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Full text: Meilensteine 2030 / Thrän, Daniela

18 Schriftenreihe des Förderprogramms „Energetische Biomassenutzung“ Meilensteine 2030 Elemente und Meilensteine für die Entwicklung einer tragfähigen und nachhaltigen Bioenergiestrategie Energetische Biomassenutzung Energetische Biomassenutzung Schriftenreihe des Förderprogramms „Energetische Biomassenutzung“ Band 18 Meilensteine 2030 Elemente und Meilensteine für die Entwicklung einer tragfähigen und nachhaltigen Bioenergiestrategie Endbericht zu FKZ 03KB065, FKZ 03MAP230 Herausgegeben von Daniela Thrän, Diana Pfeiffer Autoren: Thrän, Daniela (DBFZ / UFZ) Arendt, Oliver; Ponitka, Jens; Braun, Julian (DBFZ) Millinger, Markus (UFZ) Wolf, Verena; Banse, Martin (TI) Schaldach, Rüdiger; Schüngel, Jan (CESR) Gärtner, Sven; Rettenmaier, Nils (IFEU) Hünecke, Katja; Hennenberg, Klaus (Öko-Institut) Wern, Bernhard; Baur, Frank (IZES) Fritsche, Uwe; Gress, Hans-Werner (IINAS) Gefördert durch Projektträger Programmbegleitung 4 Impressum Impressum Inhalt Inhaltsverzeichnis Herausgeber Daniela Thrän, Diana Pfeiffer Kontakt DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Straße 116 D-04347 Leipzig Telefon: +49 (0)341 2434-554 Telefax: +49 (0)341 2434-133 E-Mail: diana.pfeiffer@dbfz.de www.energetische-biomassenutzung.de Geschäftsführung Wissenschaftlicher Geschäftsführer: Prof. Dr. mont. Michael Nelles Administrativer Geschäftsführer: Dipl.-Kfm. (FH) LL.M. Daniel Mayer Redaktion Programmbegleitung des Förderprogramms „Energetische Biomassenutzung“ Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren. Bildnachweis Umschlag vorn: A. Gröber, DBFZ; P. Trainer, DBFZ; DBFZ; Rolf van Mehlis, pixelio.de Umschlag hinten: DBFZ; Südzucker Zeitz; DBFZ; DBFZ Alle anderen Urheber sind am Bild verzeichnet. Layout & Herstellung Steffen Kronberg Angela Gröber Bianca Stur Druck FISCHER druck&medien, Leipzig Förderung Im Jahr 2008 vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB, ehemals BMU) initiiert, wird das Förderprogramm seit 2014 vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) weitergeführt. ISSN 2199-2762 © Copyright: Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil dieses Druckerzeugnisses darf ohne schriftliche Genehmigung des Herausgebers vervielfältigt oder verbreitet werden. Unter dieses Verbot fällt insbesondere auch die gewerbliche Vervielfältigung per Kopie, die Aufnahme in elektronische Datenbanken und die Vervielfältigung auf anderen digitalen Datenträgern. Alle Rechte vorbehalten. © DBFZ 2015 (Aktualisierung: 30.06.2015) Abkürzungsverzeichnis 1 8 Zusammenfassung 10 1.1 Hintergrund, Zielstellung und Rahmen 1.2 Ergebnisse 1.2.1 Technologieentwicklung 1.2.2 Rohstoffbasis 1.2.3 Flächenbedarf 1.2.4 Kumulierte Umweltauswirkungen 1.2.5 Auswirkungen auf Biodiversität und Bodenqualität 1.2.6 Ernährungssicherheit 1.2.7 Regionale Infrastruktur 1.2.8 Internationale Energiemärkte und Rückkopplungen 1.2.9 Die Effekte im Zeitverlauf 1.3 Schlussfolgerungen 1.4 Handlungsempfehlungen – Meilensteine 2030 10 14 14 15 16 17 19 20 21 22 23 25 32 2 Einleitung 35 2.1 Hintergrund 2.2 Zielstellung und Herngehensweise 35 39 3 Modellidee + Modellverbund 38 3.1 BENSIM 3.2 MAGNET 3.3 LandSHIFT 3.4 Übersichtsökobilanzen 3.5 Ernährungssicherheit 3.6 Bewertung flächenbezogener Risiken 3.7 Regionale Effekte 3.8 Internationale Auswirkungen und Rückkopplungen 4 Szenarienrahmen 38 40 41 41 42 42 42 42 43 5 Ergebnisse 46 5.1 Bioenergiebereitstellung / Anlagenpark in Deutschland 5.1.1 Ergebnisse der Szenarien 5.1.2 Sensitivitäten 5.1.3 Schlussfolgerungen und Empfehlungen 46 46 50 56 5 6 Inhalt 5.2 Ressourcen und Märkte 2050 5.2.1 Wichtige Treiber in MAGNET 5.2.2 Ausgestaltung der Szenarien in MAGNET 5.2.3 MAGNET-Ergebnisse 5.2.4 Sensitivitätsanalyse 5.2.5 Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen 5.3 Ressourcen und Landnutzung 5.3.1 Überblick über die Ergebnisse 5.3.2 BAU-Szenarien Global 5.3.3 Nachhaltigkeitsszenarien Global 5.3.4 Deutschland 5.3.5 Diskussion der Modellergebnisse 5.3.6 Modellsensitivität und -unsicherheiten 5.3.7 Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen 5.4 Ökobilanzielle Bewertung der Bioenergieszenarien 5.4.1 Ziel, Vorgegehensweise und Festlegungen 5.4.2 Ergebnisse 5.4.3 Schlussfolgerungen 5.5 Ökologische Bewertung der Landnutzung 5.5.1 Bewertungsansatz 5.5.2 Risiken für die Biologische Vielfalt 5.5.3 Risiken für die Böden 5.5.4 Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen 5.6 Bewertung von Ernährungsrisiken 5.6.1 Hintergrund 5.6.2 Ziel und Vorgehensweise 5.6.3 Ergebnisse 5.6.4 Schlussfolgerung 5.7 Regionale Effekte 5.7.1 Kommunal adaptierte Technologien 5.7.2 Regionale Auswirkungen auf den Strom- und Wärmemarkt 5.7.3 Regionale Anpassungsbedarfe 5.7.4 Überblick über die Anpassungsbedarfe 5.8 Internationale Auswirkungen und Rückkopplungen 5.8.1 Globale nachhaltige Bioenergiepotenziale 5.8.2 Mögliche nachhaltige Importpotenziale für Bioenergie 5.8.3 Politische Rahmenbedingungen und internationale Ziele sowie Nachhaltigkeitskriterien für Bioenergie 5.8.4 Verwendung internationaler Energiedaten 5.8.5 Bilanzierung Versorgungssicherheit 5.8.6 Rückwirkungen der Szenarien auf das deutsche Energiesystem Inhalt 57 57 58 59 66 68 68 69 69 71 73 75 75 77 77 77 79 96 99 99 101 107 108 110 110 111 112 120 121 122 125 131 134 134 134 135 137 137 137 139 6 Schlussfolgerungen 141 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen 148 Abbildungsverzeichnis 152 Tabellenverzeichnis 155 Literatur- und Referenzverzeichnis 156 Anhang 162 7 8 Abkürzungs- und Symbolverzeichnis Abkürzungs- und Symbolverzeichnis Abkürzung Erklärung BAU Business as Usual BENSIM BioENergieSImulationsModell BGA Biogasanlage (B)HKW (Block)Heizkraftwerk BIP BruttoInlandsProdukt BLE Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung BTL Biomass to liquid CESR Center for Environmental Systems Research, Universität Kassel DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH EEA European Environment Agency EEG Erneuerbare Energien Gesetz ETS Europäisches Emissionshandelssystem FAO United Nations Food and Agricultural Organization FT Fischer-Tropsch-Synthese GAP Gemeinsame Agrarpolitik GBEP Global Bioenergy Partnership GEA Global Energy Assessment GEMIS Globales Emissions-Modell integrierter Systeme GHI Globaler Hunger Index GIS Geoinformationssystem GTAP Global Trade Analysis Project IEA International Energy Agency HLPE High Level Panel of Experts on Food Security and Nutrition HVO Hydrogenated Vegetable Oil IFEU Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH IFPRI International Food Policy Research Institute IIASA Internationales Institut für Angewandte Systemanalyse IINAS Internationales Institut für Nachhaltigkeitsanalysen und -strategien Abkürzungs- und Symbolverzeichnis IMF International Monetary Fund IZES Institut für Zukunftsenergiesysteme gGmbH KUP Kurzumtriebsplantage(n) KWK Kraft-Wärme-Kopplung ORC Organic rankine cycle RED Erneuerbare-Energien-Richtlinie 2009/28/EG PE Primärenergie PJ Petajoule (1 PJ= 3,6 TWh; 1 TWh = 1 Mrd. kWh) SNG Synthetic natural gas 9 10 Zusammenfassung 1 Zusammenfassung 1.1 Hintergrund, Zielstellung und Rahmen In einer weitgehend auf erneuerbaren Energien fußenden Energieversorgung in Deutschland muss Bioenergie künftig die Lücken füllen, die nicht aus anderen Quellen gespeist werden können – diese These hat die Diskussion um Bioenergie im beginnenden 21. Jahrhundert stark bestimmt (Barzantny et al., 2009; Kirchner & Matthes, 2009; Sachverständigenrat für Umweltfragen, 2011; Schlesinger et al., 2010, 2011). Dabei gibt es sowohl starke Argumente für den flexiblen Einsatz im Strombereich als auch für ausgewählte Kraftstoffpfade (z. B. Schwerlastverkehr, Schifffahrt, Flugverkehr), während im Wärmebereich Bioenergie als gut durch alternative erneuerbare Versorgungskonzepte ersetzbar gilt. Jedoch hat sich auch gezeigt, dass Biomasse zwar regenerativ, jedoch für den konkreten Zeitraum und unter Nachhaltigkeitsaspekten nur begrenzt verfügbar ist. Künftig wird erwartet, dass der Bedarf an Nahrungs- und Futtermitteln wie auch für die stoffliche Nutzung steigt. Damit wird eine Priorisierung der Einsatzbereiche für den weiteren Ausbau zunehmend notwendig (BMVBS, 2010; Thrän et al., 2011; Koalitionsvertrag, 2013; Majer et al., 2013). Es herrscht Einigkeit, dass Bioenergienutzung im Einklang mit den Zielen der nachhaltigen Entwicklung stehen muss und insbesondere gegenüber der Ernährungssicherung nachrangig ist, dass die Nutzung zunehmend an den Erfordernissen des Energiesystems ausgerichtet sein müssen und dass nur bei stetiger Weiterentwicklung der Technologien ein angemessener Beitrag der Bioenergie erreicht werden kann. Auch scheint es sinnvoll, dass man – vor dem Hintergrund der vielfältigen aktuellen Entwicklungen im Bereich der regenerativen, nicht-biogenen Energietechnologien und Energieträger – Bioenergiestrategien favorisiert, die geringe Pfadabhängigkeiten aufweisen und z. B. Technologiekonzepte berücksichtigen, die sowohl im Strom- / Wärme-Bereich als auch im Kraftstoffsektor genutzt werden können. Forschungsfragen. Vor diesem Hintergrund ist eine bessere Kenntnis des Bioenergie-Technologiepotenzials und der möglichen Auswirkungen der Implementierung dieses Potenzials ein wichtiger Ausgangspunkt für die Entwicklung einer Bioenergiestrategie. Um dieses zu erhalten, wurden im Vorhaben „Elemente und Meilensteine für die Entwicklung einer tragfähigen nachhaltigen Bioenergiestrategie - Meilensteine 2030“1 ausgewählte BioenergieEntwicklungsszenarien für Deutschland bis zum Jahr 2050 simuliert, um daraus Schlussfolgerungen zu ziehen, (i) welche Technologieoptionen künftig an Relevanz gewinnen, (ii) welche Auswirkungen eine modifizierte Bioenergienutzung in Deutschland für die globalen Märkte mit sich bringt, (iii) welche ökologischen, infrastrukturellen und teilweise auch sozialen Gesamteffekte mit unterschiedlichen Strategien verbunden sind und welche Maßnahmen bis 2030 ggf. getroffen werden müssen, um die anvisierten Versorgungsoptionen aus Bioenergie bis 2050 zu realisieren. 1 Homepage des Projektes siehe: https://www.energetische-biomassenutzung.de/de/meilensteine-2030.html Zusammenfassung Rahmenannahmen. Die wesentlichen Grundannahmen der künftigen Szenarienwelten umfassen z. B. (i) die Weiterentwicklung in Deutschland hin zu einer stark effizienz-verbesserten und regenerativ-basierten Energieversorgung im Jahr 2050 (Nitsch, 2008; BMU (Hrsg.), 2009; Schlesinger et al., 2010; Nitsch et al., 2010, 2012), (ii) die globale Entwicklung hin zu einer stärker regenerativ basierten Energieversorgung mit zunehmenden Teilen an lignozellulosebasierten Biokraftstoffen bis 2050 ([IINAS, 2014] auf Basis [IEA, 2014b]), (iii) Annahmen zur Wirtschaftsentwicklung (USDA ERS, 2013), zum Bevölkerungswachstum (United Nations, 2013), zum technischen Fortschritt und zur Preisentwicklung von fossilen Kraftstoffen (European Commission, 2013) als Treiber der gesamten Ökonomie über die Zeit sowie (iv) den Fortbestand bzw. die Weiterentwicklung von Umweltstandards in Deutschland und der EU (z. B. Emissionsgrenzwerte, Nachhaltigkeitsstandards für Kraftstoffe, sowie Biodiversitätskonvention) und die Beibehaltung des CO2-Zertifikatehandels mit steigenden Zertifikatpreisen (European Commission, 2013). Rahmenannahmen wurden zudem für die künftig global verfügbaren Biomassepotenziale getroffen. Diese sind mit verschiedenen Unsicherheiten behaftet und werden in verschiedenene Studien daher sehr unterschiedlich abgeschätzt (vgl. u. a. Thrän et al., 2013). Aktuelle Schätzungen des IPCC gehen – unter Einbeziehung der Flächenkonkurrenzen, Wasserverfügbarkeit und künftig zu erwartendem Klimawandel mit entsprechend negativen Effekten für landwirtschaftliche Erträge – weltweit bis 2050 zum Beispiel von einem Potenzialbereich von rund 100 bis 300 EJ an biogener Primärenergie aus (Chum et al., 2011), wovon heute bereits etwa 50 EJ/a genutzt werden. Szenariengestaltung. Für die künftige Bioenergiebereitstellung wurde der von (Nitsch et al., 2012) ermittelte Gesamteinsatz an Biomasse zur Energieversorgung von 1.550 PJ im Jahr 2050 zu Grunde gelegt. Dieser Wert liegt in der Größenordung des aus internationalen Verfügbarkeiten anteililg ableitbaren Bioenergiepotenzials für Deutschland. Basierend auf dieser Mengenannahme wurde der Verwendungszweck (Strom / Wärme bzw. Kraftstoff) in den verschiedenen Szenarien variiert und keine sektorale Rohstoffbasisaufteilung angenommen. Neben abgeschätzten Beiträgen der reinen Wärmebereitstellung und Konzepten zur Reststoff- / Abfallverwertung wurden die Konversionspfade näher betrachtet, in denen prinzipiell ein nennenswerter Umwandlungsbeitrag in Deutschland erfolgen kann und die dauerhaft relevant sind und Innovationspotenziale besitzen, womit z. B. die Mitverbrennung von Biomasse in Kohlekraftwerken als wenig zukunftssichere Option ausscheidet (Tabelle 1-1). Es wurde angenommen, dass die vorrangige Verwendung von Rest- und Abfallstoffen zur Stromerzeugung politisch verankert wird. Ebenfalls wurde angenommen, dass die reine Wärmebereitstellung stark rückläufig ist und diese Brennstoffe statt dessen in den jeweils priorisierten Anwendungsfeldern (Kraftsttoff bzw. Strom / Wärme) eingesetzt werden. Die Entwicklung von Anlagen zur Bioabfallvergärung, Güllekleinanlagen und reinen Wärmebereitstellung wurde daher nicht modelliert, sondern basierend auf Expertenwissen abgeschätzt. 11 Zusammenfassung Zusammenfassung Strom / Wärme (KWK) Biokraftstoff Anaerobe Vergärung Heizkraftwerk (ORC) Biogasanlage Heizkraftwerk (DT) Biomethananlage PflanzenölBHKW Fermentation Umesterung Hydroprocessing – Güllekleinanlage * Vergaser (ORC) Bioabfallanlage* Biomethan Ethanol (Getreide) Bio-SNG Biodiesel (Raps) Ethanol (Stroh) Einzelraumfeuerung (Scheitholz)* Holzpelletkessel* Vergasung Kleinvergaser (KWK) Ethanol (Zucker) – 100 % HVO (Raps) BtL/FischerTropschKraftstoffe – Heizwerk (HHS)* Abkürzungen: ORC: Organic Rankine Cycle; DT: Dampfturbine; HHS: Holzhackschnitzel; KWK: Kraft-Wärme-Kopplung; Bio-SNG: Bio synthetic natural gas (Methan aus biogenen Festbrennstoffen); BtL: Biomass to liquid; HVO: Hydrogenated Vegetable Oil * künftiger Beitrag im Energiesystem basierend auf Expertenschätzungen im Projektverbund festgelegt In Summe werden vier Szenarien (KS-BAU, KS-N, SW-BAU, SW-N) betrachtet, die Extremwelten darstellen (Abb. 1-1). Betrachtet werden neben unterschiedlichen Annahmen zu Nachhaltigkeitsanforderungen auch unterschiedliche Versorgungsprioritäten der Bioenergie. So wird Biomasse einmal prioritär zur Kraftstoffbereitstellung und einmal zur Strom-Wärme-Bereitstellung genutzt. 2 Ergänzende Ergebnisübersichten und Informationen zu Methodik und Annahmen stehen zum Download zur Verfügung unter: https://www.energetische-biomassenutzung.de/de/meilensteine-2030/ergebnisse.html Szenario 1 Szenario 2 REF Kraftstoff 100 % Tabelle 1-1: 20 Konversionspfade im Vorhaben „Meilensteine 2030“ Verbrennung Strom & Wärme Endnutzung* Bei den übrigen betrachteten Technologien wurde eine potenziell globale Rohstoffversorgung immer dann näher untersucht, wenn die Rohstoffe oder Zwischenprodukte eine transportwürdige Energiedichte aufweisen (Pflanzenöle, Getreide, Holz). Für die Strombereitstellung werden 5.000 Jahresvolllaststunden pro Technologie angenommen, da unterstellt wird, dass der Strom nicht rund um die Uhr eingespeist wird, sondern verstärkt in Zeiten, wenn andere Erneuerbare Energien nicht zur Verfügung stehen. Die Möglichkeiten von alternativen, nicht-biogenen flexiblen Strombereitstellungsoptionen (Power-to-Gas, Speicher) werden im Exkurs analysiert (siehe Anhang2 A 1.1). Für die betrachteten flüssigen und gasförmigen Biokraftstoffe wurden zusätzliche Infrastrukturkosten, insbesondere für gasförmige Kraftstoffe, berücksichtigt. Weiterhin werden Nachhaltigkeitsaspekte berücksichtigt, so dass es Entwicklungen hin zu einer global zunehmend vorsorgenden Flächenpolitik gibt, bei denen eine Ausweitung von Ackerland in sensible Gebiete wie Primärwälder oder Feuchtgebiete nicht mehr stattfindet. Wärme 12 Szenario 4 BAU Szenario 3 Nachhaltigkeit** Stark * * Die der Endnutzung variiert von 0 bis 100 % (z.B. werden in Extrem-Szenario 4 bis zu 100 % der Biomasse Kraftstoffproduktion aufgewendet). Die imAusprägung Modelllverbund berücksichtigte Biomasse wird in Deutschland entweder nahezuzur vollständig zur Produktion Intensität Umweltauflagen und Berücksichtigung sozialer Aspekte Deutschland wie auch international und Importe) von**Strom / von Wärme oder Kraftstoffen eingesetzt. (REF sowohl stellt inden Ausgangspunkt für die(Vorketten Szenarienbetrachtungen ** dar); Intensität von Umweltauflagen und vorsorgende Flächenpolitik sowohl in Deutschland wie auch international (Vorketten und Importe); Abkürzungen: SW: (gekoppelte) Strom- und Wärmebereitstellung; KS: Kraftstoff; BAU: Business as usual; N: hohe Nachhaltigkeitsanforderungen Abbildung 1-1: Die vier Szenarien (KS-BAU, KS-N, SW-BAU, SW-N) im Projekt „Meilensteine 2030“ Die Szenarienberechnung erfolgt mit den Modellen MAGNET, LandSHIFT, BENSIM und weiteren Modulen zur Folgenabschätzung, die zu diesem Zweck teilweise in neuartiger Weise gekoppelt wurden. Ergebnisqualität. Für die Modellierungen wurden verschiedene Parameter auf Basis von bestehenden Studien und Expertenwissen festgelegt. Jeder dieser Parameter kann mit Unsicherheiten behaftet sein. Dies wird bei der Ergebnisinterpretation berücksichtigt. Weiterhin hat sich die Diskussion um die Energiewende allgemein und um Bioenergie im Speziellen in den letzten fünf Jahren sehr stark verändert. Die grundlegenden Erwartungen, die die Basis für dieses Forschungsvorhaben bildeten, sind daher teilweise nicht mehr diskussionsbestimmend. Dies unterstreicht jedoch besonders die Notwendigkeit robuster Entwicklungsoptionen. Die Szenarienergebnisse zeigen potenzielle Entwicklungspfade auf, die sich unter den angenommenen Rahmenbedingungen als ökonomisch vorteilhaft erweisen. Die Szenarienannahmen sind Extremannahmen (z. B. vollständige Erschließung des verfügbaren Biomassepotenzials und Einsatz nur für Kraftstoffe oder nur für Strom / Wärme). Die Ergebnisse sind daher vor allem relativ, also im Vergleich zueinander, zu interpretieren. Sie sind ein notwendiges Werkzeug für die Ableitung von Schlussfolgerungen (Kap. 1.3) und Handlungsempfehlungen (Kap. 1.4), aber keine Handlungsempfehlung an sich. 13 14 Zusammenfassung 1.2 1.2.1 Zusammenfassung Ergebnisse Wenn die Erlöse für Nebenprodukte künftig erhöht werden können, ergeben sich weitere Vorteile für pflanzenölbasierte Bioenergieträger und für KWKOptionen mit hoher Wärmenutzung in den Stromszenarien. Technologieentwicklung Technologiepotenzial. Das Potenzial für eine Technologie, erfolgreich im Markt eingeführt zu werden, wird aus der Höhe der erwarteten Bereitstellungskosten unterschiedlicher Alternativen abgeleitet. Die Bereitstellungskosten für die unterschiedlichen Technologien werden in BENSIM modelliert und sind durch die Entwicklung der Rohstoffpreise und Nebenprodukterlöse sowie die Lernraten bestimmt. Die Entwicklung des Anlagenparks zu einer zielgerichteten Biomassenutzung ist im Modell durch jährlichen Anlagenzu- und -abbau abgebildet. Aussichtsreiche Technologiepfade. Die Bereitstellung von Bioenergie aus Reststoffen ist ausbaufähig aber begrenzt. Für forst- und agrarbasierte Bioenergieträger ergeben sich in den BAU-Szenarien – unter Berücksichtigung der modellierten Agrarpreisentwicklungen (siehe Ergebnisse Rohstoffbasis) – Kostenvorteile für pflanzenölbasierte Bioenergieformen, gefolgt von Biogas / Biomethan. Verstärkte Nachhaltigkeitsanforderungen kehren diese Vorteilhaftigkeit um. Bioenergieformen, die auf Basis von Biomassevergasung (Holz) oder aus Rest- und Abfallstoffen bereitgestellt werden, setzen sich erst mittel- bis langfristig und unter hohen Nachhaltigkeitsanforderungen durch. Diese Präferenzen können in der Praxis verschoben werden, wenn einzelne Energieträger durch die gegebenen oder künftigen Randbedingungen nicht mehr zulässig sind (z. B. Biodiesel auf Pflanzenölbasis) oder einzelne Energieträger zusätzliche Qualitäten aufweisen, die für bestimmte Anwendungsfelder zwingend notwendig sind, und daher entsprechend umfassend und dauerhaft forciert werden (z. B. Biokerosin als Flugkraftstoff). Die Reihung der Vorteilhaftigkeit, insbesondere der Rohstoffe, findet sich sowohl in den Strom- als auch in den Kraftstoffszenarien; die identifizierten Biobrennstoffoptionen sind damit sektorübergreifend relevant. Einflussfaktoren. In den Sensitivitätsanalysen wurden zusätzlich folgende Einflussfaktoren ermittelt: Wenn die Preissteigerungen für Holzrohstoffe in den kommenden Jahrzehnten deutlich unter denen von Agrarrohstoffen bleiben, können vergasungsbasierte Bioenergieträger konkurrenzfähig werden, jedoch in erster Linie nicht synthetische Kraftstoffe (BtL, z. B. FT-Kerosin), sondern, eine entsprechende Nachfrage vorausgesetzt, Bio-SNG. Wenn die Konversionsanlagen zur Strombereitstellung künftig einer zunehmend flexiblen Fahrweise unterworfen sind, ergeben sich wegen vergleichsweise geringerer Investitionsaufwendungen Kostenvorteile für biogas- und pflanzenölbasierte Bioenergieträger. CO2-Preise haben nur einen geringen Effekt, weil sich die Treibhausgasemissionen der gewählten Modellfälle innerhalb der Konversions- und Nutzungspfade nur geringfügig unterscheiden. Weitere wichtige Faktoren für die Ableitung von Meilensteinen. Der Wärmebereich wurde mit dem verwendeten Modellansatz nur am Rande betrachtet – hier dürften jedoch insbesondere holzbasierte Verbrennungstechnologien Kostenvorteile bieten. Nicht explizit im Technologiewettbewerb berücksichtigt wurde die Konversionsroute „Bioethanol aus Zuckerrohr“, die als Importoption große Kostenvorteile bringen kann, wenn die Zölle entsprechend gestaltet werden. Ebenso nicht betrachtet wurde die Mitverbrennung von Holzbrennstoffen in Kohlekraftwerken, für die bei CO2-Zertifikatepreisen ab etwa 30 Euro pro Tonne der Markteintritt erwartet wird (vgl. Vogel et al., 2011). Alle drei Konversionsrouten können die Energiebereitstellung aus Biomasse bei gegebenen Randbedingungen deutlich dominieren und werden daher bei der Gesamtbewertung entsprechend diskutiert. 1.2.2 Rohstoffbasis Globale und nationale Agrarmärkte. Das Modell MAGNET liefert weltweite Mengen- und Preisentwicklungen für landwirtschaftliche Produkte. Dabei wird der gesamtökonomische Kontext berücksichtigt. Der Agrarmarkt ist und bleibt vor allem dominiert von der zunehmenden globalen Nachfrage nach Nahrungs- und Futtermitteln. Bioenergie spielt dabei für bestimmte Kulturen, insbesondere Ölsaaten, auch eine Rolle. Die Nachfrage nach Biodiesel in Deutschland induziert Pflanzenölimporte. Fällt diese Nachfrage, nehmen die Pflanzenölimporte nach Deutschland im Zeitverlauf eher ab als zu und die Produktion von Ölsaaten in Deutschland steigt im Zeitverlauf sehr viel geringer an als in einem Szenario mit hoher Biodieselnachfrage. Stark steigende Bodenpreise machen deutlich, dass Boden zunehmend zum begrenzenden Faktor der Agrarproduktion wird. Die Preise für Agrarprodukte steigen insbesondere in den Nachhaltigkeitsszenarien, in denen weniger Fläche für die Produktion zur Verfügung steht. Die Flächenbegrenzungen und die steigenden Agrarpreise stimulieren den technischen Fortschritt im Ackerbau und führen zu höheren Flächenerträgen sowie Intensivierung der Produktion auf den verbleibenden Flächen. In Sensitivitätsuntersuchungen wurde gezeigt, dass eine Variation des künftigen Bruttoinlandproduktes (BIP) um +10 % deutlich stärkere Auswirkungen als eine Variation der globalen Biokraftstoffnachfrage um +20 % hat. Ersteres beeinflusst die Preise stärker als die Produktion, dahingegen hat Letzteres fast ausschließlich Auswirkungen auf die Produktion. Holzrohstoffe. Die Preisentwicklung für Holz wurde in MAGNET nicht dargestellt, sondern es wurden basierend auf Expertenschätzungen Preissteigerungsannahmen getroffen (diese liegen in der Größenordnung der Weizenpreisentwicklungen). Gleichzeitig wurde der erwartete Holzbedarf aus internationalen Kraftstoffszenarien in Form von zusätzlichen Anbauflächen für Kurzumtriebsholz berücksichtigt. Die fehlende Kopplung der Preise für 15 16 Zusammenfassung Agrar- und Forstrohstoffe stellt eine erhebliche Unsicherheit dar, die jedoch trotzdem die Erzeugung eines Gesamtbildes erlaubt. Der Effekt einer zunehmenden stofflichen Holznutzung wurde abgeschätzt und zeigt einen deutlichen nationalen Bezug und keine substanziellen Veränderungen in der Verfügbarkeit von Holz für die energetische Nutzung, da die Verbesserung der stofflichen Nutzung hier in erster Linie eine Verlängerung der Wertschöpfungskette mit erhöhtem Kaskadenfaktor darstellt. Weitere wichtige Faktoren für die Ableitung von Meilensteinen. Wenn man berücksichtigt, dass unter den getroffenen Annahmen im Wettbewerb der Technologien in Deutschland Holz kaum zur gekoppelten Strom- / Wärme- bzw. zur Kraftstoffbereitstellung nachgefragt wird, ergibt sich auch im internationalen Kontext die Frage, wie die vielfach erwarteten holzbasierten Kraftstoffe den Markteintritt erreichen sollen. 1.2.3 Flächenbedarf Flächenbedarf global. Die Modellergebnisse aus MAGNET werden mit dem Modell LandSHIFT in Flächenbelegungen übersetzt. Dabei wird der Flächenbedarf für die Produktion sämtlicher Agrarrohstoffe (Nahrungsmittel, Futtermittel, Nachwachsende Rohstoffe für die stoffliche sowie energetische Nutzung) berücksichtigt. Als Eingangsparameter für die Modellierungen wurden basierend auf externen Quellen (IINAS, 2014) die Anteile von 2.-Generation-Kraftstoffen aus Energiegräsern und Kurzumtriebsplantagen berücksichtigt und regional disaggregiert sowie die Daten für regionalisierte Erträge von Lignozellulose-Pflanzen für diese Kraftstoffe und die jeweilige Konversionseffizienz vorgegeben. In allen betrachteten Entwicklungen steigt der globale Flächenbedarf für die Produktion von Ackerfrüchten an, von 1,4 Mrd. ha in 2007 auf ~2,4 Mrd. ha in den Nachhaltigkeitsszenarien bzw. ~2,8 Mrd. ha in den BAU-Szenarien in 2050. Zunehmende globale Nahrungs- und Futtermittelproduktion stellen hierfür die Hauptursachen dar. Signifikante Unterschiede zwischen den Kraftstoff- und den Strom- / Wärme-Szenarien sind bei der weltweiten Entwicklung nicht festzustellen, da die Differenzierung nur für die Bioenergie in Deutschland greift. In den BAU-Szenarien ist die starke ackerbauliche Ausdehnung insbesondere in Brasilien, im Südwesten von Russland sowie in Südostasien zu erkennen. In den Nachhaltigkeitsszenarien führt ein geringerer Bedarf an Ackerland in Kombination mit wirkungsvollen Schutzmechanismen für natürliche Ökosysteme (u. a. Primärwälder und Naturschutzgebiete) zu einem geringeren Verlust an natürlicher Vegetation: Während in den BAU-Szenarien bis 2050 fast 300 Mio. ha der in 2007 existierenden 4,32 Mrd. ha Waldfläche abgeholzt werden, kann dieser Trend in den Nachhaltigkeitsszenarien weitestgehend gestoppt werden. Gleichzeitig lässt sich eine Verlagerung von Landnutzungsänderungen in andere, nicht explizit geschützte Ökosysteme verzeichnen, sodass die globale Fläche von Gras- und Buschlandökosystemen von 5,49 Mrd. km² in 2007 auf 4,65 Mrd. km² in den Nachhaltigkeitsszenarien bzw. 4,72 Mrd. km² in den BAU-Szenarien in 2050 abnimmt. Flächenbedarf national. Die Flächen für die Agrarproduktion in Deutschland steigen von 9,35 Mio. ha in 2007 in den Kraftstoffszenarien auf 11,46 Mio. ha (BAU) bzw. 10,04 Mio. ha (Nachhaltig) und in den Strom- / Wärme-Szenarien auf 11,72 Mio. ha (BAU) bzw. 11,35 Mio. ha (Nachhaltig) in 2050 an. Die Nutzung von Grünland als Weidefläche entwickelt sich gegenläufig und sinkt von 6,96 Mio. ha in 2007 in den Kraftstoffszenarien bis Zusammenfassung 2050 auf 4,91 Mio. ha (BAU) bzw. 6,34 Mio. ha (Nachhaltig) und in den Strom- / WärmeSzenarien bis 2050 auf 4,65 Mio. ha (BAU) bzw. 5,02 Mio. ha (Nachhaltig). Bedingt durch ein explizites Umbruchverbot nach 2020 wird in den Nachhaltigkeitsszenarien ab diesem Zeitpunkt kein zusätzliches Grünland mehr in Ackerfläche umgewandelt. In den Strom- / Wärme-Szenarien findet bis 2030 eine stärkere Zunahme der Ackerfläche als in den Kraftstoff-Szenarien statt. Danach wird in den Strom- / Wärme-Szenarien durch einen Rückgang des Bedarfs nach Anbauflächen für die Produktion von Energiepflanzen frei werdendes Ackerland für Weidewirtschaft nutzbar (da dann kein weiterer Zubau, sondern nur noch ein Umbau im Technologiepark unterstellt ist). In den Kraftstoffszenarien nimmt Ackerland (durch die höhere Priorisierung in LandSHIFT) auf Kosten von Grünland im BAU-Szenario bis 2050 weiter zu. Flächen mit naturnaher Vegetation (Grasland / Buschland) werden bis 2030 in geringem Umfang von 0,06 Mio. ha umgewandelt. Noch vorhandene Waldflächen stehen unter Schutz und werden nicht umgewandelt. Bei allen Betrachtungen ist zu berücksichtigen, dass es sich um die Analyse von Extremszenarien handelt. Durch die starken Präferenzen für Bereitstellungsketten aus landwirtschaftlichen Rohstoffen gehen die in den Extremszenarien ermittelten Flächenbedarfe über die Bedarfe hinaus, die in den als Ausgangsbasis verwendeteten Energieszenarien angenommenen werden. So entspricht die Gesamtsumme der für Biokraftstoffe in Deutschland und im Ausland direkt oder indirekt belegten Anbauflächen in den BAU-Szenarien in etwa der gesamten landwirtschaftlichen Nutzfläche Deutschlands, d. h. zusammen mit den Anbauflächen für Nahrungs- und Futtermittel würde sich Deutschlands Flächenfußabdruck massiv vergrößern. In den nachhaltigen Szenarien ist der Flächenbedarf aufgrund der höheren Flächeneffizienz von Biogas / Biomethan mit ca. 4 Mio. ha deutlich geringer. Die auf diese Weise erzielten Ergebnisse werden hinsichtlich der Umweltwirkungen, Ernährungssicherheit und regionalen Einbindung bewertet. Auch dabei ergeben sich sehr deutliche Ergebnisse, die im Folgenden dargestellt werden. 1.2.4 Kumulierte Umweltauswirkungen Bewertungsansatz. Die Grundlage der Bewertung der Umweltwirkungen für die vier Szenarien bildet die in BENSIM ermittelte Endenergiemenge aller Bioenergietechnologien. Diese wird zusammen mit den Umweltwirkungen der im jeweiligen Jahr noch verbleibenden fossilen Energien dargestellt. Es wurde angesetzt, dass Biomasse im Energiesystem ausschließlich fossile Energieträger ersetzt, nicht jedoch andere erneuerbare Energieträger. Letztere wurden gemäß (Nitsch et al., 2012) fortgeschrieben. Dabei gibt es zwei unterschiedliche Ansätze, wie viel Gesamtenergie für die Auswertung zugrunde gelegt wird, und damit, wie groß die dargestellte Menge fossiler Energien ist. Zur Darstellung im Systemvergleich wird die Endenergie zugrunde gelegt, die in Deutschland gemäß (Nitsch et al., 2012) über fossile oder biogene Energieträger abgedeckt wird. Für den Technologievergleich und die Abschätzung der Treibhausgasemissionen aus Landnutzungsänderungen wird dagegen eine einheitliche Endenergiemenge für alle Szenarien und Zeitpunkte festgelegt, nämlich die in jedem Sektor über alle Jahre maximal verfügbare Bioenergie. Die bilanzierte fossile Energiemenge ergibt sich dann als Differenz aus dieser maximalen Bioenergie und der Bioenergiemenge des jeweiligen Jahres und Szenarios. Diese Festlegung wird im Folgenden als Nutzenkorb bezeichnet. Dadurch werden die Ergebnisse zwischen den unterschiedlichen Szenarien und Zeitpunkten vergleichbar. 17 18 Zusammenfassung Neben der Endenergiemenge werden auch die BENSIM-Ergebnisse zu Anlagenpark, -anzahl und -kapazität sowie die jährliche Produktionsmenge herangezogen und mit so genannten Übersichtsökobilanzen kombiniert, welche in enger Anlehnung an die Ökobilanznormen ISO 14040/14044 (Deutsches Institut für Normung e.V. 2006) für die einzelnen Technologien erstellt wurden. Daraus ergeben sich dann die kumulierten Umweltwirkungen (Energieaufwand, Treibhauseffekt, Versauerung, Nährstoffeintrag und Feinstaubbelastung) für die vier Szenarien. Beim Treibhauseffekt wird zusätzlich auch auf LandSHIFT-Ergebnisse zu Kohlenstoff-Bestandsänderungen infolge von Landnutzungsänderungen zurückgegriffen. Technologievergleich. Die Analyse der Umweltwirkungen im Technologievergleich zeigt, dass der Energieaufwand bei normiertem Endenergiebedarf (Nutzenkorbansatz) in allen Szenarien über die Jahre sinkt. Wesentlich zu diesem Rückgang tragen die immer weniger eingesetzten fossilen Energieträger bei. Auch beim Treibhauseffekt gehen die Emissionen aus demselben Grund über die Jahre zurück, allerdings schlagen hier zusätzliche Treibhausgasemissionen aus Landnutzungsänderungen deutlich zu Buche (siehe unten). Insbesondere bei Berücksichtigung indirekter Effekte in den Kraftstoffszenarien besteht das Risiko, dass die Gesamt-Treibhausgasemissionen im Zeitraum 2025 bis 2040 geringfügig sinken und im Fall ungünstiger Randbedingungen trotz Bioenergieeinsatz sogar konstant bleiben. Der größte Rückgang ist beim Treibhauseffekt im Szenario Strom- / Wärme-Nachhaltig zu erkennen. Bei der Versauerung hingegen ist der Rückgang in den drei anderen Szenarien am größten, d. h. es liegt ein Zielkonflikt vor. Der Nährstoffeintrag zeigt keine Tendenz zu fallen, sondern steigt in einigen Szenarien sogar leicht an. Aufgrund dieser Konstellation kann man aus wissenschaftlich-objektiver Sicht keinem Szenario den Vorzug geben. Erst wenn subjektive Kriterien einfließen, lässt sich eine Bewertung vornehmen. Wenn beispielsweise der Verringerung der Treibhausgasemissionen der absolute Vorrang gegeben werden soll, so sind die Strom- / Wärme-Szenarien und davon insbesondere das Strom- / Wärme-Nachhaltig-Szenario vorzuziehen. Landnutzungseffekte. Im Modell LandSHIFT werden alle Landnutzungsänderungen dargestellt, die sich durch die künftige Nachfrage nach Nahrungs- und Futtermitteln, stofflicher Nutzung und Bioenergie ergeben. Sie haben Auswirkungen auf die kumulierten Treibhausgasemissionen, aber auch auf die Biologische Vielfalt und Bodenqualität (siehe Kap 1.2.5). Treibhausgasemissionen aus Landnutzungsänderungen resultieren aus Kohlenstoffbestandsänderungen, sind – insbesondere infolge der indirekten Effekte – in der Ermittlung komplex und haben einen starken Einfluss auf die Treibhausgasbilanz der energetischen Biomassenutzung. Daher wurde der Effekt der mit Landnutzungsänderungen verbundenen Treibhausgasemissionen auf die Szenarien mit zwei Methoden abgeschätzt: zum einen wurden die zusätzlichen Treibhausgase auf Basis der LandSHIFT-Modellergebnisse zur globalen Landnutzung berechnet (LUC-Ansatz). Zum anderen wurden für die Kraftstoffszenarien zusätzlich die Effekte auf Basis der gegenwärtig auf europäischer Ebene diskutierten iLUC-Faktoren berücksichtigt, woraus deutlich höhere landnutzungsbedingte Emissionen resultieren. Die sich ergebene Ergebnisspanne unterstreicht den Forschungsbedarf im Bereich der Bewertung von Landnutzungsänderungen. Sie zeigt, dass Treibhausgasemissionen durch Landnutzungsänderungen teilweise noch einmal so hoch oder höher sein können als die Emissionen, die durch den Anbau, Bereitstellung und Nutzung der Bioenergieträger entstehen. Treibhausgasemissionen durch Landnutzungsänderungen werden Zusammenfassung überwiegend im nichteuropäischen Ausland freigesetzt, in den BAU-Szenarien durch den direkten Import von Biomasse, in den Nachhaltigkeitsszenarien eher durch indirekte Effekte eines verstärkten Energiepflanzenanbaus in Deutschland (siehe Abschnitt 1.2.3). Weitere wichtige Faktoren für die Ableitung von Meilensteinen. Da die pflanzenölbasierten Energieträger insbesondere im BAU-Szenario einen großen Stellenwert haben, ist ihre künftige Konformität mit den geforderten Treibhausgasminderungsbeiträgen in der Erneuerbaren-Energien-Direktive 2009/28/EG (RED) ein wichtiger, gegenwärtig nicht zweifelsfrei abschätzbarer Punkt. Daher wurde auch untersucht, wie sich die Umweltwirkungen verändern, wenn bei „business as usual“ im Kraftstoffszenario keine Ölsaaten und Weizen für die Kraftstoffproduktion in Deutschland mehr verwendet werden und im Strom- / Wärme-Szenario Pflanzenöl-BHKWs auch in Zukunft keinen Implementierungsimpuls erhalten. Die damit verbundenen Unterschiede sind relativ gering; durch den Wechsel von Biodiesel / Pflanzenöl zu Biogas / Biomethan kommt es bei nahezu konstantem Treibhauseffekt 2050 zu einer Erhöhung der Versauerung und einer Verminderung der Feinstaubbelastung. 1.2.5 Auswirkungen auf Biodiversität und Bodenqualität Indikatoren. Zur Analyse der Risiken für die Biologische Vielfalt und Boden wurden die Anbaumuster in den Jahren 2030 und 2050 mit dem Anbaumuster im Jahr 2007 verglichen. Flächen, die bereits im Jahr 2007 Ackerland oder Brache waren, werden für die Nutzung als Flächen mit geringen Risiken für die Biologische Vielfalt eingestuft. Für zuvor ungenutztes Grünland, Wälder, Feuchtgebiete und Torfmoor wird das Risiko als mittel und für Schutzgebiete sowie Primärwälder als hoch eingeschätzt. Die Risiken bei einer Umwandlung von genutztem Grünland sind je Land zu diskutieren. Zur Bewertung der Auswirkung des Anbaus auf Böden wird die Bodeneignungskarte des Internationalen Instituts für Angewandte Systemanalyse (IIASA) verwendet. Die IIASA Kategorien 1 bis 4 werden als Böden mit guter Eignung für eine landwirtschaftliche Nutzung zusammengefasst. Den IIASA-Kategorien 5 und 6 kommt eine mittlere Eignung für die landwirtschaftliche Nutzung zu. Hingegen sind die IIASA-Kategorien 7 und 8 nur schlecht für eine landwirtschaftliche Nutzung geeignet. Für eine Bewertung der Flächen wird angenommen, dass eine schlechte Eignung für die landwirtschaftliche Nutzung in der Regel auch mit höheren Risiken für den Boden einhergeht. Globale Biodiversitätsrisiken. Die globale Auswertung zeigt, dass in den BAU (businessas-usual)-Szenarien im Jahr 2030 die globale Anbaufläche von Rohstoffen, die als Bioenergiesubstrate geeignet sind, bei ca. 1.350 Mio. ha liegt. Dabei sind 80 % der Anbaufläche zu Flächen mit niedrigen Risiken für die Biologische Vielfalt einzustufen. Die im Jahr 2030 neu erschlossenen Anbauflächen liegen vor allem auf ehemaligen Grünlandflächen. Weitere Flächen mit mittlerem und hohem Risiko für die Biologische Vielfalt werden kaum neu erschlossen. Bis ins Jahr 2050 steigt in diesen Szenarien die globale Anbaufläche der genannten Rohstoffe auf gut 1.850 Mio. ha an. Dabei nehmen Flächen mit geringem Risiko für die Biologische Vielfalt ab, wohingegen Grünland – und zu einem kleineren Anteil auch Waldflächen (mittleres Risiko für die Biologische Vielfalt) – deutlich zunehmen. Flächen mit hohem Risiko für die Biologische Vielfalt werden auch im Jahr 2050 kaum in Nutzung genommen. In den Nachhaltigkeitsszenarien reduziert sich die globale Anbaufläche von Rohstoffen, 19 20 Zusammenfassung die als Bioenergiesubstrate geeignet sind, auf gut 1.100 Mio. ha im Jahr 2030 und auf ca. 1.650 Mio. ha im Jahr 2050. Durch den strikten Ausschluss von sensiblen Flächen nach dem Jahr 2020 werden neue Anbauflächen vor allem auf Grünland erschlossen. Dabei ist aber zu berücksichtigen, dass je Land ein Anteil von mindestens 17 % der Landesfläche und damit auch Grünland nach 2020 unter Schutz gestellt wird, so dass zumindest ein gewisser Anteil an Grünland mit großer biologischer Vielfalt nicht umgebrochen wird. Die Nachhaltigkeitsszenarien gehen einher mit einer stärkeren Intensivierung, die für die Biodiversität als weniger sensibel eingeschätzt wird als eine Umwandlung ungenutzter Flächen. In dem Szenario Kraftstoffe-BAU im Jahr 2030 und 2050 sowie im Szenario KraftstoffeNachhaltig im Jahr 2030 wird ein kleiner Anteil an Rohstoffen in Deutschland mit einer Flächenbelegung von unter zwei Mio. ha produziert. Hinzu kommen Flächenbelegungen im Ausland von 10 bis 12 Mio. ha. Im Ausland ist mit deutlichen Flächenumwandlungen zu rechnen, die vor allem auf ungenutztes Grünland und in kleinerem Umfang auf genutztes Grünland entfallen. Nationale Biodiversitätsrisiken. Der Anbau von Bioenergie in Deutschland findet zu einem großen Anteil auf Flächen statt, die mit einem geringen Risiko für die Biologische Vielfalt verbunden sind. Es tritt aber in Deutschland ein deutlicher Umbruch von Grünland mit entsprechenden Risiken für die Biologische Vielfalt auf. Im Jahr 2050 im Szenario KraftstoffeNachhaltig wird neben geringen Mengen Stroh-Ethanol fast ausschließlich Anbaubiomasse aus Deutschland in Form von Methan als Kraftstoff eingesetzt. Hierzu werden knapp vier Mio. ha belegt. Für diese Flächen wird zu einem großen Teil ein geringes Risiko angenommen, eine Umwandlung von sensiblem Grünland kann aber nicht ausgeschlossen werden. Zudem ist festzuhalten, dass diese hohe Flächenbelegung mit Biogassubstraten dazu führt, dass andere Agrarprodukte in geringerem Umfang angebaut – also verdrängt – und teilweise substituiert werden. Wenn man mögliche resultierende indirekte Landnutzungsänderungen am Beispiel von Weizen abschätzt, dann ist in Summe eine Versorgung mit Biomethan weniger flächenintensiv als eine von Pflanzenöl dominierte Versorgung. Bodenqualität. Bezogen auf die Bodenqualität findet die zusätzliche Flächeninanspruchnahme über alle Szenarien und Zeitscheiben hinweg etwa 56 % der Anbauflächen auf Böden mit einer guten landwirtschaftlichen Eignung. Etwa 27 % der Anbau findet auf Böden mit einer mittleren und ca. 17 % auf Böden mit einer schlechten landwirtschaftlichen Eignung statt. Dies bedeutet, dass mit einem generellen Anstieg der Risiken für Böden durch den generellen Anstieg der Flächennutzung zu rechnen ist. Für Biogas-Flächen in Deutschland ist keine Einstufung möglich. 1.2.6 Ernährungssicherheit Mindestens 2.300 kcal pro Tag und Person sind notwendig, um eine gesunde Versorgung zu gewährleisten. Dabei wurde in dem Model zur Ernährungssicherheit ein Mindestanteil von 10 % tierischer Nahrung zu 90 % pflanzlicher Nahrung angesetzt. Unter der Maßgabe, dass Nahrungsmittelsicherheit stets Vorrang hat, ist die Inanspruchnahme von landwirtschaftlichen Flächen u. a. für energetische Zwecke davon abhängig, in welchem Umfang Biomasse bis zum Erreichen einer weltweiten sicheren und gesunden Ernährung benötigt wird. Die Modellierung der Nahrungssicherheit hat gezeigt, dass im Jahr 2010 die fehlenden Kalorienmengen zur Gewährleistung der Minimumanforderungen für eine gesunde Er- Zusammenfassung nährung weniger als 40 % der Menge an Bioenergie entspricht, die von den 20 % reichsten Ländern nachgefragt werden. Durch die generell positive Entwicklung in armen Ländern hin zu höheren Pro-Kopf-Einkommen sinkt dieser Anteil bis im Jahr 2050 auf 7 %. Die Ergebnisse dieses theoretischen Ansatzes überraschen dahingehend, dass rein rechnerisch – ohne die Betrachtung von Zugang und Verteilung von Nahrung – langfristig gesehen reiche Länder ihre Nachfrage nach Bioenergie um nur ca. 7 % reduzieren müssten, um den Kalorienbedarf in Hungerländern theoretisch decken zu können. Allerdings muss bei der Bewertung der Ergebnisse auch bedacht werden, dass Flächenverfügbarkeit neben der Bioenergienachfrage weitere Betrachtungsebenen enthält, z. B. die Änderung der Konsumgewohnheiten im Hinblick auf den Verzehr von Fleisch- und Milchprodukten kann Flächen respektive Anbaubiomasse für andere Nutzungen bzw. Nachfragen verfügbar machen. 1.2.7 Regionale Infrastruktur Aus regionaler Sicht ist die Einbindung der Szenarien in die regionalen Gegebenheiten darstellbar, weil v. a. kleinskalige Technologien Ergebnisse der Modellierung waren. Hinsichtlich der Energieabnahme ergeben sich aber deutliche Unterschiede zwischen den Szenarien: In den Strom- / Wärme-Szenarien wird durch die hohe Anzahl kleiner Anlagen eine gute räumliche Aufteilung der KWK-Optionen ermöglicht. Energiebedarfsseitig wird das bestehende Strom- / Wärmesystem die berechneten Energiemengen aus regionaler Sicht aufnehmen können. Zwischen dem BAU- und dem Nachhaltig-Szenario ergeben sich für die Bereitstellung regionaler Wärme in Wärmeverbünden nur Auswirkungen bzgl. des Substratmixes und die Bereitstellungsketten der Biomasse. Existierende und zukünftige Nahwärmenetze dagegen können weiter mit ausreichend biogener Wärme rechnen. In den Kraftstoffszenarien dagegen fehlt die Option der KWK. Die regenerativen Wärmeziele der Bundesregierung müssten dann durch kalte Fernwärme (Solarthermie) oder fossile Energieträger erreicht werden. Ebenso ergeben sich auch bei Nah- und Fernwärmenetzen Herausforderungen, da diese heute v. a. auf Bioenergie setzen. Wärmenetze werden teilweise über 25 Jahre abgeschrieben. Durch das Auslaufen eines hohen Anteils der biogenen KWK bis ins Jahr 2030 wären heute gebaute Wärmenetze Lock-In Investitionen. Die fehlenden Strommengen im Kraftstoffszenario hätten zudem Auswirkungen auf die Möglichkeit, biogen erzeugten Strom als flexible Größe im Stromsystem zum Ausgleich der fluktuierenden Erneuerbaren Energien zu verwenden. Evtl. bedeutet dies, dass Mehrkosten für das Stromsystem entstehen. Auch müsste bei Eintreten der Kraftstoffszenarien die Auswirkungen des Rückbaus von biogenen KWK-Anlagen auf die Netzstabilität berücksichtigt werden. Aus Sicht der regionalen Einbettung ist damit die Erhaltung bestimmter Anteile von Bioenergie für die Strom- und Wärmebereitstellung als vorteilhaft zu bewerten. Da Holzbrennstoffe in allen vier Szenarien nicht nennenswert nachgefragt werden, ergibt 21 22 Zusammenfassung Zusammenfassung sich die Frage, ob und in welchem Umfang es sinnvoll ist, hier bestehende Nutzungsstrukturen im Strom- und Wärmemarkt zu konterkarieren. Der Aufwand für die Etablierung neuer Holzvermarktungsmöglichkeiten wäre erheblich und können nur sehr langfristig erfolgreich realisiert werden (Aufbau neuer Märkte für Waldbesitzer, Diversifizierung der Holzwerkstoffindustrie etc.). Es müssen außerdem Lösungen zur alternativen Darstellung der Wärme- / Energieeinsparung forciert werden (z. B. Förderprogramme für Dämmung, Forcierung der Nutzung industrieller Abwärme). sponsible Governance of Tenure of Land, Fisheries and Forests (Committee on World Food Security, CFS 2012) bereits vor, und globale verbindliche Anforderungen wurden bereits für Biokraftstoffe entwickelt (Franke et al., 2013). Aufgrund der steigenden Nutzung von Biomasse auch für die stoffliche Nutzung sowie in „gekoppelten“ Systemen wie Bioraffinerien werden zudem globalisierte Nachhaltigkeitsanforderungen für die rohstoffliche und energetische Biomassenutzung notwendig um negative Verdrängungseffekte zu vermeiden (Fritsche und Iriarte 2014). 1.2.8 Versorgungssicherheit. Zusätzlich stellt auch die Versorgungssicherheit von Energiesystemen eine wichtige Frage zur Bewertung dar. Für Bioenergie hat die GBEP eine Liste mit 24 Indikatoren zur Bewertung der Nachhaltigkeit nationaler Bioenergiepolitiken vorgelegt. Darin ist der GBEP-Indikator 22 (Energy Diversity) eine vergleichsweise einfache Möglichkeit, den Aspekt “Versorgungssicherheit” näherungsweise zu quantifizieren (GBEP 2011). Hierzu dient der sog. Herfindahl Index, der über die der Anteile von Energieträgern am Primärenergiebedarf bestimmt wird. Ausgehend von Daten aus BENSIM und Ergebnissen der Ökobilanzierung wurden die Daten zur biogenen Endenergiebereitstellung in die gesamte Primärenergiebilanz Deutschlands integriert und dann der Herfindahl Index berechnet. Die Meilensteine-Szenarien business-as-usual (BAU) und Nachhaltig (N), jeweils für Kraftstoffe (KS) und Strom / Wärme (SW), zeigen sehr unterschiedliche Effekte auf den fossilen Energieträgermix und damit auf die Versorgungssicherheit: Die KS-Szenarien erfordern deutlich weniger Erdöl (aber Biomasse-Importe), während in den SW-Szenarien weniger Kohle und Erdgas, dafür aber mehr Erdöl benötigt wird. Die wesentlichen Unterschiede der Energie-Diversität bestehen zwischen den BAU- und NSzenarien (jeweils ca. 3 %-Punkte), während die Unterschiede zwischen den N-Szenarien für KS und SW extrem gering sind. Gegenüber 2010 können die 2030-Szenarien die Energiediversität um ca. 7 % (BAU) bzw. 10 % (N-Szenarien) verbessern. Damit stellt Bioenergie eine signifikante Möglichkeit dar, die Versorgungssicherheit in Deutschland zu erhöhen. Internationale Energiemärkte und Rückkopplungen Importpotenziale für Deutschland. Da die Nachfrage nach Bioenergieträgern nicht nur für moderne Formen wie Kraftstoffe und Strom steigt, sondern auch die „traditionelle“ Nutzung von Biomasse für Kochen und Wärme vor allem in Entwicklungsländern, sind die für den internationalen Handel ggf. verfügbaren nachhaltigen Bioenergiepotenziale vor allem in Brasilien, Kanada, Russland und den USA zu finden, während Länder wie China und Südafrika zu Nettoimporteuren werden können (IINAS und CENBIO 2014). Hinsichtlich der zu erwartenden Importpotenziale für Deutschland ist zu beachten, dass in einem globalen Klimaschutzszenario zur Erreichung des 2 °C-Ziels mit starker Nachhaltigkeit auch Länder wie Kanada, Russland und die USA die Bioenergie zur endogenen Substitution fossiler Energieträger einsetzen werden und damit künftig Exportpotenziale nur dann realisiert werden, wenn dies ökonomisch attraktiver als die nationale Nutzung ist. Parallel ist zu beachten, dass in Ländern wie Brasilien, Kanada, Russland und USA sowie in den ost- und westafrikanischen Ländern erhebliche Potenziale für andere Erneuerbare sowie zur Energieeffizienz bestehen, deren Nutzung je nach Szenario auch unter Einhaltung globaler Klimaschutzziele zu Exportoptionen für Bioenergie führt. Aus heutiger Sicht wird der globale Handel mit Bioenergie (fest insbesondere als Pellets, flüssig als Kraftstoffe) sich somit auf wenige Länder beschränken, deren Exportpotenzial bei steigenden Anstrengungen zum Klimaschutz sinken wird. Der aus diesen Überlegungen zur generellen Biomasseverfügbarkeit ableitbare Importanteil für Deutschland liegt unter Berücksichtigung dieser und weiterer Restriktionen bis 2030 bei ca. 100 PJ an festen und 30 PJ an flüssigen Bioenergieträgern und steigt bis 2050 auf ca. 240 PJ an festen und 60 PJ an flüssigen Bioenergieträgern an. Hinzu kämen bis 2030 ca. 10 PJ und bis 2050 ca. 100 PJ an Biomethan aus Nicht-EU-Staaten in Mittelund Osteuropa. Nachhaltigkeit. Eine fundamentale Voraussetzung für die künftig global verfügbare Biomasse ist die Nachhaltigkeit ihrer Bereitstellung, die gegenwärtig auf unterschiedlichen Ebenen analysiert, operationalisiert und implementiert wird. Diese normative Setzung wird durch eine Vielzahl von Studien unterstützt (vgl. z. B. Cornelissen et al., 2012; Dauber et al., 2012; GEA, 2012; IEA, 2012, 2012; IEA/OECD, 2012). Daher ist davon auszugehen, dass für den internationalen Handel mit Bioenergieträgern mittelfristig (bis 2030) verbindliche Nachhaltigkeitsanforderungen gestellt werden, die mindestens die Aspekte THG-Bilanz (Reduktion gegenüber Fossilen), Biodiversitätsschutz sowie soziale Fragen (Arbeitsschutz, Landrechte) betreffen. Entsprechende freiwillige Konzepte liegen mit den GBEP-Indikatoren (Global Bioenergy Partnership, GBEP, 2011) sowie den Voluntary Guidelines on the Re- 1.2.9 Die Effekte im Zeitverlauf Durch die gewählten Modellansätze lassen sich in den verschiedenen Zeiträumen entlang der Bereitstellungskette unterschiedliche Trends feststellen (Tabelle 1-2). So zeigt sich in den Szenarien, dass bis 2030 die gegenwärtig verbreiteten Technologien und Effekte einen hohen Stellenwert behalten, während sich nach 2030 die Szenarien stärker unterscheiden. Aus den unterschiedlichen Trends ergeben sich auch unterschiedliche Handlungsfelder in den verschiedenen Zeitbereichen. Hervorzuheben ist zudem die Tatsache, dass in den betrachteten Extremszenarien die Nutzung des Holzpotenzials mit innovativen Technologien nicht nennenswert zum Tragen kommt und stattdessen ein vergleichsweise hoher Bedarf an Ackerflächen modelliert wird. Dadurch wird zum einen eine sehr weitgehende Abschätzung der Risiken möglich, zum anderen jedoch auch deutlich, dass der gegenwärtige Einsatz von Holz im Wärmebereich eine sehr robuste Option darstellt und ein Umlenken auf eine stärkere energetische Holznutzung in den Strom- / Wärme- oder Kraftstoffbereich nur mit erheblichem Aufwand erreicht werden kann. 23 24 Zusammenfassung Zusammenfassung 1.3 Schlussfolgerungen Tabelle 1-2: Übersicht über die Modellergebnisse im Zeitverlauf 2010 – 2030 2030 – 2050 Nachfrage nach Biomasse weltweit Kontinuierlich weiter steigende Nachfrage, vor allem zur Nahrungs- und Futtermittelproduktion Flächen für die weltweite Biomasseproduktion Zunehmende Biomasseproduktion auf bisher nicht landwirtschaftlich genutzten Flächen mit Umbruch von Grünland mit einem unterschiedlichem Risiko für die Biologische Vielfalt (für alle Verwendungen) Ackerflächennutzung in Deutschland Konstanter Nutzungsumfang, allerdings bei unterschiedlichem internationalem Handelsausgleich. Anstieg des Grünlandumbruchs vor allem in den BAU-Szenarien Technologieentwicklung in Deutschland Bioenergieanlagenbasieren auf Agrarrohstoffen (Pflanzenöl, Biogas) in allen Szenarien; für die Holznutzung ergibt sich bis 2030 keine neue Technologieperspektive Die Bioenergieproduktion verändert sich langsam hin zu Biogas / Biomethan; holzbasierte Vergasungstechnologien können marktreif sein. Die Perspektive für holzbasierte Kraftstoffe bleibt begrenzt Erwartete Holznachfrage zur energetischen Nutzung international (nicht modelliert) Global wird eine große Nachfrage nach holzbasierten Festbrennstoffen z. B. zur Mitverbrennung in Kohlekraftwerken erwartet, wenn sich entsprechende CO2Zertifikatepreise entwickeln Global wird eine große Nachfrage nach holzbasierten, flüssigen Kraftstoffen erwartet, die sich jedoch aus den nationalen Technologiebetrachtungen nicht ergibt Beitrag von Bioenergie im künftigen Energiesystem in Deutschland Beitrag sowohl für Strom / Wärme als auch für Kraftstoff im Verkehrssektor erwartet Beitrag zunehmend im Verkehrssektor, da für Strom / Wärme Alternativen bereitstehen Treibhausgase der Bioenergiebereitstellung für die deutsche Energieversorgung Sinken überwiegend; unterscheiden sich zwischen den verschiedenen Szenarien aber nicht substanziell. Aufgrund von Landnutzungsänderungen besteht das Risiko, dass die Treibhausgasemissionen nur geringfügig sinken oder trotz Bioenergieeinsatz sogar konstant bleiben. Umwelteffekte der Bioenergiebereitstellung für die deutsche Energieversorgung Hinsichtlich der Effekte auf Biologische Vielfalt und Boden wird die Bereitstellung von Bioenergieträgern aus der heimischen Landwirtschaft als besser handhabbar und risikoärmer als eine globale Rohstoffbereitstellung eingestuft. Da der Anlagenpark zunehmend auf Biogas / Biomethan werden die Rohstoffe vor allem aus der deutschen Landwirtschaft bereit gestellt und besser handhabbar und risikoärmer als eine globale Rohstoffbereitstellung. Allerdings steigt in diesem Fall der Nährstoffeintrag und teilweise auch Versauerung und Feinstaubbelastung. Ernährungssicherung Mittlere Risiken für die Ernährungssicherung durch Bioenergie Geringe Risiken für die Ernährungssicherung durch Bioenergie mehr feststellbar. Flächeninanspruchnahme im BAU-Szenario stärker in sensiblen Gebieten (für Treibhausgasemissionen und Biodiversität, v. a. Wald und Grünland); im Nachhaltigkeitsszenario im geringeren Umfang (und nur Grünland) bei stärkerer Intensivierung der genutzten Flächen In Summe wird deutlich, dass mit einer moderaten und stärker an den heimischen Rohstoffen ausgerichteten Bioenergiepolitik – insbesondere vor der Notwendigkeit der Implementierung von internationalen Landnutzungspolitiken – bereits potenzielle Risiken deutlich reduziert werden können (bzw. konnten, Ausführungen zu den Veränderungen in der Bioenergiepolitik: siehe Kap. 1.1 und Kap. 2.1). Damit stehen im Zentrum einer künftigen Bioenergiestrategie vor allem Elemente der Qualitätsverbesserung und nicht so sehr die Frage nach der schnellen Erschließung des gemäß (Nitsch et al., 2012) verfügbaren, nachhaltigen Potenzials von 1.550 PJ Biomasse-Primärenergie in Deutschland. Bioenergieträger auf Basis von Agrarrohstoffen bleiben in allen Szenarien ökonomisch vorteilhaft. Die Ergebnisse zeigen, dass die künftige Nutzung von Biomasse vor allem durch die Nachfrage nach Nahrungs- und Futtermitteln geprägt ist. Eine nationale Bioenergiestrategie wird die internationalen Agrarrohstoffmärkte selbst bei hohen Importanteilen in den Mengenund Preiseffekten nicht nennenswert beeinflussen. Dies gilt jedoch nur, solange andere Länder sich in ihren Bioenergiestrategien im Korridor der angenommenen internationalen Erwartungen entwickeln. Im Detail ergeben die Analysen mit dem Technologiemodell BENSIM, dass unter den erwarteten Preissteigerungen für Agrarprodukte3 vor allem Pflanzenöl / Biodiesel gefolgt von Biogas / Biomethan die relativ vorteilhaften Energieträger für Konversionsanlagen4 in Deutschland darstellen. Über die Modellergebnisse hinaus lassen sich die beiden technischen Systeme wie folgt charakterisieren: Die Bereitstellung von Pflanzenöl und Biodiesel ist generell wie folgt gekennzeichnet: Der Rohstoff wird in hohem Maße importiert. Die Konversionstechnologie zur Herstellung und Nutzung des Pflanzenöls / Biodiesel ist Stand der Technik mit vergleichsweise wenig Innovationspotenzial. Die Konversionstechnologie zur Stromerzeugung ist bereits heute sehr gut für die flexible Strombereitstellung geeignet. Die Flächenerträge sind – abgesehen von Palmöl – relativ moderat, jedoch wird der Bioenergieträger in der Regel im Verbund mit Futtermittel (Presskuchen / Extraktionsschrot) und Glyzerin (i. d. R. Pharmaglyzerin) hergestellt, was preisstabilisierende Wirkung haben und z. B. vor dem Hintergrund Glyzerin-basierter Nutzungspfade eine wichtige Übergangstechnologie darstellen kann. Die preisstabilisierende Wirkung kann Risiken von Rohstoffpreisschwankungen minimieren. 3 Ergebnisse aus MAGNET für Weizen, Grobgetreide, Ölsaaten und Zuckerrohr / -rübe. Andere Rohstoffpreisentwicklungen wurden auf Basis von Expertenwissen abgeschätzt. Preisentwicklungen von Rest- und Abfallstoffen wurden im Modellverbund nicht näher untersucht. 4 Im nationalen Kontext wurde eine Zunahme (etwa Verdreifachung) von Güllekleinanlagen und Bioabfallvergärungsanlagen mit einem steigenden Endenergiebeitrag, jedoch auf verhältnismäßig niedrigem Niveau, angenommen. Aufgrund vergleichsweise hoher Bereitstellungskosten ist hierfür eine stabile, politische Flankierung notwendig. Weitere Rest- und Abfallstoffe (insb. Gülle, aber auch Co-Substrate) sind teilweise in den modellierten Konzepten (z. B. Gülle bei Biogas- / Biomethananlagen) enthalten. 25 26 Zusammenfassung Bei Biogas /Biomethan hingegen stellt sich die Bereitstellung wie folgt dar: Der Rohstoff (Biogassubstrat) wird wegen der geringen Energiedichte in hohem Maße inländisch erzeugt, führt aber aufgrund der Transportunwürdigkeit des Substrats im Umkreis der Biogasanlagen zu einer langjährigen Flächenbindung. Internationaler Biogas- und Biomethanhandel z. B. über das Gasnetz könnte mittelfristig zusätzlich interessant werden (Thrän et al., 2014). Die Konversionstechnologie verfügt kurzfristig über Innovationspotenzial in Richtung „Flexible Strombereitstellung“ sowie mittelfristig zur Gewinnung neuer Zwischenprodukte für die stofflich-energetische Nutzung, deren Erforschung teilweise noch in den Anfängen steckt. Die energetischen Flächenerträge sind deutlich höher, allerdings auf Kosten höherer Umweltwirkungen im Bereich Nährstoffeintrag und teilweise auch bei Versauerung und Feinstaubbelastung. Der Einsatz als Kraftstoff ist durch verschiedene Hemmnisse geprägt und wird voraussichtlich nur für ausgewählte Verkehrssektoren relevant. Abgestimmte internationale Landnutzungspolitik ist Voraussetzung für eine nachhaltige Bioenergiepolitik in Deutschland. Für die Bewertung der Rohstoffbasis ergeben sich insbesondere Unterschiede zwischen einer global verankerten nachhaltigen Landnutzungspolitik und dem Beibehalten der aktuellen Anforderungen. Die Ergebnisse zeigen, dass bei einem ab dem Jahr 2020 angesetzten Ausschluss globaler Landnutzungsänderungen in Schutzgebieten und anderen sensiblen Gebieten die Effekte auf die Biologische Vielfalt und die Bodenqualität – insbesondere im globalen Kontext – deutlich geringer sind. Die Risiken für Biologische Vielfalt und Boden werden bei heimischer Biomasseproduktion im Vergleich zu Importen zwar als geringer eingeschätzt, jedoch konnten die indirekten Effekte, die aus der Verdrängung anderer Ackerkulturen durch Biogassubstrate resultieren, nur grob abgeschätzt werden (z. B. unter der vereinfachten Annahme, dass nur Weizen verdrängt wird) und könnten in der Realität anders ausfallen. Bei einem weiteren Ausbau der Bioenergie aus Energiepflanzen können Treibhausgasemissionen aus direkten und indirekten Landnutzungsänderungen in der gleichen Größenordnung liegen wie die durch den Anbau, Bereitstellung und Nutzung von Bioenergieträgern bedingten Emissionen bzw. können diese übersteigen und beeinflussen das Gesamtergebnis signifikant. Zwar fallen auch hier bei einem ab 2020 global angesetzten Ausschluss von Landnutzungsänderungen in Wäldern, Torfmoorflächen und anderen sensiblen Gebieten die Treibhausgasemissionen nach 2020 geringer aus, allerdings ist der Effekt erst ab 2040 sichtbar, da die hohen Emissionen der Vorjahre (jeweils über 20 Jahre abgeschrieben) noch lange nachwirken. Im Umkehrschluss heißt das: solange keine internationalen Standards zum Flächenschutz verfügbar sind, sollte die Inanspruchnahme neuer Flächen deutlich moderater ausgestaltet werden, als in den Extremszenarien modelliert. Weiterhin sind Technologien, die auf heimischen Rohstoffen basieren, aus „weichen“ Gründen (Risiken für Biologische Vielfalt und Zusammenfassung Boden, Handhabbarkeit) zu bevorzugen. Beim Ausbau dieser Technologien ist insbesondere auf indirekte Effekte zu achten, die im Rahmen dieses Vorhabens nur grob abgeschätzt werden konnten. Parallel sollten Nachhaltigkeitsstandards für flüssige Bioenergieträger, die in den letzten Jahren etabliert wurden, im internationalen Kontext weiter erprobt und in geeigneter Weise auf andere Biomassesektoren ausgeweitet werden. Als erster Schritt sollten hier die Nachhaltigkeitsstandards auch verbindlich auf gasförmige und feste Bioenergieträger ausgeweitet und Definitionen einer guten fachlichen Praxis / Nachhaltigkeitsanforderungen in der Forstwirtschaft sowie für Wälder mit großer biologischer Vielfalt erarbeitet werden. Aus den Extremszenarien lassen sich Elemente für eine Bioenergiestrategie ableiten. Wärmeerzeugung aus Holz stellt derzeit in Deutschland, Europa und weltweit die wichtigste Bioenergiequelle dar. Ziel der vier Extremszenarien war die Pfadüberprüfung hin zu hochwertigeren Technologiepfaden. Die anhand der Preiserwartungen ermittelten Szenarien ergeben deutlich, dass ohne sektorale Vorgaben die betrachteten Technologiepfade zur Nutzung von heimischem oder importiertem Holz als Strom oder als Kraftstoff erst in der Mittelfristperspektive einen (eher kleineren) Stellenwert erreichen können; dann jedoch nicht als Einsatzstoff für Flüssigkraftstoffe, sondern im Bereich kleinerer oder mittlerer Vergasungstechnologien. Wärmebereitstellung aus holzbasierten Rohstoffen könnte damit deutlich länger einen relevanten Stellenwert erhalten. Die errechneten Szenarien sind damit mit der aktuellen und erwarteten Rohstoffverfügbarkeit (z. B. Majer et al., 2013; Mantau, 2012; Thrän et al., 2011) nur eingeschränkt kompatibel. Als wichtige Elemente für eine Bioenergiestrategie werden identifiziert: Für den weiteren Ausbau der Reststoffnutzung bestehen noch Potenziale im land- und forstwirtschaftlichen Bereich. Unter den bisher noch nicht marktfähigen Kraftstoffen könnte die Bereitstellung von Ethanol aus (heimischem) Stroh mittelfristig den Markteintritt erreichen. Allerdings schneidet diese Nutzung im Vergleich zu einer möglichen Strom- und Wärmegewinnung aus Stroh aus Umweltschutzsicht schlechter ab (Keller et al., 2014). Zusätzliche Nachfrage nach Bioenergie aus Energiepflanzen führt zu direkten und indirekten Landnutzungsänderungen, welche wiederum Kohlenstoffbestandsänderungen zur Folge haben, aus denen Treibhausgasemissionen resultieren. Die Ermittlung dieser Effekte ist komplex und eine detaillierte Analyse derselben geht weit über den Rahmen dieser Untersuchung hinaus. Jedoch konnte auch hier gezeigt werden, dass – in Abhängigkeit der Methode – die Gesamt-Treibhausgasreduktion durch Bioenergieeinsatz (gegenüber dem Einsatz fossiler Energieträger) aufgrund von Landnutzungsänderungen teilweise nur gering bis nicht vorliegend sein kann. Eine künftige Bioenergiestrategie bedarf einer robusten Berechnung und Verfolgung dieser Effekte – nicht nur für Bioenergie, sondern auch für andere Biomasse-Nutzungsformen. Das Monitoring von Landnutzung, Landnutzungsänderungen und den damit verbundenen Kohlenstoffhaushalten und Treibhausgaseffekten ist eine wichtige Voraussetzung – nicht nur für die Bioenergiepolitik, sondern auch für die 27 28 Zusammenfassung Zusammenfassung Weiterentwicklung der Bioökonomie insgesamt. Solange diese nicht gegeben ist, sollte die Bioenergienutzung vor allem qualitativ verbessert und im Bereich der Energiepflanzen nur sehr moderat ausgebaut werden. Diese Schlussfolgerung ergibt sich auch aus den ermittelten anderen Umweltwirkungen wie Feinstaubbelastung, Versauerung und Nährstoffeintrag, welche durch Bioenergieeinsatz teilweise steigen. Durch geeignete Rahmenvorgaben – idealerweise für die Biomassenutzung als Ganzes5 – sollte daher sichergestellt werden, dass der Umbau des Energiesystems nicht zu einer Erhöhung von Umweltlasten führt. Neben der Erreichung der Klimaschutzziele sollte insbesondere auch die Erreichung der gesteckten Zielvorgaben im Bereich Wasser-, Boden- und Luftreinhaltung (z. B. Wasserrahmenrichtlinie [WRRL, 2000/60/EG, 2000] oder Richtlinie über nationale Emissionshöchstmengen für bestimmte Luftschadstoffe [NEC, 2001/81/EG, 2001]) sowie der nachhaltigen Ressourcennutzung (z. B. Kreislaufwirtschaft) sichergestellt werden. anteile bedarf. Nachhaltigkeitsanforderungen an Festbrennstoffe können hier Leitplanken für den Einsatz bei hohen CO2-Preisen bilden. Deutschland sollte eine effiziente inländische Bioenergieproduktion – ob im Kraftstoffsektor mit Biomethan oder im Strom- und Wärmebereich mit Biogas – einer Importstrategie von teilweise weniger effizienten Biokraftstoffen vorziehen, da hierdurch weltweit mit geringeren Risiken für die Biologische Vielfalt und Boden zu rechnen ist. Die indirekten Effekte, die aus der Verdrängung anderer Ackerkulturen durch Biogassubstrate resultieren, konnten jedoch nur grob abgeschätzt werden (z. B. unter der Annahme, dass nur Weizen verdrängt wird) und könnten in der Realität evtl. deutlich höher ausfallen. Dies sollte bei einer Strategieentwicklung berücksichtigt werden. Biodiesel ist ein günstiger, flüssiger Bioenergieträger, der jedoch vergleichsweise wenig Innovationspotenzial aufweist. Hier sollten die vorhandenen Produktionskapazitäten nicht weiter erhöht werden – jedoch auch kurzfristig nicht reduziert, weil die Kraftstoffbereitstellung wichtige Nebenprodukte liefert (Futtermittel und Glyzerin) und die Frage des Umfangs und der Notwendigkeit von flüssigen Bioenergieträgern für eine nachhaltige Energiewende noch nicht geklärt ist (siehe nächster Punkt). Die Wärmebereitstellung auf der Basis von Holz stellt auch mittel- bis langfristig eine robuste Bioenergieoption dar. Sie sollte unter Beachtung regionaler Bereitstellungsstrukturen, Emissionsanforderungen und Nutzerpräferenzen schrittweise weiterentwickelt werden. Durch die Markteinführung von Vergasungstechnologien sollte Deutschland die holzbasierte Wärmeversorgung hin zu einer kombinierten Strom- und Wärmeversorgung (kleinere und mittlere Einheiten) entwickeln. Temporär kann – bei hohen CO2-Preisen - eine marktgetriebene Nachfrage nach (vorwiegend Import-)Holz zur Mitverbrennung in Kohlekraftwerken entstehen (IEA-ETSAP und Irena 2013; Vogel et al., 2011). Vor dem Hintergrund der höheren Risiken bei importierten Rohstoffen, der zeitlichen Begrenztheit des Einsatzes (unter der Annahme, dass Kohlekraftwerke mittelfristig eine stark rückläufige Bedeutung bei der Strombereitstellung haben) und des andererseits im relevanten Zeitraum aber sehr großen Mengennachfragepotenzials ist die Mitverbrennung von Holz in Kohlekraftwerken ein Bereich, der frühzeitig einer klaren Strategie hinsichtlich angestrebter Mengen und Import5 Der Energiepflanzenanbau unterscheidet sich nicht systemimmanent vom Anbau anderer landwirtschaftlicher Kulturen für Nahrungs- und Futtermittel. Deutschland sollte eine Post-EEG-Strategie für Biogas- und Biomethananlagen entwickeln. Notwendig ist hierzu eine detaillierte Analyse des Anlagenbestands bezüglich des Vorhandenseins sinnvoller Wärmesenken für den KWK-Betrieb bzw. der infrastrukturellen Möglichkeiten zur Umrüstung von Biogas- zu Biomethananlagen (z. B. Nähe zum bestehenden Erdgasnetz) sowie einer sektoralen Analyse, in welchen Mobilitätsbereichen Biomethan künftig genutzt werden soll. Eine Bioenergiestrategie muss eng mit der Landwirtschaft abgestimmt sein. Dies umfasst den künftigen Stellenwert der Produktion und des Einsatzes von Energiepflanzen, aber auch den sektoralen Einsatz von Pflanzenöl / Biodiesel / Biomethan als Kraftstoff. Ein offener Punkt bleibt: die gezielte Entwicklung hochwertiger, flüssiger Bioenergieträger für ausgewählte Anwendungsfelder (z. B. Flugkraftstoff). Dies ist vom Langfristziel her zu entwickeln. Für BTL-Kraftstoffe bedarf es daher einer konsequenten Unterstützung, sowohl durch F&E Maßnahmen als auch durch Markteinführungsinstrumente, weil solche Kraftstoffe in allen Szenarien deutlich teurer sind als die Alternativen. Für den Verkehrsbereich sind jedoch neben dem Biokraftstoffangebot weitere Aspekte bei der Umstellung hin zu erneuerbaren Energien zu beachten. Neben den vorwiegend auf die nationale Bioenergiepolitik ausgerichteten Schlussfolgerungen ergeben sich zwei weitere Bereiche auf internationaler Ebene: Implementierung ambitionierter nachhaltiger Landnutzungspolitiken Überprüfung der internationalen Mengenerwartungen an FT-Kraftstoffen hinsichtlich der angenommenen Einflussgrößen (z. B. Investitionsaufwendungen, Rohstoffpreise, erreichbare Treibhausgasemissionen) Basierend auf diesen Schlussfolgerungen können die vier Extremszenarien, die dazu dienen, eine gewisse Bandbreite an Entwicklungen und damit Interpretationsspielraum darzustellen, synoptisch interpretiert werden. Abbildung 1-2 fasst dieses für die Bioenergieentwicklung in indikativen Trends für Deutschland bis 2050 zusammen. Sie basiert sowohl auf den Modellierungsergebnissen (Extremszenarien) und ihrer umfänglichen Interpretation, als auch den qualitativ betrachteten Entwicklungen und weiteren aktuellen Studien. 29 Ölpflanzen (Biokraftstoffe Zucker, Stärke (Biokraftstoffe Stroh (Biokraftstoffe Biomethan (Biokraftstoff) Mitverbrennung Synthetische Biokraftstoffe f Produkte für d 75 30 10 10 0 5 0 75 25 20 35 30 15 170 75 25 35 55 0 80 270 75 25 35 80 0 80 295 709 709 717 717 773 743 786 786 805 805 Zusammenfassung Summe Summe exkl. 100 100 Zusammenfassung Mitverbrennung 800 Leitplanken Wärme (Industrie) 700 Endenergiebereitstellung aus Biomasse [PJ] 30 79 32 0 2 0 0 0 Wärme (Haushalte) Upgrade Wärmemarkt im Rahmen einer Wärmestrategie 600 Synthetische Biokraftstoffe für spezielle Anwendungsfelder Stroh (Biokraftstoffe) Zucker, Stärke (Biokraftstoffe) 500 Lignozelluloseaufschluss 400 Ölpflanzen (Biokraftstoffe) Stoffliche Nutzung und Biokraftstoffe im Verbund Biokraftstoffstrategie Biomethan (Biokraftstoff) Strom (Klär-/Deponiegas, biog. Anteil des Abfalls) Strom (Biogas+Biomethan) Strategie Biomethan 300 Strom (Heikzraftwerke) Strategie Post-EEG 200 100 Strom (Vergasung) KWK - Wärme (Vergasung) Kleinvergaser Kreislaufwirtschaft KWK - Wärme (Klär-/Deponiegas, biog. Anteil des Abfalls) KWK - Wärme (Biogas+Biomethan) Stabilität Wärmenetze 0 heute 2020 Dialog Strategien Leitplanken Monitoring 2030 2040 2050 KWK - Wärme (Heizkraftwerke) Meilensteine etabliert Abbildung 1-2: Indikative Trends der Bioenergie bis zum Jahr 2050 als Synthese des Vorhabens „Meilensteine 2030“ Potenzialerschließung. Bis 2030 sollte der Beitrag der Bioenergie an der Energieversorgung, zur Versorgungssicherheit und zur Erreichung der THG-Emissionsminderungsziele auf dem heutigen Niveau (ca. 700 PJ/a Endenergie) stabilisiert sein und danach in Abhängigkeit von Art und Umfang künftiger Landnutzungspolitiken gegebenenfalls moderat steigen. Die gezielte Erschließung von landwirtschaftlichen Reststoffen (z. B. Strohpotenziale für die Ethanolherstellung) und biogenen, kommunalen Abfällen ist insbesondere im regionalen Zusammenhang beziehungsweise der Kreislaufwirtschaft zu realisieren. Durch weitere Effizienzsteigerungen wird der Primärenergieeinsatz an Biomasse relativ zum Energieoutput gesenkt und die Einhaltung der als nachhaltig verfügbar geltenden Potenziale (Nitsch et al., 2012, sowie Potenzialabschätzung in diesem Bericht) auch bei moderater Steigerung der Endenergiebereitstellung aus Biomasse sichergestellt. Nutzungsoptionen. Die Nutzung von Biomasse zur Energiebereitstellung verändert sich in den verschiedenen Sektoren in unterschiedlichem Maße. Die reine Wärmebereitstellung, insbesondere durch Einzelraumfeuerungen und Wärmenetze, aber auch seitens der Industrie, wird einen relevanten Stellenwert beibehalten. Dies ergibt sich einerseits aus der sehr moderaten Nachfrage nach Holz für innovative Technologien, den gut etablierten regionalen und lokalen Rohstoffversorgungsstrukturen und andererseits aus den bereits getätigten Investitionen in Nahwärmesysteme. Gleichzeitig besteht auch in diesem Bereich die Notwendigkeit der Veränderung, hin zu Effizienzsteigerungen und Emissionsreduktionen. Vergasungstechnologien und ggf. weitere kleine Systeme für die gekoppelte Stromund Wärmebereitstellung können die notwendigen Innovationen im System liefern. Neben dem Engagement der Entscheidungsträger auf kommunaler Ebene erfordert die biogene Wärmebereitstellung die Unterstützung innerhalb einer nationalen Wärmestrategie. Klare Signale sind für die Weiterentwicklung der Technologien und Konzepte zur gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung notwendig, die bisher über das EEG angereizt und realisiert wurden. Hier haben die Untersuchungen gezeigt, dass neben Altholz-basierten Heizkraftwerken insbesondere bedarfsgerecht betriebene Biogasanlagen einen Beitrag für die Stromversorgung leisten können. Für die Realisierung dieser Optionen bedarf es aber einer klaren „Post-EEG“-Strategie, ansonsten wird der bestehende Anlagenpark absehbar deutlich reduziert und die möglichen Systembeiträge bleiben ungenutzt. Parallel bietet ein teilweiser Umbau bestehender Biogas-Vor-Ort-Verstromungsanlagen hin zu Biomethanaufbereitungsanlagen die Möglichkeit einer sehr flexiblen Nutzung sowohl in der Strombereitstellung (mit verpflichtender Nutzung in KWK oder hocheffizienten GuD-Kraftwerken) als auch in der Nutzung als Kraftstoff. Vor diesem Hintergrund sollte Biomethan strategisch (weiter )-entwickelt werden. Darüber hinaus besteht – u. a. auch wegen des möglichen Einsatzes von Biomethan im Verkehrssektor – die Notwendigkeit einer differenzierten Biokraftstoffstrategie. Diese sollte ebenso eine Stabilität in der Bereitstellung von Biokraftstoffen auf Basis landwirtschaftlicher Rohstoffe berücksichtigen, um angemessen den bestehenden regionalen bzw. dezentralen Strukturen und Synergien zur Futtermittelbereitstellung gerecht zu werden. In der Biokraftstoffstrategie nach 2030 sollten zum einen die dezidierte Nachfrage nach Biokraftstoffen in ausgewählten Anwendungsfeldern (z. B. Flugkraftstoffe, Landwirtschaft), zum anderen die Möglichkeit der Bereitstellung von Biokraftstoffen in gekoppelten Systemen mit der stofflichen Nutzung über die Vorteilhaftigkeit der Kraftstoffoptionen entscheiden. Eine solche Kraftstoffstrategie benötigt aber auf jeden Fall dauerhafte und verlässliche Rahmenbedingungen, um auf dem Markt implementierbar zu sein. Zusätzlich dürfte es ab 2030 zwischen den Bereichen Strom, Wärme und Kraftstoff, aber auch im Zusammenspiel mit anderen Erneuerbaren Energien zu stärkeren Verschiebungen kommen, die jedoch die hier identifizierten Elemente in ihrer relativen Vorteilhaftigkeit nicht grundsätzlich verändern dürften. Die Option der Mitverbrennung von Holz in Kohlekraftwerken kann bei steigenden CO2-Zertifikatepreisen zu einem kurzzeitig ansteigenden Holzverbrauch führen, wenngleich aufgrund niedriger Zertifikatepreise das Risiko hierfür derzeit als gering eingeschätzt wird. Aus dieser Synopse leiten sich die nachfolgend beschriebenen zehn Meilensteine ab. 31 32 Zusammenfassung 1.4 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen Die Bioenergiestrategie wird in den verschiedenen Feldern unterschiedlich schnell umgesetzt. Zehn wichtige Meilensteine, die bis zum Jahr 2030 erreicht sein müssen, sind nachfolgend genannt: Meilenstein 1: Nachhaltige Landnutzung ist Voraussetzung. Voraussetzung für eine nachhaltige Biomassenutzung in 2030 ist die schnelle Definition und Implementierung ambitionierter internationaler Ziele für den Schutz von sensiblen Flächen wie Primärwälder, Torfmoor, Feuchtgebiete, Wälder und Grünland mit großer Biologischer Vielfalt, z. B. in einer globalen Schutzgebietskulisse in Anlehnung an die Beschlüsse der Convention on Biological Diversity (CBD). Auf nationaler Ebene erscheint ein wirksamer Schutz von Dauergrünland als sinnvoll. Diese Schutzbestrebungen verändern den Produktionsumfang für landwirtschaftliche Produkte, gehen mit einer Nutzungsintensivierung auf genutzten Flächen einher und weit über die Bioenergienutzung hinaus. Deutschland sollte daher zeitnah international Initiativen ergreifen bzw. bestehende deutlich stärken, die sowohl die nachhaltige Landnutzung als auch Aspekte der zu erwartenden Nutzungsintensivierung umfasst. Instrumente zum Schutz von sensiblen Flächen, die für Biokraftstoffe teilweise implementiert sind, sind auf ihre Übertragbarkeit zu überprüfen. Meilenstein 2: Monitoring von Landnutzung, Kohlenstoffinventaren und Treibhausgasemissionen ist im Rahmen der Bioökonomie etabliert. Hierdurch können die Entwicklung der Treibhausgasemissionen aus Landnutzungsänderungen und ihre Effekte auf die avisierten Ziele im Energiesystem regelmäßig überprüft und die Strategie angepasst werden. Meilenstein 3: Entwicklungsstrategie für Biogas / Biomethan (Post-EEG-Strategie) ist implementiert. Für die bestehenden Biogas- und Biomethananlagen wurde anhand der Anlagencharakterisitka eine dezidierte Nutzungsstrategie entwickelt. Diese muss eng mit der Landwirtschaft abgestimmt sein, die zunehmende Nutzung als Kraftstoff berücksichtigen und auf dem aktuellen Anlagenbestand aufbauen. Die nähere Spezifizierung von Biomethan als Kraftstoff ist dafür eine wichtige Voraussetzung (siehe Meilenstein 7). Nach heutigem Kenntnisstand ist bei einer Nutzung von Biomethan als Kraftstoff weniger der weitere Zubau von Biogasanlagen zu verfolgen als vielmehr der zielgerichtete Umbau. Dazu sind die Möglichkeiten der einzelnen Anlagen genauer zu betrachten und für den jeweiligen Einzelfall abzuschätzen, für welche Anlagen oder Anlagenverbünde eine zusätzliche Aufbereitungsstufe sinnvoll darstellbar ist, wo Flexibilisierung einen längerfristigen Mehrwert liefern kann bzw. wo eine Umrüstung nicht sinnvoll erscheint. Für eine flexible Strombereitstellung auf Basis von Biogas-BHKW ist die Umrüstung bestehender Alt-Anlagen (Flexibilisierung) bis 2030 bereits weitgehend erfolgt. Zusammenfassung Meilenstein 4: Wärmebereitstellung aus Biomasse beinhaltet zunehmend innovative Konzepte („Up-grade Wärmenutzung“) und ist im Rahmen einer Wärmestrategie berücksichtigt. Die Wärmebereitstellung aus Biomasse stellt eine robuste Nutzungsoption dar. Sie bedarf aber der stetigen Weiterentwicklung im Sinne der künftigen Bedarfsstrukturen (geringerer spezifischer Wärmebedarf, Kombination mit anderen Erneuerbaren, höherer Komfortanspruch), Emissionsanforderungen und einer Erweiterung hin zu Kraft-Wärme-Kälte-gekoppelten Systemen (siehe auch Meilenstein 5). Deutschland braucht in diesem Zusammenhang eine Wärmestrategie, die Bioenergie in Form von Wärmenetzen und KWK-Anlagen mit der Abwärmenutzung aus der Industrie und der Anstrengung hinsichtlich der Energieeinsparung vereint. Mit Hilfe von Instrumenten zur Raumplanung und zur Stadtentwicklungsplanung (Bauleitplanung) ist in ganz Deutschland ein Wärmekataster unter Berücksichtigung demographischer Effekte zu erstellen. Darin sollten Schwerpunkte für den Bau von hinsichtlich der Energieträger flexiblen, regenerativen Wärmenetzen definiert werden. Meilenstein 5: Vergasungstechnologien sind verfügbar. Durch Markteinführungsprogramme und gezielte Forschung ist der Übergang von der reinen Wärme- zur gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung (siehe Meilenstein 4) zu unterstützen. Diese Technologien können ein sehr hohes Exportpotenzial aufweisen. Dies gilt bei entsprechender Nachfrage grundsätzlich auch für Bio-SNG. Meilenstein 6: Leitplanken für die Mitverbrennung von Holz sind gesetzt. Bei höheren CO2-Preisen würden größere Mengen Holz aus wirtschaftlichen Gründen in Kohlekraftwerken mitverbrannt werden. Um auf diese Nutzungsoption bezüglich deren Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit steuernd Einfluss nehmen zu können, sind hier entsprechend frühzeitig Rahmenbedingungen zu schaffen. Hierzu gehört die Einführung und Umsetzung adäquater Nachhaltigkeitsstandards für Festbrennstoffe auf nationaler Ebene. Langfristig sinkt die Bedeutung der Mitverbrennung bei sinkendem Kohlestromanteil. Meilenstein 7: Differenzierte Biokraftstoffstrategie ist implementiert. Im Verkehrssektor wird es Teilbereiche geben, in denen die Biokraftstoffnutzung langfristig einen effizienten Beitrag zum Klimaschutz leistet. Diese zu identifizieren und mit robusten Langfriststrategien, auch mit Blick auf den systematischen Einsatz nachhaltiger Rohstoffe und insbesondere Reststoffe zu untersetzen ist notwendig, da sich die sogenannten neuen Technologien (z. B. auf Basis von Lignozellulose) absehbar nicht ohne langfristige und gezielte Unterstützung am Markt etablieren können. Eckpfeiler für eine Biokraftstoffstrategie sind (i) eine klare Zielhierarchie, was mit dem Einsatz von Biokraftstoffen erreicht werden soll, (ii) die darauf aufbauende Identifikation von prioritären Einsatzbereichen, (iii) die technisch-ökonomische-ökologische Analyse von Möglichkeiten der gekoppelten Produktion von Biokraftstoffen und anderen biobasierten Produkten, (iv) die Einbettung in eine übergeordnete Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie und die Etablierung eines entsprechenden regulatorischen Umfeldes. 33 Zusammenfassung 2.1 Hintergrund Die Nutzung von Biomasse zur Bereitstellung von Strom, Wärme und Kraftstoffen hat sich in der Vergangenheit dynamisch entwickelt (Abb. 2-1). Für die Zukunft wird erwartet, dass in einer weitgehend auf erneuerbaren Energien beruhenden Energieversorgung in Deutschland die Bioenergie künftig die Lücken füllt, die nicht aus anderen Quellen gespeist werden können (Barzantny et al., 2009; Kirchner & Matthes, 2009; Sachverständigenrat für Umweltfragen, 2011; Schlesinger et al., 2010, 2011). Dabei gibt es sowohl starke Argumente für den flexiblen Einsatz im Strombereich als auch für ausgewählte Kraftstoffpfade (z. B. Schwerlastverkehr, Schifffahrt, Flugverkehr), während im Wärmebereich die Bioenergie als gut durch alternative erneuerbare Versorgungskonzepte ersetzbar gilt. Welche Menge an Biomasse für die energetische Nutzung letztendlich zur Verfügung steht, ist derzeit nicht abschließend geklärt. Im Vergleich von nationalen (Barzantny et al., 2009; Kirchner & Matthes, 2009; Nitsch et al., 2010, 2012; Schlesinger et al., 2010) und auch internationalen Studien (IEA/OECD, 2012; OECD/IEA, 2010) gehen die Autoren von zukünftig stark unterschiedlichen Potenzialen für die energetische Biomassenutzung aus. Sicher ist jedoch, dass Biomasse zwar ein regenerativer Rohstoff und damit nicht endlich ist, jedoch für den konkreten Zeitraum nur begrenzt verfügbar ist. Damit wird eine Priorisierung der Einsatzbereiche für den weiteren Ausbau zunehmend notwendig (BMVBS 2010; Thrän et al., 2011; Koalitionsvertrag 2013; Majer et al., 2013). 2.000 2.000 Kraftstoff 1.800 1.600 Nutzung Potenziale 1.800 Wärme (ohne KWK) Strom und KWK 1.400 1.600 1.200 1.000 800 1.400 1.200 1.000 800 Reststoffe und Abfälle 600 Industrierestholz, Altholz, Bio- und Grünabfälle, Landschaftspflegematerial, Industrielle Reststoffe 400 400 Bandbreite forstwirtschaftliche BM 200 200 0 0 600 Forstwirtschaftliche Biomasse Quellen: Nutzung nach (AGEE-Stat, 2013) (PEV berechnet nach Wirkungsgradmethode), Potenziale nach (BMVBS, 2010) (Energiepflanzen, Exkremente), (Zeller et al., 2011) (Stroh), Destatis (Aussenhandelsstatistik, 2011), DBFZ 2013 (Bio- und Grünabfälle, industrielle Reststoffe, unveröffentlicht) (Hinweis: Fehlende Jahre wurden durch Fortschreibung der Einzelergebnisse ermittelt. Abbildung 2-1: Nutzung und kurzfristig erwartete Potenziale zur Bioenergiebereitstellung in Deutschland 2030 2029 2028 2027 2026 2025 2024 2023 2022 2021 2020 2019 2018 2017 2016 2015 Energieholz,Waldrestholz 2014 Meilenstein 10: Bioenergie im Verbund etablieren. Die Nutzung von Bioenergie stellt einen Baustein für den Übergang in eine zunehmend auf erneuerbaren Ressourcen basierenden Wirtschaft dar. Um diese große Aufgabe erfolgreich zu realisieren, werden Verbundkonzepte immer wichtiger. Dazu zählt zum einen die enge Verzahnung mit der Landwirtschaft, zum anderen die Weiterentwicklung von gekoppelten stofflichen und energetischen Konzepten, sowohl im Bereich der Holznutzung als auch bei Agrarprodukten und deren Verarbeitung und Nutzung, aber auch die Notwendigkeit eines umfassend schonenden Umgangs mit den begrenzten Ressourcen. Es wird auch empfohlen, dass ein hohes Engagement von Seiten der Politik, u. a. in Deutschland, ergriffen werden sollte, um den globalen Hunger zu bekämpfen und hierzu auch positive Fallbeispiele für Bioenergie und Ernährungssicherung zu implementieren. Schließlich ist die zunehmende Verbindung von stofflicher und energetischer Nutzung ein wichtiges Element, insbesondere um zu einer effizienten Reststoffnutzung zu kommen. Dieser Prozess ist jedoch fortlaufend und kann bis 2030 nur einen Zwischenstand erreichen. Einleitung Primärenergiepotenziale in PJ Meilenstein 9: Umgang mit Abfällen innerhalb der Kreislaufwirtschaft ist geklärt. Die Erschließung und bestmögliche Nutzung bzw. Verwertung von kommunalen Abfällen (insb. Bioabfall, Altholz, Klärschlamm) bedarf im Sinne der Kreislaufwirtschaft der weiteren Unterstützung und gesetzgeberischer Lenkung. Mit Blick auf effiziente energetische AbfallVerwertungssysteme unter besonderer Berücksichtigung der Bioökonomie und Kaskadenprozesse sind angepasste Infrastrukturen zur weitestgehend sortenreinen Erfassung und Nutzung entsprechender Biomasse-Sortimente einzurichten. 2 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Meilenstein 8: Lignozelluloseaufschluss von Stroh ist im Markt etabliert und hinsichtlich der Nutzungsoptionen priorisiert. Lignozelluloseaufschluss bietet vielfältige Nutzungsoptionen von Stroh und anderen Reststoffen. Hierzu ist die Flankierung entsprechender F&E-Aktivitäten notwendig. Der Einsatz von Stroh im Rahmen künftiger Kraftstoffstrategien ist anhand detaillierter Analysen bewertet. Die Bereitstellung sollte auf der deutschen und europäischen Rohstoffbasis basieren. Eine inländische Produktion sowie Importe von Ethanol aus Reststoffen bedürfen umfassender Leitplanken für den Erhalt der Bodenfruchtbarkeit. Einleitung Primärenergieverbrauch in PJ 34 35 36 Einleitung Einleitung Vor dem Hintergrund der vielfältigen, aktuellen Entwicklungen im Bereich der regenerativen, nicht-biogenen Energietechnologien und Energieträger erscheint es sinnvoll, Bioenergiestrategien zu favorisieren, die geringe Pfadabhängigkeiten aufweisen und z. B. Technologiekonzepte berücksichtigen, die sowohl im Strom- / Wärme-Bereich als auch im Kraftstoffsektor genutzt werden können. Hierbei sind mit Blick auf die ökonomische Dimension der Nachhaltigkeit diejenigen Optionen mit den absehbar niedrigsten Bereitstellungskosten zu bevorzugen. Es herrscht jedoch auch Einigkeit darüber, dass Bioenergienutzung ebenfalls mit den übrigen Dimensionen der nachhaltigen Entwicklung (Ökologie und Soziales) in Einklang stehen muss und insbesondere gegenüber der Ernährungssicherung nachrangig ist. 2.2 Zielstellung und Herangehensweise Die Anforderungen an eine zukünftige, nachhaltige energetische Biomassenutzung sind vielfältig. Eine ressourceneffiziente, klimaverträgliche, gesellschaftlich akzeptierte und langfristig tragfähige Bioenergiestrategie muss sicherstellen, dass: erwartete Engpässe und Lücken beim Übergang des weitgehend auf nichterneuerbaren Energieträgern basierten Energiesystems in eine klimaverträgliche, regenerative Energieversorgung zielgerichtet bedient werden (Brückenfunktion) die zunehmend volatilen Preise auf den Energie- und Rohstoffmärkten durch die Bioenergienutzung nicht destabilisiert werden (Pufferfunktion) Effizienzgewinne durch technische Weiterentwicklungen und Innovationen der Bioenergiebereitstellung erzielt werden (Effizienzfunktion) die grundlegenden Ziele der energetischen Nutzung von Biomasse und die damit verbundenen ökologischen Leitplanken nicht verletzt werden (Richtungssicherheit) auf Veränderungen in der Entwicklung der Rahmenbedingungen nachgesteuert werden kann (Fehlerfreundlichkeit). Ziel des Vorhabens „Elemente und Meilensteine für die Entwicklung einer tragfähigen nachhaltigen Bioenergiestrategie“6 (im Folgenden: Meilensteine 2030) ist es, die technischen und organisatorischen Meilensteine zu identifizieren, die bis zum Jahr 2030 geschaffen werden müssen, um eine abgestimmte und nachhaltig tragfähige Langfriststrategie für die zukünftige Nutzung der absehbar begrenzten heimischen Biomasseressourcen bis 2050 erfolgreich vorzubereiten. 6 Homepage des Projektes siehe: https://www.energetische-biomassenutzung.de/de/meilensteine-2030.html Hierfür sind Antworten auf folgende Fragen notwendig: Zu welchen Preisen und zu welchen Bedingungen ist Biomasse künftig für die energetische Nutzung verfügbar? Wie wirken sich unterschiedliche Nachhaltigkeitsanforderungen für die Landund Forstwirtschaft und die Ernährung auf die Verfügbarkeit aus? Wenn zukünftig unterschiedliche Arten von Bioenergie benötigt werden, welche Technologien kommen unter welchen Randbedingungen in welchem Umfang zum Einsatz? Welche Wirkungen auf Innovation, Umwelt und regionale Infrastrukturen gehen von den verschiedenen Bioenergieoptionen aus? Welche Auswirkungen auf die regionale Bereitstellung von Strom und Wärme sowie die KWK Ziele des Bundes sind zu erwarten? Welche Rolle spielt die deutsche Biomassenachfrage im Kontext internationaler Biomassenachfrage-Entwicklungen? Wie ist die künftige globale Bioenergienachfrage vor dem Hintergrund von Landnutzungsänderungen und Ernährungssicherheit zu bewerten? Welche Effekte haben Entwicklungen der stofflichen Nutzung auf die Verfügbarkeit von Biomasse für die energetische Nutzung und potenzielle Kaskadennutzungen? Um Antworten auf die genannten Fragen zu finden, wurde untersucht, welche Technologieoptionen zur gekoppelten Strom- und Wärmeezeugung oder zur Bereitstellung von Biokraftstoffen sich unter verschiedenen Rahmenbedingungen als ökonomisch vorteilhaft darstellen und welche ökologischen, ökonomischen und sozialen Auswirkungen mit dem sich aus der Bioenergieproduktion einhergehenden Biomassebedarf ergeben. Hierfür wurde ein Modellverbund aus einem globalen Marktmodell (MAGNET), einem globalen Landnutzungsmodell (LandSHIFT) und einem eigens für dieses Vorhaben entwickelten BioENergieSImulationsModell (=BENSIM) gebildet. Neben diesen Computermodellen werden im Projektverbund über sogenannte Module Eingangsparameter für die Modelle festgelegt sowie ex post Bewertungen der Modellberechnungen vorgenommen. Weiterhin wurden Szenarien definiert, in denen (i) die Biomasseverfügbarkeit von unterschiedlich starken Nachhaltigkeitsanforderungen (globale Ebene) verknappt ist und (ii) Bioenergie verstärkt in einem Sektor (Strom / Wärme oder Kraftstoff) eingesetzt wird. Nachfolgend wird zunächst der Modellverbund kurz beschrieben, gefolgt von den Szenarienannahmen, unter denen die Berechnungen im Modellverbund durchgeführt wurden. Anschließend werden die Ergebnisse der einzelnen Modelle für die verschiedenen Szenarien dargestellt, um auf Basis der Erkenntnisse aus den Berechnungen schließlich Elemente und Meilensteine für eine tragfähige und nachhaltige Bioenergiestrategie zu identifizieren und Handlungsempfehlungen abzuleiten. 37 Modellidee & Modellverbund Modellidee & Modellverbund 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen Modellidee + Modellverbund 3 Modellidee + Modellverbund Der für das Vorhaben gebildete Modellverbund ist in Abbildung 3-1 dargestellt. Als Rahmen für die Modellierung werden die Bioenergienachfrage und die NachhaltigkeitsanforderunDer für das Vorhaben gebildete Modellverbund ist in Abbildung 3-1 dargestellt. Als Rahmen für die gen in verschiedenen Szenarien (vgl. Kapitel 4), sowie die relevanten BioenergietechnoloModellierung werden die Bioenergienachfrage und die Nachhaltigkeitsanforderungen in verschiedenen gien eingegrenzt (Tabelle 3-1) Im Folgenden werden die eingesetzten Modelle, der ModellSzenarien (vgl. Kapitel 4), sowie die relevanten Bioenergietechnologien eingegrenzt (Tabelle 3-1) Im verbund dessen Arbeitsweise kurzder skizziert. Eine detaillierte Beschreibung sich Folgendenund werden die eingesetzten Modelle, Modellverbund und dessen Arbeitsweise kurz findet skizziert. 7 im Anhang A 3Beschreibung . Eine detaillierte findet sich im Anhang A 3 7. Flächenbezogene Nachhaltigkeitsanforderungen (Szenarienabhängig) Bioenergienachfrage national + global (Szenarienabhängig) Technologien Modellfälle, Lerneffekte (Vorarbeiten) Ökobilanzen THG Emissionen Vorkette + Konversion Ökologische Bewertung LandSHIFT Flächennutzung Flächenangebot Rohstoffangebot MAGNET Rohstoffherkunft Rohstoffmenge Rohstoffpreis BENSIM Anlagenpark Rohstoffbedarf Flächenbezogene Nachhaltigkeitsbewertung Bewertung der Ernährungssicherheit Bewertung regionaler Infrastruktur Verbrennung Anaerobe Vergärung Heizkraftwerk (ORC) Biogasanlage Heizkraftwerk (DT) Biomethananlage PflanzenölBHKW Fermentation Umesterung Hydroprocessing Kleinvergaser (KWK) – Güllekleinanlage * Vergaser (ORC) Bioabfallanlage* Ethanol (Zucker) – Biomethan Vergasung Ethanol (Getreide) Bio-SNG Biodiesel (Raps) Ethanol (Stroh) HVO (Raps) BtL/FischerTropschKraftstoffe Einzelraumfeuerung (Scheitholz)* Holzpelletkessel* – Heizwerk (HHS)* Abkürzungen: ORC: organic rankine cycle; DT: Dampfturbine; HHS: Holzhackschnitzel; KWK: Kraft-Wärme-Kopplung; Bio-SNG: Bio synthetic natural gas (Methan aus biogenen Festbrennstoffen); BtL: Biomass to liquid; HVO: Hydrogenated Vegetable Oil * künftiger Beitrag im Energiesystem basierend auf Expertenschätzungen im Projektverbund festgelegt Abbildung 3-1: Übersicht über die Modelle (durchgezogene Rahmenlinien) und Module zur Folgenabschätzung (gestrichelte Abbildung 3-1:Rahmenlinien) Übersicht über Modelle (durchgezogene Rahmenlinien) und Module sowiedie deren Schnittstellen im Projektverbund „Meilensteine 2030“ zur Folgenabschätzung (gestrichelte Rahmenlinien) sowie deren Schnittstellen im Projektverbund „Meilensteine 2030“ 3.1 BENSIM 3.1 BENSIM Das Simulationsmodell BENSIM simuliert den Wettbewerb ausgewählter Bioenergietechnologien zur Das Simulationsmodell BENSIM den Wettbewerb ausgewählter Bioenergietechenergetischen Nutzung (Kraftstoff bzw.simuliert Strom/Wärme) eines gegebenen Primärenergieangebots von Biomasse zur in Deutschland bis 2050. Die Modellberechnungen in BENSIM liefern Aussagen darüber,Prinologien energetischen Nutzung (Kraftstoff bzw. Strom / Wärme) eines gegebenen welche der Bioenergietechnologien sichinwann und unterbiswelchen gegen andere in märenergieangebots von Biomasse Deutschland 2050. Bedingungen Die Modellberechnungen BENSIM liefern Aussagen darüber, welche der Bioenergietechnologien sich wann und unter welchen Bedingungen andere Bioenergietechnologien durchsetzen. Eine Übersicht 7 Zum Download verfügbar unter:gegen https://www.energetische-biomassenutzung.de/de/meilensteine-2030/ergebnisse.html über die betrachteten Konversionstechnologien gibt Tabelle 3-1. Detailliertere Angaben zu den einzelnen Technologien finden sich im Anhang A 3.1.3.7 MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, 22.01.2015 Strom / Wärme (KWK) Tabelle 3-1: 20 Konversionspfade im Vorhaben „Meilensteine 2030“ Biokraftstoff 3 Wärme 38 35 7 Zum Download verfügbar unter: https://www.energetische-biomassenutzung.de/de/meilensteine-2030/ergebnisse. html Wesentlich für die Durchsetzungsfähigkeit einer Technologie sind die Kosten, zu denen diese das nachgefragte Produkt herstellen kann. Diese Kosten sind unter anderem abhängig von technologischen Lerneffekten, die durch den Zubau von Anlagen (Grübler, 1998; Wright, 1936) und durch Forschung und Entwicklung (exogenes Lernen) entstehen8, von der Entwicklung der Rohstoffpreise für die Anlagensubstrate und einem möglichen Preis für Treibhausgasemissionen (THG-Emissionen). All diese Einflussparameter werden in der BENSIM-Simulation berücksichtigt. Im Ergebnis liefert das Modell für jede betrachtete Technologie Daten zur zeitlichen Entwicklung der installierten Kapazität, der kumulierten installierten Kapazität, zu Lerneffekten sowie zu Bereitstellungskosten. Für die Simulation wird angenommen, dass eine Nachfrage nach den Produkten Strom und Kraftstoffen besteht. 8 Das Modell berücksichtigt endogenes und exogenes Lernen. Endogenes Lernen bedeutet, dass durch den Zubau von Anlagen eine Technologie preiswerter wird aufgrund von Lerneffekten in der Produktion oder dem Betrieb von Anlagen. Es ist ein bekanntes Phänomen, dass neue Technologien bei Verdopplung ihrer kumulierten installierten Kapazität um einen technologiespezifischen Prozentsatz im Preis sinken (Lernkurve). Exogenes Lernen findet im Modell ebenfalls statt, auch wenn eine Technologie nicht ausgebaut wird. Hier wird unterstellt, dass Kostensenkungen auch durch Anstrengungen in (öffentlicher) Forschung und Entwicklung erreicht werden. 39 40 Modellidee & Modellverbund Begrenzt werden die Bereitstellung und der Anlagenzubau durch die Randbedingung, dass der notwendige Rohstoffeinsatz für die Produktion das gemäß (Nitsch et al., 2012) national nachhaltig verfügbare Biomassepotenzial von 1.550 PJ Primärenergie nicht überschreiten sollte. Für die Berechnungen benötigt das BENSIM-Modell Angaben zu den Kosten der Rohstoffe. Diese werden für handelbare Agrarrohstoffe durch die Schnittstelle zu MAGNET bereitgestellt. Die gesteigerte Nachfrage nach Anbaubiomasse durch die Bioenergienutzung, die einen Effekt auf die Rohstoffpreise haben kann, wird wiederum in MAGNET berücksichtigt. Um die Auswirkungen unterschiedlicher Preise für THG-Emissionen auf die Entwicklung des Anlagenparks in BENSIM abschätzen zu können, werden durch IFEU-Übersichtsökobilanzen für jeden Konversionspfad bereitgestellt. So kann abgeschätzt werden, welche Treibhausgasemissionen mit der Entwicklung des Anlagenparks einhergehen und welche Emissionsminderungen im Vergleich zu einem fossilen Referenzsystem erreicht werden. Zur Abschätzung der Auswirkungen einer regionalen Integration der Anlagen auf die Wärme- und KWK Ziele der Bundesregierung werden die berechnete Zusammensetzung des Anlagenparks und die resultierende Produktion an die IZES gGmbH für eine entsprechende Analyse übermittelt. Durch die Berücksichtigung der Lerneffekte und THG-Emissionen in der Modellierung werden darüber hinaus zwei wichtige Beispiele des Marktversagens in der Modellierung berücksichtigt. Dies sind zum einen die externen Kosten, die durch die Emission von Treibhausgasen verursacht werden und zum andern der Umstand, dass Investitionen in neue Technologien über Lerneffekte zukünftige Investition günstiger machen, ein Effekt, der einzelnen Investoren selber nicht voll zugutekommt, aber volkswirtschaftlich von Vorteil ist. 3.2 MAGNET MAGNET (Modular Applied GeNeral Equilibrium Tool) ist ein globales, dynamisch-rekursives allgemeines Gleichgewichtsmodell. Mit einem solchen Modell ist es möglich, die Entwicklung von Rohstoffpreisen und Rohstoffnachfragen im gesamtökonomischen Kontext zu simulieren. MAGNET berücksichtigt eine Vielzahl von Einflussfaktoren (bspw. politische Rahmenbedingungen, Bevölkerungsentwicklung und Wirtschaftswachstum). Für eine genauere Modellbeschreibung wird auf (Woltjer et al., 2014) sowie den Anhang A 3.1.1 verwiesen. Endogen ermittelt MAGNET als Ergebnis eines Simulationslaufs prozentuale Werteveränderungen aller Preise und Mengen für jeden Zeitabschnitt (Fünf-Jahresscheiben), jedes Land, jeden Faktor, jedes Produkt und jede Produktionsaktivität. Absolute Änderungen werden auf der Grundlage der Mengendaten des Basisjahres aus anderen Statistiken, z. B. FAO, IEA abgeleitet. Im Zusammenspiel mit dem Modell LandSHIFT (vgl. 3.3) weist MAGNET die gesamte landwirtschaftliche Nutzfläche und Produktion pro Land und Produkt aus. Die landwirtschaftliche Produktion wird als Nahrungsmittel, Futtermittel oder Biomasse zur Energiegewinnung verwendet. MAGNET dient im Projekt zur Abschätzung der Preisentwicklung sowie der Entwicklung der Nachfrage der für die in BENSIM (vgl. 3.1) betrachteten Konversionsanlagen relevanten, handelbaren Rohstoffe (Weizen, Mais, Zucker, Ölsaaten, Zuckerrüben). Holz Modellidee & Modellverbund und Abfall- bzw. Nebenprodukte (z. B. Stroh, Gülle) sind nicht explizit in MAGNET abgebildet. Für diese Güter werden Preisentwicklungen auf Basis von Expertenannahmen abgeleitet (vgl. auch Anhang A 4.6). Die Entwicklung der Rohstoffpreise ist relevant für die Berechnungen im Modell BENSIM. Die Entwicklung der Rohstoffnachfrage ist eine relevante Eingangsgröße für das Modell LandSHIFT. Beide Entwicklungen sind relevant für Einschätzungen zu regionalen Effekten und der Ernährungssicherheit. 3.3 LandSHIFT Das globale Landnutzungsmodell LandSHIFT dient zur räumlichen und zeitlichen Simulation von Landnutzungsänderungen bedingt durch den Anbau von Nahrungs-, Futtermittel- und Energiepflanzen. Eine detaillierte Beschreibung findet sich in (Alcamo et al., 2011; Schaldach et al., 2011). Das Modell arbeitet auf einem Raster mit der räumlichen Auflösung von Fünf-Bogenminuten (entspricht ca. 9 x 9 km am Äquator). Jede Rasterzelle besitzt einen dominanten Landnutzungstyp sowie Informationen über ihre naturräumlichen Gegebenheiten (z. B. Topographie, Klima und Bodeneigenschaften) und die bebauten Flächen. Auf Basis dieser Daten errechnet das Modell die wahrscheinlichste Landnutzung für jede Rasterzelle. Modellergebnisse sind globale Rasterkarten, welche in Fünfjahresschritten bis zum Jahr 2050 die Entwicklung der Landnutzung darstellen. Die im Modell MAGNET berechnete Entwicklung der Rohstoffnachfrage, sowie der exogen vorgegebene Flächenbedarf für Bioenergie (fixierte Bioenergieflächen), werden als Eingangsgröße in LandSHIFT berücksichtigt. Auf dieser Basis wird dann ermittelt, in welchen Regionen der Anbau der Feldfrüchte zur Deckung der Rohstoffnachfrage am wahrscheinlichsten ist, und ob durch diesen Anbau Landnutzungsänderungen induziert werden. Über LandSHIFT erfolgt ebenfalls die Berücksichtigung von flächenbezogenen Nachhaltigkeitsanforderungen im Modellverbund (vgl. Anhang A 4) insofern, als dass die Anwendung der Nachhaltigkeitsanforderungen zu einer Reduktion der für die Biomasseproduktion zur Verfügung stehenden Fläche führt. 3.4 Übersichtsökobilanzen Für die im Projekt betrachteten Konversionspfade von Biomasse zu Strom, Wärme oder Kraftstoffen wurden in einem ersten Schritt so genannte Übersichtsökobilanzen erarbeitet, die sich eng an die internationalen Ökobilanznormen (DIN EN ISO 14040 und 14044, Deutsches Institut für Normung e.V., 2006) anlehnen. Die Ergebnisse der Treibhausgasbilanzen, einem Teilaspekt der Ökobilanzen, wurden beim Technologiewettbewerb in BENSIM berücksichtigt. In einem zweiten Schritt wurden dann die BENSIM-Ergebnisse zu Anlagenpark, -anzahl und -kapazität sowie die jährliche Produktionsmenge mit den Übersichtsökobilanzen kombiniert und daraus die kumulierten Umweltauswirkungen (Energieaufwand, Treibhauseffekt, Versauerung, Nährstoffeintrag und Feinstaubbelastung) der vier Szenarien ermittelt. Beim Treibhauseffekt wird zusätzlich auch auf LandSHIFT-Ergebnisse zu Kohlenstoff-Bestandsänderungen infolge von Landnutzungsänderungen zurückgegriffen. 41 42 Modellidee & Modellverbund Szenarienannahmen 3.5 Ernährungssicherheit 4 Die Berücksichtigung von Anforderungen an die Ernährungssicherheit wird aufbauend auf den Ergebnissen der Modellierung in MAGNET durchgeführt (ex-post). Grundsätzlich wird angenommen, dass die globale Verteilung von Nahrungsmitteln funktioniert. Tatsächliche Verteilungsprobleme können im Rahmen der Modellierung nicht abgedeckt werden. Für den Fall, dass in einem Land / Ländergruppe keine ausreichende Ernährung sichergestellt werden kann (Hungergrenzwert unterschritten, vgl. Kapitel 5.6 sowie Anhang A 3.1.5) kommt es rein rechnerisch zu einem Biomassefluss aus reichen Ländern, der zu einer Reduktion der verfügbaren Biomasse zur energetischen Nutzung in diesen Ländern führt. Mit Hilfe des Modellverbundes soll untersucht werden, wie sich die Bioenergiebereitstellung unter verschiedenen Rahmenbedingungen entwickelt und welche Rohstoffbedarfe und Umweltwirkungen mit der Entwicklung jeweils einhergehen. Hierfür wurden ExtremSzenarien erstellt, in denen (i) die Biomasseverfügbarkeit von unterschiedlich starken Nachhaltigkeitsanforderungen national sowie global verknappt ist und (ii) Bioenergie national verstärkt in einem Sektor (Strom / Wärme oder Kraftstoff) eingesetzt wird. 3.6 Bewertung flächenbezogener Risiken Die Produktion von Biomasse kann zu negativen Auswirkungen auf die Umwelt führen. Beispielsweise kann Biomasse von Flächen stammen, die ein hohes Erosionsrisiko aufweisen, oder von Flächen die vor einer Ackerbaulichen Nutzung einen hohen Wert für die Biologische Vielfalt darstellten oder einen hohen Gehalt an Kohlenstoff aufwiesen. Das Ziel der Bewertung von flächenbezogenen Risiken im Vorhaben ist es einzuschätzen, mit welchen Risiken für die Umwelt die in Deutschland energetisch genutzte Biomasse behaftet ist. Dabei werden Risiken für eine Reduktion der Bodenfruchtbarkeit, Risiken für den Verlust der biologischen Vielfalt durch Flächenumwandlung sowie das Risiko von Flächenumwandlung berücksichtigt. Als Ergebnisse der Interaktion von MAGNET und LandSHIFT stehen Zellinformationen zur Landnutzung (LandSHIFT) sowie Biomasseproduktion in Ländern und Importe nach Deutschland (MAGNET) zur Verfügung. Diese Information wird genutzt, um eine Risikobewertung für die Biomasse, die in einem Land produziert wird, durchzuführen. 3.7 Regionale Effekte Der in BENSIM berechnete Anlagenpark, die mit diesem einhergehende Bereitstellung von Strom, Wärme oder Kraftstoffen sowie der hierfür nötige Rohstoffbedarf werden eingehend analysiert und auf die Frage hin überprüft, wie sich die Anlagen in bestehende, kommunale Infrastrukturen integrieren lassen und ob der Rohstoffbedarf aus Sicht der kommunalen Logistik bereitgestellt werden kann. Durch die Untersuchung der regionalen Effekte können die Wahrscheinlichkeit einzelner Szenarien sowie die Auswirkungen auf den Wärmemarkt aber auch auf die Rolle der Biomasse im Strommarkt (Ausgleich der fluktuierenden EE durch Biogas) rückgekoppelt werden. Dies wiederum erlaubt im Idealfall für ein bestimmtes Biomasseszenario regional untermauerte Rückschlüsse auf die derzeitigen Szenarien der Energiebereitstellung in Deutschland bzgl. Wärme und KWK. 3.8 Internationale Auswirkungen und Rückkopplungen Die Ergebnisse der Anlagenparkentwicklung sowie ausgewählte Ergebnisse der Analyse von Auswirkungen werden in den internationalen Kontext eingebettet und qualitativ hinsichtlich Rückkopplungen diskutiert. Weiterhin wird die Energie-Diversität als Indikator der Versorgungssicherheit für die Szenarienergebnisse ermittelt. Szenarienannahmen Dadurch ergeben sich neben einem Referenzszenario (Szenario 2011A nach [Nitsch et al., 2012]) als Ausgangspunkt folgende vier Extremszenarien: Szenario SW-N: vollständiger Einsatz der in Deutschland nachhaltig verfügbaren Biomasse zur Erzeugung von Strom und Wärme unter verstärkten Nachhaltigkeitsanforderungen. Szenario SW-BAU: wie Szenario SW-N. Nachhaltigkeitsanforderungen werden jedoch lediglich im Rahmen aktuell gültiger Normen berücksichtigt und aktuelle Trends werden fortgeschrieben (Business as usual, BAU). Szenario KS-N: vollständiger Einsatz der in Deutschland nachhaltig verfügbaren Biomasse zur Erzeugung von Kraftstoffen unter verstärkten Nachhaltigkeitsanforderungen. Szenario KS-BAU: wie Szenario KS-N. Nachhaltigkeitsanforderungen werden jedoch lediglich im Rahmen aktuell gültiger Normen berücksichtigt und aktuelle Trends werden fortschreiben. In allen Szenarien wird als Ziel die Maximierung der Bioenergieproduktion (d. h. der Biokraftstoffe in den KS Szenarien und der gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung in den SW Szenarien) in Deutschland angenommen. Für die Anlagen zur der gekoppelten Stromund Wärmeerzeugung wird ein flexibler Betrieb unterstellt und es werden für diese Anlagen 5.000 Jahresvolllaststunden angesetzt. In allen Szenarien gilt die Randbedingung, dass der Primärenergiebedarf für die Bereitstellung von Strom / Wärme bzw. Kraftstoffen das inländisch nachhaltig verfügbare Potenzial von 1.550 PJ p.a. in Anlehnung an (Nitsch et al. 2012) nicht überschreiten sollte. Weiterhin wird angenommen, dass die derzeit nach dem Erneuerbaren Energien Gesetz (EEG) geförderten Anlagen ihre Produktion bis zum Auslaufen ihrer jeweiligen Förderdauer aufrecht erhalten, sodass auch in den KS Szenarien noch für eine gewisse Zeit Strom auf Basis von Biomasse produziert wird. Für alle Szenarien wird außerdem unterstellt, dass der Bedarf an reiner Wärme stark rückläufig ist bis auf 50 PJ/a in 20509. Ebenfalls wird angenommen, dass eine Vergärung von Rest- und Abfallstoffen in Biogasanlagen sowie von Gülle in reinen Güllekleinanlagen politisch verankert ist. Der für die EEG Bestandsanlagen sowie für die Wärmebereitstellung und die Abfall- / Gülle-Nutzung notwendige Primärenergiebedarf wird vom nachhaltig verfügbaren Potenzial abgezogen. Das verbleibende Primärenergieangebot steht für die Modellierung der Bioenergieproduktion in BENSIM zur Verfügung (vgl. Abb. 4-2). 9 Die stark rückläufige Nachfrage nach reiner Wärme stellt ausdrücklich kein Szenarienergebnis dar. Vielmehr handelt es sich um eine Extremannahme für die Szenarienberechnung mit dem Ziel, möglichst viel des verfügbaren Biomassepotenzials für die Modellierung in BENSIM zur Verfügung zu stellen. 43 44 Szenarienannahmen Strom & Wärme 100 % Szenarienannahmen Die Szenarien unterscheiden sich im Wesentlichen darin, dass in der Simulation der Entwicklung des Anlagenparks in BENSIM jeweils nur solche Technologien zugelassen werden, die entweder Strom in Kraft-Wärme-Kopplung (SW Szenarien) oder Kraftstoffe (KS Szenarien) produzieren. Der Kostenwettbewerb zwischen den Strom- / Wärme- und Kraftstofftechnologien bzw. reiner Wärmebereitstellung wird im Vorhaben nicht untersucht. Für die SW-Szenarien wurde unterstellt, dass hinreichend Wärmesenken zur sinnvollen Verwendung der Abwärme existieren. Für die Berechnung der Kraftstoff-Szenarien wurde unterstellt, dass alle Kraftstoffe die THG-Minderungsziele der Erneuerbare-Energien-Richtlinie (Renewable Energy Directive, RED) erfüllen. Basierend auf (Majer & Oehmichen, 2010) wird angenommen, dass auch Kraftstoffe der ersten Generation die RED-Ziele erfüllen, wenn bei deren Produktion Prozesswärme und Strom aus erneuerbaren Quellen eingesetzt wird. In der Modellierung wurden daher die Preise für Prozesswärme und Strom zur Produktion von Kraftstoffen der ersten Generation doppelt so hoch angenommen wie zur Produktion von Kraftstoffen der zweiten Generation. Es wird unterstellt, dass zu diesen Preisen erneuerbare Wärme und Strom bezogen werden kann. Szenario 1 Szenario 2 Endnutzung* REF Kraftstoff 100 % Szenario 4 Szenario 3 Nachhaltigkeit** BAU Stark * Die der Endnutzung variiert von 0 bis 100 % (z.B. werden in Extrem-Szenario 4 bis zu 100 % der Biomasse Kraftstoffproduktion aufgewendet). Die imAusprägung Modelllverbund berücksichtigte Biomasse wird in Deutschland endweder nahezuzurvollständig zur Produktion Intensität Umweltauflagen und Berücksichtigung sozialer Aspekte Deutschland wie auch international und Importe) von**Strom / von Wärme oder Kraftstoffen eingesetzt. (REF sowohl stellt inden Ausgangspunkt für die(Vorketten Szenarienbetrachtungen ** dar); Intensität von Umweltauflagen und vorsorgende Flächenpolitik sowohl in Deutschland wie auch international (Vorketten und Importe); Abkürzungen: SW: (gekoppelte) Strom- und Wärmebereitstellung; KS: Kraftstoff; BAU: Business as usual; N: hohe Nachhaltigkeitsanforderungen Nachhaltigkeitsanforderungen * Hohe Nachhaltigkeitsanforderungen führen zu einer starken Verknappung der Flächen für die Produktion von Anbaubiomasse. Konkret gelten in den Nachhaltigkeitsszenarien folgende Annahmen zusätzlich zu BAU (vgl. hierzu auch Anhang A 4): Verstärker Schutz von Primärwäldern zenarienannahmen Abbildung 4-1: Die vier Szenarien im Projekt „Meilensteine 2030“ (KS-BAU, KS-N, SW-BAU, SW-N) Bei Wald nur forstliche Nutzung erlaubt, keine Umwandlung zu Acker- oder Grünland 1600 Schutz von Flächen mit großer biologischer Vielfalt 1400 17 % Anteil von Schutzgebieten an der terrestrischen Fläche 1200 Erhalt von kohlenstoffreichen Flächen. Keine Nutzung von Feuchtgebieten oder (Torf-)Moor 1000 Umbruchverbot von Grünland in der EU ab 2020 [PJ] 800 600 400 200 0 2010 2015 2020 PE-Einsatz Bestand 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Biomasse-Angebot für die Modellierung Abbildung 4-2: Unterstellte Entwicklung des Primärenergieeinsatzes an Biomasse der Bestandsanlagen (PEldung 4-24-2 Einsatz Unterstellte Entwicklung Primärenergieeinsatzes Biomasse bedarfs der Bestandsanlagen Bestand) und des für des die Modellierung verbleibenden,an maximalen Biomasseangebotes in Deutschland (PE-Einsatz Bestand) und des für die Modellierung verbleibenden Biomasseangebotes PE-Angebotes in Deutschland erschiede Szenarien unterscheiden sich im Wesentlichen darin, dass in er Simulation der Entwicklung des Außerdem wurden stärkere Anstrengungen in Forschung und Entwicklung unterstellt, sodass technologiespezifische Kostensenkungen durch exogenes Lernen (vgl. Fußnote 8) bereits nach drei Jahren erfolgen, während dies in den BAU-Szenarien erst nach zehn Jahren erfolgt. Zudem unterscheiden sich die Szenarien in der globalen Biomassenachfrage für energetische Zwecke sowie in den Annahmen zur globalen Flächenbelegung durch Kurzumtriebsplantagen (KUP) oder schnellwachsende Gräser. Nachfrage und Flächenbelegung orientieren sich in den BAU- bzw. Nachhaltigkeitsszenarien am 6°C bzw. am 2°C-Szenario nach IEA-ETP ([IINAS, 2014] in Anlehnung an [IEA, 2014]). In allen Szenarien steigt der Preis für CO2 -Zertifikate auf 100 € pro Tonne in 2050, jedoch erfolgt der Anstieg in den Nachhaltigkeitsszenarien deutlich schneller (Preise und Preisentwicklung in Anlehnung an European Commission, 2013). 45 46 Ergebnisse 5 5.1.1.2 Szenario KS-N Ergebnisse 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen 5 Ergebnisse 5.1 Bioenergiebereitstellung/Anlagenpark in Deutschland Im KS-N-Szenario (Abb. 5-2) dominiert zunächst ebenfalls die Produktion von Biodiesel aus Pflanzenölen. Diese wird jedoch ab 2025 zunehmend durch Biomethan verdrängt. Die Produktion von Biomethan steigt auf über 900 PJ in 2050 an. Bioethanol aus Zucker oder Stärke kommen nur übergangsweise in ähnlich geringem Umfang wie im KS-BAU-Szenario zum 5.1.1.2 Szenario KS-N Einsatz. Gegen Ende des Simulationszeitraums setzt ein Zubau an Anlagen zur Produktion Bioethanol dominiert aus Strohzunächst sowie Bio-SNG ein. von Biodiesel aus Pflanzenölen. Diese Imvon KS-N-Szenario ebenfallsaus dieHolz Produktion wird ab 2025 zunehmend durch steigt Biomethan verdrängt. Die Produktion von Biomethan steigt auf Derjedoch internationale Flächenbedarf bis 2035 aufgrund der steigenden Biodieselproüber 900 PJ in 2050 Bioethanol Zucker odervon Stärke kommendurch nur übergangsweise in ähnlich duktion stark an. an. Aufgrund der aus Verdrängung Biodiesel Biomethan sinkt der geringem Umfang Flächenbedarf wie im KS-BAU-Szenario zumdeutlich, Einsatz. Gegen Endeder desnationale Simulationszeitraums setzt ein internationale ab 2035 während Bedarf zunächst Zubau an Anlagen Produktion von Bioethanol aus4 Stroh Bio-SNGInsgesamt aus Holz ein. langsam, gegenzur Ende deutlicher bis auf fast Mio. sowie ha ansteigt. sinkt der internationale Flächenbedarf stärker, als der nationale Bedarf steigt. Zurückzuführen ist dieser Der internationale Flächenbedarf steigt bis 2035 aufgrund der steigenden Biodieselproduktion stark Effekt auf den höheren Flächenertrag von Biomethan aus Mais gegenüber Biodiesel aus an. Aufgrund der Verdrängung von Biodiesel durch Biomethan sinkt der internationale Flächenbedarf ab Pflanzenöl. 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen 5.1 Bioenergiebereitstellung / Anlagenpark in Deutschland 5.1.1 5.1.1 Ergebnisse der Szenarien Ergebnisse der Szenarien 5.1.1.1 Szenario KS-BAU 5.1.1.1 Szenario KS-BAU Bei den Kraftstoffen setzt sich im KS-BAU Szenario Biodiesel aus Pflanzenölen deutlich als Bei den Kraftstoffen setzt sich im KS-BAU-Szenario (Abb. 5-1) Biodiesel aus Pflanzenölen dominierende Technologieoption durch. Biomethan sowie Bioethanol aus Zucker oder Stärke kommen deutlich als dominierende Technologieoption durch. Biomethan sowie Bioethanol aus nur übergangsweise in geringem Umfang zum Einsatz. Eine Produktion von Kraftstoffen der zweiten Zucker oder Stärke kommen nur übergangsweise in geringem Umfang zum Einsatz. Eine Generation (aus Holz bzw. lignozellulosehaltigen Biomassen) findet quasi nicht statt. Der Flächenbedarf Produktion Kraftstoffen der zweiten Generation (aus bzw. lignozellulosehaltigen im Ausland fürvon in Deutschland nachgefragte Kraftstoffe ist mit überHolz 9 Mio. ha hoch. Dagegen nimmt der Biomassen) findet quasi nicht Flächenbedarf nationale Flächenbedarf über die Zeitstatt. ab undDer sinkt bis 2045 auf ca.im 1,9Ausland Mio. ha. für in Deutschland nachgefragte Kraftstoffe ist mit über 9 Mio. ha hoch. Dagegen nimmt der nationale Flächenbedarf über die Zeit ab und sinkt bis 2045 auf ca. 1,9 Mio. ha. Abbildung 5-1: Entwicklung des Anlageparks im Szenario KS-BAU 2035 deutlich, während der nationale Bedarf zunächst langsam, gegen Ende deutlicher bis auf fast 4 Mio. ha ansteigt. Insgesamt sinkt der internationale Flächenbedarf stärker, als der nationale Bedarf steigt. Zurückzuführen ist dieser Effekt auf den höheren Flächenertrag von Biomethan aus Mais gegenüber Biodiesel aus Pflanzenöl. Abbildung 5-2: Entwicklung Anlageparks im Szenario Abbildung 5-2: Entwicklung des des Anlageparks im Szenario KS-N KS-N Abbildung 5-1: Entwicklung des Anlageparks im Szenario KS-BAU 5.1.1.3 MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, 22.01.2015 47 Ergebnisse 43 Szenario SW-BAU Im SW-BAU-Szenario läuft die Biokraftstoffproduktion bis 2025 aus. Die reine Wärmebereitstellung aus Heizwerken und Einzelraumfeuerungen ist wie in allen Szenarien annahmebedingt rückläufig. Dagegen MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, 22.01.2015 44 48 Ergebnisse 5.1.1.3 Szenario SW-BAU Im SW-BAU-Szenario (Abb. 5-3) läuft die Biokraftstoffproduktion bis 2025 aus. Die reine Wärmebereitstellung aus Heizwerken und Einzelraumfeuerungen ist wie in allen Szenarien annahmebedingt rückläufig. Dagegen findet ein starker Zuwachs bei der Wärmebereitstellung durch verstärkten KWK-Einsatz statt. Die Strombereitstellung aus großen Holz-HKW 7 nimmt Meilensteine 2030ab – Handlungsempfehlungen langsam und läuft bis 2045 vollständig aus. Strom aus Biogas wird über den gesamten betrachteten Zeitraum bereitgestellt. Nach einem anfänglichen Zuwachs von ca. 54 PJ in 2010 auf knapp 200 PJ in 2025 setzt ein Rückgang der Produktion auf ca. 90 PJ findet ein starker Zuwachs bei der Wärmebereitstellung durch verstärkten KWK-Einsatz statt. Die in 2050 ein. Während die Strombereitstellung aus Pflanzenöl-BHKW in 2010 praktisch Strombereitstellung aus großen Holz-HKW nimmt langsam ab und läuft bis 2045 vollständig aus. Strom keine Rolle spielt, steigt diese bis 2050 stark an und verdrängt zunehmend die Stromproaus Biogas wird über den gesamten betrachteten Zeitraum bereitgestellt. Nach einem anfänglichen duktionvon ausca.Biogas. spielt200 als PJ Brennstoff für die Strombereitstellung nurauf zwiZuwachs 54 PJ inBiomethan 2010 auf knapp in 2025 setzt ein Rückgang der Produktion ca. eineWährend untergeordnete Rolle. Eine Stromproduktion aus Holz-ORC-Anlagen 90schenzeitlich PJ in 2050 ein. die Strombereitstellung aus Pflanzenöl-BHKW in 2010 praktisch oder keine Holz-Vergasungsanlagen findet praktisch statt.zunehmend Szenarien-bedingt erfolgt eine geringe Rolle spielt, steigt diese bis 2050 stark an und nicht verdrängt die Stromproduktion aus Biogas. Strom- und Wärmebereitstellung aus Rest- und- Abfallstoffen über den gesamten BetrachBiomethan spielt als Brennstoff für die Strombereitstellung nur zwischenzeitlich eine untergeordnete tungszeitraum. Der nationale Flächenbedarf steigt bis 2020 leicht an und fälltpraktisch bis 2050nicht in Rolle. Eine Stromproduktion aus Holz-ORC-Anlagen oder Holz-Vergasungsanlagen findet statt. erfolgt Strom- Bedarf und Wärmebereitstellung aus undetwaSzenarien-bedingt auf das Niveau von 2010.eine Der geringe internationale steigt, bedingt durch denReststarken Abfallstoffen den gesamten Betrachtungszeitraum. Der Flächenbedarf Ausbau vonüber Pflanzenöl-BHKW, ab 2020 stark an bis aufnationale ca. 8 Mio. ha in 2050.steigt bis 2020 leicht an und fällt bis 2050 in etwa auf das Niveau von 2010. Der internationale Bedarf steigt, bedingt durch den starken Ausbau von Pflanzenöl-BHKW, ab 2020 stark an bis auf ca. 8 Mio. ha in 2050. Ergebnisse 5.1.1.4 Szenario SW-N Im SW-N-Szenario (Abb. 5-4) wird die Stromproduktion deutlich von den Biogasanlagen dominiert. Hier erfolgt ein Ausbau von ca. 54 PJ in 2010 auf ca. 520 PJ in 2050. Die Strombereitstellung aus großen Holz-HKW nimmt ähnlich wie im SW-BAU-Szenario langsam ab und läuft bis 2045 vollständig aus. Strom aus Pflanzenöl-BHKW nimmt zwischenzeitlich einen signifikanten Anteil (bis zu 30 %) an der Gesamtstromproduktion ein, kann sich aber, Gegensatz2030 zum–Szenario SW-BAU, nicht durchsetzen und die Produktion läuft ebenfalls 7im Meilensteine Handlungsempfehlungen bis 2045 aus. Eine Stromproduktion aus Holz-ORC-Anlagen findet praktisch nicht statt. Im Gegensatz zum SW-BAU-Szenario setzten sich aber ab 2035 zunehmend HolzvergasungsProduktion läuftzur ebenfalls bis 2045 aus. Eine Stromproduktion findet praktisch technologien Strombereitstellung durch und erreichenaus mitHolz-ORC-Anlagen einer Produktionsmenge von nicht Im Gegensatz SW-BAU-Szenario setztenStromproduktion. sich aber ab Ebenfalls 2035 zunehmend etwa statt. 85 PJ einen Anteil vonzum ca. 13 % an der gesamten erfolgt Holzvergasungstechnologien zur Strombereitstellung durch und erreichen mit einer Produktionsmenge szenarien-bedingt eine geringe Strom- und Wärmebereitstellung aus Rest- und- Abfallstofvon etwa 85 PJ einen Anteil von ca. 13 % an der gesamten Stromproduktion. Ebenfalls erfolgt fen über den gesamten Betrachtungszeitraum. szenarien-bedingt eine geringe Strom- und Wärmebereitstellung aus Rest- und- Abfallstoffen über den Mit dem Ausbau der Stromproduktion aus Biogas steigt auch der nationale Flächenbedarf gesamten Betrachtungszeitraum. stark an, mit einem Maximum von rund 4 Mio. ha in 2045. Der zwischenzeitliche Zubau von Pflanzenöl-BHKW geht mit einer Zunahme internationalen Flächenbedarfs Mit Mit dem Ausbau der Stromproduktion aus Biogasdes steigt auch der nationale Flächenbedarfeinher. stark an, mit dem Maximum Auslaufenvon derrund Stromproduktion aus Der Pflanzenöl-BHKW auch der Flächenbedarf einem 4 Mio. ha in 2045. zwischenzeitlichesinkt Zubau von Pflanzenöl-BHKW geht mit einer Zunahme international aufdes null.internationalen Flächenbedarfs einher. Mit dem Auslaufen der Stromproduktion aus Pflanzenöl-BHKW sinkt auch der Flächenbedarf international auf null. Abbildung 5-4: Entwicklung des Anlageparks im Szenario SW-N Abbildung 5-3:5-3: Entwicklung des Anlageparks im Szenario SW-BAUSW-BAU Abbildung Entwicklung des Anlageparks im Szenario 5.1.1.4 Szenario SW-N Im SW-N-Szenario wird die Stromproduktion deutlich von den Biogasanlagen dominiert. Hier erfolgt ein Ausbau von ca. 54 PJ in 2010 auf ca. 520 PJ in 2050. Die Strombereitstellung aus großen Holz-HKW nimmt ähnlich wie im SW-BAU Szenario langsam ab und läuft bis 2045 vollständig aus. Strom aus Pflanzenöl-BHKW nimmt zwischenzeitlich einen signifikanten Anteil (bis zu 30 %) an der Gesamtstromproduktion ein, kann sich aber, im Gegensatz zum Szenario SW-BAU, nicht durchsetzen und die Abbildung 5-4: Entwicklung des Anlageparks im Szenario SW-N 5.1.2 Sensitivitäten Die Ergebnisse aus der Simulation in BENSIM wurden durch umfassende Sensitivitätsanalysen ergänzend untersucht. Die relevantesten Sensitivitäten werden im folgenden Abschnitt dargestellt. Im Gegensatz zu den vorhergehenden Abbildungen des gesamten Anlagenparkes sind hier ausschließlich die in BENSIM modellierten Technologien dargestellt. Vor dem Hintergrund, dass Kraftstoffe auf der Basis von Weizen oder Pflanzenöl unter Umständen die 49 B, vgl. Abbildung 5-6). Gegenüber dem Szenario SW-BAU vollzieht sich 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen Pflanzenöl-BHKW (ebenfalls umgesetzt über eine starke Verteuerun Abbildung 5-5: Darstellung der in BENSIM mode 50 Ergebnisse 51 Ergebnisse Zuwachs bei der Strombereitstellung aus Biogasanlagen. Szenario KS-BAU-B untersucht, welchen Einfluss ein Verbot dieser Kraftstoffe auf die Entwicklung des 5.1.2 Sensitivitäten Anlagenparks hätte. Dies wurde durch eine starke Verteuerung von Weizen und Raps umgesetzt Im Die Ergebnisse aus der Simulation in BENSIM wurden durch umfassende SensitivitätsErgebnis zeigt sich für das KS-BAU-B Szenario ein starker Zubau von Biomethan mit einem Anteil von analysen ergänzend untersucht. Die relevantesten Sensitivitäten werden im folgenden Ab100 % Biomethan an der Biokraftstoffbereitstellung bereits ab etwa 2025 (Abbildung 5-5). schnitt dargestellt. Im Gegensatz zu den vorhergehenden Abbildungen des gesamten Anlagenparkes sind hier ausschließlich die in BENSIM modellierten Technologien dargestellt. Vor dem Hintergrund, dass Kraftstoffe auf der Basis von Weizen oder Pflanzenöl unter UmEbenfalls simuliert wurde ein Verbot von Pflanzenöl-BHKW im SW-BAU Szenario (Sub-Szenario SW-BAUständen die CO2-Minderungsziele der RED nicht erfüllen könnten, wurde für die Kraftstoffsvgl. Abbildung 5-6). Gegenüber dem Szenario SW-BAU vollzieht sich bei einem indirekten Verbot von zenarien in einem Sub-Szenario KS-BAU-B untersucht, welchen Einfluss ein VerbotB, dieser 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen Kraftstoffe auf die Entwicklung des Anlagenparks hätte. Dies wurde durch eine starke VerPflanzenöl-BHKW (ebenfalls umgesetzt über eine starke Verteuerung der Rohstoffe) ein deutlicher teuerung von Weizen und Raps umgesetzt Im Ergebnis zeigt sich für das KS-BAU-B-Szenario Zuwachs bei der Strombereitstellung aus Biogasanlagen. ein starker Zubau von Biomethan mit einem Anteil von 100 % Biomethan an der Biokraftstoffbereitstellung bereits ab Szenario etwa 2025 (Abb. 5-5). KS-BAU-B untersucht, welchen Einfluss ein Verbot dieser Kraftstoffe auf die Entwicklung des Anlagenparks hätte. Dies wurde durch eine starke Verteuerung von Weizen und Raps umgesetzt Im Ebenfalls simuliert wurde ein Verbot von Pflanzenöl-BHKW im SW-BAU-Szenario (Sub5-6: Darstellung der in und BENSIM mode Szenario SW-BAU-B, vgl. Abbildung 5-6). Gegenüber dem für Szenario vollziehtSzenario sich Ergebnis zeigt sich dasSW-BAU KS-BAU-B ein starker Zubau von Biomethan mit einem Anteil vonAbbildung Abbildung 5-5: Darstellung der in BENSIM modellierten Basisszenarien des KS-BAU bei einem indirekten Verbot von Pflanzenöl-BHKW (ebenfalls umgesetzt über eine starke 100 % Biomethan Biokraftstoffbereitstellung bereits ab etwa 2025 (Abbildung 5-5). Verteuerung der Rohstoffe) ein deutlicher Zuwachs bei an der der Strombereitstellung aus Biogasanlagen. Szenario (Sub-Szenario SW-BAU-Im Folgenden ist der Einfluss der Än bei einem indirekten Verbot vonHolzpreisentwicklung) auf alle v Pflanzenöl-BHKW (ebenfalls umgesetzt über eine starke Verteuerung der Rohstoffe) ein deutlicher(Rohstoffbegrenzung, siehe Abbildung 5 Als weiterer Parameter wurden die Volllaststunden den Szenarien der Strom- und Wär-Biogasanlagen. Zuwachs bei derinStrombereitstellung aus meerzeugung variiert (vgl. Abb. 5-7). Technologieoptionen mit niedrigeren InvestitionskosAls weiterer Parameter wurden die Vol ten bekommen einen Vorteil bei niedrigen Volllaststunden (2.000 h/a), wenngleich sich variiert (vgl. Abbildung 5-7). Technolog die Zusammensetzung des Anlagenparks gegenüber der Ausgangssituation mit 5.000 h/a nicht grundlegend ändert. Im BAU-Szenario dominiert Strom aus Pflanzenöl vor Strom aus VorteilSzenarios bei niedrigen Vollaststunden Abbildung 5-5: Darstellung der in BENSIM modellierten Basisszenarien und des KS-BAU-B für den Kraftstoffsektor Biogas, im Nachhaltig-Szenario findet eine Verschiebung statt und die Stromproduktion aus Anlagenparks gegenüber der Ausgang Pflanzenöl wird teilweise verdrängt durch die Stromproduktion aus Biogas. Vergasungstechnologien können sich bei niedrigen Volllaststunden nicht durchsetzen. Eine Erhöhung der Szenario dominiert Strom aus Pflanzen Volllaststunden auf 8.000 h/a hat auf das SW-BAU-Szenario nur geringe Auswirkungen. In Verschiebung statt und die Strompr dem SW-BAU-B und dem SW-N-Szenario führt eine Erhöhung dagegen dazu, dass sich die Holzvergasung in nennenswertem Maße durchsetzt. Abbildung 5-6: Darstellung der in BENSIM modellierten Basisszenarien für den Strom/ Stromproduktion aus Biogas. Vergasun Ebenfalls simuliertModellierungsparameter wurde ein Verbot(Volllastvon Pflanzenöl-BHKW im SW-BAU Im Folgenden ist der Einfluss der Änderung ausgewählter stunden, Holzpreisentwicklung) auf alle vier Extremszenarien und die beiden Sub-SzenariB, vgl. Abbildung 5-6). Gegenüber dem Szenario SW-BAU vollzieht sich en (Rohstoffbegrenzung, siehe Abbildung 5-5 und Abbildung 5-6) dargestellt. 22.01.2015 Modellie Im Folgenden ist der Einfluss MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, der Änderung ausgewählter Holzpreisentwicklung) auf alle vier Extremszenarien und (Rohstoffbegrenzung, siehe Abbildung und Abbildung 5-6) dargeste Abbildung 5-5: Darstellung der in BENSIM modellierten Abbildung 5-5 5-6: Darstellung der in BENSIM modellierten Abbildung 5-5: Darstellung der in BENSIM modellierten Basisszenarien und des KS-BAU-BBasisszenarien Szenariosund fürdesden Kraftstoffsektor KS-BAU-B-Szenarios für den Kraftstoffsektor. Werte in PJ (Endenergiebereitstellung). Basisszenarien für den Strom- / Wärme-Sektor. Werte in PJ (Endenergiebereitstellung). Als weiterer Parameter wurden die Vollaststunden in den Szenarien d variiert (vgl. Abbildung 5-7). Technologieoptionen mit niedrigeren Inve Abbildung 5-6: Darstellung der in BENSIM modellierten Basisszenarien den Strom/Wärme-Sektor Vorteil bei niedrigenfür Vollaststunden (2.000 h/a), wenngleich sic Anlagenparks gegenüber der Ausgangssituation mit 5.000 h/a nich Szenario dominiert Strom aus Pflanzenöl vor Strom aus Biogas, im Na durchsetzen. EineInErhöhung der Vollaststunden 8.000 führt h/a hat das SW-BAU Szenario geringe Auswirkungen. dem SW-BAU-B und dem SW-Nauf Szenario eineauf Erhöhung dagegen dazu, nur geringe Auswirkungen. in In nennenswertem dem SW-BAU-B und SW-N Szenario führt eine Erhöhung dagegen dazu, dass sich die Holzvergasung Maßedem durchsetzt. 52 dass Ergebnisse sich die Holzvergasung in nennenswertem Maße durchsetzt. empfehlungen lungsempfehlungen Vollaststunden auf 8.000 h/a hat auf das SW-BAU Szenario nur W-BAU-B und dem SW-N Szenario führthat eineauf Erhöhung dagegen dazu, nur g der Vollaststunden auf 8.000 h/a das SW-BAU Szenario nnenswertem Maße durchsetzt. m SW-BAU-B und dem SW-N Szenario führt eine Erhöhung dagegen dazu, 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempf Ergebnisse 53 Abbildung 5-8 und Abbildung 5-9 zeigen den Einfluss unterschiedlicher Holzpreisentwicklungen auf die Modellierung. Wird der Holzpreis konstant auf dem Startwert von 2010 fixiert, führt dies in den KS-BAUB- und KS-N-Szenarien zu einem moderaten Ausbau von SNG (Abb. 5-8). Wird in den SW-Szenarien die Kopplung des Holzpreises an den–Weizenpreis auf7 Meilensteine 2030 Handlungsempfehlungen gehoben und nur das Vorhandensein einer in nennenswertem Maße durchsetzt. Angebotskurve unterstellt (vgl. Anhang A 4.6), erhöht sich der Anteil holzbasierter Strombereitstellung im Nachhaltig-Szenario. Wird zusätzlich auch die Angebotskur- Abbildung 5-8: Einfluss von konstanten Holzpreis Abbildung 5-7: Einfluss der Vollaststunden (VLH) auf die Strom/Wärme Szenarien. Oben: VLH 2000 h/a, unten: 8000 h/a. In ve weggelassen (und somit der Holzpreis den Basisszenarien wurde mit 5000 h/a für alle Technologien konstant gerechnet. auf dem Startwert von 2010 fixiert), ist dieser Effekt noch stärker (Abb. 5-9). Heizkraftwerke, ORC-Heizkraftwerke und Kleinvergaser setzen sich in diesem Fall stark in der Simulation durch. In den Holzpreisentwicklungen auf die a hat auf das SW-BAU Szenario nurAbbildung 5-8 und Abbildung 5-9 zeigen den Einfluss unterschiedlicher BAU-Szenarien setzen sich Vergasungs2010 fixiert, führt in den KS-BAUtechnologien auch unter der dies Annahme io führt eine Erhöhung dagegen dazu,Modellierung. Wird der Holzpreis konstant auf dem Startwert von konstant bleibender Holzpreise nicht 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen B und KS-N Szenarien zu einem moderaten Ausbau von SNG (Abbildung 5-8). durch. Ergänzend wurde analysiert, unter wel- und nur das Wird in den SW Szenarien die Kopplung des Holzpreises an den Weizenpreis aufgehoben chen Rahmenbedingungen insbesondere Vorhandensein einer Angebotskurve (vgl. Anhang Ah/a. 4.6), sich der holzbasierter Abbildung 5-8: Einfluss von konstanten Holzpreisen auf die Kraftstoffszenarien Abbildung 5-7: Einfluss der Vollaststunden (VLH) auf die Strom/Wärme Szenarien. Oben: unterstellt VLH 2000 h/a, unten: 8000 In erhöht holzbasierte Biokraftstoffe (BtL,Anteil Bio-SNG) in größerem Umfang bereitgestellt werdenweggelassen den5-7: Basisszenarien mit Strombereitstellung 5000 (VLH) h/a für alle gerechnet. im Nachhaltigkeitsszenario. Wird auch die Angebotskurve Abbildung Einfluss der wurde Vollaststunden auf dieTechnologien Strom/Wärme Szenarien. Oben: VLH 2000 h/a,zusätzlich unten: 8000 h/a. In würden. Die Sensitivitätsanalyse zeigt, den Basisszenarien wurde mit somit 5000 h/a alle Technologien gerechnet. (und derfürHolzpreis konstant auf dem Startwert von 2010 fixiert), dieser Effekt noch stärker dass dies erreichtist wird, wenn beispielsweise die Produktion von Kraftstoffen ers(Abbildung 5-9). Heizkraftwerke, ORC-Heizkraftwerke und Kleinvergaser setzen sich in der diesem Fall stark ten Generation in Anlehnung an national Abbildung 5-8 und Abbildung 5-9 zeigen denSimulation Einfluss unterschiedlicher Holzpreisentwicklungen aufverfügbare die in der durch. In den BAU-Szenarien setzen sich Vergasungstechnologien auch unter der Rohstoffpotenziale begrenzt wird (unter der hypothetischen Annahme, Abbildung 5-8 und Abbildung 5-9 zeigen den Einfluss unterschiedlicher Holzpreisentwicklungen auf die Modellierung. Wird der Holzpreis konstant auf dem Startwert von 2010 fixiert, nicht führt dies in den KS-BAUAnnahme konstant bleibender Holzpreise durch. dass sich Deutschland als „Insel“ aus rein Modellierung. Wird der Holzpreis konstant auf dem Startwert von 2010 fixiert, führt dies in den KS-BAUB und KS-N Szenarien zu einem moderaten Ausbau von SNG (Abbildung 5-8). nationalen Quellen versorgt), oder aber wenn nicht-lignozellulosehaltige Rohstoffe B und KS-N Szenarien zu einem moderaten Ausbau von SNG (Abbildung 5-8). deutlich teurer werden, während gleichWird in den SW Szenarien die Kopplung des Holzpreises an den Weizenpreis aufgehoben und nurzeitig dasdie Preise für lignozellulosehaltige n (VLH) auf die in Strom/Wärme Szenarien. Oben: VLH 2000 des h/a, unten: 8000Ah/a. In Wird den SW Angebotskurve Szenarien die Kopplung an 5-8: den Weizenpreis und nur das Rohstoffe konstant bleiben oder sinken. Vorhandensein einer unterstellt (vgl.Holzpreises Anhang 4.6), erhöht der aufgehoben AnteilHolzpreisen holzbasierter Abbildung 5-8: Einfluss von konstanten Holzpreisen auf Einflusssich von konstanten auf die Kraftstoffszenarien Abbildung 5-7: Einfluss der Volllaststunden (VLH) auf die Strom- / Wärme-Szenarien. Links: VLHAbbildung 2.000 h/a, die Kraftstoffszenarien. Werte in PJ (EndenergiebereitRohstoffbegrenzungen auf national vermit 5000 Vorhandensein h/a für alle Technologien gerechnet. einer Angebotskurve unterstellt (vgl. Anhang Ah/a. 4.6), sich der Anteil holzbasierter Rechts: 8.000 h/a.Strom/Wärme In den im Basisszenarien wurde mit 5.000Oben: h/a für alle Technologien gerechnet. Werte in8000 PJ auch Strombereitstellung Nachhaltigkeitsszenario. Wird zusätzlich die Angebotskurve weggelassen tunden (VLH) auf die Szenarien. VLH 2000 h/a, unten: In erhöht stellung). (Endenergiebereitstellung). wurde mitsomit 5000 h/a alle Technologien gerechnet. Strombereitstellung im Nachhaltigkeitsszenario. zusätzlich auch Angebotskurve (und derfürHolzpreis konstant auf dem Startwert Wird von 2010 fixiert), ist die dieser Effekt noch weggelassen stärker (und somit der Holzpreis konstant auf dem Startwert von 2010 fixiert), ist dieser EffektFall noch stärker (Abbildung 5-9). Heizkraftwerke, ORC-Heizkraftwerke und Kleinvergaser setzen sich in diesem stark zeigen den Einfluss unterschiedlicher Holzpreisentwicklungen auf die Heizkraftwerke, ORC-Heizkraftwerke undVergasungstechnologien Kleinvergaser setzen sichauch in diesem in der(Abbildung Simulation5-9). durch. In den BAU-Szenarien setzen sich unter Fall der stark Abbildung 5-9: Einfluss von konstanten Holzpreis onstant auf dem Startwert von 2010 fixiert, führt dies in den KS-BAU5-9 zeigen den Einfluss unterschiedlicher Holzpreisentwicklungen auf die in der Simulation durch.Holzpreise In den BAU-Szenarien Annahme konstant bleibender nicht durch. setzen sich Vergasungstechnologien auch unter der unten: ohne Holzangebotskurve. 5-8). oderaten Ausbau von SNG (Abbildung reis konstant auf dem Startwert von 2010 fixiert, nicht führt durch. dies in den KS-BAUAnnahme konstant bleibender Holzpreise Abbildung 5-8: Einfluss von konstanten Holzpreisen auf die Kraftstoffszenarien Abbildung 5-8: Einfluss von konstanten Holzpreisen auf die Kraftstoffszenarien 54 Ergebnisse Holzpreisen auf die Kraftstoffszenarien ten Holzpreisen auf die Kraftstoffszenarien Ergebnisse fügbare Potenziale führen im KS-BAU-B-Subszenario dazu, dass sich Bio-SNG neben Biomethan etablieren kann, während in den Szenarien KS-BAU und KS-N Biodiesel teilweise durch Biomethan substituiert wird. In den Strom- / Wärme-Szenarien werden insbesondere im BAU-Szenario Pflanzenöl-BHKW zugunsten von Biogas-BHKW und Holzheizkraftwerken verdrängt. Im BSW-BAU-B-Szenario führt eine Rohstoffbegrenzung zu einer stärkeren Stromproduktion aus Holz-HKW und Kleinvergasern, während sich Pflanzenöl-BHKW nicht behaupten können. Steigen Rohstoffpreise für nicht-lignozellulosehaltige Biomasse stark an während Preise für lignozellulosehaltige Rohstoffe konstant bleiben oder sinken, haben Strohethanol und Bio-SNG aus Holz den Vorrang. Für Strohethanol wird dabei jedoch vorausgesetzt, dass sich die relativ ambitionierten Annahmen zu den Wirkungsgraden für Strohethanol realisieren lassen und dass aufgrund mangelnder Nutzungskonkurrenz die Strohpreise konstant bleiben. Bio-SNG wird in der Modellierung vor BTL bevorzugt, obwohl für Bio-SNG im Vergleich zu BTL höhere Transport- und Infrastrukturkosten für die Bereitstellung in der Modellierung bereits berücksichtigt werden (in Anlehnung an IEA, 2013: 18f.) und die hier angenommenen Investitionskosten der BTL-Anlagen lediglich um ca. 11 % überOben: den Investitionskosten Bio-SNG liegen. Der deutlich bessere Wirkungsgrad Abbildung 5-9: Einfluss von konstanten Holzpreisen auf die Strom/Wärme Szenarien. mit erhaltener für Holzangebotskurve, von Bio-SNG (die Prozessschritte zur Bereitstellung von flüssigen Energieträgern aus Meunten: ohne Holzangebotskurve. than entfallen) und die niedrigeren Investitionskosten führen zur Vorteilhaftigkeit von SNG gegenüber BTL. Letzteres kann sich daher in der Modellierung nur durchsetzen, wenn die jährlichen Ausbaubegrenzungen für Bio-SNG erreicht sind. Ergänzend wurde analysiert, unter welchen Rahmenbedingungen insbesondere und holzbasierte BioAus den BENSIM-Modellläufen insbesondere den Sensitivitätsanalysen lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen. kraftstoffe (BtL, Bio-SNG) in größerem Umfang bereitgestellt werden würden. Die Sensitivitätsanalyse zeigt, dass dies erreicht wird, wenn beispielsweise die Produktion von Kraftstoffen der aufersten Die Szenarien reagieren generell sehr sensitiv Rohstoffpreisentwicklungen und ebenfalls sensitiv auf Rohstoffbegrenzungen. Bei der Biokraftstoffproduktion machen die RohGeneration in Anlehnung an national verfügbare Rohstoffpotentiale begrenzt wird (unter der stoffkosten einen großen Anteil der gesamten Bereitstellungskosten aus, v. a. bei den hypothetischen Annahme, dass sich Deutschland als „Insel“ ausKraftstoffen rein nationalen Quellen versorgt), oderLerneffekte bei den Investitionsder 1. Generation. Deswegen spielen auch kosten nur eine untergeordnete Rolle. aber wenn nicht-lignozellulosehaltige Rohstoffe deutlich teurer werden, während gleichzeitig die Preise Abbildung 5-9: Einfluss von konstanten Holzpreisen auf die Strom/Wärme Szenarien. Oben: mit erhaltener Holzangebotskurve, Abbildungunten: 5-9: Einfluss von konstanten Holzpreisen auf die Strom/Wärme Szenarien. Oben: mit erhaltener Holzangebotskurve, ohne Holzangebotskurve. für lignozellulosehaltige Rohstoffe konstant bleiben oder sinken. Rohstoffbegrenzungen auf national weniger prägend. Da die unBei der Strom- und Wärmeerzeugung sind die Rohstoffkosten unten: ohne Holzangebotskurve. terschiedlichen Strombereitstellungsoptionen jedoch ähnliche Bereitstellungskosten aufverfügbare Potentiale führen im KS-BAU B Subszenario dazu, dass sich Bio-SNG neben Biomethan weisen, hat die Entwicklung der Rohstoffpreise dennoch einen starken Einfluss auf die etablieren kann, während in den Szenarien KS-BAU und KS-N Biodiesel teilweise Da durch Biomethan Entwicklung des Anlagenparks. die Technologien bereits relativ ausgereift sind, sind keine großen Kostensenkungen durch Lerneffekte zu erwarten. Ergänzend wurde analysiert, unter welchen Rahmenbedingungen insbesondere holzbasierte Biosubstituiert wird. In den Strom/Wärme Szenarien werden insbesondere im BAU-Szenario PflanzenölErgänzend analysiert, unterUmfang welchen Rahmenbedingungen insbesondere holzbasierte Biokraftstoffe (BtL, wurde Bio-SNG) in größerem bereitgestellt werden würden. Die Sensitivitätsanalyse BHKW zugunsten von Biogas-BHKW und Holzheizkraftwerken verdrängt. Im BSW-BAU B Szenariozwischen führt den Technologie-Optionen sind Die THG-Emissionen bzw. die THG-Minderungen kraftstoffe (BtL,erreicht Bio-SNG) in größerem Umfang bereitgestellt werden von würden. Die Sensitivitätsanalyse sehr ähnlich, weshalb unterschiedliche THG-Kosten nur einen geringen Einfluss auf die zeigt, dass dies wird, wenn beispielsweise die Produktion Kraftstoffen der ersten Entwicklung zeigt, dass dies erreicht wennverfügbare beispielsweise die Produktionbegrenzt von Kraftstoffen der erstendes Anlagenparks haben. Bei der Strom- / Wärmeerzeugung hat WärmeproGeneration in Anlehnung an wird, national Rohstoffpotentiale wird (unter der duktion in dieser Studie allerdings eine vergleichsweise hohe THG-Gutschrift, weswegen 22.01.2015 49 Generation Annahme, in Anlehnung anMS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, national verfügbare wird (unter Anlagen mit einer hohen Wärmeauskopplung bei höheren THG-Kosten begünstigt sind. hypothetischen dass sich Deutschland als „Insel“Rohstoffpotentiale aus rein nationalenbegrenzt Quellen versorgt), oder der Annahme, dass sich Deutschland als teurer „Insel“ aus rein nationalen Quellen versorgt), oder Abbildung nicht-lignozellulosehaltige 5-9: Einfluss von konstanten Holzpreisen auf die Rohstoffe Strom / Wärme-Szenarien. Links: mit erhaltenerwerden, während gleichzeitig die Preise aberhypothetischen wenn deutlich Aufgrund insgesamt großer Schwankungsbreiten einzelner Anlagenparameter bzw. AusleHolzpreisen aufwenn die Strom/Wärme Szenarien. Oben: erhaltener Holzangebotskurve, Holzangebotskurve, Rechts: ohne Holzangebotskurve. Werte inmit PJ (Endenergiebereitstellung). aber nicht-lignozellulosehaltige Rohstoffe deutlich teurer Rohstoffbegrenzungen werden, während gleichzeitig die tenfür Holzpreisen auf die Strom/Wärme Szenarien. Oben: mitbleiben erhaltener Holzangebotskurve, gungPreise von Anlagenkomponenten und szenarienbedingt festgelegten Rohstoffpreisentwicklignozellulosehaltige Rohstoffe konstant oder sinken. auf national kurve. lungen mit jeweils großem Einfluss auf die Bereitstellungskosten sind die Ergebnisse als für lignozellulosehaltige Rohstoffe konstant bleiben oder sinken. Rohstoffbegrenzungen auf national botskurve. verfügbare Potentiale führen im KS-BAU B Subszenario dazu, dass sich Bio-SNG neben Biomethan verfügbare KS-BAU KS-BAU B Subszenario dazu, dass sich Bio-SNG neben Biomethan etablieren kann,Potentiale während führen in den im Szenarien und KS-N Biodiesel teilweise durch Biomethan etablieren kann, während in den Szenarien KS-N Biodiesel teilweise durch Biomethan substituiert In den Strom/Wärme SzenarienKS-BAU werdenund insbesondere im BAU-Szenario Pflanzenölnter welchen wird. Rahmenbedingungen insbesondere holzbasierte Bio, untersubstituiert welchen wird. Rahmenbedingungen insbesondere Bioden Strom/Wärme Szenarienholzbasierte werdenverdrängt. insbesondere im BAU-Szenario PflanzenölBHKW zugunsten von In Biogas-BHKW und Holzheizkraftwerken Im BSW-BAU B Szenario führt ßerem Umfang bereitgestellt werden würden. Die Sensitivitätsanalyse größerem Umfang bereitgestellt werden würden. Die Sensitivitätsanalyse BHKW zugunsten von Biogas-BHKW und Holzheizkraftwerken verdrängt. Im BSW-BAU B Szenario führt 55 56 Ergebnisse Ergebnisse Trends bzw. im Verhältnis untereinander zu sehen. Eine absolute Aussage über zum Beispiel die Höhe der Bereitstellungskosten einer Anlage oder Technologie im Jahr 2050 ist nicht gegeben. Auch sind die Einzeltechnologien der Strom- und Kraftstoffszenarien nicht miteinander vergleichbar sondern nur die jeweils in den Szenarien ermittelten Reihungen. Die ausgewählten Technologien sowie die dargelegten Zahlen und Trends sind im Kontext des Projektverbundes „Meilensteine 2030“ zu interpretieren. 5.1.3 Schlussfolgerungen und Empfehlungen Die Bereitstellungskosten der betrachteten Technologien werden insbesondere durch die Entwicklung der Rohstoffpreise und Nebenprodukterlöse bestimmt. CO2-Preise haben nur einen geringen Effekt auf die Modellierungsergebnisse, weil sich die gewählten Modellfälle innerhalb der Nutzungspfade nur geringfügig unterscheiden. Lernraten spielen ebenfalls eine untergeordnete Rolle. Die Bereitstellung von Bioenergie aus Reststoffen ist ausbaufähig aber begrenzt. Pflanzenölbasierte Bioenergieformen sind aktuell und auf absehbare Zeit ökonomisch vorteilhaft, gefolgt von Biogas / Biomethan und – in der Mittelfristperspektive - Bioenergieformen, die auf Basis von Biomassevergasung bereit gestellt werden. Diese Präferenzen können in der Praxis verschoben werden, wenn einzelne Energieträger durch die gegebenen oder künftigen Randbedingungen nicht mehr zulässig sind (z. B. pflanzenölbasierter Biodiesel) einzelne Energieträger zusätzliche Qualitäten aufweisen, die für bestimmte Anwendungsfelder zwingend notwendig sind, und daher entsprechend umfassend und dauerhaft forciert werden (z. B. BtL-Kerosin als Flugkraftstoff). Die Reihung der Vorteilhaftigkeit findet sich sowohl in den Strom- als auch in den Kraftstoffszenarien. Einige der Technologie- beziehungsweise Rohstoffoptionen sind damit sektorübergreifend relevant. Der Wärmebereich wurde mit dem verwendeten Modellansatz nur am Rande betrachtet – hier dürften jedoch insbesondere holzbasierte Verbrennungstechnologien ökonomisch vorteilhaft bleiben. Die Sensitivitätsberechnungen zeigen: Wenn die Preissteigerungen für Holzrohstoffe in den kommenden Jahrzehnten deutlich unter denen von Agrarrohstoffen bleiben, können vergasungsbasierte Bioenergieträger konkurrenzfähig werden, jedoch in erster Linie nicht Fischer-Tropsch (FT) Kraftstoffe (BtL), sondern, eine entsprechende Nachfrage vorausgesetzt, Bio-SNG. Wenn die Konversionsanlagen künftig einer zunehmend flexiblen Fahrweise unterworfen sind, ergeben sich wegen geringeren Investitionskosten Kostenvorteile für biogas- und pflanzenölbasierte Bioenergieträger. Wenn die Erlöse für Nebenprodukte künftig höher ausfallen, ergeben sich Vorteile für pflanzenölbasierte Bioenergieträger und für KWK-Optionen mit hoher Wärmenutzung in den Stromszenarien. 57 Die Auswirkungen, die die an einer nationalen Bioenergiestrategie orientierten Modellergebnisse auf die Rohstoffpreise und das Energiesystem samt Energiepreisen (und damit verbunden z. B. auch Anlagenflexibilisierung) haben, wurden innerhalb dieser Studie nicht quantifiziert, die möglichen Rückkopplungen und damit die Vorteilhaftigkeit von verschiedenen Technologien werden qualitativ in Kap. 5.8 diskutiert. 5.2 Ressourcen und Märkte 2050 Die nötigen Ressourcen für eine vorgegebene Biokraftstoffnachfrage werden mit Hilfe des allgemeinen Gleichgewichtsmodells MAGNET im Zusammenspiel mit den Modellen BENSIM und LandSHIFT ermittelt. Dabei wird die Biokraftstoffnachfrage in den gesamtökonomischen Kontext eingebettet. Dieser Abschnitt legt zunächst die wichtigsten Treiber des allgemeinen Gleichgewichtsmodells MAGNET für dieses Vorhaben dar. Es folgt die Spezifikation der Szenarien-Ausgestaltung in MAGNET. Auf dieser Grundlage aufbauend, werden die Ergebnisse dargestellt, die Robustheit des Modells anhand von Sensitivitätsanalysen getestet und erste Schlussfolgerungen gezogen. 5.2.1 Wichtige Treiber in MAGNET MAGNET basiert auf der GTAP-Datenbank Version 8 (Narayanan et al., 2012), die die gesamte Weltwirtschaft in 2007 monetär, d. h. in Werten ausdrückt. Sektoren und Regionen interagieren miteinander auf Basis von ökonomischen Theorien zu allgemeinen Gleichgewichtsmodellen. Die Projektionen basieren auf Annahmen über die zukünftige Entwicklung des Wirtschaftswachstums und der Bevölkerung. Wirtschaftswachstum drückt sich in Form von technischem Fortschritt aus, der die Entwicklung der gesamtwirtschaftlichen Produktivität aller Sektoren beschreibt. Zusätzliche Annahmen werden für Preise fossiler Energieträger, die Produktivitätsentwicklung im Agrarbereich und die Konversion von Biomasse in Biokraftstoff getroffen. Die Entwicklungen des Bruttoinlandproduktes (BIP), als Maß für das Wirtschaftswachstum, basieren auf (USDA ERS, 2013) und sind in Abbildung 5-10 dargestellt. Während in Europa 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen und den USA von einem geringen Wachstum ausgegangen wird, wächst die Wirtschaft im Rest der Welt, insbesondere China und Indien, stark. 300 Billiarden US$ 250 Rest der Welt 200 Indien 150 China USA 100 Europäische Union 50 0 2010 Deutschland 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Abbildung 5-10: Entwicklung des weltweiten BIP bis 2050. Quelle: USDA ERS, 2013. Abbildung 5-10: Entwicklung des weltweiten BIP bis 2050, Quelle: (USDA ERS 2013) Die Bevölkerung wächst von knapp sieben Milliarden Menschen in 2010 auf über neun Milliarden in 2050. In Afrika verdoppelt sich die Bevölkerung, während sie in Deutschland und China zurück geht LandSHIFT). Das Modell MAGNET wird bezüglich der Entwicklung der realen Weltmarktpreise für die fossilen Energieträger Kohle, Gas und Rohöl auf den in Abbildung 5-11 beschriebenen Verlauf kalibriert. Projektionen basieren auf (European Commission (Hrsg.) 2013). Abbildung 5-11 zeigt die 58 DieseErgebnisse Steigerung der Preise bis 2050. Index, 2007=1 2,5 2014] auf Basis [IEA, 2014] und für Deutschland durch Simulationen mit BENSIM). Die Nachfrage nach Biokraftstoffen erster Generation wird in Form von Petajoule (PJ) an MAGNET gegeben. Als Rohstoffe dienen hierfür Ölsaaten, Weizen, Zuckerrohr und -rübe sowie Grobgetreide. Die Mengen an Biokraftstoffen der zweiten Generation und an Biomasse zur Strom / Wärmegewinnung werden in Form von benötigten Flächen an MAGNET exogen vorgegeben. Dabei gilt die Annahme, dass diese Biomasse vor Ort produziert und konsumiert wird und somit nicht handelbar ist. Zusätzlich werden in den Nachhaltigkeitsszenarien Flächen nach 2020 unter Schutz gestellt und können so landwirtschaftlich nicht mehr genutzt werden. In MAGNET selbst werden diese beiden Aspekte durch eine Reduktion der maximal verfügbaren Agrarfläche pro Land bzw. Region simuliert. 2 1,5 Rohöl Gas 1 Kohle 0,5 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen 5.2.2 0 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 Ausgestaltung der Szenarien in MAGNET 2045 2050 Tabelle 5-1: Maximale frei verfügbare Agrarfläche in Deutschland in Mio. ha für die 4 Szenarien (fixierte Flächen zur energetischen Nutzung abgezogen). Quelle: BENSIM- und LandSHIFT-Ergebnisse. Abbildung 5-11: Entwicklung der Weltmarktpreise für Rohöl, Gas und Kohle. Quelle: European Commission, 2013. Abbildung 5-11: Entwicklung der Weltmarktpreise für Rohöl, Gas und Kohledurch nach (European Commission (Hrsg.)nach 2013) Die einzelnen Szenarien unterscheiden sich im Wesentlichen die geänderte Nachfrage Biomasse zur Energiegewinnung in Form und Menge unter Annahme unterschiedlicher Die exogenen Ertragssteigerungen landwirtschaftliche Produkte,derdie unter Nachhaltigkeitsaspekte. In MAGNET wirdfür vorgegeben, wie viel Biokraftstoffe ersten undanderem zweiten Fortschritt Züchtung sind an(global (Gärtner et al.,2014) 2014)auf angelehnt, werden aber Generationdurch ein Land bzw. eineumfassen, Region konsumiert von (IINAS Basis (IEA (Hrsg.) 2014)) Die exogenen Ertragssteigerungen für landwirtschaftliche Produkte, die unter anderem Fortschritt durch und für durchund Simulationen mit BENSIM).mit DieLandSHIFT Nachfrage beeinflusst. nach Biokraftstoffen durch dasDeutschland Modell selbst die Modellkopplung Für dieerster KonZüchtung umfassen, sind an (Gärtner u. a. 2014) angelehnt, werden aber durch das Modell selbst und Generation in Form in vonKraftstoff, Petajoule (PJ) anauf MAGNET gegeben. Als Rohstoffe dienen hierfür Ölsaaten, version von wird Biomasse wird DBFZ-Expertenschätzungen zurückgegriffen. die Modellkopplung mit und-rübe LandSHIFT beeinflusst. Für die Biomasse inder Kraftstoff, Weizen, Zuckerrohr sowie Grobgetreide. Die Konversion Mengen anvon Biokraftstoffen zweiten wird auf Generation und an Biomasse zur Strom-/ Wärmegewinnung DBFZ-Expertenschätzungen zurückgegriffen. 5.2.2 Ausgestaltung der Szenarien in MAGNET werden in Form von benötigten Flächen an MAGNET exogen vorgegeben. Dabei gilt die Annahme, dass diese Biomasse vor Ort produziert und konsumiert wird und somit nicht handelbarsich ist. im Zusätzlich werden durch in den die Nachhaltigkeitsszenarien Die einzelnen Szenarien unterscheiden Wesentlichen geänderte Nachfranach 2020 zur unterEnergiegewinnung Schutz gestellt und können sound landwirtschaftlich mehr genutzt werden. geFlächen nach Biomasse in Form Menge unternicht Annahme unterschiedIn MAGNET selbst werden diese In beiden Aspekte durch eine Reduktion verfügbaren licher Nachhaltigkeitsaspekte. MAGNET wird vorgegeben, wie der vielmaximal Biokraftstoffe der MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, 22.01.2015 Agrarfläche pro Land bzw. Region simuliert. ersten und zweiten Generation ein Land bzw. eine Region konsumiert (global von [IINAS, 10 8000 PJ Mio. ha 0 6000 -10 4000 -20 2000 -30 0 -40 -50 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 0 PJ 8000 -500 6000 -1000 -1500 4000 2000 100 0 0 PJ -100 Mio. ha -2000 -2500 -3000 2015 2020 EUROPA 2025 AMERIKA 2030-3500 AFRIKA 2035 2040 2045 2050 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 ASIEN/AUSTRALIEN Abbildung 5-12: Globale Nachfragemenge an 1. Generation Biokraftstoff in PJ (links); Reduktion der maximal verfügbaren Abbildung 5-12:Agrarfläche Globale Nachfragemenge an 1. in Generation Biokraftstoff in PJ KS-BAU (links); (oben); Reduktion der maximal im Vergleich zu 2010 Mio. ha (rechts); für Szenario für Szenario KS-N (unten) verfügbaren Agrarfläche im Vergleich zu 2010 in Mio. ha (rechts); für projektinterne Szenario KS-BAU (oben); für Szenario KS-N (Hinweis: stark unterschiedliche Achsenskalierungen). Quelle: Festlegungen (unten) (Hinweis: stark unterschiedliche Achsenskalierungen). Quelle: Projektinterne Festlegungen. Tabelle 5-1: Maximale frei verfügbare Agrarfläche in Deutschland in Mio. ha für die 4 Szenarien (fixierte Flächen zur energetischen Nutzung abgezogen): Quelle: BENSIM und LandSHIFT Ergebnisse Ergebnisse 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 KS-BAU 15.5 15.0 15.1 15.3 15.9 16.2 16.3 16.3 16.3 KS-N 15.5 15.0 15.1 15.3 15.6 15.5 15.0 14.2 12.6 SW-BAU 15.5 13.4 13.1 13.3 13.5 13.8 14.3 15.1 15.6 SW-N 15.5 13.4 13.2 13.3 13.2 13.0 12.4 11.8 12.1 Tabelle 5-2: Deutsche Nachfrage nach erster Generation Biokraftstoffe in PJ. Quelle: BENSIM-Ergebnisse. 53 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 KS-BAU 125 291 326 436 651 822 852 881 901 KS-N 125 291 326 471 629 673 584 383 0 SW-BAU 125 167 83 - - - - - - SW-N 125 167 83 - - - - - - Global werden für das SW-BAU- bzw. das SW-N-Szenario die gleichen Annahmen wie für das KS-BAU- bzw. das KS-N-Szenario verwendet. Der Unterschied basiert ausschließlich auf den jeweiligen Annahmen für Deutschland; siehe hierzu Tabelle 5-1 und Tabelle 5-2. Die Flächen, die in 2010 durch Biogasmais belegt waren, wurden zusätzlich von der in Deutschland maximal verfügbaren landwirtschaftlichen Fläche abgezogen, sodass im KS-BAU-Szenario eine Erhöhung der Flächen in Deutschland über die Perioden stattfindet, getrieben durch das Auslaufen der Biogasanlagen. Im Gegensatz zu den KS-Szenarien wird in den SW-Szenarien die gesamte Bioenergienachfrage durch blockieren von Flächen simuliert. In der EU wird in den beiden Nachhaltigkeitsszenarien zusätzlich ein Grünlandumbruchsverbot ab 2020 eingeführt, sodass ab 2020 Grünlandflächen nicht mehr in Ackerflächen umgewandelt werden können. 5.2.3 MAGNET-Ergebnisse Zunächst wird ein Überblick der Wirtschaft im KS-BAU-Szenario gegeben. Danach folgt ein Vergleich der Szenarien. 59 Biokraftstoffproduktion dienen, steigt insbesondere die Produktion der Ölsaaten prozentual überdurchschnittlich (siehe Abbildung 5-13). 