Biotreibstoffe in Europa: Heute und Morgen

Was Tanken wir in Zukunft? Branchentag EV/UP Biotreibstoffe in Europa: Heute und Morgen Zürich, 25.06.2017 Dr. Hans-Jörg Althaus, Dr. Jürg Füssler, Alexander Wunderlich

Agenda 1. Ausgangslage 2. Rohstoffe und Rohstoffpotenzial 3. Prozesse zur Herstellung und potenzielle Kostenentwicklung 4. Limitierende Faktoren

Biotreibstoffproduktion Welt, bis 2020 Quelle: IEA (2015) Renewable Energy Medium-Term Market Report 2015 Biotreibstoffproduktion bis 2020 nur noch sehr leicht steigend auf 145 Mia. l Entspricht ca. 4% des globalen Diesel- und Benzinbedarfs

Mia. Liter Biotreibstoffproduktion OECD EU, bis 2020 Diesel Ethanol 16 Mia. l entspricht ca. 10% von Benzin und Diesel in 2020

Biotreibstoffverbrauch Schweiz, bis 2016 Inlandverbrauch in Mio. l 140.00 120.00 100.00 80.00 60.00 Pflanzenöl/Altöl Bioethanol Biodiesel 40.00 20.00 0.00 2000 2005 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 Grafik INFRAS. Datenquelle: BfS 2016 (Schweiz. Statistik der Erneuerbaren Energien) Entspricht knapp 2% von Benzin und Diesel in 2016

Biotreibstoffe in Europa: Ziel Mindestanteil von Energie aus erneuerbaren Quellen 0.12 0.1 0.08 0.06 Moderne Biotreibstoffe 2./3. Generation 1./2. Generation Biofuel aus biogenen Rohstoffen gem. Annex IX, Teil A (min) Biofuel aus gebrauchtem Speiseöl, tierischen Fetten und Melasse (max) 0.04 0.02 Konventionelle Biotreibstoffe (1. Generation) Biofuels aus Nahrungs- und Futtermittelpflanzen (max) In der Schweiz kein Thema! 0 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 Grafik INFRAS. Datenquelle: Europäische Kommission 2016 (Anhang X)

Rohstoffe für moderne Biotreibstoffe Teil A Algen Biomasseanteil in Siedlungsabfall Biomasse aus privaten Haushalten, separat gesammelt Biomasseanteil in Industrieabfall, nicht Nahrungs- oder Futtermitteltauglich Stroh Mist/Gülle und Klärschlamm Abwasser aus Palmölmühlen & leere Palmfruchtbündel Tallöl und Tallölpech Rohglyzerin Bagasse Traubentrester und Weintrub Nussschalen Hülsen entkernte Maiskolben Biomasse-Anteile von Abfällen aus Forstwirtschaft und -industrie anderes Zellulosehaltiges Non-Food-Material anderes Lignozellulosehaltiges Material Quelle: EC 2016: Anhang IX zur RED Neufassung Teil B gebrauchtes Speiseöl tierische Fette Melasse von Zuckerproduktion sofern modernste Zuckerproduktion

Teil A Algen moderne Biotreibstoffe versus Swiss-Finish Biomasseanteil in Siedlungsabfall Biomasse aus privaten Haushalten, separat gesammelt Biomasseanteil in Industrieabfall, nicht Nahrungs- oder Futtermitteltauglich Stroh Mist/Gülle und Klärschlamm Abwasser aus Palmölmühlen & leere Palmfruchtbündel Tallöl und Tallölpech Rohglyzerin Bagasse Traubentrester und Weintrub Nussschalen Hülsen entkernte Maiskolben Biomasse-Anteile von Abfällen aus Forstwirtschaft und -industrie anderes Zellulosehaltiges Non-Food-Material anderes Lignozellulosehaltiges Material Quelle: EC 2016: Anhang IX zur RED Neufassung Teil B gebrauchtes Speiseöl tierische Fette Melasse von Zuckerproduktion sofern modernste Zuckerproduktion Rot: Swiss-Finish Farbverlauf: Teilweise Swiss- Finish

