Deutsches BiomasseForschungsZentrum gemeinnützige GmbH, Torgauer Str. 116, D-04347 Leipzig, www.dbfz.de

Deutsches BiomasseForschungsZentrumGerman Biomass Research Centre

Wie verändert die Energieversorgung der Zukunft die Landnutzung?

Daniela Thrän, Jens Ponitka

Dresden, 06. November 2009

2

Inhalt

1. Hintergrund -

Stand und Ziele der Bioenergienutzung

2. Anforderungen an die Energieversorgung der Zukunft

•

Effiziente Nutzung•

Integrierte Konzepte

•

Neue Technologien•

Zielvorgaben

3. Auswirkungen auf die Landnutzung •

Nachhaltigkeit

•

Risiken•

Chancen

4. Schlussfolgerungen

3

Bioenergie ist das Rückgrat der erneuerbaren Energien

85% der erneuerbaren Energie basieren auf Biomasse

Hauptsächlich Wärme-

und Stromproduktion (90%)

Energiepflanzenanbau noch gering (30 Mio. ha in 2008)

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

World BR SE AT EU US F DEshar

e of

RE

on p

rim

ary

ener

gy d

eman

d 20

06

Geothermal energyWind / Solar / PVHydropowerBiomass

Sour

ces:

IEA

(200

8), B

MU

(200

8), E

IA (2

008)

, E

uros

tat(

2008

)

1. Hintergrund – Stand und Ziele - Rolle der Bioenergie -

4

1. Hintergrund – Stand und Ziele - Biomassennutzung in Deutschland -

In Deutschland wird gut die Hälfte des Potenzials genutzt (gleiches gilt für Europa)

0 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600[PJ/a]

GegenwärtigerBrennstoffeinsatz

InländischesBrennstoffpotenzial

Inland Importe

Wärme

Wald(rest)holzIndustrie-rest-/Alt-

holzStrohSubs-

trateEnergiepflanzen (min/max)

Brennstoffpotenzial und Brennstoffnutzung DE 2007/2008 in PJ/a

0 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600[PJ/a]

GegenwärtigerBrennstoffeinsatz

Inland

Wärme BiokraftstoffeStrom(H)KW Biogas/Pöl.

Wald(rest)holzIndustrie-rest-/Alt-

holzStrohSubs-

trateEnergiepflanzen (min/max)

Brennstoffherkunft

DB

FZ 2

009

5

1. Hintergrund – Stand und Ziele - Entwicklung Stromerzeugung Deutschland -

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009*

Anl

agen

best

and

[-]

0

200

400

600

800

1000

1200

Inst

allie

rte

elek

tris

che

Leis

tung

[MW

el]

Anlagenbestand > 5 MWelAnlagenbestand 0,5 - 5 MWelAnlagenbestand ≤ 0,5 MWelInstallierte Leistung [MWel]

Quelle: DBFZ, Stand September 2009; *

= Prognose

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009*

Anl

agen

zahl

[-]

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Inst

allie

rte

elek

tris

che

Leis

tung

[M

Wel

]

Größer 500 kWel

Größer 70 bis 500 kWel

Bis 70 kWel

install. el.Leistung [MWel]

BiogasanlagenBiomasse(heiz)kraftwerke

Weiterer Anlagenausbau durch Anreize (kleinere Biogasanlagen, Nutzung von Reststoffen wie Stroh und Landschaftspflegeholz) im EEG (2009). Anlagenbestand von Pflanzenöl-BHKW

ist seit 2007 rückläufig. Ölpreis und

Agrarpreise sind von entscheidender Bedeutung.

6

1. Hintergrund – Stand und Ziele - Anbauflächen Deutschland -

Weiterhin Steigende Tendenz des Anbaus nachwachsender Rohstoffe für die energetische Nutzung. Deutschlandweit könnte sich langfristig die Fläche für die Bioenergiebereitstellung mehr als Verdoppeln, auch vor dem

Hintergrund von Produktivitätssteigerung, Agrarmarktordnungen und sinkender Nahrungsmittelnachfrage (u.a. Bevölkerungsrückgang in Sachsen).

