Chancen und Grenzen der energetischen Biomassenutzung

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Friederike Salzmann
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1 Anklam Bioethanol GmbH Chancen und Grenzen der energetischen Biomassenutzung Martin Dotzauer 26. FfE-Fachtagung München

2 Agenda Struktur der energetischen Biomassenutzung Status der energetischen Biomassenutzung SWOT-Analyse: Bioenergie in der Zukunft Stärken Schwächen Chancen Risiken Ergänzungen Metastudie AEE Ausblick 2

3 Struktur von Biomassekonversionsketten Hilfsenergie Rohstoff(e) Konversion Endenergie(n) Nebenprodukte & Reststoffe 3

4 Struktur - Konversionstechnologien Biochemische Konversion Alkoholische Gärung (Bioethanol) Anaerobe Fermentation (Biogas) Thermochemische Konversion Verbrennung (Wärme- und Dampferzeugung) Biomassevergasung (Synthese- oder Brenngas) Physikochemische Konversion Umesterung / Hydrierung (Biokraftstoffe) Fischer-Tropsch-Synthese (biobasierte synthetische Kraftstoffe) 4

5 Struktur - Rohstoffbasis Abfall- und Reststoffe Landwirtschaft: Gülle, Mist, Stroh Kommunal: Braune Tonne, Garten- und Parkabfälle, Altholz Industrie: Trester, Sägespäne, Schalen Anbaubiomasse Silagen (Mais, Gras, Getreide) für Biogas Getreide (Roggen, Weizen) für Bioethanol Ölsaaten (Raps) für Biodiesel 5

6 Status - Energiebereitstellung und Potentiale Quelle: Primärenergieverbrauch - nach AGEE-Stat 2015, Potentiale BMVBS 2010 (Energiepflanzen, Exkremente), Zeller et al (Stroh), Destatis (Außenhandel), DBFZ 2013 (Bioabfall und Grünabfälle) 6

7 Bruttostromerzeugung / Endenergieverbrauch [TWh] Status - Energiebereitstellung Anteile der Bioenergie in den Sektoren (2015) Bruttostromerzeugung Endenergie Wärme & Kälte Endenergie Verkehr Bioenergie andere EE fossile Energie Quelle: DBFZ 2017, nach Zahlen des BMWi (Erneuerbare Energien in Zahlen, 2016) 7

8 Status - Wirtschaftliche Impulse Quelle: BMWi, 2016: 8

9 Status und Perspektive - Smarte Bioenergie Quelle: angepasst nach Smart Bioenergy Concept DBFZ / UFZ / Springer Verlag,

10 SWOT-Analyse: Bioenergie in der Zukunft Leitfrage: (Bio-) Brennstoffe nur noch als Lückenfüller? Übersetzung: Sollte Bioenergie zukünftig nur noch bedarfsgerecht eingesetzt werden? Allgemeine Annahmen zur zukünftigen Entwicklung des Energiesystems: Weitgehende Dekarbonisierung aller Sektoren bis 2050 Erhöhung der Energieeffizienz Zunehmende Sektorkopplung (Strom für Wärme und Mobilität) Daraus folgt zunehmende Dominanz strombasierter Anwendungen Der Anteil der volatilen Stromerzeugung (Wind, PV) nimmt zu Welchen Chancen und Grenzen hat Bioenergie in zukünftigen Systemen? 10

SWOT-Analyse: energetische Biomassenutzung in der

entlang der Konversionspfade Preise Verfügbarkeiten

Wirkungsgrade Regelbarkeit Bereitsstellungskosten

11 SWOT-Analyse: energetische Biomassenutzung in der Zukunft Beispiele für Ansatzpunkte für Einflüsse entlang der Konversionspfade Preise Verfügbarkeiten Nachhaltigkeitsanforderungen Investkosten Auflagen Wirkungsgrade Regelbarkeit Bereitsstellungskosten Substituierbarkeit Qualitäten Rohstoff Konversionstechnologie Endenergie 11

