Energie aus Biomasse in Deutschland: Zukünftige Rolle und Nachhaltigkeitsanforderungen

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1 EUROPEAN INSTITUTE FOR ENERGY RESEARCH EUROPEAN INSTITUTE FOR ENERGY RESEARCH KINE Vortragsreihe - Donnerstag, den 17. November 2010 Léa Dieckhoff Energie aus Biomasse in Deutschland: Zukünftige Rolle und Nachhaltigkeitsanforderungen

2 Gliederung Einleitung: Biomasseressourcen und und energetische Nutzung Jüngste Entwicklungen der der Energiegewinnung aus aus Biomasse in in Deutschland Energieziele in in Deutschland und und Rolle Rolle der der Biomasse Wie Wie nachhaltig ist ist Energie aus aus Biomasse? Wie Wie gewährleistet man man Biomassenachhaltigkeit? Schlussfolgerung 2

3 Einleitung: Übersicht über Biomasseressourcen in Deutschland Waldholz: Restholz, Stümpfe Industrierestholz: Sägemehl, Rinde RÜCKSTÄNDE, ABFÄLLE Gebrauchtholz: Paletten, Telefonmasten, Eisenbahnschwellen Landwirtschaftliche Rückstände: Gülle, Stroh Rückstände der Lebensmittelindustrie: Hülsen, Schlachtabfälle Kommunale Abfälle: organischer Teil des Abfalls aus der Gemeinschafts-verpflegung Rückstände aus der Park- und Landschaftspflege: Holz, Gras, Laub Haushaltsabfälle: Gartenabfälle, organischer Anteil des Abfalls Deponiegas Klärschlamm und -gas 3

4 Einleitung: Übersicht über Biomasseressourcen in Deutschland ENERGIEPFLANZEN Holzartige Biomasse Krautartige Biomasse Kurzumtriebsplantagen (Weide, Pappel ) Ölsaaten: Raps, Sonnenblume Getreide und Wurzelfrüchte: Weizen, Mais, Zuckerrübe Gräser: Riesen-Chinaschilf, Rutenhirse... 4

5 Einleitung: Energetische Nutzung der Biomasseressourcen Feste Biomasse (Stroh, Holz ) Thermo-chemische Umwandlung (Mit)-Verbrennung Torrefizierung Vergasung Pyrolyse Verkohlung Quelle: Kaltschmitt et al., 2009; Faaij, 2006 Dampf Dampf turbine Fester Brennstoff Torrefizierte Biomasse Flüssiger Brennstoff Gasförmiger Brennstoff Direkte Nutzung Syngas Bio- SNG Erdgasnetz Biodiesel FT (BtL) Gas Öl Pyrolysekoks Holzkohle Upgrading Diesel Wärme / Kälte Strom Kraftstoffe (Verkehr) 5

6 Einleitung: Energetische Nutzung der Biomasseressourcen Ölhaltige Pflanzenteile Physikalisch-chemische Umwandlung Zucker- und stärkehaltige Pflanzenteile Feste Biomasse (Stroh, Holz ) Bio-chemische Umwandlung Feuchte Biomasse (Gülle, Maissilage ) Pressung/Extraktion Alkoholgärung Alkoholgärung Anaerob. Abbau Aerober Abbau Quelle: Kaltschmitt et al., 2009; Faaij, 2006 Pflanzenöl Umesterung Biodiesel / ETBE (1. Generation) Bioethanol Flüssiger Brennstoff Gasförmiger Brennstoff Bioethanol (2. Generation) Biogas Upgrading Erdgasnetz Wärme / Kälte Strom Kraftstoffe (Verkehr) 6

7 1. Jüngste Entwicklungen der Energiegewinnung aus Biomasse in Deutschland Struktur des Primärenergieverbrauchs in Deutschland im Jahr 2009 (gesamt: TWh) Kernenergie; 11% Windkraft; 1% Braunkohle; 11% Feste und gasförmige Biomasse; 5% Andere; 1% Steinkohle; 11% Biokraftstoffe; 1% Biomasseanteil: ~ 6,7% 249 TWh Geothermie; 0,10% Erdgas; 22% Abfälle und Deponiegas; 0,70% Wasserkraft; 1% Mineralöl; 35% Solarthermie; 0,10% Wärmepumpe; 0,10% Quelle: BMWi, AGEE-Stat,