Quelle: FNR (2009), Oehme

(2008), Stat. Landesamt Sachsen (2008)

7

1. Hintergrund – Stand und Ziele - Situation Sachsen -

Quelle: Grunert/LfULG

(2009); SMUL (2009); Biogas-Fachgespräch, Hr. Kübler (11/2009)

Verstärkter Anteil des in Sachsen aus erneuerbaren Energien erzeugten Stroms am Stromverbrauch von 3,3% (1999) auf 13,9% (2007). Ebenfalls deutlicher Trend der Zunahme der Anbauflächen für nachwachsende Rohstoffe (2007: ca. 125.000 ha von 1 Mio. ha LF). Anfang 2009 waren in Sachsen ~

120 Biogasanlagen in Betrieb, aktuell 162 Anlagen (56,5 MW).

Zur Aufbereitung und Einspeisung von Biomethan in Deutschland sind ~20 Anlagen in Betrieb. In Sachsen ist

1 Anlage

(5 MW) in Bau

und 6 weitere

Anlagen sind

in Planung.

Anbauflächen nachwachsender Rohstoffe

8

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Anb

au in

ha

1. Hintergrund – Stand und Ziele - Rapsanbau Sachsen -

Datenquelle: Statistisches Landesamt Sachsen (2009)

Trend?

Raps wurde in der Vergangenheit zunehmend (Nahrungsmittelindustrie, stoffliche+energetische

Nutzung) angebaut (2008: ~

130.000 ha).

Die zukünftige Entwicklung ist jedoch schwer abzuschätzen (Komplexe Rahmenbedingungen für Biokraftstoffe).

9

1. Hintergrund – Stand und Ziele - Biokraftstoffe -

Biodiesel (2009)

Ölsaatenverarbeitung

Bioethanol (2009)

Quelle: DBFZ-Projekt

„Monitoring

Biokraftstoffsektor“

2009, SMUL (2007)

•

wenige und verhältnismäßig kleine Anlagen zur Biokraftstoffproduktion

•

Ölmühle Riesa mit 350.000 t/a Produktionskapazität, Zukunft dezentraler Ölmühlen ungewiss

•

Choren Industries GmbH/Freiberg: Pilotanlage für Biokraftstoffe der 2. Generation

10

2. Energieversorgung der Zukunft - Effiziente Nutzung -

Quelle: BMU (2008, 2009)

Nach der Leitstudie (2008) wird in den kommenden Jahren eine Verringerung des Primärenergiebedarfs erwartet. Wesentlich wird das Ziel erreicht durch höhere Primärenergieproduktivität, Ausbau KWK und Effizienzsteigerung im Strombereich.

11

2. Energieversorgung der Zukunft - Integrierte Konzepte: Dezentralität -

stark steigende Energienachfrage stark steigende

EnergienachfrageEndlichkeit

fossiler Energieträger

Endlichkeit fossiler

EnergieträgerVersorgungs-

sicherheit Versorgungs-

sicherheit KlimaschutzKlimaschutz

Erneuerbare Energien(Nutzung vor Ort, kurze Transport- und Übertragungswege, lokale Versorgung,

Erwerbsquellen)

Erneuerbare Energien(Nutzung vor Ort, kurze Transport- und Übertragungswege, lokale Versorgung,

Erwerbsquellen)

Effizienz (KWK)

Effizienz (KWK)

Dezentrale Energieversorgung gewinnt global an Bedeutung:

Trends?

Schlüsseltechnologien und Märkte?

Steuerung?

12

2. Energieversorgung der Zukunft - Integrierte Konzepte: Biomethan + Bio-SNG -

Quelle: DBFZ, 2008 (Fotos: IE/DBFZ, REPOTEC)

Biogas und Bio-SNG

sind zwei Optionen der Bereitstellung von Biomethan (Einspeisung, „Mikro-Gasnetze“, mobile Anwendungen). Die Konzepte ergänzen sich aufgrund unterschiedlicher Rohstoffbasis und Anlagengrößen. Standortangepasste, integrierte Konzepte ermöglichen hohe Nutzungsgrade durch Kraft-Wärme-Kopplung und Polygeneration. Hocheffiziente Anwendungen zur Strom/Wärme-, Biomethan-

und

Biokraftstofferzeugung sind dann möglich.

13

heutezukünftig

2. Energieversorgung der Zukunft - Neue Technologien -

Heutige Technologien sind jung und teilweise unreif. Technologiefortschritte (u.a. Energiepflanzenzüchtung, Biogasgewinnung) werden erwartet. Die gezielte Aufbereitung und Verwertung der Nebenprodukte und Rückstände bietet Kosten-

und Umweltvorteile. Zukunftstechnologien basieren vielfach

auf holzartigen Biomassen und sind nennenswert erst nach 2020 verfügbar. Quelle: DBFZ

14

2. Energieversorgung der Zukunft - Rohstoffbedarf aus der Landschaft -

Biogas Nutzung von Lignozellulose

VorteilLandwirtschaftsnahe Produktion (dezentral)Nährstoffkreisläufe

VorteilLager-

und Transportfähigkeit

Dezentrale Distribution (Biomassehöfe)Große Produktpalette

RohstoffeAnnuelle

Energiepflanzen

Grasschnitt

RohstoffeHolzStroh

Fotos: www.agrowood.de

15

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Holznutzung Aufkommen

2020

Hol

znut

zung

/-auf

kom

men

[PJ/

a]

