Biokraftstoffe - aktueller Stand und Entwicklungsperspektiven

Franziska Müller-Langer, Karin Naumann

Enertec |Forum Bioenergie, Forum enertec dezentral | Leipzig 30.01.2013

Agenda

2

1. Einleitung

2. Biokraftstoffoptionen

3. Rahmenbedingungen

(EU und DE, Perspektiven)

4. Zusammenfassung

Einleitung

Biomasse im Energiesystem

Quelle: nova (2012) / eigene Darstellung 3

Verwendung

weltweiter

Agrarprodukte

2008: 10 Mrd. t

Einleitung

Biokraftstoffe – Entwicklung bis heute

4

0

100

200

300

400

500

600

2006 2009 2010 2011

Eth

an

ol R

oh

sto

ffe

glo

ba

l in

Mio

. t/

a

Andere

Körner

Zuckerrohr

24,6

39,1

57,7

66,0

-

10

20

30

40

50

60

70

80

2005 2007 2009 2011

Eth

an

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tio

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lob

al in

Mio

. t/

a

Andere

Kanada

China

Europa

Brasilien

USA

Quelle: DBFZ 2012, Monitoring Biokraftstoffsektor, http://www.dbfz.de/web/fileadmin/user_upload/DBFZ_Reports/Report_11_FINAL.pdf

Einleitung

Biokraftstoffe– Entwicklung bis heute

5

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

2006 2009 2010 2011

Bio

die

se

l R

oh

sto

ffe

glo

ba

l in

Mio

. t/

a

sonstige

Altfette

Palmöl

Sojaöl

Rapsöl

Quelle: DBFZ 2012, Monitoring Biokraftstoffsektor, http://www.dbfz.de/web/fileadmin/user_upload/DBFZ_Reports/Report_11_FINAL.pdf

3,4

9,3

15,6

17,3

-

5

10

15

20

2005 2007 2009 2011

Bio

die

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glo

ba

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Mio

. t/

a

Frankreich

USA

Argentinien

Brasilien

Deutschland

Andere

Einleitung

Biokraftstoffe – Zukünftige Perspektive

6 Based on IEA 2011 (Blue Map Scenario), DBFZ 2010, IEA 2012

35

30

25

20

15

10

5

0

EJ

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Biomethan (Mais/ Holz von KUPa)

BTL/FT (Holz von KUPa)

HVO/HEFA

Biodiesel

Ethanol (Lignocellulose)

Ethanol (Zuckerrohr)

Ethanol (Mais/ Zuckerrübe)Max. biofuel

potential: 6,5 EJ

Bio

fuel

s fo

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ansp

ort

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ergy

dem

and

wo

rld

wid

e in

EJ/

yr

Technical raw material potential (est.): 100 to 300 EJ

35

30

25

20

15

10

5

0

Biomethane (maize, wood)

BTL / FT (wood)

HVO / HEFA

Biodiesel

Bioethanol (lignocellulose)

Bioethanol (sugar cane)

Bioethanol (corn / cereals, sugar beet)

2010 2020 2030 2040 2050

Total transport energy demand 2009: 93 EJ/yr 2050: 116 EJ/yr

Einleitung

Herausforderungen | Nachhaltigkeit

7

UMWELT

GESELLSCHAFT / SOZIALESWIRTSCHAFT

Kosteneffizienz

Technikeffizienz /-kompatibilität

Versorgungssicherheit

Umwelt- und Klimaschutz

Wertschöpfung

Biokraftstoffoptionen im Überblick

8

© DBFZ, 2012

Energie-

wandlung/

Verbrennung

Verbrennungs-

motorenHybridantriebeTurbinen

Distribution

Lagerung DistributionAbgabe an

Endnutzer

Biomasse-

bereitstellung

(Logistik)

Landnutzung /

Biomasse-

produktion

Biomasse-

konversion

Biomethan / Bio-SNG

BTL (FT, DME, Methanol)

Wasser-stoff

Physikalisch-chem. Konversion

Pressung /

Extraktion

Ver-/

Umesterung

Biodiesel (FAME)

Pflanzenöl (VO)

Hydr. Pflanzenöl (HVO/HEFA)

TransportAufbereitung Umschlag LagerungErnte / Verfüg-

barmachung

Stärkehaltige

Biomasse(z.B. Mais, Getreide)

Zuckerhaltige

Biomasse(z.B. Rohr, Rübe)

Ölhaltige

Biomasse(z.B. Raps, Soja,

Ölpalme, Jatropha)

Holzartige

Biomasse(z.B. Restholz,

Weide, Pappel)

Halmgutartige

Biomasse(z.B. Miscanthus,

Stroh, Gras)

Reststoffe /

Abfallbiomasse(z.B. Exkremente,

Bioabfall)

Hydroth. Produkte

Aquatische

Biomasse(z.B. Mikroalgen)

Thermo-chem. Konversion

VergasungTorrefizierung

Pyrolyse

Hydrothermale

Prozesse

Biochem. Konversion

Alkohol.