8 1. Jüngste Entwicklungen der Energiegewinnung aus Biomasse in Deutschland Struktur der Endenergiebereitstellung aus erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahr 2009 (gesamt: 243 TWh) 30 TWh Biogene Brennstoffe (Strom); 12,5% Photovoltaik; 2,7% Solarthermie; 1,9% Geothermie; 2,1% 105 TWh Biogene Brennstoffe (Wärme); 43,2% Windenergie; 15,8% Wasserkraft; 7,9% Biogene Kraftstoffe; 13,9% 34 TWh 69,6% aus Biomasse 169 TWh Quelle: BMU, AGEE-Stat

9 1. Jüngste Entwicklungen der Energiegewinnung aus Biomasse in Deutschland Entwicklung der Bruttostromerzeugung aus Biomasse in Deutschland ( ) 4,6% der Stromerzeugung ,3% der Stromerzeugung aus EE TWh Biomasse (gesamt) Klär- und Deponiegas Biogas Flüssige Biomasse Feste Biomasse Biologischer Anteil des Abfalls Quelle: BMU, AGEE-Stat

10 Förderung der Entwicklung der Energie aus Biomasse in Deutschland Erneuerbare-Energien-Gesetz seit 2000: Einspeisetarife für Strom aus Biomasse, Klär- und Deponiegas Grundvergütung ct /kwh <= 150 kwe 11,55 > 150 kwe and <= 500 kwe 9,09 > 500 kwe and <= 5 MWe 8,17 > 5 MWe and <= 20 MWe (nur mit KWK) 7,71 > 20 MW Kein Einspeisetarif Boni 1. Jüngste Entwicklungen der Energiegewinnung aus Biomasse in Deutschland ct /kwh Technologiebonus (>= 5 MWe) 1,00-2,00 KWK-Bonus 3,00 NaWaRo Bonus 2,00-7,00 + Marktanreizprogramm, Biokraftstoffquotengesetz 10

11 2. Energieziele in Deutschland und Rolle der Biomasse Rolle der erneuerbare Energien (EE) in Deutschland: 2020 Ziele 35,0% 30,0% 25,0% 20,0% 15,0% 10,0% 5,0% 0,0% Ziel nach der europäischen Richtlinie über EE 3,2% 9,5% 10,4% 18,0% Anteile EE am gesamten Endenergieverbrauch 4,7% 15,1% 16,3% 30,0% Anteile EE am gesamten Bruttostromverbrauch 3,6% Ziele der Bundesregierung 7,7% 8,8% 14,0% Enteile EE an der gesamten Wärmebereitstellung 0,2% 5,5% 5,8% 12,0% Anteile EE am gesamten Kraftstoffverbrauch Quelle: BMU, AGEE-Stat

12 2. Energieziele in Deutschland und Rolle der Biomasse Rolle der Biomasse in den 2020 Zielen Alle EE Anteil Bioenergie Alle EE Anteil Bioenergie Anteil am gesamten Endenergieverbrauch 10,4% 7,0% 19.6% 10,5% Quelle: BMU, AGEE-Stat, Nationaler Aktionsplan für erneuerbare Energien 2010 Biomasse spielt vor allem eine wichtige Rolle in den Wärme- und Transportsektoren Feste und flüssige Biomasse leisten die größten Beiträge 12

13 3. Wie nachhaltig ist Energie aus Biomasse? Was ist bei Biomassenutzung zu beachten? z. B.: Bodenerosion bei Holzernte z. B. Ausstöße von Treibhausgasen beim Biomassetransport KLIMA UMWELT SOZIALE ASPEKTE BIODIVERSITÄT z. B.: Abholzung für Anbau von Energiepflanzen z. B.: Arbeitsbedingungen bei der Rohstoffproduktion, Konkurrenz mit Nahrungsmittelproduktion, Konkurrenz mit lokalen energetischen Nutzungen der Biomasse 13

