Technische Universität Hamburg-Harburg Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft Bioenergie im Kontext der erneuerbaren Energien in Deutschland Martin Kaltschmitt Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft, Technische Universität Hamburg-Harburg, Eissendorfer Str. 40, D-21073 Hamburg, www.tuhh.de/iue
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Herausforderungen Klimaschutz
Energiebedingte CO 2 -Emissionen in Mt/a www.gletscherarchiv.de Herausforderungen Klimaschutz Pasterzegletscher
Inhalt odeutsches Energiesystem obioenergie im Energiesystem o Wärme o Strom o Kraftstoffe obiomasseverfügbarkeit oschlussbemerkungen
Deutsches Energiesystem Summe 2010 11% 22% 9% 1% 34% PEV 14 057 PJ Mineralöl Steinkohle Braunkohle Erdgas Kernenergie Erneuerbare Sonstiges 11% 12% Quelle: BMWi 2011
Deutsches Energiesystem Endenergie aus regenerativen Energien 2010 Struktur der Endenergiebereitstellung aus erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahr 2010 Gesamt: Gesamt: 1024284,5 PJ bzw. TWh 284,5 TWh biogene Brennstoffe, Wärme: 47,1 % biogene Kraftstoffe: 12,5 % Wasserkraft: 7,4 % Geothermie: 2,0 % Solarthermie: 1,8 % Photovoltaik: 4,1 % biogene Brennstoffe, Strom: 11,9 % Windenergie: 13,3 % 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: Dezember 2011; Angaben vorläufig
Quelle: UBA nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Stand: Dezember 2011; Angaben vorläufig Deutsches Energiesystem Struktur Vermiedene der Treibhausgas-Emissionsvermeidung Klimagasemissionen 2010 in Deutschland im Jahr 2010 Gesamt rd. 120 Mio. t CO 2 -Äquivalent Wind: 23,2 % Wasser: 13,9 % Biomasse: 50,8 % Biokraftstoffe: 4,1 % Solarthermie: 1,0 % Geothermie: 0,4 % Photovoltaik: 6,6 %
Quelle: UBA nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Stand: Dezember 2011; Angaben vorläufig Deutsches Energiesystem Struktur Vermiedene der Treibhausgas-Emissionsvermeidung Klimagasemissionen 2010 in Deutschland im Jahr 2010 Gesamt rd. 120 Mio. t CO 2 -Äquivalent Wind: 23,2 % Zum Vergleich: 937 Mio. t CO 2 -Äquivalent-Emissionen (2009) (d. h. 12,8 % Reduktion) Wasser: 13,9 % Biomasse: 50,8 % Biokraftstoffe: 4,1 % Solarthermie: 1,0 % Geothermie: 0,4 % Photovoltaik: 6,6 %
Bioenergie im Energiesystem Stromerzeugung allgemein 2010 Struktur der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahr 2010 Gesamt: 104,3 TWh Wasserkraft: 20,1 % Windenergie: 36,2 % biogener Anteil des Abfalls: 4,6 % Deponiegas: 0,6 % Klärgas: 1,1 % Biogas: 13,9 % biogene flüssige Brennstoffe: 1,6 % biogene Festbrennstoffe: 10,7 % Photovoltaik: 11,2 % Biomasseanteil*: 32,5 % * 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: Dezember 2011; Angaben vorläufig
Bioenergie im Energiesystem Struktur der Stromerzeugung Biomasse aus Biomasse 2010 in Deutschland im Jahr 2010 biogene Festbrennstoffe: 33,1 % Gesamt: 33,9 TWh biogene flüssige Brennstoffe: 4,9 % biogener Anteil des Abfalls: 14,1 % Deponiegas: 1,9 % Klärgas: 3,3 % Biogas: 42,7 % Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); 1 TWh = 1 Mrd. kwh; Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Stand: Dezember 2011; Angaben vorläufig
Biomasse im Energiesystem - Biogene Festbrennstoffe -
Anlagenanzahl [ ] Leistung [MW] Biomasse im Energiesystem - Strom aus biogenen Festbrennstoffen - 300 1250 250 200 150 Größer 5 MW Größer 0,5 bis 5 MW bis 0,5 MW Leistung 1000 750 100 500 50 250 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 0 Stromerzeugung ca. 8,4 TWh (2010, nur EEG-Anlagen)
Stand 2010 Biomasse im Energiesystem - Strom aus biogenen Festbrennstoffen - Stromerzeugung ca. 8,4 TWh (2010, nur EEG-Anlagen)
Bioenergie im Energiesystem - Biogas -
