Kaskadennutzung: Optimierte Nutzung nachwachsender Rohstoffe zur Steigerung der Ressourceneffizienz

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1 Kaskadennutzung: Optimierte Nutzung nachwachsender Rohstoffe zur Steigerung der Ressourceneffizienz Urban Mining - Fachkonferenz für urbanen Umweltschutz Iserlohn 25. März 2010 Dipl.-Ing. Katrin Bienge Forschungsgruppe Nachhaltiges Produzieren und Konsumieren

2 Überblick Projekthintergrund Konzeptionelle Grundlagen der Kaskadennutzung Zum Beispiel Holz: Fallstudie Altholz Entscheidungsbaum: Bewertungsansatz für eine nachhaltige Biomasse- und Kaskadennutzung

3 Projektrahmen Klimaschutz und optimierter Ausbau erneuerbarer Energien durch Kaskadennutzung von Biomasseprodukten - Potenziale, Entwicklungen und Chancen einer integrierten Strategie zur stofflichen und energetischen Nutzung von Biomasse ( ) Projektbearbeitung Auftraggeber und Förderer Forschungsgruppe 1 Zukünftige Energie- und Mobilitätsstrukturen : Karin Arnold, Christoph Zeiss, Thomas Targiel Forschungsgruppe 3 Stoffströme und Ressourcenmanagement : Michael Ritthoff, Dr. Stefan Bringezu Forschungsgruppe 4 Nachhaltiges Produzieren und Konsumieren : Justus von Geibler, Katrin Bienge, Ulrike Meinel, M.A., Dr. Kora Kristof 2

4 Projekthintergrund Handlungsoption Kaskadennutzung Biomasse- Potenzial ist begrenzt teils hohe Umweltwirkungen stoffliche und energetische Nachfrage steigt Quelle: Bringezu et al

5 Überblick Projekthintergrund Konzeptionelle Grundlagen der Kaskadennutzung Zum Beispiel Holz: Fallstudie Altholz Entscheidungsbaum: Bewertungsansatz für eine nachhaltige Biomasse- und Kaskadennutzung

6 Konzeptionelle Grundlagen der Kaskadennutzung Begriffskanon Produkt- oder Materialrecycling Kreislaufwirtschaft Cascading Kaskadennutzung... Prinzip der Multifunktionalität Cradle-to-Cradle Mehrfachnutzung Multifunktionale Biomassesysteme wiederholte Holzverwendung... Verbindung von stofflicher und energetischer Verwendung im Unterschied zu multipler Nutzung 5

7 Konzeptionelle Grundlagen der Kaskadennutzung Abgrenzung zu multipler Nutzung von Biomasse Nutzung bestehender Nebenprodukte: KEINE Kaskade Bereitstellung von Nawaro Hauptprodukt Neben- und Koppelprodukte Be- und Verarbeitung Be- und Verarbeitung Energetische Nutzung Stoffliche Nutzung Entsorgung Entsorgung Parallele Nutzung in verschiedenen Anwendungen: KEINE Kaskade Bereitstellung von Nawaro Be- und Verarbeitung z.b. in Bio- Raffinerie Produkt Produkt Stoffliche Nutzung Energetische Nutzung Quelle: Arnold et al

8 Konzeptionelle Grundlagen der Kaskadennutzung Multiple und sequentielle Nutzung von Biomasse... Verbindung von stofflicher und energetischer Verwendung Bereitstellung von Nawaro Be- und Verarbeitung Stoffliche Nutzungen Energetische Nutzung Wiederverwendung Recycling Das Prinzip der Kaskadennutzung von Nawaro wird als sequentielle Nutzung der gleichen biogenen Rohstoffe erst für möglichst wiederholte hochwertige stoffliche und danach für hochwertige energetische Anwendungen definiert. Quelle: Arnold et al

9 Überblick Projekthintergrund Konzeptionelle Grundlagen der Kaskadennutzung Zum Beispiel Holz: Fallstudie Altholz Entscheidungsbaum: Bewertungsansatz für eine nachhaltige Biomasse- und Kaskadennutzung

10 Zum Beispiel Holz Holzaufkommen und Holzwarenströme Holzströme in Deutschland [in Mio. m 3 (r)] Quelle: Dieter 2002, 2003, 2005, 2006,

11 Zum Beispiel Holz Holznutzung in Deutschland Holznutzung in Deutschland (inländisches Rohholz) Papier und Zellstoff Sonst. Holzwerkstoffe Bioenergie Sägeindustrie Quelle: FNR

12 Zum Beispiel Holz Holznutzung im Baubereich Schnittholzverbrauch Deutschland in Mio. m 3 (2002) Anteil an Schnittholzverbrauch in % 62,3 10,3 21,5 Quelle: Mantau/ Bilitewski