Waldholz Rinde Sägenebenprodukte Altholzsonst. Holz LP-Holz Deckungslücke stofflichScheitholzfeuerungen Pelletfeuerungen Hackschnitzelfeuerungen (Heiz-)KraftwerkeKraftstoffe

2. Energieversorgung der Zukunft - Konkurrenzen um Holz -

Die zunehmende Holznachfrage im Energiebereich wirkt auch auf die Angebotssituation für die stoffliche Holznutzung; der Ölpreis ist von entscheidender Bedeutung. Künftige Engpässe könnten u.a. durch den gezielten Anbau von holzartigen Biomassen entschärft werden.

Quelle: Projekt „Nutzungskonkurrenzen“

(2007 –

2010), gefördert vom

16

Die Nutzung von Bioenergie verfolgt unterschiedliche Ziele:

Klima-

und Ressourcenschutz (IEKP)

Versorgungssicherheit

Biodiversität, Lokaler Umweltschutz

Armutsbekämpfung

Entwicklung ländlicher Räume

Exportinteressen (Rohstoffe / Technologien)

2. Energieversorgung der Zukunft - Zielvorgaben der Bioenergie -

Aus den Zielen ergeben sich Zielkonflikte für den Ausbau:Energieformen

Technologien

Rohstoffe

Vor allem Biotreibstoffe, da keine Technologie-

und Rohstoffalternativen verfügbar,

stellen weltweit einen neuen Rohstoff-Faktor dar und nur in

ausgewählten Ländern einen Meilenstein für den Klimaschutz. Kraftstoffziele beeinflussen die Landnutzung umfassend (ambitionierte Ziele, sensible

Rohstoffbasis, Nutzbarkeit globaler Infrastrukturen für den Handel)

17

3. Auswirkung auf die Landnutzung - Ansatzpunkte nachhaltiger

Bioenergienutzung -

Biomasseanbau

Biomasse Ebene 2

Forderung nach Energieeffizienz-

Landnutzung

Biomassekonversion

Fläche

Bioenergie

Bioenergie-träger

Ebene 1

Ebene 3

Ebene 4

Etablierung geeigneter Landnutzungspolitiken

Anforderungen an die Anbau-bedingungen für Energiepflanzen

Qualitätsstandards für Energie-träger und Konversion

Nutzung von Bioenergie

Ackerfläche vs. Indigene Wälder

Nahrungsmittel vs. stoffl. Nutzung vs. Bioenergie

Wärme vs. Strom vs. Kraftstoff

Fossile Energien vs. Erneuerbare Energien vs. Effizienz

Biomasseanbau

Biomasse Ebene 2

Forderung nach Energieeffizienz-

Landnutzung

Biomassekonversion

Fläche

Bioenergie

Bioenergie-träger

Ebene 1

Ebene 3

Ebene 4

Etablierung geeigneter Landnutzungspolitiken

Anforderungen an die Anbau-bedingungen für Energiepflanzen

Qualitätsstandards für Energie-träger und Konversion

Nutzung von Bioenergie

Ackerfläche vs. Indigene Wälder

Nahrungsmittel vs. stoffl. Nutzung vs. Bioenergie

Wärme vs. Strom vs. Kraftstoff

Fossile Energien vs. Erneuerbare Energien vs. Effizienz

Entlang der gesamten Bioenergieproduktionskette müssen geeignete Anforderungen und Standards für eine nachhaltige Produktion entwickelt und implementiert werden. Umwelt und soziale Aspekte spielen eine wesentliche Rolle.

18

3. Auswirkung auf die Landnutzung - Landnutzung Sachsen -

Die Welt ist bunt: Biotoptypen und Landnutzung

Quelle: SMUL (2008)

Trends in Sachsen:Bioenergie

Zunahme der Anbauflächen für nachwachsende Rohstoffe (2007: 125.000 ha)

Andere Treiber

Abnahme Landwirtschaftsfläche

Zunahme der Siedlungs-

und Verkehrsfläche (2008: 6,9 ha/d)

Zunahme der Waldfläche seit 1997

Mit welchen Änderungen ist zukünftig zu rechnen?

