Nachhaltige Entwicklung durch nachwachsende Rohstoffe?

Nachhaltige Entwicklung durch nachwachsende Rohstoffe? Beispielhaft betrachtet für ausgewählte Produkte aus Flachs- und Hanffasern. Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades (Dr. rer. nat.) der Mathematisch - Naturwissenschaftlichen Fakultät der Rheinischen - Friedrich - Wilhelms Universität Bonn Vorgelegt von: Jürgen Steger aus Herne Bonn 2004 ULB Darmstadt 16435155

Seite /. Inhaltsverzeichnis I.IIAbkürzungsverzeichnis I. III Abbildungen UV Tabellen I. V Formelverzeichnis A J K P X /. Inhaltsverzeichnis I.EINLEITUNG /. / Stand der Forschung 1.2 Problemstellung und Forschungsbedarf 1.3 Untersuchungsgegenstand, Zielsetzung und Auflau der Arbeil 3 7 10 2. UNTERSUCHUNGSINSTRUMENTE UND METHODISCHE ANWENDUNG 17 2.1 Untersuchte Produkte 2.2 Instrumente 2.2.1 Ökologische Analyse 2.2.1.1 Methodenauswahl 2.2.1.2 Materialintensitätsanalyse 2.2.1.2.1 Systemgrenzen 2.2.1.2.2 Bilanzraum 2.2.1.2.3 Ressourcenkategorien 2.2.1.2.4 Begriffsdefinitionen 2.2.1.2.5 Prozeßdaten 2.2.1.2.6 Aussagefähigkeit und Grenzen 2.2.1.2.7 Datenerhebung 2.2.1.2.7.1 Standarderhebungsbogen 2.2.1.2.7.2 MIPS-Berechnungsbogen 2.2.1.2.7.3 Datenbank 2.2.1.2.7.4 Abschneidekriterien 2.2.2 Ökonomische Betrachtung 2.2.3 Fragebogen und Interviews 2.2.4 Literaturrecherche 2.2.5 Geographische Informationssysteme 2.2.5.1 Karthographische Modellierungen und Map Algebra 2.2.5.2 Datenverarbeitung 2.2.6 Tabellenkalkulation 2.3 Methoden 2.3.1 Materialintensitätsanalyse 2.3..1 Vorgehensweise 2.3..2 Arbeitsweise 2.3..3 Prozesse 2.3..4 Luft als Trägermedium 2.3..5 Berechnungsgrundlagen 2.3..6 Berechnungsgrenzen 2.3..7 Abweichungen vom Konzept der Materialintensitätsanalyse 2.3.2 Ökonomische Betrachtung 2.3.2.1 Anbau und Ernte 17 18 18 19 20 21 22 22 24 26 27 27 27 28 29 29 30 31 31 32 32 32 33 33 33 34 34 36 36 36 37 37 38 38

