Energetische und ökologische Bilanzierung der regional angepassten Bioenergiekonzepte

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1 Regionales Management von Klimafolgen in der Metropolregion Hannover-Braunschweig-Göttingen Energetische und ökologische Bilanzierung der regional angepassten Bioenergiekonzepte M.Eng. Dipl.-Ing (FH) Prof. Dr.-Ing. Achim Loewen Hannover, 05. Juli 2011 Hochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen Fakultät Ressourcenmanagement Fachgebiet Nachhaltige Energie- und Umwelttechnik NEUTec

2 Gliederung 1. Einführung 2. Energiepflanzenanbau und Bioenergieverfahren 3. Bilanzielle Bewertung standortangepasster Bioenergiekonzepte 4. Einfluss von Klimawandel und technologischem Fortschritt im Vergleich 5. Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 2

3 Einführung Vermehrter Anbau von Energiepflanzen ist ein wichtiges Standbein in der Landwirtschaft Förderung Erneuerbarer Energien durch EEG, EEWärmeG Steigender Anteil der Bioenergien am deutschen Energieverbrauch Bioenergie stellt wichtigste Erneuerbare Energieform zur Kraftstoff- und Wärmegewinnung dar [FNR 2010] 3

4 Einführung: Anteil der Landwirtschaft an den Treibhausgasen weltweit [Baumert 2005] Die Landwirtschaft stellt einen wichtigen Aspekt in der Betrachtung von Klimagasen Energiegewinnung aus Energiepflanzen kann nicht zu 100% klimaneutral sein!!! 4

5 Gliederung 1. Einführung 2. Energiepflanzenanbau und Bioenergieverfahren 3. Bilanzielle Bewertung standortangepasster Bioenergiekonzepte 4. Einfluss von Klimawandel und technologischem Fortschritt im Vergleich 5. Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 5

6 Energiepflanzenbau und Bioenergieverfahren 6

7 Bioenergieverfahren im Landkreis Göttingen: IST-Stand 7

8 Gliederung 1. Einführung 2. Energiepflanzenanbau und Bioenergieverfahren 3. Bilanzielle Bewertung standortangepasster Bioenergiekonzepte 4. Einfluss von Klimawandel und technologischem Fortschritt im Vergleich 5. Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 8

9 Methodik der Ökobilanzierung nach ISO

10 Methodik Welche Energiepflanze hat pro Hektar Anbaufläche / pro Tonne Erntegut den geringsten Energieaufwand? die beste Klimagasbilanz? Welches Bioenergiekonzept hat pro Hektar Anbaufläche den größten Energieertrag? die beste Klimagasbilanz? Wie verändern sich die Bilanzergebnisse unter Berücksichtigung der klimatischen Veränderungen und des technologischen Fortschritts bis 2100? 10

11 Methodik 11

12 Methodik der Berechnung Von den Primärdaten zur endgültigen Analyse Aufnahme von produktspezifischen Daten Einpflegen und verknüpfen von generischen Unterprozessen (z.b. Dieselherstellung) Verknüpfungen der Energie- und Stoffströme Abbildung eines realen Systems in übersichtlicher Form Auswertung nach vordefinierten Bewertungskriterien 12

13 Energiebilanz: Verschiedene Energiepflanzen im Vergleich: IST-Stand 13

14 Treibhausgasbilanz: Verschiedene Energiepflanzen im Vergleich: IST-Stand 14

15 Treibhausgasbilanz: Bereitstellung von Raps 15

16 Prozentuale Veränderungen der Treibhausgasemissionen: IST-Stand Veränderungen der Treibhausgase sind überwiegend deckungsgleich mit den Ertragsänderungen: sinkender Ertrag bei gleichbleibendem Anbaukonzept führt zu einer Zunahme der THG- Emissionen pro Tonne Erntegut (z.b. Winterraps-Korn) steigender Ertrag bei gleichbleibendem Anbaukonzept führt zu einer Abnahme der THG- Emissionen pro Tonne Erntegut (z.b. Winterroggen GP im LK Celle) Ausnahmen: Mails-GP und Zuckerrübe im LK Hildesheim: Hohe Ertragszunahme durch Klimaveränderungen ist nur bei opt. Nährstoffversorgung möglich Düngeaufwand pro Hektar Anbaufläche steigt Vorteil der Ertragszunahme wird reduziert (Zuckerrübe) bzw. schlägt sich negativ auf die Treibhausgasbilanz aus 16

17 Prozentuale Veränderungen der Treibhausgasemissionen: IST-Stand

18 Prozentuale Veränderungen der Treibhausgasemissionen: IST-Stand

19 Methodik Welche Energiepflanze hat pro Hektar Anbaufläche / pro Tonne Erntegut den geringsten Energieaufwand? die beste Klimagasbilanz? Welches Bioenergiekonzept hat pro Hektar Anbaufläche den größten Energieertrag? die beste Klimagasbilanz? Wie verändern sich die Bilanzergebnisse unter Berücksichtigung der klimatischen Veränderungen und des technologischen Fortschritts bis 2100? 19

20 Treibhausminderungspotenzial verschiedener Bioenergien: IST-Stand 20

21 Treibhausminderungspotenzial verschiedener Bioenergien: IST-Stand Dezentrale Verstromung des Biogases im Landkreis Göttingen mit einer durchschnittlichen Wärmnutzungsrate von 60% erreicht das größte Treibhausgas- Minderungspotenzial Biomethan-Nutzung in der Gastherme führt zum geringsten Treibhausgas- Minderungspotenzial, bzw. für die Kultur Sorghum sogar zu mehr Emissionen als die Wärmebereitstellung aus Erdgas! 21

22 Treibhausminderungspotenzial verschiedener Bioenergien: Szenario

23 Treibhausminderungspotenzial verschiedener Bioenergien: Szenario 2100 Veränderungen ohne Berücksichtigung des technologischen Fortschritts sind analog zu denen der Veränderungen der Kulturen Ausnahme: Mais Biomethan / Biogas im Landkreis Hildesheim: Mehrertrag führt zu höheren Biomethan / Biogasausbeuten und damit zu höheren potenziell verdrängten Strom- und/ Wärme- bzw. Kraftstoffmengen 23

24 Treibhausminderungspotenzial verschiedener Bioenergien: Szenario 2100 Berücksichtigung eines möglichen technologischen Fortschritts: Steigerung der BHKW-Wirkungsgrade: 5% Punkte elektrisch 4% Punkte thermisch Biogasanlagen: Steigerung der Biogasausbeute (nach KTBL) um 20% Reduzierung der diffusen Methanemissionen von 2,5% auf 1% Kraftfahrzeuge: Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs um 5% Ethanol- und Biodieselproduktion: Steigerung der Effizienz in der Produktion um 10% 24

25 Treibhausminderungspotenzial verschiedener Bioenergien: Szenario

26 Gliederung 1. Einführung 2. Energiepflanzenanbau und Bioenergieverfahren 3. Bilanzielle Bewertung standortangepasster Bioenergiekonzepte 4. Einfluss von Klimawandel und technologischem Fortschritt im Vergleich 5. Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 26

27 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Klimabedingte Ertragszu- bzw. abnahmen wirken sich auf die Energie- und Ökobilanz der untersuchten Energiepflanzen aus; Tendenz zeigt, dass sich ein steigender Ertrag positiv auf die Bilanzergebnisse auswirkt Eine lineare Abhängigkeit der Bilanzergebnisse von den Ertragsveränderungen kann jedoch nicht abgeleitet werden Der Landkreis Celle zeigt in allen Bilanzkategorien schlechtere Ergebnisse als die Landkreise Hildesheim und Göttingen Die Treibhausgas- und Energiebilanzen der untersuchten Bioenergien (Ausnahme: Ist Zustand Sorghum-Biomethan Nutzung in der Gastherme) führen in allen Landkreisen zu einer Einsparung im Vergleich zum substituierten fossilen Energieträger Versauernd und eutrophierend wirkende Emissionen führen in allen untersuchten Bioenergien zu Mehremissionen als die fossilen Alternativen 27

28 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Die dezentrale Verstromung von Biogas im Landkreis Göttingen hat das größte Treibhausgasminderungspotenzial und die beste Energiebilanz bezogen auf den IST- Stand. Die Biogasaufbereitung, Einspeisung und zentrale Verstromung im BHKW führt zu den besten Ergebnissen für Fortschreibung der Bilanzen bis 2100 zeigt, dass die Ertragsveränderungen im Vergleich zum technologischen Fortschritt nur einen sehr geringen Einfluss auf die Ergebnisse haben. Die Nutzung von Biomethan in der Gastherme und die Verstromung von Rapsöl und die Nutzung von Biodiesel sowie Bioethanol aus Weizen sind die Bioenergien mit der schlechtesten Energiebilanz und dem schlechtesten Umweltprofil. Weiterführende Untersuchungen sind insbesondere zur Bewertung der Maßnahmen zur Ertragsstabilisierung und zum regionalspezifischen Anbau lignozellulosehaltiger Biomasse und deren energetischer Nutzung erforderlich. 28

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! M. Eng. Dipl.-Ing. (FH) Hochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen Fakultät Ressourcenmanagement Fachgebiet Nachhaltige Energie- und Umwelttechnik (NEUTec) Rudolf-Diesel-Str. 12 Tel: +49 (0) 551/ Fax: +49 (0) 551/