Vergärung

Anaerobe

Vergärung

Biogas / Biomethan

Bioethanol

/ Alkohole

Einleitung

Herausforderungen | Nutzungskonkurrenzen

9

Landnutzung (Fläche) / Biomasseproduktion/-anfall Land

Stärke-haltige

Biomasse

Zucker-haltige

Biomasse

Holzartige Biomasse

Halmgut-artige

Biomasse

Reststoffe / Abfall-

biomasse

Aquatische Biomasse

Ölhaltige Biomasse

Biomassenutzung(Konversion zu Energieträger oder Produkt)

Energetisch

StromWärme/

KälteKraftstoff

(Mobilität)

Stofflich

Produkt A Produkt B Produkt C

Biowasser-stoff

BTL (FT, DME)

BiomethanBiodiesel

(FAME)

Hyd. Öle/Fette (HVO/ HEFA)

BioethanolStrom

BioenergieträgernutzungStraßen-verkehr

Luft-verkehr

Schienen-verkehr

Schiffs-verkehr

Einfluss-größen (u.a. politischer Rahmen, Förder-instrumente, Erträge / Effizienzen, Nachfrage / Markt-entwicklung)

Biokraftstoffoptionen

Stand der Technik

10

Grundlagenforschung Angewandte ForschungIntegration und Demonstration

Markteintritt / Kommer-zielle Verfügbarkeit

Labor-/ Technikums-versuche; Grundlagen ermittelt, Unsicherheiten identifiziert

Pilottests, Verständnis für Unsicherheiten der Teiltechnologien, Anbieter für neue / nichtkommer-zielle Technologien identifiziert

Demonstration integrierter Gesamtprozess; Produktion für Tests

Kommerzielle / industrielle Anlage installiert und in Betrieb genommen; Optionen für weitere Kostenreduktion identifiziert

Technologie-entwicklung

Erzeugung Biokraftstoffe

Typische Realisierungs-zeiträume

5 bis 15 Jahre

3 bis 8 Jahre

1 bis 4 Jahre

0 bis 2 Jahre

Biodiesel/Bioethanol/BTL: Laborversuche mit Algen als Rohstoffbasis

Bioethanol: Laboranlagen für Synthesegasfermen-tation (USA) sowie Vergasung und Ethanol-synthese (ES, USA) aus Lignocellulosebiomasse

Biobutanol: Laboranlage in USA

Bioethanol: Pilotanlage Fermentation auf Stroh-basis in Straubing/DE im Bau; Pilotanlage auf Holz-basis in Örnsköldsvik/S

BTL/DME: Inbetriebnahme Pilotanlage in Piteå/SE, schrittweise Umsetzung der Pilotanlage auf Strohbasis am KIT in Karlsruhe/DE

BTL/FT: einige in USA, Varkaus/FI, Güssing/A

Biodiesel, HVO/HEFA: erste Tests mit alternativen Pflanzenölen (z.B. Jatropha, Camelina)

Bioethanol: Demoanlage Fermentation auf Strohbasis in Kalundborg/DK

BTL/FT-Kraftstoffe: Inbetriebnahme Demoanlage in Freiberg/DE (Insolvent)

Biodiesel: Stand der Technik für konventionelle Pflanzenöle (z.B. Raps, Palm, Soja) und tierische Fette

HVO/HEFA: Erste Anlagen in Porvoo/FL, Singapur und Rotterdam/NL

Bioethanol: Fermentation, Stand der Technik für zucker- und stärkehaltige Rohstoffe (z.B. Zuckerrübe/-rohr, Getreide)

Flüssige Biokraftstoffe(Beispiele)

Biomethan/Biowasserstoff: Laborversuche mit Algen als Rohstoffbasis bzw. Algen als Erzeuger

Biowasserstoff: via Biomassevergasung: z.B. Pilotanlage bei ZSW in Stuttgart/DE sowie via hydrothermaler Biomassekonversion: z.B. KIT in Karlsruhe/DE

Biomethan via Bio-SNG: Demoanlage in Güssing/A

Biomethan via Biogas: Stand der Technik

Biomethan via Bio-SNG: Anlagen im Bau, z.B. Göteborg/S

Gasförmige Biokraftstoffe(Beispiele)

Rahmenbedingungen

Übersicht

11

Weltweit

EU

DE

Kyoto

ProtokollWTO-Regelungen

UmweltpolitikEnergiepolitik AgrarpolitikWirtschafts-

politik

2009/28/EG

(RED)

2003/96/EG

(ETD)

