Nachwachsende Rohstoffe im Spannungsfeld zwischen Klimaschutz, Energiewende und Lebensmittelversorgung. A. Heißenhuber. TU München Weihenstephan

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1 Nachwachsende Rohstoffe im Spannungsfeld zwischen Klimaschutz, Energiewende und Lebensmittelversorgung A. Heißenhuber TU München Weihenstephan Kelheim, 23. September 2011

2 Gliederung Erneuerbare Energie Treibstoff Biogas Klimaschutz Konkurrenz Nahrung und Energie 2

3 Anteil erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch in Deutschland Gesamt: PJ 1) Windenergie: 1,5 % Wasserkraft: 0,8 % Anteile EE ,0 % Biomasse 2) : 7,9 % fossile Energieträger (Steinkohle, Braunkohle, Mineralöl, Erdgas) und Kernenergie 89,0 % restl. EE: 0,9 % 1) Quelle: Energy Environment Forecast Analysis (EEFA) GmbH & Co KG; 2) Feste und flüssige Biomasse, Biogas, Deponie- und Klärgas, biogener Anteil des Abfalls, Biokraftstoffe; Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik ti tik (AGEE-Stat) t) und ZSW, unter Verwendung von Angaben der Arbeitsgemeinschaft i Energiebilanzen e.v. (AGEB); EE: Erneuerbare Energien; 1 PJ = Joule; Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Stand: März 2011; Angaben vorläufig BMU KI III 1 Erneuerbare Energien in Deutschland

4 Struktur der Endenergiebereitstellung aus erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahr 2010 Gesamt: 275,4 TWh biogene Brennstoffe, Wärme: 46,1 % biogene Kraftstoffe: 13,0 % Geothermie: 2,0 % Solarthermie: 1,9 % Photovoltaik: biogene Brennstoffe, 44% 4,4 Strom: 12,1 % Windenergie: 13,3 % Wasserkraft: 7,2 % gesamte Biomasse*, einschl. biogene Kraftstoffe: 71 % * Feste und flüssige Biomasse, Biogas, Deponie- und Klärgas, biogener Anteil des Abfalls; 1 TWh = 1 Mrd. kwh; Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Stand: März 2011; Angaben vorläufig BMU KI III 1 Erneuerbare Energien in Deutschland

5 Beitrag der erneuerbaren Energien zur Stromerzeugung in Deutschland Wasserkraft Biomasse * Windenergie Photovoltaik EEG: Januar EEG: April 2000 EEG: August 2004 ] [GWh Novelle BauGB: November StromEinspG: Januar März * Feste und flüssige Biomasse, Biogas, Deponie- und Klärgas, biogener Anteil des Abfalls; 1 GWh = 1 Mio. kwh; Aufgrund geringer Strommengen ist die Tiefengeothermie i nicht dargestellt; StromEinspG: Stromeinspeisungsgesetz; i t BauGB: Baugesetzbuch; EEG: Erneuerbare-Energien-Gesetz; E Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Bild: BMU / Christoph Edelhoff; Stand: März 2011; Angaben vorläufig BMU KI III 1 Erneuerbare Energien in Deutschland

6 Struktur der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahr 2010 Wasserkraft: 19,4 % Gesamt: 101,7 TWh Windenergie: 35,9 % biogener Anteil des Abfalls: 4,7 % Deponiegas: 0,7 % Photovoltaik: 11,8 % Klärgas: 1,1 % Biogas: 12,6 % biogene flüssige Brennstoffe: 2,0 % biogene Festbrennstoffe: 11,9 % Biomasseanteil* : rd. 33 % * Feste und flüssige Biomasse, Biogas, Deponie- und Klärgas, biogener Anteil des Abfalls; aufgrund geringer Strommengen ist die Tiefengeothermie nicht dargestellt; 1 TWh = 1 Mrd. kwh; Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Stand: März 2011; Angaben vorläufig BMU KI III 1 Erneuerbare Energien in Deutschland

7 Struktur der Stromerzeugung aus Biomasse in Deutschland im Jahr 2010 Gesamt: 33,5 TWh biogene Festbrennstoffe: 36,2 % biogene flüssige Brennstoffe: 6,1 % biogener Anteil des Abfalls: 14,2 % Deponiegas: 2,0 % Klärgas: 3,3 % Biogas: 383% 38,3 Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); 1 TWh = 1 Mrd. kwh; Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Stand: März 2011; Angaben vorläufig BMU KI III 1 Erneuerbare Energien in Deutschland

