (Heizölpreis ca. 1.-/lt weniger) Energieverbrauch 2005/2006 = 100% (4 650 Mio. lt Benzin, Miolt Diesel, Mio lt Heizöl) Institute for Environmental Decisions IED 19

20 Flächenbedarf für die Energieproduktion (FF3) HOCH TIEF TIEF 250' '000 Anbaufläche [ha] 200' ' '000 50'000 Anbaufläche [ha] 200' ' '000 50' Benzin-/Dieselpreis [CHF/lt] Benzin-/Dieselpreis [CHF/lt] RME-Raps Heizgetreide Etha-Mais Etha-Rüben RME-Raps Heizgetreide Etha-Mais Etha-Rüben Institute for Environmental Decisions IED 20

21 Flächenkonkurrenz zwischen Nahrungsmittel- und Energieproduktion (FF3) Anbaufläche [ha] 400' ' ' ' ' ' '000 HOCH Anbaufläche [ha] 400' ' ' ' ' ' '000 TIEF TIEF 50'000 50' Benzin-/Dieselpreis [CHF/lt] Benzin-/Dieselpreis [CHF/lt] offene Ackerfläche (o.af) o.af tierische Ernährung o.af menschl. Ernährung o.af Bioenergie offene Ackerfläche (o.af) o.af tierische Ernährung o.af menschl. Ernährung o.af Bioenergie Institute for Environmental Decisions IED 21

22 Flächenkonkurrenz zwischen Nahrungsmittel- und Energieproduktion (FF3) 100% HOCH 100% TIEF Landwirtschaftliche Nutzfläche [%] 75% 50% 25% Landwirtschaftliche Nutzfläche [%] 75% 50% 25% 0% Benzin-/Dieselpreis [CHF/lt] 0% Benzin-/Dieselpreis [CHF/lt] o.af Bioenergie o.af menschl. Ernährung o.af tierische Ernährung Wiesland o.af Bioenergie o.af menschl. Ernährung o.af tierische Ernährung Wiesland Grünlandfläche geht zwar zurück, aber Rindviehproduktion bleibt konstant kraftfutterbetontere Ration in der Milchproduktion ( Kraftfutterimport) Intensivierung auf dem verbleibenden Grünland Kunstwiese auf Ackerland kann aufgegeben und zur Energieproduktion verwendet werden. Institute for Environmental Decisions IED 22

23 Flächennutzung der landw. Nutzfläche (LN = ha) CH-Preise AP 2011 EU-Preise 02/ 04 Agrarpreisniveau EU-Level CH-Level ( TIEF ) ( HOCH ) Energiepreisniveau 1.7 CHF/lt ( heute) 2.7 CHF/lt 3.7 CHF/lt 75% 1% 1% = ha 7% 12% 4% 2% 12% 77% 7% = ha 7% 7% = ha 15% 11% 5% 3% 2% 64% 15% = ha 32% = ha 32% 3% 1% 33% 33% = ha 87% 80% 65% 2% 0% Fläche: Wiesland offene Ackerfläche Zweck: Futter Energie Futter Nahrung Landw. Nutzfläche: ca ha Institute for Environmental Decisions IED

24 Einkommenseffekt der Agrar-Energieproduktion (Szenario HOCH) 3'000 lw. Einkommen [Mio. CHF] 2'500 2'000 1'500 1' Schweiz Schweiz ohne Energy-Crops Tal Huegel Berg Benzin-/Dieselpreis [CHF/lt] Institute for Environmental Decisions IED 24

25 Welche Energieträger/Kulturen werden sich in der landwirtschaftlichen Produktion durchsetzen? unter den getroffenen Annahmen im Zieljahr 2015 (!) Kipp-Punkte im Jahr 2015 Einheit TIEF HOCH Energiepr eis heute notwendige Preiserhöhung im Jahr 2015 gegenüber heute TIEF HOCH RME-Raps (mit Beitrag) CHF/lt Diesel RME-Raps (ohne Beitrag) CHF/lt Diesel (+5%) +0.5 (+26%) Etha-Mais CHF/lt Benzin (+28%) +0.9 (+50%) Etha-Rüben CHF/lt Benzin (+66%) +1.2 (+66%) Heizgetreide CHF/lt Heizöl (+100%) +1.0 (+100%) Aussicht auf Wettbewerbsfähigkeit : gut mittel schlecht Institute for Environmental Decisions IED 25