2009/30/EG

(FQD)EU ETS

Biokraft-

NachVEnergieStG

§37 BImSchG/

BiokraftQuG/36.BImSchV

EG 1907/2006

(REACH)

NAP II

GAP / ELER

© D

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An

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WTO – World Trade Organisation | 2009/30/EG (bzw. 98/70/EG) – FQD Fuel Quality Directive (Kraftstoffqualitätsrichtlinie) >> §37 BImSchG – Bundes-

Immissionsschutzgesetz - Mindestanteil von Biokraftstoffen an der Gesamtmenge des in Verkehr gebrachten Kraftstoffs; Treibhausgasminderung,

BiokraftQuG – Biokraftstoffquotengesetz Artikelgesetz zur Einführung einer Biokraftstoffquote durch Änderung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes und

zur Änderung energie- und stromsteuerrechtlicher Vorschriften, 36. BImSchV - Verordnung zur Durchführung des BImSchG (Verordnung zur Durchführung

der Regelungen der Biokraftstoffquote) | 2009/28/EG – RED Renewable Energy Directive (Erneuerbare-Energien-Richtlinie) | IEKP - Integriertes Energie-

und Klimaprogramm | 2003/96/EG – ETD Energy Tax Directive (Energiesteuerrichtlinie) >> EnergieStG - Energiesteuergesetz | ETS Emission Trading

System (Emissionshandelssystem) >> NAP II – Nationaler Allokationsplan II | EG 1907/2006 – REACH Registration, Evaluation, Authorisation and

Restriction of Chemicals (Chemikalienverordnung) | GAP – Gemeinsame Agrarpolitik | ELER - Förderung der Entwicklung des ländlichen Raums

IEKP

Rahmenbedingungen

Änderungsvorschlag für RED und FQD

12 12

Mindestens 5%

Biokraftstoffe aus

Abfall- und Reststoffen

sowie sonstigen EE

10% EE in 2020

Maximal 5%

Biokraftstoffe aus

Nahrungsmittelrohstoffen

Biokraftstoffe

4facher Wertigkeit

Non-Bio-Kraftstoffe,

4fache Wertigkeit

EE-Strom,

2,5fache Wertigkeit

Biokraftstoffe

2facher Wertigkeit

Biodiesel/

Pflanzenöl/HVO

Bioethanol

Quelle: DBFZ 2012 für UFOP

Rahmenbedingungen

Änderungsvorschlag für RED und FQD

13 Quelle: DBFZ 2012 für UFOP

Status Quo Änderungsentwurf von 10/2012

Anrechnungen

auf Biokraft-

stoffquote

2fache Anrechnung für

Biokraftstoffe aus: Abfällen

und Reststoffen sowie

Lignocellulose

2fache Anrechnung für Biokraftstoffe aus: Altspeiseöl, tierische Fette der Kat. 1/2,

cellulosehaltiges non-food-Material, lignocellulosehaltiges Material mit Ausnahme

Säge- und Furnierrundholz

4fache Anrechnung für Biokraftstoffe aus: genauer Algen, Biomasse-anteil

gemischter Siedlungsabfälle, Industrieabfällen, Stroh, Tierdung und Klärschlamm,

Freie Fettsäuren aus Herstellung Palmöl (POME) u. Empty Fruit Bunches (EFB),

Tallölpech, Rohglyzerin, Bagasse, Trauben-trester, Weintrub, Nussschalen, Hülsen,

Maiskolben, Rinde, Zweige, Blätter, Sägemehl und Sägespäne sowie erneuerbaren

Energieträgern nicht-biologischen Ursprungs (Ausnahme EE-Strom)

Berücksich-

tigung

LUC/iLUC

Berücksichtigung LUC für

Biomasse von Flächen, die vor

2008 eine andere Nutzung

hatten

Bonus von 29 g CO2eq/MJ für

Biomasseanbau auf

degradierten Flächen

Berücksichtigung von iLUC

gefordert

Weiterhin Berücksichtigung von LUC-Effekten zum bestehenden Stichtag

Zukünftig Berichterstattung der Mitgliedsstaaten, dabei Berücksichtigung von iLUC-

Faktoren für Biokraftstoffe aus konventionellen Rohstoffe entsprechend Gruppe:

Stärkehaltige: 12 CO2eq/MJ

Zuckerhaltige: 13 CO2eq/MJ

Ölhaltige: 55 CO2eq/MJ

Bonus für Anbau auf degradierten Flächen entfällt

Bericht der Kommission vor 31. Dezember 2017 zur Wirksamkeit (Anreiz Non-Food-

Biokraftstoffe) inkl. ggf. Legislativvorschlag hinsichtlich iLUC-Faktoren ab 2021