13 Zum Beispiel Holz Stoffliche und energetische Holzverwendung Quelle: Mantau

14 Zum Beispiel Holz Fallbeispiel Altholznutzung: Mengen und Trends Energetische Altholznutzung überwiegend in Biomasseheizwerken mit einer installierten Leistung von mehr als 1 MW ,7 Mio. t 1,6 Mio. t Stoffliche Altholznutzung überwiegend in der Holzwerkstoffindustrie zur Herstellung von Spanplatten (und MDF/HDF-Platten) Trends im Altholzmarkt (Vergleich der Jahre 2001 und 2006): das verfügbare Altholzaufkommen hat sich kaum erhöht; das Exportvolumen ist deutlich zurückgegangen; der Intrahandel ist weniger geworden; die innerbetriebliche Nutzung ist deutlich gestiegen; die energetische Verwertung hat zugenommen. Quellen: Mantau und Sörgel 2006; Weimar und Mantau

15 Zum Beispiel Holz Fallbeispiel Altholznutzung: die Kaskade Quelle: Bienge und Geibler, basierend auf Mantau / Sörgel 2006, Mantau / Bilitewski 2005, Weimar / Mantau 2008, EPEA

16 Zum Beispiel Holz Fallbeispiel Altholznutzung: Mengen und Trends Quellen: AltholzV 2, BVSE 2005, Bayerisches Landesamt für Umwelt 2005 Müller-Langer et al. 2006, Weimar / Mantau 2005 in Müller-Langer et al

17 Zum Beispiel Holz - Fallbeispiel Altholznutzung Beitrag zur Ressourcenschonung Effekte der stofflichen Altholzholznutzung auf den Ressourcenverbrauch (im Vergleich zur direkten energetischen Altholznutzung) Einschätzungen der Effekte auf den Ressourcenverbrauch: + Ressourcenverbrauch sinkt - Ressourcenverbrauch steigt +/- Effekte unklar o keine Effekte zu erwarten Quelle: Arnold et al

18 Zum Beispiel Holz - Fallbeispiel Altholznutzung Beispiel Nolte Möbel Spanplattenrecycling der Firma Nolte Möbel Chemo-thermisches Recyclingverfahren von Spanplatten: Gewinnung von Holzfasern und -späne aus Altmöbeln und Produktionsausschüssen Spanplatten mit erhöhten Altholzanteilen, bei dem auch belastetes Altholz durch Dekontaminierungsschritte stofflich genutzt werden kann. Produktionsmengen: 2000 bis 2002 wurde die Recyclingkapazität der Anlage von t/a weitgehend genutzt; 2003 bis 2007 blieb die Produktionsmenge mit ca t/a stabil; 2008 sank sie auf ca. die Hälfte der Kapazität ( t/a) Stilllegung der Recyclinganlage: Wesentlicher Grund für die Stilllegung war die Förderung der energetischen Altholznutzung, die die Beschaffungskonkurrenz verschärft hat. Quelle:Michanikl 2009, Nolte Holzwerkstoff

19 Zum Beispiel Holz - Fallbeispiel Altholznutzung Zwischenfazit Ansatzpunkte zur ressourceneffizienten Kaskadenoptimierung Abhängig von der Beschaffungssituation (Energie- und Rohstoffpreise, vorliegende Altholzqualitäten) und der politischen Fördersituation Voraussetzungen zur verstärkten stofflichen Nutzung sind u.a. Ansätze zur Erhöhung der qualitativ geeigneten Altholzaufkommen durch: Ökologisches Produktdesign Getrennthaltung der Altholzkategorien am Ort des Abfallaufkommens Verbesserung von Sortierungsmöglichkeiten und Einsatz von Dekontaminierungsverfahren bei Mischabfällen Übergreifendes Management der Holzwertschöpfungskette Bislang fehlen konkrete Handlungsanleitungen für Unternehmen und Politik zur Entwicklung und Optimierung von Kaskaden. 18

20 Überblick Projekthintergrund Konzeptionelle Grundlagen der Kaskadennutzung Zum Beispiel Holz: Fallstudie Altholz Entscheidungsbaum: Bewertungsansatz für eine nachhaltige Biomasse- und Kaskadennutzung

21 Entscheidungsbaum Bedingungen zur Optimierung von Biomasseund Kaskadennutzung 1. Analyse der Ausgangssituation 2. Nachhaltige Rohstoffproduktion 3. Technisch-ökonomische Machbarkeit 4. Positiver Nachhaltigkeitsbeitrag Legende: Quelle: Geibler/Bienge in: Arnold et al

22 Optimierung von Biomasse- und Kaskadennutzung 1. Analyse der Ausgangssituation Im ersten Schritt wird die Ausgangsituation geprüft: Besteht eine Kaskadennutzung? Besteht eine direkte energetische Nutzung? Besteht eine rein stoffliche Nutzung? Lassen sich die bestehenden direkten Nutzungen zur Kaskade ergänzen? Quelle: Geibler/Bienge in: Arnold et al

23 Optimierung von Biomasse- und Kaskadennutzung 2. Nachhaltige Rohstoffproduktion Quelle: Geibler/Bienge in: Arnold et al

24 Optimierung von Biomasse- und Kaskadennutzung 3. Technisch-ökonomische Machbarkeit (I) Quelle: Geibler/Bienge in: Arnold et al

25 Optimierung von Biomasse- und Kaskadennutzung 3. Technisch-ökonomische Machbarkeit (II) Im dritten Schritt folgt eine Prüfung der technisch-ökonomischen Machbarkeit einer stofflichen Vornutzung bzw. energetischen Nachnutzung. Zu prüfen sind insbesondere Logistische und organisatorische Hemmnisse Rückgewinnbarkeit: Quantität Qualität ausreichende Stoffströme (momentan / Ausblick) Technische Hemmnisse Technische Machbarkeit im Einzelfall prüfen Ökonomische Hemmnisse Aufwand von Logistik und Technik Wettbewerbsfähigkeit 24

26 Optimierung von Biomasse- und Kaskadennutzung 3. Technisch-ökonomische Machbarkeit (III) Quelle: Geibler/Bienge in: Arnold et al

27 Optimierung von Biomasse- und Kaskadennutzung 4. Positiver Nachhaltigkeitsbeitrag (I) Quelle: Geibler/Bienge in: Arnold et al

28 Bewertung von Kaskadennutzungen Nachhaltigkeits-Indikatoren Kernziel der Nachhaltigkeitsbewertung ist es, den Beitrag eines Produkts, einer Dienstleistung oder eines Verfahrens zu ausgewählten Aspekten nachhaltiger Entwicklung zu messen (z.b. LCA), bzw. dort, wo das nicht möglich ist, Tendenzen zu Chancen und Risiken abbilden zu können. Auswahl drei beispielhafter Nachhaltigkeits-Indikatoren: Aspekte der Ressourcenschonung / Ressourceneffizienz Kann das mehrfache Durchlaufen von Stoffströmen zu einer Entspannung der Konkurrenz um Rohstoffe beitragen? Ökologische Aspekte Führt die mehrfache Nutzung trotz möglicherweise erhöhten Aufbereitungsaufwand zu positiven Effekten auf Klima und Umwelt? Volkswirtschaftliche Aspekte Werden netto mehr und qualifizierte Arbeitsplätze geschaffen? 27

29 Bewertung von Kaskadennutzungen Wirkungsebenen Wirkungsebenen der Nachhaltigkeitsbewertung spezifische Effekte, die: mit der Bereitstellung von Rohstoffen oder Anwendungen zusammenhängen, durch die Nutzung der Produkte oder Dienstleistungen entstehen systemische Effekte (Rebound), die auf das Gesamtsystem wirken und zunächst nur indirekt mit dem Produkt oder der Anwendung zusammenhängen, aber langfristige Veränderungen induzieren. durch die Verdrängung oder Ablösung von bisherigen Strukturen und Anwendungen auftreten können (z.b. Arbeitsplatzeffekte beim Wechsel Landwirt zum Energiewirt ; indirekte Landnutzungsänderungen; etc.). 28

30 Zusammenfassung Das Konzept der Kaskadennutzung von Biomasse ist in vielen praktischen Bereichen schon etabliert, als Forschungsfeld und Teil einer Strategieentwicklung ist es aber noch neu. Entsprechend findet politische Förderung derzeit überwiegend über Innovations-, Diffusions- und F&E-Politikinstrumente statt. Es werden starke Anreize zur direkten energetischen Umsetzung gegeben, die einer kaskadischen Nutzung entgegen stehen. Nachhaltige Kaskadennutzung sollte ganzheitlich von Anfang an gedacht und geplant werden und nicht als end of pipe -Lösung nur an bestehende Systeme hintenan geschaltet werden. 29

31 Zum Weiterlesen... Arnold, Karin / Geibler, Justus von / Bienge, Katrin / Stachura, Caroline / Borbonus, Sylvia / Kristof, Kora (2009): Kaskadennutzung von Nachwachsenden Rohstoffen. In: DLG-Verlag (Hg.): Potenziale der Bioenergie. Chancen und Risiken für landwirtschaftliche Unternehmen. Arbeiten der DLG / Band 204. Frankfurt, S

32 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Weitere Informationen: