Biogene Kraftstoffe in Deutschland. Reihe Nachhaltigkeit. Band 12. Stephanie Brysch

Transkript

1 Band 12 Reihe Nachhaltigkeit Stephanie Brysch Biogene Kraftstoffe in Deutschland Biodiesel, Bioethanol, Pflanzenöl und Biomass-to-Liquid im Vergleich Diplomica

2 Diplomica Wissenschaftlicher Fachverlag

3

4 Stephanie Brysch Biogene Kraftstoffe in Deutschland Biodiesel, Bioethanol, Pflanzenöl und Biomass-to-Liquid im Vergleich

5 Brysch, Stephanie: Biogene Kraftstoffe in Deutschland. Biodiesel, Bioethanol, Pflanzenöl und Biomass-to-Liquid im Vergleich, Hamburg, Diplomica GmbH Umschlaggestaltung: Elisabeth Lutz, Hamburg ISBN: Diplomica Verlag GmbH, Hamburg 2008 Bibliographische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Die Informationen in diesem Werk wurden mit Sorgfalt erarbeitet. Dennoch können Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden und die Diplomica GmbH, die Autoren oder Übersetzer übernehmen keine juristische Verantwortung oder irgendeine Haftung für evtl. verbliebene fehlerhafte Angaben und deren Folgen.

6

7

8 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis...9 Tabellenverzeichnis...10 Abkürzungsverzeichnis Einleitung Ausgangslage Zielsetzung Methodisches Vorgehen Thematische Abgrenzung Geographische Abgrenzung Abgrenzung der Nutzung Abgrenzung ausgewählter Biokraftstoffe Definitionen Biogen Kraftstoffe Biogene Kraftstoffe Biomasse Aktuelle Situation in Deutschland Gesetzliche Rahmenbedingungen EU-Biokraftstoffrichtlinie Energiesteuergesetz altes Mineralölsteuergesetz Biokraftstoffquotengesetz Bedeutung der Biokraftstoffe in Deutschland Charakterisierung ausgewählter Biokraftstoffe Biodiesel Bioethanol Pflanzenöl Biomass-to-Liquid Bewertung biogener Kraftstoffe Erhebungsdesign Bewertungskriterien Experteninterviews Graphische Darstellung Ergebnisinterpretation Ergebnisse Ökonomische Faktoren...52 a) Wettbewerbsfähigkeit des Marktpreises...52 b) Produktionskosten...54 c) Energieausbeute

9 Technische Faktoren a) Innovationsstand b) Skalierbarkeit c) Geschütztes Know-how Gesellschaftliche Faktoren a) Verbraucherakzeptanz b) Politische Akzeptanz der Technologie c) Versorgungssicherheit Ökologische Faktoren a) Ressourcenverbrauch b) Umweltauswirkungen bei der Produktion c) Emissionen bei der Nutzung Graphische Darstellung Darstellung der ökonomischen Faktoren Darstellung der technischen Faktoren Darstellung der gesellschaftlichen Faktoren Darstellung der ökologischen Faktoren Ergebnisinterpretation Kritische Würdigung Fazit Anhang Anhangverzeichnis Quellenverzeichnis I. Literaturliste II. Internetquellen III. Sonstige Quellen

10 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Orientierungsziele und zeitliche Vorgaben der EU- Biokraftstoffrichtlinie...22 Abbildung 2: Energieträger und Anteile einzelner Energieformen am Endenergieverbrauch in Deutschland...25 Abbildung 3: Primärkraftstoffverbrauch 2005 in Deutschland...30 Abbildung 4: Der Herstellungsprozess von Biodiesel...31 Abbildung 5: Ressourcenverbrauch bei der RME-Produktion...33 Abbildung 6: Verteilung Biodieselabsatz Abbildung 7: Der Herstellungsprozess von Bioethanol...36 Abbildung 8: Energiegehalt der Rapspflanze...41 Abbildung 9: Der Herstellungsprozess von Biomass-to-Liquid...45 Abbildung 10: Zusammensetzung der Herstellkosten...48 Abbildung 11: Jahreserträge aus einem Hektar Anbaufläche...60 Abbildung 12: CO 2 -neutraler Kreislauf bei der Nutzung biogener Kraftstoffe...96 Abbildung 13: Wettbewerbsfähigkeit des Marktpreises Abbildung 14: Produktionskosten Abbildung 15: Energieausbeute Abbildung 16: Innovationsstand Abbildung 17: Skalierbarkeit Abbildung 18: Geschütztes Know-how Abbildung 19: Verbraucherakzeptanz Abbildung 20: Politische Akzeptanz der Technologie Abbildung 21: Versorgungssicherheit Abbildung 22: Ressourcenverbrauch Abbildung 23: Umweltauswirkungen bei der Produktion Abbildung 24: Emissionen bei der Nutzung Abbildung 25: Führende Biokraftstoffe in den vier Faktorengruppen