Anlagen-

regelung

THG-Minderung von 35%, 50%

ab 2017 und 60% ab 2018 für

Neuanlagen

für Biokraftstoffe aus Anlagen, die nach 01.07.2014 in Betrieb gegangen sind, ist

eine Treibhausgasminderung von 60% erforderlich (ansonsten Bestandsschutz,

d. h. 35% derzeit bzw. 50% ab 2017)

Rahmenbedingungen

Änderungsvorschlag für RED und FQD

14 Quelle: DBFZ 2012 auf Basis USDA und F.O. Lichts

19

9

162

94

116

908

301

454

- 250 500 750 1.000

- 5 10 15 20

Rohstoff

Kapazität

Produktion

Verbrauch

Rohstoff

Kapazität

Produktion

Verbrauch

Bio

eth

an

ol (E

U)

Bio

die

se

l (E

U)

Biokraftstoffmenge (2011) in PJ/a

Rohstoffmenge (2011) in Mio. t/a

Rapsöl

Sojaöl

Palmöl

Altspeiseöl

Tier. Fette

Andere

Weizen

Roggen

Gerste

Mais

Zuckerrübe

Total

Deutschland

Frankreich

Italien

Spanien

Andere

5% (ca. 640 PJ) am Endenergieverbrauch

der EU im Transportsektor

Rahmenbedingungen

Systemwechsel bei Biokraftstoffquote in DE

15 Quelle: DBFZ 2012 auf Basis USDA und F.O. Lichts

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021

THG-Quote

energetisch

Kraftstoffbedarf nach Leitstudie BMU 2011

60% THG-Vermeidung ab 2018 für alle Biokraftstoffe

100

200

300

0

Bio

kra

ftsto

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en

ge

ab

so

lut

in P

J/a

energetische Quote

THG-Quote

Biokraftstoffmenge:

nach Mindestanforderung

Biokraftstoffmix 2011

80% THG-Minderung

Biokraftstoffquote:

Biokraft-NachV: 35% THG-Minderung 50% 60% bei Neuanlagen

Vo

rga

be

Bio

kra

ftsto

ffq

uo

te

Benötigte Biokraftstoffmenge sinkt

durch den Einsatz von z.B. Reststoffen

(mit z.B. 80% THG-Minderung)

Benötigte Biokraftstoff-

menge beim Einsatz von

Biokraftstoffen mit nur

35% THG-Minderung

Biokraftstoffmenge

beim Einsatz von

Biokraftstoffen mit

durchschnittlich 45%

THG-Minderung

Erhöhung des THG-Einsparziels durch Quote

führt in Abhängigkeit der THG-Minderung zu

unterschiedlich hohen Mengenbedarfen

Mögliche

Bandbreite

Rahmenbedingungen

Biokraftstoffbedarf (DE/EU)

16

0 250 500 750 1.000 1.250 1.500

Quote 2011

Quote 2020

10% EE 2020

Produktionskapazität

Produktion

Verbrauch

10% EE 2020

Produktionskapazität

Produktion

Verbrauch

Bed

arf

DE

An

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n-

bes

tan

d D

E(2

01

1)

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Be-

dar

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An

lage

n-

bes

tan

d E

U(2

01

1)

Menge Biokraftstoffe in PJ/a

Gesamt

Biodiesel

Bioethanol

HVO/HEFA

Biomethan

Quelle: DBFZ 2012 auf Basis BAFA, BMU, VDB, BDBe, dena, Deutscher Bundestag, F.O.Licht, EBB, IEA, NesteOil

Zusammenfassung

17

Steigender Bedarf an Biokraftstoffen weltweit konventionelle Biokraftstoffe

weiterhin unabdingbar

Biokraftstoffe jeweils mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen

Perspektiven nach Änderungsentwurf für Rahmenbedingungen bis 2020

• Biodiesel bzw. HVO/HEFA aus Altspeiseöl und tierischen Fetten sowie

Bioethanol aus geeigneten Industrieabfällen bzw. Stroh

• Biomethan via Biogas aus verschiedenen Fraktionen Flaschenhals

Ausbau Infrastruktur und Fahrzeuge

• Zahlreiche Konversionsoptionen (insbes. synthetische Kraftstoffe) sind

erst nach 2020 marktverfügbar

Ausführliche Informationen

18

Zur Entwicklung des Biokraftstoffsektors finden Sie unter

http://www.dbfz.de/web/fileadmin/user_upload/DBFZ_Reports/Report_11_FIN

AL.pdf

DBFZ Deutsches

Biomasseforschungszentrum

gemeinnützige GmbH

Torgauer Straße 116

D-04347 Leipzig

Tel.: +49 (0)341 2434 – 112

E-Mail: info@dbfz.de

www.dbfz.de

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Ansprechpartner

Dr.-Ing. Franziska Müller-Langer

Bereich Bioraffinerien

+49 (0)341 2434 – 423

franziska.mueller-langer@dbfz.de