12 SWOT: Stärken & Schwächen - Rohstoffe Stärken: technisch nutzbares Abfallspektrum sehr groß Anbaubiomasse liefert hochkalorische Energieträger Nutzung von Extensivkulturen (ökol. Vorrangflächen, KUP) Nutzungsoption für minderwertige Holzsortimente und Sägeneben-produkte Schwächen: Steigende Nachhaltigkeitsanforderungen Quantitativ begrenzte Potentiale Logistische Begrenzung für die Erschließbarkeit von Reststoffen Konkurrenz zu anderen Nutzungsoptionen: Lebens- Futtermittel & Bio-Rohstoffe 12

13 SWOT: Stärken & Schwächen Konversion Stärken: Sehr flexible Bereitstellung von Strom, Wärme und Mobilität Sehr gut in Kaskadennutzungssystem integrierbar (stofflicheund energetische Nutzung) Sehr hohes Niveau der Technologieentwicklung im internationalen Vergleich Schwächen: Kostensenkungspotential relativ gering ggü. Wind, PV, Speichern Limitierte Rohstoffpotentiale begrenzen die Technologien Endenergie wird oft über eine Verbrennung bereit gestellt Emissionproblematiken 13

14 SWOT: Stärken & Schwächen Endenergie Stärken: Strom: Flexibler Ausgleich von Residuallastschwankungen oder Bereitstellung von Regelenergie THG-arme Bereitstellung von thermischer Spitzenlast Komfortwärme (Kamin) Kraftstoffe für schlecht elektrifizierbare Anwendungen (z.b. Flug-, Scherlastverkehr) Schwächen: Vergleichsweise hohe Stromgestehungskosten Überangebot an Flexibilitätsoptionen im Stromsektor (noch) Ohne Einpreisung externer Kosten nur in einigen Anwendungen konkurrenzfähig 14

15 SWOT: Stärken & Schwächen - Substrate Quelle: eigene Abbildung, 2016 DBFZ 15

16 SWOT: Stärken & Schwächen - Potentiale Reststoffpotentiale aus der DBZF - Studie BIOPOT Über 90 Einzelbiomassen ~ 67 Mio. t TS in Nutzung ~30 Mio. t TS ungenutztes Potential Quelle: Brosowski et.al., 2015 Biomassepotentiale von Rest- und Abfallstoffen 16

17 SWOT: Chancen & Risiken - Rohstoffe Chancen: Digitalisierung ermöglicht effiziente Erschließung von Restund Abfallstoffen Stärkere Erschließung landwirtschaftliche Reststoffe (Stroh) Kaskadennutzung, stoffliche und energetische Nutzung Risiken: Politische Ziele zur Abfallreduktion (Nahrungsmittel) Extensivierung der Landwirtschaft vermindert Flächenertrag und erhöht Konkurrenz Klimabedingte Ertragsrisiken vermindern das langfristig verfügbare Biomassepotential 17

18 SWOT: Chancen & Risiken - Konversion Chancen: Flexibilisierung Schlüssel zur Systemintegration im Stromsektor Hocheffiziente Anlagen können gezielt Lastspitzen bereitstellen (Strom und Wärme) Sektorkopplung: erneuerbares H 2 in Biokonversionsketten (biogene Kohlenstoffquellen) Risiken: Konkurrenz im Stromsystem gegenüber anderen Flexibilitätsoptionen Konkurrenz im Wärmesektor gegenüber Wärmepumpen & Solarthermie 18

19 SWOT: Chancen & Risiken - Endenergie Chancen: Biogener Strom: Doppelnutzen von (erneuerbarer) Arbeit und (flexibler) Leistung Thermische Spitzenlastkessel generieren keinen zusätzlichen Strombedarf in Hochlastphasen THG-arme Kraftstoffe für Nischenanwendungen Risiken: Steigende Effizienz- und Dämmmaßnahmen verändern die Wärmelastprofile sinkende Auslastung Biokraftstoffe nicht konkurrenzfähig ggü. fossilen Kraftstoffen Mengengerüst vor allem vom Quotensystem abhängig 19