11 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Bioethanolproduktion 2004 bis Tabelle 2: Marktpreise der Biokraftstoffe im April Tabelle 3: Break-Even-Point biogener Kraftstoffe in US $/Barrel Tabelle 4: Produktionskosten der Biokraftstoffe Tabelle 5: Anbau nachwachsender Rohstoffe 2006 in Deutschland Tabelle 6: Rohstoffquellen bzw. Rohstoffe zur Herstellung von Biokraftstoffen.. 82 Tabelle 7: WWF-Kriterien für die Zertifizierung Tabelle 8: Relatives Treibhauspotential der Kyoto-Gase Tabelle 9: CO 2 -Minderung der Biokraftstoffe gegenüber fossilen Kraftstoffen Tabelle 10: Rangfolge der Biokraftstoffe

12 Abkürzungsverzeichnis ADAC Allgemeiner Deutscher Automobil-Club B100 Reiner Biodiesel (100%) B5 BGBl. BiomasseV BMU BtL BUND C CH 4 C n H m CO CO 2 CO 2e DIN EN DIN Kraftstoffgemisch aus 5% Biodiesel und 95% Dieselkraftstoff Bundesgesetzblatt Biomasseverordnung Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit Biomass-to-Liquid Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland Kohlenstoff Methan Kohlenwasserstoffe Kohlenstoffmonoxid Kohlenstoffdioxid Kohlenstoffdioxid-Äquivalent Deutsches Institut für Normung Europäische Normen Deutsches Institut für Normung E100 Reines Bioethanol (100%) E5 E85 ETBE EU-25 FAO FFV FNR GAP GtL GWP Kraftstoffgemisch aus 5% Bioethanol und 95% Benzin Kraftstoffgemisch aus 85% Bioethanol und 15% Benzin Ethyl-Tertiär-Butylether Die Europäische Union zum Zeitpunkt von 25 Mitgliedsstaaten ( ) Food and Agriculture Organization Flexible Fuel Vehicles Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Gemeinsame Agrarpolitik Gas-to-Liquid Global Warming Potential 11

13 H 2 HC IEA IPCC IW KDV MTBE N 2 O NH 3 NO x O 3 OECD PAK RK-Qualitätsstandard RME SO 2 THP TM VDB WCED WWF Wasserstoff Kohlenwasserstoff International Energy Agency Intergovernmental Panel on Climate Change Institut der deutschen Wirtschaft Köln Katalytische Drucklose Verölung Methyl-Tertiär-Butylether Distickstoffmonoxid Ammoniak Stickstoffoxide Ozon Organisation for Economic Co-operation and Development Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe Qualitätsstandard für Rapsöl als Kraftstoff Rapsmethylester Schwefeldioxid Treibhauspotential Trockenmasse Verband der Deutschen Biokraftstoffindustrie World Commission on Environment and Development World Wildlife Fund 12

