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7-8 | 2016

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Special Erneuerbare

Special Erneuerbare Energien O:\Bilder\BWK\2016_2016\S-BA9057 JÜEE_BILDER.docx Weltweite Biokraftstoffproduktion in PJ 2.500 2.000 1.500 1.000 500 Bioethanol Biodiesel 0 2010 2011 2012 2013 2014 2015* … 2020* Brasilien USA Asien EU andere Deutschland Frankreich USA Brasilien Argentinien andere Bild 7 Produktion von Biokraftstoffen (ohne Berücksichtigung von reinem Pflanzenöl als Kraftstoff; * Abschätzungen; Daten nach [56; 57]). Abb. 7: Produktion von Biokraftstoffen (ohne Berücksichtigung von reinem Pflanzenöl als Kraftstoff , * Abschätzung) (*Abschätzungen) (Daten nach (OECD/Food and Agriculture Organization of the United In diesen Nations, Zahlen 2015; Renewable enthalten Energy ist eine Policy Abschätzung 2015)) der Energiebereitstellung aus or- Wärmeauskopplung global zwischen 20 Network lokal for the genutzt 21th century, werden 2015; Renewable kann, dürfte Fuel die Association, ganischen Abfällen. Diese wird in der EU und 30 PJ liegen. Dies entspricht einem insbesondere durch das Erfordernis der Abfallverwertung Biomasseprimärenergieäquivalent von auch in den osteuropäi- 1,9 bis 2,2 EJ (2015). schen EU-Mitgliedsländern deutlich zunehmen. Bis 2020 ist deshalb von einer Stromerzeugung aus Abfällen von etwa 25 TWh (2020) bei einer dann installierten Leistung von 3 bis 4 GW auszugehen [44]. Die Wärmeauskopplung dieser Anlagen dürfte sich dann auf etwa 90 PJ (2020) belaufen. Biogassubstrate und insbesondere dann, wenn es sich um organische Abfallstoffströme handelt, sind global vielfältig vorhanden und bisher weitgehend ungenutzt; oft müssen sie ohnehin entsorgt werden. Da auch die Biogasanlagentechnik in den vergangenen Jahren erheblich weiterentwickelt wurde und heute für fast jedes Substrat eine ausgereifte technische Biogase Biogas aus den unterschiedlichsten Substraten wird – überwiegend in den Industriestaaten Lösung vorhanden ist, wurde in den vergangenen Jahren diese Technik – auch wegen des insgesamt vergleichsweise hohen – verstromt; dies wird eben- fossilen Energiepreisniveaus – zuneh- falls zum Teil in KWK realisiert. mend eingesetzt. Damit ist aus Ressourcensicht davon auszugehen, dass die Biogas-Verstromung ? Welt vor allem auf Grundlage von organischen Abfällen weiter zunehmen Weltweit dürften 2014 zwischen 16 und 20 GW elektrischer Leistung in Biogasanlagen zur primären Strombereitstellung betrieben worden sein, mit denen zwischen 100 und 110 TWh (2014) erzeugt wurden (Abschätzung in Anlehnung an [1]). Mit mittleren Wachstumsraten der letzten Jahre (rund 5 %/a) dürften damit Ende 2015 global zwischen 17 und 21 GW Leistung mit einer potenziellen Stromerzeugung zwischen 105 und 120 TWh (2015) vorhanden sein. Dabei sind die meisten Anlagen zur Biogas-Verstromung in Europa installiert. Eine weitere nennenswerte Verstromung von Biogas wird in den USA realisiert; hier handelt es sich jedoch hauptsächlich um Deponiegase [52]. Der Großteil dieser Biogas-Verstromungsanlagen wird in KWK betrieben. Da die dabei produzierte Wärme vor allem wird, da dabei ein vielversprechen- des Abfallmanagement und die Möglichkeit zur (teilweisen) Schließung der Stoffkreisläufe mit einer effizienten Energiebereitstellung gekoppelt werden kann. Offen und jeweils lokal vor Ort zu entscheiden ist jedoch die Frage, ob dieses Biogas verstromt wird, im Wärmemarkt beispielsweise Erdgas oder Heizöl substituiert und/oder im Transportsektor eingesetzt wird (beziehungsweise welcher dieser drei potenziell stark wachsenden Märkte prioritär bedient werden soll). Aus heutiger Sicht dürfte aber ein guter Teil davon verstromt werden, da potenziell die Nachfrage nach elektrischer Energie am schnellsten steigt und dieser Markt – im Unterschied zum Wärmemarkt – nicht unmittelbar von dem Energiepreisverfall der letzten Jahre betroffen war beziehungsweise ist. Geht man wegen des reduzierten Energiepreisniveaus trotzdem von einer im Vergleich zu den letzten Jahren reduzierten Wachstumsrate von nur 