14 3. Wie nachhaltig ist Energie aus Biomasse? Wird das deutsche Biomassepotenzial ausreichen für die 2020 Energieziele? Technisches Biomassepotenzial in Deutschland im Jahr 2020 (Endenergie): TWh 2020 Potenzial Szenario 1 (mit aktuellen politischen Rahmenbedingungen) 2020 Potenzial Szenario 2 ( Umweltszenario ) 2020 Ziele 2009 Nutzung Energie aus Biomasse Quelle: Thrän et al., 2005 Ökonomische Betrachtungen wurden nicht berücksichtig Schon heutzutage wird Biomasse Energie gehandelt (Holz, Biokraftstoffe) 14

15 3. Wie nachhaltig ist Energie aus Biomasse? Auswirkungen der Biomasseimporte Route Nach Vancouver Vancouver - Rotterdam Rotterdam - Berlin Gesamt Verkehrsmittel Bahn Schiff LKW Energie- Verbrauch durch den Transport (MJ/t Biomasse) % für den Transport verbrauchter Energie verglichen mit dem Heizwert von Holzpellets / Holzhackschnitzeln 1,3% / 2,2% 17,2% / 28,2% 2,2% / 3,6% 20,7% / 34% Eigene Berechnung mit der Software NTM Calc Energiebilanz des Energieholz-Imports aus Kanada nach Deutschland 15

16 4. Wie gewährleistet man Biomassenachhaltigkeit? Initiativen auf verschiedenen Ebenen, um Biomassenachhaltigkeit zu gewährleisten: lokale Ebene: Energieversorger (Belgien, Niederlanden) nationale Ebene : Belgien, Niederlanden, Deutschland, UK supranationale Ebene : Europäische Kommission internationale Ebene : IEA Bioenergy Task 31 (Sustainable forestry), Roundtable on Sustainable Biofuels 16

17 4. Wie gewährleistet man Biomassenachhaltigkeit? Deutsche Initiativen über Biomassenachhaltigkeit Für flüssige Biomasse, lokal produziert oder importiert Kriterien: Schutz von Flächen mit hohem Kohlenstoffbestand, Rohstoff aus nachhaltigem Anbau, mind. 35% Minderung der Treibhausgasemissionen 2009 Biomassestrom-Nachhaltigkeitsverordnung Strom- und Wärmesektoren Anforderung für die Einspeisetarife 2009 Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung Transportsektor Verbindliche Kriterien Noch keine Regelung für feste und gasförmige Biomasse 17

18 4. Wie gewährleistet man Biomassenachhaltigkeit? Eine Möglichkeit für die Gewährleistung der Nachhaltigkeit von Bioenergie: Einführung einer Zertifizierung Definition von Themen, Kriterien und Indikatoren Kontrollen durch Prüforganisationen Zertifizierung für: die ganze Versorgungskette einen Teil der Versorgungskette: Biomasseproduktion, Transport Heute viele Biomassezertifizierungen mit unterschiedlichen Schwerpunkten (Landwirtschaft, Forstwirtschaft, Biokraftstoffe, Biostrom ) 18

19 Schlussfolgerung Rolle der Biomasse in den deutschen Energiezielen 88% des Verkehrs aus EE im Jahr % der Wärme- und Kälteerzeugung aus EE im Jahr % der Stromerzeugung aus EE im Jahr 2020 Nachhaltigkeit ist ein Zukunftsthema Biomasseimporte nehmen zu (unzureichendes bzw. zum Teil unwirtschaftliches lokales Potenzial) Verbindliche nationale und europäische Nachhaltigkeitsanforderungen (flüssige Biomasse) Entwicklung von freiwilligen Zertifizierung durch Energieversorger 19

20 Schlussfolgerung Hindernisse für die Entwicklung von Zertifizierungen Bedarf nach einer Harmonisierung Bedarf nach umfangsreichen und effizienten Kriterien und Indikatoren Bedarf nach unabhängigen Prüforganisationen WHO Regeln: freie Marktwirtschaft ( technical barrier to trade ) Kosten der Zertifizierung 20

21 EUROPEAN INSTITUTE FOR ENERGY RESEARCH Danke für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt: 21

22 Anhang: EIFER Kurzvorstellung Gründung im Jahr 2001 durch die Universität Karlsruhe (TH) und EDF als Europäische Wirtschaftliche Interessenvereinigung (EWIV) Enge Kooperation mit Instituten des KITs und Forschungsabteilungen der EDF Forschungsaufträge von EDF und EnBW Öffentlich geförderte Projekte (EU, BMWi ) Derzeit 117 Mitarbeiter; 9 Nationalitäten 22

23 Anhang: EIFER Kurzvorstellung EIFER Arbeitsgebiete Energie- und Umweltökonomie Energie in Städten und Regionen Dezentrale Energieversorgung Brennstoffzellen und Wasserstoff Geosimulation für die Energieforschung Zugang zu Energie in Entwicklungsländern Geothermie Bioenergie Labore GIS Modellierung Optimierung von Technologien (Verbrennung, Fermentation ) Bewertung von Biomassepotenzialen Biomasselogistik und Versorgungskette Biomassehandel Lebenszyklusanalyse von Biomassesystemen Gesetzliche Rahmenbedingungen der Biomasse 23

24 Anhang: Biomasse auf europäischer Ebene 2020 Ziele auf europäischer Ebene (21 Länder): Biomasse spielt eine erhebliche Rolle im Wärmesektor und im Transportsektor 80% der Wärme- und Kälteerzeugung aus EE im Jahr % der Stromerzeugung aus EE im Jahr % des Verkehrs aus EE im Jahr 2020

25 Anhang: Biomasse auf europäischer Ebene Estimate of total biomass energy potentials for EU 27 Quelle: Biomass Energy Europe,

26 Anhang: Biomassenachhaltigkeit Europäische Initiativen über Biomassenachhaltigkeit Für lokale und importierte Biomasse Strom-, Wärme- und Transportsektoren Kriterien: Schutz von Flächen mit hohem Kohlenstoffbestand, Rohstoff aus nachhaltigem Anbau, mind. 35% Minderung der Treibhausgasemissionen EU-Richtlinie 2009/28/EG (Erneuerbare-Energien-Richtlinie) für flüssige Biomasse Verbindliche Kriterien auf europäischer Ebene 2010 Empfehlungen für feste und gasförmige Biomasse Zusätzliches Kriterium: Starke Energieeffizienz der Anlagen Keine Verbindlichkeit auf europäischer Ebene: Umsetzung in den einzelnen Ländern durch nationale Aktionspläne 26

27 Anhang: Biomassenachhaltigkeit Zertifizierung der Forstwirtschaft: 10% der weltweiten Waldfläche Forest Stewardship Council (FSC) seit 1993 Programme for the Endorsement of Forest Certification Schemes (PEFC) seit 1999 % der Waldfläche Deutschland (2010): 66,5% der Waldfläche PEFC zertifiziert 3,3% FSC zertifiziert PEFC FSC PEFC FSC 0 AsienNordamerika Ozeanien Lateinamerika Mittel- Afrika und Osteuropa Westeuropa Asien Ozeanien Afrika Quelle: Cashore, 2006

28 Anhang: Biomassenachhaltigkeit a I & C : indicators and criteria b Various governments have started policy developments on biomass and biofuels, mainly focusing on stimulating the use of it by defining targets or policy incentives Quelle: van Dam,

29 Anhang: Biomassenachhaltigkeit c Companies as Unilever, Cargill and CEFETRA are actively involved in the discussion on biomass certification issues Quelle: van Dam,

30 Anhang: Biomassenachhaltigkeit d Various NGOs (Greenpeace, Birdlife) have published a position paper to express their views on biomass and biofuels in the EU and worldwide Quelle: van Dam,

31 Anhang: Biomassenachhaltigkeit Quelle: van Dam,

32 Anhang: Biomassenachhaltigkeit Quelle: van Dam,

33 Anhang: Quellen über Nachhaltigkeit Cramer et al., Testing framework for sustainable biomass, 2007 Biomass Technology Group, Sustainability criteria and certification systems for biomass production, 2008 van Dam, Sustainability of bioenergy chains: the result is in the details, Utrecht University, 2009 van Dam, Update: initiatives in the field of biomass and bioenergy certification, 2010 van Dam et al., From the global efforts on certification of bioenergy towards an integrated approach based on sustainable land use planning,