Mia. Liter «Moderne Biotreibstoffe» Welt-Produktion Quelle: IEA (2015) Renewable Energy Medium-Term Market Report 2015 2015 weniger als 0.5% der globalen Biotreibstoffproduktion Angebot dürfte sich bis 2020 vervierfachen Anstieg v.a. bei Bioethanol (BtL)

Produktion von Biotreibstoffen Ölpflanze (Palm, Soja, Raps,..) Algen und Wasserpflanzen Lignocellulosepflanze (Holz, Gras, Schilf, Stärkepflanze (Mais, Weizen, Kartoffeln Zuckerpflanze (Zuckerrohr, Zuckerrübe,..) Altöl /-fett Siedlungsabfall Restholz / Altholz Landwirtschaftsabfall Extraktion 1 1 Alkoholsynthese Transestrifizierung Hydrothermale Vergasung 1/2 Hydrierung 1/2 Synthesegas (CO + H 2 O) Vergasung Chemische Synthese (Fischer Tropsch) 2 2 1 Anaerobe Vergärung Hydrolyse Stärke 2 1/2 Destillation Zuckerlösung Vergärung 1 1 Biodiesel FAME Biodiesel HVO Erneuerbarer Diesel (BtL) Biogas Biomethanol Bioethanol Höhere Alkohole 1 etablierter Prozess 2 in Entwicklung Grafik INFRAS auf Basis IPCC 2014 INFRAS Zwischenpräsentation 26. Juni 2017 Hans-Jörg Althaus, Jürg Füssler, Alexander Wunderlich

Verfügbarkeit von Rohstoffen für moderne Biotreibstoffe (Global) 40-50 EJ Abfälle pro Jahr Entspricht 10-12.5 EJ moderne Biotreibstoffe (=10 000-12 500 PJ) Quelle: IPCC 2014 (WG III, Ch 11)

Verfügbarkeit von Rohstoffen für moderne Biotreibstoffe in der EU Abfallherkunft Landwirtschaftliche Abfälle Forstwirtschaftliche Abfälle Biogene Abfälle (v.a. Haushalt) Gesamte anfallende Menge Abfall [Mio. t/jahr] Nachhaltig verfügbare Menge Abfall [Mio. t/jahr] 316 85 68 9 63 63 Nachhaltig produzierbare Biotreibstoffe aus Abfällen [Mio. t/jahr] Nachhaltig produzierbare Biotreibstoffe aus Abfällen [PJ/Jahr] 14 430 2 50 11 320 Total 447 157 27 800 Ca. 8% des globalen Potenzials Netto-Primärproduktion (NPP) von Europa ist 16% des globalen NPP plausibel und eher konservativ! Quelle: Searle & Malins, 2016

Verfügbarkeit von Rohstoffen für moderne Biotreibstoffe in der EU Beimischquote 800 PJ / Jahr 31 Mia. Liter / Jahr 16-17% des Benzin- und Dieselbedarfs der EU

Produktion von Biotreibstoffen Ölpflanze (Palm, Soja, Raps,..) Algen und Wasserpflanzen Lignocellulosepflanze (Holz, Gras, Schilf, Stärkepflanze (Mais, Weizen, Kartoffeln Zuckerpflanze (Zuckerrohr, Zuckerrübe,..) Altöl /-fett Siedlungsabfall Restholz / Altholz Landwirtschaftsabfall Extraktion 1 1 Alkoholsynthese Transestrifizierung Hydrothermale Vergasung 1/2 Hydrierung 1/2 Synthesegas (CO + H 2 O) Vergasung Chemische Synthese (Fischer Tropsch) 2 2 1 Anaerobe Vergärung Hydrolyse Stärke 2 1/2 Destillation Zuckerlösung Vergärung 1 1 Biodiesel FAME Biodiesel HVO Erneuerbarer Diesel (BtL) Biogas Biomethanol Bioethanol Höhere Alkohole 1 etablierter Prozess 2 in Entwicklung Grafik INFRAS auf Basis IPCC 2014 INFRAS Zwischenpräsentation 26. Juni 2017 Hans-Jörg Althaus, Jürg Füssler, Alexander Wunderlich