2.3.2.2 Aufbereitung 39 2.3.2.3 Währung 39 2.3.3 Analyse der Anbauentwicklung 39 2.3.4 Ertragspotentialanalyse 41 2.3.4.1 Ermittlung der Standortansprüche von Flachs und Hanf 41 2.3.4.2 Akquise klimatischer, pedologischer und geographischer Daten 42 2.3.4.3 Datenverarbeitung im GIS 42 2.3.5 Schwellenpreisanalyse 43 2.3.6 Abschätzung erforderlicher Faserpreise 43 2.3.7 Abschätzung der Substitutionspotentiale 43 2.3.8 Betrachtung der sozialen Wirkung 44 2.4 Zahlen und Dimensionen 44 3. ERGEBNISSE 45 3.1 Ergebnisse der Materialintensitätsanalyse 46 3.1.1 Rohstoffgewinnung 47 3.1.1.1 Flachs 47 3.1.1.1.1 Flachsanbau 47 3.1.1.1.2 Flachsernte 49 3.1.1.2 Hanf 50 3.1.1.2.1 Hanfanbau 50 3.1.1.2.2 Hanfernte 51 3.!. 1.3 Saatgutgewinnung 53 3.1.1.3.1 Anbauund Ernte 53 3.1.1.3.2 Saatgutbehandlung 53 3.1.1.3.3 Saatguttransport 54 3.1.1.3.4 Zusammenfassung 54 3.1.1.4 Transport 54 3.1.1.5 Gesamtbetrachtung und Vergleich 55 3.1.1.6 Bodenerosion 56 3.1.2 Aufbereitung 58 3.1.2.1 Brecherwalzenverfahren 60 3.1.2.1.1 Anlage A 60 3.1.2.1.2 Anlage B 62 3.1.2.2 Hammermühlenverfahren 65 3.1.2.2.1 Anlage A 65 3.1.2.2.2 Anlage B 67 3.1.2.3 Ölleinaufschluß mit Strohhäxler 69 3.1.2.4 Zusammenfassung 71 3.1.3 Produktherstellung 73 3.1.3.1 Produkt auf Basis eines unvernadelten Vlieses 73 3.1.3.2 Produkte auf Basis vemadelter Vliese 75 3.1.3.2.1 Anlage A 76 3.1.3.2.2 Anlage B 78 3.1.3.2.3 Produkte 79 3.1.3.2.3.1 Geotextilien und Trittschalldämmstoffe 79 \ 3.1.3.2.3.2 Faserverbundwerkstoffe 80 3.1.3.2.3.3 Transporte 80 3.1.3.3 Weiterverarbeitung 80 3.1.3.3.1 Faserverbundwerkstoff, duroplastische Verfahren 82 3.1.3.3.2 Faserverbundwerkstoff, thermoplastische Verfahren 84 3.1.3.3.2.1 One Step Verfahren 84 3.1.3.3.2.2 Two-Step Verfahren 86 3.1.3.3.3 Vergleich 88 3.1.3.3.4 Transport 89 3.1.4 Gebrauchsphase 89 3.1.4.1 Produkt auf Basis unvernadelter Vliese 89

3.1.4.2 Produkte auf Basis vernadelter Vliese 3.1.4.2.1 Trittschalldämmstoff 3.1.4.2.2 Geotextil 3.1.4.2.3 KFZ-Türinnenverkleidung 3.1.4.2.3.1 KFZ-Türinnenverkleidung aus duroplastischem Verfahren 3.1.4.2.3.2 KFZ-Türinnenverkleidung aus thermoplastischem Verfahren 3.1.4.2.3.2.1 Thermoplastisches One-Step" Verfahren 3.1.4.2.3.2.2 Thermoplastisches Two-Step" Verfahren 3.1.4.2.3.3 Vergleich der Ressourceninputs während der Gebrauchsphase 3.1.5 Entsorgung/Recycling 3.1.5.1 Dämmstoffe 3.1.5.1.1 Wärmedämmstoff 3.1.5.1.2 Trittschalldämmstoff.5.2 Geotextil.5.3 KFZ-Türinnenverkleidung 3.1.6 Produktlebenszyklusweite Betrachtung.6.1 Wärmedämmstoff.6.2 Trittschalldämmstoff.6.3 Geotextil 3.1.6.4 KFZ-Türinnenverkleidung 3.1.6.4.1 Vergleich Recycling und Entsorgung 3.1.6.4.2 Vergleich zwischen Flachs und Hanf 3.1.7 Vergleichsprodukte 3.1.7.1 Wärmedämmstoff 3.1.7.2 Trittschalldämmung 3.1.7.3 Geotextilien 3.1.7.4 KFZ-Türinnenverkleidung 3.1.8 Resümee 3.2 Ergebnisse der ökonomischen Betrachtung 3.2.1 Anbau und Ernte 3.2.1.1 Flachs 3.2..1.1 Flachsanbau 3.2.. 1.2 Flachsernte 3.2.,1.3 Wirtschaftliche Aspekte der Erzeugung von Flachsstroh 3.2.1.2 Hanf 3.2. 3.2..2.1 Hanfanbau.2.2 Hanfernte.2.3 Wirtschaftliche Aspekte der Erzeugung von Hanfstroh 3.2. 3.2.2 Fasergewinnung/Faseraufschluß 3.2.2.1 Unternehmen A 3.2.2.2 Unternehmen B 3.2.3 Resümee 3.3 Analyse des Flachs- und Hanfanbaus zwischen 1996 und 2001 3.3.1 Autbereitungsstrukturen 3.3.2 Relative VorzUglichkeit des Flachs- und Hanfanbaus 3.3.3 Entwicklung des Flachs- und Hanfanbaus 3.3.3.1 Flachs 3.3.3.2 Hanf 3.3.4 Einflussfaktaren 3.3.4.1 Flachs 3.3.4.1.1 Schleswig-Holstein 3.3.4.1.2 Bayern 3.3.4.1.3 Brandenburg 3.3.4.1.4 Sachsen 3.3.4.1.5 Zusammenfassung 3.3.4.2 Hanf 3.3.4.2.1 Niedersachsen 3.3.4.2.2 Rheinland-Pfalz 3.3.4.2.3 Baden-Württemberg 91 91 92 92 93 93 93 94 94 94 95 95 95 96 96 97 98 99 102 103 107 108 108 109 110 111 115 116 116 119 119 120 123 126 126 128 130 131 132 132 132 133 134 138 141 142 154 155 155 158 160 162 164 166 168 169 171 173