3,5 %/a aus, könnten global bis 2020 maximal 25 GW Leistung in Biogasanlagen zur Verstromung installiert sein; dies entspräche einer Stromerzeugung von rund 145 TWh (2020). Entwickelt sich die Wärmeauskopplung parallel zur steigenden Anzahl an Biogasanlagen, könnte 2020 eine potenzielle Wärmebereitstellung von maximal 30 bis 40 PJ (2020) realisiert werden. Diese Energieerzeugung entspricht dann einem Biomasseprimärenergieäquivalent von 2,3 bis 2,6 EJ (2020). ? EU In der EU waren Ende 2014 etwa 7,9 GW in Biogasanlagen (14 560 Anlagen) installiert [1], die zwischen 51 und 55 TWh (2014) Strom erzeugten. Innerhalb der EU sind in Deutschland mit knapp 8 900 Anlagen die meisten Biogasanlagen installiert [53]. Mit deutlichem Abstand folgen Italien mit 1300 Biogasanlagen [54], Österreich mit etwa 350 Anlage und Großbritannien mit 316 Biogasanlagen [55]. Geht man für 2015 aufgrund der schwierigen wirtschaftlichen Lage sowie den sinkenden Marktanreizen für einen weiteren Anlagenausbau – unter anderem in Deutschland – von einer ähnlichen Zunahme wie 2013/14 aus (1 bis 2 %/a), dürften Ende 2015 etwa 8 GW elektrischer Leistung in Biogasanlagen in der EU installiert gewesen sein, mit denen potenziell zwischen 52 und 56 TWh (2015) elektrischer Energie bereitgestellt worden sein dürften. Ein Teil dieser Anlagen wird in KWK betrieben; das heißt, es wird eine Wärmeauskopplung von 15 bis 17 PJ (2015) realisiert (eigene Berechnung auf Grundlage von [48]). Damit wird durch diese Biogaserzeugung und -nutzung ein Biomasseprimärenergieäquivalent von 0,94 bis 1,02 EJ (2015) nutzbar gemacht. Diese Entwicklung wurde bisher maßgeblich durch eine wohlwollende energiewirtschaftliche Rahmensetzung vorangetrieben; dies wird insbesondere auch durch die Verpflichtung zur Verwertung von kommunalen und industriellen Abfällen unterstützt. Insgesamt waren 2014 allein 650 Anlagen zur Vergärung solcher Einsatzstoffe in Betrieb. 22 BWK Bd. 68 (2016) Nr. 7/8

Erneuerbare Energien Special Auch in der EU wird die Stromproduktion aus Biogas weiter – wenn auch sehr deutlich verlangsamt – ausgebaut; dies gilt primär für die Nutzung organischer Abfälle und weniger für Energiepflanzen. Wird eine weiter reduzierte Zuwachsrate von nur noch 2 %/a unterstellt, könnte die Stromerzeugung aus Biogas bis 2020 auf 57 bis 62 TWh (2020) bei einer installierten Leistung von knapp 9 GW ansteigen [48]. Parallel dazu wird auch die Wärmeauskopplung aus diesen Anlagen zunehmen; das heißt, bis 2020 ist eine Wärmeauskopplung von 16 bis 18 PJ (2020) zu erwarten. Damit wird durch die bis 2020 zu erwartende Biogaserzeugung und -nutzung ein Biomasseprimärenergieäquivalent von 1,0 bis 1,1 EJ (2020) genutzt. Flüssige Brennstoffe Elektrische Energie kann auch aus flüssigen Bioenergieträgern (zum Beispiel Ethanol, Pflanzenöle) insbesondere in KWK- Anlagen erzeugt werden. Global und auch EU-weit hat diese Möglichkeit jedoch nur sehr geringe Bedeutung, da Flüssigkraftstoffe für einen KWK-Einsatz im Allgemeinen zu teuer sind und – wenn überhaupt – im Transportsektor genutzt werden. Kraftstoffbereitstellung Bioethanol und Biodiesel sind die bisher einzigen Biokraftstoffe mit einer begrenzten Bedeutung auf den globalen Kraftstoffmärkten. Bioethanol ? Welt Weltweit wurden 2015 etwa 97 Mrd. l Ethanol (2 220 PJ, Bild 7) erzeugt; das ist rund 7 % mehr als 2014. Davon wurden etwa 57 % in den USA (56,1 Mrd. l; 1 282 PJ; primär aus Mais) und 28 % in Brasilien (26,8 Mrd. l; 614 PJ; vorrangig aus Zuckerrohr) hergestellt. Die verbleibenden 17 % werden insbesondere in Europa (5 %) und Asien (5 %) produziert; hier ist China mit etwa 3 Mrd. l (70 PJ) der weltweit größte Einzelproduzent [57]. Diese globale Ethanolproduktion entspricht einem Biomasseprimärenergie - äquivalent von etwa 5 EJ (2015). Die Ethanolproduktion ist Stand der Technik insbesondere für zucker- und stärkehaltige Biomassen. Auch sind bisher in den großen Produzentenländern die organischen Ressourcen aufgrund einer erheblichen Überproduktion in den USA (Mais) und großen verfügbaren Anbauflächen (Zuckerrohr in Brasilien) vorhanden. Aufgrund