Produktion aus Altspeiseöl Potenzial EU: 4 Mia l Preis: 150-800 $/Tonne Potenzial EU: 4 Mia l Preis: 150-800 $/Tonne 0.2 1.0 CHF/l FAME oder HVO 0.2 1.0 CHF/l FAME oder HVO Transesterifizierung Prozesskosten: 0.1 0.2 CHF/l Hydrierung Prozesskosten: 0.3 0.4 CHF/l FAME Herstellkosten: 0.3 1.2 CHF/l Trend bis 2030: stabil FAME HVO HVO Herstellkosten: 0.5 1.4 CHF/l Trend bis 2030: stabil

Beschaffungskosten Benzin 2017 (inkl. MinÖSt) Zellulosebasierter Alkohol Produktionskosten "Zellulosebasierter Alkohol" (CHF/l) CHF 1.80 CHF 1.60 CHF 1.40 CHF 1.20 CHF 1.00 CHF 0.80 CHF 0.60 CHF 0.40 CHF 0.20 Prozess Rohstoff CHF 0.00 2015 2020 2025 2030 Ab 2020: MinÖSt: + 0.72 CHF/l CO2-Kompensation: - 0.7 CHF/l Potenzielle Kostenentwicklung durch Skaleneffekte wenn globale Produktion: 2015: 420 Mio. l/jahr 2020: 2.5 Mia. l/jahr 2025: 30 Mia. l/ Jahr 2030: 46 Mia. l/jahr Abschätzung INFRAS, basierend auf Skaleneffekten bei Prozessen und Rohstoffgewinnungsaufwand.

Beschaffungskosten Diesel 2017 (inkl. MinÖSt) Erneuerbarer Diesel (BtL-Verfahren) Produktionskosten "BtL" (CHF/l) CHF 2.00 CHF 1.80 CHF 1.60 CHF 1.40 CHF 1.20 CHF 1.00 CHF 0.80 CHF 0.60 CHF 0.40 CHF 0.20 Prozess CHF 0.00 2015 2020 2025 2030 Ab 2020: MinÖSt: + 0.76 CHF/l CO2-Kompensation: - 0.78 CHF/l Potenzielle Kostenentwicklung durch Skaleneffekte wenn globale Produktion: 2015: 180 Mio. l/jahr 2020: 280 Mio. l/jahr 2025: 5.4 Mia. l/ Jahr 2030: 11 Mia. l/jahr Rohstoff Abschätzung INFRAS, basierend auf Skaleneffekten bei Prozessen und Rohstoffgewinnungsaufwand

2020 2025 2030 2020 2025 2030 2020 2025 2030 2020 2025 2030 2020 2025 2030 2020 2025 2030 2020 2025 2030 2020 2025 2030 2020 2025 2030 Erneuerbarer Diesel (BtL-Verfahren) Preisszenario fossil Preisszenario Biotreibstoff tief - tief Referenz - Referenz hoch - hoch tief - Referenz tief - hoch Referenz - tief Referenz - hoch hoch - tief hoch - Referenz Speiseöl FAME ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## Speiseöl HVO ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## Zellulose-Alkohol ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## BtL Diesel ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## Bio > 0.05 CHF/l günstiger Bio ca. gleich teuer wie fossil Bio > 0.05 CHF/l teurer Unter Berücksichtigung der MinÖSt und MwSt auf fossilen und Biotreibstoffen und der maximal realistischen CO 2 -Kompensationszahlung (300 CHF/t) bei Biotreibstoffen. Abschätzung INFRAS, basierend auf Skaleneffekten bei Prozessen und Rohstoffgewinnungsaufwand

Produktion moderner Biotreibstoffe 2015 Totale Menge 2015: 600 Mio. l/jahr Quelle: IEA 2015