3.3.4.2.4 Brandenburg und Mecklenburg-Vorpommern 3.3.4.2.5 Sachsen-Anhalt 3.3.4.2.6 Weitere Bundesländer 3.3.4.2.6.1 Nordrhein-Westfalen 3.3.4.2.6.2 Hessen 3.3.4.2.6.3 Bayern 3.3.4.2.6.4 Sachsen 3.3.4.2.7 Zusammenfassung 3.3.S Resümee 3.4 Analyse potentieller Anbaustandorte 3.4.1 Standortansprüche 3.4.1.1 Wasserbedarf und Versorgung 3.4.1.1.1 Flachs 3.4.1.1.2 Hanf 3.4.1.2 Boden 3.4.1.2.1 Flachs 3.4.1.2.2 Hanf 3.4.1.3 Temperatur 3.4.1.3.1 Flachs 3.4.1.3.2 Hanf 3.4.!.4 Vegetationszeit 3.4.1.4.1 Flachs 3.4.1.4.2 Hanf 3.4.1.5 Geographische Standortfaktoren 3.4.1.5.1 Flachs 3.4.1.5.2 Hanf 3.4.1.6 Röste 3.4.1.6.1 Flachs 3.4.1.6.2 Hanf 3.4.2 Standortdaten 3.4.2.1 Boden 3.4.2.2 Klima 3.4.3 Gemeindegrenzen und Ackerflächen 3.4.4 Analyse des naturräumlichen Potentials 3.4.4.1 Beschreibung der Vorgehensweise 3.4.4.1 Anbau 1. Spezielle Faktoren 1.1 Flachs 1.2 Hanf 3.4.4.1.1.1 Wasserbedarf und Wasserverfilgbarkeit. 1.2 Temperaturansprüche und Standorttemperaturen.1.3 Zusammenfassung.2.1 Wasserbedarf und Wasserverfügbnrkeit.2.2 Temperaturansprüche und Standorttemperaturen.2.3 Zusammenfassung 2 Generelle Faktoren 2.1 Ausgeschlossene Boden 2.2 Lage des Standortes 2.3 Staunässe 2.4 Wasserstoffionenkonzentration 3.4.4.7.2.5 Effektiver Wurzelraum 2.6 Hohe 3 Zusammenfassung 3.1 Flachs 3.2 Hanf 3.4.4.2 Ernte (Wachstumsunterbrechung) 3.4.4.3 Röste (Feldröste und Bergung) 3.4.4.3.1 Flachs 3.4.4.3.2 Hanf 3.4.4.4 GIS-Analyse und Ergebnisse 175 178 180 181 182 183 184 185 187 188 188 188 189 191 196 197 198 198 198 199 200 200 200 201 202 202 202 203 205 205 206 206 209 210 211

