Wer wir sind Was wir machen

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1 ifeu Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg Ökologische Gesamteinschätzung von BtL-Kraftstoffen Dr. Guido Reinhardt 2. Internationaler BtL-Kongress Berlin, Oktober 26 Wer wir sind Was wir machen IFEU - Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg, seit 1978 Unabhängiges ökologisches Forschungsinstitut Gemeinnützige GmbH mit gegenwärtig ca. 4 Mitarbeitern Forschung / Beratung zu Umweltaspekten von - Energie (incl. Erneuerbare Energien) - Verkehr - Abfallwirtschaft - Ökobilanzen - Umweltverträglichkeitsprüfung - Nachwachsende Rohstoffe - Umweltbildung 1

2 Wer wir sind Was wir machen TREMOD: Transport Emission Model Modellierung der Emissionen von Fahrzeugen, Zügen, Schiffen und Flugzeugen Offizielle Datenbank der deutschen Ministerien für Emissionsberichte Ökobilanzen und Technikfolgenabschätzung seit 199: Biokraftstoffe (alle Biokraftstoffe, alle Anwendungen) Alternative Antriebskonzepte (Brennstoffzelle, FFV etc.) Erneuerbare Energien Wer wir sind Was wir machen IFEU - Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg, seit 1978 Unsere Fördermittel- und Auftraggeber (nur Biokraftstoffstudien) - Weltbank - UNEP, GTZ etc. - Europäische Kommission - Bundes- und Landesministerien und zugehörige Dienstbehörden (FNR, UBA etc.) - Verbände - Gemeinden - WWF, Greenpeace etc. - Unternehmen (Deutsche Telekom, Volkswagen, Shell etc.) - Stiftungen (Deutsche Bundesstiftung Umwelt, British Foundation on Transport etc.) 2

3 BtL-relevante Fragestellungen Wie ökologisch sind BTL im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen? Wie ökologisch sind BTL im Vergleich zu anderen Biokraftstoffen? Welche BTL-Rohstoffe sind aus Umweltsicht die besten? Welche BTL-Verfahren sind aus Umweltsicht die besten? Soll aus Umweltsicht zur Produktion von BTL oder zur Produktion von anderen Biokraftstoffen oder von grünem bzw. grüner Wärme genutzt werden bzw. welche soll auf einer Fläche hierfür überhaupt produziert werden? Welche Abschnitte bzw. Prozesse der BTL-Linien sind besonders ergebnisrelevant und wo lassen sich ökologische Optimierungen besonders effizient durchführen? Hintergrund Gefördert durch: Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) Projektträgerschaft durch: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. (FNR) Laufzeit: Autoren: Dr. Guido Reinhardt Sven Gärtner Dr. Andreas Patyk Nils Rettenmaier 3

4 Vorgehensweise Struktur der Ökobilanz nach ISO Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens Sachbilanz Auswertung Wirkungsabschätzung Vorgehensweise: Lebenswegvergleich Fossiler Kraftstoff BTL-Kraftstoff Dünger Gutschriften Diesel Pestizide Rohstoff- Förderung Produktion Rohmaterial Anbau Brache Transport Aufbereitung Nebenprodukte Äquivalenzprodukte Nutzung 4

5 Betrachtete BTL-Verfahren Choren FZK Katalysator Niedertemp.- Vergasung Syngas-Erzeug. Schlacke Sand Katalysator Pyrolyse Schlacke NaOH Schwefel NaOH T Schwefel Amine Methanol Gaskondition. FT-Synthese SO 2 NMHC Amine Methanol Syngas-Erzeug. Gaskondition. FT-Synthese SO 2 NMHC BTL- Diesel BTL- Diesel TU Freiberg TU Wien Olivin Kalkstein Pelletierung** Syngas-Erzeug. Gaskondition. Methanol-Synth. Schlacke Schwefel Katalysator Olivin Kalkstein NaOH Syngas-Erzeug. Gaskondition. FT-Synthese Wärme* Schlacke Katalysator T* SO 2 Amine T Schwefel NaOH NMHC Methanol SO 2 Amine MTS-Synthese Aufbereitung CO 2 RME N 2 Aufbereitung NMHC CO 2 BTL- Kraftstoff BTL- Kraftstoff In- und Outputs Beispiel: TU Freiberg-Verfahren Pelletierung** Olivin Kalkstein Syngas-Erzeug. Gaskondition. Methanol-Synth. Schlacke Schwefel * nur dezentrale Produktion Katalysator T* SO 2 ** zur Pelletierung siehe Text NaOH NMHC T Transport Amine MTS-Synthese Aufbereitung CO 2 Produkt BTL- Kraftstoff Prozess 5

6 Betrachtete BTL-Lebenswegvergleiche Choren FZK Erdölgewinnung und -aufbereitung Erdölgewinnungund -aufbereitung Hilfsstoffe Hilfsstoffe Transport Transport Pyrolyse Verarbeitung BTL-Produktion Öff. Netz Verarbeitung T Öff. Netz BTL-Produktion Foss. Diesel BTL-Diesel Fossiler Diesel BTL-Diesel TU Freiberg TU Wien Erdölgewinnung und -aufbereitung Hilfsstoffe Erdölgewin - nung und -aufbereitung Hilfsstoffe Zentrale Produktion: Transport Pelletierung Transport BTL-Produktion Öff. Netz Verarbeitung Methanol -Synth. T* Verarbeitung T Dezentrale Produktion: HKW BTL-Produktion Aufbereitung Wärme Wärme Heizwerk Erdgas Foss. Kraftstoff BTL- Kraftstoff Fossiler Kraftstoff BTL- Kraftstoff Beispielergebnisse: Lebenswegvergleich Gutschriften Vorteile für BTL Aufwendungen FZK-BTL foss. Kraftstoff Saldo Gutschriften Vorteile für BTL Aufwendungen BTL TU Wien dez. foss. Kraftstoff Saldo GJ/ha -Produktion Betriebsstoffe, Katalys. Emissionen Transport Gutschriften Nutzung BTL-Diesel Nutzung BTL-Benzin Bereitstellung Diesel Nutzung Diesel Bereitstellung Benzin Nutzung Benzin Quelle: IFEU 26 6

7 Beispielergebnisse: Lebenswegvergleich Nährstoffeintrag FZK-BTL foss. Kraftstoff Saldo Gutschr. Aufwendungen Nachteile für BTL BTL TU Wien dez. foss. Kraftstoff Saldo Gutschr. Aufwendungen Nachteile für BTL kg PO4-Äq./ha -Produktion Betriebsstoffe, Katalys. Emissionen Transport Gutschriften Nutzung BTL-Diesel Nutzung BTL-Benzin Bereitstellung Diesel Nutzung Diesel Bereitstellung Benzin Nutzung Benzin Quelle: IFEU 26 Beispiel-Sensitivitätsanalysen Infrastruktur T Betriebs- u. Hilfsstoffe H 2 Niedertemp.- Vergasung Syngas-Erzeug. Gaskondition. FT-Synthese / MTS-Synthese Öff. Netz Schlacke Wärme Öff. Netz Fossiler Diesel BTL- Diesel Produkt T Transport Emissionen Emissionen Prozess Vergleichssystem 7

8 Betrachtete rohstoffe Anbaubiomasse Reststoffe Triticale Stroh Pappel Waldrestholz Ergebnisse 8

9 Ergebnisse für die Fragestellungen Wie ökologisch sind BTL im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen? 2. Wie ökologisch sind BTL im Vergleich zu anderen Biokraftstoffen? 3. Welche BTL-Rohstoffe sind aus Umweltsicht die besten? 4. Welche BTL-Verfahren sind aus Umweltsicht die besten? 5. Soll aus Umweltsicht zur Produktion von BTL oder zur Produktion von anderen Biokraftstoffen oder von grünem bzw. grüner Wärme genutzt werden bzw. welche soll auf einer Fläche hierfür überhaupt produziert werden? 6. Welche Abschnitte bzw. Prozesse der BTL-Linien sind besonders ergebnisrelevant und wo lassen sich ökologische Optimierungen besonders effizient durchführen? 1. Ergebnisse: BTL fossile Kraftstoffe Vorteile für BTL Nachteile für BTL Versauerung Ziel Nährstoffeintrag Minimum Verfahren Choren FZK Fotosmog TU Freiberg zentr. TU Freiberg dez. Ozonabbau TU Wien zentral TU Wien dezentral Humantoxizität Einwohnerwerte pro 1 ha Quelle: IFEU 26 9

10 Ergebnisse: BTL fossile Kraftstoffe 1. Vorteile für BTL Nachteile für BTL Eindeutige Vorteile bei der Einsparung von Energie- und Treibhausgasen Tendenziell Nachteile bei den anderen Umweltkategorien (Versauerung, Nährstoffeintrag, Ozonabbau) Versauerung Nährstoffeintrag Ziel Minimum Verfahren Choren Fotosmog FZK TU Freiberg zentr. Ozonabbau TU Freiberg dez. TU Wien zentral TU Wien dezentral Humantoxizität Einwohnerwerte pro 1 ha IFEU 26 Rein wissenschaftlich keine abschließende Aussage möglich, durchaus aber auf der Basis eines subjektiven Wertesystems: Wird z. B. der und dem die höchste ökologische Priorität eingeräumt, schneiden alle BTLPfade besser ab als die fossilen Alternativen. Ergebnisse für die Fragestellungen Wie ökologisch sind BTL im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen? 2. Wie ökologisch sind BTL im Vergleich zu anderen Biokraftstoffen? 3. Welche BTL-Rohstoffe sind aus Umweltsicht die besten? 4. Welche BTL-Verfahren sind aus Umweltsicht die besten? 5. Soll aus Umweltsicht zur Produktion von BTL oder zur Produktion von anderen Biokraftstoffen oder von grünem bzw. grüner Wärme genutzt werden bzw. welche soll auf einer Fläche hierfür überhaupt produziert werden? 6. Welche Abschnitte bzw. Prozesse der BTL-Linien sind besonders ergebnisrelevant und wo lassen sich ökologische Optimierungen besonders effizient durchführen? 1

11 2. Ergebnisse: BTL andere Biokraftstoffe Biokraftstoffe 1. Generation CO2-Bilanzen von Biokraftstoffen Vorteile für Biokraftstoff Nachteile Zielkonflikt: Tropenwald Nur begrenzte technische Potenziale Biokraftstoffe 2. Generation Biodiesel Ölpalme (Naturwald) Biodiesel Ölpalme (Plantagen) Biodiesel Sonnenblumen Biodiesel Raps Biodiesel Canola Biodiesel Kokosnüsse Biodiesel Sojabohnen Pflanzenöl Sonnenblume Pflanzenöl Raps EtOH Zuckerrohr EtOH Zuckerrüben EtOH Weizen EtOH Mais EtOH Kartoffeln ETBE Zuckerrüben ETBE Weizen ETBE Kartoffeln BTL Pappel BTL Triticale Quelle: IFEU 26 t eingesparte Treibhausgase (als CO2-Äquiv.) pro Hektar und Jahr 2. Ergebnisse: BTL andere Biokraftstoffe Energie- und CO2-Bilanzen von Biokraftstoffen GJ eingesparte PE / (ha a) -25 Biokraftstoffe 1. Generation Vorteile für Biokraftstoff 5 1 Nachteile Primärenergie Biodiesel Ölpalme (Naturwald) Biodiesel Ölpalme (Plantagen) Biodiesel Sonnenblumen Biodiesel Raps Biodiesel Canola Biodiesel Kokosnüsse Biodiesel Sojabohnen Plant oil Sonnenblume Plant oil Raps EtOH Zuckerrohr EtOH Zuckerrübe EtOH Weizen EtOH Mais EtOH Kartoffel ETBE Zuckerrübe ETBE Weizen ETBE Kartoffel BTL Pappel Biokraftstoffe 2. Generation BTL Triticale t eingesparte CO2-Äquiv. / (ha a) 5 1 Quelle: IFEU 26 11

12 2. Ergebnisse: BTL andere Biokraftstoffe Energie- und CO2-Bilanzen von Biokraftstoffen GJ eingesparte PE / (ha a) Vorteile für Biokraftstoff 5 Es gibt eine Reihe an Biokraftstoffen, Biodiesel Ölpalme (Naturwald) denen BTL ökolobiodiesel Ölpalme (Plantagen) gisch überlegen ist. Biodiesel Sonnenblumen Es existieren aber Biodiesel Raps auch Pfade, die Biodiesel Canola Biodiesel Kokosnüsse günstigere Werte Biodiesel Sojabohnen als BTL aufweisen. 1 Nachteile Plant oil Sonnenblume Plant oil Raps EtOH Zuckerrohr EtOH Zuckerrübe EtOH Weizen EtOH Mais EtOH Kartoffel ETBE Zuckerrübe ETBE Weizen ETBE Kartoffel Primärenergie Die BTL zeigen in verschiedenen Umweltwirkungen besonders große ökologische Potenziale, wenn sie aus Kurzumtriebsholz (und nicht aus Getreide) produziert werden. BTL Pappel BTL Triticale Quelle: IFEU 26 t eingesparte CO2-Äquiv. / (ha a) BTL Biokraftstoffe: Reststoffe 2. Vorteile für Biokraftstoff BTL Reststoffe EtOH Molasse EtOH Lignocellulose ETBE Lignocellulose Biodiesel Tierfett Biodiesel recyceltes Pflanzenöl Biodiesel Altspeisefett und -öl MTBE Lignocellulose DME Lignocellulose Biogas Reststoffe GH2 Vergärung Reststoffe ,5-1 -7,5-5 -2,5 Einwohnerwerte pro 1 GJ Kraftstoffinhalt Quelle: IFEU 26 Aus ökologischer Sicht sind BTL anderen Biokraftstoffen aus Reststoffen weder über- noch unterlegen 12

13 Ergebnisse für die Fragestellungen Wie ökologisch sind BTL im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen? 2. Wie ökologisch sind BTL im Vergleich zu anderen Biokraftstoffen? 3. Welche BTL-Rohstoffe sind aus Umweltsicht die besten? 4. Welche BTL-Verfahren sind aus Umweltsicht die besten? 5. Soll aus Umweltsicht zur Produktion von BTL oder zur Produktion von anderen Biokraftstoffen oder von grünem bzw. grüner Wärme genutzt werden bzw. welche soll auf einer Fläche hierfür überhaupt produziert werden? 6. Welche Abschnitte bzw. Prozesse der BTL-Linien sind besonders ergebnisrelevant und wo lassen sich ökologische Optimierungen besonders effizient durchführen? 3. Ergebnisse: Welche BTL-Rohstoffe? Vorteile für BTL Nachteile f. BTL Vorteile für BTL Nachteile Versauerung Nährstoffeintrag Kurzumtriebsholz Triticale Fotosmog Waldrestholz Reststroh 17 Ozonabbau 93 Je nach Fragestellung: unterschiedlicher Bezug! Humantoxizität Einwohnerwerte pro 1 t (FM) Einwohnerwerte pro 1 t BTL 2 Quelle: IFEU 26 13

14 3. Ergebnisse: Welche BTL-Rohstoffe? Vorteile für BTL Nachteile f. BTL Vorteile für BTL Nachteile Versauerung Nährstoffeintrag Kurzumtriebsholz Triticale Fotosmog Waldrestholz Reststroh 17 Ozonabbau 93 Humantoxizität Einwohnerwerte pro 1 t (FM) Einwohnerwerte pro 1 t BTL 2 Quelle: IFEU 26 Anbaubiomasse: Die BTL zeigen besonders große ökologische Potenziale, wenn sie aus Kurzumtriebsholz produziert werden. Reststoffe: keine signifikanten Unterschiede Ergebnisse für die Fragestellungen Wie ökologisch sind BTL im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen? 2. Wie ökologisch sind BTL im Vergleich zu anderen Biokraftstoffen? 3. Welche BTL-Rohstoffe sind aus Umweltsicht die besten? 4. Welche BTL-Verfahren sind aus Umweltsicht die besten? 5. Soll aus Umweltsicht zur Produktion von BTL oder zur Produktion von anderen Biokraftstoffen oder von grünem bzw. grüner Wärme genutzt werden bzw. welche soll auf einer Fläche hierfür überhaupt produziert werden? 6. Welche Abschnitte bzw. Prozesse der BTL-Linien sind besonders ergebnisrelevant und wo lassen sich ökologische Optimierungen besonders effizient durchführen? 14

15 4. Ergebnisse: BTL-Konzepte im Vergleich Vorteile für BTL Nachteile für BTL Versauerung Ziel Minimum Nährstoffeintrag Verfahren Fotosmog FZK Choren TU Freiberg zentr. TU Freiberg dez. Ozonabbau TU Wien zentral TU Wien dezentral Humantoxizität Einwohnerwerte pro 1 ha Quelle: IFEU 26 Aus ökologischer Sicht ist kein Verfahren einem anderen über- oder unterlegen. Ergebnisse für die Fragestellungen Wie ökologisch sind BTL im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen? 2. Wie ökologisch sind BTL im Vergleich zu anderen Biokraftstoffen? 3. Welche BTL-Rohstoffe sind aus Umweltsicht die besten? 4. Welche BTL-Verfahren sind aus Umweltsicht die besten? 5. Soll aus Umweltsicht zur Produktion von BTL oder zur Produktion von anderen Biokraftstoffen oder von grünem bzw. grüner Wärme genutzt werden bzw. welche soll auf einer Fläche hierfür überhaupt produziert werden? 6. Welche Abschnitte bzw. Prozesse der BTL-Linien sind besonders ergebnisrelevant und wo lassen sich ökologische Optimierungen besonders effizient durchführen? 15

16 5. Ergebnisse: effizienz: Fläche Nachteile für Bioenergie Vorteile Bandbreite über die Verfahren u. Szenarien Flächennutzungen Triticale: BTL Triticale: HKW ggü. +Heizöl ggü. Erdgas-HKW Triticale: Kraftwerk ggü. Mais: Biogas-BHKW ggü. ggü. +Heizöl ggü. +Erdgas RME Bioethanol (Zuckerrübe) Bioethanol (Weizen) Versauerung Nährstoffeintrag Ozonabbau Einwohnerwerte pro 1 ha Quelle: IFEU Ergebnisse: effizienz: Reststoffe Vorteile für Bioenergie Nachteile Bandbreite über die Verfahren u. Szenarien Versauerung Nutzungsart BTL Nährstoffeintrag HKW ggü. und HEL ggü. und Erdgas Fotosmog ggü. Erdgas-HKW Kraftwerk ggü. Ozonabbau innov. HKW ggü. +EG ggü. Erdgas-HKW innov. Kraftwerk ggü. Humantoxizität Einwohnerwerte pro t Waldrestholz Quelle: IFEU 26 16

17 5. Ergebnisse: effizienz Vorteile für Bioenergie Nachteile Bandbreite über die Verfahren u. Szenarien Stationäre Nutzungen der aus Umweltsicht nur teilweise günstiger als BTL: BTL günstiger, wenn die ansonsten in HKW eingesetzt würde, die konventionelle HKW (mit Erdgas oder Heizöl betrieben) ersetzen. BTL ungünstiger, wenn die ansonsten in HKW genutzt würde und Netzstrom sowie Wärme aus fossilen Heizwerken ersetzt. Versauerung Nutzungsart BTL Nährstoffeintrag HKW ggü. und HEL ggü. und Erdgas ggü. Erdgas-HKW Fotosmog Kraftwerk ggü. Ozonabbau innov. HKW ggü. +EG ggü. Erdgas-HKW innov. Kraftwerk ggü. Humantoxizität Einwohnerwerte pro t Waldrestholz Je nach tatsächlicher oder zukünftiger Energieversorgung kann den BTL damit ein optimaler Platz zugewiesen werden. 5. Ergebnisse: Flächeneffizienz Nachteile für Bioenergie Vorteile Bandbreite über die Verfahren u. Szenarien Flächennutzungen Triticale: BTL Triticale: HKW /Heizöl ggü. Erdgas-HKW Triticale: Kraftwerk Mais: Biogas-BHKW ggü. +Heizöl ggü. +Erdgas Versauerung RME Bioethanol (Zuckerrübe) Bioethanol (Weizen) Nährstoffeintrag Ozonabbau Einwohnerwerte -2 pro 1 ha Es gibt n und dazugehörige Nutzungspfade, die aus Umweltsicht günstiger als die BTL-Linien ausfallen. Maßgeblich sind die art und die Nutzungstechnologie. BTL z. B. günstiger als Biokraftstoffe der ersten Generation oder auch verschiedene stationäre Nutzungen. BTL aus Kurzumtriebsholz zeigen hier besonders günstige Ergebnisse. Quelle: IFEU 26 Beachtenswertes ökologisches Potenzial für BTL 17

18 Ergebnisse für die Fragestellungen Wie ökologisch sind BTL im Vergleich zu fossilen KraftKraftstoffen? stoffen? 2. Wie ökologisch sind BTL im Vergleich zu anderen BiokraftBiokraftstoffen? stoffen? 3. Welche BTLBTL-Rohstoffe sind aus Umweltsicht die besten? 4. Welche BTLBTL-Verfahren sind aus Umweltsicht die besten? 5. Soll aus Umweltsicht zur Produktion von BTL oder zur Produktion von anderen Biokraftstoffen oder von grünem bzw. grüner Wärme genutzt werden bzw. welche soll auf einer Fläche hierfür überhaupt produziert werden? 6. Welche Abschnitte bzw. Prozesse der BTLBTL-Linien BTL-Linien sind besonders ergebnisrelevant und wo lassen sich ökoökologische Optimierungen besonders effizient durchführen? 6. Ergebnisse durch Sensitivitätsanalysen Infrastruktur Betriebs- u. Hilfsstoffe Transporte T Niedertemp.Vergasung Syngas-Erzeug. Öff. Netz Öff. Netz Schlacke H2 Wärme Gaskondition. FT-Synthese / MTS-Synthese Fossiler Diesel BTLDiesel Produkt T Emissionen Emissionen Prozess Vergleichssystem Transport 18

19 6. Ergebnisse: Optimierungspotenziale Wichtige Einflussgrößen: H2-Import (zur Steigerung der BTL-Ausbeute): aus Umweltsicht kontraproduktiv Pelletierung (der ): Verschlechterung der Bilanz Nutzung in Fahrzeugen (Motorentechnologie): Motorseitige Emissionsreduktionen verbessern Ergebnisse rohstoffe BTL aus Kurzumtriebsholz besser als aus Triticale BTL aus Reststroh u. Waldrestholz vergleichbar Ausblick Die hier abgeleiteten Ergebnisse zeigen, dass die BTL ein durchaus beachtenswertes ökologisches Potenzial besitzen, andererseits aber auch in Konkurrenz zu ebenfalls ökologisch sehr attraktiven Alternativen der Bioenergieproduktion und -nutzung stehen. Eine zukünftige Ausgestaltung der BTL-Linien muss daher jeweils in einem Gesamtsystem einer beispielsweise regionalen oder nationalen Energieversorgung betrachtet und daran orientiert optimiert werden. 19

20 Das IFEU-Team sagt danke Sven Gärtner Dr. Guido Reinhardt Dr. Andreas Patyk Nils Rettenmaier Großer Dank Für die Förderung und Betreuung des BTL-Projektes: und Dr. Thorsten Gottschau An die externen Experten: Friedrich Arendt (Forschungszentrum Karlsruhe) Dr. Edmund Henrich (Forschungszentrum Karlsruhe) Prof. Dr. Alfons Kather (TU Hamburg-Harburg) Dr. Stefan Keppeler (DaimlerChrysler) Dr. Wolfram Radig (TU Freiberg) Dr. Reinhard Rauch (TU Wien) Matthias Rudloff (Choren Industries) Prof. Dr. Bernd Rudolph (Fachhochschule Jena) Lars Wiese (TU Hamburg-Harburg) Ihnen allen für Ihre Aufmerksamkeit For Downloads see: 2

21 Biokraftstoffe: Quo vadis? BTL? 21