20 SWOT: Chancen & Risiken - Flexibilisierung see ~ 20GW fee ~ 89GW Quelle: DBFZ 2016, Auf Basis der BNetzA-Kraftwerksliste

21 Leistung [MW] SWOT: Chancen & Risiken - Flexibilisierung Lastkurven Deutschland vom bis Residuallast 2 PV Wind Bio Grundlast Last Stunden einer Woche (Mo 00:01 bis So 00:00) Quelle: DBFZ 2017, Auf Basis Daten der ENTSOE Annahme alle Anlagen speisen unflexibel ein: Delta der Extremwerte der Residuallast: 48,3 GW Varianz im betrachteten 7-Tageszeitraum: 162*

22 Leistung [MW] SWOT: Chancen & Risiken - Flexibilisierung Lastkurven Deutschland vom bis Residuallast 2' PV Wind BioFlex Last Stunden einer Woche (Mo 00:01 bis So 00:00) Quelle: DBFZ 2017, Auf Basis Daten der ENTSOE Annahme 56% unflexible Arbeit, 44% flexible Arbeit aus Anlagen mit PQ=3,6: Delta der Extremwerte der Residuallast: 41,0 GW (-18%) Varianz im betrachteten 7-Tageszeitraum: 140*10 6 (-16%) 22

23 SWOT-Analyse: Ergänzungen Die systemischen Aspekte der Bioenergie lassen sich sowohl sektoral als auch technologiespezifisch nur ungenau abbilden Übergeordnete systemische / volkswirtschaftliche Aspekte: Treibhausgasminderung nicht ausschließlich durch direkte Substitution fossiler Energien (z.b. Methanemission aus Güllelagerung) Neben der Konkurrenz zu anderen Flexibilitätsoptionen bestehen auch Synergieeffekte, z.b. Bioenergieanalgen als Langfristspeicher Bioenergieanalgen generieren durch die Einbettung in lange Wertschöpfungsketten Wertschöpfung vor allem im ländlichen Raum Zur Umsetzung nationaler Klimaschutzpläne i.s.v. Paris kann Bioenergie bestimmte Schlüsselfunktionen erfüllen 23

24 Metastudie AEE - Strom Quelle: AEE, 2016, Metaanalyse über Perspektiven fester, flüssiger und gasförmiger Bioenergieträger 24

25 Metastudie AEE - Wärme Quelle: AEE, 2016, Metaanalyse über Perspektiven fester, flüssiger und gasförmiger Bioenergieträger 25

26 Metastudie AEE - Kraftstoffe Quelle: AEE, 2016, Metaanalyse über Perspektiven fester, flüssiger und gasförmiger Bioenergieträger 26

27 Zusammenfassung Biogene Energieträger ähneln fossilen Pendants und können daher relativ leicht in bestehende Anwendungen integriert werden Bioenergie bietet ein großes Potential für die Energiewende ohne deren Beitrag eine Deckungslücke entsteht Das Bioenergiepotential ist durch die Rohstoffpotentiale begrenzt Ausschöpfung der Potentiale ist neben ökonomischen Stimuli vor allem durch politischer Rahmenbedingungen bedingt Allokation biogener Energieressourcen zwischen den Sektoren Strom, Wärme und Mobilität ist ebenfalls abhängig von Ökonomie und Politik Forschungsfokus: effiziente und smarte Lösungen im Gesamtsystem 27

28 Smart Bioenergy Innovationen für eine nachhaltige Zukunft Ansprechpartner M.Sc. Martin, Dotzauer Tel. +49 (0) DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Straße 116 D Leipzig Tel.: +49 (0)

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