8 Gliederung Erneuerbare Energie Treibstoff Biogas Klimaschutz Konkurrenz Nahrung und Energie 8

9 Warum Energie aus Biomasse? Niedrige Preise auf den Agrarmärkten (bis 2005) Starke Importabhängigkeit bei Energie Steigende Preise für fossile Energieträger Steigende Umweltbelastungen (Treibhausgase) 9

10 $/Barrel 120 Entwicklung der Rohölpreise, ) Anmerkung: 2011 Preisdurchschnitt 1. Halbjahr Datengrundlage: MWV, )

11 30 25 Erzeugerpreis Entwicklung des Erzeugerpreises für Weizen /dt Erzeugerpreis Anmerkung: Erzeugerpreise inkl. MwSt.; nach der Ernte; 2011/2012 Schätzung / / / / / / / / / / /11 Datengrundlage: eigene Darstellung nach ZMP, AMI, verschiedene Jahrgänge.

12 Primär- und Endenergiegehalt verschiedener Kulturen 300 GJ/ha l BÄ BÄ l BÄ l BÄ l HÄ l HÄ l HÄ l HÄ l HÄ l DÄ l DÄ l DÄ l HÄ l DÄ l HÄ l HÄ 0 Kor rn + Stroh Ethanol + Wärme Rübe Ethanol Ra apskorn + Stroh RME + Wärme Silage Biogas Strom + Wärme Holz Bt tl, Strom, Dampf Hack kschnitzel Wärme Kor rn + Stroh Wärme Weizen Zuckerrübe Raps Mais Pappel Pappel Weizen BÄ: Benzinäquivalent, DÄ: Dieseläquivalent, HÄ: Heizöläquivalent Weizenkorn: 7,7 t/ha, Rapssaat 3,5 t/ha, Mais: 45 t/ha, Zuckerrübe: 60 t/ha, Pappel: 10 t atro /ha 12

13 2,0 Preise von Getreide und Öl nach Energiegehalt ct/mj 1,5 10 1,0 Getreide (Weizen) 0,5 Rohöl 0, Datengrundlage: nach MWV, ZMP, AMI, verschiedene Jahrgänge

14 Weizenpreis, i Rohölpreis Preis von Ethanol aus Weizen (Erdgas, Koppelprodukt DDGS) Weizenpreis /dt Preis DDGS 16,50 /dt (22,00 /dt Sojaschrot) Weizenpreispreis 07 /dt 08 Herstellungskosten Ethanol ct/l bzw. 09 Rohölpreis $/barrel EtOH aus Brasilien cif Hafen EU inkl. Zoll Herstellungskosten EtOH Brasilien Verbraucherpreis Benzin ct/l

15 Flächen für Biotreibstoffe entsprechend der Beimischungsverpflichtung 4,0 Mio. ha 35 3,5 3,0 2,5 Differenz zur Gesamt-Quote mit Dieselersatz Benzin-Quote Diesel-Quote 2,0 1,5 10 1,0 0,5 0, lineare Fortschreibung der Verbräuche von Diesel und Benzin in Deutschland von 1990 bis 2015 Dieselquote: Raps zu RME (1.400 l DÄ/ha); Benzinquote: Weizen zu Ethanol (1.950 l BÄ/ha); Differenz zur Gesamtquote: Raps zu RME (1.400 l DÄ/ha) 15

16 Primärenergiepotenzial der Biomasse von landwirtschaftlichen Nutzflächen in Deutschland Kultur Erntegut Ertrag Primärenergie t/ha GJ/ha Weizen Korn Stroh 5 75 Korn + Stroh 180 Raps Korn 3,5 84 Mais Silage Primärenergiepotenzial des Biomasse-Energie-Mix zu je 1/3 Weizen, Raps und Silomais 1Mi h LF 12% je 1 Mio. ha LF = 1,2 % des gesamten aktuellen 16 Primärenergieverbrauchs von PJ pro Jahr

17 Stromvergütung für erneuerbare Energien Güllebonus Photovoltaik (Photovoltaik Biogas Geothermie Wasserkraft Windenergie Windenergie Dach Ackerfläche) (off shore)

18 Einspeisevergütung für Strom aus Biomasse in ausgewählten EU Ländern 15 ct/kw h Max Min D K D F G R IR L L N L A P E E W L T S L O C Z H C Y Quelle: nach Inst. f. Energetik u. Umwelt, Stand

19 Biogasanlagen und Silomaisanbau in Deutschland Source: (Fachverband Biogas 2011), (DMK 2011)

20 20

21 Gliederung Erneuerbare Energie Treibstoff Biogas Klimaschutz Konkurrenz Nahrung und Energie 21

22 35 Mrd. t Entwicklung der CO 2 - Emissionen i Anstieg der globalen THG- Emissionen seit 2000: ca. ¾ Mrd. t CO 2äq pro Jahr Rest der Welt - Großbritannien - Deutschland AFRIKA SÜDAMERIKA - Japan MITTLERER OSTEN - Frühere SU - China -USA Datengrundlage: BMWi; BP

23 Landnutzungsänderung: g Ausdehnung der Palmölplantagen Anbauflä che Palmö öl in 1000 Hektar Malaysia Indonesien Quellen: FAOSTAT Agriculture 23

24 Zukünftige Mindestanforderungen und Standardeinsparung bei Treibhausgasemissionen 100% bei Treibha ausgasem issionen Standardei insparung 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Mindestforderungen 2018 für Neuanlangen: 60% 52 Ethanol aus Zuckerrüben Ethanol aus Ethanol aus Ethanol aus Ethanol aus Zuckerrüben Weizen Weizen Weizen mit m.gutschrift (Braunkohle) (Erdgas) Gutschrift 71 Ethanol aus Zuckerrohr 38 Biodiesel aus Raps Verarbeitung mit Methanbindung an der Ölmühle Biodiesel aus Palmöl Mindestanforderung d 2010: 35% 57 Rapsöl Ethanol aus Weizenstroh BTL aus Kulturholz Als Gutschriften wurden verwendet: Ersatz des Futtermittels Sojaschrot durch Vinasse bei Zuckerrüben und DDGS bei Weizen Quelle: eigene Darstellung nach Europäische Kommission

25 Schematische Darstellung einer indirekten Landnutzungsänderung Ausweitung der eigenen Produktion an Eiweißfutter mittel bzw. Biokraftstoffen 1) Zertifizierte Produktion v v 2) Vorhergehende Produktion z.b. Futtermittel, Nahrungsmittel v v Inland v v Ausland 4) Die andere Fläche kann Urwald sein 3) Vorhergehende Produktion findet auf einer anderen Fläche statt, z.b. im Ausland Quelle: Fehrenbach (2008)

26 CO 2-eq. -Vermeidungskosten von Bioenergielinien O 2-eq. Ve ermeidun ngskoste en /t C Wind 40 /t CO 2-eq. Hack- schnitzel- Heizung Max aus anderen Studien Min aus anderen Studien Eigene Berechnungen. Getreide- Heizung Biogas/ Gülle (Strom & Wärme) Biogas (Strom) Biogas (Strom & Wärme) Aktuelle Börsennotierung: 16 /t CO 2-eq.! Biogas (Einspeisung) Hack- schnitzel- HKW Stroh Co-Verbrennung Hackschnitzel Co-Verbrennung Biodiesel Ethanol (Weizen) Wärme Strom & KWK Kraftstoffe Biogas (Kraftstoff) Quelle: Wissenschaftlicher Beirat für Agrarpolitik

27 CO 2 -Minderungskosten ausgewählter Verfahren (Zusammenfassung ng von Literaturangaben) rangaben) /t CO 2 eq Haushalt Energie Verkehr Fahrzeugflo otte 4,5 l/100 0 km idantrieb Ethano ol aus Getreid de, Zuckerrü üben Wärmedämmung Wärme aus Biomasse Solaranlage l Photovoltaik Wasserkraft 1400 Wärme aus Biomasse Windkraft 1200 Strom aus Biomasse 1000 Biogas mit KWK Wä ärmedämmun ng Biomasse Wärme aus Solaranla age hotovoltaik P Wasserk kraft omasse Wärme aus Bi Windkraft Strom aus Bio omasse Biogas mit KWK Geo othermie Bt tl diesel Bio Ethanol aus Cellulose nzenöl Pfla Biogas als Kraftsto off Hybr Geothermie BtL Biodiesel Ethanol aus Cellulose Pflanzenöl Biogas als Kraftstoff Fahrzeugflotte mit 4,5 l/100 km Hybridantrieb Ethanol -200 Quellen: eigene Darstellung nach BEE 2006, EUCAR 2006, Grube aus FVS 2006, Lettner aus OTTI 2006, Picard aus TAB 2006, Schmitz 2006, Steiger 2006, Hartmann 2005, BMU 2004, FVV 2004, ITAS 2003, Specht aus FVS 2003, Scharmer

