Bioethanol in Deutschland: Verwendung von Ethanol und Methanol aus nachwachsenden Rohstoffen im chemisch-technischen und im Kraftstoffsektor unter besonderer Berücksichtigung von Agraralkohol
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| Format: | Book |
|---|---|
| Language: | German |
| Published: |
Münster
Landwirtschaftsverl.
2003
|
| Series: | Schriftenreihe Nachwachsende Rohstoffe
21 |
| Subjects: | |
| Online Access: | Volltext Volltext Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | 355 S. graph. Darst. |
| ISBN: | 378433217X |
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|---|---|
| adam_text | Inhalt
Inhalt
Abbildungsverzeichnis 8
Tabellenverzeichnis 13
Abkürzungsverzeichnis 14
Wichtige Merkmale von Ethanol und Methanol 16
1 Einleitung 17
2 Zusammenfassung 23
3 Erzeugung von Ethanol und Methanol
aus nachwachsenden Rohstoffen 38
3.1 In Deutschland verfügbare nachwachsende Rohstoffe
für die Erzeugung von Ethanol und Methanol 38
3.1.1 Zuckerhaltige Rohstoffe 38
3.1.2 Stärkehaltige Rohstoffe 43
3.1.3 Lignozellulosehaltige Rohstoffe 53
3.1.4 Sonstige Rohstoffe 57
3.1.5 Zusammenfassende Beurteilung der Verfügbarkeit
von Rohstoffen für die Ethanolerzeugung 59
3.1.6 Rohstoffe für die Methanolerzeugung 64
3.2 Technologie und Wirtschaftlichkeit der Herstellung von
Ethanol und Methanol aus nachwachsenden Rohstoffen 65
3.2.1 Technologien und Herstellungsverfahren 65
3.2.1.1 Verfahren zur Herstellung von Ethanol 65
3.2.1.2 Rohstoffaufbereirung 67
3.2.1.3 Fermentation 70
3.2.1.4 Destillation und Rektifikation 73
3.2.1.5 Entwässerung des Ethanols 76
3.2.1.6 Reststoffaufarbeitung 79
3.2.1.7 Ethanolgewinnung aus lignozellulose
haltigen Rohstoffen 81
3.2.2 Patente und wissenschaftliche Veröffentlichungen
zu Technologien und Verfahren 83
ithanol in Deutschland i
3.2.3 Technologische und verfahrenstechnische Möglich¬
keiten zur Verbesserung der Effizienz 84
3.2.4 FuE Bedarf zur Entwicklung und Optimierung
von Technologien und Verfahren 87
3.2.5 Wirtschaftliche Betrachtung der Erzeugung
vonEthanol 98
3.2.6 Kosten der Ethanolerzeugung 100
3.2.7 Erlöse 108
3.2.8 Ergebnisse der Kalkulation 110 ;
3.2.9 Technologien und Wirtschaftlichkeit der Erzeugung
von Methanol aus nachwachsenden Rohstoffen 113 .
3.3 Erzeugung von Ethanol 119
3.3.1 Globale Ethanolerzeugung 119
3.3.2 Ethanolerzeugung in der EU 123
Verwendung von Ethanol und Methanol 129
4.1 Grundsätzliche Verwendungsbereiche von Ethanol 129
4.2 Verwendungsbereiche und Substitutionsbeziehungen
im chemisch technischen Sektor 131
4.2.1 Ethanol im chemisch technischen Sektor
in Deutschland 135
4.2.2 Chemisch technischer Markt für Ethanol
in der EU und ausgewählten Drittländern 139
4.2.3 Diskussion der marktbestimmenden Faktoren und
Perspektiven für die Verwendung von Ethanol im
chemisch technischen Sektor in Deutschland 143
4.3 Verwendung von Ethanol und Methanol
im Kraftstoffsektor 147
4.3.1 Verwendungsmöglichkeiten im Kraftstoffsektor 147
4.3.2 Beimischung von Bioethanol zum Ottokraftstoff 151
4.3.3 Herstellung und Beimischung von ETBE 156
4.3.4 Verwendung von Ethanol im Kraftstoffsektor
in ausgewählten EU Ländern 161
4.3.4.1 Überblick über die Bioethanol
verwendung in der EU 161
4.3.4.2 Spanien 163
4.3.4.3 Frankreich 166
4.3.4.4 Schweden 175
Inhalt
4.3.5 Verwendung von Ethanol im Kraftstoffsektor
außerhalb der EU 179
4.3.5.1 Weltweite Entwicklung von
Bioethanolprogrammen 179
4.3.5.2 Brasilien 181
4.3.5.3 USA 187
4.3.5.4 Zusammenfassende Betrachtung
und Schlußfolgerungen aus den
internationalen Erfahrungen 193
4.3.6 Entwicklung und marktbestimmende Faktoren
des deutschen Kraftstoffsektors 196
4.3.7 Bewertung der Marktpotenziale von Bioethanol
und ETBE im Kraftstoffsektor 203
5 Ordnungs und steuerrechtliche Rahmenbedingungen 209
5.1 Wirtschaftspolitische und ordnungsrechtliche
Rahmenbedingungen 209
5.1.1 GATT/WTO Richtlinien 209
5.1.1.1 Liberalisierung des Welthandels 209
5.1.1.2 Zollpolitik gegenüber Entwicklungsländern 211
5.1.2 EU Handelspolitik 213
5.1.3 EU Agrarpolitik 213
5.1.3.1 Förderung von Biokraftstoffen und
Gemeinsame Agrarpolitik 213
5.1.3.2 Gemeinsame Marktorganisation für Ethyl
alkohol landwirtschaftlichen Ursprungs 214
5.1.4 EU Energiepolitik 217
5.1.4.1 Eckpfeiler der EU Energiepolitik 217
5.1.4.2 Energiesteuerrichtlinie 220
5.1.4.3 Emissionshandel 221
5.1.5 Ableitung von ordnungsrechtlichen Handlungs¬
optionen zur Förderung des Einsatzes von
Ethanol und Methanol im Kraftstoffsektor 224
5.2 Steuerrechtliche Rahmenbedingungen 227
Bioethanol in Deutschland
5.2.1 Gemeinschaftsrechtliche und nationale Rechtslage
hinsichtlich der Mineralölsteuer 228
5.2.1.1 Verpflichtung zur Besteuerung
nach Gemeinschaftsrecht 228
5.2.1.2 Ausnahmen nach Art. 8 Abs. 2 d der
Mineralölstruktur Richtlinie 229
5.2.1.3 Ausnahmen nach Art. 8 Abs. 4 der
Mineralölstruktur Richtlinie 230
5.2.1.4 Nationale Rechtslage 232
5.2.2 Steuerrechtliche Möglichkeiten zur Förderung
von Biokraftstoffen 235
5.2.2.1 Vollständige Steuerbefreiung 235
5.2.2.2 Besteuerung zu einem ermäßigten
Mineralölsteuersatz 236
5.2.2.3 Steuervergünstigungen für Pilotprojekte 237
5.2.2.4 Zu beachtende Restriktionen
des Gemeinschaftsrechts 238
5.2.3 Fortentwicklung des Gemeinschaftsrechts 240
6 Umweltpolitische Bewertung der Herstellung von Ethanol 244
6.1 Klimapolitische Maßnahmen zur Vermeidung
von Treibhausgasen 244
6.2 Energiebilanzen für Ethanol 246
6.2.1 Energiebilanz für die Ethanolproduktion aus Weizen ... 249
6.2.2 Energiebilanz für Zuckerrüben 250
6.2.3 Nettoenergiebilanzen für Ethanol 250
6.2.3.1 Flächenbezogene Energiebilanzen 252
6.3 Gesamtwirtschaftliche Bewertung von Energiebilanzen 257
6.4 Fazit 259
6.5 Klimapolitische Bewertung des Einsatzes von
Ethanol als Biokraftstoff 260
6.5.1 Treibhausgasbilanzen 260
6.5.2 Die Treibhausgasbilanz von ETBE 264
6.5.3 Gesamtwirtschaftliche Bewertung des Einsatzes
von Bioethanol 265
6.5.4 Die Rolle der Kuppelprodukte für
die Vermeidungskosten 269
6.6 Fazit 271
Inhalt
7 Synthese der Erkenntnisse im Bioethanol Modell 273
7.1 Zielsetzung des Bioethanol Modells 273
7.2 Modul Übersicht 274
7.2.1 Die Sektoren 274
7.2.2 Die Simulationslogik 276
7.2.3 Zur Methodik und Steuerung 278
7.3 Der Sektor Landwirtschaftliche Produktion 281
7.4 Der Sektor Agrar Handel 283
7.5 Der Zucker Sektor 285
7.6 Der Sektor Bioethanol Nachfrage und Produktion 289
7.7 Der Sektor Bioethanol Handel 292
7.8 Der Kraftstoff Sektor 299
7.9 Auswertungen 305
7.9.1 Energie Bilanz 305
7.9.2 Umwelt Bilanz 310
7.9.3 Simulationsergebnisse 314
8 Simulationen und Ergebnisse 317
8.1 Untersuchung der Vorteilhaftigkeit der einzelnen Rohstoffe.. 317
8.2 Der Einfluss des Rohöl Preises 334
8.3 Der Effekt der Anlagengröße 335
8.4 Der Effekt von Importen 337
8.5 Minimale Erzeugerpreise für Zuckerrüben 338
8.6 Alternative Produktstrategien 340
8.6.1 Bioethanol und ETBE 340
8.6.2 Produktstrategie ETBE 341
9 Ausblick 343
10 Literatur und Quellenverzeichnis 347
10.1 Eigenständige Schriften und Artikel 347
10.2 Gesetze, Verordnungen, Richtlinien u.ä 352
10.3 Weitere Quellen 353
^hanOmDeiMnd_____ . {
Abbildungsverzeichnis
,. Varianten im Vergleich: Herstellung von Bioethanol
aus Triticale mit bestehender Technik und in
einem Positivszenario 34
.. ,. Ansatzpunkte zur Steigerung der
Wettbewerbsfähigkeit von Bioethanol 35
Abb 3 Zuckerrübenerzeugung in Deutschland 39
Abb 4 Weizenerzeugung in Deutschland 44
Abb 5 Triticaleerzeugung in Deutschland 45
Abb 6: Roggenerzeugung in Deutschland 47
ä hb 7 R°ggen Interventionen und Lagerbestände der EU 48
Abb 8: Körnermaiserzeugung in Deutschland 50
Abb 9: Kartoffelerzeugung in Deutschland 51
Abb 10: Erwartete Herstellungskosten für Ethanol
aus lignozellulosehaltigen Rohstoffen 56
Abb. 11: EU Export von subventioniertem Weinethanol
nach WTO Bestimmungen 58
Abb. 12: Energieertrag und Emissionen verschiedener Feldfrüchte... 62
Abb. 13: Alkoholische Gärung 66
Abb. 14: Aufschluß von stärkehaltigen Rohstoffen zu Glucose 68
Abb. 15: Aufschluß von zuckerhaltigen Rohstoffen 70
Abb. 16: Verfahrensschema der Bioethanolherstellung
aus Melasse nach dem Batch Verfahren 71
Abb. 17: Verfahrensschema der Bioethanolherstellung
aus Getreide nach dem Kaskaden Verfahren 72
Abb. 18: Verfahrensschema der Bioethanolherstellung aus
Melasse nach dem kontinuierlichen Verfahren 74
Abb. 19: Membranverfahren zur Entwässerung des Ethanols 77
Abb. 20: Möglichkeiten der Zellulose Hydrolyse 83
Abb. 21: Kalkulationsschema KWST 99
Abb. 22: Vergleich Konversionskosten 112
Abb. 23: Konversionskosten und Emissionen verschiedener
Feldfrüchte bei der Ethanolerzeugung 113
Abb. 24: Chemische Grundreaktionen zur Gewinnung
von Methanol 114
Abbildungsverzeichnis
Abb. 25: Verfahren zu Herstellung von Methanol aus Biomasse 117
Abb. 26: Regionale Verteilung der Ethanolerzeugung
und erwartetes Wachstum 120
Abb. 27: Führende Ethanolhersteller in den USA 121
Abb. 28: Ethanolerzeugung in Deutschland im Vergleich zur EU.... 124
Abb. 29: Die Struktur des deutschen Ethanolmarktes 127
Abb. 30: Globale Verwendung von Ethanol nach Sektoren 129
Abb. 31: Welt Ethanolmarkt für Industrieethanol 132
Abb. 32: Ethanol als Grundstoff für chemische Synthesen 133
Abb. 33: Ethanolnachfrage im chemisch technischen Sektor
in Deutschland 137
Abb. 34: Entwicklung repräsentativer Marktpreise für
Ethanol (1985 2002) 139
Abb. 35: Preisentwicklung von Ethanol und Ethylen im Vergleich ..144
Abb. 36: Optionen für den Einsatz von Ethanol und Methanol 149
Abb. 37: Dampfdruck und Oktanzahlen von Bioethanol und
ETBE im Vergleich zu anderen Kraftstoffkomponenten 152
Abb. 38: Bestehende und geplante ETBE und
Bioethanolanlagen in Europa 162
Abb. 39: Ethanolerzeugung in Spanien 164
Abb. 40: Ethanolerzeugung in Frankreich 167
Abb. 41: Ethanolproduktion Frankreich nach
eingesetztem Rohstoff 169
Abb. 42: Ethanolerzeugung in Schweden 176
Abb. 43: Ethanolerzeugung in Brasilien, USA
und EU im Vergleich 180
Abb. 44: Ethanolerzeugung in Brasilien 182
Abb. 45: Zuckerrohrernten und Anteil Rohr für Zuckerproduktion .185
Abb. 46: Ethanolherstellung für den Kraftstoffsektor in den USA....189
Abb. 47: Rohstoffe für die Ethanolerzeugung in den USA 191
Abb. 48: Prognose des Verbrauchs von Diesel und
Ottokraftstoffen in Deutschland bis zum Jahr 2020 197
Abb. 49: Ölpreisentwicklung 200
Abb. 50: Verbraucherpreis für Normalbenzin in Deutschland,
Nettobenzinpreis und Ölpreis im Vergleich 201
Abb. 51: MTBE und ETBE Nachfrage in der EU 203
Abb. 52: Bedeutung von erneuerbaren Energien 204
Abb. 53: Importpreise für Ethanol aus Brasilien 217
moethandinDeutschland Abb 54: Entwicklung der Mineralölsteuer und der
Kraftstoffpreise ohne Mineralölsteuer 233
Abb 55: Mineralölsteueraufkommen in Deutschland 234
Abb 56: Fossiler Energieeinsatz bei der Ethanolproduktion
aus Weizen (in MJ/1) 249
Abb 57: Fossiler Energieinput bei der Ethanolproduktion
aus Zuckerrüben (in MJ/1) 251
Abb 58: Normierte Nettoenergiebilanz für Ethanol aus Weizen 253
Abb 59: Normierte Nettoenergiebilanz für Ethanol
aus Zuckerrüben 253
Abb. 60: Fossiler Energieinput für den Anbau von Weizen und
die Produktion von Ethanol (in MJ/ha) 254
Abb. 61: Fossiler Energieinput für den Anbau von Zuckerrüben
und die Produktion von Ethanol (in MJ/ha) 254
Abb. 62: Normierte Nettoenergiebilanz Weizen (in MJ/ha) 256
Abb. 63: Normierte Nettoenergiebilanz Zuckerrüben (in MJ/ha) .256
Abb. 64: Energiegewinn pro Flächeneinheit bei verschiedenen
Rohstoffen und Energieträgersubstitutionen 258
Abb. 65: Treibhausgasemissionen bei der Produktion von
Ethanol aus Weizen 261
Abb. 66: Treibhausgasemissionen bei der Produktion von
Ethanol aus Zuckerrüben 261
Abb. 67: Normierte Nettotreibhausgasbilanz der Ethanol¬
produktion aus Weizen (in kg CO2 Äquivalenten/ha) 263
Abb. 68: Normierte Nettotreibhausgasbilanz der Ethanol¬
produktion mit Zuckerrüben
(in kg CO2 Äquivalenten/ha) 264
