Herausforderung einer nachhaltigen Bioenergienutzung in Deutschland Prof. Dr. Daniela Thrän Bereichsleiterin Bioenergiesysteme Deutsches BiomasseForschungsZentrum
Rats-Definition der Bioökonomie Die Bioökonomie ist die wissensbasierte Erzeugung und Nutzung biologischer Ressourcen, um Produkte, Verfahren und Dienstleistungen in allen wirtschaftlichen Sektoren im Rahmen eines zukunftsfähigen Wirtschaftssystems bereitzustellen. 2
Auf dem Weg zu einer bio-basierten Wirtschaft 3 Quelle: BECOTEPS, 2011
Die Bioökonomie findet zur Zeit Anwendung in... der Land- und Forstwirtschaft der Nahrungsmittelindustrie der Fischerei und Aquakultur der chemischen und pharmazeutischen Industrie der industriellen Biotechnologie der Kosmetik-, Papier und Textilindustrie der Energiewirtschaft dem Umweltschutz 4
Aufgaben und Ziele des Bioökonomierates Beratung der Bundesregierung Gesellschaftlicher Dialog Empfehlungen zur Förderung von Ausbildung, Forschung und Entwicklung Die Zielvorstellung des Bioökonomierates ist es, in Deutschland sektorübergreifend eine biobasierte Wirtschaft zu etablieren, die ohne fossile Rohstoffe auskommt. Sie bringt neue, nachhaltig erzeugte Produkte und Dienstleistungen hervor und vereint damit ökonomisches Wachstum mit ökologischer Verträglichkeit. 5
Bioökonomierat Organisatorisch beauftragt berufen Geschäftsstelle 18 Ratsmitglieder 2 Vorsitzende 2 Stellvertreter bedarfsorientierte Arbeitsgruppen 6
Die Mitglieder des Bioökonomierates (2012 2016) 7 Prof. Dr. Daniel Barben Prof. Dr. Wiltrud Treffenfeldt Prof. Dr. Joachim von Braun (Vors. des Vorstands) Dr. Holger Zinke Prof. Dr. Manfred Schwerin Prof. Dr. Christine Lang (Vors. des Vorstands) Prof. Dr. Ingrid Kögel-Knabner (Vorstand) Prof. Dr. Ulrich Hamm Prof. Dr. Hannelore Daniel Prof. Dr. Regina Birner Prof. Dr. Johannes Vogel (Vorstand) Prof. Dr. Daniela Thrän Prof. Dr. Georg Friedrich Backhaus Nicht im Bild: Dr. Léon Broers Prof. Dr. Dr. Reinhard Hüttl Prof. Dr. Folkhard Isermeyer Prof. Dr. Renate Köcher Prof. Dr. Lucia Reisch
Bioökonomie: Kontroversen und Zielkonflikte Zielkonflikt Ernährung Tank-und-Teller -Diskussion Biomasse: Energ. vs. Stoffl. Nutzung Leopoldina, Acatech, BÖR Umweltschutz: Biodiversität Vermaisung, Landnutzung Gesellschaftliche Akzeptanz Skepsis bei neuen Technologien Gentechnik Sicherheit, Biodiversität 8
Bioenergie Nachhaltigkeit eine Herausforderung - Der globale Energiebedarf wächst in allen verfügbaren Energieszenarien - Der Energiesektor ist der Hauptverursacher von Klimagasemissionen Bioenergie - Das Multitalent Vielfältige Rohstoffe => vielfältige Technologien => vielfältige Einsatzmöglichkeiten 9
Bioenergie Vielfältige Nutzungspfade 10
Bioenergie Eckdaten Biomasse - wichtigster u. vielseitigster erneuerbarer Energieträger in Deutschland - wird in fester, flüssiger und gasförmiger Form zur Strom- und Wärmeerzeugung und zur Herstellung von Biokraftstoffen genutzt. Knapp über 70 % der gesamten Endenergie aus erneuerbaren Energiequellen wurde 2010 aus Biomasse bereitgestellt, und zwar - 5,5 % des gesamten Stromverbrauchs, - 8,73 % des gesamten Wärmebedarfs und - 5,8 % des gesamten Kraftstoffverbrauchs. Vielfältige Reststoffe werden genutzt In Land- und Forstwirtschaft steht ein Teil der 17 Mio. ha landwirtschaftlich genutzter Fläche (ca. 12 Mio. ha Ackerland und ca. 5 Mio. ha Grünland) und der 11 Mio. ha Waldfläche für die Bereitstellung von Biomasse zur Verfügung. 11
Bioenergie in Deutschland 12
Bioenergie in Europa 13
Bioenergie - Nachhaltige Bereitstellung 1. Beachtung der Tragfähigkeit der Produktionssysteme 2. Zielgerichteter Einsatz im Energiesystem (Nutzung in Feldern, wo Alternativen schwierig sind) 3. Effiziente Nutzung 4. Stoffliche und energetische Nutzung verbinden (Kaskadennutzung) 14
Bioenergie Globale Produktmengenpotenziale (ohne Stroh) bei Welternährungssicherung 15 Quelle: Zeddies et al. 2012
Bioenergie Zielgerichteter Einsatz z.b. bedarfsgerechte Strombereitstellung in einem zunehmen auf fluktuierenden Energien basierenden Energiesystem Sommer 80.000 70.000 60.000 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 0-10.000 16 Winter 80.000 70.000 60.000 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 0 *Fossile über 100 MW Leistung -10.000 Biogas Flex Fossil reduziert Photovoltaik Wind Biogas Flex Fossil reduziert Photovoltaik Wind nach: www.transparency.eex.com; DBFZ
Bioenergie Zielgerichteter Einsatz z.b. Flugkraftstoffe Eigenschaften Jet A-1 Dichte: 0,8 kg/l Flammpunkt: 38-68 C Gefrierpunkt: -47 C Heizwert: 42,8 MJ/kg Viskosität: 8mm²/s (-20 C) 17 nach: www.transparency.eex.com; DBFZ
Effizienz: Entwicklung Prozessoptimierung: Beispiel: Ethanolproduktion mit gekoppelter Biogasanlage T H G - E m i s s i o n e n i n g C O 2 - Ä q. / M J K r a f t s t o f f 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 fossile Referenz EU RED 46% THG- Minderung EtOH konventionell 77% THG- Minderung EtOH Getreide mit Schlempevergärung Prozessentwicklung: Beispiel: Biokraftstoffe für die Luftfahrt Analyse der gesamten Bereitstellungsketten (technisch, ökonomisch, ökologisch) Bioraffineriekonzepte speziell ausgelegt auf einen hohen Ertrag an Flugturbinenkraftstoffen Systemintegration und regelung: -Nutzungsgradsteigerungen bei der Wärmeerzeugung -Intelligenente Regelung basierend auf: Wettervorhersage aus dem Internet -Nutzerverhalten aus der Erfahrung -Spezifisches Anlagenverhalten sollen Systemnutzungsgrad auf 90% steigern Biomasseanbau Konversion Biomassetransport Distribution Konzepte für Reststoffe 18
Nutzungsalternativen: Was wird morgen anders sein? Landnutzungsänderungen durch Energiepflanzenanbau geringere THG-Minderungen Die Referenzsysteme der Energiebereitstellung ändern sich in unterschiedlicher Weise Pfeile: Richtung der Veränderung (qualitativ) Erschließung neuer Ölvorhaben Ölsande, Ölschiefer Höherer Anteil erneuerbarer Energien an der Stromversorgung Korrektur der THG durch LUC und iluc? DBFZ Expertise für 2008, verändert 19
Bioraffinerien Grundidee: möglichst alle Bestandteile nachwachsender Rohstoffe stofflich verwenden u. damit Grundlagen für Chemikalien und Werkstoffe oder Energie liefern Bsp.: Chemisch-Biotechnologisches-Prozesszentrum in Leuna - nutzt Holz und Abfälle aus der Holz verarbeitenden Industrie der Region sowie andere Reststoffe (z.b. Stroh) - ähnlich wie in konventionellen Ölraffinerien, wo das Erdöl in verschiedene Fraktionen aufgespaltet wird, löst die Bioraffinerie u.a. durch biotechnologische Verfahren alle wertvollen Inhaltsstoffe wie Cellulose sowie bislang nicht oder schlecht verwertbare Pflanzenteile wie Lignin aus dem Holz heraus. So können künftig Grundstoffe für die Chemieindustrie gewonnen werden. Die übrig bleibenden Stoffe werden für die Erzeugung von Bioenergie genutzt. Dieses Bioraffineriekonzept soll so letztlich eine vollständige stoffliche Verwertung von Biomasse verwirklichen. 20
Bioraffinerien - Beispiele Prinzip einer Stärke-Bioraffinerie, 43 Prinzip einer Pflanzenöl-Bioraffinerie Prinzip einer Algenlipid-Bioraffinerie, 49 21 Prinzip einer Lignocellulose-Bioraffinerie, 49
Weitere integrierte Konzepte der energetischen und stofflichen Nutzung Bsp.: Nutzungskaskaden Quelle: http://www.lignum.ch/uploads/rtemagicc_grholz_kaskade_01.jpg.jpg 22
Bioökonomie Schrittweise Aufarbeitung von Holz 23
Bioökonomie: Maßnahmen der Politik in Deutschland 2010 Nationale Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030 (2,4 Mrd. Euro) 2012 Spitzencluster BioEconomy in Leuna (40 Mio. Euro) 2012 Roadmap Bioraffinerien 2012 Innovationsoffensive industrielle Biotechnologie (100 Mio. Euro) 2012 Einweihung CBP in Leuna (siehe Bild, 53 Mio. Euro) 24
Nachhaltigkeit: Standards entlang der kompletten Bereitstellungskette Verstehen Bewerten Entwickeln Gestalten F l ä c h e n Etablierung von nachhaltiger Landnutzungpolitik Nachhaltige Landwirtschaft Anforderungen an den Anbau Qualitätsstandards an Konversionstechnologien und Bioenergieträger Effiziente Endnutzung 25
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Contact: Prof. Dr. Daniela Thrän Mitglied des Bioökonomierats & Bereichsleiterin Bioenergiesysteme / Bioenergie Deutsches BiomasseForschungsZentrum / Helmholtzzentrum für Umweltforschung GmbH Daniela.thraen@dbfz.de +39 (0)341 2434 435 Contact: Bioeconomy Council (office) Dr. Eva Wendt e.wendt@biooekonomierat.de 030-46776743 www.bioeokonomierat.de 26