Holz als Energieträger - Sinnvoll und notwendig? -

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1 Deutsches BiomasseForschungsZentrum German Biomass Research Centre Holz als Energieträger - Sinnvoll und notwendig? - Martin Kaltschmitt, Matthias Edel in Kooperation mit Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft, Technische Universität Hamburg-Harburg Deutsches BiomasseForschungsZentrum gemeinnützige GmbH, Torgauer Str. 116, D Leipzig, Inhalt 1. Einleitung 2. Holzmärkte und deren Entwicklung 3. Holzangebot und -nachfrage 4. Schließung einer potenziellen Holzlücke 5. Schlussbetrachtung 2 1

2 Einleitung - Klimagasemissionen - CO 2 -Emission (in billion t) Globale Klimagasemissionen ,5 Mrd. t Year Middle East Africa Asia and Oceania South America North America Europe (other) Europe OECD 3 Herausforderungen - Pot. Veränderung der glob. mittl. Temp. - Globale Temperaturabw. (in C) relativ zum Mittel von 1800 bis 1900 (bzw. zum Mittel von 1880 bis 1920 bei der Einsatzgrafik) Quelle: modifiziert nach WBGU Jahr 4 2

3 Herausforderungen - 2 C Ziel - Quelle: WBGU 2009 Quelle: Meinshausen et al Holzmärkte - Globaler Primärenergieverbrauch - Summe: ca. 525 EJ (2008) 21% 26% 5% Öl Gas Kohle Kernenergie Wasserkraft Biomasse 6% 32% 10% 6 3

4 Holzmärkte - Anstieg des globalen PEV - Primärenergieverbrauch in EJ/a Übrige Erneuerbare Energien Biomasse & Abfall Wasser Kernenergie Gas Öl Kohle Mengenwachstum 2006 bis Veränderung in EJ 7 Holzmärkte - Anstieg des globalen PEV - Population (medium variant) Reference scenario 10,0 9,0 8,0 People (Billion) 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Source: EREC/Greenpeace (2007) 8 4

5 Holzmärkte - Beispiel: Papiermärkte - Papiernachfrage in Mio. t/a Quelle: Pöry Biomassenutzung Biomasse in der EU-27 EU-27 Primary energy consumption: about 73,800 PJ 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 17.5% 37.3% 7.0% 37.8% Solar; 8% Wood, wood waste; 51% Hydro Wind Geothermal Solar Wood, wood waste Municipal waste Biogas Biofuel Municipal waste; 9% Biogas; 4% Biofuel; 5% Biomass: 68.6 % (~ 3,540 PJ) 10% 0% 14.1% 2006 % Coal Petroleum products Renewable energy sources Natural gas Nuclear energy Geothermal; 5% Wind; 6% Hydro; 20% Sources: EUROSTAT

6 Brennstoffmärkte - Holzaufkommen und -verwendung EU Jahr 2005 EU 27, CH, N Holznachfrage Holzaufkommen Mio. m³ Rundholz Brennholz Rinde Waldrestholz Holz außerhalb des Waldes Späne, Holzreste Reste Zellstoffindustrie Altholz Pellets Sägeindustrie Plattenindustrie Papierindustrie Pellets, Briketts andere stoffliche Nutzung energetische Nutzung Quelle: Mantau et al Wood resource availability and demands implication of renewable energy policies. Hamburg. 11 Brennstoffmärkte - Holzaufkommen und -verwendung EU Jahr 2010 EU 27, CH, N Holznachfrage Holzaufkommen Mio. m³ Rundholz Brennholz Rinde Waldrestholz Holz außerhalb des Waldes Späne, Holzreste Reste Zellstoffindustrie Altholz Pellets Sägeindustrie Plattenindustrie Papierindustrie Pellets, Briketts andere stoffliche Nutzung energetische Nutzung Quelle: Mantau et al Wood resource availability and demands implication of renewable energy policies. Hamburg. 12 6

7 Biomassenutzung Biomasse in Deutschland Stromerzeugung (einschl. KWK) Wärmebereitstellung b (ausschl. Wärme) Verkehr (Kraftstoffe) Primärenergieeinsatz absolut (TWh) Anteil (%) absolut (PJ) Anteil (%) absolut (PJ) Anteil (%) absolut (PJ) Anteil (%) Wasserkraft 20,8 23,1 0 74,9 7,1 Windkraft 40,4 45, ,4 13,8 Solarenergie 4,3 4,8 16 3,7 0 31,5 3,0 Biomasse 24,4 a 27, , ,6 Umgebungswärme, 0,021 0,02 26,5 6,0 0 26,5 2,5 Erdwärme Summe 89, , a inkl. Klär- und Deponiegasverstromung und Strombereitstellung aus biogener Müllfraktion; b Angaben in Brennstoffenergie zuzüglich bereitgestellter KWK-Wärme aus Bioenergie; c Umrechnung von Strom aus Wasser, Wind, Solar und Geothermie nach Wirkungsgradmethode und Biomasse nach Brennstoffeinsatz 13 Brennstoffmärkte - Holzaufkommen und -verwendung D Wärmemarkt Strommarkt Holznachfrage wood demand Holzaufkommen wood availability wood energy [PJ/a] Waldholz Rinde Sägenebenprodukte Altholz sonst. Holz LP-Holz Deckungslücke stofflich Scheitholzfeuerungen Pelletfeuerungen Hackschnitzelfeuerungen (Heiz-)Kraftwerke Kraftstoffe Source: based on Thrän et al 2009b 14 7