Anlagenanzahl [ ] Leistung [MW] Bioenergie im Energiesystem - Strom aus Biogas - Potenzielle Stromerzeugung ca. 15,8 TWh (2010) Tatsächliche Stromerzeugung ca. 14,7 TWh (2010) 6 000 2500 5 000 Größer 500 kw 70 kw bis 500 kw bis 70 kw Leistung 2000 4 000 1500 3 000 1000 2 000 1 000 500 0 0
Bioenergie im Energiesystem Stand 2009 - Strom aus Biogas -
Bioenergie im Energiesystem Wärmeerzeugung allgemein 2010 Struktur der Wärmebereitstellung aus erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahr 2010 Gesamt: 144,7 TWh biogene Festbrennstoffe (Haushalte): 50,2 % oberflächennahe Geothermie: 3,7 % biogene Festbrennstoffe (Industrie): 16,5 % tiefe Geothermie: 0,2 % biogener Anteil des Abfalls: 5,2 % Solarthermie: 3,6 % Klärgas: 0,8 % Deponiegas: 0,2 % Biogas: 9,4 % biogene flüssige Brennstoffe: 5,5 % biogene Festbrennstoffe (HW/HKW): 4,7 % Biomasseanteil*: 92,5 % * Feste und flüssige Biomasse, Biogas, Deponie- und Klärgas, biogener Anteil des Abfalls; 1 TWh = 1 Mrd. kwh; Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Stand: Dezember 2011; Angaben vorläufig
Bioenergie im Energiesystem Wärmeerzeugung Biomasse 2010 Struktur der Wärmebereitstellung aus Biomasse in Deutschland im Jahr 2010 Gesamt: 133,9 TWh biogene Festbrennstoffe (Haushalte): 54,3 % biogener Anteil des Abfalls: 5,7 % biogene Festbrennstoffe (Industrie): 17,9 % Deponiegas: 0,2 % Klärgas: 0,8 % Biogas: 10,2 % biogene flüssige Brennstoffe: 5,9 % biogene Festbrennstoffe (HW/HKW): 5,0 % Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); 1 TWh = 1 Mrd. kwh; Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Stand: Dezember 2011; Angaben vorläufig
Bioenergie im Energiesystem Biogene Festbrennstoffe
Pelletproduktion Kapazität und Absatz [Mio. t/a] Bioenergie im Energiesystem Entwicklung des Pelletmarktes 4 Pelletproduktionskapazität in Dtl. Pelletproduktion 3 Inlandsverbrauch 2 1 0
01 03 05 07 09 10 01 03 05 07 09 10 03 05 07 09 10 01 03 05 07 09 10 01 03 05 07 09 10 01 03 05 07 10 05 07 09 10 01 03 05 07 10 05 07 09 10 03 05 07 09 10 09 10 09 10 01 03 05 07 09 10 05 07 09 10 03 05 07 09 Holzpellets in 1.000 t/a Bioenergie im Energiesystem Entwicklung des Pelletmarktes 3.200 2.800 2.400 Kapazität in 1.000 t/a Produktion in 1.000 t/a inländischer Gesamtverbrauch in 1.000 t/a Kleinverbrauchermarkt in 1.000 t/a 2.000 1.600 1.200 800 400 0 DBFZ 2011 DE AT IT SE DK FI BE NL UK PL PT FR CA RU US
Bioenergie im Energiesystem Biogene Festbrennstoffe
Anlagenzahlen [1000] Pelletabsatz [Mio. t/a] Bioenergie im Energiesystem Wärme aus Pellets 160 4 140 120 Jährlicher Zubau an Pelletanlagen Gesamtzahl der Pelletanlagen 3 100 80 Inlandsverbrauch 2 60 40 1 20 0 0
Bioenergie im Energiesystem Struktur Kraftstoffe der biogenen allgemein Kraftstoffe 2010 in Deutschland im Jahr 2010 Gesamt: 35,4 TWh Biodiesel: 73,6 % Bioethanol: 24,6 % Pflanzenöl: 1,8 % Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); 1 TWh = 1 Mrd. kwh; Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Stand: Dezember 2011; Angaben vorläufig
Bioenergie im Energiesystem Biodiesel
Quelle: CropEnergies 2006 Bioenergie im Energiesystem Bioethanol
Bioenergie im Energiesystem Biomethan als Kraftstoff
[GWh] Bioenergie im Energiesystem Biokraftstoffe Nutzung Beitrag erneuerbarer Energien zum Kraftstoffverbrauch in Deutschland 50.000 45.000 40.000 Bioethanol Pflanzenöl Biodiesel 35.000 30.000 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 0 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Keine Biokraftstoffe im Jahr 1990; Pflanzenöl bereits seit 1992 für biogene Kraftstoffe verwendet, Bioethanol seit 2004; 1 GWh = 1 Mio. kwh; Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Bild: BMU / Dieter Böhme; Stand: Dezember 2011; Angaben vorläufig