von Akzeptanzproblemen infolge der Nutzung von Nahrungsmittelpflanzen werden weltweit die Anstrengungen verstärkt, die Nutzung von Lignocellulose zur Ethanolerzeugung marktgängig zu machen. Ein Marktdurchbruch ist aber bis 2020 aus heutiger Sicht nicht zu erwarten. Damit wird weiterhin bis 2020 „konventionelles“ Ethanol den Markt dominieren. Ethanol wird damit auch in den kommenden Jahren produziert; die derzeitige Nutzung dürfte aber global nicht signifikant ausgeweitet werden. Dies liegt unter anderem an dem damit verbundenen Subventionsbedarf in bestimmten Ländern, der infolge der gefallenen Rohölpreise merklich angestiegen ist. Unterstellt man aus den genannten Gründen bis 2020 ein Nullwachstum, könnten bis dahin nach wie vor zwischen 2,1 und 2,3 EJ (2020) an Ethanol als Kraftstoff genutzt werden (Biomasseprimärenergieäquivalent zwischen 4,7 und 5,2 EJ (2020)). ? EU Ende 2015 wurden in der EU 4,3 Mrd. l (120 PJ) Ethanol primär aus Getreide erzeugt. Große Produzenten sind Frankreich (1,2 Mrd. l), die Benelux-Staaten (1 Mrd. l) und Deutschland (0,9 Mrd. l) [58]. Diese Menge entspricht einem Biomasseprimärenergieäquivalent von etwa 320 PJ (2015). In den kommenden Jahren ist für Europa von keinem merklichen Marktwachstum auszugehen; der Ölpreis ist niedrig und damit der Subventionsbedarf hoch, die Akzeptanz schlecht und die ursprünglich als wesentlicher politischer Treiber angestrebte Klimagasreduktion begrenzt. Damit dürfte auch in der EU die Ethanolerzeugung bis 2020 etwa auf dem heutigen Niveau verbleiben; hier wird ein minimaler Zuwachs auf maximal 130 PJ (2020) unterstellt (Biomasseprimärenergieäquivalent von 350 PJ (2020)). Biodiesel ? Welt Weltweit wurden 2015 insgesamt etwa 32 Mrd. l (1 050 PJ, Bild 7) Biodiesel erzeugt; dies ist etwa 10 % mehr als 2014 [56]. Bedeutende Produzenten waren 2015 die USA (rund 16 % der globalen Produktion), Brasilien und Deutschland (jeweils rund 11 % der weltweit produzierten Menge) sowie Indonesien und Argentinien, die jeweils etwa 10 % der gesamten Biodieselmenge erzeugt haben [1]. Dies entspricht einem Biomasseprimärenergieäquivalent von 3,6 EJ (2015). Ähnlich wie Bioethanol ist auch Biodiesel technisch problemlos herstellbar, die benötigten Ressourcen bisher verfügbar und ein Einsatz im Kraftstoffmarkt in den in der Vergangenheit realisierten Mengen unkritisch. Aber auch hier ist die energetische Nutzung des Rohstoffs Pflanzenöl erheblichen Diskussionen ausgesetzt, da dies direkt mit einer Nutzung im Nahrungs- und Futtermittelmarkt konkurriert. Zudem sind die positiven ökologischen Auswirkungen durch eine Klimagasminderung begrenzt. Hinzu kommt der mit dem Ölpreisverfall deutlich gestiegene Subventionsbedarf. Deshalb ist zu erwarten, dass auch der Biodieselmarkt nur eingeschränkte Zuwächse in den kommenden Jahren zeigen dürfte. Allerdings profitiert der Kraftstoffmarkt heute schon zum Teil vom Futtermittelmarkt (das heißt Einsatz von Extraktionsschrot als Kraftfutter); nimmt beispielsweise der globale Fleischkonsum auch zukünftig weiter deutlich zu – und das ist zu erwarten –, könnte das auch Auswirkungen auf die Biodieselmärkte haben. Insgesamt ist aber bis 2020 nur von geringen Mengenzuwächsen bei der globalen Biodieselproduktion auszugehen (Bild 7); bis 2020 könnten etwa 36 Mrd. l/a (1 170 PJ (2020)) Biodiesel weltweit bereitgestellt werden. Die größten Produktionskapazitäten dürften dabei nach wie vor in der EU, Indonesien, den USA, Brasilien und Argentinien verortet sein [56]; dies entspricht einem Biomasseprimärenergieäquivalent von rund 4 EJ (2020). ? EU In der EU wurden 2015 rund 11 Mrd. l (360 PJ) Biodiesel produziert (Biomasseprimärenergieäquivalent von 1,2 EJ (2015)). Deutschland trägt mit 3,2 Mrd. l (105 PJ), die Benelux-Staaten mit knapp 2 Mrd. l (65 PJ) und Frankreich mit 1,9 Mrd. l (62 PJ) bei. Auch in der EU werden bis 2020 aus den genannten Gründen keine signifikanten Änderungen bei der Biodieselherstellung zu verzeichnen sein. Legt man die Ent- BWK Bd. 68 (2016) Nr. 7/8 23

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