Das IZNE. Nachhaltige Nutzung von Energie aus Biomasse im Spannungsfeld von Klimaschutz, Landschaft und Gesellschaft (BiS) Entstehung

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1 Nachhaltige Nutzung von Energie aus Biomasse im Spannungsfeld von Klimaschutz, Landschaft und Gesellschaft (BiS) Ziel: Ein von der Gesellschaft getragener und akzeptierter, landschafts- und umweltverträglicher rentabler Anbau von Energiepflanzen unter Harmonisierung mit den sonstigen Ansprüchen an die Flächen. Entstehung Das Das wurde 1998 von einer Wissenschaftlerinitiative aus dem Mittelbau der Georg-August-Universität ins Leben gerufen. Mitglieder sind Wissenschaftler und Studierende aus vielen Fakultäten der Universität. Ziele Zukunftsorientierte integrierende Bearbeitung ökologischer, ökonomischer und sozialer Aspekte einer nachhaltigen Entwicklung in Forschung, Lehre und auch vor Ort Kerngedanken: Wie kann der Schutz der natürlichen Lebensgrundlagen mit einer humanen Gesellschaft und einer bedürfnisgerechten wirtschaftlichen Entwicklung in Einklang gebracht werden? Wie kann die Lebensqualität aller Menschen verbessert werden bei gleichzeitiger Erhaltung der natürlichen Mitwelt? Stichworte: Dia-Log, In-Beziehung-Sein, ganzheitliche empathische Reflexion auf einer Metaebene. Das Erreichen der Ziele erfordert Praxisnähe und soziale Akzeptanz. Möglich ist diese durch die Anwendung der diaphanen Planung, in der auf zunächst theoretischer Basis getroffene Entscheidungen durch Rückkoppelung mit den Beteiligten/ Betroffenen modifiziert und dann gemeinsam konsensorientiert realisiert werden. Gleichzeitig werden die Vorgänge bei dieser Entscheidungsfindung erforscht, um Erkenntnisse für zukünftige Entscheidungsprozesse zu gewinnen (Aktionsforschung). Forschungs- und Aktionsfelder des Entwicklung, Koordination und Durchführung von interdisziplinären Projekten zur nachhaltigen Entwicklung und zum Lebenskulturwandel in den Arbeitsfeldern: Energie und Gesellschaft Gesundheit Bildung gesellschaftliche Transformation Bioenergiedörfer, Bioenergie im Spannungsfeld Gesundheitsförderliche Lebenswelten; Aufrechterhaltung von Gesundheit u. Wohlbefinden im Verlauf des Alterns durch Reaktivierung psycho-emotionaler Potentiale Neue Lernkultur in Kommunen; Nachhaltige Lern-, Seminar- und Wissenschaftskultur Lebenskulturwandel als öffentlicher Dialog- und Problemlösungsprozess; Reflexionssysteme zur Förderung einer nachhaltigen Betriebskultur (auch Uni) Vorstand des Prof. Dr. Margarete Boos Sozial- und Kommunikationspsychologie Sabrina Diedrichs, cand. soz. Sozialwissenschaften (Studierende) Prof. Dr. Hartmut Dunkelberg Allgemeine Hygiene und Umweltmedizin Prof. Dr. Walter Girschner Soziologie (pens.; Sprecher des ) Prof. Dr. Gerald Hüther Psychiatrie und Psychotherapie Dipl. Sozialwirt Claus Kannwischer Sozialwissenschaften (Mitarbeiter) Prof. Dr. Hans Ruppert Umweltgeowissenschaften (Leitung des ) Webseite:

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3 ( ) ( ) Warum alternative Energiequellen? Bisherige Energiequellen Extremes Missverhältnis: Wir verbrauchen in einem einzigen Jahr soviel Öl und Gas wie sich in einigen Millionen Jahren gebildet hat.