Ethanolproduktion global in Mio. t Bioenergie im Energiesystem Biokraftstoffe Nutzung 80 70 60 Andere Kanada China Europa Brasilien USA 52,09 57,62 67,18 69,65 50 40 39,07 30 20 13,51 14,57 16,21 19,23 22,52 24,75 30,78 Zum Vergleich: Biodiesel 10-2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Schätzung Quelle: DBFZ 2011 auf Basis F.O.Licht s World Ethanol and Biofuels Report Vol. 9, No.16
Bioenergie im Energiesystem Zukünftige Entwicklung Quelle: Prognos, EWI, GWS 2010
Quelle: Prognos, EWI, GWS 2010 Bioenergie im Energiesystem Zukünftige Entwicklung Quelle: Prognos, EWI, GWS 2010
Bioenergie im Energiesystem Zwischenfazit o Biomasse trägt heute merklich zur Deckung der Energienachfrage in Deutschland bei und das im Strom-, Wärme- und Kraftstoffmarkt o Im Vergleich der regenerativen Energien untereinander leistet Biomasse insgesamt über 70 %; sehr hohe Beiträge liefert sie im Wärmeund im Kraftstoffmarkt o Biomasse trägt mit rund der Hälfte zu den etwa 120 Mio. t Klimagasminderung durch regenerative Energien bei o Alle Bioenergiemärkte außer der Kraftstoffmarkt waren die letzten Jahre durch erhebliche Wachstumsraten gekennzeichnet; insbesondere infolge der (politischen) Energiewende sind die Weichen im Hinblick auf ein weiteres Wachstum gestellt o Damit drängt sich u. a. aufgrund der Teller-oder-Tank-Diskussion zwingend die Frage nach der Verfügbarkeit der benötigten Biomasseressourcen in und für Deutschland immer mehr in den Vordergrund der politischen Diskussionen
Biomasseverfügbarkeit Magisches Dreieck der Biomassemärkte Nutzung als Nahrungsmittel Energetische Nutzung Stoffliche Nutzung... und a priori begrenzt verfügbare Anbauflächen!
Veränderung in % Biomasseverfügbarkeit Entwickl. Nahrungsmittelnachfrage (134 St.) Quelle: Zeddies / Uni Hohenheim 2008
Biomasseverfügbarkeit Biomasseeinsatz als Rohstoff (Beispiele) Globale Nachfrage nach Textilfasern Quelle: Cotton Council International
Biomasseverfügbarkeit Biomasseeinsatz als Rohstoff (Beispiele) Beispiel: Marktentwicklung für biomassebasierte Kunststoffe Globale Nachfrage nach Textilfasern Quelle: Cotton Council International Quelle: PRO-BIP 2009 / Shen et al / Uni Utrecht
Biomasseverfügbarkeit Entwicklung der Energienachfrage Quelle: BP Energy Outlook 2011 Keine Berücksichtigung der nicht-kommerziellen Biomasse
Schlussbemerkungen o Biomasse trägt heute merklich global und national zur Deckung der Energienachfrage bei; und dieser Anteil wird bei hohen und potenziell weiter steigenden Energiepreisen zunehmen o Biomasse wird aber auch in anderen Märkte eingesetzt, in denen sie nicht direkt substituierbar ist; auch diese Märkte wachsen deutlich o Konkurrenzen um das aufgrund der begrenzten Produktionsfläche nicht beliebig vermehrbare Biomasseaufkommen sind damit möglich mit allen damit verbundenen Konsequenzen o Damit nimmt die Notwendigkeit zu, Biomasse vollständig und hocheffizient zu nutzen und mit der verfügbaren Biomasse möglichst viele (Teil-)Märkte parallel zu bedienen o Dazu müssen im Verlauf der gesamten Bereitstellungskette entsprechende Maßnahmen implementiert werden; d. h. Ausweitung der Biomasseressourcenbasis, effizientere Biomassebereitstellung und -nutzung, integrierte und optimierte Produktions- und Nutzungskonzepte
Bioenergie im Kontext der erneuerbaren Energien in Deutschland Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft (IUE), Technische Universität Hamburg-Harburg Eissendorfer Str. 40; D-21073 Hamburg Tel. / Fax: 040 42878 3008 / 2315 Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt