Kriterienmatrix zur stofflichen und energetischen Nutzung nachwachsender Rohstoffe:
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Berlin
<<Erich>> Schmidt
2008
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Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis.IX
Tabellenverzeichnis.XI
1 Hintergrund und Zielstellung.1
2 Potenziale.3
2.1 Stand.3
2.2 Entwicklung.6
2.2.1 Wesentliche Einflussfaktoren ("Szenarientreiber").8
2.2.2 Rahmenannahmen wesentlicher Szenarien.15
2.2.3 Ergebnisse weltweiter Biomassepotenzialschätzungen.20
2.3 Zusammenfassung.30
2.4 Literatur.31
3 Nutzungspfade.37
3.1 Problemaufriss.37
3.2 Nutzungstechnologien.38
3.2.1 Thermo-chemische Umwandlung.39
3.2.2 Physikalisch-chemische Umwandlung.45
3.2.3 Bio-chemische Umwandlung.46
3.2.4 Nutzungskaskaden.49
3.3 Märkte.50
3.3.1 Märkte für fossile Energieträger.50
3.3.2 Biomassemärkte.53
3.3.3 Nahrungsmittelmärkte.54
3.4 Exkurs: Nutzungskonkurrenzen.56
3.4.1 Energetische Biomassenutzung in Deutschland.56
3.4.2 Stoffliche Biomassenutzung in Deutschland.60
3.4.3 Erwartete Konkurrenzen im Bereich der energetischen
Biomassenutzung.61
VII
Inhaltsverzeichnis
3.4.4 Lösungsansätze.61
3.5 Zusammenfassung.64
3.6 Literatur.65
4 Ökoeffizienz ausgewählter Nutzungspfade.67
4.1 Methodik der Ökoeffizienz-Analyse.67
4.1.1 Die Ökoeffizienz-Analyse nach BASF.67
4.1.2 Auswertung der Ökoeffizienzstudien.69
4.2 Nachwachsender Rohstoffe / Energie vs. Konventionelle
Rohstoffe / Energie.72
4.3 Einzelergebnisse.76
4.3.1 Kostenauswertung.76
4.3.2 Ökologieauswertung.77
4.3.3 Ökoeffizienzauswertung.78
4.4 Zusammenfassung.79
4.5 Literatur.80
VIII
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Technische Potenziale energetisch nutzbarer holzartiger
Bioenergieträger.4
Abb. 2: Technische Potenziale energetisch nutzbarer halmgutartiger
Rückstände und Nebenprodukte.5
Abb. 3: Weltweite Biomassepotenziale bis 2100 (17 Studien im
Vergleich) (FAAIJ).7
Abb. 4: Wesentliche Einflussfaktoren auf die Flächenverfügbarkeit
zur Biomasseproduktion (schematische Darstellung).8
Abb. 5: Entwicklung des Pro Kopf Verbrauchs in kcal/Tag (Daten:
FAO).9
Abb. 6: Entwicklung pflanzlicher und tierischer Nahrungsmittel in
kcal/d (Daten FAO).10
Abb. 7: Entwicklung der flächenspezifischen Erträge ausgewählter
Nahrungsmittel zwischen 1961 und 2000 in den
verschiedenen Regionen der Welt.11
Abb. 8: Entwicklungskorridore der Szenarientreiber bis 2050.15
Abb. 9: Vergleich des Potenzials aus Energiepflanzen im Jahr 2050.25
Abb. 10: Nutzungsmöglichkeiten von Biomasse zur
End-/Nutzenergiebereitstellung.39
Abb. 11: Beispiel für eine Unterschubfeuerung.40
Abb. 12: Beispiel für eine Stromerzeugungsanlage zur Nutzung
biogener Festbrennstoffe.41
Abb. 13: Beispiel für eine Vergasungsanlage.43
Abb. 14: Beispiel für die Herstellung von Pflanzenöl.45
Abb. 15: Beispiel für eine Biogasanlage.48
Abb. 16: Entwicklung des weltweiten Verbrauchs an fossilen
Primärenergieträgern sowie an Wasserkraft.51
Abb. 17: Weitweiter Verbrauch an fossilen Primärenergieträgern
sowie an Wasserkraft nach Regionen und Energieträgem im
Jahr 2005.52
Abb. 18: Weltweiter Verbrauch an fossilen Primärenergieträgern
sowie an Wasserkraft und Biomasse nach Energieträgern.53
IX
Abbildungsverzeichnis
Abb. 19: Brennstoffpotenzial und Nutzung 2005 (ohne Deponie- und
Klärgas).57
Abb. 20: Prinzipielle Vorgehensweise bei der Ökoeffizienz-Analyse.68
Abb. 21: Vorgehensweise am Beispiel von Indigo.71
Abb. 22: Vorgehensweise der Bewertung am Beispiel von Indigo.71
Abb. 23: Gesamtvergleich aller untersuchten Studien.72
Abb. 24: Clusterzuordnung.73
Abb. 25: Ergebnisse der Kostenauswertung.76
Abb. 26: Ergebnisse der Ökologieauswertung. 77
Abb. 27: Ergebnisse der Ökoeffizienzauswertung.78