19

3. Auswirkung auf die Landnutzung - Biokraftstoffe -

Quelle: DBFZ-Projekt

„Monitoring

Biokraftstoffsektor“

2009, SMUL (2007)

Aussichten für BiokraftstoffeDeutliche Zuwächse deutschlandweit bei der Produktion von Biodiesel

(Verdoppelung zwischen 2005 und 2008) und Bioethanol (mehr als Verdreifachung zw. 2005 und 2008), bei geringer Auslastung der Produktionskapazitäten. Seit 2008 Einbruch der Nutzung von Pflanzenöl als Reinkraftstoff (höhere Besteuerung und hohe Weltmarktpreise)

Rahmenbedingungen:•

Biokraftstoffquotengesetz (2006): 8% in 2015, Steuerentlastung

•

IEKP (THG-Minderung, nachhaltige Bewirtschaftung)•

Biomasseaktionsplan (2009): Biokraftstoffanteil 2020 soll am

Gesamtkraftstoffverbrauch eine Netto-THG-Minderung

von 7

% (12% Biokraftstoffanteil); Förderung von Biomethan und hydrierten Pflanzenölen als Kraftstoff; Förderung nur, wenn THG-Minderung

von 35% (50% ab 2017)

gegenüber fossilen Kraftstoffen erreicht wird•

Änderung der Biokraftstoffquoten (6,25% ab 2010)

Unklare zukünftige Entwicklung (Produktion, Importe) durch volatile Preise für Agrarrohstoffe und Produktpreise und unsichere Rahmenbedingungen

20

3. Auswirkung auf die Landnutzung - mögliche Risiken -

International: Abholzung tropischer Regenwälder, Palmöl (Malaysia), Zuckerrohr (Brasilien), Biokraftstoffimporte: Umwelt-

und Sozialstandards!

Zunahme der Flächen für den Energiepflanzenanbau:

Trockenlegung von Mooren (CO2

), Grünlandumbruch (aber: Grünlanderhaltungsgebot, Umbruchsbeschränkungen)

Nutzungsdruck auf Naturschutzflächen (Agrarumweltmaßnahmen)

Verengung der Fruchtfolgen (Mais, Raps) mit Verlust an Kulturartenvielfalt

Änderung Fruchtartenspektren (Marktsituation, Klimawandel)

Änderung des Anbaus und der Bestandesführung (Intensivierung vs. Ökologisierung)

Akzeptanzprobleme

Landschaftsbild (Sichtachsen, Bioenergie-Anlagen)

Foto: Ponitka

21

3. Auswirkung auf die Landnutzung - Chancen -

Vielgestaltige Energiefruchtfolgen zur Bereitstellung von Biogasrohstoffen

Pflanzenzüchtung, Ertragssteigerung

Kurzumtriebsplantagen, Agro-Forstsysteme, Alley-Cropping(lignozellulosehaltige

Rohstoffe)

Abfall-

und Reststoffnutzung (Stroh)

Quelle: Röhricht (2009), SMUL (2006)KUP

22

Bioenergie wird bereits vielfältig genutzt und dynamisch ausgebaut

Teilweise vollzieht sich der Ausbau aufgrund von Marktbedingungen (z.B. Wärme / Zugang zu Energie in Schwellenländern)

Künftig kann der Anbau von Biogassubstraten und Kurzumtriebsholz die Landschaft prägen (und bereichern) –

Raps gewinnt eher im Nahrungs-

mittelbereich

an Bedeutung

ABER: Komplexes Gesamtsystem mit vielen Akteuren und Schnittstellen (Landwirtschaft, Abfallwirtschaft, Energiewirtschaft etc.) bedarf geeigneter Gestaltung:•

Umfassende Erschließung verfügbarer Roh-

und Reststoffe

•

Qualitätsanforderungen entlang der gesamten Kette (v.a. Ressourcennutzung und Klimagasemissionen)

•

Fortschreitende Bioenergiestrategie•

Enge Verzahnung mit agrarpolitischen Instrumenten (v.a. Synergien mit der Nahrungsmittelproduktion, Nachhaltigkeitsforderungen für die gesamte landwirtschaftliche Produktion)

Mit der EU Direktive für EE wurde ein wichtiger Grundstein für die nach- haltige

Bioenergienutzung gelegt weitere Steuerung ist notwendig

4. Schlussfolgerungen

23

Deutsches BiomasseForschungsZentrumgemeinnützige GmbH

Torgauer

Straße 11604347 LeipzigGermany

Ansprechpartner:Dr.-Ing. Daniela ThränDaniela.Thraen@dbfz.deTel. +49(0)341 -

2434 -

435

Fax +49(0)341 -

2434 -

133www.dbfz.de

Vielen Dank fVielen Dank füür Ihre Aufmerksamkeitr Ihre Aufmerksamkeit