60 Ergebnisse der Entwicklung sind das regionsspezifische Wachstum der Wirtschaft und der Haupttreiber Bevölkerung. Diese erhöhen die weltweite Nachfrage – insbesondere nach Nahrungs- und Futtermitteln – und somit die Produktion. Um ein neues Gleichgewicht zu erreichen, verändern sich auch die Preise 5.2.3.1fürKS-BAU-Szenario sowohl die produzierten Güter als auch die eingesetzten Produktionsfaktoren und Vorleistungsgüter. Die Änderungen der realen Weltmarktpreise für eine ausgewählte Kulturen sind in GeneAbbildung 5-14 Das KS-BAU-Szenario beschreibt eine Welt, in der hohe Nachfrage nach erster dargestellt. Bis 2050 steigen die realen für Preise für die Produkte mitund Ausnahme von Weizen auf mehr als ration Biokraftstoffen – insbesondere Deutschland – besteht verschiedene Landtydas Doppelte im Vergleich zu 2007. pen in Agrarflächen umgewandelt werden können. Die globale Produktion von Gütern aller Art vervierfacht sich bis 2050 gegenüber 2010. Dahingengen verzeichnet die Produktion Der Agrarprodukte steigt global 2050 berechneum etwas mehr als vonKonsum primärenpflanzlicher Agrarprodukten nur ein Wachstum von zwischen 200 %. Die2010 durchund MAGNET 150 Dabei verzeichnen dieder Ölsaaten mitAgrargüter einem Plus 250Region % das und höchste Wachstum. Dieses ten %. Produktionssteigerungen primären provon Kultur, Zeitabschnitt überdurchschnittliche Wachstum ist aufweitergegeben. die zunehmende Biodiesel zurück wurden als Inputdaten an LandSHIFT AlsNachfrage Startwert nach dienen hierfür die Pro-zu führen. duktionsmengen ausÖlsaaten (FAO 2013). Im Bereich der Agrarkulturen, die auch als Rohstoff zurvon 7 % in Die Verwendung von in Form von Biodiesel an der gesamten Verwendung steigt Biokraftstoffproduktion dienen, steigt insbesondere die Produktion der Ölsaaten prozentu2010 auf 15 % in 2050 (Abbildung 5-15). al überdurchschnittlich (siehe Abb. 5-13). 12000 Mio. t 10000 8000 Zuckerrohr und -rüben Ölsaaten 6000 Grobgetreide 4000 Weizen 2000 0 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen Abbildung 5-13: Weltweite Produktion in Mio. Tonnen im KS-BAU-Szenario für ausgewählte Kulturen. Quelle: Eigene Abbildung 5-13: Weltweite Produktion in Mio. Tonnen im KS-BAU Szenario für ausgewählte Kulturen. Quelle: eigene MAGNETMAGNET-Berechnungen; Startwert in 2007 von (FAO, 2013). Berechnungen; Startwert in 2007 von (FAO; 2013) 3 Ergebnisse Haupttreiber der Entwicklung sind das regionsspezifische Wachstum der Wirtschaft und der Bevölkerung. Diese erhöhen die weltweite Nachfrage – insbesondere nach Nahrungsund Futtermitteln – und somit die Produktion. Um ein neues Gleichgewicht zu erreichen, verändern sich auch die Preise sowohl für die produzierten Güter als auch die eingesetzten Produktionsfaktoren und Vorleistungsgüter. Die Änderungen der realen Weltmarktpreise 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen für ausgewählte Kulturen sind in Abbildung 5-14 dargestellt. Bis 2050 steigen die realen Preise für die Produkte mit Ausnahme von Weizen auf mehr als das Doppelte im Vergleich zu 2010. 3 Der Konsum pflanzlicher Agrarprodukte steigt global zwischen 2010 und 2050 um etwas Index, 2007=1 mehr als 150 %. Dabei verzeichnen die Ölsaaten mit einem Plus von 250 % das höchste Wachstum. Dieses überdurchschnittliche Wachstum ist auf die zunehmende Nachfrage 2,5 nach Biodiesel zurück zu führen. Die Verwendung von Ölsaaten in Form von Biodiesel an der gesamten Verwendung steigt von 7 % in 2010 auf 15 % in 2050 (Abb.Weizen 5-15). 2 Die Szenarien-Ergebnisse machen deutlich, dass in Zukunft landwirtschaftliche Nutzfläche Grobgetreide immer stärker zu einem limitierenden Produktionsfaktor wird, was sich weltweit durch stark Ölsaaten 1,5 steigende Bodenpreise ausdrückt. Deutlich wird auch, dass sich diese Preissteigerungen Zuckerrohr und und -rüben nicht nur auf Industrieländer beschränken, sondern besonders hoch in Afrika, Asien Südamerika ausfallen. 1 Allerdings verbleiben die absoluten Bodenpreise in diesen Regionen auf einem wesentlich niedrigeren Niveau als in Europa und Nordamerika. Steigende Preise sind ein Anreiz für 0,5 Forschung und Entwicklung und tragen so zum technischen Fortschritt bei. Dieser spie2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 gelt sich in den Erträgen der Ackerkulturen wider, die weltweit durchschnittlich jährlich um 0,8 % zwischen 2010 und 2050 steigen. Details sind im nächsten Abschnitt in Tabelle 5-3 Abbildung 5-14: Durchschnittliche reale Preisentwicklung weltweit im KS-BAU Szenario für ausgewählte Agrarprodukte als zu finden. Index mit 2007=1. Quelle: eigene MAGNET Berechnungen Deutschland – wie auch andere entwickelte Länder – sind bereits auf einem hohen Produktionsniveau und somit liegen auch die Wachstumsraten in allen Sektoren unter dem globalen Durchschnitt. In Deutschland steigt die gesamte Produktion um etwa 70 %. Die Die Szenarien-Ergebnisse machen deutlich, dass in Zukunft landwirtschaftliche Nutzfläche immer primäre Agrarproduktion kann sogar ein Wachstum von 80 % verzeichnen, was auf den stärker zu einem limitierenden Produktionsfaktor wird, was sich weltweit durch stark steigende überdurchschnittlich hohen Biomassebedarf durch die Kraftstoffnachfrage zurückzufühBodenpreise ausdrückt. Deutlich wird auch, dass sich diese Preissteigerungen nicht nur auf ren ist. Innerhalb der Ackerkulturen, die auch als Rohstoffe zur Biokraftstoffproduktion verIndustrieländer beschränken, sondern besonders hoch in Afrika, Asien und Südamerika ausfallen. Index, 2007=1 Mio. t 2,5 61 2000 1800 1600 2 1,5 Weizen 1400 Grobgetreide 1200 Ölsaaten 1000 Zuckerrohr und -rüben 1 Biokraftstoff Sonstiges 800 Futtermittel 600 Nahrungsmittel 400 200 0,5 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 0 2050 MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, 22.01.2015 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 56 Abbildung 5-14: Durchschnittliche reale Preisentwicklung weltweit im KS-BAU Szenario für ausgewählte Agrarprodukte Abbildung 5-14: Durchschnittliche reale Preisentwicklung weltweit im KS-BAU-Szenario für ausgewählte Agrarpro- als Index mit mit 2007=1. Quelle: eigene MAGNET Berechnungen dukte als Index 2007=1. Quelle: Eigene MAGNET Berechnungen. Abbildung 5-15: Globaler Konsumvon vonÖlsaaten Ölsaaten(Millionen (MillionenTonnen) Tonnen)nach nachEndverwendung Endverwendungim imSzenario SzenarioKS-BAU. KS-BAU. Quelle: eigene Abbildung 5-15: Globaler Konsum MAGNET Berechnungen Quelle: Eigene MAGNET-Berechnungen. Die Szenarien-Ergebnisse machen deutlich, dass in Zukunft landwirtschaftliche Nutzfläche immer stärker zu einem limitierenden Produktionsfaktor wird, was sich weltweit durch stark steigende Allerdings verbleiben die absoluten Bodenpreise in diesen Regionen auf einem wesentlich niedrigeren 20 62 0 2010 Ergebnisse wendet werden, verzeichnen die Ölsaaten das größte Wachstum und die Produktion steigt um mehr als das Doppelte zwischen 2010 und 2050. Die reale Preisentwicklung für heimisch produzierte Rohstoffe zur Biokraftstoffgewinnung 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen ist in Abbildung 5-17 beschrieben. Diese Ergebnisse in Kombination mit den Importpreisen dienen als Input für BENSIM. Die Preise in Deutschland entwickeln sich im Vergleich zur Entwicklung auf dem Weltmarkt relativ moderat. in Deutschland die Bevölkerung Deutschland – wie auch andere entwickelte Länder – sind Da bereits auf einem hohen Produktionsniveau rückläufig ist und dasdie Wirtschaftswachstum ansteigt, fallenDurchschnitt. die heiund somit liegen auch Wachstumsraten in unterdurchschnittlich allen Sektoren unter dem globalen In mischen Preise zunächst und steigen erst ab 2035 leicht an. Der Preis für Boden steigt Deutschland steigt die gesamte Produktion um etwa 70 %. Die primäre Agrarproduktion kann sogar ein über den Zeitabschnitt kontinuierlich an, ab 2035 stark, siehe auch Tabelle 5-4 im nächsWachstum von 80 % verzeichnen, was auf den überdurchschnittlich hohen Biomassebedarf durch die 7 Meilensteine 2030Die – Handlungsempfehlungen ten Abschnitt. durchschnittliche jährliche Ertragssteigerung der Ackerkulturen liegt Kraftstoffnachfrage zurückzuführen ist. Innerhalb der Ackerkulturen, die auch als Rohstoffe zur in Deutschland mit 0,85 % zwischen 2010 und 2050 etwas über dem weltweiten DurchBiokraftstoffproduktion verwendet werden, verzeichnen die Ölsaaten das größte Wachstum und die schnitt. Produktion steigt um mehr als das Doppelte zwischen 2010 und 2050. 20 Der Konsum pflanzlicher Agrarprodukte steigt zwischen 2010 und 2050 um etwas mehr als 50 % in Deutschland. Dabei verzeichnen die Ölsaaten mit einem Plus von 200 % das höchste Wachstum. Dies 0 ist auf die erhöhte Biokraftstoffnachfrage zurückzuführen (siehe auch Abbildung 5-18), die zum größten 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Teil durch Biodiesel gedeckt wird. Im Folgenden bezieht sich die Darstellung daher auf Ölsaaten und Abbildung 5-16: Produktion in Deutschland in Mio. Tonnen im KS-BAU-Szenario für ausgewählte Kulturen. Quelle: Pflanzenöl. Abbildung Produktion in Deutschland im 2013). KS-BAU Szenario für ausgewählte Kulturen. Quelle: eigene Eigene5-16: MAGNET-Berechnungen; StartwertininMio. 2007Tonnen von (FAO, MAGNET-Berechnungen; Startwert in 2007 von (FAO; 2013). 1,2 Index, 2007=1 1,1 1,05 Weizen Die Ölsaaten, die in Deutschland konsumiert werden, werden zum Großteil in anderen Ländern Grobgetreide 1 hergestellt und in Form von Ölsaaten, Pflanzenöl oder Ölkuchen nach Deutschland importiert, dabei hat Ölsaaten Pflanzenöl 0,95 den größten Anteil. Die meisten Importe für alle drei Formen kommen aus Europa, gefolgt Zuckerrohr und zeigt -rüben die von Amerika für Ölsaaten und Ölkuchen sowie Asien für Pflanzenöl. Abbildung 5-19 0,9 Herkunftsregionen von Pflanzenölimporten nach Deutschland. 0,85 45 0,8 Mio. t 40 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 Futtermittel 15 Nahrungsmittel 5 2030 2035 2040 2045 2050 Ergebnisse 63 45 40 35 30 25 Biokraftstoff 20 Futtermittel 15 Nahrungsmittel 10 5 0 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen Abbildung 5-18: Konsum von Ölsaaten (Millionen Tonnen) in Deutschland nach Endverwendung. Quelle: Eigene Abbildung 5-18: Konsum von Ölsaaten (Millionen Tonnen) in Deutschland nach Endverwendung. Quelle: eigene MAGNET MAGNET Berechnungen. Berechnungen 16 12 Mrd. US$, konstante Preise 2007 59 MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, 22.01.2015 10 8 6 4 2 0 2015 EUROPA 2050 20 10 Mio. t 2010 35 5-17: Reale Preisentwicklung in Deutschland für ausgewählter Agrarprodukte als Index mit 2007=1. Abbildung Quelle:30 Eigene MAGNET Berechnungen. Biokraftstoff 25 2025 als 50 % in Deutschland. Dabei verzeichnen die Ölsaaten mit einem Plus von 200 % das höchste Wachstum. Dies ist auf die erhöhte Biokraftstoffnachfrage zurückzuführen (siehe Abbildung 5-17: Reale5-18), Preisentwicklung Deutschland ausgewählter Agrarprodukte alswird. Index mit Quelle: eigene auch Abbildung die zumingrößten Teilfürdurch Biodiesel gedeckt Im 2007=1. Folgenden MAGNET Berechnungen bezieht sich die Darstellung daher auf Ölsaaten und Pflanzenöl. Die Ölsaaten, die in Deutschland konsumiert werden, werden zum Großteil in anderen Ländern hergestellt und in Form von Ölsaaten, Pflanzenöl oder Ölkuchen nach DeutschDie Ölsaaten, die in Deutschland konsumiert werden, werden zum Großteil in anderen Ländern land importiert, dabei hat Pflanzenöl den größten Anteil. Die meisten Importe für alle drei hergestellt und in Form von Ölsaaten, Pflanzenöl oder Ölkuchen nach Deutschland importiert, dabei hat Formen kommen aus Europa, gefolgt von Amerika für Ölsaaten und Ölkuchen sowie Asien Pflanzenöl den größten Anteil. Die meisten Importe für alle drei Formen kommen aus Europa, gefolgt für Pflanzenöl. Abbildung 5-19 zeigt die Herkunftsregionen von Pflanzenölimporten nach von Amerika für Ölsaaten und Ölkuchen sowie Asien für Pflanzenöl. Abbildung 5-19 zeigt die Deutschland. Herkunftsregionen von Pflanzenölimporten nach Deutschland. 14 Abbildung 5-17: Reale Preisentwicklung in Deutschland für ausgewählter Agrarprodukte als Index mit 2007=1. Quelle: eigene 1,15 MAGNET Berechnungen 2020 Abbildung 5-16: Produktion in Deutschland in Mio. Tonnen im KS-BAU Szenario für ausgewählte Kulturen. Quelle: eigene MAGNET-Berechnungen; Startwert in 2007 von zwischen (FAO; 2013).2010 und 2050 um etwas mehr Der Konsum pflanzlicher Agrarprodukte steigt 120 Mio. t Die reale Preisentwicklung für heimisch produzierte Rohstoffe zur Biokraftstoffgewinnung ist in 100 Abbildung 5-17 beschrieben. Diese Ergebnisse in Kombination mit den Importpreisen dienen als Input für BENSIM. Die Preise in Deutschland entwickeln sich im Vergleich zur Entwicklung auf dem Weltmarkt 80 relativ moderat. Da in Deutschland die Bevölkerung rückläufig ist Zuckerrohr und dasund Wirtschaftswachstum -rüben unterdurchschnittlich ansteigt, fallen die heimischen Preise zunächst Ölsaaten und steigen erst ab 2035 leicht 60 an. Der Preis für Boden steigt über den Zeitabschnitt kontinuierlich an, ab 2035 stark, siehe auch Grobgetreide Tabelle 5-4 im nächsten Abschnitt. Die durchschnittliche jährliche Ertragssteigerung der Ackerkulturen 40 Weizen liegt in Deutschland mit 0,85 % zwischen 2010 und 2050 etwas über dem weltweiten Durchschnitt. 2015 2020 2025 AMERIKA 2030 2035 2040 ASIEN/ AUSTRALIEN 2045 2050 AFRIKA Abbildung 5-19: Pflanzenölimporte nach Deutschland in Mrd. US$ zu konstanten Preisen 2007. Quelle: Eigene MAGNET Berechnungen. Abbildung 5-19: Pflanzenölimporte nach Deutschland in Mrd. US$ zu konstanten Preisen 2007. Quelle: eigene MAGNE Berechnungen. Der Anteil von importiertem zu heimischem Pflanzenöl in der Biodieselproduktion liegt bei über 70 % i 2010 und steigt auf 77 % in 2050 an. Die Herkunft derjenigen Ölsaaten, die in Deutschland z Ergebnisse Ergebnisse SW-N SW-N SW-BAU KS-N Deutschland Weizen SW-BAU SW-N KS-N SW-N KS-N SW-BAU SW-BAU SW-N Global KS-N SW-N KS-N SW-BAU SW-BAU SW-N KS-N SW-N KS-N SW-BAU SW-BAU SW-N KS-N SW-N KS-N SW-BAU SW-BAU SW-N SW-N KS-N KS-N SW-BAU SW-BAU SW-N KS-N SW-BAU Grobgetreide Ölsaaten Global Zuckerrohr und -rüben Weizen Zuckerrohr und -rüben 39 SW-N SW-BAU SW-N Deutschland SW-BAU KS-N SW-N KS-N SW-N SW-BAU SW-BAU KS-N SW-N Global Weizen KS-N SW-BAU SW-N Deutschland SW-BAU KS-N SW-N KS-N SW-N SW-BAU SW-BAU KS-N SW-N Global Ölsaaten KS-N SW-BAU SW-N Deutschland SW-BAU KS-N SW-N KS-N KS-N SW-BAU SW-N Global Grobgetreide SW-BAU Deutschland SW-N 140 120 160 100 140 80 %120 60 100 40 80 % 20 60 0 40 -20 20 0 -20 KS-N narien nur leicht (unter 1 %). Dagegen wird die landwirtschaftliche Produktion insbesondere durch den Rückgang der nutzbaren Fläche eingeschränkt und ist somit in den Nach5.1.3.2 Szenarienvergleich haltigkeitsszenarien um etwa 5 % in 2030 und fast 10 % in 2050 geringer im Vergleich aggregierte globale Produkte hinweg, variiertdass zwischen Szenarien nur zumDieKS-BAU-Szenario imProduktion gleichen über Jahr.alle Hierbei ist zu beachten, die inden MAGNET nicht leicht (unter 1%). Dagegen wird die landwirtschaftliche Produktion insbesondere durch den Rückgang erfasste Produktion von Rohstoffen zur Bioenergiegewinnung, die durch eine Flächenreder nutzbaren Fläche eingeschränkt und ist somit in den Nachhaltigkeits-Szenarien um etwa 5% in duktion simuliert wird, hier nicht enthalten ist und nicht ausgewiesen werden kann. Durch 2030 und fast 10% in 2050 geringer im Vergleich zum KS-BAU Szenario im gleichen Jahr. Hierbei ist zu die beachten, geänderte Nachfrage nachnicht erster Generation Kraftstoff werden die Prodass die in MAGNET erfasste Produktion von Rohstoffen zurinsbesondere Bioenergiegewinnung, die duktion Grobgetreide, Ölsaaten und Zuckerrohr -rübe reduziert. Abbildung durch von eineWeizen, Flächenreduktion simuliert wird, hier nicht enthalten und ist und nicht ausgewiesen werden kann. die geänderte Änderungen Nachfrage nach Generation Kraftstoff werden insbesondere die 5-21 zeigtDurch die prozentualen dererster Produktion im Vergleich zum KS-BAU-Szenario von und Weizen, Grobgetreide, Ölsaaten und Zuckerrohr und -rübe reduziert. Abbildung 3-11 für Produktion Deutschland weltweit in 2050. Im SW-BAU-Szenario wird modelliert, dass anstatt zeigt die prozentualen ÄnderungenNutzfläche der Produktion im Vergleich zum KS-BAU Szenario Deutschland Biokraftstoff landwirtschaftliche in Deutschland nachgefragt wird.für Dies hat zur und weltweit in 2050. Im SW-BAU Szenario wird modelliert, dass anstatt Biokraftstoff Folge, dass sich die Produktion in Deutschland ändert, es weltweit in der Produktion aber landwirtschaftliche Nutzfläche in Deutschland nachgefragt wird. Dies hat zur Folge, dass sich die nurProduktion geringe Auswirkungen gibt. in Deutschland ändert, es weltweit in der Produktion aber nur geringe Auswirkungen gibt. (links) und weltweit (rechts) zwischen Szenarien und Quelle: Eigene MAGNET-Berechmöglichen Agrarfläche induziert. In den Deutschland sinddem die KS-BAU-Szenario. Preise für Weizen, Grobgetreide, Ölsaaten und Die Preise für primäre Agrarprodukte steigen bis 2050 insbesondere in den Nachhaltigkeits-Szenarien nungen. Zuckerrohr/-rübe in den Nachhaltigkeitsszenarien mehr als doppelt so hoch verglichen mit dem KS-BAU stärker als in den BAU-Szenarien. Dies ist hauptsächlich durch die reduzierte Fläche der potenziell Szenario und weltweit sind ähnlich starke Ausprägungen zu erkennen (siehe Abbildung 3-12). möglichen Agrarfläche induziert. In Deutschland sind die Preise für Weizen, Grobgetreide, Ölsaaten und Zuckerrohr/-rübe in den Nachhaltigkeitsszenarien mehr als doppelt so hoch verglichen mit dem KS-BAU 160 Szenario und weltweit sind ähnlich starke Ausprägungen zu erkennen (siehe Abbildung 3-12). SW-N eigene Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass die weltweiten Preise und Mengen von Agrarprodukten hauptsächlich durch den Anstieg der Bevölkerung und des BIPs und somit durch die steigende 5.2.3.2 Szenarienvergleich Nachfrage nach Nahrungs- und Futtermitteln getrieben werden. Die zusätzliche Nachfrage nach Biokraftstoffen verstärkt den Druck weiter. Die stark steigenden Bodenpreise sind ein Indikator dafür, Diedass aggregierte Produktion alle Produktewird. hinweg, variiert zwischen den SzeBoden zumglobale limitierenden Faktor inüber der Agrarproduktion MS2030_Endbericht_Schnellkopie, 14.11.2014 Deutschland Die Preise für primäre Agrarprodukte steigen bis 2050 insbesondere in den Nachhaltigkeits-Szenarien SW-BAU Abbildung 5-105-10 Herkunft von Ölsaaten, in Deutschland in Form von Biodiesel verbraucht werden. Quelle: Abbildung 5-20: Herkunft von Ölsaaten, die indie Deutschland in Form von Biodiesel verbraucht werden. Quelle: Berechnungen Eigene Berechnungen. Global Ölsaaten Abbildung 5-115-11 Prozentuale Änderung in 2050 der Produktion von bestimmten Agrarrohstoffen in Deutschland (links) und Abbildung 5-21: Prozentuale Änderung inDies 2050 derhauptsächlich Produktion von bestimmten Agrarrohstoffen in Deutschland stärker als in den BAU-Szenarien. ist reduzierte Fläche der potenziell weltweit (rechts) zwischen den Szenarien und dem KS-BAU Szenario. Quelle:durch eigene die MAGNET Berechnungen. SW-BAU Rest der Welt KS-N Amerika (Rest) SW-N USA Deutschland Abbildung 5-115-11 Prozentuale in 2050 derGlobal Produktion von bestimmten Agrarrohstoffen in Deutschland Deutschland GlobalÄnderung Deutschland Deutschland Global Deutschland Global (links) und weltweit (rechts) zwischen den Szenarien und dem KS-BAU Szenario. Quelle: eigene MAGNET Berechnungen. Brasilien KS-N Südostasien SW-N Europäische Union Global Grobgetreide KS-N Deutschland KS-N Deutschland 30% SW-N KS-N 3% 13% SW-BAU 20% SW-BAU 5% SW-N 26% KS-N 25% 6% 10% SW-N 13% KS-N 7% 12% KS-N -5 5 -10 0 -15 % -5 -20 -10 -25 -15 % -30 -20 -35 -25 -40 -30 -35 -40 11% 21% SW-BAU 2050 2010 Die Preise für primäre Agrarprodukte steigen bis 2050 insbesondere in den Nachhaltigkeitsszenarien stärker als in den BAU-Szenarien. Dies ist hauptsächlich durch die reduzierte Fläche der potenziell möglichen Agrarfläche induziert. In Deutschland sind die Preise für Weizen, Grobgetreide, Ölsaaten und Zuckerrohr / -rübe in den Nachhaltigkeitsszenarien mehr als doppelt so hoch verglichen mit dem KS-BAU-Szenario und weltweit sind ähnlich starke Ausprägungen zu erkennen (siehe Abb. 5-22). Die Bodenpreise unterscheiden sich global betrachtet nicht zwischen den KS- und den SWSzenarien, lediglich zwischen den BAU- und den Nachhaltigkeitsszenarien. In den Nachhal5 Ergebnisse tigkeitsszenarien steigen die Preise im Modell ab 2020 stark an. Dies ist bedingt durch das unter Schutz stellen von Flächen ab 2020 und spiegelt hier die Knappheit von Boden wider. 5 Ergebnisse In Deutschland sind die Bodenpreise in den SW-Szenarien etwas höher als in den vergleich5 baren 0Kraftstoffszenarien, da in den SW-Szenarien der Anteil heimischer Rohstoffprodukti- SW-BAU Der Anteil von importiertem zu heimischem Pflanzenöl in der Biodieselproduktion liegt bei über 70 % in 2010 und steigt auf 77 % in 2050 an. Die Herkunft derjenigen Ölsaaten, die in Deutschland zu Biodiesel verwendet werden, wurde aus den MAGNET-Modellergebnissen abgeleitet. Abbildung 5-20 zeigt eine Verteilung der Herkunft für 2010 und 2050. Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass die weltweiten Preise und Mengen von Ag5 Ergebnissehauptsächlich durch den Anstieg der Bevölkerung und des BIPs und somit rarprodukten durch die steigende Nachfrage nach Nahrungs- und Futtermitteln getrieben werden. Die zusätzliche Nachfragewerden, nach wurden Biokraftstoffen verstärkt den Druck weiter. Die stark steigenBiodiesel verwendet aus den MAGNET-Modellergebnissen abgeleitet. Abbildung 3-10 denzeigt Bodenpreise sind Indikator dafür, Boden zum limitierenden Faktor in der Ageine Verteilung derein Herkunft für 2010 unddass 2050. rarproduktion wird. SW-BAU 64 Global Zuckerrohr und -rüben Global Deutschland Global Deutschland Deutschland Global(links) Abbildung Deutschland 5-125-12 Prozentuale Änderung 2050der der Preise von von bestimmten bestimmtenGlobal Agrarrohstoffen in in Deutschland und Abbildung 5-22: Prozentuale Änderung inin2050 Preise Agrarrohstoffen Deutschland (links) weltweit (rechts) zwischen den Szenarien und dem KS-BAU Szenario. Quelle: eigene MAGNET Berechnungen. und weltweit (rechts) zwischen den Szenarien und dem KS-BAU-Szenario. MAGNET-Berechnungen. Grobgetreide Ölsaaten WeizenQuelle: Eigene Zuckerrohr und -rüben Abbildung 5-125-12 Prozentuale Änderung in global 2050 der Preise von nicht bestimmten Agrarrohstoffen Deutschland (links) und Die Bodenpreise unterscheiden sich betrachtet zwischen den KS- in und den SW-Szenarien, weltweit (rechts) zwischen den Szenarien und dem KS-BAU Szenario. Quelle: eigene MAGNET Berechnungen. lediglich zwischen den BAU- und den Nachhaltigkeits-Szenarien. In den Nachhaltigkeits-Szenarien steigen die Preise im Modell ab 2020 stark an. Dies ist bedingt durch das unter Schutz stellen von Die Bodenpreise unterscheiden sich global betrachtet nicht zwischen den KS- und den SW-Szenarien, Flächen ab 2020 und spiegelt hier die Knappheit von Boden wider. In Deutschland sind die lediglich zwischen den BAU- und den Nachhaltigkeits-Szenarien. In den Nachhaltigkeits-Szenarien 65 66 Ergebnisse on zur Deckung des Bioenergiebedarfs höher ist als in den KS-Szenarien. Tabelle 5-3 zeigt, dass die jährlichen Ertragssteigerungen der einzelnen Kulturen sich untereinander sowie zwischen den Szenarien unterscheiden. Die Erträge werden durch eine exogen vorgegebene Steigerung der Produktivität von Boden sowie durch zwei endogene Komponenten im Zusammenspiel der Modelle beeinflusst. Dies ist zum einen die Auswirkung steigender Preise für Agrarprodukte als auch für den Produktionsfaktor Boden. Beide bewirken eine Intensivierung der Agrarproduktion durch einen höheren Einsatz von Dünger- und Pflanzenschutzmitteln sowie eine verbesserte Produktivität durch Forschung und Entwicklung. Zum anderen resultieren diese Ertragseffekte auch aus der gekoppelten Analyse mit dem Modell LandSHIFT, das die vorgegebene Produktion auf die Fläche verteilt und einen Durchschnittsertrag basierend auf bio-physikalischen Gegebenheiten ermittelt. Tabelle 5-3: Durchschnittliche jährliche Ertragssteigerungen für bestimmte Ackerkulturen in Deutschland und global in Prozent zwischen 2010-2050 für alle Szenarien Deutschland Global Weizen Grobgetreide Ölsaaten Zuckerrohr und -rüben KS-BAU 0,72 0,68 0,67 0,65 KS-N 0,92 0,92 0,86 0,89 SW-BAU 0,72 0,68 0,67 0,65 SW-N 0,92 0,92 0,86 0,89 KS-BAU 0,44 0,69 0,64 1,04 KS-N 0,80 0,90 0,61 1,35 SW-BAU 0,44 0,69 0,62 1,04 SW-N 0,80 0,90 0,61 1,35 Der Ölsaatenkonsum in Deutschland ist insbesondere von der Nachfrage nach Biodiesel abhängig. In den Szenarien ohne Nachfrage nach erster Generation Biokraftstoffe in Deutschland (SW Szenarien ab 2020 und KS-N-Szenario ab 2050) werden keine Ölsaaten mehr in Form von Biodiesel konsumiert, selbst der Nahrungs- und Futtermittelkonsum geht um über 30 % in allen Szenarien verglichen mit dem KS-BAU-Szenario in 2050 in Deutschland zurück. In allen drei Szenarien sinken die Pflanzenölimporte in 2050 um circa 90 % im Vergleich zum KS-BAU-Szenario, dahingegen wird mehr Ölkuchen importiert. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass eine erhöhte Nachfrage nach Biodiesel in Deutschland hohe Pflanzenölimporte zur Folge hat. 5.2.4 67 Ergebnisse Sensitivitätsanalyse Das MAGNET Modell wird durch die Annahmen zu makroökonomischen Trends (BIP, Bevölkerung, technischer Fortschritt), zu Politiken (insbesondere zu Handels- und Agrarpolitiken) und in diesem Projekt auch zur Nachfrage nach Bioenergie getrieben. Die Sensitivität der beschriebenen Modellergebnisse wird für das KS-BAU-Szenario an zwei Stellen getestet. Zum einen wurde die Entwicklung des BIP mit plus 10 % und minus 10 % für alle Regionen und Perioden im Vergleich zum KS-BAU-Szenario variiert und zum anderen wurde die globale Nachfrage nach erster Generation Biokraftstoffe weltweit um plus 20 % und minus 20 % pro Periode modifiziert, dabei ist die Nachfrage in Deutschland konstant geblieben. Einen Flächenabzug 5 Ergebnisse durch den Einsatz von Biokraftstoffen der zweiten Generation wurde nicht modelliert, da dieser im KS-BAU-Szenario sehr gering ist. Im Folgenden werden die Szenarien mit den Namen Plus10BIP, Minus10BIP, Plus20KS und Minus20KS beschrieben. Abzweiten Generation wurde nicht modelliert, da dieser im KS-BAU Szenario sehr gering ist. Im Folgenden bildung 5-23 zeigt den Einfluss auf die Produktion von Agrarrohstoffen der Szenarien. Eine werden die Szenarien mit den Namen Plus10BIP, Minus10BIOMinus10BIP, Plus20KS und Minus20KS Variation des BIP um 10 % hat einen stärkeren Einfluss auf die Produktion als eine Variation beschrieben. Abbildung 3-14 zeigt den Einfluss auf die Produktion von Agrarrohstoffen der Szenarien. der um %. Die Produktionsänderungen sind als prozentual immer EineBiokraftstoffnachfrage Variation des BIP um 10% hat20 einen stärkeren Einfluss auf die Produktion eine Variation der geringer als die simulierten Änderungen mit Ausnahme der globalen Ölsaatenproduktion. Biokraftstoffnachfrage um 20%. Die Produktionsänderungen sind prozentual immer geringer als die simulierten Änderungen mit Ausnahme der globalen Ölsaatenproduktion. 12,0 % 8,0 Weizen Grobgetreide Ölsaaten Zuckerrohr und -rüben 4,0 0,0 -4,0 -8,0 -12,0 Minus10BIP Plus10BIP Minus20KS Plus20KS Minus10BIP Plus10BIP Deutschland Minus20KS Plus20KS Global Abbildung Prozentuale Produktionsänderungen derder Szenarien Vergleich Abbildung 5-23: 5-135-13 Prozentuale Produktionsänderungeninin2050 2050 Szenarienimim Vergleichzum zumKS-BAU-Szenario KS-BAU Szenario für für ausgewählte Produkte und Regionen. Eigene MAGNET-Berechnungen. ausgewählte Produkte und Regionen. Quelle:Quelle: eigene MAGNET Berechnungen. Boden- und Agrarpreise hingegen reagieren sehr viel sensibler auf Änderungen des BIP. Während Preise für Industrieprodukte mit steigendem BIP leicht sinken, steigen die Agrarpreise zu einem höheren Tabelle 5-4: Prozentuale Preisänderungen in 2050 der Szenarien im Vergleich zum KS-BAU-Szenario für ausgeProzentsatz als die BIP-Änderungen sowohl in Deutschland als auch global, näheres ist in Tabelle 3-4 zu wählte Produkte, Boden und Regionen. Quelle: Eigene MAGNET-Berechnungen. finden. Zuckerrohr Weizenim Vergleich Grobgetreide Boden Tabelle 5-4 Prozentuale PreisänderungenÖlsaaten in 2050 der Szenarien zum KS-BAU Szenario für ausgewählte Produkte, und -rüben Boden und Regionen. Quelle: eigene MAGNET Berechnungen. Minus10BIP Deutschland -10,0 -8,6 -9,5 18,9 Weizen16,5 Grobgetreide 17,8 Plus10BIP Ölsaaten Minus20KS Minus10BIP Plus10BIP Plus20KS Deutschland Minus20KS Minus10BIP Plus20KS Minus10BIP Plus10BIP Global Plus10BIP Global Minus20KS Minus20KS Plus20KS Plus20KS -1,0 -10.0 18.9 0,9 -1.0 -12,9 0.9 -12.9 23,4 23.4 -0,3 -0.3 0,3 0.3 -0,6 -8.6 16.5 0,5 -0.6 -9,4 0.5 -9.4 17,6 17.6 -0,4 -0.4 0,3 0.3 -0,7 -9.5 17.8 0,5 -0.7 -13,3 0.5 -13.3 44,5 44.5 -0,2 -0.2 0,2 0.2 -8,5 -31,4 Zuckerrohr 16,4 Boden59,0 und -rüben -0,6 -1,9 -8.5 -31.4 16.4 59.0 0,6 1,7 -0.6 -1.9 -14,3 -19,7 0.6 1.7 -14.3 -19.7 23,9 34,6 23.9 34.6 0,5 -0,5 0.5 -0.5 -0,5 0,4 -0.5 0.4 Die Variation der globalen Biokraftstoffnachfrage (Deutschland ausgeschlossen), beeinflusst die Ergebnisse nur unwesentlich. Es zeigt sich, dass die Annahmen zum BIP entscheidend für den MS2030_Endbericht_Schnellkopie, 14.11.2014 42 Ergebnisse Boden- und Agrarpreise hingegen reagieren sehr viel sensibler auf Änderungen des BIP. Während Preise für Industrieprodukte mit steigendem BIP leicht sinken, steigen die Agrarpreise zu einem höheren Prozentsatz als die BIP-Änderungen sowohl in Deutschland als auch global, näheres ist in Tabelle 5-4 zu finden. Die Variation der globalen Biokraftstoffnachfrage (Deutschland ausgeschlossen), beeinflusst die Ergebnisse nur unwesentlich. Es zeigt sich, dass die Annahmen zum BIP entscheidend für den allgemeinen Trend sind. Da das BIP über alle Szenarien annähernd gleich gehalten ist (maximaler Unterschied von weniger als 3 % durch die endogene MAGNETKomponente), hat es keinen Einfluss auf den Vergleich zwischen den Szenarien. 5.2.5 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen 5.3.1 5.3 Ressourcen und Landnutzung 2050 Die Analyse räumlicher und zeitlicher Auswirkungen der Entwicklung der globalen Biomasseproduktion zur Befriedigung der Nachfrage nach Nahrungs- und Futtermitteln sowie Bioenergie auf Landnutzungsänderungen erfolgt mit dem geographischen Landnutzungsmodell LandSHIFT (Schaldach et al., 2011; Alcamo et al., 2011). Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf Ländergruppen, die als Exporteure von Biomasse nach Deutschland auftreten. Hierzu wird LandSHIFT mit dem ökonomischen Gleichgewichtsmodell MAGNET (siehe Kapitel 3.2) gekoppelt. Die von MAGNET berechneten regionalen Informationen über die landwirtschaftliche Produktion werden dabei von LandSHIFT in ein räumliches Landnutzungsmuster (5-Bogenminuten-Raster) übersetzt. Der Beitrag von LandSHIFT liegt in der Berechnung von Rasterkarten über globale Landnutzungsänderungen unter den jeweiligen Szenarienannahmen bis zum Jahr 2050 und dient als Voraussetzung zur Berechnung der damit einhergehenden Umweltwirkungen, die in den Folgekapiteln beschrieben werden. 69 Überblick über die Ergebnisse Ergebnisse der Simulationsläufe sind Rasterkarten der globalen Landnutzungsmuster Ergebnisse der Simulationsläufe sind Rasterkarten der globalen Landnutzungsmuster sowiesoStatistiken wie Statistiken der 35 Flächennutzung in den 35 MAGNET-Regionen. allensich vier ein Szenarien der Flächennutzung in den MAGNET-Regionen. In allen vier SzenarienInzeigt starker Anstieg zeigtlandwirtschaftlich sich ein starker Anstieg der Fläche globalenzwischen landwirtschaftlich Fläche zwischen der globalen genutzten 2007 undgenutzten 2050. Unterschiede ergeben sich und die 2050.Nachhaltigkeitsstrategie Unterschiede ergeben sich(BAU vorrangig die Nachhaltigkeitsstrategie vorrangig 2007 durch vs. durch Nachhaltig) und weniger durch die (BAU vs. Nachhaltig) und weniger durch die Endnutzungsart der Biomasse (Kraftstoff vs. Endnutzungsart der Biomasse (Kraftstoff vs. Strom/Wärme) (siehe Abbildung 5-24). Strom / Wärme), (siehe Abb. 5-24). Global genutzte Ackerflächen Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen Ein allgemeiner Trend über alle Szenarien ist die steigende Nachfrage nach Agrarrohstoffen bedingt durch das Wachstum des BIP und der Bevölkerung. Dies hat zur Folge, dass der Produktionsfaktor Boden zum limitierenden Faktor wird und so dessen Preise im Zeitablauf stark steigen. Durch das geringe Wachstum der Bevölkerung und ein unterdurchschnittliches Wachstum des BIP ist Europa von dieser Entwicklung weniger stark betroffen als andere Regionen der Welt. Die zusätzliche Nachfrage nach Bioenergie verstärkt diese Entwicklung weiter. Die deutsche Nachfrage nach Bioenergie spielt dabei kaum eine Rolle. Das weltweite unter Schutz stellen von Flächen hat dagegen eine weit größere Auswirkung auf die Agrarproduktion und -märkte. Die in den Modellrechnungen ermittelten notwendigen Ertragssteigerungen stellen sich in der realen Welt jedoch nicht von selbst oder nur stark verzögert ein. Daher erscheint neben einer weiteren Steigerung der landwirtschaftlichen Intensivierung die Realisierung von Ertragssteigerungen durch technischen Fortschritt, beispielsweise durch Züchtung, dringend erforderlich. Hierzu ist besonders eine Förderung von Forschung und Entwicklung unabdingbar. Es bleibt festzuhalten, dass die Produktion von Pflanzenöl in Deutschland wirtschaftlich nicht mit der Konkurrenz aus anderen Regionen der Erde mithalten kann und so eine Biodieselstrategie zur Folge hat, dass importierte Rohstoffe den Grundstein für die Biodieselversorgung in Deutschland legen. Ergebnisse Überblick über die Ergebnisse 5.3.1 3,00 2,50 Mrd. ha 68 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 2007 KS BAU 2030 KS NACH SW BAU 2050 SW NACH Abbildung 5-24: Globale Ackerfläche (inkl. Biokraftstoffen) in Mrd. ha für die vier Szenarien Abbildung 5-24: Globale Ackerfläche (inkl. Biokraftstoffen) in Mrd. ha für die vier Szenarien In den weiteren Ausführungen wird daher besonders auf die Unterschiede zwischen den BAU-Szenarien und den Nachhaltigkeitsszenarien eingegangen. Zur Verdeutlichung der In den weiteren Ausführungen wird daher besonders die Unterschiede zwischen grundsätzlichen Unterschiede in den globalenauf Landnutzungsmustern werden den die BAU-Szenarien Kraftund den Nachhaltigkeitsszenarien eingegangen. Zur Verdeutlichung grundsätzlichen Unterschiede stoffszenarien KS-BAU und KS-N herangezogen. Für Deutschlandder sieht die Situation anders in den globalen Landnutzungsmustern werden die Kraftstoffszenarien KS-BAU und KS-N eingeherangezogen. aus, weshalb hier gesondert auf die Simulationsergebnisse für alle vier Szenarien gangen sieht wird. Durch die in den Szenario-Annahmen spezifizierte Produktion Für Deutschland die Situation anders aus, weshalb hier gesondertgroßflächige auf die Simulationsergebnisse von nicht-handelbarer Biomasse zur energetischen Nutzung („fixierte Bioenergiefläche“, für alle vier Szenarien eingegangen wird. Durch die in den Szenario-Annahmen spezifizierte großflächige B. zur Produktion von Silage-Mais dieenergetischen Biogaserzeugung), der u.(„fixierte a. durch Schutzgebiete Produktionz. von nicht-handelbarer Biomassefürzur Nutzung Bioenergiefläche“, z.B. stark eingeschränkt zur Verfügung stehenden Fläche und dem Verbot von Grünlandumzur Produktion von Silage-Mais für die Biogaserzeugung), der u.a. durch Schutzgebiete stark bruch nach 2025 in den Nachhaltigkeitsszenarien sind hier die Unterschiede zwischen den eingeschränkt zur Verfügung stehenden Fläche und dem Verbot von Grünlandumbruch nach 2025 in vier Szenarien stärker ausgeprägt als auf globaler Ebene. den Nachhaltigkeitsszenarien sind hier die Unterschiede zwischen den vier Szenarien stärker ausgeprägt als aufBAU-Szenarien globaler Ebene. 5.3.2 Global Die BAU-Szenarien haben eine höhere Gesamtproduktion von Agrargütern (21 Mrd. t) als Szenarien Global dieBAU Nachhaltigkeitsszenarien (18 Mrd. t). Bis 2050 sinkt die Nutzung von Grünland zur Futterbereitstellung (in Form von Weide) auf 96 % des Wertes im Startjahr. In den BAUDie BAU-Szenarien haben eine höhere bestehender Gesamtproduktion von Agrargütern (21 Mrd. t) als die Szenarien finden keine Ausdehnung Schutzgebiete sowie keine Verschärfung Nachhaltigkeitsszenarien (18 Mrd. t). Bis 2050 sinkt Die die fixierte Nutzung von Grünland zur Futterbereitstellung des Grünlandumbruchverbots in der EU statt. Fläche zur Produktion von nichthandelbarer Biomasse zur Wertes energetischen Nutzung KUP-Flächen) ist in den (in Form von Weide) auf 96 % des im Startjahr. In (hauptsächlich den BAU-Szenarien finden keine Ausdehnung BAU-Szenarien weitaus geringer in den Nachhaltigkeitsszenarien. bestehender Schutzgebiete sowie keine als Verschärfung des Grünlandumbruchverbots in der EU statt. Die 5.3.2 fixierte Fläche zur Produktion von nicht-handelbarer Biomasse zur energetischen Nutzung (hauptsächlich KUP-Flächen) ist in den BAU-Szenarien weitaus geringer als in den Nachhaltigkeitsszenarien. 70 Ergebnisse Ergebnisse Landnutzung 2050 Tabelle 5-5: Globale Flächennutzung für das KS-BAU-Szenario in Mrd. ha Kra�stoff BAU Legende Bebauung Wald Gras- und Buschland Ödland Feuchtgebiet Schnee und Eis Gewässer Brachland Ackerland Grünland fixierte Bioenergiefläche Abbildung 5-25: Globale Landnutzung im Jahr 2050 für das KS-BAU-Szenario. Die Klasse fixierte Bioenergiefläche umfasst Flächen zur Produktion von nicht handelbarer Biomasse zur energetischen Nutzung. In Deutschland kann dies u. a. Silomais beinhalten, im Rest der Welt wird von der Anlage von Kurzumtriebsplantagen (KUPs) ausgegangen. Bebauung Ackerland 2007 0,12 2030 0,16 2050 0,18 Brachland Wald Grasland / Buschland Feuchtgebiete / Schnee / Eis / Wasser 1,39 0,49 0,84 4,32 5,49 1,15 1,97 0,64 0,47 4,28 5,14 1,14 2,82 0,60 0,31 4,04 4,72 1,14 Tabelle 5-6: Globale Flächennutzung für das SW-BAU-Szenario in Mrd. ha Bebauung Ackerland Grünland Brachland Wald Grasland / Buschland Feuchtgebiete / Schnee / Eis / Wasser 2007 0,12 1,39 0,49 0,84 4,32 5,49 1,15 2030 0,16 1,97 0,64 0,47 4,28 5,14 1,14 2050 0,18 2,83 0,60 0,31 4,03 4,72 1,14 5.3.3 Abbildung 5-25 zeigt die globale Landnutzung im Jahr 2050 für das KS-BAU-Szenario. Die Annahmen des BAU-Szenarios führen dazu, dass sowohl in KS-BAU als auch in SW-BAU die global genutzte landwirtschaftliche Fläche bis 2050 stark zunimmt (vgl. Tabelle 5-5 und Tabelle 5-6). Die Ackerfläche verdoppelt sich von 1,39 Mrd. ha auf 2,82 Mrd. ha bzw. 2.83 Mrd. ha. Die Grünlandfläche dehnt sich in beiden Szenarien bis 2030 von 490 Mio. ha auf 640 Mio. ha aus. Danach sinkt die Grünlandfläche um 40 Mio. ha auf 600 Mio. ha in 2050. Die starke Ausdehnung von Ackerland und Grünland führt zu einer Reduktion der natürlichen Landbedeckung: in beiden Szenarien werden weltweit Waldflächen von fast 300 Mio. ha gerodet und 770 Mio. ha Busch- und Grasland umgewandelt. Allein die Ausdehnung von Siedlungsflächen führt zu einer Versiegelung von zusätzlich 60 Mio. ha Boden. Das im Startjahr 2007 ausgewiesene Brachland wird im BAU-Szenario in Höhe von 530 Mio. ha in Nutzung genommen, wodurch sich dessen Fläche von 840 Mio. ha in 2007 auf 310 Mio. ha in 2050 reduziert. Räumlich ist die starke Ausdehnung der Ackerfläche vor allem im Osten von Brasilien und im Südwesten von Russland zu erkennen, sowie in Südostasien. In den drei Regionen wird mit einer Zunahme der Produktion von Feldfrüchten gerechnet. In Brasilien vor allem Zuckerrohr, in Russland Weizen und in Südostasien Ölsaaten. In den USA ist vor allem eine steigende Produktion von Grobgetreide verantwortlich für die dortige Expansion der Ackerfläche. Zusätzlich dehnt sich im Westen der USA die genutzte Grünlandfläche (Weideland) aus. In Russland besteht eine stetig steigende Nachfrage nach Grünland bis 2050, während dieser Trend in Brasilien, den USA und Südostasien nur bis 2035 besteht und die Nachfrage danach leicht rückläufig ist. Grünland Nachhaltigkeitsszenarien Global Die Nachhaltigkeitsszenarien sind vor allem geprägt durch die Ausdehnung und strikte Einhaltung von Schutzgebietsflächen ab dem Jahr 2025. Durch die unter Schutzstellung von Waldflächen und Feuchtgebieten, sowie eines Grünlandumbruchverbotes in der EU wird die für Landwirtschaft zur Verfügung stehende Nutzfläche stark reduziert. Daraus resultiert, dass auch die globale Produktion landwirtschaftlicher Güter gegenüber den BAU-Szenarien niedriger ausfällt. Die Annahmen der Nachhaltigkeitsszenarien (vgl. Kapitel 4 sowie Anhang A 4) führen gleichwohl den BAU-Szenarien zu einer Zunahme der landwirtschaftlich genutzten Flächen, sowohl in den Kraftstoff- als auch in den Strom- / Wärme-Szenarien (Tabelle 5-7 und Tabelle 5-8). Abbildung 5-26 zeigt exemplarisch die mit LandSHIFT simulierte globale Landnutzung Landnutzung 2050 Kra�stoff Nachhal�g Legende Bebauung Wald Gras- und Buschland Ödland Feuchtgebiet Schnee und Eis Gewässer Brachland Ackerland Grünland fixierte Bioenergiefläche Abbildung 5-26: Globale Landnutzung im Jahr 2050 für das KS-N-Szenario 71 72 Ergebnisse Ergebnisse im Jahr 2050 für das KS-N-Szenario. Mit einer Zunahme von 1,39 Mrd. ha auf 2,39 Mrd. ha bzw. 2,41 Mrd. ha (+ ~70 %) fällt die Ausdehnung der Ackerfläche geringer aus als in den BAU-Szenarien. Die Grünlandfläche entspricht annähernd den BAU-Szenarien, sie steigt von 2007 mit 490 Mio. ha auf 630 Mio. ha in 2030 und sinkt danach bis 2050 auf 610 bzw. 600 Mio. ha. Der geringere Bedarf an Ackerland führt zu einem geringeren Verlust an natürlicher Vegetation. 20 Mio. ha Waldflächen werden gerodet und 850 Mio. ha Gras- und Buschland werden umgewandelt. Durch den Schutz von Wäldern in den Nachhaltigkeitsszenarien nach 2025 fällt die Rodung insgesamt geringer aus als in den BAU-Szenarien, führt aber dazu, dass mehr Gras- und Buschland umgebrochen wird. In den Nachhaltigkeitsszenarien wird zudem weniger Brachland für die Landwirtschaft genutzt als in den BAU-Szenarien, nur 310 Mio. ha von den 840 Mio. ha in 2007 werden in Nutzung genommen. Tabelle 5-7: Globale Flächennutzung für das KS-N-Szenario in Mrd. ha Bebauung Ackerland Grünland Brachland Wald Grasland / Buschland Feuchtgebiete / Schnee / Eis / Wasser 2007 0,12 1,39 0,49 0,84 4,32 5,49 1,15 2030 0,16 1,66 0,63 0,76 4,31 5,15 1,14 2050 0,18 2,39 0,61 0,54 4,30 4,65 1,14 Tabelle 5-8: Globale Flächennutzung für das SW-N-Szenario in Mrd. ha Bebauung Ackerland Grünland Brachland Wald Grasland / Buschland Feuchtgebiete / Schnee / Eis / Wasser 0,12 1,39 0,49 0,84 4,32 5,49 1,15 2030 0,16 1,66 0,63 0,76 4,31 5,15 1,14 2050 0,18 2,41 0,60 0,53 4,30 4,64 1,14 2007 Brasiliens Ackerflächen sind 2050 mit 112 Mio. ha in den Nachhaltigkeitsszenarien fast 85 Mio. ha kleiner als in den BAU-Szenarien. Weideflächen werden in etwa gleichem Umfang genutzt. Dies führt zusammen zu einer deutlich geringeren Umwandlung von Wald und anderen natürlichen Flächen. Durch den hohen Flächenverbrauch zur Produktion von nicht handelbarer Biomasse zur energetischen Nutzung in den Nachhaltigkeitsszenarien kommt es zur Ausdehnung der Ackerflächen nach Westen und damit zu einer Verdrängung von Grünlandflächen und natürlichen Gras- und Buschländern. In Russland findet in den Nachhaltigkeitsszenarien vor allem extensive Weidewirtschaft statt, und kaum noch Ackerbau, wodurch sich die Landnutzung hin zu Grünland verschiebt. In Südostasien ist der Bedarf an Ackerfläche halb so groß wie in den BAU-Szenarien und die Grünlandfläche ist um 10 Mio. ha kleiner. Dies zusammen führt zu einer geringeren Abholzung von über 24 Mio. ha und einer geringeren Umwandlung von Gras- und Buschland von 8 Mio. ha gegenüber den BAUSzenarien. Diese Entwicklungen sind primär auf die Ausweitung von Schutzgebieten und der geringeren Produktion an Agrargütern in diesen Regionen (vorgegeben durch MAGNET) zurückzuführen. 5.3.4 Deutschland In Deutschland zeigen sich größere Unterschiede zwischen allen vier Szenarien. Diese sind zurückzuführen auf die unterschiedlichen Flächenbedarfe für nicht handelbare Biomasse zur energetischen Nutzung zwischen den Szenarien sowie die Unterschiede in den Flächenrestriktionen, insbesondere durch das Verbot von Grünlandumbruch. Die Agrarproduktion verhält sich tendenziell entsprechend der globalen Entwicklung. Die beiden BAU- und die beiden Nachhaltigkeitsszenarien verhalten sich von der Tendenz jeweils ähnlich. Im KS-BAU- und SW-BAU-Szenario berechnet MAGNET eine kontinuierliche Zunahme der Produktionsmengen von Feldfrüchten (ohne fixierte Flächen für die energetische Nutzung) über den gesamten betrachteten Zeitraum. Die Nachhaltigkeitsszenarien weisen beide, sowohl für Kraftstoff als auch für Strom / Wärme, um 2030 / 2035 ein Produktionsmaximum auf. Im KS-N-Szenario sinkt die Produktion von 2035 mit 116 Mio. t auf 100 Mio. t bis 2050. Im SW-N-Szenario bleibt die Produktionsmenge ab 2030 konstant bei 100 Mio. t. Zudem wird im SW-N-Szenario auf größeren Flächen nicht handelbare Biomasse zur energetischen Nutzung produziert (siehe Abschnitt 1.3) wodurch diese für andere Feldfrüchte blockiert werden. Die Nutzung von Grünland als Weidefläche entwickelt sich dazu gegenläufig, d. h. in den Kraftstoffszenarien sinkt der Bedarf an Grünlandfläche in Deutschland bis 2030 um 15-20 %, während er in den Strom- / Wärme-Szenarien um über 30 % bis 2030 sinkt. In allen Szenarien sinkt danach bis 2050 der Bedarf nach Grünlandfläche weiter. Abbildung 5-27 zeigt die mit LandSHIFT simulierte Landnutzung in Deutschland im Jahr 2050. Ackerland dehnt sich dabei bis 2030 unterschiedlich stark aus (siehe Tabelle 5-9 Abbildung 5-27: Landnutzung in Deutschland für das KS-BAU-Szenario (links, oben) und das KS-N- (rechts, oben) sowie das SW-BAU-Szenario (links, unten) und das SW-N-Szenario (rechts, unten) für das Jahr 2050. 73 74 Ergebnisse Ergebnisse bis Tabelle 5-12). Auf Grund der höheren Priorisierung von Ackerland gegenüber Grünlandnutzung in den LandSHIFT Simulationen wird Grünland in Ackerland umgewandelt. In den Strom- / Wärme-Szenarien findet bis 2030 eine stärkere Zunahme der Ackerfläche als im Kraftstoff Szenarien statt. Danach wird bis 2050 durch einen Rückgang der Produktion von Agrargütern in den Strom- / Wärme-Szenarien Ackerland für Grünlandnutzung frei. In den Kraftstoffszenarien nimmt Ackerland im KS-BAU-Szenario bis 2050 weiter zu, während es in KS-N konstant bleibt. Tabelle 5-9: Flächennutzung in Millionen ha in Deutschland für das KS-BAU-Szenario Bebauung Ackerland Grünland Brachland Wald Grasland / Buschland Feuchtgebiete / Schnee / Eis / Wasser 2007 1,66 9,35 6,96 0,00 14,68 2,24 1,50 2030 1,66 10,78 5,60 0,00 14,68 2,18 1,50 2050 1,66 11,46 4,91 0,00 14,68 2,18 1,50 Tabelle 5-10: Flächennutzung in Millionen ha in Deutschland für das KS-N-Szenario Bebauung Ackerland Grünland Brachland Wald Grasland / Buschland Feuchtgebiete / Schnee / Eis / Wasser 2007 1,66 9,35 6,96 0,00 14,68 2,24 1,50 2030 1,66 10,04 6,34 0,00 14,68 2,18 1,50 2050 1,66 10,04 6,34 0,00 14,68 2,18 1,50 Tabelle 5-11: Flächennutzung in Millionen ha in Deutschland für das SW-BAU-Szenario Bebauung Ackerland Grünland Brachland Wald Grasland / Buschland Feuchtgebiete / Schnee / Eis / Wasser 2007 1,66 9,35 6,96 0,00 14,68 2,24 1,50 2030 1,66 11,86 4,51 0,00 14,68 2,18 1,50 2050 1,66 11,72 4,65 0,00 14,68 2,18 1,50 Tabelle 5-12: Flächennutzung in Millionen ha in Deutschland für das SW-N-Szenario Bebauung Ackerland Grünland Brachland Wald Grasland / Buschland Feuchtgebiete / Schnee / Eis / Wasser 2007 1,66 9,35 6,96 0,00 14,68 2,24 1,50 2030 1,66 11,67 4,71 0,00 14,68 2,18 1,50 2050 1,66 11,35 5,02 0,00 14,68 2,18 1,50 Deshalb kommt es in den Kraftstoffszenarien zu keiner Umwandlung von Ackerland in Grünland. Im KS-N-Szenario zeigt das in 2025 in der EU eingeführte Grünlandumbruchverbot Wirkung und verhindert eine Umwandlung von Grünland in Ackerland. In beiden Strom- / Wärme-Szenarien steigt ab 2030, bedingt durch das frei werdende Ackerland, die Grünlandnutzung wieder an. Natürliche Vegetation (Gras- / Buschland) wird bis 2030 in geringem Umfang von 60 Tausend ha umgewandelt. Dies entspricht der natürlichen / naturnahen Fläche, die in Deutschland nicht unter Schutz steht. Waldflächen in Deutschland werden auf Grund des in den Szenarien angenommenen Schutzgebietscharakters ebenfalls nicht gerodet. Eine Ausdehnung der Bebauung ist wegen der in Deutschland rückläufigen Bevölkerungszahlen nicht zu beobachten. 5.3.5 Diskussion der Modellergebnisse Innerhalb des Projekts konnte ein erster Ansatz zur Kopplung eines ökonomischen Modells mit einem räumlichen Landnutzungsmodell entwickelt werden. Allerdings sind weitere Forschungsarbeiten notwendig, um die Abstimmung zwischen den Modellen zu verfeinern und eine stärkere Konvergenz zwischen den Modellergebnissen zu erreichen. Bei den aktuellen Simulationsergebnissen ist zu beachten, dass in allen Szenarien Produktionsmengen, sowohl für Feldfrüchte als auch für Grünland, durch einen Mangel an potenziell nutzbarer Fläche, nicht vollständig von LandSHIFT verortet werden konnten. Bei den Feldfrüchten konnte in den BAU-Szenarien lediglich die Produktion von Reis nicht vollständig verortet werden. Davon entfallen ~90 % auf die Region Nordafrika und 10 % auf Pakistan. Da es sich hierbei in beiden Fällen um Regionen mit großem Brachland / Wüstenanteil handelt, wird die Anbaufläche vor allem durch diesen Umstand natürlich limitiert. Bei Grünland sieht es für BAU ähnlich aus. Auch hier liegen wieder ~90 % in den Wüstenregionen Nordafrikas, die restlichen 10 % im Mittleren Osten. In den Nachhaltigkeitsszenarien gibt es deutlich größere Produktionsmengen sowohl bei den Feldfrüchten als auch bei Weideland, die nicht verortet werden konnten. Stark betroffen sind wieder vor allem Regionen mit wenig potenziell nutzbarem Agrarland wie Nordafrika oder der mittlere Osten. Allerdings sind auch Regionen mit großen Waldflächen (die in diesen Szenarien unter Schutz stehen) wie Skandinavien & Baltische Staaten betroffen, sowie Länder mit einem hohen Anteil von KUP-Flächen (z. B. USA), durch welche die potenziell nutzbare Fläche blockiert wird. 5.3.6 Modellsensitivität und -unsicherheiten Das LandSHIFT Modell wird angetrieben durch die Entwicklung der quantitativen Produktionsmengen einzelner Feldfrüchte und Weidenutzung (Grünland Netto Primärproduktion), Bevölkerungsentwicklung, durch eine Veränderung des Ernteertrags durch technologischen Wandel sowie in diesem Projekt zusätzlich durch den Bedarf an Bioenergieflächen (fixiert). Mit diesen Szenarientreibern erfolgt auf einer Basis-Landbedeckungskarte die Modellierung von Landnutzungsänderungen. Sowohl die Basiskarte als auch die Szenarientreiber wirken sich damit sensitiv auf die Landnutzungsverteilung in den Szenarien aus und beeinflussen sowohl das Risiko des Verlusts an Biodiversität als auch die Veränderung der Kohlenstoffspeicherung in Vegetation und Böden durch Flächenumwandlung (vgl. Kap. 5.4 u. Kap. 5.5). Zur Analyse der Sensitivität von LandSHIFT gegenüber den Veränderungen des BIP sowie der weltweiten Nachfrage nach Biokraftstoffen wurden analog zu MAGNET (Kap. 5.2.4) die vier Sensitivitätsszenarien Plus10BIP, Minus10BIP, Plus20KS und Minus20KS (Abb. 5-28) verwendet. 75 76 Ergebnisse Ergebnisse 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen 4,0 Zudem reagiert das LandSHIFT-Modell sensitiv auf Änderungen in den klimatischen Entwicklungen (siehe Alcamo et al., 2011). Durch diesen Einfluss ändern sich sowohl die Höhe der Ertragspotenziale als auch die räumliche Verortung von landwirtschaftlich nutzbaren Flächen. Im Meilensteine-Projekt wurden mögliche Klimaeinflüsse nicht explizit betrachtet. 0,0 5.3.7 12,0 % 8,0 Weizen Grobgetreide Ölsaaten Zuckerrohr und -rüben -4,0 -8,0 -12,0 Minus10BIP Plus10BIP Minus20KS Deutschland Plus20KS Minus10BIP Plus10BIP Minus20KS Plus20KS Global Abbildung 5-28: Prozentuale Flächenänderungen in 2050 der Sensitivitätsszenarien aus MAGNET (Kap. 5.2.4) im Abbildung 5-28: Prozentuale Flächenänderungen in 2050 der Sensitivitätsszenarien aus MAGNET (Kap. 5.2.4) im Vergleich Vergleich zum KS-BAU-Szenario für ausgewählte Produkte und Regionen. Quelle: Eigene MAGNET-Berechnungen. zum KS-BAU Szenario für ausgewählte Produkte und Regionen. Quelle: eigene MAGNET Berechnungen. Zur gegenüberden den Veränderungen Veränderungendes desBIP BIPsowie sowieder Zur Analyse Analyse der der Sensitivität Sensitivität von von LandSHIFT LandSHIFT gegenüber der weltweiten Nachfrage Biokraftstoffen wurden analog MAGNET (Kap. 5.2.4) weltweiten Nachfrage nachnach Biokraftstoffen wurden analog zu zu MAGNET (Kap. 5.2.4) diedievier vier Sensitivitätsszenarien Plus10BIP, Minus10BIP, Plus20KS Minus20KSverwendet. verwendet.Die Sensitivitätsszenarien Plus10BIP, Minus10BIP, Plus20KS undund Minus20KS Flächeninanspruchnahme verhältverhält sich sich erwartungsgemäß näherungsweise äquivalent zu den Die Flächeninanspruchnahme erwartungsgemäß näherungsweise äquivalent Produktionsänderungen – das BIP–beeinflusst durch die durch höheren in der Produktion zu den Produktionsänderungen das BIP beeinflusst dieSchwankungen höheren Schwankungen in auch die Flächennutzung stärker als die Biokraftstoffnachfrage. Die prozentualen Änderungen der Produktion auch die Flächennutzung stärker als die Biokraftstoffnachfrage. Die prozen-der FlächenÄnderungen in Deutschland etwa den Produktionsänderungen, global die prozentualen tualen derentsprechen Flächen ininDeutschland entsprechen in etwa densind ProduktionsänÄnderungen der Flächen in fast allen Fällen größer als die der prozentuale Produktionsänderung, derungen, global sind die prozentualen Änderungen der Flächen in fast allen Fällen größer insbesondere bei Weizen im Plus10BIP Szenario. Dies resultiert daraus, dass eine Ausdehnung der als die der prozentuale Produktionsänderung, insbesondere bei Weizen im Plus10BIP-SzeAgrarfläche in der Tendenz zu einer Verringerung des durchschnittlichen Ertrags führt, da sich die nario. Dies resultiert daraus, dass eine Ausdehnung der Agrarfläche in der Tendenz zu eiräumliche Verteilung der landwirtschaftlich genutzten Fläche sukzessive hin zu Flächen mit niedrigerem ner Verringerungverschiebt. des durchschnittlichen Ertrags führt,zur daProduktionszunahme sich die räumliche Verteilung der Ertragspotenzial Folge ist eine im Verhältnis überproportionale landwirtschaftlich genutzten Fläche sukzessive hin zu Flächen mit niedrigerem ErtragspoFlächeninanspruchnahme. tenzial verschiebt. Folge ist eine im Verhältnis zur Produktionszunahme überproportionale Die Modellierung der Agrarflächen wird von LandSHIFT, wie Studien in Afrika (Alcamo u. a. 2011) und Flächeninanspruchnahme. Brasilien (Lapola u.der a. 2010) zeigen, sehr abgebildet. Sowohl berechneten Landnutzungskarten Die Modellierung Agrarflächen wirdgut von LandSHIFT, wie die Studien in Afrika (Alcamo et al., weisenund Ackerflächen auchzeigen, die Länderstatistiken sind entsprechend Eine 2011) Brasiliendetailliert (Lapola etaus, al., als 2010) sehr gut abgebildet. Sowohl diedetailliert. berechneVerortung der Weideflächen dagegen ist, wegendetailliert mangelnder historischer undLänderstatistiken aktueller räumlicher ten Landnutzungskarten weisen Ackerflächen aus, als auch die Daten, mit einem hohen Unsicherheitsfaktor verbunden. Diese Informationen sind auch mit sind entsprechend detailliert. Eine Verortung der Weideflächen dagegen ist, wegen manhochaufgelösten Fernerkundungsdaten nicht zu ermitteln, denn Landbedeckungskarten (wie gelnder historischer und aktueller räumlicher Daten, mit einem hohen UnsicherheitsfakGLOBCOVER) weisen diese Informationen nicht aus und auch die Weideflächenstatistiken der einzelnen tor verbunden. Diese Informationen sind auch mit hochaufgelösten Fernerkundungsdaten Länder sind wegen unterschiedlicher Definitionen nicht ohne Vorsicht nutzbar. So spezifizieren einige nicht zunur ermitteln, Landbedeckungskarten (wie GLOBCOVER) InformatiLänder intensiv denn beweidete Flächen als Weideland, andere aber auchweisen Flächendiese mit (nomadischer) onen nicht aus und auch der einzelnen Länder wegen Wanderviehwirtschaft. Dies die führtWeideflächenstatistiken unweigerlich in der Initialisierung des Modells undsind damit auch unin den terschiedlicher Definitionen nicht ohne Vorsicht nutzbar. So spezifizieren Länder nur Simulationsläufen zu einer großen Unsicherheit bei der räumlichen Verteilung voneinige Weideflächen. intensiv beweidete Flächen als Weideland, andere aber auch Flächen mit (nomadischer) Wanderviehwirtschaft. Dies führt unweigerlich in der Initialisierung des Modells und damit auch in den Simulationsläufen zu einer großen Unsicherheit bei der räumlichen Verteilung von Weideflächen. MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, 22.01.2015 73 Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen Die Simulationsergebnisse der gekoppelten Modelle zeigen, dass unterschiedliche Pfade der Biomassenutzung in Verbindung mit verschiedenen Nachhaltigkeitsanforderungen sowohl Auswirkungen auf den Agrarhandel als auch auf die räumlichen Landnutzungsmuster nach sich ziehen. Diese Ergebnisse unterstreichen nochmals den zusätzlichen Wert, den die Kombination der verschiedenen Modellansätze mit sich bringt. Die von LandSHIFT erzeugten Rasterkarten dienen als Eingang für die Analysen möglicher Umweltfolgen durch den Anbau von Biomasse zur energetischen Nutzung (siehe folgende Kapitel). Hier zeigt sich, dass durch die räumliche Verortung von Landnutzung eine wesentliche detailliertere Analyse erfolgen kann als es auf Ebene der MAGNET-Regionen möglich gewesen wäre. 5.4 Ökobilanzielle Bewertung der Bioenergieszenarien In diesem Abschnitt werden die Umweltauswirkungen zukünftiger Bioenergienutzungsszenarien analysiert und bewertet. Zunächst werden das Ziel, die Vorgehensweise und nötige Festlegungen beschrieben (Kap. 5.4.1), dann die Ergebnisse aufgeführt (Kap. 5.4.2) und schließlich Schlussfolgerungen daraus gezogen (Kap. 5.4.3). 5.4.1 Ziel, Vorgehensweise und Festlegungen Das Ziel der ökobilanziellen Analyse besteht darin, die Umweltauswirkungen verschiedener Bioenergieszenarien auszuweisen und zu bewerten. Dabei soll gezeigt werden, wie sich die Umweltwirkungen aufgrund der Bioenergienutzung über den Zeitraum von 2010 bis 2050 in den vier Szenarien entwickeln. Die Analyse wird mittels so genannter Übersichtsökobilanzen durchgeführt, welche eng an die Ökobilanznormen ISO 14040 / 14044 angelehnt sind (Deutsches Institut für Normung e.V., 2006). Wie in der Ökobilanz üblich, werden alle Prozessschritte der Lebenswege von der Biomassebereitstellung über die Konversion bis hin zur Nutzung etwaiger Kuppelprodukte und Entsorgung von Abfällen in die Betrachtung einbezogen. Lebenswegen mit Kuppelprodukten wie Rapsschrot, Glycerin, Gärresten oder Rübenschnitzeln werden die vermiedenen Umweltwirkungen gutgeschrieben, die mit der Produktion äquivalenter Produkte verbunden wären, d. h. es wird die so genannte Gutschriftmethode (Systemraumerweiterung) angewandt, welche nach Maßgabe der Ökobilanznormen gegenüber einer Allokation zu bevorzugen ist. Dies stellt einen Unterschied zu den Rechenregeln der Europäischen Erneuerbare-Energien-Richtlinie dar (siehe Kasten folgende Seite). Weitere Details siehe Anhang A 3.1.4. In der Untersuchung werden die Umweltwirkungen der in BENSIM ermittelten Endenergiemenge aller Bioenergietechnologien bestimmt und in einem Nutzenkorb zusammen mit denen der im jeweiligen Jahr noch verbleibenden fossilen Energien (residualer Mix) darge- 77 78 Ergebnisse stellt. Dabei gibt es zwei unterschiedliche Ansätze, wie viel Gesamtenergie für die Auswertung zugrunde gelegt wird, und damit, wie groß die dargestellte Menge fossiler Energien ist: Ergebnisse Tabelle 5-13: Entwicklung der gesamten Endenergie, der nicht-biogenen erneuerbaren sowie der biogenen und fossilen Energieträger (ET) in Petajoule (PJ) pro Jahr nach (Nitsch et al., 2012) PJ/a 1. Zur Darstellung im Systemvergleich (Abschnitt 5.4.2.1) wird die Endenergie zugrunde gelegt, die in Deutschland gemäß Szenario 2011 A aus (Nitsch et al., 2012) über fossile oder biogene Energieträger abgedeckt wird. Diese entspricht dem dritten Block „Rest“ in Tabelle 5-13 und ändert sich von Jahr zu Jahr. 2. Dagegen wird in allen anschließenden Abschnitten eine einheitliche Endenergiemenge für alle Szenarien und Zeitpunkte festgelegt, nämlich die in jedem Sektor über alle Jahre maximal verfügbare Bioenergie. Die bilanzierte fossile Energiemenge ergibt sich dann als Differenz aus dieser maximalen Bioenergie und der Bioenergiemenge des jeweiligen Jahres und Szenarios. Diese Festlegung wird im Folgenden als Nutzenkorb bezeichnet. Dadurch werden die Ergebnisse zwischen den unterschiedlichen Szenarien und Zeitpunkten vergleichbar. Es wird also angesetzt, dass Biomasse ausschließlich fossile Energieträger ersetzt, nicht jedoch andere erneuerbare Energieträger (gemäß [Nitsch et al., 2012] fortgeschrieben). Die im jeweiligen Fall (Jahr, Bioenergieszenario) nicht durch Bioenergie abgedeckte Energie wird durch den fossilen (Residual-)Mix gestellt, wie er sich im jeweiligen Jahr im Szenario 2011 A nach (Nitsch et al., 2012) darstellt, während die Aufteilung auf die verschiedenen Bioenergieträger sich nach den Analysen mit BENSIM ergibt. Unterschiede zwischen Ökobilanzen nach ISO und Treibhausgasbilanzen nach RED (Anhang V) Die in Anhang V der Europäischen Erneuerbare-Energien-Richtlinie (RED, 2009/28/EG 2009) enthaltenen Regeln für die Berechnung von Treibhausgasbilanzen (für Biokraftstoffe und flüssigen Biobrennstoffen) unterscheiden sich signifikant von der Vorgehensweise nach ISO (Deutsches Institut für Normung e.V., 2006). Dies hängt damit zusammen, dass die RED nicht für politische Analysen entwickelt worden ist, sondern für eine (gerichtsfeste) Regulierung in Bezug auf einzelne Wirtschaftsakteure und einzelne Kraftstofflieferungen. Zu diesem Zweck müssen die Rechenregeln objektiv, transparent und eindeutig sein. Dies erforderte jedoch grobe Vereinfachungen, von denen einzelne aus wissenschaftlicher Sicht mindestens fragwürdig bis falsch sind wie z. B. die Unterscheidung zwischen Nebenprodukten und Reststoffen (die ISO-Normen kennen nur Kuppelprodukte) oder fehlende Bewertung der Emissionen aus der Nutzungsphase (per Definition zu null gesetzt, obwohl CH4- und N2O-Emissionen u. U. nicht vernachlässigbar sind). Ferner sind diverse Einzelregelungen trotz aller Bemühungen der EU-Kommission (Mitteilung 2010/C 160/02 Europäische Kommission, 2010), des Europäischen Komitees für Normung (EN 16214-4:2013, Europäisches Komitee für Normung 2013) und des BioGrace-Projekts (www.biograce.net) weiterhin unklar bzw. nicht eindeutig definiert, insbesondere im Hinblick auf lignozellulosebasierte Biokraftstoffe. Da auch in der Präambel der RED (Abs. 81) empfohlen wird, für politische Analysen die Substitutionsmethode heranzuziehen, werden die Ökobilanzen im Rahmen des vorliegenden Projekts in Anlehnung an die ISO-Normen durchgeführt, da sie u. E. die Realität besser abbilden. Diese Ergebnisse sind nicht mit Ergebnissen vergleichbar, die nach der RED-Methode bilanziert wurden. Endenergie gesamt Kraftstoffe * Strom ** Wärme *** 2050 Davon nicht-biogene erneuerbare ET 2010 2030 2010 2030 1,989 1,466 1,182 0 1,647 1,824 1,888 252 4,599 3,346 2,451 41 356 Rest = Biogene bzw. fossile ET 2050 2010 2030 2050 100 227 1,989 1,366 955 1,058 1,548 1,394 766 340 661 4,558 2,990 1,790 * Hier nur Straßenverkehr; Wasserstoff wird zu den biogenen Energieträgern gerechnet, Elektrofahrzeuge und Plug-in-Hybride als mit Strom aus nicht-biogenen erneuerbaren Quellen betrieben gezählt ** Auch aus Kraft-Wärme-Kopplung *** Brennstoffenergie, ohne Strom zur Wärmeerzeugung 5.4.2 Ergebnisse Dieses Kapitel ist in drei Abschnitte gegliedert. Zunächst wird die Darstellung der Umweltwirkungen am Beispiel des gesamten Energiesystems (außer den nicht biogenen erneuerbaren Energien) erklärt (5.4.2.1), danach werden die technologiebezogenen Ergebnisse untereinander verglichen (5.4.2.2). Weiter werden die Umweltwirkungen der Landnutzungsänderungen dargestellt (5.4.2.3) und schließlich die Sensitivität der Ergebnisse gegenüber einigen Rahmenbedingungen diskutiert (5.4.2.4). 5.4.2.1 Systemvergleich Dieser stellt die Umweltwirkungen dar, die durch die biogene und fossile Kraftstoff-, Stromund Wärmeproduktion und -nutzung (als Teil des Energiesystems) verursacht werden. Die Betrachtung umfasst den Zeitraum von 2010 bis 2050 in den vier Szenarien Kraftstoff-BAU (= Business as usual, KS-BAU), Kraftstoff-Nachhaltig (KS-N), Strom- / Wärme-BAU (SW-BAU) und Strom- / Wärme-Nachhaltig (SW-N). Die Gesamt-Energiemengen für die einzelnen Sektoren sind aus (Nitsch et al., 2012), Szenario 2011 A entnommen, die Bioenergiemengen stammen aus BENSIM. Die berechneten Umweltwirkungen der Energieerzeugung entsprechen der abgeschätzten Entwicklung und nicht der offiziellen Berichterstattung. In Abbildung 5-29 werden die Umweltwirkungen ohne etwaige Landnutzungsänderungen dargestellt. Letztere werden in Abschnitt 5.4.2.3 gesondert betrachtet. Ergebnisse Der dargestellte Systemvergleich zeigt zwar in allen Szenarien über die Jahre zurückgehende Umweltwirkungen, diese sind allerdings auch dem sich verringernden Endenergiebedarf geschuldet. Grund hierfür ist, dass einerseits der Endenergiebedarf nach und nach zurückgeht und andererseits die anderen erneuerbaren Energien einen immer größeren Anteil an der Energieversorgung haben werden. 79 Meilensteine2030 2030––Handlungsempfehlungen Handlungsempfehlungen 77Meilensteine 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen Feinstaubbelastung 1800 400 1600 1400 200 500 200 200 81 Versauerung Versauerung Feinstaubbelastung 180 1800 160 1600 1600 1500 1500 1400 SW-N SW-N SW-BAU SW-BAU KS-N KS-N KS-BAU KS-BAU 1000 400 400 Ergebnisse 140 1400 Tsd. Tsd. tt PM10 PM10-Äquiv. -Äquiv. 600 1500 600 600 2000 2000 1800 tt SO 22 -Äquiv. Tsd.Tsd. t PM10 -Äquiv. Tsd. SO-Äquiv. 22 -Äquiv. Mio. tt CO Tsd. t SO 2 -Äquiv. Mio. CO -Äquiv. Mio. t CO 2 -Äquiv. SW-N SW-BAU 800 KS-BAU 1000 Szenario ein negativer Balken für den aus fossilen Quellen gelieferten Strom, was sich in den Grafiken der Umweltwirkungen fortsetzt. Dies liegt daran, dass mehr Strom aus biogenen Quellen produziert wird als nach Leitstudie Treibhauseffekt (ohne LUC)so dass die noch zu ersetzende Versauerung bzw. Tabelle 5-13 nötig, Strommenge negativ 2000 wird. Mit anderen Worten stünde hier elektrische Energie zur Verfügung, die in zusätzliche sinnvolle Anwendungen gespeist werden kann. 800 800 800 SW-N Bei2030 der Darstellung der Endenergie zeigt sich 2050 insbesondere im SW-N7 Meilensteine – Handlungsempfehlungen 1000 Treibhauseffekt(ohne (ohneLUC) LUC) Treibhauseffekt Versauerung 1000 1000 2000 Treibhauseffekt (ohne LUC) SW-BAU Daher können die dargestellten Zeitpunkte nicht miteinander verglichen werden. Für einen Vergleich zwischen den Jahresschritten siehe nächster Abschnitt. KS-N Ergebnisse KS-BAU 80 1200 1000 1000 1000 800 500 600 500 400 120 1200 100 1000 80 800 60 600 40 400 Tsd. t PM10 -Äquiv. 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 SW-N SW-N 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 SW-BAU SW-BAU 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2010 2010 2050 2010 2050 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2010 2010 2050 2010 2050 2050 Tsd. t PM10 -Äquiv. 2010 2010 2010 2050 2050 2050 KS-N KS-N 2010 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2050 PJ PJ 2010 2010 2010 2050 2050 2050 KS-BAU KS-BAU Tsd. tPJ PM10 -Äquiv. 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2050 SW-N 2010 2010 2050 2010 2050 SW-BAU 2010 2050 2010 2010 2050 2050 Tsd. t PM10 -Äquiv. PJ 2050 2010 2050 2010 2050 2010 2050 2010 2050 2010 2010 2050 2050 Tsd.2010 t PM10 -Äquiv. 2010 2050 2050 2050 KS-N 2010 2010 2050 2010 KS-BAU 2010 Tsd. t PM10 -Äquiv. 2050 Tsd. t SO 2 -Äquiv. 2050 SW-N 2010 2010 2050 SW-N 2010 2050 2050 SW-BAU 2010 2010 2050 SW-BAU 2010 2050 2050 KS-N 2010 2050 2010 2050 KS-N 2010 KS-BAU 2010 2050 2010 KS-BAU 2010 2050 2010 2050 2010 2050 2010 2050 2010 PJ Mio. t CO 2 -Äquiv. 2050 2010 SW-N 2050 2010 SW-BAU 2050 2010 KS-N 2050 KS-BAU 2010 Tsd. t SO 22 -Äquiv. Mio. t CO 22 -Äquiv. KS-N 20 200 1500 Beim Treibhauseffekt schlagen die Bioenergieträger in nur geringem Maße zu 200 0 0 1200 Buche, während sie bei Versauerung und Feinstaubbelastung in allen Sze0 000 600 0 narien bis 2050 auf teils über die Hälfte der gesamten Emissionen ansteigen. 0 1000 -20 -200 1000 Dabei liegt beispielsweise 2050 im Szenario SW-N, wo die Bioenergie einen -200 800 -200 -500 -40 -200 -500 -400 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen Anteil von 65 % an der Versauerung hat, der Bioenergieanteil bei nur 40 %. 400 -200600 -500 -400 Hier ist die bekannte Tatsache zu erkennen, dass Bioenergieträger aus An500 baubiomasse verglichen mit fossilen Energien weniger zum Treibhauseffekt 400 200 (und zum Verbrauch nicht erneuerbarer Ressourcen), aber typischerweise in 200 Treibhauseffekt Versauerung Feinstaubbelastung Endenergie(System (Systemohne ohneandere andereEE) EE) Bioenergieanteil (Systemohne ohneandere andereEE) EE) Endenergie Bioenergieanteil (System erhöhtem Maße zu anderen Umweltwirkungen beitragen.(ohne LUC) 1000 0 2000 1800 Endenergie (System ohne andere EE) Bioenergieanteil (System ohne andere EE) 0 9000 Fossiler Wärmemix 60% 9000 0 60% 5000 Der Rückgang der Treibhausgasemissionen ist im Szenario SW-N am größten Fossiler Strommix 9000 60%-200 1600 8000 Fossiler Kraftstoffmix 8000 (man beachte den negativen Balken), bei der Versauerung hingegen ist der 800 8000 1400 50% 50% -200 -500 größer, d. h. es liegt ein Zielkonflikt 1500 -400 Weitere biogene Wärme Rückgang in den drei anderen Szenarien 70004000 7000 50% Scheitholz für Öfen 1200 7000 vor. 6000 Weiterer biogener Strom 6000 600 40% 40% 1000 3000 6000 1000 40% 5000 Biomethan-BHKW 5000 800 PflanzenöI-BHKW 5000 Fossiler Wärmemix Bioenergieanteil (System ohne andere EE) 400 Endenergie (System ohne andere EE) 30% 4000 2000 30% Flexibles Biogas-BHKW 4000 5000 600 Fossiler Strommix 9000 60% 30% 4000 Biogas-BHKW 500 Fossiler Kraftstoffmix 3000 3000 400 Weitere Biokraftstoffe 200 8000 1000 3000 Weitere biogene Wärme 20% 4000 20% 2000 Biomethan-Kraftstoff 50% 200 2000 20% Scheitholz für Öfen 7000 2000 Biodiesel 0 Weiterer biogener Strom 0 1000 0 1000 0 6000 3000 10% Bioethanol Lignocellulose 10% Biomethan-BHKW 1000 40% 10% -200 00 Bioethanol aus Stärke PflanzenöI-BHKW 5000 0 Biogene Wärme -1000 2000 -200 -500 -400 Flexibles Biogas-BHKW 0% -1000 Biogener Strom 0% -1000 30% 4000 Biogas-BHKW 0% -1000 Biokraftstoffe Weitere Biokraftstoffe 1000 3000 IFEU 2014 Biomethan-Kraftstoff 20% 2000 Biodiesel Abbildung 5-29: Umweltwirkungen der fossilen und biogenen Energiebereitstellung (ohne LandnutzungsänderunFossiler Wärmemix Endenergie (System ohne andere EE) Bioenergieanteil (System ohne andere EE) 0 Bioethanol Lignocellulose gen) sowie5000 Endenergie aus fossilen und biogenen Energieträgern den vier Szenarien Energiebereitstellung 2010, 2030 und 2050. Im Abbildung 5-29: Umweltwirkungen der fossilen in und biogenen Energiebereitstellung (ohne L Fossiler Strommix Abbildung 5-29: Umweltwirkungen der fossilen und biogenen (ohne 9000 60% 1000 10% Bioethanol aus Stärke der fossilen Block „Bioenergieanteil“ ist Energiebereitstellung das Verhältnis des jeweiligen Bioenergie-Balkenabschnitts im Block „Endenergie“sowie Abbildung 5-29: Umweltwirkungen und Fossiler biogenen (ohne Landnutzungsänderungen) Kraftstoffmix Endenergie aus fossilen und biogenen Energieträgern in den 4 Szenarien 2 Endenergie aus fossilen und biogenen Energieträgern in den 4 Szenarien 20 0 Biogene Wärme 8000 -1000 zum Gesamtbalken dargestellt. DieWärme Bandbreiten stellen einen Entwicklungskorridor der Bioenergie dar, der die Weitere biogene 4000 Endenergie aus fossilen und Unsicherheiten biogenen Energieträgern in den 4 Szenarien 2010, 2030 und Bioenergie-Balkenabschn 2050. Im Block „Bioenergieanteil“ ist das Verhältnis desBlockheizkraftwerk. jeweiligen zukünftiger technologischerist Entwicklungen abbildet. BHKW: EE: Erneuerbare Biogener Strom „Bioenergieanteil“ das Verhältnis des jeweiligen Bioenergie-Balkenabschn 50% Scheitholz für Öfen 0% -1000 7000 „Bioenergieanteil“ ist das Verhältnis des jeweiligen im Block zum Energien. PM10: Particulate MatterBioenergie-Balkenabschnitts unter 10 µm (Feinstaub). Biokraftstoffe Gesamtbalken dargestellt. Die Bandbreiten Bandbreiten stellen„Endenergie“ einen Entwicklungskorrid Entwicklungskorri Gesamtbalken dargestellt. Die stellen einen Weiterer biogener Strom 3000 Gesamtbalken dargestellt. Die Bandbreiten stellen einen Entwicklungskorridor der Bioenergie dar, der 6000 IFEU 2014 Biomethan-BHKW Unsicherheitenzukünftiger zukünftigertechnologischer technologischerEntwicklungen Entwicklungenabbildet. abbildet.die BHKW:Blo Blo Unsicherheiten BHKW: 40% Unsicherheiten zukünftiger technologischer Entwicklungen abbildet. BHKW: Blockheizkraftwerk. EE: Erneuerbare PflanzenöI-BHKW 5000 Energien.PM10: PM10:Particulate ParticulateMatter Matterunter unter10 10µm µm(Feinstaub). (Feinstaub). Energien. 2000 Flexibles Biogas-BHKW Energien. PM10: Particulate Matter unter 10 µm (Feinstaub). 30% Biogas-BHKW Abbildung 5-29: Umweltwirkungen der fossilen und biogenen Energiebereitstellung 4000 (ohne Landnutzungsänderungen) sowie Weitere Biokraftstoffe 1000 3000 2010, 2030 und 2050. Im Block Endenergie aus fossilen und biogenen Energieträgern in den 4 Szenarien Biomethan-Kraftstoff 20% „Bioenergieanteil“ ist das Verhältnis des jeweiligen Bioenergie-Balkenabschnitts im Block „Endenergie“ zum 2000 Biodiesel 0 Bioethanol Lignocellulose Gesamtbalken dargestellt. Die Bandbreiten stellen einen Entwicklungskorridor der Bioenergie dar, der die 200 Ergebnisse 0 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen 4500 Treibhauseffekt (ohne LUC) 1000 3000 300 250 400 80 300 60 200 600 1500 150 1000 400 500 100 In diesem Abschnitt werden die Umweltwirkungen analysiert, die bei jeweils gleicher Endenergie (Kraftstoff, Strom, Wärme) vollständig durch Bioenergie gedeckt werden können. 50 Dabei wird über alle Szenarien und7Zeitpunkte hinweg in2030 jedem Sektor der maximal durch Meilensteine – Handlungsempfehlungen Bioenergie bereitstellbare Nutzen als Normierung für die Darstellung genommen. Die je0 weilige Differenz zum maximalen Nutzen wird durch fossile Kraftstoff-, Strom- bzw. Wärme- 10040 200 0 0 020 0 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Nährstoffeintrag 500 100 2000 200 900 160 800 140 700 120 600 2500 800 PJ Tsd. t SO 2 -Äquiv. Mio. t CO 2 -Äquiv. Versauerung 3500 350 5.4.2.2 Technologien 4000 1200 Tsd. t PM 10 -Äquiv. Tsd. t PO 4 -Äquiv. 400 Feinstaubbelastung 1000 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Dargestellt werden die Treibhausgasemissionen, die im Szenario KS-BAU im Jahr 2010 mit der fossilen und biogenen Energiebereitstellung verbunden sind. Insgesamt ergeben sich Emissionen von rund 900 Mio. t CO2-Äquiv. Dem Block „Endenergie“ lässt sich entnehmen, auf welche bereitgestellten Energiemengen die Treibhausgasemissionen zurückzuführen sind. Mit der Bereitstellung von gut 4 Exajoule (EJ; 1 EJ = 1.000 PJ) Wärmeenergie über fossile Energieträger (s. Block „Endenergie“) sind gut 400 Mio. t CO2-Äquiv. verbunden. Mit der Bereitstellung von ca. 600 PJ biogener Energie sind lediglich ca. 20 Mio. t CO2-Äquiv. verbunden. Energieaufwand (nicht erneuerbar) 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Lesebeispiel für den ersten Balken im Block „Treibhauseffekt“, Abb. 5-29 auf der vorigen Seite: 83 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 0 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Ergebnisse 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 82 20 2 Tsd. t PM 10 -Äquiv. 50 4000 2010 2010 2015 2015 2020 2020 2025 2025 2030 2030 2035 2035 2040 2040 2045 2045 2050 2050 0 0 3500 3000 PJ Energieaufwand (nicht erneuerbar) 2500 Energieaufwand (nicht erneuerbar) 4500 4500 2000 0 0 2010 2010 2015 2015 2020 2020 2025 2025 2030 2030 2035 2035 2040 2040 2045 2045 2050 M 10 -Äquiv.2050 50 50 1000 1000 stellung von Biodiesel zurückzuführen. 2050 2040 2030 2020 2010 Tsd. t PM 10 -Äquiv. Tsd. t PO 4 -Äquiv. Tsd. t PM 10 -Äquiv. 2010 2010 2015 2015 2020 2020 2025 2025 2030 2030 2035 2035 2040 2040 2045 2045 2050 2050 40 40 Feinstaubbelastung IFEU 2014 Fossiler Wärmemix 1000 1000 Fossiler Strommix 20 20 900 Abbildung bei normierter Endenergie (Summen aus biogener und fossiler Fossiler Kraftstoffmix 900 5-30: Umweltwirkungen der Energiebereitstellung Abbildung 5-30: Umweltwirkungen der Energiebereitstellung normierter Endenergie (Summen aus biogener Endenergie identisch): Differenzierung nach Technologien und Jahren fürbei das KS-BAU-Szenario. 800 Weitere biogene Wärme 0 0 800 und fossiler Endenergie identisch): Differenzierung nach Technologien und Jahren für das KS-BAU-Szenario. Scheitholz für Öfen 700 700 Weiterer biogener Strom 600 Biomethan-BHKW 600 500 Fossiler Wärmemix Feinstaubbelastung Fossiler Wärmemix Feinstaubbelastung PflanzenöI-BHKW 1000 1000 500 MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, 22.01.2015 22.01.2015 Fossiler Strommix Fossiler Strommix 400 Flexibles Biogas-BHKW 900 Energieaufwand (nicht erneuerbar) 4500 200200 2010 2010 2015 2015 2020 2020 2025 2025 2030 2030 2035 2035 2040 2040 2045 2045 2050 2050 t PM 10 -Äquiv. 100100 Tsd. t PO 4 -Äquiv. 2010 Tsd. t PO 4 -Äquiv. 2010 2015 2015 2020 2020 2025 2025 2030 2030 2035 2035 2040 2040 2045 2045 2050 2050 Tsd. t SO 2 -Äquiv. PJ Tsd. t SO 2 -Äquiv. Tsd. t SO 2 -Äquiv. 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Mio. t CO 2 -Äquiv. Mio. t CO 2 -Äquiv. Mio. t CO 2 -Äquiv. produktion aufgefüllt. Daher sinkt z. B. in den Kraftstoff-Szenarien der dargestellte fossile Kraftstoffanteil bis 2050 auf null (wenn das betreffende Szenario die höchste Abbildung 5-30: Nährstoffeintrag Umweltwirkungen der Energiebereitstellung bei normierter Endenergie (Sum Treibhauseffekt (ohne LUC) produzierte Versauerung 1200 160 Biokraftstoffmenge aufweist) bzw. nahe null.400 Endenergie identisch): Differenzierung nach Technologien und Jahren für das KS Fossiler Wärmemix Energieaufwand (nicht erneuerbar) Feinstaubbelastung Auch in diesem Abschnitt werden etwaige Landnutzungsänderungen nicht berücksichtigt. 1000 4500 1000 350 140 Fossiler Strommix Letztere werden im nächsten Abschnitt gesondert betrachtet. 1000 900 Meilensteine Handlungsempfehlungen 7 7Meilensteine – –Handlungsempfehlungen Fossiler Kraftstoffmix Zunächst werden2030 in2030 Abbildung 5-30 die Umweltwirkungen der Energiebereitstellung, diffe- 4000 900 300 Kraftstoff-BAU-Szenario dargestellt. 120 800 renziert nach Technologien und Jahren, für das Weitere biogene Wärme 800 3500 800 Scheitholz für Öfen 700 250 100 700 Weiterer biogener Strom 3000 Treibhauseffekt (ohne LUC) Versauerung Nährstoffeintrag Treibhauseffekt (ohne LUC) Versauerung Nährstoffeintrag Lesebeispiel für den ersten und den letzten600 Balken im Block „Treibhauseffe 1200 200 1200 600 80600 160160 400400 Biomethan-BHKW 500 2500 PflanzenöI-BHKW Dargestellt werden die Treibhausgasemissionen, die im Szenario KS-BAU 150 60500 140140 350350 400 Flexibles Biogas-BHKW 1000 2000 400 1000 400 fossiler und biogener Energiebereitstellung 2050 mit verbunden sind. Die E 300 Biogas-BHKW 120 100 40 300300 1500 120 250 Mio. t CO22-Äquiv. im Jah 330 Mio. 300 t CO22-Äquiv. im Jahr 2010 auf gut Weitere Biokraftstoffe 200 200 800800 50 20 250250 1000 100100 Biomethan-Kraftstoff Treibhausgasemissionen aus der Bereitstellung fossiler und biogener Kra 100 200 Biodiesel schen0100 2010 und 2050 von ca. 90 auf ca. 400Mio. t CO22-Äquiv. Der Großteil 0 0500 80 80 600600 200200 Bioethanol Lignocellulose biogener0 Energieträger resultierenden Treibhausgasemissionen im Jahr 2 0 60 60 Bioethanol aus Stärke 150150 400400 84 Ergebnisse Ergebnisse Ergebnisse zu Abbildung 5-31 Lesebeispiel für den ersten und letzten Balken im Block „Treibhauseffekt“, zu Abb. 5-30: Dargestellt werden die Treibhausgasemissionen, die im Szenario KS-BAU in den Jahren 2010 und 2050 mit fossiler und biogener Energiebereitstellung verbunden sind. Die Emissionen sinken von ca. 330 Mio. t CO2-Äquiv. im Jahr 2010 auf gut 250 Mio. t CO2-Äquiv. im Jahr 2050. Die Summe der Treibhausgasemissionen aus der Bereitstellung fossiler und biogener Kraftstoffe halbiert sich zwischen 2010 und 2050 von ca. 90 auf ca. 40 Mio. t CO2-Äquiv. Der Großteil der aus der Verwendung biogener Energieträger resultierenden Treibhausgasemissionen im Jahr 2050 ist auf die Bereitstellung von Biodiesel zurückzuführen. Gut erkennbar ist, dass die Umweltwirkungen in den Nachhaltigkeitsszenarien gegen 2050 in der Regel niedriger ausfallen als in den BAU-Szenarien. Eine Ausnahme bildet hier das SW-N-Szenario mit zwar deutlich sinkenden Treibhausgasemissionen zwischen 2030 und 2050, aber nahezu unveränderten Werten für die Versauerung. Im Vergleich zwischen den Kraftstoff- und den Strom- / Wärme-Szenarien fällt kein signifikanter Unterschied auf. Auch hier sind allerdings ähnliche Effekte wie im vorstehenden Fall erkennbar: Während der Beitrag zum Treibhauseffekt in den SW Szenarien in Zukunft deutlich geringer wird als in den KSSzenarien, liegen die anderen Umweltwirkungen in den SW-Szenarien höher (Zielkonflikt). Ergebnisse zu Abbildung 5-30 Die Treibhausgasemissionen und der (nicht-erneuerbare) Energieaufwand sinken über die Jahre. Grund hierfür ist der steigende Anteil der Bioenergieträger, die weniger Treibhausgasemissionen und Energieverbrauch aus fossilen Ressourcen verursachen. Bei den anderen Umweltwirkungen gibt es zum Teil wenig Variation. Die Ursache liegt darin, dass die versauernden, eutrophierenden und Feinstaub bildenden Emissionen aus der Landwirtschaft auch in Zukunft ähnlich den oder teilweise höher als die entsprechenden Emissionen aus fossilen Energiequellen sind. Bei steigendem biogenem Anteil können die Gesamtemissionen in diesen Umweltwirkungen also nicht so stark sinken, sondern im Extremfall (ausschließlich Bioenergie) sogar noch ansteigen. Die Tatsache der teils steigenden Gesamtemissionen lässt sich anhand der dargestellten Band-breiten z. B. beim Nährstoffeintrag nachvollziehen, die aufzeigen sollen, wie die Umweltwirkungen der Bioenergieträger – in einem als realistisch eingeschätzten günstigen und einem ungünstigen Fall – aussehen, die sich z. B. durch Umweltauflagen, Innovation in der Technologie oder Innovation durch Technologiesprung ergeben. Die Ergebnisse der anderen Szenarien (KS-N, KS-BAU-B, SW-BAU, SW-N und SW-BAU-B) sind im Anhang A 2.1 dargestellt. Zu den Unterschieden siehe nächster Abschnitt. In der Abbildung 5-31 werden ausgewählte Umweltwirkungen in allen untersuchten Szenarien zu jeweils drei Zeitpunkten dargestellt (2010, 2030, 2050), um Aussagen über die Szenarien hinweg treffen zu können. Die Daten für das Kraftstoff-BAU-Szenario entsprechen den Ergebnissen in Abbildung 5-30. Lesebeispiel für den sechsten und den letzten Balken im Block „Versauerung“ (Abb. 5-31): Dargestellt werden die Säurebildneremissionen der Szenarien KS-N und SW-N im Jahr 2050. Das Versauerungspotenzial ist im Szenario KS-N mit ca. 700 Tsd. t SO2-Äquiv. geringer als im Szenario SW-N (ca. 850 Tsd. t SO2-Äquiv.). Das größte Versauerungspotenzial weist im Szenario KS-N die Bereitstellung von Biomethan auf und im Szenario SW-N die Bereitstellung von Biogas. Aufgrund von Unsicherheiten in Bezug auf die technologische Entwicklung der Bereitstellung von Biogas ist die Ergebnisbandbreite im Szenario SW-N deutlich größer als im Szenario KS-N. Lesebeispiel für den Block „Endenergie normiert (max. Bioenergie)“: Dargestellt wird die Zusammensetzung der in den einzelnen Sektoren, Szenarien und Jahren bereitgestellten Endenergie. Die Summe aus biogener und fossiler Energiebereitstellung ist je Sektor konstant. Über alle drei Sektoren beträgt die Summe in allen Szenarien und Jahren ca. 2.700 PJ. So werden im Jahr 2050 im Szenario KS-N mehr Kraftstoffe aus Biomasse bereitgestellt als in den anderen Szenarien und Zeitscheiben (etwa 1.000 PJ). Die Normierung auf diesen Maximalwert lässt dort die Energiebereitstellung über fossile Kraftstoffe auf null sinken. Entsprechend werden maximal 1.100 PJ biogener Strom bereitgestellt, und zwar im Szenario SW-N im Jahr 2050, so dass dort die Energiebereitstellung über den fossilen Strommix auf null sinkt. Die maximal biogen bereitgestellte Wärme liegt bei knapp 600 PJ im Jahr 2010 (in allen Szenarien). In der Summe ergeben sich daraus die oben genannten 2.700 PJ. 85 00 dlungsempfehlungen 2010 2050 600 500 400 300 SW-N SW-N SW-BAU SW-BAU KS-N KS-N KS-BAU KS-BAU 2500 2500 40% 40% 2000 2000 30% 30% 1500 1500 PJ PJ Tsd. Tsd. tt PM10 PM10-Äquiv. -Äquiv. 700 20% 20% 1000 1000 10% 10% 500 500 0%0% 00 IFEU 2014 F 500 50 F F W 400 40 S W 300 30 B P 200 20 F B W 100 10 B B B B B -100 -10 B B 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 00 Abbildung 5-31: Treibhauseffekt, Versauerung und Feinstaubbelastung bei normierter Endenergie (Summen aus Fossiler Wärmemix biogener und fossiler Endenergie identisch), Bioanteil an und dieserFeinstaubbelastung und Aufschlüsselung der Endenergie Endenergie 5000 Abbildung 5-31: Treibhauseffekt, Versauerung bei normierter Fossiler Strommix Abbildung 5-31: Treibhauseffekt, Versauerung undEndenergie Feinstaubbelastung bei normierter Endenerg (Energiegehalte Kraftstoff, Strom, Wärme) auf fossile und Bioenergieträger in den vier Szenarien für 2010, 2030 Fossiler Kraftstoffmix fossiler Endenergie identisch), Bioanteil an dieser Endenergie und Aufschlüsselun fossiler Endenergie identisch), Bioanteil an dieser Endenergie und Aufschlüsselu und 2050. 4000 Weitere biogene Wärme halte halteKraftstoff, Kraftstoff,Strom, Strom,Wärme) Wärme)auf auffossile fossileund undBioenergieträger Bioenergieträgerininden denvier vierSze Sz Scheitholz für Öfen 2050. 2050. Weiterer biogener Strom 5.4.2.3 Landnutzung 3000 Biomethan-BHKW Dieser Abschnitt zeigt die Landnutzungsänderungen und daraus resultierenden TreibhausPflanzenöI-BHKW gasemissionen auf, die sich in den Kraftstoff-Szenarien aufgrund unterschiedlicher Bio2000 Flexibles Biogas-BHKW Biogas-BHKW energienutzung zusätzlich zu den Emissionen aus den Technologien ergeben. Da in den 5.4.2.3 Landnutzung 5.4.2.3 Landnutzung Weitere Biokraftstoffe Strom- / Wärme-Szenarien nur unwesentiche Mengen an (welt-)handelbarer Biomasse in 1000 Biomethan-Kraftstoff die energetische Nutzung gehen, ist hier eine sinnvolle Auswertung nicht möglich. Biodiesel Wenn in einem Szenario (oder einer Zeitscheibe) höhere Biomassemengen zur EnergieDieser Abschnitt zeigt und resultierend Dieser Abschnitt zeigtdie dieLandnutzungsänderungen Landnutzungsänderungen unddaraus daraus resultieren 0 Bioethanol Lignocellulose bereitstellung eingesetzt werden als in einem anderen, muss berücksichtigt werden, dass Bioethanol aus Stärke onen auf, ininden Kraftstoff-Szenarien unterschiedlicher Bioen onenAnbaubiomasse auf,die diesich sich denproduziert Kraftstoff-Szenarien aufgrund unterschiedlicher Bioe zusätzlich werden muss (bzw.aufgrund Reststoffe nicht für andere AufBiogene Wärme -1000 gaben zur Verfügung stehen). Die Konsequenz dieser Mehrbelastung ist eine zusätzliche zu den Emissionen aus den Technologien ergeben. Da in den Strom-/Wärme-S zu den Emissionen aus den Technologien ergeben. Da in den Strom-/WärmeBiogener Strom Landnutzung für Bioenergie, die einerseits direkte Landnutzungsänderungen zur Folge haBiokraftstoffe liche licheMengen Mengenan an(welt-)handelbarer (welt-)handelbarerBiomasse Biomasseinindie dieenergetische energetischeNutzung Nutzunggehe geh ben kann, wenn für Energiepflanzen Grünland, Brache oder natürliche Landschaften umgenicht Auswertung nichtmöglich. möglich. indirekte Landnutzungsänderungen, wenn auf bestehenden brochen werden, andererseits IFEU Auswertung 2014 Ackerflächen neu Energiepflanzen angebaut werden, was dazu führt, dass die vormals dort produzierten Nahrungs- oder Futtermittel anderswo angebaut werden müssen. 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 Endenergie normiert (max. Bioenergie) 3000 Fossiler Wärmemix 5000 Fossiler Strommix 2500 Fossiler Kraftstoffmix Weitere biogene Wärme 4000 2000 Scheitholz für Öfen Weiterer biogener Strom 3000 Biomethan-BHKW 1500 PflanzenöI-BHKW 2000 Flexibles Biogas-BHKW Biogas-BHKW 1000 Weitere Biokraftstoffe 1000 Biomethan-Kraftstoff 500 Biodiesel 0 Bioethanol Lignocellulose Bioethanol aus Stärke 0-1000 Biogene Wärme Biogener Strom Biokraftstoffe 0 87 Tsd. Tsd. tt PM10 PM10-Äquiv. -Äquiv. 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2010 2010 2010 100 2050 2050 2010 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 PJ PJ 2010 2010 2010 2050 2050 2010 0 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2050 100 50% 50% Endenergie Bioenergie) Endenergienormiert normiert(max. (max. Bioenergie) 3000 3000 200 2010 2010 Tsd. t PM10 Tsd. SO -Äquiv. Tsd. tt-Äquiv. SO22 -Äquiv. SW-N SW-N 2050 2050 1000 20010% 500 0 0% 600 800 2050 2010 2010 2010 SW-N SW-N SW-BAU SW-BAU KS-N KS-N KS-BAU KS-BAU 400 1500 20% 300 PJ Tsd. t PM10 -Äquiv. 2500 70040% 600 2000 50030% 800 700 1000 500 600 400 400 300 200 200 0 100 Bioenergie Endenergie) Bioenergie(Anteil (Anteilanan Endenergie) 60% 60% 900 1200 800 0 Bioenergie (Anteil an Endenergie) Feinstaubbelastung 100060% Endenergie normiert (max. Bioenergie) 900 3000 50% 800 energie) Feinstaubbelastung 1600 1000 1400 900 Feinstaubbelastung 1000 Tsd. t PM10 -Äquiv. SW-BAU SW-BAU 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2050 2050 2050 2010 2050 2010 2010 2010 1200 200 1000 150 800 100 600 50 400 0 200 Versauerung 1800 1400 250 2010 2010 tt CO Mio. CO22 -Äquiv. -Äquiv. Tsd. t Mio. SO 2 -Äquiv. SW-N 1600 300 0 SW-N Versauerung KS-N KS-N 350 1800 2010 e LUC) KS-BAU KS-BAU Treibhauseffekt (ohne LUC) 400 Ergebnisse Tsd. t PM10 -Äquiv. Tsd. t PM10 -Äquiv. 00 100 100 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 200 200 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2030 – Handlungsempfehlungen 867 Meilensteine Ergebnisse 5050 Wenn Wenninineinem einemSzenario Szenario(oder (odereiner einerZeitscheibe) Zeitscheibe)höhere höhereBiomassemengen Biomassemengenzu Tsd. t PM10 -Äquiv. FossilerTreibhauseffekt, Wärmemix Versauerung und Feinstaubbelastung bei normierter Endenergie (Summen aus biogener und nergie) Abbildung 5-31: 5000 Fossiler Strommix eingesetzt eingesetztwerden werdenals alsinineinem einemanderen, anderen,muss mussberücksichtigt berücksichtigtwerden, werden,dass dassAn A fossiler Endenergie identisch), Bioanteil an dieser Endenergie und Aufschlüsselung der Endenergie (EnergiegeFossiler Kraftstoffmix bei normierter Endenergie (Summen aus biogener und Versauerung und Feinstaubbelastung halte Kraftstoff, Strom, Wärme) auf fossile und Bioenergieträger in den vier Szenarien für 2010, 2030 und produziert produziertwerden werdenmuss muss(bzw. (bzw.Reststoffe Reststoffenicht nichtfür fürandere andereAufgaben Aufgabenzur zurVerfügu Verfüg Weitere biogene Wärme 4000 identisch), Bioanteil an dieser Endenergie und Aufschlüsselung der Endenergie (Energiege2050. Scheitholz für Öfen quenz dieser Mehrbelastung ist eine zusätzliche Landnutzung für Bioenergie quenz dieser Mehrbelastung ist eine zusätzliche Landnutzung für Bioenergi rom, Wärme) auf Weiterer fossile und Bioenergieträger in den vier Szenarien für 2010, 2030 und biogener Strom 3000 Landnutzungsänderungen Landnutzungsänderungenzur zurFolge Folgehaben habenkann, kann,wenn wennfür fürEnergiepflanzen Energiepflanzen Biomethan-BHKW PflanzenöI-BHKW 2000 Biogas-BHKW 5.4.2.3 Flexibles Landnutzung Biogas-BHKW MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, 22.01.2015 MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, 22.01.2015 Weitere Biokraftstoffe 1000 Biomethan-Kraftstoff 88 Ergebnisse Ergebnisse Beschreibung der Vorgehensweise und Randbedingungen: Untersucht werden die durch Landnutzungsänderungen bedingten Treibhausgasemissionen in den Szenarien KS-BAU und KS-N. Das Referenzjahr der Abschreibung ist 2005; die Abschreibedauer beträgt 20 Jahre. Zunächst werden die aus MAGNET und LandSHIFT entnehmbaren Daten zu Flächenbelegungen aufgrund des Anbaus von Energiepflanzen zusammengestellt und parallel zu den durch die Verdrängung von Nahrungsmittelpflanzen aus der deutschen Landwirtschaft verursachten Flächenbelegungen anderswo in der Welt dargestellt.10 In Abbildung 5-32 ist im Block „Anbaufläche“ links die direkte Flächenbelegung durch Energiepflanzen in den beiden Kraftstoff-Szenarien dargestellt, rechts die indirekte Flächenbelegung (Verdrängung von Weizenanbau aus Deutschland durch Energiepflanzenanbau). Daneben werden die mit Landnutzungsänderungen verbundenen Treibhausgasemissionen abgeschätzt, zum einen auf Basis der LandSHIFT-Ergebnisse und zum anderen auf Basis der von der Europäischen Kommission vorgeschlagenen Faktoren für indirekte Landnutzungsänderungen (12 – 55 g CO2/MJ Biokraftstoff) (Europäische Kommission, 2012). Die Effekte aus der Nutzung von Reststoffen wie Resthölzern und Getreidestroh sind definitionsgemäß nicht im Untersuchungsumfang. In Abbildung 5-32 In den beiden Blöcken „Treibhauseffekt“ sind die mit den in LandSHIFT modellierten Landnutzungsänderungen verbundenen Treibhausgasemissionen (Balken „LUC Welt“ und „LUC Europa“) sowie der durch indirekte Landnutzungsänderungen verursachte Treibhauseffekt als „iLUC“-Balken enthalten (differentielle Betrachtung, d. h. nur die Differenz zwischen iLUC und LUC ist als Balken „iLUC“ abgetragen). Landnutzungsänderungen finden überwiegend im nichteuropäischen Ausland statt (siehe auch Kap. 5.3 bzw. Kap. 5.5). Die durch direkte Landnutzungsänderungen verursachten Treibhausgasemissionen können die durch den Anbau, Bereitstellung und Nutzung von Bioenergieträger bedingten Emissionen deutlich vergrößern. Berücksichtigt man auch indirekte Effekte, so liegen die Effekte unter Umständen bei über dem Doppelten. Dies ist der Fall insbesondere gegen 2050, wenn die abgeschriebenen Treibhausgasemissionen aus den 20 Vorjahren voll zu Buche schlagen. Im Szenario KS-N sinken die iLUC-Treibhausgasemissionen ab 2040 aufgrund des Wechsels vom Biodiesel zum Biomethankraftstoff, da mit Stärkepflanzen laut (Europäische Kommission, 2012) geringere indirekte Effekte als mit Ölpflanzen verbunden sind. Beim gesamten Treibhauseffekt, wie er in Abbildung 5-30 dargestellt ist, besteht daher in beiden Szenarien das Risiko, dass die Emissionen nur noch minimal zurückgehen und im ungünstigen Fall trotz Bioenergieeinsatz über lange Jahre in etwa konstant bleiben. Lediglich im Nachhaltig-Szenario tendieren die Emissionen nach 2040 etwas nach unten. Eine detailliertere Darstellung der Treibhausgasemissionen der biogenen Energieträger findet sich im Anhang A 2.1. Ergebnisse zu Abbildung 5-32 Die Gesamtsumme der für Biokraftstoffe in Deutschland und im Ausland direkt oder indirekt belegten Anbauflächen entspricht in etwa der gesamten landwirtschaftlichen Nutzfläche Deutschlands. Zusätzlich bedarf es natürlich auch Anbauflächen für Nahrungs- und Futtermittel, so dass sich Deutschlands Flächenfußabdruck bei einem stark auf Ölpflanzen basierten Kraftstoff Szenario massiv vergrößern würde. Das Szenario KS-N schneidet diesbezüglich günstiger ab. 10 Aufgrund der fehlenden Referenzszenarien können hier nicht die gesamten indirekten Landnutzungsänderungen (iLUC) bestimmt werden. Die Verdrängungseffekte beziehen sich nur auf Deutschland und stellen damit nur einen Teil des iLUC dar. Lesebeispiel für den Block „Anbaufläche“, erster Balken, in Abb. 5-32 auf der nächsten Seite: Dargestellt werden die Anbauflächen, die im Szenario KS-BAU für die Bereitstellung von Biokraftstoffen im Jahr 2030 benötigt werden. In Deutschland werden ca. 2 Mio. ha Anbaufläche direkt für den Anbau der entsprechenden Energiepflanzen belegt, mehr als die Hälfte davon für die Bereitstellung von Biodiesel. Außerdem werden ca. 10 Mio. ha Anbaufläche außerhalb Deutschlands für den Anbau dieser Pflanzen belegt, größtenteils für die Bereitstellung von Biodiesel. Durch den Energiepflanzenanbau in Deutschland wird die vorherige landwirtschaftliche Produktion auf andere Flächen verdrängt, wodurch knapp 4 Mio. ha Anbaufläche im Ausland belegt werden. Auch der Pflanzenanbau außerhalb Deutschlands führt zur Verdrängung der vorherigen landwirtschaftlichen Produktion, so dass die Energiebereitstellung im Szenario KS-BAU mit der Belegung weiterer Anbauflächen verbunden ist. Deren Größe wurde im Rahmen dieses Projekts nicht quantifiziert. Stattdessen wird der Effekt qualitativ durch Pfeile abgebildet. 89 über lange Jahre in etwa konstant bleiben. Lediglich im im Nachhaltig-Szenario atz über lange Jahre in etwa konstant bleiben. Lediglich Nachhaltig-Szenario onen nach 2040 etwas nach unten. Eine detailliertere Darstellung derder ssionen nach 2040 etwas nach unten. Eine detailliertere Darstellung 90 Ergebnisse en derder biogenen Energieträger findet sichsich im im Anhang A 2.1. onen biogenen Energieträger findet Anhang A 2.1. 350 350 300 300 300 300 Mio. t CO 2 -Äquiv. 350 350 250 250 200 200 150 150 50 50 0 Ergebnisse zu Abbildung 5-33 0 2010 2015 2010 2020 2015 2025 2020 2030 2025 2035 2030 2040 2035 2045 2040 2050 2045 2010 2015 2010 2020 2015 2025 2020 2030 2025 2035 2030 2040 2035 2045 2040 2050 2045 Zunächst wird dargestellt, wie sich die Umweltwirkungen verändern, wenn bei „business as usual“ im Kraftstoff-Szenario nach 2025 keine Nahrungsmittelpflanzen für die Kraftstoffproduktion mehr verwendet werden und im Strom- / Wärme-Szenario Pflanzenöl-BHKWs auslaufen („BAU-B“-Berechnungen). 150 150 50 50 2030 2050 2030 2050 2030 2050 Verbot von Biokraftstoffen erster Generation und Pflanzenöl-BHKWs 200 200 100 100 0 Zum vollständigen Systemverständnis ist es nötig, auch den Einfluss unterschiedlicher Randbedingungen auf die Umweltwirkungen der Bioenergieproduktion und -nutzung zu untersuchen. In diesem Abschnitt werden zwei dieser Sensitivitätsanalysen vorgestellt. 250 250 100 100 0 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen 2050 2050 2045 2050 2040 2035 2045 2040 2045 2030 2040 2035 2025 2035 2 Treibhausgasemissionen nzenanbau im Ausland epflanzenanbau im Ausland 2020 2030 2025 2015 2030 2010 2025 2020 2 2015 2010 2010 Äquiv. 2 KW 2015 Mio. t CO 2020Äquiv. - Ausland Biogas - Deutschland Bioethanol 10Biodiesel - Ausland 5 Biogas - Deutschland Bioethanol - Deutschland 10Biodiesel Fossiler Wärmemix Fossiler Strommix Fossiler- Deutschland Kraftstoffmix iLUCiLUC LUCLUC Europa LUCLUC WeltWelt Europa Weitere biogene Wärme Fossiler Scheitholz für Öfen Weiterer biogener Strom Fossiler Strommix Weitere biogene Wärme Kraftstoffmix Fossiler Strommix Weitere biogene Wärme Fossiler Kraftstoffmix Biomethan-BHKW PflanzenöI-BHKW Flexibles Biogas-BHKW biogener Strom Biomethan-BHKW PflanzenöI-BHKW 0Weiterer biogener Strom Biomethan-BHKW PflanzenöI-BHKW trotz Bioenergieeinsatz über lange Jahre in etwa konstant bleiben. Lediglich im Nachhaltig-Szenario 0Weiterer 0 Biogas-BHKW Weitere Biokraftstoffe Biomethan-Kraftstoff Biogas-BHKW Weitere Biokraftstoffe Biomethan-Kraftstoff Biogas-BHKW Weitere Biokraftstoffe Biomethan-Kraftstoff tendieren die Emissionen nach 2040 etwasBioethanol nach aus unten. Eine detailliertere Darstellung der Bioethanol Lignocellulose Bioethanol aus Stärke Bioethanol Lignocellulose Bioethanol aus Stärke Biodiesel Bioethanol Lignocellulose Stärke Mio. t CO Äquiv. Mio. t CO - d land 5.4.2.4 Sensitivitätsanalysen KS-N: Treibhauseffekt KS-N: Treibhauseffekt Mio. t CO 2 -Äquiv. Mio. t CO 2 -Äquiv. KS-NKS-N -BAU 400 400 Mio. t CO 2 -Äquiv. ung durchdurch drängung ntschen EnergieEnergienanbau lanzenanbau KS-BAU: Treibhauseffekt KS-BAU: Treibhauseffekt 2050 400 400 2050 che Ergebnisse der biogenen EnergieträgerIFEU findet sich 2014 IFEU 2014im Anhang A 2.1. 2050 KS-N: Treibhauseffekt Mio. t CO 2 -Äquiv. 2040 2030 2020 Mio. t CO 2 -Äquiv. Mio. ha Anbaufläche 2010 2 Mio. t CO Äquiv. Bioethanol - Ausland 3 Biodiesel - Ausland 2 Biogas - Deutschland Anbaufläche KS-BAU: Treibhauseffekt 1Bereitstellung, ng durch Bioenergieträger sowie deren Treibhauseffekt ausaus Bereitstellung, Nutzung undund egung durch Bioenergieträger sowie deren Treibhauseffekt Nutzung Bioethanol - Deutschland 18 400 400 0 Biodiesel -(analog Deutschland Verdrängung durch bei bei Direkte nderungen in den zweizwei Biokraftstoffszenarien normierter Endenergie (analog zu Abbildung gsänderungen in den Biokraftstoffszenarien normierter Endenergie zu Abbildung Flächenbelegung deutschen EnergieiLUC 16indirekten ng 5-31). Die Die indirekten Landnutzungsänderungen (iLUC) im Block „Anbaufläche“, rechter Teil, dung 5-31). Landnutzungsänderungen (iLUC) im Block „Anbaufläche“, rechter Teil, pflanzenanbau 350 350 LUC Welt schließlich auf die aus Deutschland verdrängten Nahrungsund Futterpflanzen, daher deuten KS-N KS-BAU KS-BAU ausschließlich 14 auf die aus Deutschland KS-N verdrängten Nahrungs- und LUC Futterpflanzen, daher deuten Europa 300Ackerflächen 300 e Nahrungsmittelverdrängung vonvon ausländischen Ackerflächen an. an. LUC:LUC: Land UseUse Change liche Nahrungsmittelverdrängung ausländischen Land Change iLUC durch Energiepflanzen12 erungen). änderungen). anbau im Ausland 250 250 10 Abbildung 200 5-32: Flächenbelegung durch Bioenergieträ- 200 ger sowie deren Treibhauseffekt aus Bereitstellung, 8 Nutzung 150 und Flächennutzungsänderungen in den zwei 150 Biokraftstoffszenarien bei normierter Endenergie 6 (analog zu Abbildung 5-30 und Abbildung 5-31). Die 100 100 indirekten Landnutzungsänderungen (iLUC) im Block „Anbaufläche“, rechter Teil, beziehen sich ausschließ50 50 2 auf die aus Deutschland verdrängten Nahrungs- und Anbauflächen, diedie im im Szenario KS-BAU fürlich die Bereitstellung von Biokrafte Anbauflächen, Szenario KS-BAU für die Bereitstellung von BiokraftFutterpflanzen, daher deuten Pfeile die mögliche 0 In Deutschland Nahrungsmittelverdrängung von ausländischen nötigt werden. werden ca.ca. 2 0Mio. ha ha Anbaufläche direkt für für0 benötigt werden. In Deutschland werden 2 Mio. Anbaufläche direkt Ackerflächen an. LUC: Land Use Change (Landnutzungshenden Energiepflanzen belegt, mehr alsänderungen). diedie Hälfte davon für für diedie Bereitrechenden Energiepflanzen belegt, mehr als Hälfte davon Bereit2 io. t CO Äquiv. Bioethanol - Ausland Biodiesel - Ausland Biogas - Deutschland 10 ha ha Anbaufläche außerhalb Deutschlands für für ußerdem werden ca.ca. 10 Mio. Anbaufläche außerhalb Deutschlands . Außerdem werden 10 Mio. iLUC Biodiesel - Deutschland LUC Welt zen belegt, größtenteils für für diedie Bereitstellung vonvon Biodiesel. Durch denden anzen belegt, größtenteils Bereitstellung Biodiesel. Durch Fossiler Strommix Fossiler Wärmemix Fossiler Kraftstoffmix Scheitholz für Öfen Weiterer biogener Strom Biomethan-BHKW 0 Deutschland wird die vorherige landwirtschaftliche Produktion auf andere in Deutschland wird die vorherige landwirtschaftliche Produktion auf andere 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2030 2050 2030 2050 2030 2050 2030 2050 4 k „Anbaufläche“, erster Balken: lock „Anbaufläche“, erster Balken: Bioethanol - Deutschland LUC Europa Weitere biogene Wärme PflanzenöI-BHKW Die Unterschiede zwischen den BAU- und den BAU-B-Szenarien sind relativ gering. Beim KS-BAU-B-Szenario tritt ein ähnlicher Effekt wie zwischen dem KS-BAU- und dem KS-N-Szenario auf, nämlich bei nahezu konstantem Treibhauseffekt 2050 eine Erhöhung der Versauerung und eine Verminderung der Feinstaubbelastung. Der Grund hierfür liegt in einem Wechsel vom Biodiesel zum Biomethankraftstoff. Das SW-BAU-B-Szenario schneidet beim Treibhauseffekt und der Versauerung leicht schlechter ab als das SW-BAU-Szenario, beim Feinstaub aber günstiger. Auch hier ist der Wechsel im Brennstoff Ursache, von den Pflanzenölen zum Biogas. 91 50 50 0% 0 0% Fossiler Wärmemix Endenergie normiert (max.Bioenergie) Bioenergie) Endenergie normiert (max. 5000 Fossiler Strommix 3000 3000 Fossiler Kraftstoffmix Weitere biogene Wärme 4000 2500 Scheitholz für Öfen 2500 Weiterer biogener Strom 3000 Biomethan-BHKW 2000 2000 PflanzenöI-BHKW 2000 Flexibles Biogas-BHKW 1500 Biogas-BHKW 1500 Weitere Biokraftstoffe 1000 Biomethan-Kraftstoff 1000 Biodiesel 1000 0 Bioethanol Lignocellulose Bioethanol aus Stärke 500 500 Biogene Wärme -1000 Biogener Strom 00 Biokraftstoffe IFEU 2014 Tsd. t PM10 -Äquiv. 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 Tsd. Tsd. tt PM10 PM10 -Äquiv. -Äquiv. PJ PJ -10 -100 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 00 0% 0% 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 30 300 500 500 5% 5% 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 SW-BAU-B SW-BAU-B SW-BAU SW-BAU 10% 10% 2010 2010 2050 2050 50 500 40 400 2500 2500 1000 1000 15% 15% Abbildung 5-33: Umweltwirkungen in den beiden BAU-B-Szenarien bei ausgeglichener Endenergie (Summen aus FossilerWärmemix Wärmemix Fossiler biogener und fossiler Endenergie identisch) im Vergleich zu den BAU-Szenarien 2010, 2030 und 2050 5000 5000 FossilerStrommix Strommix Abbildung5-33: 5-33:Umweltwirkungen Umweltwirkungenininden denbeiden beidenBAU-B BAU-BSzenarien Szenarienbei beiausgeglichener ausgeglichenerEndenergi Endenerg Abbildung Fossiler FossilerKraftstoffmix Kraftstoffmix Fossiler fossilerEndenergie Endenergieidentisch) identisch)im imVergleich Vergleichzu zuden denBAU BAUSzenarien Szenarien2010, 2010,2030 2030und und fossiler Weiterebiogene biogeneWärme Wärme 4000 Weitere 4000 Scheitholzfür fürÖfen Öfen Scheitholz Weitererbiogener biogenerStrom Strom Weiterer 3000 3000 Biomethan-BHKW Biomethan-BHKW Unterschiedliche Bilanzierungsweise: Grenzmix versus Residualmix PflanzenöI-BHKW PflanzenöI-BHKW 2000 FlexiblesBiogas-BHKW Biogas-BHKW 2000 Flexibles Diese Analyse beschreibt die Unterschiede, die sich in den Umweltwirkungen ergeben, Biogas-BHKW Biogas-BHKW wenn angesetzt wird, dass durch Bioenergie nicht alle fossilen Energieträger gleichermaWeitereBiokraftstoffe Biokraftstoffe MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22,22.01.2015 22.01.2015 Weitere 1000 ßen ersetzt werden (Substitution des Residualmix), sondern bestimmte fossile Energieträ1000 Biomethan-Kraftstoff Biomethan-Kraftstoff ger eher ersetzt werden als andere (Substitution des Grenzmix). Dieser Grenzmix stammt Biodiesel Biodiesel laut Methodenhandbuch des BMWi-Förderprogramms „Energetische Biomassenutzung“ 0 0 BioethanolLignocellulose Lignocellulose Bioethanol (Thrän et al., 2013) bei den Kraftstoffen aus kanadischen Ölsanden, beim Strom aus ErdBioethanolaus ausStärke Stärke Bioethanol gas-Gas- und Dampf(GuD)- und Import-Steinkohle-Kraftwerken und bei der Wärme aus ErdBiogene Wärme -1000 Biogene Wärme -1000 gas-Brennwert-Heizungen. Damit wird ausgesagt, dass die Nutzung von Biokraftstoffen in BiogenerStrom Strom Biogener Biokraftstoffe erster Linie den Import von Kraftstoff aus Ölsanden verringert oder Wärme aus Biomasse Biokraftstoffe zunächst die Nutzung von Erdgas-Brennwert-Heizungen einschränkt. Da bisher der Import IFEU 2014 2014 von Ölsanden noch nicht erfolgte, wird davon ausgegangen, dass in der Grenzbetrachtung IFEU 2010 mit geringer werdendem Anteil bis incl. 2025 der residuale fossile Kraftstoffmix ersetzt wird. Fossiler Wärmemix 5000 Fossiler Strommix Abbildung 5-33: Umweltwirkungen in den den beiden beiden BAU-BSzenarien Szenarien bei ausgeglichener Endenergie(Summen (Summen aus aus biogener biogener und und n in den beiden BAU-B Szenarien bei ausgeglichener Endenergie (Summen aus biogener undEndenergie Abbildung 5-33: Umweltwirkungen in BAU-B bei ausgeglichener Fossiler Kraftstoffmix fossiler Endenergie identisch) im2030 Vergleich zuden denBAU BAUSzenarien Szenarien2010, 2010,2030 2030und und2050 2050 identisch) im Vergleich zu den BAU Wärme Szenarien 2010, und zu 2050 Weitere biogene fossiler Endenergie identisch) im Vergleich 4000 Scheitholz für Öfen Weiterer biogener Strom 3000 Biomethan-BHKW PflanzenöI-BHKW 2000 Flexibles Biogas-BHKW Biogas-BHKW Weitere Biokraftstoffe 1000 MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, 22.01.2015 85 015 85 MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, 22.01.2015 85 Biomethan-Kraftstoff Biodiesel 0 Bioethanol Lignocellulose oenergie) 00 10 100 2010 2010 2050 2050 00 93 20 200 20% 20% 100 100 Endenergienormiert normiert(max. (max.Bioenergie) Bioenergie) Endenergie 3000 3000 1500 1500 25% 25% 300 300 Ergebnisse 2000 2000 30% 30% 400 400 000 KS-BAU-B KS-BAU-B 35% 35% 500 500 200 200 KS-BAU KS-BAU 40% 40% Tsd. Tsd. ttPM10 PM10-Äquiv. -Äquiv. PJ PJ 45% 45% 600 600 200 200 200 100 Bioenergie(Anteil (Anteilan anEndenergie) Endenergie) Bioenergie 50% 50% 2010 2010 2050 2050 300 400 400 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 20102010 2010 2050 20502050 2050 2010 20102010 2010 2050 20502050 2050 2010 20102010 2010 2050 2050 20502050 2010 2010 20102010 2050 2050 20502050 10% 10% 100 500 5% 5% 0 600 800 800 500 600 600 400 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2010 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 20% 20% 300 1000 15% 15% 200 700 700 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 SW-BAU-B SW-BAU-B SW-BAU SW-BAU KS-BAU-B KS-BAU-B 25% 1500 25% 400 1000 1000 700 Feinstaubbelastung Feinstaubbelastung 800 800 Tsd. t PM10 -Äquiv. 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 2010 2010 2010 2050 2050 2050 KS-BAU KS-BAU 45% 45% 800 2500 40% 40% 700 Tsd. t PM10 -Äquiv. PJ SW-BAU-B Feinstaubbelastung 1000 Bioenergienormiert (Anteilan an(max. Endenergie) Endenergie Bioenergie) Bioenergie (Anteil Endenergie) 3000 50% 50% 900 35% 35% 600 2000 30% 30% 500 20502050 20102010 00 0 2050 2010 200 auslaufen („BAU-B“-Berechnungen). 50 50 energie) 900 900 2010 2010 2050 2050 250 250 800 HKWs 200 200 600 150 150 ändern, wenn bei „business as usual“ im 400 100 100 für die Kraftstoffproduktion mehr verwen- 1000 1000 900 1200 1200 800 Tsd. SO Tsd.tttPM10 SO22-Äquiv. -Äquiv. Tsd. -Äquiv. SW-BAU SW-BAU KS-BAU-B KS-BAU-B Mio. t CO Mio. CO222-Äquiv. -Äquiv. Tsd. tt SO -Äquiv. 300 300 1000 KS-BAU KS-BAU n Einfluss unterschiedlicher Randbedin350 350 1200 d -nutzung zu untersuchen. In diesem Ab- Versauerung Feinstaubbelastung Versauerung 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 2010 2010 2050 2050 1400 1000 1400 Tsd. Tsd. ttPM10 PM10-Äquiv. -Äquiv. LUC) Treibhauseffekt (ohneLUC) Versauerung Treibhauseffekt (ohne SW-BAU-B SW-BAU-B SW-BAU-B 400 1400 400 00 2010 2010 2050 2050 00 92 Ergebnisse Ergebnisse Ergebnisse LUC) 100 100 2010 2010 2050 2050 det werden werdenPflanzenöl-BHKWs und im im Strom-/Wärme-Szenario Strom-/Wärme-Szenario Pflanzenöl-BHKWsauslaufen auslaufen („BAU-B“-Berechnungen). („BAU-B“-Berechnungen). Wärme-Szenario auslaufen („BAU-B“-Berechnungen). det und Pflanzenöl-BHKWs SW-N SW-BA KS-N 1200 2030 – Handlungsempfehlungen 1000 Tsd. t SO 2 -Äquiv. 250 SW-N Fossiler Kraftstoffmix 600 Scheitholz für Öfen Biomethan-BHKW 400 Tsd. t SO 2 -Äquiv. 2050 Tsd. t PM10 -Äquiv. 2030 150 300 400 2050 2030 2050 2030 Fossiler Wärmemix 800 2050 2030 2050 2030 2050 2030 2050 2030 Weitere biogene Wärme 2050 PflanzenöI-BHKW 2030 2050 2030 2050 2030 Biomethan-BHKW 400 Flexibles Biogas-BHKW 200 1400 Weitere Biokraftstoffe 2030 Weiterer biogener Strom 2050 2030 Fossiler Strommix Fossiler Kraftstoffmix 0 600 Scheitholz für Öfen 2010 Fossiler 800 200 Wärmemix 2050 400 2050 Biogas-BHKW Versauerung Biomethan-Kraftstoff Biodiesel Wärmemix 800 1200 Fossiler 0 Bioethanol ausKraftstoffmix Stärke Fossiler 600 1000 Scheitholz Fossiler Strommixfür Öfen 800 Biomethan-BHKW 400 Weitere biogene Wärme Bioethanol Lignocellulose Fossiler Strommix Weitere biogene Wärme 20 10 20 30 20 50 20 30 20 50 2050 2050 2030 SW-N KS-N SW-BAU 2010 2050 KS-BAU 2030 2030 2050 2030 2050 2030 200 2010 2050 400 600 2050 Tsd. t SO 2 -Äquiv. KS-N SW-BAU 2030 2050 600 0 Versauerung Feinstaubbelastung Treibhauseffekt (ohne LUC) 2050 2010 600 0 250 800 500 200 600 400 2030 Mio. CO Tsd. t SO2 2-Äquiv. Tsd. t tPM10 --Äquiv. Äquiv. 300 700 100 1000 2050 2030 2010 Residualmix Grenzmix 2050 2030 2050 400 1000 1400 400 300 900 1200 350 Feinstaubbelastung 200 800 2050 0 800 0 7700Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen 500 2030 2030 2030 50 600 SW-N 1000 In den Kraftstoffszenarien zeigt die Bilanzierung mit dem Grenzmix gegenüber dem Residualmix niedrigere Umweltwirkungen. Dies liegt im Wesentlichen daran, dass der fossile Strom und die fossile Wärme bei der Grenzbetrachtung aus umweltbezogen besonders günstigen Technologien stammen. Die Umweltwirkungen fallen jedoch über die Jahre nicht so stark oder bleiben sogar (bei der Versauerung) nahezu konstant, weil die im Grenzmix zugrunde gelegten Kraftwerke bzw. Wärmeerzeuger schon sehr effizient und ausgereift sind. 200 1000 Feinstaubbelastung 800 100 800 Tsd. t PM10 - Äquiv. 2030 ehlungen 150 Ergebnisse zu Abbildung 5-34 Versauerung 600 1400 Tsd. t PM10 -Äquiv. 900 200 1400 800 400 1200 Versauerung 1200 2050 Tsd. t SO 2 -Äquiv. 1000 2010 0 250 SW-N SW-BAU KS-N Mio. t CO 2 -Äquiv. KS-BAU 50 300 2030 100 350 Treibhauseffekt (ohne LUC) 2050 150 400 Treibhauseffekt (ohne LUC) KS-BAU Residualmix Grenzmix 2030 – Handlungsempfehlungen 200 Ergebnisse 2030 Tsd. t PM10 -Äquiv. 7300 Meilensteine Ergebnisse 2030 Mio. t CO 2 -Äquiv. 94 KS-BAU Resid Grenz 350 Weiterer biogener Strom PflanzenöI-BHKW Flexibles Biogas-BHKW Weiterer biogener Strom 600 200 Weitere Biokraftstoffe PflanzenöI-BHKW IFEU 2014 Biogas-BHKW 20 10 20 30 20 50 20 30 20 50 2050 2030 IFEU 2014 2050 2030 2050 2030 2050 2030 2010 Bioethanol Lignocellulose 0 2030 2030 2030 20 2050 2050 10 2050 20 30 20 50 20 30 20 50 2050 2050 2050 2030 2030 2030 2050 2050 2050 2030 2030 2030 2050 2050 2050 0 Bioethanol aus Stärke Feinstaubbelastung 2050 2030 2030 2030 2030 2010 2010 2010 2050 2030 2050 2030 2050 2050 2030 2030 Biodiesel Tsd. t PM10 -Äquiv. Tsd. t PM10 -Äquiv. Tsd. t PM10 - Äquiv. 1000 IFEU 2014 Abbildung 5-34: Umweltwirkungen bei Bilanzierung mit dem residualen fossilen Mix (jeweils linker Balken der Balkenpaare) Lesebeispiel für den siebten und achten Balken im Block „Feinstaubbelastung“: 900 Fossiler gegenüber der Bilanzierung dem Grenzmix (rechter Balken) bei ausgeglichener Endenergie (Energieanteile Wärmemix Fossiler mit Strommix 800 Fossiler Wärmemix Fossiler Strommix 800 800 Fossiler undKraftstoffmix -summen wie in Abbildung 5-31) Dargestellt wird die Feinstaubbelastung des Szenarios KS-N im Jahr 2030 unter Ansetzung des Weitere biogene Wärme mweltwirkungen bei Bilanzierung mit dem residualen fossilen Mix (jeweils linker Balken der Balkenpaare) Weitere biogene Wärme Fossiler Kraftstoffmix 600 700 (siebter Balken) und Grenzmixes (achter Erfolgt die Bilanzierung fossilen Residualmixes Weiterer biogener Strom Scheitholz Öfen 600Balken). nüber der Bilanzierung mit demfürGrenzmix (rechter Balken) beides ausgeglichener Endenergie (Energieanteile Weiterer biogener Strom Scheitholz für Öfen 600 dem Residualmix, ergeben PflanzenöI-BHKW sich höhere Feinstaubbelastungen (knapp 700 Tsd. t PM10-Äquiv.) Biomethan-BHKW -summenmit wie in Abbildung 5-31) 400 Biomethan-BHKW PflanzenöI-BHKW 20 10 20 30 20 50 20 30 20 50 2050 2030 2050 2030 2050 2030 2050 2030 2010 2050 20 10 20 30 20 50 20 30 20 50 400 Flexibles Biogas-BHKW als bei500Bilanzierung mit dem Biogas-BHKW Grenzmix (gut 600 Abbildung Tsd. t 5-34: PM10-Äquiv.). Die mit der biogenen UmweltwirkunFlexibles Biogas-BHKW Biogas-BHKW 400 200 verbundenen gen bei Bilanzierung mit dem Weitere Biokraftstoffe Biomethan-Kraftstoff Energiebereitstellung Feinstaubbelastungen sind bei beiden Bilanzierungsansätzen 200 Weitere Biokraftstoffe Biomethan-Kraftstoff Lesebeispiel für den siebten und achten Balken imresidualen Block „Feinstaubbelastung“: fossilen Mix (jeweils Biodiesel Bioethanol Lignocellulose nahezu300gleich groß. Die fossile Strombereitstellung ist beim Grenzmix mit deutlich geringeren linker Balken der Balkenpaare) Biodiesel Bioethanol Lignocellulose 0 200 Bioethanol 0 Jahr Dargestellt wirdausdie Feinstaubbelastung des Szenarios KS-N im 2030 unter Ansetzung Stärke Feinstaubbelastungen verbunden als beim Residualmix. Andererseits ist Bereitstellung fossiler des gegenüber der Bilanzierung mitdie Bioethanol aus Stärke ür den siebten und achten Balken im Block „Feinstaubbelastung“: 100 dem Grenzmix (rechter Balken) (siebter Balken) und des Grenzmixes (achter Erfolgt die Bilanzierung fossilenbeim Residualmixes Kraftstoffe Grenzmix mit größeren Belastungen verbunden als beimBalken). Residualmix. bei ausgeglichener Endenergie 0 mit dem Residualmix, ergeben sich höhere (knapp 700 Tsd. t PM10-Äquiv.) rd die Feinstaubbelastung des Szenarios KS-NIFEU im 2014 JahrFeinstaubbelastungen 2030 unter Ansetzung des (Energieanteile und -summen wie in Abb. 5-31) als bei Bilanzierung mit dem Grenzmix (gut 600 Tsd. t PM10-Äquiv.). Die mit IFEU der 2014 biogenen ualmixes (siebter Balken) und des Grenzmixes (achter Balken). Erfolgt die Bilanzierung Energiebereitstellung verbundenen Feinstaubbelastungen sind bei beiden Bilanzierungsansätzen dualmix, ergeben sich höhere Feinstaubbelastungen (knapp 700 Tsd. t PM10-Äquiv.) nahezu gleich Die600 fossile beim mit deutlich geringeren ung mit dem residualen fossilen groß. Mix(gut (jeweils linker Balken der Balkenpaare) zierung mit dem 5-34: Grenzmix tStrombereitstellung PM10-Äquiv.). Die ist mitfossilen der Grenzmix biogenen Abbildung Umweltwirkungen beiTsd. Bilanzierung mit dem residualen Mix (jeweils linker Balken der Balkenpaare) em Grenzmix Feinstaubbelastungen (rechter Balken) bei ausgeglichener Endenergie (Energieanteile verbunden als beim Residualmix. Andererseits ist die Bereitstellung fossiler 2030 Auch bei Bilanzierung mit dem Grenzmix gibt es keine wissenschaftlich objektive Aussage, welches Szenario zu bevorzugen ist. Wird subjektiv einer Reduzierung des Treibhauseffekts die höchste Priorität eingeräumt, dann ist weiterhin das stärker nachhaltige Strom- / Wärme-Szenario SW-N zu bevorzugen. Biomethan-Kraftstoff Biodiesel Bioethanol Lignocellulose 400fossilen Abbildung 100 5-34: Umweltwirkungen bei Bilanzierung mit dem residualen Mix (jeweils linker Balken der Balkenpaare) Flexibles Biogas-BHKW Biogas-BHKW 200 0 dem Grenzmix (rechter Balken) bei ausgeglichener Endenergie (Energieanteile Bioethanol aus Stärke 200gegenüber der Bilanzierung mit 200 Weitere Biokraftstoffe Biomethan-Kraftstoff 100 200 50 und -summen wie in Abbildung 5-31) 00 0 In den Strom- / Wärme-Szenarien sind die Umweltwirkungen für die Grenzmix-Bilanzierung 2010 geringer und in den darauf folgenden Zeitscheiben höher als für den Residualmix. Versauerung und Feinstaubbelastung nehmen dadurch von 2010 bis 2030 deutlich zu, während sich der Treibhauseffekt weiterhin, wenn auch abgeschwächt, über die Jahre verringert. Dieser Sprung beruht ebenso wie das schlechtere Abschneiden in den späteren Jahren auf der Wandlung des Kraftstoff-Grenzmixes vom fossilen Residualmix hin zum Kraftstoff aus Ölsanden. Das bessere Abschneiden 2010 liegt wiederum an den geringeren Umweltwirkungen der Grenzmixe für Strom und Wärme. Lesebeispiel für den siebten und achten Balken im Block „Feinstaubbelastung“: Dargestellt wird die Feinstaubbelastung des Szenarios KS-N im Jahr 2030 unter Ansetzung des fossilen Residualmixes (siebter Balken) und des Grenzmixes (achter Balken). Erfolgt die Bilanzierung mit dem Residualmix, ergeben sich höhere Feinstaubbelastungen (knapp 700 Tsd. t PM10-Äquiv.) als bei Bilanzierung mit dem Grenzmix (gut 600 Tsd. t PM10-Äquiv.). Die mit der biogenen Energiebereitstellung verbundenen Feinstaubbelastungen sind bei beiden Bilanzierungsansätzen nahezu gleich groß. Die fossile Strombereitstellung ist beim Grenzmix mit deutlich geringeren Feinstaubbelastungen verbunden als beim Residualmix. Andererseits ist die Bereitstellung fossiler Kraftstoffe beim Grenzmix mit größeren Belastungen verbunden als beim Residualmix. 