4 Jährliche Entdeckungen von Erdöl und der Ölverbrauch (in Milliarden Barrel Öl pro Jahr ) die Begrenztheit der fossilen Energieträger 1 Barrel = 159 Liter. (5/2011) Ölschiefer, Ölsande und Schwerstöle berücksichtigt Erdölförderung in einem Zeitfenster von Jahren Statische Reichweiten fossiler Energierohstoffe in Jahren (BMWi & BMU, 2006) statische Reichweiten in Rohstoffe Jahren Reserven Ressourcen konventionelles Erdöl 42 weitere 21 nichtkonventionelles Erdöl 17 weitere 65 Erdgas 70 weitere 75 Kohle 95 weitere 470 Uran 67 weitere 150 Reserven umfassen die sicher nachgewiesenen und mit bekannter Technologie wirtschaftlich gewinnbaren Vorkommen des Energierohstoffes in der Erdkruste. Ressourcen sind diejenigen Mengen eines Energierohstoffes, die entweder nachgewiesen, aber derzeit nicht wirtschaftlich gewinnbar sind, oder aber auf Basis geologischer Hinweise noch erwartet werden. Statische Reichweiten errechnen sich aus dem Verhältnis der heutigen Mengen an Reserven oder Ressourcen zum heutigen jährlichen Verbrauch. Sie gelten also für die momentanen Verhältnisse bei Preis und Verbrauch. Steigt der Preis, werden die Reserven größer, da jetzt auch ein Teil der bisher nicht lohnenden Ressourcen wirtschaftlich gewinnbar ist. Steigt der weltweite Verbrauch, sinken die Reichweiten. aus: Global 2000 (1980, S. 477)

5 ... Schwankende Energiepreise 1 Barrel = 159 Liter (BGR) ( ) Who has the oil? Who has the gas? energie-gas-ist-das-neue-oel-seiteall/ all.html ( ) groesste_oel_gasunternehmen.jpg (10/2012)

6 Global Emissions of Greenhouse Gases (CO 2, CH 4, N 2 O etc.) Total emissions in 2000: 42 Gt CO 2 equivalent (G = Giga = 10 9 = Milliarde) ( ) Energy emissions are mostly CO 2 (some non-co 2 in industry and other energy related). Non-energy emissions are CO 2 (land use) and non-co 2 (agriculture and waste) Stern Review on the economics of climate change (Oct. 2006) Human Perturbation of the Global Carbon Budget (PgC y -1 ) 7.9± ± (Residual) 4.1± ±0.5 (5 models) Pg=Petagram= g ( ) Fate of Anthropogenic CO 2 Emissions (2010) PgC y PgC y -1 50% PgC y PgC y 26% -1 Calculated as the residual of all other flux components 24% PgC y -1 Average of 5 models Global Carbon Project 2011; Updated from Le Quéré et al. 2009, Nature G; Canadell et al. 2007, PNAS Global Carbon Project 2010; Updated from Le Quéré et al. 2009, Nature Geoscience; Canadell et al. 2007, PNAS

7 Klimawandel durch Anstieg des CO 2 -Gehaltes und der Temperatur in der Atmosphäre IPCC (2001) Hansen (2005): Spektrum der Wissenschaft 2/2005, S. 37 Die globalen Temperaturen steigen immer schneller! Die wärmsten 16 Jahre seit 1880: 1991,1990,1995,1997,2008,2001,2004, 2003,2006,1998,2002,2007,2009,2005,2011,2010 Schrumpfung der Alpengletscher seit 1850 auf die Hälfte 8/1964 9/2006 Der schwindende Gaisbergletscher im Ötztal (Österreich) im Sommer 1964 und 2006 IPCC (2007): (5/2011) Quelle: Prof. Dr. J. Schneider (privat)

8 Zunahme von extremen Wetterereignissen Dürre 2003 und Hochwasser 2002 in Deutschland Hurrikan Katrina bei Biloxi (Mississippi, USA) am (private Photos von John) Erwärmungs-Ausblick bis 2029 (links) bzw (rechts) B1: Nutzung klimaschonender Technologien Vom Meeresspiegelanstieg besonders betroffene Gebiete: Küstenregionen, die niedriger als 2 m über dem gegenwärtigen mittleren Meeresspiegel liegen sind rot gefärbt (ohne Berücksichtigung von künftigen Küstenschutzmaßnahmen) (Brooks et al., 2006) A1B: weiter starker CO 2 -Ausstoß A2: langfristig besonders erwärmungsträchtige Entwicklung Sea Level Rise Northern_Europe.mov In den meisten Fällen dürften die schwersten Folgen des Meeresspiegelanstiegs nicht im sehr langsamen Ansteigen des mittleren Wasserstandes bestehen, sondern im vermehrten Auftreten von Sturmfluten. Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen WBGU (2006): Die Zukunft der Meere zu warm, zu hoch, zu sauer. S

9 a) Klimastatus: Regionen, in denen bereits heute extreme klimatische Bedingungen herrschen Sicherheitsrisiken durch Klimawandel ausgewählte Brennpunkte, die zu Krisenherden werden können b) Klimazukunft: Regionen, die künftig durch ungebremsten Klimawandel zusätzlich gefährdet werden könnten Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung (2007): Globale Umweltveränderungen: Welt im Wandel: Sicherheitsrisiko Klimawandel. S Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung (2007): S Auswirkungen des Climate Change Zusammenfassungen: globale Auswirkungen des Klimawandels IPCC (2007): Selbst bei einem Temperaturanstieg von nur 2 Grad würde der Klimawandel weitreichende Folgen haben (Financial Times Deutschland, ; IPCC, 2007).

10 Vision zur globalen regenerativen Energieversorgung bis 2050 Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (WBGU, 2011): Welt im Wandel Gesellschaftsvertrag für eine Große Transformation. S hungen/hauptgutachten/jg2011/wbgu_jg2011.pdf (10/2011) Anteile der Energieträger am Primärenergieverbrauch in Deutschland im Jahre 2011 (Vorjahr in Klammern) Gesamtverbrauch PJ = 456,4 Mio. t SKE, 1 PJ (Petajoule) = J ( ) BMU (Nov. 2007)

11 Die Rolle der Erneuerbaren Energien bis ( ) Prognosen des Deutschen Instituts für Wirtschaftsforschung (DIW Berlin, Claudia Kemfert, ) Steigt die globale Temperatur bis 2100 um 4,5 o C über den Stand zur vorindustriellen Zeit, entstehen in Deutschland bis 2050 Kosten von 800 Milliarden. Berücksichtigt in den Kosten sind - Klimaschäden mit 330 Milliarden Euro etwa durch Hochwasser, Dürreperioden, Waldbrände, Stürme; - erhöhte Energiekosten (300 Milliarden ) - Schutzmaßnahmen (170 Milliarden ) wie der Bau von Deichen oder Schutzmauern. Durch den Klimawandel in den kommenden 50 Jahren entstehen durchschnittlich gesamtwirtschaftlichen Wachstumseinbußen von 0.5 % pro Jahr. Sollte keine nennenswerte Intensivierung des Klimaschutzes erreicht werden, können sich die durch den Klimawandel insgesamt verursachten Kosten bis 2100 auf fast 3000 Milliarden belaufen. Unsere gemeinsame Zukunft Verlauf der Einkommenspfade mit und ohne klimafreundliches Handeln (langfristiges Einkommen klimafreundliches Handeln) Die Menschheit ist zu einer nachhaltigen Entwicklung fähig! Die Bedürfnisse der Gegenwart sollten so befriedigt werden, dass die Möglichkeiten künftiger Generationen zur Befriedigung ihrer Bedürfnisse nicht beeinträchtigt werden. Original: Sustainable development meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs. (nach dem Bericht der Brundtland-Kommission, 1987, der UN-Kommission für Umwelt und Entwicklung; Grundlage für den Weltgipfel in Rio 1992) (2006)

12 Thesen zur Nachhaltigen Entwicklung des (verkürzt) Präambel Ziel einer nachhaltigen Entwicklung ist die Erhaltung der Lebensbedingungen für zukünftige Generationen. Erhaltung bedeutet hier nicht Konservierung des Zustandes in der Vergangenheit sondern Einbettung in ein dynamisches, Veränderungen unterworfenen System im Sinne einer verträglichen humanen, ökonomischen und ökologischen Evolution. Bezogen auf Menschen betrifft dies Forderungen nach intra- und intergenerationaler Gerechtigkeit, welche die Erfüllung von Grundbedürfnissen heute sowie zukünftig lebender Generationen sicherstellen. Bezogen auf nicht menschliche Lebensformen sind dies Forderungen nach einer Respektierung, Achtung und Erhaltung allen Lebens. Die bislang sogenannte Umwelt sollte als Mitwelt gesehen werden. Im Vordergrund sollten Beiträge für eine Beziehungskultur stehen, in der die einzelnen Agierenden sich gegenseitig unterstützen und sich damit in ihren Potenzialen entfalten können. Diese Beziehungskultur sollte sich auch generell auf das gesamte Leben auf dieser Erde beziehen. nach: Grundbegriffe Energie Zur Primärenergie gehören die natürlichen Kohle-, Erdöl- und Erdgasvorkommen, Uran, Wasserkraft, Sonnenstrahlung, Windkraft, Erdwärme, Gezeitenenergie und Biomasse. Strom ist eine Sekundärenergie. Er wird aus der Umwandlung von Primärenergien oder auch anderen Sekundärenergien (z.b. Heizöl) gewonnen. Zu den Sekundärenergien zählen auch z.b. Kohlebriketts, Kraftstoffe, Biogase und Erdgas in aufbereiteter Form. Die vom Verbraucher bezogene Energie wird als Endenergie bezeichnet, so z.b. das Heizöl im Tank oder der Strom, der aus der Steckdose entnommen werden kann. Die Nutzenergie wiederum ist jene Energie, die nach der Umformung durch einen Energiewandler beim Verbraucher zur Verfügung steht, z.b. in Form von warmem Wasser oder mechanischer Energie. Sie wird für die eigentlich gewünschte Energiedienstleistung benötigt. Nach: ( ) Energie-Konversion und Effizienz Energienutzung in Deutschland um 2003 Zur Effizienz: Gegenwärtig wird weltweit von der Primärenergie nur 1/3 genutzt; 2/3 sind Abfallenergie. Beim Weg von der Kohle zum Licht einer normalen Glühbirne gehen 99 % der in der Kohle gespeicherten Energie verloren.

13 Weltweite theoretische, technische und nachhaltig nutzbare Potenziale der Erneuerbaren Energien WBGU (2011) Alternative: Erneuerbare Energien Das technisch nutzbare Potenzial der erneuerbaren Energien liegt etwa bei dem 6-fachen des derzeitigen weltweiten Bedarfs an Endenergie. Im Jahr 2008 betrug der globale Primärenergieverbrauch ca. 500 Exajoule (EJ). Erneuerbare Energien lieferten 64 EJ, davon entfielen auf Biomasse mit 50,4 EJ nahezu 80 Prozent der regenerativen Quellen. Der Wissenschaftliche Beirat Globale Umweltveränderungen der Bundesregierung (WBGU) schätzt das weltweite, jährliche nachhaltige Bioenergiepotenzial auf 80 bis 170 EJ (davon EJ aus Energiepflanzen und 50 EJ aus Abfall- und Reststoffen). Renewable Energy for Power Generation Wind Power (Enercon) Hydropower (Tauernkraft) Solar Chimney (SBP) Photovoltaic (NREL) Hot Dry Rock (Stadtwerke Urach) Biomass Power (NREL) DLR (2005): Concentrating Solar Power for the Mediterranean Region. ( )