26 Zusammenfassung der Resultate (2): Unter den getroffenen Annahmen ergeben sich folgende a) flächenmässige b) energiemässige und c) einkommensmässige Bedeutung einer inländischen Bioenergieproduktion: 1.7 CHF/lt 2.7 CHF/lt 2.7 CHF/lt Einheit HOCH TIEF HOCH TIEF HOCH TIEF Flächenmässige Bedeutung Energiemässige Bedeutung Einkommensmässige Bedeutung ha 14'000 72'000 70' ' ' % LN 1.4% 7% 7% 15% 32% 33% % CH-Fossilenergierbrauch 0.1% 0.5% 0.8% 2.1% 7.0% 7.7% Mrd. CHF %-uales delta % - 6.4% + 1.6% + 2.8% Institute for Environmental Decisions IED 26

27 Schlussfolgerungen (1) im allgemeinen grosser Preisabstand bis zur Konkurrenzfähigkeit der BEproduktion (Diesel: +0.5 CHF/lt, Benzin: CHF/lt, Heizöl: +1.0 CHF/lt) Ausnahme 1: mit Rapsbeitrag von /ha bereits bei CHF/lt Ausnahme 2: mit EU-Rapspreis 02/ 04 ohne Rapsbeitrag ab 2.0 CHF/lt steigen die fossilen Energiepreise in der Schweiz über die Kipp-Punkte an und würde der Import von billiger Bioenergie durch Grenzschutz verhindert, könnte eine Schweizer Bioenergieproduktion flächenmässig durchaus relevant werden (maximal 1/3 der LN bzw. 80% vom schweizerischen Ackerland) geringe energiemässige Bedeutung (selbst bei Energiepreisanstieg von 2 CHF/lt) (< 8% des schweiz. Fossilenergieverbrauchs) geringer Einfluss auf das landwirtschaftliche Einkommen ( und erst ab einem hohen Treibstoffpreisniveau von mehr als 2.7 CHF/lt positiv) Verknappung der Produktionsfläche für Nahrungs- und Futtermittel (Importe ) Institute for Environmental Decisions IED 27

28 Schlussfolgerungen (2) Lockerung der getroffenen Annahmen Konkurrenzfähigkeit BE-produktion d.h.: kein Bioenergiegrenzschutz, globaler Energiepreisanstieg, keine Mineralölsteuerbefr. FAZIT: unter realen Bedingungen scheint es unwahrscheinlich, dass die ackerbaubasierte Bioenergieproduktion in der Schweiz zukünftig eine wichtige Rolle spielen wird. ABER: Es kann aber nicht ausgeschlossen werden, dass die raps- basierte Biodieselproduktion eine gewisse Bedeutung erlangt. Dieses Szenario ist umso wahrscheinlicher: je höher der fossile Dieselpreis (bzw. eine allfällige CO2-Steuer) ist je tiefer der Rohstoffpreis für Speiseraps zu liegen kommt (Stichwort Agrarfreihandel), je höher der Kulturbeitrag für technischen Raps ist und je knapper bzw. je teurer RME-Raps im EU-Raum wird (Beimischpflicht in der EU!). Institute for Environmental Decisions IED 28

29 Schlussfolgerungen (3) Welche Energieträger/Kulturen werden sich in der landwirtschaftlichen Produktion durchsetzen? Aussicht: gut: RME-Raps inkl. Beitrag mittel: RME-Raps exkl. Beitrag, Etha-Mais (TIEF) schlecht: Etha-Mais (HOCH), Etha-Rüben, Heizgetreide Wie gross werden die Flächenanteile sein? keine eindeutige Antwort möglich (s.nächste Frage), grosse Bandbreite (0-ca.??? 000 ha), Aber: Max. Raps: 25% von ha AF = ha) Von welchen Faktoren hängt die Wettbewerbsfähigkeit ab? Mineralölsteuerbefreiung, CO2-Steuer, Öl- bzw. Dieselpreis, Agrarpreisniveau (FHAL CH-EU), Direktzahlungen (z.b. Rapsbeitrag) Mit welchen Auswirkungen auf die Landschaft ist zu rechnen? auf Ackerfläche beschränkt (Kultur-Mix), keine Konkurrenz der raufutterbasierten Milch(- vieh)produktion, Energy-Crops auch im ÖLN ( gg. heute kaum Verschlechterung der ökologischen Situation) Institute for Environmental Decisions IED 29

30 Übrigens Eine ackerbaubasierte Biodieselproduktion im Umfang von 6% der LN ( ha) deckt bereits den gesamten landwirtschaftlichen Treibstoffverbrauch (ca. 100 Mio. lt Diesel). In Zeiten gestörter Zufuhr könnte die Bioenergieproduktion somit einen Beitrag dazu leisten, die Versorgung mit inländischen Nahrungsmitteln aufrecht zu erhalten ohne dabei von fossilen Treibstoffen abhängig zu sein. Institute for Environmental Decisions IED

31 Fragen Diskussion Institute for Environmental Decisions IED 31