8 Brennstoffmärkte - Entwicklung des Waldholzaufkommens D - Einschlag [Fm/a] Quelle: Mantau (2002) & (2008); Polley et al (2004); BMELV (2008) Staatswald Körperschaftswald Privatwald Waldholzaufkommen Jahr Einschlag steigt aufgrund besserer statistischer Erfassung und Mobilisierung im Privatwald. Tatsächliches Waldholzaufkommen höher als Einschlag. Potenzielles Waldholzaufkommen bis 2020 bei rund 90 Mio. Fm/a. 15 Brennstoffmärkte - Entwicklung Wärmemarkt D - 14% EE bzw. 10% Bioenergie im Wärmemarkt - Endenergie [TWh/a] Referenzszenario 14% EE Wärmebedarf 2007 Szenario Leitstudie Leitstudie sonst. EE Scheitholzfeuerungen Pelletfeuerungen Wärme aus KWK HHS-Feuerungen 16 8

9 Brennstoffmärkte - Entwicklung Verstromung D - installierte Anlagenleistung [MW el ] installierte elektr. Leistung Anlagenzahl Anlagenanzahl * 2010* 2012* 2014* 2016* 2018* 2020* Jahr *Prognose 17 Brennstoffmärkte - Entwicklung Kraftstoffe D % Biokraftstoffbedarf [PJ/a] ,25% 6,25% 8% Import Kraft-/Rohstoffe Biodiesel gesamt Jahr Unterquote Bioethanol Bioethanol (Lig.) BtL Biomethan Importe Biodiesel (real) Bioethanol (real) 18 9

10 Brennstoffmärkte - Holzaufkommen und -verwendung D Der Wärmemarkt bleibt auch zukünftig der größte Nachfrager, aber der Strom- und Kraftstoffmarkt holen voraussichtlich bis 2020 auf. Unter den getroffenen Annahmen entsteht eine Deckungslücke im Holzmarkt von rund 290 PJ/a (2020). Holznachfrage wood demand Holzaufkommen wood availability wood energy [PJ/a] Waldholz Rinde Sägenebenprodukte Altholz sonst. Holz LP-Holz Deckungslücke stofflich Scheitholzfeuerungen Pelletfeuerungen Hackschnitzelfeuerungen (Heiz-)Kraftwerke Kraftstoffe 19 Brennstoffmärkte - Holzaufk. & -verwendung EU Der Importanteil nach Europa wird weiter steigen, da die Holznachfrage Jahr deutlich 2020 stärker wächst als das Aufkommen. EU 27, CH, N Holznachfrage Holzaufkommen Mio. m³ Rundholz Brennholz Rinde Waldrestholz Holz außerhalb des Waldes Späne, Holzreste Reste Zellstoffindustrie Altholz Pellets Sägeindustrie Plattenindustrie Papierindustrie Pellets, Briketts andere stoffliche Nutzung energetische Nutzung Quelle: Mantau et al Wood resource availability and demands implication of renewable energy policies. Hamburg

11 Brennstoffmärkte - Reduktion der Holzlücke - Holznutzung/-aufkommen [PJ/a] Substitution durch andere biogene Festbrennstoffe Effizienzsteigerung bei Konversion Nachfrage nach Holz Angebot/Potenzial an Holz KUP 1,3 Mio. ha/a (12 t atro /ha) Holzimporte 0 Nachfrageseite Substitution von Holz durch Agrarbrennstoffe; beschränkt auf Neubau (logistische und feuerungstechnische Hindernisse) (Potenzial 114 PJ/a) Effizienzsteigerungen bei Konversionstechnologien Angebotsseite Kultivierung von KUP auf rund 1,3 Mio. ha frei werdenden Ackerflächen Erhöhung der Holzimporte (2007 rund 2 Mio. t/ FM ) 21 Reduktion der Holzlücke - Substitution von Holz - Vielzahl biogener nicht holzartiger biogener Festbrennstoffe sind grundsätzlich verfügbar Stroh (114 PJ/a) Andere landwirtschaftliche Rückstände (20 PJ/a) Landschaftspflegeheu Klärschlamm 8 PJ/a etc. Für die erfolgreiche Erschließung dieser Stoffe sind aber noch eine Vielzahl von Herausforderungen zu meistern: Verfügbarkeit (Einsatz zur Düngung und zum Humusgehalt) Logistik (geringe Aufkommens- und Energiedichte, kurze Ernteperiode, z. T. hohe Feuchte bei der Ernte) Verbrennungstechnik (Verschlackung, Korrosion, Einhaltung der Emissionsgrenzwerte) Akzeptanz (kein etablierter Brennstoff, emotionale Vorbehalte) Nutzungskonkurrenzen (stoffliche Nutzung in Landwirtschaft und Gartenbau) Forcierte F&E-Anstrengungen, um in den kommenden Jahren diese Herausforderungen zu überwinden und dadurch den Holzmarkt zu entlasten 22 11