14 1. Einleitung 1.1. Ausgangslage Mit Blick auf die zurückliegenden Jahre lässt sich in der Nutzung von Kraftstoffen in der Automobilindustrie eine neue Tendenz feststellen. Die biogenen Kraftstoffe gewinnen neben den fossilen Treibstoffen an Bedeutung. Gründe dafür sind unter anderem die erheblichen Klimaveränderungen und die Ressourcenschonung. Die Endlichkeit der fossilen Brennstoffe, ihre steigenden Preise bei politischen Unruhen und die Abhängigkeit Deutschlands von anderen Staaten zwingen zum Umdenken in der Energienutzung. Außerdem fordert der Anstieg von Treibhausgasen in der Atmosphäre einen Wechsel der Energieträger. Als Ersatz für Benzin und Diesel in der Automobilindustrie bieten sich hierbei die biogenen Kraftstoffe an. Angeführt vom Biodiesel (Rapsmethylester) gibt es in Deutschland eine Vielzahl von Biokraftstoffen, die Potential haben, als Motorkraftstoff genutzt zu werden. Auch wenn das Thema zunehmend an Bedeutung gewinnt und jeder neue Biokraftstoff positiv angenommen wird, ist es dennoch ratsam, sich mit den angebotenen alternativen Kraftstoffen auch kritisch auseinander zu setzen. Allein der Umstand, dass ein Wort die Silbe bio beinhaltet, garantiert noch keine Klimaverbesserung und birgt eventuell sogar neue, bisher noch weitgehend unbekannte Probleme. Daher ist eine eingehende kritische Betrachtung der einzelnen biogenen Kraftstoffe nötig, um die Vor- und Nachteile klar herauszustellen. Erst dadurch kann deutlich werden, ob es zwischen den alternativen Energieträgern gravierende Unterschiede gibt. Ein Herausarbeiten dieser Unterschiede in einem direkten Vergleich liefert die Voraussetzung die Biokraftstoffe mit dem größten Nutzen zu identifizieren und damit die Möglichkeit, sich in der Praxis auf diese Biokraftstoffe zu konzentrieren. 13

15 1.2. Zielsetzung Das Ziel dieser Studie ist es herauszustellen, welche biogenen Kraftstoffe sich aus heutiger Sicht aufgrund ihres Gesamtnutzenprofils durchsetzen sollten. Es wird eine Analyse durchgeführt, bei der die Biokraftstoffe anhand von definierten Erfolgsbedingungen bewertet werden. Gestützt durch Literatur und Experteninterviews wird dann eine begründete Rangfolge der Biokraftstoffe hinsichtlich ihres Nutzen erstellt. Durch die vielschichtige und kritische Betrachtung der biogenen Kraftstoffe lässt sich am Ende dieser Studie eine Trendanalyse erstellen. Hierbei wird das besondere Augenmerk auf den in naher Zukunft am besten geeigneten Biokraftstoff gelegt. Des Weiteren besteht das Ziel, mit dieser Studie zu unterstreichen, dass alternative Kraftstoffe bei der Entwicklung der Motoren und Fahrzeuge mehr als bisher berücksichtigt werden sollten. Mit der Trendanalyse wird deshalb außerdem eine Handlungsoption als Empfehlung präsentiert und begründet Methodisches Vorgehen Zu Beginn dieser Studie wird eine thematische Abgrenzung vorgenommen, die deutlich macht, in welcher Vorgehensweise das Thema behandelt wird. In einem zweiten Schritt wird definiert wie wichtige Begriffe im Rahmen dieser Studie verstanden werden. Im Anschluss daran wird die aktuelle Situation in Deutschland dargestellt. Dabei werden die gesetzlichen Rahmenbedingungen erläutert und es wird die Bedeutung der Biokraftstoffe herausgestellt. Außerdem findet eine Charakterisierung ausgewählter Biokraftstoffe statt. Es werden jeweils die verwendbaren Rohstoffe, der Herstellungsprozess, die Einsatzmöglichkeiten und die Formen der Nutzung (z.b. Mischverhältnisse) erläutert. Im fünften Kapitel wird eine Analyse biogener Kraftstoffe vorgenommen. Dazu werden zuerst das Erhebungsdesign und seine Vorgehensweise aufgezeigt und im Anschluss daran werden die Ergebnisse der Analyse präsentiert. 14

16 Im darauf folgenden sechsten Kapitel findet eine kritische Würdigung dieses Themas statt. In Kapitel sieben erfolgt abschließend ein Fazit der gesamten Studie. 15

