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deNachhaltige Biomasse
© Öko-Institut 2004
Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse
Überblick zum Projekt und wesentlichen Ergebnissen
Uwe R. Fritsche
Koordinator Bereich Energie & Klimaschutz
Öko-Institut, Büro Darmstadt
Beitrag zur BMU-Fachtagung „Ausbau der Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland – ökologisch und ökonomisch optimiert bis 2010, 2020, 2050“
am 12. Mai 2004 in Berlin
Institut für Energetik und Umwelt gGmbH, Leipzig
Institut für Energie- und Umweltforschung GmbH,Heidelberg
Institut für ZukunftsEnergieSysteme, Saarbrücken
TU München - Weihenstephan, Lehrstuhl für Wirtschaftslehre des Landbaus
Fraunhofer Institut UMSICHT, Oberhausen
TU Braunschweig – Institut für Geoökologie/Abt. Umweltsystemanalyse
sowie Fichtner (Kurzgutachten), TU Berlin (BMU-Auftrag) + Experten-WS
Nachhaltige Biomasse
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de
Projektträger FZ Jülich
gefördert vom im Rahmen des betreut von
ForschungspartnerForschungspartner
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deNachhaltige Biomasse
© Öko-Institut 2004
Drei Fragen zur Biomasse:
• Wie sinnvoll nutzbar (Technologien) ?
• Wie viel wann mit welcher Wirkung nutzbar (Szenarien) ?
• Wie umsetzen (Politik) ?
Projekt gibt Antworten für Deutschland…
ÜberblickÜberblick
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EnergiewirtschaftEnergiewirtschaftEnergiewirtschaft
Lebensmittel-industrie
Holz-, Papier-Pappe-,Möbel-
Industrie
Forstwirtschaft
biogene Fraktionen ausder Abfallwirtschaft
inkl. Haus-/Gewerbemüll
direkt energetischnutzbare Biomasse-
Stoffströme
indirekt energetischnutzbare Biomasse-
Stoffströme
Biogas aus Gülle + Kosubstraten, G
etreide-R
eststroh, Grasschnitt, Anbaubiom
asse
Rest- und Schw
achholz: Hackschnitzel, Pellets
Sägespäne,Hackschnitzel,
Pellets
Biogas ausAbwasserreinigung und
Kosubstraten, festeBiobrennstoffe
Deponie- und Klärgas,Biogas aus org. Fraktion,
Klärschlamm, Altholz
Landwirtschaft
SystemgrenzenSystemgrenzen
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StoffstromanalyseStoffstromanalyse
Erdöl, Ergas, Kohle,Uran, Erneuerbare
(o. Biomasse)
Miscanthus,Raps...
Umwandlung:Fermenter,Vergaser,
Pelletierung usw.
Kraftwerke, KWK-Systeme, Kessel,
Heizung usw.
Bio-Kraft/Heizkraftwerke,Bio-Heizungen,Bio-Kraftstoffe
Deponie- undKlärgas,
Biomüll, Gülle,Zoomasse
Holz,Stroh
Umwandlung:Aufbereitung,
Raffinerie usw.
Transport:Zug, Lkw...
Stoff- und E
nergieflüsse
Energiebedarf:Strom, Wärme,
KraftstoffeNachfrage-
seite
Angebots-seite
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StoffstromStoffstrom--DatenbankDatenbank
Energie Rohstoffe Transport
Prozesse & Lebenswege
TechnologiedatenUmweltdatenKostendatenBeschäftigteMetadaten
TechnologievergleicheAuswahl Zukunftstechnologien für Szenarien
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• Im Folgenden nur ein Beispiel zu Kosten und Beschäftigten (für 2010 + 2030)
• technologiespezifische Lernkurveneinbezogen bis 2030
• Ökobilanzielle Daten für Strom, Wärme + Kraftstoffe über GEMIS verfügbar
• Flächenfrage hier nicht berücksichtigt (erfolgt in Szenarien)
BiomasseBiomasse--TechnologienTechnologien
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Strom aus Holz/StrohStrom aus Holz/Stroh
Angaben für 7% Kapitalzins (real), bei KWK-Systeme inkl. Wärmegutschrift
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Strom aus BiogasStrom aus Biogas
Angaben für 7% Kapitalzins (real), bei KWK-Systeme inkl. Wärmegutschrift
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BioBio--Strom und EEGStrom und EEG
Angaben für 7% Kapitalzins (real), bei KWK-Systeme inkl. Wärmegutschrift
0
5
10
15
20
25
30
Bio
ga
s-R
+S
-30
0-B
HK
W-1
00
Bio
ga
s-R
+S
-30
0-B
HK
W-2
00
Bio
ga
s-R
+S
-15
00
-BH
KW
-20
0
Bio
ga
s-R
+S
-15
00
-BH
KW
-50
0
Bio
ga
s-B
uL
-40
00
-BH
KW
-50
0
Bio
ga
s-R
uM
-15
00
-BH
KW
-50
0
Bio
ga
s-F
eu
chtg
ut-
BH
KW
-50
0
Ho
lz-W
ald
-HK
W-D
M
Ho
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ald
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W-O
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Ho
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WS
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KW
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Ho
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UP
-HK
W-D
M
Ho
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KW
Str
oh
-HK
W-D
M
Str
oh
-HK
W-O
RC
Str
om
kost
en i
n
€cen
t/kW
2010 2030
EEG-Bio-min inkl. KWK
EEG-Bio-max inkl. KWK
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BioBio--Strom: MitverbrennungStrom: Mitverbrennung
Angaben für alle Prozesse einheitlich für Neuanlagen, 7% Kapitalzins; Kostenbasis Jahr 2010
0,01,02,03,04,05,06,07,08,09,0
ImpKo-KW Altholz-A1/2 Waldrestholz KUP-Holz Micanthus Reststroh
Stro
mko
sten
, c€/k
Wh-
elohne CO2-Preis bei 5 €/t bei 10 €/t
Effekt des Emissionshandels auf Biomasse-Mitverbrennung in Kohlekraftwerken bei CO2-Preisen von 5 bis 10 €/t
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Modell BIOModell BIO--SZENSZEN
BIO-SZEN: Ausgleich Nachfrage/Angebot für Strom, Wärme, Verkehr
Mix von Heizungen undHeizwerken nach Brennstoffen
und Technologien(fossil, regenerativ inkl.
Biomasse)
Sub-Modell: Wärme
Mix von Kraft- undHeizkraftwerken nach
Brennstoffen und Technologien(fossil, nuklear, regenerativ
inkl. Biomasse)
Sub-Modell: Strom
Exogene Variablen:Nachfrage für Strom, Wärmeund Personen/Gütertransport
Ergebnisse HEKTOR/WALD:Verfügbare Potenziale zur
Energienutzung (zeitabhängig)
Exogenen Variablen:Bevölkerung, Umwelt- und
Naturschutzrestriktionen, FlächenWohnen/Verkehr etc.
Tierzahlen und -arten, Haltungsformen,Anbauarten, Wachstumsraten,
Düngemittelbedarfe, Naturschutzfragenusw.
AUGIAS: BiogaspotenzialPROMETHEUS: Strohpotenzial
(zeitabhängig)
Teilmodell HEKTOR
Waldflächen, Artenwahl, stofflicherHolzbedarf, Naturschutzfragen etc.
(zeitabhängig)
Teilmodell WALD
Ergebnisse BIO-SZEN:Nachfrage nach Biomasse, Emissionen,
Reststoffe, Flächenbedarf, Kosten,Beschäftigung (zeitabhängig)
Bio
mas
se- P
oten
zial
Daten:Leistung, Kosten, Emissionen, Inputs,
Lebensdauer, Beschäftige etc.
Berechnung:Lebenswegbilanzen für Umwelt,
Kosten und Beschäftigung jeweils proEinheit Output
Datenbank GEMIS 4.2
Mix von Verkehrssystemen(Personen, Güter) nach
Kraftstoffen und Technologien(fossil, regenerativ inkl.
Biomasse)
Sub-Modell: Verkehr
Bio
mas
se-
Ntu
zung
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SzenarienraumSzenarienraum
• Referenz (REF)wie Enquete; Trendfortschreibung + Atomausstieg
• Umwelt (UMW)Effizienzsteigerung + RE (Basis Ausbauprojekt), für Biomasse ökologische + Naturschutz-Restriktionen
• Biomasse (BIO)wie UMW aber weniger Potenzialrestriktionen; maximales nachhaltiges Biomasse-Angebot
• Nachhaltig (NH)Mix aus UMW + BIO, Beschäftigung wichtig
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SzenarioSzenario--AnnahmenAnnahmen
• UMW, BIO und NH jeweils 20% Ökoanbau für Lebensmittel (30% bis 2030); Effizienz + Regenerative außer Biomasse gleich
• Entwicklung Bevölkerung, Nahrungsmittel, Landwirtschaft (Erträge, Im- und Export)
• Flächen für Siedlung + Verkehr
• Flächen für Naturschutz + ökologische Restriktionen (Waldrestholz, Stroh)
vorsichtiger Rahmen für Biomasse
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Szenarien: PrimärenergieSzenarien: Primärenergie
Angaben inkl. Auslandsanteile (Vorketten)Primärenergie von Regenerativen über Substitutionsansatz
-
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
18.000
2000
RE
F
UM
W
BIO NH
RE
F
UM
W
BIO NH
RE
F
UM
W
BIO NH
Prim
ären
ergi
e in
PJ/
a
BiomasseRegenerative o. BioErdgasErdölBraunkohleSteinkohleUran
2010 2020 2030
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Szenarien: RegenerativeSzenarien: Regenerative
Regenerative Primärenergie in 2030
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
REF UMW BIO NH
Prim
ären
ergi
e, P
J/a
Bio-ReststoffeBio-AnbauWindWasserkraftSonneGeothermie
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Szenarien: EnergiekostenSzenarien: Energiekosten
Kosten für Strom, Wärme + Kraftstoffe, ohne Einsparkosten !
200
210
220
230
240
250
260
270
280
2000 2010 2020 2030
Ener
giek
oste
n M
rd. €
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spar
kost
en)
Referenz Umwelt Biomasse Nachhaltig
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Szenarien: TreibhausgaseSzenarien: Treibhausgase
Treibhausgase inkl. Vorketten im Ausland
500
600
700
800
900
1.000
1.100
1.200
2000 2010 2020 2030
Mio
. t C
O2-
Äqu
ival
ente
, ink
l. Vo
rket
ten
Referenz Umwelt Biomasse Nachhaltig
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Szenarien: BeschäftigungSzenarien: Beschäftigung
Netto-Bilanz, ohne Effekte der Energieeinsparung
-
50.000
100.000
150.000
200.000
250.000
2000 2010 2020 2030
Ener
gieb
edin
gte
Bes
chäf
tigun
gsbi
lanz
, net
to
(dire
kt+i
ndire
kt)
Referenz Umwelt Biomasse Nachhaltig
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AusblickAusblick
• Technologiedaten + Szenarien erfolgreich genutzt(Beispiel Beratung EEG-Novelle)
• Szenario-Modell weiter nutzbar, Technologie-Datenüber GEMIS öffentlich verfügbar
• Weiterentwicklung Daten Verkehr (Biokraftstoffe, H2, Infrastruktur) integrierte Stoffstromanalyse
• Anwendungen der Werkzeuge: Bundesländer, Regionen, ggf. EU
Politikempfehlungen: s. Broschüre + Bericht
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Mehr InformationenMehr Informationen
• Broschüre, Infoblätter, Endbericht und Software kostenlos im Internet unter www.oeko.de/service/bio
• Bioenergie-Technikdaten (Umwelt, Kosten) ab sofort unter www.probas.umweltbundesamt.de
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