12 Reduktion der Holzlücke - Effizienzsteigerung bei der Konversion - Verbesserung der Konversionsanlagenwirkungsgrade Erhöhung der thermischen Wirkungsgrade durch bessere Anlagen und Konzepte (u. a. Übergang zur Brennwerttechnik) Erhöhung der elektrischen Wirkungsgrade (u. a. Übergang zur GuD- Technik) Erhöhung der KWK-Wirkungsgrade insbesondere im Hinblick auf eine Verbesserung der Stromkennzahl Erhöhung der Umwandlungswirkungsgrade von Biomasse in einen systemkompatiblen Kraftstoff Reduzierung der Umweltauswirkungen Minderung der toxikologisch relevanten Emissionen Reduzierung der Klimagasfreisetzungen Minimierung von zu entsorgenden Abfällen 23 Reduzierung der Holzlücke - Erhöhung der Holzimporte - Holzexportierende Länder; z. B. Entwicklung der Holzerträge / der Nutzungskonzepte Entwicklung der Flächen für Plantagenholz Vorhandene oder fehlende Infrastruktur Entwicklung der nationalen und globalen Holzmärkte und damit der nationalen und weltweiten Nachfrage nach Holz und Holzprodukten vor dem Hintergrund des national und international verfügbaren Holzangebots Etablierung von Märkten für biogene Festbrennstoffe auf nicht-holz-basis Anforderungen an die gehandelte Biomasse (u. a. Normen für biogene Festbrennstoffe; vgl. laufende CEN und ISO-Aktivitäten) Globaler Handel; u. a. Weiterentwicklung der Nachhaltigkeitskriterien und deren Bedeutung für den globalen Handel Setzung der Handelsbarrieren (Exportzölle) Etablierung nationaler und globaler Brennstoffnormen Holzimportierende Länder; z. B. Rahmensetzung im stofflichen und energetischen Bereich in den Importländern Setzung von Handelsbarrieren (Importzölle) Akzeptanz 24 12

13 Reduzierung der Holzlücke - Kurzumtriebsplantagen - Kurzumtriebsplantagen (d. h. landwirtschaftliche Holzproduktion) sind eine Alternative zu Holz aus der konventionellen Forstwirtschaft Bis 2020 wird die Verfügbarkeit "freier" landwirtschaftlicher Flächen in D und der EU zunehmen, die grundsätzlich auch zur Produktion von Kurzumtriebsholz genutzt werden könnten Die benötigte Techniken und Konzepte sind vorhandenen, aber nur eingeschränkt optimiert; die flächenspezifischen Erträge liegen deutlich über denen des klassischen Waldbaus Die Holzgestehungskosten liegen im Bereich und tendenziell etwas über den gegenwärtigen Marktpreisen Hohe Investitionen und eine langfristige Bindung der Agrarfläche bei stark schwankenden Marktpreisen haben in Deutschland bisher eine Etablierung entsprechender Plantagen verhindert Außerdem gibt es rechtliche Unsicherheiten Hinzu kommen Akzeptanzprobleme 25 Reduzierung der Holzlücke - Kurzumtriebsplantagen - Source: Pöry

14 Reduzierung der Holzlücke - Kurzumtriebsplantagen - 5 % of world forest area Source: FAO Pöry2007, 2008 STCP Estimates 27 Schlussbetrachtung Biogene Festbrennstoffe sind eine feste Größe im nationalen und europäischen Energiesystem. Zukünftig wird der Einsatz biogener Festbrennstoffe nicht nur aus Klimaschutzgründen ansteigen; dies gilt im Wärme-, Strom- und wahrscheinlich auch im Kraftstoffmarkt. Da auch zu erwarten ist, dass die anderen (konkurrierenden) Holzmärkte ebenfalls ein merkliches Wachstum zeigen werden, kann es zu einer "Holzlücke" kommen, die nicht zwingend allein durch Importe gedeckt werden kann; dies gilt für Deutschland und Europa. Deshalb müssen Maßnahmen zur nachhaltigen Erhöhung des Holzertrages in Deutschland (und darüber hinaus) erarbeitet und im Markt implementiert werden; ohne eine deutliche und nachhaltige Erweiterung des Angebots an biogenen Festbrennstoffen wird die zu erwartende Nachfrage kaum zu decken sein. Gleichzeitig muss sichergestellt werden, dass die Verluste im Verlauf der gesamten Bereitstellungskette minimiert werden und durch intelligente Lösungen die Nutzungseffizienz deutlich gesteigert wird

15 Potenziale und Märkte fester Biobrennstoffe in Deutschland und Europa Stand und Perspektiven Deutsches BiomasseForschungsZentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Straße 116 D Leipzig Martin Kaltschmitt Tel. +49(0)341 / martin.kaltschmitt@dbfz.de Tel./Fax. +49(0) /