14 Steigerung des erneuerbaren Energieanteils an der Energiebereitstellung (Strom, Wärme, Kraftstoff) in Deutschland im letzten Jahrzehnt mit Prognose bis 2020 Entwicklung des Endenergiebeitrages der Erneuerbaren Energien in Deutschland Anteil in % ( ) BMU (2011): (2/2012) ( )

15 Die erneuerbaren Energien schaffen zunehmend Arbeitsplätze Jährliche globale Investitionsvolumina zur Strom- und Wärmebereitstellung aus erneuerbaren Energien ( ) 2/ (10/2011)

16 Range in recent levelised cost of energy for selected commercially available renewableenergy technologies External costs of energy sources related to global health and climate change (logarithmic scale) IPCC (2011): IPCC (2011): Staatliche Förderungen in Mrd. Euro (real) und in den Berichten der Bundesregierung erfasste Förderungen Gesamtgesellschaftliche Kosten der Stromerzeugung im Jahr 2010 im Vergleich Im Ergebnis trägt die Gesellschaft bei einer Kilowattstunde Windstrom Kosten von 7,6 Cent und bei Wasserstrom 6,5 Cent. Die Gesamtkosten für Strom aus Braun- und Steinkohlekraftwerken summieren sich hingegen auf 12,1 Cent und für Atomkraft sogar auf 12,8 Cent je Kilowattstunde. Lediglich Photovoltaik-Strom ist mit 46,5 Cent/kWh noch deutlich teurer als die konventionellen Energien.

17 Warum ist die Energiegewinnung aus Biomasse annähernd Kohlendioxid-neutral? Parabolic through concentrating solar thermal collector Linear Fresnel concentrating solar thermal collector Tower solar thermal collector Photosynthese: 6 CO H Sonnenlicht C 6 H 12 O 6 (Biomasse) + 6 O 2 Bei der Photosynthese wird Kohlendioxid unter Beteiligung von Sonnenlicht und Wasser in Biomasse umgewandelt. Bei der Verbrennung von Biomasse wird obige Reaktion einfach umgekehrt. Bei der Vergärung in einer Biogasanlage entsteht Methan, was bei der Verbrennung ebenfalls in CO 2 zurückverwandelt wird. Bei der Gewinnung von Kraftstoffen wird aus einem Teil der entsprechenden Pflanze Öl oder Bioethanol gewonnen, das dann ebenfalls über die Verbrennung in CO 2 zurückverwandelt wird. Vorteile der Biomasse als Energiequelle klimaschonend (gespeicherte Sonnenenergie) dezentral und erneuerbar für Strom, Wärme, Treibstoff lagerfähig, bedarfssynchron einsetzbar effizient bei Nutzung durch Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) oder durch direkte Verbrennung ökonomisch durch zusätzliche Wertschöpfung im ländlichen Raum sozial durch Beteiligung der Menschen FNR

18 Ackerfläche: 11,8 Mill. ha Landwirtschaftliche Fläche: 16,7 Mill. ha server.de/cms35/index.php?id=6143&rid=p_2103&mid=604&ac=9e01468f&jumpurl=2 ( ) FNR (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, 2012), Basisdaten Bioenergie Deutschland. Link: und energie.de/uploads/media/fnr_grafik_reichweiten_rgb.jpg (accessed 29 Aug. 2012) Anbau und Nutzung der Bioenergie unter Harmonisierung der Erfordernisse von Natur- u. Landschaftsschutz, Wasser-, Luft- u. Bodenschutz, den sozialen Interessen der Bevölkerung und Landwirten sowie den ökonomischen Interessen Gesamtziel unseres Vorhabens Erfassung der Randbedingungen bei Anbau und Nutzung der Bioenergie und Lösung von Problemen bei Klimaschutz, Ressourcenschutz, Natur-, Landschafts- und Umweltschutz dezentraler Energieversorgung Stärkung des ländlichen Raumes Ziele des BiS-Vorhabens Ertragsabschätzungen für Energiepflanzen und Integration neuer Energiepflanzen in die Fruchtfolgen, Verbesserung der Diversität beim Anbau Einbindung naturschutzfachlicher Maßnahmen in die Fruchtfolgen (z.b. Lerchenfenster, Blühstreifen) und deren ökonomische Bewertung Auswirkungen des landwirtschaftlichen Betriebsmanagements auf Treibhausgasbilanzen, Artenvielfalt und Biotopentwicklung (betrieblich und überbetrieblich) Bewertung verschiedener Biomassenutzungskonzepte auf lokaler und regionaler Ebene anhand eines Nachhaltigkeitskriterienkataloges Verringerung von Nutzungskonkurrenzen durch Anbaukonzepte für kontaminierte Standorte und Nutzung von Restholz und Stroh Bewertung der Schadstoffemissionen bei der Verbrennung von Holz und Stroh in Klein- und Großfeuerungsanlagen Aufzeigen von Erfolgsfaktoren und sozialen Potenzialen zur Reduzierung von Konflikten Methoden zur wirtschaftlichen Verbesserung von Versorgungsnetzen (z.b. Nahwärmenetze) in Bioenergiedörfern und in Regionen Optimierung des Versorgungssystems durch Aufbau und Anwendung eines regionalen Stoff-und Energiestrommodells Erarbeitung eines modularen Entscheidungsunterstützungssystems für einen nachhaltigen Bioenergieausbau in Regionen und Landkreisen

19 Problembereiche und Problemminimierung bei der Nutzung der heimischen Biomasse für energetische Zwecke Problembereiche Gefahr von Monokulturen; Reduktion der Biodiversität, Monotonisierung unserer Kulturlandschaften Belastung von Gewässern und Grundwasser durch Düngemittel und Biozide Bodenerosion Emissionen bei der Verbrennung biologischer Energieträger Fehlentwicklungen durch Förderung ineffizienter Nutzungsformen Akzeptanzprobleme Nutzungskonkurrenzen mit Nahrungsund Futtermittelanbau variable Nahrungsmittel- und Energiepflanzenpreise Problemminimierung Vergrößerung der Artenvielfalt durch Akzeptanz auch von Wildkräutern, Zweikulturnutzung und Mischkulturen bedarfsgerechte Rückführung des Düngers Gärsubstrat; Reduktion des Biozideinsatzes durch frühe Ernte durch Anbausystem Minimierung der Erosion Filteranlagen bei Holz- und Strohverbrennung; Anwendung modernster effizienter Techniken Einschränkung der Biodieselproduktion; Einsatz effizienterer Transform- bzw. Nutzungstechniken Beteiligung der Bevölkerung und der Landwirte am Umstellungsprozess Nutzung von Restbiomassen und biologischen Abfällen; Energiepflanzenbau auf kontaminierten Böden nicht zu umgehen; langfristige Lieferverträge mit Landwirten bei Energiepflanzen institut.de/download/stoffliche_nutzung_von_biomasse_nova ( )

20 /Bioenergie vollerdurchblick.pdf? blob=publicationfile ( ) Die europäische Getreideernte wird überwiegend als Tierfutter verwertet Wir sollten nicht eine Teller-Tank-Diskussion sondern eine Teller-Trog-Diskussion führen. ( ) In Deutschland hin zu Biomethan statt zu Diesel und Ethanol! Rübe und Durchwachsene Silphie am produktivsten (nicht Mais!) Interdisziplinäre Vorlesung (B.GEO 708) Futterrübe Durchwachsene Silphie Bioenergie als Baustein einer nachhaltigen Energieversorgung WS 2012/13 ZHG 005, Dienstags, 10:00 11:30 Uhr FNR (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, 2012), Basisdaten Bioenergie Deutschland. Link: und (accessed 29 Aug. 2012)