Abb. 69: Vermeidungskosten von Treibhausgasemissionen
durch die Substitution von Ethanol auf Weizenbasis 266
Abb. 70: Vermeidungskosten von Treibhausgasemissionen
durch die Substitution von Ethanol auf der Basis
von Zuckerrüben 268
Abb. 71: Gesamtüberblick Vermeidungskosten
von Treibhausgasen 268
Abb. 72: Mögliche Änderung der Vermeidungskosten unter Berücksichtigung von Kuppelprodukten bei konstanten
Kuppelproduktpreisen 270
Abb. 73: Die Sektoren des Modells . . . . . . . . .. 275
Abb. 74: Simulationslogik für erwartete Rohstoff Preise 276
Abb. 75: Simulationslogik für maximale Rohstoff Preise .......278
Abbildu ngsverzeichnis
Abb. 76: Eingabe Werte zur Steuerung des Modells 279
Abb. 77: Kennzeichnung exogener Größen im Modell 280
Abb. 78: Konnektoren 280
Abb. 79: Darstellung landwirtschaftlicher Rohstoffe
am Beispiel Weizen 281
Abb. 80: Simulation des Agrarhandels 284
Abb. 81: Nachfrage nach Zucker und zuckerhaltigen Produkten 286
Abb. 82: Herstellung von Zucker, Melasse und Dicksaft 287
Abb. 83: Bioethanol Nachfrage 289
Abb. 84: Produktion Bioethanol mit
verschiedenen Anlagengrößen 290
Abb. 85: Nachfrage Ethanol 292
Abb. 86: Simulationssteuerung I und II 293
Abb. 87: Bioethanol Handel auf Basis erwarteter Rohstoffpreise 294
Abb. 88: Steuertabelle für die Berechnung der Auftragsvergabe
nach Marktpreis 295
Abb. 89: Bioethanol Handel 296
Abb. 90: Eingaben und Steuerung bei vorgegebenem Rohstoffmix..297
Abb. 91: Simulation mit Rohstoff mix und Berücksichtigung
eines Mindest Deckungsbeitrages 298
Abb. 92: Berechnung der Umsätze und Durchschnittspreise 299
Abb. 93: Verbrauch Ottokraftstoff mit Beimengungen 300
Abb. 94: Heizwerte von Benzin, Bioethanol, ETBE und MTBE 301
Abb. 95: Kraftstoff Mischung 302
Abb. 96: Staatliche Einnahmen und Ausgaben
sowie Umweltbilanz 304
Abb. 97: Ermittlung der Energieeinsätze in der Landwirtschaft 306
Abb. 98: Ermittlung der Energieeinsätze in den Brennereien 308
Abb. 99: Energiegewinn gegenüber dem Heizwert (Hu) 309
Abb. 100: Energiebilanz bei gleichem Heizwert 310
Abb. 101: Ermittlung der Emissionswerte in der Landwirtschaft 311
Abb. 102: Berechnung der Emissionen in den Brennereien 312
Abb. 103: Addition der Emissionen 313
Abb. 104: Emissionsbilanz 313
Abb. 105: Wichtige Ergebnisdaten der Simulation 315
Abb. 106: Bioethanol Herstellung ausschließlich
aus zuckerhaltigen Rohstoffen 318
Abb. 107: Simulationsergebnisse für den Vergleich zwischen
alter und neuer Technik 319
]
Bioähanol in Deutschland ^ I
Abb. 108: Simulationsergebnisse für den Vergleich •
zwischen Melasse und Dicksaft 320
Abb. 109: Simulationsergebnisse für den Vergleich
zwischen Weizen und zuckerhaltigen Rohstoffen 321
Abb. 110: Simulationsergebnisse für Roggen im
Vergleich zu Weizen 322
Abb. 111: Simulationsergebnisse für Roggen mit Vergleich
alter und neuer Technik 323
Abb. 112: Simulationsergebnisse für Triticale im Vergleich j
zu Roggen 324 j
Abb. 113: Simulationsergebnisse für Triticale: Vergleich ;
alter Technik mit Positivszenario 325 j
Abb. 114: Simulationsergebnisse für Körner Mais im Vergleich
zu Triticale 326
Abb. 115: Simulationsergebnisse für Kartoffeln im Vergleich
zu zuckerhaltigen Rohstoffen 327
Abb. 116: Simulationsergebnisse für einen Rohstoffmix 328
Abb. 117: Simulationsergebnisse für einen Rohstoffmix bei
kleinen und großen Anlagen in den Brennereien 329
Abb. 118: Simulationsergebnisse für einen Rohstoffmix bei
niedrigem Ethanolpreis 330
Abb. 119: Energieeinsatz und Emissionen über dem Bioethanol
Preis der Rohstoffe nach veröffentlichten Studien 331
Abb. 120: Energieeinsatz und Emissionen über dem Bioethanol
Preis der Rohstoffe nach Untersuchung neuer Techniken..332
Abb. 121: Der Einfluss des Rohölpreises 335
Abb. 122: Zwei Szenarien für die Auswirkungen
der Rohölpreis Entwicklung 335
Abb. 123: Die Auswirkungen der Anlagengrößen 336
Abb. 124: Die Auswirkungen eines Import Stopps 337
Abb. 125: Wirtschaftliche Situation der Rüben Produktion
unter Grenzbedingungen 338
Abb. 126: Szenario des minimalen Zuckerrüben Preises 339
Abb. 127: Mischungsverhältnis bei Strategie 1 340
Abb. 128: Die Bioethanol ETBE Strategie 341
Abb. 129: Die ETBE Strategie 342
Tabellenverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Vollkosten der Ethanolerzeugung 27
Tabelle 2: Vergleich von Ottokraftstoff und Bioethanol
in Abhängigkeit vom Rohölpreis 31
Tabelle 3: Stärken /Schwächenprofil der landwirtschaftlichen
Rohstoffe für die Ethanolerzeugung 60
Tabelle 4: Übersicht der ausgewählten Patente
und die Schwerpunkte 85
Tabelle 5: Forschungsansätze des National Renewable
Energy Laboratory, USA 89
Tabelle 6: Forschungsansätze 95
Tabelle 7: Dampfverbrauch in Abhängigkeit vom
eingesetzten Rohstoff 104
Tabelle 8: Personalbesetzung 106
Tabelle 9: Personalkosten der verschiedenen Anlagen 106
Tabelle 10: Geschätzte Investitions und Kapitalkosten 107
Tabelle 11: Konversions , Herstell und Vollkosten bei
verschiedenen Anlagengrößen und Rohstoffen
sowie Überschuß unter Berücksichtigung
von Nebenprodukterlösen 110
Tabelle 12: Elementarzusammensetzung von Biomasse im
Vergleich zu Methanol 115
Tabelle 13: Preissegmente im Ethanolmarkt 138
Tabelle 14: Eigenschaften von Ethern im Vergleich 157
Tabelle 15: Ethanol, ETBE und Biodiesel im Vergleich 159
Tabelle 16: Ethanolerzeugung für den Kraftstoffsektor
in ausgewählten Ländern 194
Tabelle 17: PKW Szenarien (Quelle: Shell) 199
Tabelle 18: Vergleich von Ottokraftstoff und Bioethanol
in Abhängigkeit vom Rohölpreis 205
Tabelle 19: Erforderliche Steuerermäßigung um Preisgleichheit
von Ottokraftstoff und Bioethanol herzustellen 207
Tabelle 20: EU Einfuhrzölle auf Importe aus Brasilien, USA
und Polen 212
Tabelle 21: Zusammenfassung der Simulationsläufe 333
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| spellingShingle | Bioethanol in Deutschland Verwendung von Ethanol und Methanol aus nachwachsenden Rohstoffen im chemisch-technischen und im Kraftstoffsektor unter besonderer Berücksichtigung von Agraralkohol Schriftenreihe Nachwachsende Rohstoffe Bioalkohol gtt Deutschland gtt Nachwachsender Rohstoff gtt Naturstoffchemie gtt Produktion gtt Bioalkohol (DE-588)4206022-9 gnd Pflanzlicher Rohstoff (DE-588)4174078-6 gnd Nutzung (DE-588)4120814-6 gnd Ausgangsmaterial (DE-588)4143518-7 gnd Ethanolherstellung (DE-588)4403655-3 gnd Produktion (DE-588)4047347-8 gnd |
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