Wenn die globale Produktion bis 2025 gemäss Annahme auf 36 Mia. l / Jahr steigt, und die EU 25% der globalen Produktion 2020 2030 behält Dann könnte die EU 2025 rund 5% und 2030 rund 8.5% ihres Diesel und Benzinbedarfs decken. könnte die EU ihre Beimischziele erreichen und namhafte Mengen in die Schweiz exportieren. Dafür müssten in der EU bis 2030 rund 30 Mia. in Produktionsanlagen für moderne Biotreibstoffe investiert werden. Quelle: Berechnung INFRAS basierend auf ecofys 2016

Biotreibstoff-Industrie Investitionen global Quelle: IEA 2016, Energy Technology Perspectives 2016 das wäre pro Jahr für die EU alleine etwas mehr als die globale Investition der Biotreibstoff-Industrie in 2015!

Fazit 1. Theoretisches Rohstoffpotenzial für 17% «moderne Biotreibstoffe» in Europa. Global noch höher. 2. Herstellungskosten für Zellulosebasierter Ethanol und Fischer- Tropsch Diesel können bis 2020 bzw. 2025 aufgrund von Skaleneffekten so weit sinken, dass die vorgesehenen finanziellen Mechanismen in der Schweiz diese Biotreibstoffe gegenüber fossilen Treibstoffen wirtschaftlich machen. 3. Dazu ist global eine beträchtliche Investition in Produktionsanlagen nötig, die im historischen Vergleich der Investitionen der Biotreibstoff-Industrie aber durchaus realistisch scheint. es braucht die richtigen Rahmenbedingungen für diese Investitionen!

Besten Dank! Dr. Hans-Jörg Althaus Dr. Jürg Füssler Alexander Wunderlich Projektleiter Umwelt und Verkehr Geschäftsleiter Umwelt und Klima Wissenschaftlicher Berater Umwelt und Klima Sennweg 2 CH-3007 Bern 031 370 19 11 Hans-Joerg.Althaus@infras.ch Binzstrasse 23 CH-8045 Zürich 044 205 95 37 Juerg.Fuessler@infras.ch Binzstrasse 23 CH-8045 Zürich 044 205 95 94 alexander.wunderlich@infras.ch

Produktion und Handel von Biotreibstoffen Biotreibstoffe werden hauptsächlich in den Heimmärkten verbraucht!

Verfügbarkeit von Rohstoffen für moderne Biotreibstoffe in der EU Mio. t / Jahr 2015 2020 2030 Quelle: Searle & Malins, 2016

Erhöhung Pönale Kompensation auf 320 Fr./t Annahmen: Maximal 300 Fr./t wird an Projekte ausbezahlt GHG-Einsparung Biotreibstoff Swiss-Finish: 98% GHG-Einsparung Biotreibstoff EU-Finish: 70% Maximaler Ertrag aus Kompensation Inlandproduktion Swiss-Finish Inlandproduktion EU-Finish Import Swiss-Finish Import EU- Finish Biodiesel 0.78 Fṛ /l 0.55 Fṛ /l 0.79 Fr./l 0.79 Fr./l Bioethanol 0.69 Fr./l 0.49 Fṛ /l 0.7Fṛ /l 0.7Fṛ /l Zum Vergleich: Die Mineralölsteuer beträgt derzeit inklusive Zuschlag 0.86 Fr./l für Diesel und 0.73 Fr./l für Benzin. Neuer Mechanismus würde finanzielle Unterstützung der Biotreibstoffe leicht (bis massiv, wenn inkl. Kompensation heute) reduzieren.

Biotreibstoff-Preise (IEA 2011) Quelle: IEA (2011) Technology Roadmap Biofuels for Transport Konventionelle Biofuels: Preise steigen leicht (analog FAO aber ca 0.3$/l höher in 2015) Advanced biofuels (BtL): -1% / Jahr bis 2040 Für 2015 prognostizierter Preis BtL Biodiesel wie konventionelles Biodiesel Erhobener Durchschnittspreis 2015 für BtL: 2$/l (IEA 2016)