17

18 2. Thematische Abgrenzung Im Folgenden wird der Rahmen dieser Studie sowohl geographisch als auch thematisch abgegrenzt, damit dem Leser deutlich wird, inwieweit die Studie das Thema erfasst und für welche Fragestellungen Informationen über diese Studie hinaus benötigt werden. Anhand dieser Abgrenzung besteht daher die Möglichkeit schnell zu bestimmen, ob die Studie für bestimmte Fragestellungen die gesuchten Informationen liefert Geographische Abgrenzung Die Betrachtung der Biokraftstoffe beschränkt sich auf die Entwicklung in Deutschland. Eine größere räumliche Ausdehnung würde den Rahmen dieser Studie sprengen, da die Verbreitung der Biokraftstoffe in anderen Ländern nicht zwingend konform mit der deutschen Entwicklung verläuft. Allerdings wird der Einfluss der deutschen Entwicklungen auf andere Länder betrachtet, besonders im ökologischen Bereich (siehe Kapitel 5.2.4) Abgrenzung der Nutzung In dieser Studie werden die biogenen Kraftstoffe ausschließlich hinsichtlich ihrer Nutzung in Verbrennungsmotoren der Automobilindustrie betrachtet. Mit dieser Abgrenzung wird eine konkretere Bewertung der einzelnen Biokraftstoffe in der Analyse bezweckt Abgrenzung ausgewählter Biokraftstoffe Für den Vergleich der biogenen Kraftstoffe wurden Biodiesel, Bioethanol, Pflanzenöl und Biomass-to-Liquid ausgewählt. Zum einen, weil diese vier Biokraftstoffe für den Kraftstoffmarkt gegenwärtig die größte Bedeutung haben; zum anderen stellen sie einen guten Querschnitt bereits etablierter Kraftstoffe und technologischer Neuerungen dar. Biogas wurde bewusst nicht als Vergleichskraftstoff in die 17

19 Studie aufgenommen, weil es in Deutschland als Kraftstoff für Automobile noch keine Anwendung findet und überwiegend für die Stromerzeugung genutzt wird. Wasserstoff wird derzeit hauptsächlich aus fossilen Energiequellen (Erdgas) hergestellt und Biowasserstoff befindet sich technisch noch in der Erprobungsphase. 1 Aus diesen Gründen wird dieser biogene Kraftstoff hier nicht berücksichtigt. 1 Vgl. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. (Hrsg.), Biokraftstoffe eine vergleichende Analyse, 2006, S. 56 ff. 18

20 3. Definitionen 3.1. Biogen Das Adjektiv biogen stammt aus dem Griechischen und bedeutet aus Lebewesen bzw. lebender oder toter organischer Substanz kommend Kraftstoffe Unter dem Begriff Kraftstoffe versteht man Brennstoffe, deren chemische E- nergie unmittelbar in mechanische umgesetzt werden kann, die fest, flüssig oder gasförmig sind und die aus Kohlenstoff, Kohlenwasserstoff oder Wasserstoff bestehen, um Verbrennungskraftmaschinen (Verbrennungsmotoren) anzutreiben. Unterschieden werden Vergaserkraftstoffe (Benzin, Benzol, Alkohol sowie andere flüssige oder gasförmige Kohlenwasserstoffe) und Dieselkraftstoffe (Gemisch unterschiedlicher Kohlenwasserstoffe) Biogene Kraftstoffe Biokraftstoffe sind flüssige oder gasförmige Kraftstoffe, die aus Biomasse hergestellt werden und die als Kraftstoff zum Betrieb von Fahrzeugverbrennungsmotoren bestimmt sind. 4 Der Begriff Biokraftstoff ist in der Definition und auch in dieser Studie mit der Bezeichnung biogener Kraftstoff gleichzusetzen und somit beliebig austauschbar. 2 Leser et al., Diercke Wörterbuch Ökologie und Umwelt, 1993, S Leser et al., Diercke Wörterbuch Ökologie und Umwelt, 1993, S Umweltbundesamt, Biokraftstoffe im Verkehrssektor in Österreich 2005,