28 Gliederung Erneuerbare Energie Treibstoff Biogas Klimaschutz Konkurrenz Nahrung und Energie 28

29 Flächenbedarf zur Nahrungsmittel- und Kraftstoffproduktion 60 Mio. ha 50 15,2 Mio. ha 22,5 Mio. t Benzinproduktion aus NR Dieselproduktion aus NR 24,8 Mio. ha 29,1 Mio. t 20 (ohne Heizöl 26,5 Mio. t) 10 Nahrungsmittelproduktion aktuell: 15,3 Mio. ha Fleischverzehr in kg/kopf und Jahr Anmerkungen: Dieselproduktion: 24,8 Mio. ha Raps zu RME (1.400 l DÄ/ha) oder 14,9 Mio. ha KuP zu BtL (2.330 l DÄ/ha); Benzin Produktion: 7,3 Mio. ha Zuckerrüben zu Ethanol (4.030 l BÄ/ha) oder 15,2 Mio. ha Getreide zu Ethanol (1.950 l BÄ/ha); Wärmeproduktion: 6,0 Mio. ha Kup zu Brennstoff (5.220 l HÄ/ha) Quelle: Eigene 29 Berechnungen nach Berenz, 2006; BMELV, 2006; Seemüller, 1999; MWV, 2007

30 Nettoflächenimport der EU ausgewählte Szenarien (Mio. ha) Ausgangssituation Ertragssteigerung Ausweitunng Ökolandbau Ausweitung Bioenergie Quelle: von Witzke, 2010

31 FAO Food Price Index Preisin ndex (B Basis ) Fleisch Milchprodukte Getreide Öle und Fette Zucker Gründe: Bioenergie neue Ernährungsgewohnheiten schlechte Ernten Spekulationen Quelle: eigene Darstellung nach FAOSTAT 31

32 Verbraucherausgaben für Nahrungsmittel und Preisanteil des Rohstoffs Nahrung gsmittel ohstoffs Ve erbrauch herausga aben für und Pr reisantei il des Ro 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Deutschland Mexiko 72% 40% 14% 5% 4% 10% Ausgaben für Lebensmittel Anteil Gersten- am Bierpreis Anteil Getreide- am Brotpreis Ausgaben für Lebensmittel Anteil Mais- am Tortillaprpreis Quelle: Hübner (2009) nach SISTEMA NACIONAL DE INFORMACIÓN E INTEGRACIÓN DE MERCADOS,

33 Was können wir auf 100 m 2 erzeugen? Brot Kraftstoff Fleisch Blumenwiese

34 Brot 65 kg Getreide auf 100 m² 65 kg Brot 178 g Brot je Tag 238 g Brot je Tag (aktueller Verbrauch (aktueller Verbrauch in Deutschland)

35 Fleisch 65 kg Getreide auf 100 m² 21 kg Fleisch Futter Schweinemast 56 g Fleisch je Tag 233 g Fleisch je Tag (aktueller Verbrauch in Deutschland)

36 Kraftstoff *) *) um das Koppelprodukt bereinigte Daten 65 kg Getreide auf 100 m² 279 km Fahrleistung Rohstoff Ethanolanlage 21 l Kraftstoff 800 m je Tag 18 km je Tag (aktueller Verbrauch in Deutschland)

37 Was erhalte ich pro Tag? *) *) um das Koppelprodukt bereinigte Daten 178 g Brot Kraftstoff 100 m² für 800 m 10x10 m 56 g Fleisch 100 m 2 Blumenwiese

38 Was erhalte ich pro Tag? *) *) um das Koppelprodukt bereinigte Daten 75 % Brot 4 % Kraftstoff 100 m² 10x10 m 24 % Fleisch Blumenwiese

39 Stellenwert der erneuerbaren Energien in einer nachhaltigen Energieversorgung Anteil EE aus Biomasse Anteil Erneuerbare Energien Primärenergieverbrauch Anteil EE aus Biomasse Effizienz - Steigerung Einsatz neuer Technologien zur Erhöhung der Wirkungsgrade und Verminderung der Verluste Anteil Erneuerbare Energien Primärenergieverbrauch Anteil EE aus Biomasse Einsparung Wärmedämmung, Kraft-Wärme-Kopplung, etc. Anteil Erneuerbare Energien Primärenergieverbrauch heute

40 Fazit Steigende Energiepreise begünstigen erneuerbare Energien Erneuerbare Energien erfordern noch staatlichen Eingriff Niedrige Rohstoffpreise begünstigen den Bioenergieproduzenten Hohe Rohstoffpreise begünstigen den Agrarproduzenten Nutzung biogener Reststoffe forcieren Biogas nur mit Wärmekonzept oder Gaseinspeisung Klimaschutz nur mit niedrigen CO 2 -Minderungskosten möglich Konkurrenz Nahrung und Bioenergie i nicht vermeidbar In Deutschland Konkurrenz um die Fläche (Pachtpreis) In Entwicklungsländern Problem des Nahrungsmittelpreises An Energieeinsparung und erneuerbarer Energie geht kein Weg vorbei