Bioenergie in Deutschland Historie, Stand und Perspektiven

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1 Bioenergie in Deutschland Historie, Stand und Perspektiven Michael Nelles Beitrag im Rahmen der Jahrestagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft am 13. März 2018 in Rostock 2009 UNIVERSITÄT ROSTOCK AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTLICHE FAKULTÄT

2 Fakten zur Universität Rostock Geschichte: Gründung der ältesten Universitär in Nord-Europa im Jahr 1419 Universität Rostock 2017: 9 Fakultäten mit ca Studierenden und > 300 Professoren und ca Mitarbeitenden Rund ausländische Studierende aus mehr als 60 Ländern Budget: 150 Mio. /a und rund 50 Mio. Drittmittel Umweltingenieurwesen und wissenschaften ist einer der Schwerpunkte in Lehr und Forschung, insb. in der Agrar- und Umweltwissenschaftlichen Fakultät Arbeitsschwerpunkte der Professur Abfall- und Stoffstromwirtschaft: Abfallwirtschaft und Abfalltechnik Internationale Umweltschutz Projekte Bioenergie UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 2

3 Fakten zum Bundesforschungsinstitut für die energetische und integrierte stoffliche Verwertung von Biomasse in Deutschland UFZ = Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) -Kennwerte: - Gründung gemeinnützige GmbH - Standort Leipzig - ca. 14 Mio. Umsatz pro Jahr - rund 200 Mitarbeiter - aktuelle Investitionen ca. 60 Mio. UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 3

4 Inhalt 1. Biomassenutzung international 2. Energieverbrauch & Erneuerbare Energien in Deutschland 3. Biomassepotenziale für die energetischen Verwertung in Deutschland 4. Zukunft der energetischen Biomassenutzung Smart Bioenergy 5. Zusammenfassung und Ausblick 2009 UNIVERSITÄT ROSTOCK AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTLICHE FAKULTÄT 4

5 Globales Biomasseaufkommen und Nutzung Datenquelle: A. Raschka & M. Carus (2012), eigene Darstellung, 2015 Hinweis: Die Differenz von Angebot und Nutzung beträgt 6 % und resultiert aus Datenungenauigkeiten 5 5

6 Biomasse im globalen Energiesystem Beitrag erneuerbarer Energien zum Primärenergieverbrauch (556 EJ) im Jahr 2016 Quelle: BWK-Artikel: Witt, J.; Magdowski, A.; Janzczik, S., Kaltschmitt, M.: Erneuerbare Energien - Globaler Stand BWK 69, Ausgabe 07/ , S. 6 28, ISSN: X 6

7 Globale energetische Biomassenutzung Bioenergy in 2012 Source: Thrän, Smart Bioenergy,

8 Biomasse als globales Handelsgut Quelle: IEA Bioenergy UNIVERSITÄT ROSTOCK AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTLICHE FAKULTÄT 8

9 Energieverbrauch & Erneuerbare Energien in Deutschland 2009 UNIVERSITÄT ROSTOCK AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTLICHE FAKULTÄT 9

10 Energieflussbild für D 2016 (Angaben in PJ) 2009 UNIVERSITÄT ROSTOCK AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTLICHE FAKULTÄT 10

11 Primärenergieverbrauch (PEV) in Deutschland UNIVERSITÄT ROSTOCK AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTLICHE FAKULTÄT 11

12 Anteile der Erneuerbaren Energien am PEV in Deutschland 2016 UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 12

13 EE-Anteile am EEV in Deutschland UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 13

14 Stromerzeugung aus EE in Deutschland 2016 UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 14

15 Stromerzeugung aus Biomasse in Deutschland 2016 UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 15

16 Wärmebereitstellung aus EE in Deutschland 2016 UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 16

17 Wärmebereitstellung aus EE in Deutschland bis 2016 UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 17

18 Kraftstoffverbrauch in Deutschland UNIVERSITÄT ROSTOCK AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTLICHE FAKULTÄT 18

19 EE im Verkehrssektor UNIVERSITÄT ROSTOCK AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTLICHE FAKULTÄT 19

20 EE-Investitionen bis 2014 UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 20

21 Wirtschaftliche Impulse durch den Betrieb von EE-Anlagen 2016 UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 21

22 Arbeitsplätze im Bereich der Erneuerbaren Energien 2016 UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 22

23 THG-Minderung durch EE in Deutschland 2016 UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 23

24 THG-Minderung durch Bioenergie in D 2016 UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 24

25 Biomassepotenziale für die energetische Verwertung in Deutschland UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 25

26 Flächennutzung in Deutschland 2009 UNIVERSITÄT ROSTOCK AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTLICHE FAKULTÄT 26

27 Anbau nachwachsender Rohstoffe in Deutschland 1999 bis 2013 UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 27

28 Energetische Nutzung und Biomassepotenziale in Deutschland Bandbreite forstwirtschaftliche BM UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 28

29 Biomasse im deutschen Energiesystem, Fokus: Rest und Abfallstoffe 151,1 Mio. t TS Theoretisches Potenzial - 43,1 Mio. t TS nicht nutzbar (Restriktionen) - 09,7 Mio. t TS unklare Datenlage = 98,4 Mio. t TS Technisches Potenzial - 29,7 Mio. t TS Stoffliche Nutzung - 26,9 Mio. t TS Energetische Nutzung - 07,3 Mio. t TS Stoffl. oder energ. N. - 03,5 Mio. t TS Nutzung unklar = 30,9 Mio. t TS Ungenutztes Potenzial (Abweichungen durch Rundung) Quelle: Brosowski et al UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 29

30 Was bedeuten diese Ergebnisse? 541 PJ + X durch Effizienzsteigerung 448 PJ 989 PJ Primärenergie Quelle: Brosowski et al. 2015, Bildnachweis: morchella / Fotolia.com UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 30

31 Möglicher langfristiger Beitrag der Bioenergie zum EEV in Deutschland UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 31

32 Bioenergienutzung in der Zukunft: Smart Bioenergy UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 32

33 Biomasse für die energetische Nutzung Energiepflanzen Reststoffe aus Land- und Forstwirtschaft Biogene Abfälle 2009 UNIVERSITY OF ROSTOCK FAKULTY OF AGRICULTURAL AND ENVIRONMENTAL SCIENCES 33

34 Bioenergie vielfältige Optionen Ziele Sektoren Verarbeitende Industrie Land-/ Forstwirtschaft Maschinenbau Energiewirtschaft Abfallwirtschaft Klimaschutz Versorgungssicherheit Quelle: Naturschutzpark Lüneburger Heide Quelle: Gabi Schoenemann/pixelio.de Innovation Entwicklung ländl. Räume Quellen: Quellen: Erdgas Erdgas Schwaben Schwaben Quelle: piu700/pixelio.de Quelle: piu700/pixelio.de Bioökonomie Artenerhalt Quelle: UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 34

35 Wege der Biomasse in das Energiesystem UNIVERSITÄT ROSTOCK AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTLICHE FAKULTÄT 35

36 Die Biomasse in der Bioökonomie Quelle: UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 36

37 Smart Bioenergy für eine nachhaltige Zukunft Sichere, Saubere, integrierte und intelligente Bioenergienutzung für ein nachhaltiges Wirtschaftssystem: Integrierte, konkurrenzfreie und bedarfsgerechte Energiebereitstellung Koppelproduktion bio-basierter Energieträger Entwicklung hocheffizienter und sauberer Technologien Vollumfassendes Nachhaltigkeits-Monitoring Optimale Wertschöpfungsketten aus Biomasse ZIEL: Eine klimaneutrale Bioökonomie auf Basis erneuerbarer Ressourcen 37 UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 37

38 Die smarte Bioenergieversorgung UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 38

39 Smart Bioenergy die integrierte Versorgung Quelle: Thrän et. al UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 39

40 Deutsches Biomasseforschungszentrum - Forschungsschwerpunkte 40

41 Energetische Nutzung von Holz in Deutschland 2010 (ca. 50 % des Holzaufkommens) 2009 UNIVERSITÄT ROSTOCK AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTLICHE FAKULTÄT 41

42 Energieaufwand für die Herstellung von Brennstoffen UNIVERSITÄT ROSTOCK AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTLICHE FAKULTÄT 42

43 Intelligente Biomasseheiztechnologien Grafik:, 2015 UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 43

44 Biogasanlagen in Deutschland 2016 Ende 2016: ca Biogas(produktions)anlagen (VOV) mit install. Leistung von ca MWel (inkl. Erweiterungen ohne Strommehrertrag (Überbauung)) zusätzlich ~196 Biogasaufbereitungsanlagen 2009 UNIVERSITÄT ROSTOCK AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTLICHE FAKULTÄT 44

45 Input von Biogasanlagen UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 45

46 Maisanbau in Deutschland 2016 UNIVERSITÄT ROSTOCK FAKULTÄT AGRAR- UND UMWELTWISSENSCHAFTEN 46

47 Kombination von stofflicher und energetischer Verwertung Biogastechnologie heute: Energetische Nutzung (Strom, Wärme, Kraftstoff) Stoffliche Nutzung: Dünger

48 Von der Biogasanlage zur Bioraffinerie - stoffliche und energetische Nutzung Zwischenprodukte des Biogas-prozesses für stoffliche Nutzung

49 Zusammenfassung und Ausblick Die Jahrhundertaufgabe: Realisierung einer nachhaltigen Energieversorgung, d.h. vollständig auf Basis erneuerbarer Energien Aufbau der Bioökonomie, d.h. Erzeugung und Nutzung biologischer Ressourcen, um Produkte, Verfahren und Dienstleistungen in allen wirtschaftlichen Bereichen im Rahmen eines zukunftsfähigen Wirtschaftssystems Der lange Weg zur Implementierung des Konzepts Smart Bioenergy: Für die erfolgreiche Umsetzung der Energiewende und die Implementierung der Bioökonomiestrategie in Deutschland ist die integrierte stoffliche und energetische Verwertung von Biomasse in Form der Koppelproduktion und Kaskadennutzung ein Schlüssel zum Erfolg. Eine Erhöhung der Rohstoff- und Energieeffizienz über die vernetzten Wertschöpfungsketten ist hierbei ebenso unerlässlich, wie die Einhaltung von Nachhaltigkeitskriterien. 49