Abb. 28: Ergebnisse im Portfoliodiagramm.79
X
Tabellenverzeichnis
Tab. 1: Weltweite Biomassepotenziale differenziert nach Regionen 6
Tab. 2: Bevölkerung und Nahrungsmittelbedarf im Jahr 2050
(Hoogwijk, 2004a). 16
Tab. 3: Flächen und Erträge zur Nahrungsmittelproduktion unter
Annahme verschiedener Produktionssysteme im Jahr 2050
(Hoogwijk, 2004a). 16
Tab. 4: Landwirtschaftliche Fläche zur Energiepflanzenproduktion
unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors von 2a zur
Deckung des Nahrungsmittelbedarfs im Jahr 2050
(Hoogwijk, 2004a). 17
Tab. 5: Beschreibung der SRES Szenarien (Hoogwijk, 2004b). 17
Tab. 6: Beschreibung der Szenarien zur Ermittlung des
Biomassepotenzials im Jahr 2050 (Smeets et al., 2004). 18
Tab. 7: Einflussfaktoren auf die energetische Biomassenutzung. 20
Tab. 8: (Technisches) Energiepflanzenpotenzial für drei
Landnutzungskategorien und vier Szenarien für die Jahre
2050 und 2100 (Hoogwijk, 2004b). 22
Tab. 9: Technisches Energiepflanzenpotenzial auf zusätzlich frei
werdender Ackerfläche für vier Szenarien für das Jahr 2050
(Smeets et al., 2004). 23
Tab. 10: Technisches Energiepflanzenpotenzial für das Jahr 2050
(Fischer und Schrattenholzer, 2001). 24
Tab. 11: Weltweite Reststoffpotenziale bis 2100 (nach Hoogwijk,
2004b und eigene Bearbeitung). 26
Tab. 12: Weltweites geographisches Biomassepotenzial 2050
(Hoogwijk, 2004a). 27
Tab. 13: Weltweites Biomassepotenzial im Jahr 2050 (Smeets et al.,
2004). 28
Tab. 14: Vergleich der Flächen für Energiepflanzenanbau in
verschiedenen Szenarien. 29
Tab. 15: Brennstoff- und Flächenbedarf für die verschiedenen
Nutzungspfade. 59
XI
Tabellenverzeichnis
Tab. 16: Analyse unterschiedlicher Optionen der Biomassenutzung
(Technologien „Bioethanol-Lignozell.", „BtL", „Bnogener
Wasserstoff und „BioSNG" sind erst nach 2010
marktverfugbar). 62
Tab. 17: Clusterbewertung. 75
XII |
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Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis.IX
Tabellenverzeichnis.XI
1 Hintergrund und Zielstellung.1
2 Potenziale.3
2.1 Stand.3
2.2 Entwicklung.6
2.2.1 Wesentliche Einflussfaktoren ("Szenarientreiber").8
2.2.2 Rahmenannahmen wesentlicher Szenarien.15
2.2.3 Ergebnisse weltweiter Biomassepotenzialschätzungen.20
2.3 Zusammenfassung.30
2.4 Literatur.31
3 Nutzungspfade.37
3.1 Problemaufriss.37
3.2 Nutzungstechnologien.38
3.2.1 Thermo-chemische Umwandlung.39
3.2.2 Physikalisch-chemische Umwandlung.45
3.2.3 Bio-chemische Umwandlung.46
3.2.4 Nutzungskaskaden.49
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3.3.1 Märkte für fossile Energieträger.50
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3.3.3 Nahrungsmittelmärkte.54
3.4 Exkurs: Nutzungskonkurrenzen.56
3.4.1 Energetische Biomassenutzung in Deutschland.56
3.4.2 Stoffliche Biomassenutzung in Deutschland.60
3.4.3 Erwartete Konkurrenzen im Bereich der energetischen
Biomassenutzung.61
VII
Inhaltsverzeichnis
3.4.4 Lösungsansätze.61
3.5 Zusammenfassung.64
3.6 Literatur.65
4 Ökoeffizienz ausgewählter Nutzungspfade.67
4.1 Methodik der Ökoeffizienz-Analyse.67
4.1.1 Die Ökoeffizienz-Analyse nach BASF.67
4.1.2 Auswertung der Ökoeffizienzstudien.69
4.2 Nachwachsender Rohstoffe / Energie vs. Konventionelle
Rohstoffe / Energie.72
4.3 Einzelergebnisse.76
4.3.1 Kostenauswertung.76
4.3.2 Ökologieauswertung.77
4.3.3 Ökoeffizienzauswertung.78
4.4 Zusammenfassung.79
4.5 Literatur.80
VIII
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Technische Potenziale energetisch nutzbarer holzartiger
Bioenergieträger.4
Abb. 2: Technische Potenziale energetisch nutzbarer halmgutartiger
Rückstände und Nebenprodukte.5
Abb. 3: Weltweite Biomassepotenziale bis 2100 (17 Studien im
Vergleich) (FAAIJ).7
Abb. 4: Wesentliche Einflussfaktoren auf die Flächenverfügbarkeit
zur Biomasseproduktion (schematische Darstellung).8
Abb. 5: Entwicklung des Pro Kopf Verbrauchs in kcal/Tag (Daten:
FAO).9
Abb. 6: Entwicklung pflanzlicher und tierischer Nahrungsmittel in
kcal/d (Daten FAO).10
Abb. 7: Entwicklung der flächenspezifischen Erträge ausgewählter
Nahrungsmittel zwischen 1961 und 2000 in den
verschiedenen Regionen der Welt.11
Abb. 8: Entwicklungskorridore der Szenarientreiber bis 2050.15
Abb. 9: Vergleich des Potenzials aus Energiepflanzen im Jahr 2050.25
Abb. 10: Nutzungsmöglichkeiten von Biomasse zur
End-/Nutzenergiebereitstellung.39
Abb. 11: Beispiel für eine Unterschubfeuerung.40
Abb. 12: Beispiel für eine Stromerzeugungsanlage zur Nutzung
biogener Festbrennstoffe.41
Abb. 13: Beispiel für eine Vergasungsanlage.43
Abb. 14: Beispiel für die Herstellung von Pflanzenöl.45
Abb. 15: Beispiel für eine Biogasanlage.48
Abb. 16: Entwicklung des weltweiten Verbrauchs an fossilen
Primärenergieträgern sowie an Wasserkraft.51
Abb. 17: Weitweiter Verbrauch an fossilen Primärenergieträgern
sowie an Wasserkraft nach Regionen und Energieträgem im
Jahr 2005.52
Abb. 18: Weltweiter Verbrauch an fossilen Primärenergieträgern
sowie an Wasserkraft und Biomasse nach Energieträgern.53
IX
Abbildungsverzeichnis
Abb. 19: Brennstoffpotenzial und Nutzung 2005 (ohne Deponie- und
Klärgas).57
Abb. 20: Prinzipielle Vorgehensweise bei der Ökoeffizienz-Analyse.68
Abb. 21: Vorgehensweise am Beispiel von Indigo.71
Abb. 22: Vorgehensweise der Bewertung am Beispiel von Indigo.71
Abb. 23: Gesamtvergleich aller untersuchten Studien.72
Abb. 24: Clusterzuordnung.73
Abb. 25: Ergebnisse der Kostenauswertung.76
Abb. 26: Ergebnisse der Ökologieauswertung. 77
Abb. 27: Ergebnisse der Ökoeffizienzauswertung.78
Abb. 28: Ergebnisse im Portfoliodiagramm.79
X
Tabellenverzeichnis
Tab. 1: Weltweite Biomassepotenziale differenziert nach Regionen 6
Tab. 2: Bevölkerung und Nahrungsmittelbedarf im Jahr 2050
(Hoogwijk, 2004a). 16
Tab. 3: Flächen und Erträge zur Nahrungsmittelproduktion unter
Annahme verschiedener Produktionssysteme im Jahr 2050
(Hoogwijk, 2004a). 16
Tab. 4: Landwirtschaftliche Fläche zur Energiepflanzenproduktion
unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors von 2a zur
Deckung des Nahrungsmittelbedarfs im Jahr 2050
(Hoogwijk, 2004a). 17
Tab. 5: Beschreibung der SRES Szenarien (Hoogwijk, 2004b). 17
Tab. 6: Beschreibung der Szenarien zur Ermittlung des
Biomassepotenzials im Jahr 2050 (Smeets et al., 2004). 18
Tab. 7: Einflussfaktoren auf die energetische Biomassenutzung. 20
Tab. 8: (Technisches) Energiepflanzenpotenzial für drei
Landnutzungskategorien und vier Szenarien für die Jahre
2050 und 2100 (Hoogwijk, 2004b). 22
Tab. 9: Technisches Energiepflanzenpotenzial auf zusätzlich frei
werdender Ackerfläche für vier Szenarien für das Jahr 2050
(Smeets et al., 2004). 23
Tab. 10: Technisches Energiepflanzenpotenzial für das Jahr 2050
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Tab. 11: Weltweite Reststoffpotenziale bis 2100 (nach Hoogwijk,
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Tab. 12: Weltweites geographisches Biomassepotenzial 2050
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Tab. 13: Weltweites Biomassepotenzial im Jahr 2050 (Smeets et al.,
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Tab. 14: Vergleich der Flächen für Energiepflanzenanbau in
verschiedenen Szenarien. 29
Tab. 15: Brennstoff- und Flächenbedarf für die verschiedenen
Nutzungspfade. 59
XI
Tabellenverzeichnis
Tab. 16: Analyse unterschiedlicher Optionen der Biomassenutzung
(Technologien „Bioethanol-Lignozell.", „BtL", „Bnogener
Wasserstoff und „BioSNG" sind erst nach 2010
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