3.4.4.4.1 Generelle Anbaumöglichkeit 214 3.4.4.4.2 Differenzierte Betrachtung 215 3.4.5 Resümee 216 3.5 Berechnung der Schwellenpreise 219 3.5.1 Flachs 221 3.5.1.1 In Konkurrenz zu Roggen 221 3.5.1.2 In Konkurrenz zu Winterweizen 223 3.5.2 Hanf 224 3.5.2.1 In Konkurrenz zu Roggen 224 3.5.2.2 In Konkurrenz zu Winterweizen 226 3.5.3 Markt- und Wettbewerbsfähigkeit 228 3.5.4 Resümee 230 3.6 Preissituation 231 3.6.1 Abschätzung der Faserpreise 231 3.6.1.1 Hanf 232 3.6.1.2 Flachs 233 3.6.1.3 Zusammenfassung 234 3.6.2 Rohstoff und Produktpreise 234 3.6.3 Resümee 236 3.7 Abschätzung der Substitutionspotentiale 237 3.7.1 Wärmedämmstoffe 237 3.7.2 Trittschalldämmstoffe 239 3.7.3 Geotextilien 240 3.7.4 KFZ-Türinnenverkleidungen 240 3.7.5 Resümee 241 3.8 Abschätzung der Potentiale zur Stabilisierung ländlicher Räume 247 3.8.1 Anbau und Ernte 247 3.8.2 Aufbereitung 248 3.8.3 Resümee 249 4. DISKUSSION 251 4.1 Kritische Betrachtung der Ergebnisse 251 4.1.1 Ergebnisse der Materialintensitätsanalyse 251 4.1.1.1 Rohstoffgewinnung 253 4.1.1.2 Aufbereitung 254 4.1.1.3 Weiterverarbeitung 259 4.1.1.3.1 Produkt auf Basis eines unvernadelten Vlieses 259 4.1.1.3.2 Produkte auf Basis vernadelter Vliese 261 4.1.1.4 Produktion 263 4.1.1.4.1 Duroplastisches Verfahren 263 4.1.1.4.2 Thermoplastische Verfahren 265 4.1.1.4.2.1 One-Step-Variante 265 4.1.1.4.2.2 Two-Step-Variante 265 4.1.1.4.3 Zusammenfassende Betrachtung der Verfahren 266 4.1.1.5 Gebrauch 266 4.1.1.5.1 Produkt auf Basis eines unvernadelten Vlieses 267 4.1.1.5.2 Produkt auf Basis eines vernadelten Vlieses 269 4.1.1.5.2.1 Trittschalldämmstoff 269 4.1.1.5.2.2 Geotextil 269 4.1.1.5.2.3 KFZ-Türinnenverkleidung 270 4.1.1.6 Entsorgung 270 4.1.1.6.1 Verbrennung 270 4.1.1.6.2 Recycling 271 4.1.1.7 Produktlebenszyklusweite Betrachtung dermaterialinputs 271 4.1.1.8 Vergleichsprodukte und Gegenüberstellung 272 4.1.1.8.1 Wärmedämmstoff 273 4.1.1.8.2 Trittschalldämmung 275

4.1.1.8.3 Geotextilien 4.1.1.8.4 KFZ-Türinnenverkleidung 4.1.2 Ergebnisse der ökonomischen Betrachtung 4.1.2.1 Anbau und Ernte 4.1.2.2 Fasergewinnung/Faseraufschluß.3 Ergebnisse der Analyse des Flachs- und Hanfanbaus.4 Ergebnisse der Standortanalyse.5 Ergebnisse der Schwellenpreisanalyse für Stroh.6 Ergebnisse der Abschätzung erforderlicher Faserpreise.7 Ergebnisse der Abschätzung der Substitutionspotentiale.8 Ergebnisse der Betrachtung einer sozialen Komponente 4.2 Diskussion der Ergebnisse 4.2.1 Ökologische Komponente (I. Säule der Nachhaltigkeit) 4.2.2 Ökonomische Komponente (2. Säule der Nachhaltigkeit) 4.2.3 Soziale Komponente (3. Säule der Nachhaltigkeit) 276 276 278 278 279 280 281 286 287 289 290 291 291 295 300 5. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 5. / Zusammenfassung 5.2 Ausblick 6. LITERATUR UND QUELLEN 6.1 Allgemeine Literatur 6.2 Weitere Quellen 6.3 Literaturgrundlage der Tabelle 3.4.1 6.3.1 Flachs, Linum utisisatissimum (L.) 6.3.2 Hanf, Cannabis sativa (L.) 6.4 EU-Verordnungen 6.4.1 Gültig im Wirtschaftsjahr 1996/1997 (Ernte 1996) 6.4.2 Gültig im Wirtschaftsjahr 1997/1998 (Ernte 1997) 6.4.3 Gültig im Wirtschaftsjahr 1998/1999 (Ernte 1998) 6.4.4 Gültig im Wirtschaftsjahr 1999/2000 (Ernte 1999) 6.4.5 Gültig im Wirtschaftsjahr 2000/2001 (Ernte 2000) 6.4.6 Gültig im Wirtschaftsjahr 2001/2002 (Ernte 2001) 303 303 307 311 311 318 327 327 328 331 331 331