95 96 Ergebnisse 5.4.3 Ergebnisse Schlussfolgerungen Bei allen Technologien zeigen sich überwiegend sinkende Emissionen. Nur bestimmte schon ausgereifte Technologien, die typischerweise keine größeren Emissionsminderungen erwarten lassen, haben in ungünstigen Fällen steigende Emissionen, da hier externe Faktoren wie ein steigender Anteil an Harnstoff-Düngung zum Tragen kommen. Hier kann die Politik insbesondere in der Landwirtschaft durch Rahmenvorgaben negative Effekte verhindern und positive Ziele anstreben. Zusammenführung Die Analyse der Umweltwirkungen im Vergleich der Technologien zeigt, dass der fossile Energieaufwand bei normiertem Endenergiebedarf (Nutzenkorbansatz) in allen Szenarien über die Jahre sinkt. Gleiches gilt grundsätzlich für die Feinstaubbelastung und die Versauerung, wobei sich hier allerdings die Bandbreite der möglichen Werte so breit entwickelt, dass in einem ungünstigen Fall auch ein Anwachsen der Werte denkbar erscheint. Der Nährstoffeintrag zeigt keine Tendenz zu fallen, sondern steigt in einigen Szenarien sogar leicht an. Auch beim Treibhauseffekt gehen die technologiebedingten Emissionen über die Jahre zurück, allerdings schlagen hier zusätzliche Treibhausgasemissionen aus Landnutzungsänderungen deutlich zu Buche (siehe unten). Letztere können teilweise noch einmal so hoch oder höher sein als die Emissionen aus Anbau, Verarbeitung und Nutzung der Bioenergieträger. Insbesondere bei Berücksichtigung indirekter Effekte (nur für Kraftstoffszenarien möglich) besteht das Risiko, dass die Gesamt-Treibhausgasemissionen im Zeitraum 2025 bis 2040 nur geringfügig sinken und im Fall ungünstiger Randbedingungen trotz Bioenergieeinsatz sogar konstant bleiben. Die Treibhausgasemissionen aufgrund von direkten und indirekten Landnutzungsänderungen liegen grob in der Höhe der Emissionen des übrigen Lebensweges der Bioenergieträger. Dies liegt besonders am signifikanten Flächenverbrauch von Naturflächen wie Wäldern, Mooren und Grünland, der auch in Zukunft weitergehen wird. 2. Da sich die Szenarien aus einzelnen Technologien zusammensetzen und sogar überwiegend von einzelnen Technologien bestimmt sind, gilt das zur ersten Frage Gesagte. Insgesamt zeigen sich in allen Szenarien überwiegend sinkende Emissionen. Ausnahmen hiervon bilden Treibhauseffekt und Nährstoffeintrag. Beim Treibhauseffekt besteht aufgrund von Landnutzungsänderungen das Risiko, dass die Emissionen im Laufe der Jahre nur geringfügig sinken und im Fall ungünstiger Randbedingungen trotz Bioenergieeinsatz sogar über viele Jahre auf gleichem Niveau bleiben. Beim Nährstoffeintrag wird erwartet, dass er in keinem Szenario fällt. Wie in den Sensitivitätsanalysen dargestellt, zeigen sich ähnliche Bilder auch unter anderen Rahmenbedingungen. Aufgrund dieser Konstellation kann man aus wissenschaftlich-objektiver Sicht keinem Szenario den Vorzug geben. Erst wenn subjektive Kriterien einfließen, lässt sich eine Bewertung vornehmen. Wenn beispielsweise der Verringerung der Treibhausgasemissionen der absolute Vorrang gegeben werden soll, so sind die Strom- / Wärme-Szenarien und davon insbesondere das Strom- / Wärme-Nachhaltig-Szenario den übrigen Szenarien vorzuziehen. Im Folgenden werden Einzelaspekte von Fragestellungen näher untersucht, die im Rahmen der Umweltanalyse von Bioenergie von Belang sind. Fragestellungen 1. Wie entwickeln sich die Umweltwirkungen in den einzelnen Technologien und der Landwirtschaft? Signifikante Umweltvorteile ergeben sich durch die Effizienzsteigerungen sowohl bei der Energienutzung als auch (bei neueren, innovativen Technologien) in der Bereitstellung der Energieträger. Versauerung, Nährstoffeintrag und Feinstaubbelastung können stark durch die Rahmenbedingungen, z. B. Umweltauflagen, beeinflusst werden. Diese ökologische Ausrichtung gehört zu einer nachhaltigen Bioenergiestrategie dazu und trägt damit dazu bei, dass die natürlichen Lebensgrundlagen in diesen Umweltwirkungen durch den Umbau des Energiesystems nicht stärker als zuvor belastet werden. Wie entwickeln sich die Umweltwirkungen in den einzelnen Szenarien? Die Strom- / Wärme-Szenarien erreichen höhere Treibhausgaseinsparungen als die Kraftstoff-Szenarien. 3. Wie entwickeln sich die Umweltwirkungen des Gesamtsystems? In einem Energiesystem aus fossilen und biogenen Quellen, das einen konstanten Kraftstoff-, Strom- und Wärmebedarf befriedigt (Nutzenkorbansatz), sinken die Emissionen über die Jahre mit Ausnahme von Treibhauseffekt und Nährstoffeintrag (siehe Antworten zur vorigen Fragestellung). Um das gesamte Energiesystem zu analysieren, müssen noch die anderen erneuerbaren Energiequellen sowie bis 2020 Atomstrom berücksichtigt werden, deren Emissionen gegenüber den fossilen und auch biogenen Energieträgern recht gering sind. Aufgrund des bis 2050 sinkenden Endenergiebedarfs, der zudem teilweise durch die anderen erneuerbaren Energieträger gedeckt wird, reduzieren sich auch die Umweltwirkungen des Energiesystems. 97 98 Ergebnisse Ergebnisse Aufgrund der manuellen Kopplung der Modelle über wiederholte Datenangleichung ergeben sich zum Teil Unterschiede zwischen den Modellen hinsichtlich der Basisdaten und Randbedingungen. So wird beispielsweise bei den Ökobilanzen mit festen Ertragssteigerungen gerechnet, während MAGNET zusätzlich zu einer festen Basissteigerung einen von der wirtschaftlichen Entwicklung der Ländergruppe abhängigen zusätzlichen Faktor intern bestimmt. Während in (Gärtner et al., 2014) Annahmen zu den Entwicklungen in der Landwirtschaft ein Korridor der Ertragssteigerungen von 0 bis 0,8 % pro Jahr für etablierte Kulturen und von 0,3 bis 1,2 % für weniger etablierte Bioenergiepflanzen abgeleitet wurde, gehen die durch MAGNET ermittelten Ertragssteigerungen leicht darüber hinaus und liegen in den Nachhaltigkeitsszenarien z. T. bei 0,92 bzw. 1,35 % (siehe Tabelle 5 3 in Kap. 5.2.3.2). Deutlich höhere Erträge bergen das Risiko höherer Emissionen von Nährstoffen in Böden und Gewässer, aber auch die Luft. Insofern können sie zu erhöhten Umweltwirkungen führen. Handlungsempfehlungen Die Bundesregierung sollte durch Rahmenvorgaben sicherstellen, dass der Umbau des Energiesystems nicht zu einer Erhöhung von Umweltlasten führt. Neben der Erreichung der Klimaschutzziele sollte insbesondere auch die Erreichung der gesteckten Zielvorgaben im Bereich Wasser-, Boden- und Luftreinhaltung (z. B. Wasserrahmenrichtlinie (WRRL, 2000/60/EG) oder Richtlinie über nationale Emissionshöchstmengen für bestimmte Luftschadstoffe (NEC, 2001/81/EG, [2001/81/EG 2001]) sichergestellt werden. Wenn das oberste Ziel einer Bioenergiestrategie der Klimaschutz wäre, sollte ein nachhaltiges Strom- / Wärme-Szenario (SW-N) angestrebt werden, da hiermit die meisten Treibhausgasemissionen vermieden werden würden. Hierbei sollte aber darauf geachtet werden, dass das hinsichtlich des Treibhauseffektes günstige Biomethan und Biogas aus großen Anlagen im Hinblick auf andere Umweltwirkungen schlechter als die übrigen untersuchten Bioenergieträger abschneidet. Die indirekten Auswirkungen der landwirtschaftlichen Flächennutzung für Bioenergie sind in diesem Vorhaben nicht genuin über die Modelle untersucht, sondern in einem rudimentären Ansatz abgeschätzt worden. In einem Folgevorhaben könnten Parallelszenarien ohne Bioenergienutzung in Deutschland berechnet werden. Die Differenz, die sich zu den vorliegenden Szenarien mit Bioenergienutzung ergibt, ist dann die Gesamtwirkung der deutschen Bioenergienutzung auf die Flächenbelegung und das zugehörige Kohlenstoffinventar. Indirekte Effekte entsprechen der Differenz zwischen der direkten Flächenbelegung durch Energiepflanzen und der Gesamtwirkung auf die Flächen. Zu den Maßnahmen im landwirtschaftlichen Bereich kann zählen, den Düngemitteleinsatz stärker zu reglementieren und zu kontrollieren, nicht nur hinsichtlich der Mengen, sondern auch der Art des Stickstoffdüngers. Beispielsweise führt der aus Klimaschutzsicht günstige Harnstoff zu einer Erhöhung der Ammoniak-Emissionen und damit zu einer Erhöhung anderer Umweltwirkungen. Die Bundesregierung sollte die national wie international zu erwartende Intensivierung in der Landwirtschaft wissenschaftlich kritisch begleiten und Maßnahmen ergreifen, um deren Nachhaltigkeit zu gewährleisten. Ferner sollte die Bundesregierung sich in internationalem Rahmen aktiv für den Schutz von kohlenstoffreichen Flächen wie Primärwäldern und Torfmooren einsetzen. Nicht zuletzt sollte der Biomassebedarf durch Vorgaben zur Energieeffizienz, aber auch Maßnahmen zur Verringerung der Tierproduktion so niedrig wie möglich gehalten werden. Limitierungen der Untersuchung und Forschungsbedarf Die vorliegenden Analysen beruhen auf Modellläufen verschiedener Wirtschafts-, Landnutzungs- und Bioenergiemodelle (MAGNET, LandSHIFT und BENSIM). Obwohl die qualitativen Ergebnisse als grundsätzlich stabil angesehen werden können, entsprechen die ermittelten Zahlenwerte aufgrund der Vielzahl der eingehenden Faktoren und der wissenschaftlichen Zielrichtung dieser Untersuchung grundsätzlich nicht denen der offiziellen Berichterstattung zu Treibhausgas- und Luftschadstoffemissionen, sind aber in sich konsistent. 5.5 Ökologische Bewertung der Landnutzung Im Hinblick auf die ökologische Bewertung der Landnutzung werden flächenbezogene Risiken durch die Biomassenachfrage für die Schutzgüter Biologische Vielfalt und Boden analysiert. Hierzu werden zuerst globale Flächenmuster betrachtet. Hierauf aufbauend wird die Flächennutzung zur Produktion der Biomasse, die zur energetischen Nutzung in Deutschland benötig wird, dargestellt. 5.5.1 Bewertungsansatz Die Bewertung der ökologischen Risiken für die Biologische Vielfalt und den Boden basiert auf den Ergebnissen aus LandSHIFT (Landnutzungsmuster) und MAGNET (Biomasseproduktion und -handel). Eine ausführliche Beschreibung des methodischen Ansatzes findet sich im Anhang A 3.1.6. Auf Basis der räumlich hoch aufgelösten Information wird für die Feldfrüchte (MAGNET-Kategorien) in einem Land die Flächenbelegung für die Zeitscheiben 2007, 2030 und 2050 ermittelt. Anhand der Handelsinformationen aus MAGNET sind die Rohstoffmengen, die zur energetischen Nutzung in Deutschland verwendet werden, bekannt. In den Ergebnissen werden zum einen eine weltweite Bewertung und zum anderen eine Bewertung der Biomassenutzung in Deutschland dargestellt. 99 100 Ergebnisse Ergebnisse Zur Bewertung der Auswirkung des Anbaus auf Böden wird die Bodeneignungskarte von IIASA verwendet (IIASA-Bodendaten „Soil-constrained-combined [Plate 27]). Die IIASA Kategorien 1 bis 4 werden als Böden mit guter Eignung für eine landwirtschaftliche Nutzung zusammengefasst. Den IIASA-Kategorien 5 und 6 kommt eine mittlere Eignung für die landwirtschaftliche Nutzung zu. Hingegen sind die IIASA-Kategorien 7 und 8 nur schlecht für eine landwirtschaftliche Nutzung geeignet. Für eine Bewertung der Flächen wird angenommen, dass eine schlechte Eignung für die landwirtschaftliche Nutzung in der Regel auch mit höheren Risiken für den Boden einhergeht. Die Darstellung erfolgt für die Jahre 2007, 2030 und 2050. Um mögliche Risiken für die Biologische Vielfalt einzustufen, wird die Flächenbelegung für den Anbau von Biomasse in den Zeitscheiben 2030 und 2050 mit der Flächenbelegung im Jahr 2007 verglichen.11 Es wird also der kumulative Effekt durch die Flächenumwandlung betrachtet. Es kann damit analysiert werden, ob Biomasse von bereits bestehenden Anbauflächen stammt oder ob bisher nicht genutzte Flächen verwendet werden (Schutzgebiete, Primärwälder, Wald, ungenutztes Grünland (Grasland / Buschland), Feuchtgebiete oder Torfmoor). Zur Bewertung wird eine Umwandlung von Schutzgebieten und Primärwald als ein hohes Risiko für die Biologische Vielfalt eingestuft. Für die Umwandlung von Wald, ungenutztem Grünland, Feuchtgebieten und Torfmoor wird ein mittleres Risiko für die Biologische Vielfalt angenommen. Für bereits genutzte Flächen wird ein geringes Risiko (Low Risk) angenommen. Im Hinblick auf bereits genutztes Grünland ist eine Differenzierung in genutztes Grünland mit großer Biologischer Vielfalt und genutztes Grünland mit geringer Biologischer Vielfalt nicht möglich. Da der Flächenanteil von der letzten Kategorie im weltweiten Maßstab deutlich überwiegt, wird für die Umwandlung von genutztem Grünland hin zu Ackerland ein niedriges Risiko angenommen. In einer Bewertung ist es aber notwendig, auf Länderebene mögliche Risiken zu diskutieren. Abbildung 5 37 : Globale Flächennutzung von Flächen mit niedrigem, mittleren und hohem Risiko für die Biologische Vielfalt durch Feldfrüchte, die für Biokraftstoffe genutzt werden können (Kraftstoff-Szenarien KS-BAU und KS-N). 1800 1600 Anbaufläche (Mio. ha) 1400 1200 1000 800 Schutzgebiete_Ölsaaten/KUP/Perennials Schutzgebiete_Weizen/Mais/Zucker Primärwald_Ölsaaten/KUP/Perennials Primärwald_Weizen/Mais/Zucker Moor_Ölsaaten/KUP/Perennials Moor_Weizen/Mais/Zucker Wald_Ölsaaten/KUP/Perennials Wald_Weizen/Mais/Zucker Feuchtgebiete_Ölsaaten/KUP/Perennials 600 Feuchtgebiete_Weizen/Mais/Zucker 400 Ungenutztes Grünland_Ölsaaten/KUP/Perennials 200 0 Ungenutztes Grünland_Weizen/Mais/Zucker Genutztes Grünland_Ölsaaten/KUP/Perennials Genutztes Grünland_Weizen/Mais/Zucker Low-Risk_Ölsaaten/KUP/Perennials Low-Risk_Weizen/Mais/Zucker Abbildung 5-35: Globale Flächennutzung von Flächen mit niedrigem, mittleren und hohem Risiko für die Biologische Vielfalt durch Feldfrüchte, die für Biokraftstoffe genutzt werden können (Kraftstoff-Szenarien KS-BAU und KS-N). 11 Mit dieser Differenzbetrachtung können nur Werte für das Jahr 2030 und 2050 dargestellt werden. Die Analyse der Flächen findet auf Basis einer mittleren Flächennutzung für eine Feldfrucht in einem Land bzw. einer Ländergruppe statt. Dies bedeutet, dass z. B. für die Anbaufläche von Zuckerrohr in Brasilien der Anteil der oben genannten Flächen bestimmt wird und auch für Importe nach Deutschland gilt. Es wird also der mittlere Anbaueffekt bewertet und nicht der Effekt, der durch eine zusätzliche Nachfrage aus Deutschland entsteht. Die ökologische Bewertung basiert vor allem auf den Effekten von gehandelter Biomasse. Da in den Szenarien SW-BAU und SW-N die Importe nach Deutschland weitestgehend ausgeschlossen werden, ist in diesen Szenarien keine sinnvolle Auswertung möglich und es wird auf eine Darstellung verzichtet. 5.5.2 Risiken für die Biologische Vielfalt 5.5.2.1 Globale Risiken (Kraftstoff-Szenarien) Die globale Auswertung der Nutzungsmuster zeigt, dass im Szenario KS-BAU im Jahr 2030 die Anbaufläche bei ca. 1.350 Mio. ha lag (Abb. 5-35). Dabei wurden ca. 80 % der Anbaufläche zu Flächen mit niedrigen Risiken für die Biologische Vielfalt genutzt. Die im Jahr 2030 neu erschlossenen Anbauflächen liegen vor allem auf ehemaligen Grünlandflächen, wobei die zuvor ungenutzten Grünlandflächen (mittleres Risiko) eine deutlich höhere Rolle spielen als bereits genutzte Grünlandflächen (geringes bis mittleres Risiko). Andere Flächen mit mittlerem Risiko für die Biologische Vielfalt (Wälder, Feuchtgebiete und Torfmoor) und Flächen mit hohem Risiko für die Biologische Vielfalt (Schutzgebiete und Primärwälder) werden kaum neu erschlossen (Abb. 5-35). Bis ins Jahr 2050 steigt im Szenario KS-BAU die globale Anbaufläche auf gut 1.850 Mio. ha an. Dabei nehmen Flächen mit geringem Risiko für die Biologische Vielfalt nur leicht zu, wohingegen Grünland- und zu einem kleineren Anteil auch Waldflächen (mittleres Risiko für die Biologische Vielfalt) deutlich zunehmen. Flächen mit hohem Risiko für die Biologische Vielfalt (Schutzgebiete und Primärwaldflächen) werden auch im Jahr 2050 im Szenario KSBAU in nur geringen Umfang in Nutzung genommen (Abb. 5-35). Es ist herauszustellen, dass im Szenario KS-BAU insbesondere Risiken durch die Umwandlung von Grünlandflächen in Anbauflächen bestehen. Unter den Grünlandflächen kann sich Grünland mit großer biologischer Vielfalt befinden, was aber aufgrund einer fehlenden Datengrundlage nicht eingeschätzt werden kann. Waldflächen werden deutlich weniger als neue Anbauflächen in Anspruch genommen. Dies fällt erst nach dem Jahr 2030 ins Gewicht. Auch hier können unter diesen kleinräumige Waldflächen mit großer biologischer Vielfalt sein, da nur großflächige Primärwälder als eigene Kategorie betrachtet werden konnten (Abb. 5-35). Im Szenario KS-N lag die gesamte Anbaufläche mit gut 1.100 Mio. ha im Jahr 2030 und ca. 1.650 Mio. ha im Jahr 2050 niedriger als im Szenario KS-BAU (Abb. 5-35). Durch den strikten Ausschluss von sensiblen Flächen ab dem Jahr 2025 wird als neue Anbaufläche vor allem Grünland erschlossen. Dabei ist aber zu berücksichtigen, dass ab dem Jahr 2025 je Land 17 % der Landesfläche unter Schutz gestellt wird – und damit auch ein entsprechender Anteil an Grünland, so dass zumindest ein gewisser Anteil an Grünland mit großer biologischer Vielfalt nicht umgebrochen wird (Abbildung 5-35). Die geringere Flächenbelegung im Szenario KS-N im Vergleich zum Szenario KS-BAU geht einher mit einer Erhöhung der Flächenerträge. Dies bedeutet eine stärkere Erhöhung der Nutzungsintensität von Flächen im Szenario KS-N als im Szenario KS-BAU. Aus Sicht des 101 102 Ergebnisse Ergebnisse Hinblick auf die Modellierung des Grünlandumbruchs innerhalb der EU und in Deutschland konnten die neuen Regelungen der Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP 2014-2020; DirektZahlDurchfG13) im Rahmen des Projektes nicht mehr berücksichtigt werden, die bereits ab dem Jahr 2015 in Kraft treten. Im Falle einer strikten Umsetzung der neuen Regelungen mit einer niedrigen Genehmigungsrate für den Umbruch von Dauergrünland ohne Wiederanlegen von neuem Dauergrünland kann ein Grünlandumbruch bereits im Szenario KS5.5.2.2 Risiken durch die Nutzung in Deutschland (Kraftstoff-Szenarien) BAU niedriger ausfallen als in Abbildung 5-36 dargestellt. Im Szenario KS-N wird bis 2020 ein Grünlandumbruch zugelassen und nach 2020 vollständig ausgeschlossen, so dass bis Für eine Bewertung der Risiken für die Biologische Vielfalt, die durch die Nutzung von Biozum Jahr 2030 im Szenario KS-N weniger umgebrochenes Grünland für Biokraftstoffe gemasse als Kraftstoff in Deutschland auftreten, ist es notwendig, zwischen Anbauflächen nutzt wird als im Szenario KS-BAU Abbildung 5-36). in Deutschland und außerhalb von Deutschland (Importe) zu unterscheiden. Bei der BeIm Jahr 2050 im Szenario KS-BAU (OHNE-RED) nimmt die Anbaufläche in Deutschland für wertung wurde in einem ersten Schritt angenommen, dass Biokraftstoffe auch dann nach Biomasse zur Kraftstoffproduktion leicht ab. Gleichzeitig reduziert sich im Ausland die AnDeutschland gelangen, wenn sie gegen die geltenden Kriterien der RED verstoßen und von baufläche auf Flächen mit geringem Risiko. Es steigt aber im Ausland die Nutzung von einem Import ausgeschlossen wären (Annahme OHNE-RED). In einem zweiten Schritt wird ehemaligen Grünlandflächen deutlich und von ehemaligen Waldflächen in einem kleineren die Bewertung mit der Annahme dargestellt, dass ausschließlich RED-konforme BiokraftUmfang an (beide Flächen mit einem mittleren Risiko für die Biologische Vielfalt, Abbildung stoffe nach Deutschland importiert werden (Annahme MIT-RED). An dem Unterschied der 5-36). beiden Darstellungen wird deutlich, wie stark der Effekt der RED ist. Zudem lassen sich Die Darstellung in Abbildung 5-36 (OHNE-RED) berücksichtigt nicht die Importrestriktionen mögliche Verdrängungseffekte im internationalen Handel einschätzen. durch die Erneuerbare-Energien-Richtlinie (RED), die z. B. Waldflächen für den Anbau ausUm im Szenario KS-BAU (OHNE-RED) im Jahr 2030 den Biomassebedarf für Biokraftstoffe schließt. Bei Berücksichtigung der RED- Restriktionen (MIT-RED) werden Anstelle von Wald zu decken, ist eine gesamte Fläche von gut 12 Mio. ha notwendig, wovon knapp zwei Mio. (und ebenso von Primärwald, Schutzgebiet und Torfmoor) entsprechend mehr Grünland ha in Deutschland liegen und sich über 10 Mio. ha im Ausland befanden (Abb. 5-36).12 Der und Flächen ohne Risiko, vor allem im Ausland genutzt (siehe Abb. 5-38). Im Szenario KSGroßteil der Flächennutzung entfällt auf Biomasse zur Produktion von Biodiesel. Ähnlich BAU (MIT-RED) im Jahr 2050 steigt zudem die insgesamt genutzte Anbaufläche gegenüber wie im globalen Maßstab wird vor allem Grünland im Ausland und dabei zu einem größeren dem Szenario KS-BAU (OHNE-RED) leicht an, was auf Unterschiede in den Erträgen der Anteil zuvor ungenutztes Grünland als neue Anbaufläche erschlossen (mittleres Risiko für genutzten Flächen beruht. die Biologische Vielfalt). Aber auch in Deutschland werden auf einem deutlichen Anteil zuIm Szenario KS-N (MIT-RED und OHNE-RED) liegt im Jahr 2030 die gesamte Anbaufläche vor genutztem Grünland Bioenergie-Rohstoffe angebaut (ca. 390.000 ha). Die Anbaufläche (Deutschland und Ausland) zur Produktion von Biokraftstoffen für eine Nutzung in DeutschAbbildung 5 38: Annahme OHNE-RED – Nutzung von mit niedrigem,könnte mittleren und hohem für die Biologische Vielfalt (global und Deutschland) die Rohstoffproduktion zur Herstellung von Biokraftstoffen in Deutschland (Kraftstoff-Szenarien KS-BAU und KS-N) für Biogassubstrate in Flächen Deutschland für dieRisiko Szenarien nicht bewertet werden.fürIm land niedriger als im Szenario KS-BAU. Dies geht einher mit einem leichten Anstieg von 14 Schutzgebiete_Bio-Diesel (Import) Anbauflächen von Biogassubstraten für Biomethankraftstoff. Auch wenn die gesamte AnSchutzgebiete_Bio-Ethanol (Import) baufläche zurückgeht, steigt im Szenario KS-N im Jahr 2030 der Anteil an neuer GrünPrimärwald_Bio-Diesel (Import) 12 Abbildung 5 39: Analyse möglicher Verdrängungseffekte ins Ausland durch die Flächenbelegung für die Rohstoffproduktion zur Herstellung von Biokraftstoffen in Deutschland (Kraftstof Primärwald_Bio-Ethanol (Import) landfläche, auf der jetzt Rohstoffe für Biokraftstoffe angebaut werden, im Vergleich zum 10 8 6 4 2 0 Moor_Bio-Diesel (Import) Moor_Bio-Ethanol (Import) Wald_Bio-Diesel (Import) Wald_Bio-Ethanol (Import) Feuchtgebiete_Bio-Diesel (Import) Feuchtgebiete_Bio-Ethanol (Import) Grünland_Bio-Diesel (Import) Grünland_Bio-Ethanol (Import) Grünland_Bio-Diesel (DE) Grünland_Bio-Ethanol (DE) Genutztzes Grünland_Bio-Diesel (Import) Genutztzes Grünland_Bio-Ethanol (Import) Genutztzes Grünland_Bio-Diesel (DE) Genutztzes Grünland_Bio-Ethanol (DE) Low-Risk_Bio-Diesel (Import) Low-Risk_Bio-Ethanol (Import) Low-Risk_Bio-Diesel (DE) Low-Risk_Bio-Ethanol (DE) Low-Risk_Biogas (DE) Anbaufläche (Mio. ha) Anbaufläche (Mio. ha) Schutzes der Biologischen Vielfalt birgt diese stärkere Intensivierung zwar Risiken für die Biologische Vielfalt (z. B. Eutrophierung), aber im Vergleich zu den Risiken aus der höheren Inanspruchnahme von neuen, bisher nicht genutzten Anbauflächen im Szenario KS-BAU sind die Risiken aus der höheren Intensivierung im Szenario KS-N als geringer einzuschätzen (vgl. z. B. Groom et al., 2006). 103 6 Weizen verdrängt durch Bio-Diesel (DE) 4 Weizen verdrängt durch BioEthanol (DE) 2 Weizen verdrängt durch Biogas (DE) Low-Risk_Bio-Diesel (DE) 0 Low-Risk_Bio-Ethanol (DE) Low-Risk_Biogas (DE) Abbildung 5-37: Analyse möglicher Verdrängungseffekte ins Ausland durch die Flächenbelegung für die Rohstoffproduktion zur Herstellung von Biokraftstoffen in Deutschland (Kraftstoff-Szenarien KS-BAU und KS-N). 12 Zum Vergleich ist herauszustellen, dass die aktuelle Ackerfläche in Deutschland ca. 14 Mio. ha beträgt. 13 Direktzahlungen-Durchführungsgesetz: http://www.gesetze-im-internet.de/bundesrecht/direktzahldurchfg/gesamt. pdf Mio. ha) Abbildung 5-36: Annahme OHNE-RED – Nutzung von Flächen mit niedrigem, mittleren und hohem Risiko für die Biologische Vielfalt (global und Deutschland) für die Rohstoffproduktion zur Herstellung von Biokraftstoffen in Deutschland (Kraftstoff-Szenarien KS-BAU und KS-N). 6 Weizen verdrängt durch BioDiesel (DE) Weizen verdrängt durch Bio- 104 Ergebnisse Ergebnisse 105 Szenario KS-BAU an. Die Nutzung andere sensibler Flächen treten kaum (OHNE-RED) bzw. nicht auf (MIT-RED), da sie in diesem Szenario weitestgehend (OHNE-RED nach dem Jahr 2025) bzw. vollständig (MIT-RED) ausgeschlossen sind. Im Jahr 2050 im Szenario KS-N wird ausschließlich Anbaubiomasse aus Deutschland in Form von Biomethan als Kraftstoff eingesetzt. Hierzu werden knapp vier Mio. ha belegt (Abb. 5-36). Wie bereits oben erläutert wird, kann für diese Flächen das Risiko für die Biologische Vielfalt nicht eingeschätzt werden. Ein deutlicher Anteil der Fläche wird auf Flächen mit geringem Risiko liegen, es ist aber auch ein Anteil an Grünlandumbruch zu erwarten. Außerdem ist festzuhalten, dass die hohe Flächenbelegung mit Biogassubstraten im Szenario KS-N im Jahr 2050 dazu führt, dass andere Agrarprodukte in geringerem Umfang angebaut werden und importiert werden müssen bzw. nicht mehr exportiert werden können. Diese indirekten Effekte werden in Abbildung 5-37 für alle Kraftstoffszenarien abgeschätzt. Dabei wird vereinfacht angenommen, dass auf der Bioenergie-Anbaufläche zuvor Weizen angebaut wurde, der nun im Ausland angebaut werden muss. Es zeigt sich, dass der Flächenbedarf im Ausland zur Weizenproduktion etwa doppelt so hoch ist wie in Deutschland. In der Summe liegt damit der direkte und indirekte Flächenbedarf im Szenario KS-N im Jahr 2050 bei ca. 12 Mio. ha. Im Gegensatz hierzu beträgt der Flächenbedarf (direkt und indirekt) im Szenario KS-N im Jahr 2030 – bei niedrigem Biogasanteil – knapp 16 Mio. ha. Auch in den Szenarien KS-BAU 2030 und 2050 ist mit einem hohen Flächenbedarf (direkt und indirekt) von knapp 16 bzw. etwa 16,5 Mio. ha zu rechnen (vgl. Abb. 5-36 und Abb. 5-37). Damit liegt selbst bei der Berücksichtigung von Verdrängungseffekten der Flächenbedarf im Szenario KS-N im Jahr 2050 niedriger als in den übrigen Fällen. Anbau auf ehem. genutztem Grünland (ha) Abbildung 5 41: Annahme OHNE-RED – Verteilung der Länder, in denen ehemals genutztem Grünland für die Rohstoffproduktion zur Herstellung von Biokraftstoffen 1200000 Rest 1000000 Argentinien Südostasien 800000 Rest Europa 600000 Rest Nordamerika 400000 Rest EU12 Skandinavien & Baltische Staaten Großbritannien 200000 Deutschland Brasilien 0 KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) KS-N (2030) Abbildung 5-39: Annahme OHNE-RED – Verteilung der Länder, in denen ehemals genutztem Grünland für die Rohstoffproduktion zur Herstellung von Biokraftstoffen in Deutschland genutzt werden (Kraftstoff-Szenarien KS-BAU und KS-N). Da das Szenario KS-N nicht sinnvoll ausgewertet werden könnte, ist es nicht dargestellt. Anbaufläche (Mio. ha) Im Hinblick auf die räumliche Verteilung der neuen Flächeninanspruchnahme, die durch die Biokraftstoffnutzung in Deutschland bedingt ist, zeigt sich, dass der Umbruch von genutztem Grünland vor allem in den Ländern / Regionen Deutschland, Großbritannien, Brasilien und in anderen Europäischen Ländern stattfindet (Abb. 5-39). Im Hinblick auf den Umbruch von zuvor ungenutztem Grünland sind der Mittlere Osten, Brasilien, USA, Spanien Abbildung 5 40 MIT-RED – Nutzung von Flächen mit niedrigem, mittleren und hohem Risiko für die Biologische Vielfalt (global und Deutschland) für die Rohstoffproduktion zur Herstellung von Biokraftstoffen in Deutschland (Kraftstoff-Szenarien KS-BAU und KS-N) und Portugal, Rest Nordamerika, Rest Südamerika und Frankreich relevant (Abb. 5-40 a). 14 Schutzgebiete_Bio-Diesel (Import) Die dargestellte Verteilung bezieht sich auf den Fall OHNE-RED. Im Fall MIT-RED ist das Schutzgebiete_Bio-Ethanol (Import) Muster identisch bei leicht höheren Flächenanteilen. Primärwald_Bio-Diesel (Import) 12 Primärwald_Bio-Ethanol (Import) Ohne Einhalten der RED-Anforderungen tritt im Szenario KS-BAU (OHNE-RED) eine aus Moor_Bio-Diesel (Import) Deutschland induzierte Nutzung von ehemaligen Waldflächen vor allem in den Ländern / 10 Moor_Bio-Ethanol (Import) Wald_Bio-Diesel (Import) Regionen Brasilien, Rest Nordamerika, Russland, Rest EU12, Rest Europa und Südostasien Wald_Bio-Ethanol (Import) auf (Abb. 5-40 b). Im Szenario KS-N (OHNE-RED) findet keine nennenswerte Nutzung ehe8 Feuchtgebiete_Bio-Diesel (Import) Feuchtgebiete_Bio-Ethanol (Import) maliger Waldflächen statt. Im Hinblick auf Torfmoor spielen vor allem die Ländern /RegioGrünland_Bio-Diesel (Import) 6 nen Russland, Rest Nordamerika, Skandinavien & Baltische Staaten, Südostasien und Rest Grünland_Bio-Ethanol (Import) Grünland_Bio-Diesel (DE) Europa eine Rolle (Abb. 5-40 c). Im Szenario KS-N im Jahr 2030 (OHNE-RED) stammt nur 4 Grünland_Bio-Ethanol (DE) eine kleine Menge an Biomasse von ehemaligen Moorflächen in Skandinavien & Baltische Genutztzes Grünland_Bio-Diesel (Import) Staaten. Eine Nutzung von Primärwaldflächen tritt Szenario KS-BAU in Südostasien und Genutztzes Grünland_Bio-Ethanol (Import) 2 Genutztzes Grünland_Bio-Diesel (DE) Russland auf (Abb. 5-40 d, OHNE-RED). Biomasseanbau in Schutzgebieten liegt insbesonGenutztzes Grünland_Bio-Ethanol (DE) dere im Szenario KS-BAU im Mittleren Osten (Abb. 5 40-e, OHNE-RED). Low-Risk_Bio-Diesel (Import) 0 Low-Risk_Bio-Ethanol (Import) Low-Risk_Bio-Diesel (DE) Low-Risk_Bio-Ethanol (DE) Low-Risk_Biogas (DE) Abbildung 5-38 MIT-RED – Nutzung von Flächen mit niedrigem, mittleren und hohem Risiko für die Biologische Vielfalt (global und Deutschland) für die Rohstoffproduktion zur Herstellung von Biokraftstoffen in Deutschland (Kraftstoff-Szenarien KS-BAU und KS-N) 1000000 400000 500000 300000 0 200000 Anbau auf ehemaliger Anbau auf ehe AnbauAnbau auf ehemaliger auf ehem.Waldfläc ungenu 600000 2000000 500000 1500000 106 400000 1000000 Ergebnisse 300000 500000 KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) 100000was 200000 0 ssa 0 Ergebnisse KS-N (2030) bra usa spo xna xla naf rus arg neu sca fra Rest KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) KS-N (2030) Abbildung 5 42: Annahme Torfmoor, Primärwald, Schutzgebiet) für die Rohstoffproduktion zur Herstellung von Biokraftstoffen in Deutschland genutzt werden (Kraftstoff-Szenarien KS-BAU und KS-N). Da das Szenario KS-N nicht sinnvoll ausgewertet werden könnte, ist es nicht darges 100000OHNE-RED – Verteilung der Länder, in denen in sensiblen Gebieten (ungenutztes Grünland, KS-BAUWald, (2030) KS-BAU (2050) KS-N (2030) a) Grünland b) Wald a) bis e) was bra usa spo xna xla naf b) bra xna rus neu xer sea tza Rest a) 0 xer sea tza Restc) 700000 2500000 16000 600000 2000000 500000 1500000 12000 400000 1000000 300000 500000 8000 200000 rus 700000 16000 600000 xna sca sea tza arg xer Rest d) 5000 500000 12000 400000 4000 300000 8000 3000 200000 100000 4000 2000 d) e) auf ehemaligem AnbauAnbau im ehemaliger Schutzgebiet (ha) Torfmoor (ha) Anbau auf Primärwaldfläche (ha) c) 0 1000 KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) KS-N (2030) 0 bra xna rus(2030) neu KS-BAU xer (2050) sea tzaKS-NRest KS-BAU (2030) d) 0 rus xna sca sea tza arg xer Rest KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) KS-N (2030) 16000 rus sea e) 5000 12000 35000 4000 30000 8000 3000 25000 1000 10000 0 KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) KS-N (2030) sca KS-BAU (2050) sea tza arg KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) rus KS-N (2030) xer Rest was xer ssa xla 35000 Abbildung 5-40: 4000 30000 5000 0 0 KS-N (2030) KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) bra 35000 was xer ssa xla 30000 xna rus neu xer sea 20000 2000 15000 10000 5000 1000 10000 0 KS-BAU (2030) 50000 KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) KS-BAU (2030) was rus sea KS-BAU (2050) xer ssa xla KS-N (2030) KS-N (2030) 5.000 KS-N (2030) tza Rest rus d) Primärwald 35.000 4.000 3.000 2.000 1.000 KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) KS-N (2030) xna xer sca sea tza arg Rest was KS-BAU (2050) xer ssa xla KS-N (2030) e) Schutzgebiete 30.000 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 0 25000 Annahme OHNE-RED – Verteilung der Länder, in denen in sensiblen Gebieten (ungenutztes 20000 Grünland, Wald, Torfmoor, Primärwald, Schutzgebiet) für die Rohstoffproduktion zur Herstellung von Biokraftstoffen in Deutschland genutzt werden (Kraftstoff-Szenarien KS-BAU und KS-N). 25000 3000 15000 Da das Szenario KS-N nicht sinnvoll MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, 22.01.2015 ausgewertet werden könnte, ist es nicht dargestellt. 0 100.000 sea arg =3000 Argentinien; bra = Brasilien; fra25000 = Frankreich; naf = Nordafrika; neu 2000 = Rest EU12; rus = Russland; 20000 sca = Skandinavien & Baltische Staaten; 15000 sea =1000 Südostasien; spo = Spanien & Portugal; ssa = Rest Sub Sahara Afrika; tza = Tansania; 10000 0 usa = USA; was = Mittlerer Osten; KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) KS-N (2030) xla5000 = Rest Süd und Central Amerika; rus xna =0Rest Nordamerika; xersea= Rest Europa; KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) KS-N (2030) Rest = restliche Länder/Ländergruppen. Anbau im Schutzgebiet (ha) Anbau Primärwaldfläche Anbauauf imehemaliger Schutzgebiet (ha) (ha) 5000 0 rus xnaKS-BAU sca (2030) sea KS-BAU tza (2050) arg xer Rest KS-N (2030) e) 0 rus sea KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) KS-N (2030) 5000 xna 30000 15000 e) 0 4000 35000 e) Schutzgebiete 20000 4000 2000 d) KS-BAU (2030) rus Anbau im Schutzgebiet (ha) d) c) Torfmoor Anbau auf ehemaliger Primärwaldfläche (ha) c) Anbau auf ehemaliger Waldfläche (ha) auf ehemaligem Torfmoor (ha) Anbau Anbau auf ehemaliger Primärwaldfläche (ha) b) 0 KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) KS-N (2030) 100000 4000 was bra usa spo xna xla naf 0 ssa rus arg neu sca fra Rest KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) KS-N (2030) c) 0 bra xna rus neu xer sea tza Rest KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) KS-N (2030) Auf globaler Ebene steigt – wie bereits oben gezeigt – die landwirtschaftlich genutzte Fläche für Weizen / Mais / Zucker (potenziell geeignet für Bio-Ethanol) und für Ölsaaten / 500000 KUP / Perennials (potenziell geeignet für Biodiesel) im Szenario KS-BAU stärker an als im 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen Szenario KS-N (Abb. 5-41). Dieser Anstieg findet aber weitestgehend in gleicher Art für die 12000 400000 Nutzung von gut, mittel oder schlecht geeigneten Böden statt. So befinden sich über alle 300000 Szenarien und Zeitscheiben hinweg etwa 56 % der Anbauflächen auf Böden mit einer guten 8000 200000 Abbildung 5-40: Annahme OHNE-RED – Verteilung der Länder, in denen in sensiblen Gebieten (ungenutztes Grünland, Wald, Torfmoor, Primärwald, Schutzgebiet) landwirtschaftlichen Eignung. Etwa 27 % der Anbau findet auf Bödenfürmitdieeiner mittleren 100000 Rohstoffproduktion zur Herstellung von Biokraftstoffen in Deutschland genutzt werden undschlechten KS-N). Da das Szenario KS-N nicht sinnvoll Dies bedeutet und (Kraftstoff-Szenarien ca. 17 % auf BödenKS-BAU mit einer landwirtschaftlichen Eignung. 4000 ausgewertet werden könnte, ist es nicht dargestellt. 0 dass mit einem generellen Anstieg der Risiken für Böden durch den generellen Anstieg der KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) KS-N (2030) Flächennutzung zu rechnen ist. bra xna rus neu xer sea tza Rest 0 Im Hinblick auf die Flächen, die für eine Rohstoffproduktion für den deutschen BiokraftKS-BAU (2030) KS-BAU (2050) KS-N (2030) stoffmarkt genutzt16.000 werden, zeigt sich ein ähnliches Verhältnis für die Nutzung von Flächen rus xna sca sea tza arg xer Rest 16000 700.000 mit einer guten, mittleren und schlechten Eignung für die landwirtschaftliche Nutzung wie d) Primärwald a) Grünland b) Wald c) Torfmoor bei der globalen Betrachtung. Allerdings nimmt im Szenario KS-BAU von 2007 bis 2050 der 600.000 12000 5000 Anteil an Flächen12.000 mit einer guten Eignung leicht von 57 % auf 51 % ab (Abb. 5-42). Gleich500.000 zeitig nimmt der Anteil der Flächen mit einer mittleren Eignung von 24 % auf 32 % zu und 4000 8000 der Anteil der Flächen mit einer schlechten Eignung bleibt etwa konstant (19 % in 2007, 18 400.000 8.000 Für das Szenario KS-N bleibt von 2007 bis 2030 der Anteil an gut 3000 % in 2030 und 2050). 4000 300.000 geeigneten Flächen mit 57 % konstant. Der Anteil an Flächen mit mittlerer Eignung nimmt 2000 aber von 24 % auf 30 % zu, wohingegen der Anteil an schlecht geeigneten Flächen von 200.000 4.000 19 % auf 13 % abnimmt. Für Biogas-Flächen in Deutschland ist keine Einstufung möglich. 0 1000 600000 16000 Anbau auf ehemaligem Torfmoor (ha) neu Anbau auf ehemaliger Waldfläche (ha) rus Anbau aufAnbau ehemaliger Primärwaldfläche auf ehemaligem Torfmoor (ha) (ha) bra xna 3000000 Risiken für Böden 700000 Anbau imauf Schutzgebiet Anbau ehemaliger(ha) Primärwaldfläche (ha) c) Anbau auf ehemaliger Waldfläche auf ehem. ungenutztem Grünland (ha) Anbau aufAnbau ehemaligem Torfmoor (ha) (ha) b) Rest KS-N (2030) Anbau auf ehemaligem Torfmoor (ha) Anbau auf ehemaliger Waldfläche (ha) 5.5.3 ssa rus arg neu sca fra 3500000 KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) rus sea Weizen / Mais / Zucker = potenziell geeignet für Bio-Ethanol; Ölsaaten, KUP, Perennials = potenziell geeignet 0 für Biodiesel KS-N (2030) KS-BAU (2030) KS-BAU (2050) KS-N (2030) xer mit ssaguter,xla Abbildung 5-41: Globale Flächennutzung was von Flächen mittlerer und schlechter Eignung für eine landwirtschaftliche Nutzung durch Feldfrüchte, die für Biokraftstoffe genutzt werden können (nur KraftstoffSzenarien KS-BAU und KS-N). 98 107 Ergebnisse 14 Anbaufläche (Mio. ha) 108 Ergebnisse Schlecht_Bio-Diesel (Import) 12 Schlecht_Bio-Ethanol (Import) 10 Schlecht_Bio-Ethanol (DE) Schlecht_Bio-Diesel (DE) Mittel_Bio-Diesel (Import) 8 Mittel_Bio-Ethanol (Import) Mittel_Bio-Diesel (DE) 6 Mittel_Bio-Ethanol (DE) Gut_Bio-Diesel (Import) 4 Gut_Bio-Ethanol (Import) Gut_Bio-Diesel (DE) 2 Gut_Bio-Ethanol (DE) NN_Biogas (DE) 0 5. Im Nachhaltig-Szenario findet eine Intensivierung der Landnutzung statt, die zu einer Beeinträchtigung der Biologischen Vielfalt führen kann. Diese Risiken werden aber als geringer eingeschätzt als Risiken, die mit einer ansonsten benötigten neuen Landnutzung, die anteilig auch in sensiblen Flächen (Primärwald, Wälder, Feuchtgebiete, neue Schutzgebiete) stattfinden würde, verbunden sind. 6. Im Nachhaltig-Szenario werden als neue Flächen ausschließlich Grünland in Nutzung genommen. Da aber 17 % der Fläche eines jedes Landes und damit auch ein entsprechender Anteil des Grünlands in diesem Szenario unter Schutz gestellt wurde, ist damit zu rechnen, dass ein entsprechender Anteil an Grünland mit großer Biologischer Vielfalt nicht umgebrochen wird. 7. In Deutschland ist ein signifikanter Grünlandumbruch zu erwarten, der vor allem vor dem Jahr 2025 auftritt. Abbildung 5-42: Nutzung von Flächen mit guter, mittlerer und schlechter Eignung für eine landwirtschaftliche Nutzung (global und Deutschland) für die Rohstoffproduktion zur Herstellung von Biokraftstoffen in Deutschland (Kraftstoff-Szenarien KS-BAU und KS-N). 5.5.4 Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen 5.5.4.1 Schlussfolgerungen Die Ergebnisse der Bewertung der Biologischen Vielfalt lassen folgende Schlussfolgerungen zu: 1. Es ist generell mit einem Anstieg der landwirtschaftlichen Nutzfläche bis 2050 zu rechnen, auch wenn dieser im Nachhaltig-Szenario geringer ausfällt als im BAU-Szenario. Dies bedeutet per se einen Anstieg von Risiken für die Biologische Vielfalt. Dieser Anstieg wird durch die Nutzung von Bioenergie in Deutschland und ebenso durch die Nutzung anderer Biomasseströme (z. B. Futtermittel, Nahrungsmittel) beeinflusst. 2. Unter den Annahmen des Business As Usual (BAU) wird eine neue landwirtschaftliche Erschließung von Flächen bis 2030 vor allem auf Grünlandflächen im Ausland stattfinden. Bis 2050 ist damit zu rechnen, dass ein deutlicher Anteil an Waldflächen hinzukommt. Dies stellt ein mittleres Risiko für die Gefährdung der Biologischen Vielfalt dar. 3. Die neue Erschließung von weiteren sensiblen Flächen (Feuchtgebiete, Torfmoor, Primärwald, Schutzgebiete) findet bereits im BAU-Szenario nur in untergeordnetem Umfang statt. 4. Deutliche Restriktionen für die globale Flächennutzung im Nachhaltig-Szenario führen zu einer Abnahme des globalen Flächenbedarfs. Zudem befinden sich unter den ausgeschlossenen Flächen zu einem großen Anteil sensible Flächen zum Erhalt der Biologischen Vielfalt. Es ist daher mit einer generellen Reduktion von Risiken für die Biologische Vielfalt in diesem Szenario zu rechnen. 8. Die steigende Nutzung von Biogas in Deutschland im Nachhaltig-Szenario zeigt, dass es auch bei der Berücksichtigung von Verdrängungseffekten global zu einer reduzierten Flächenbelegung kommt. Eine Biogasstrategie im Kraftstoffsektor mit einem hohen Anteil an inländischer Rohstoffproduktion ist also aus Sicht der Flächenbelegung für den Schutz der Biologischen Vielfalt vorteilhaft gegenüber einer Strategie mit einem hohen Anteil an Kraftstoffen erster Generation. Dies liegt vor allem an der hohen Flächeneffizienz in der Biogasproduktion (Maisanteil von 85 %). Ein weniger Mais-lastiger und extensiverer Anbau von Biogassubstraten in Deutschland würde aus Sicht der Biologischen Vielfalt eine Verbesserung darstellen, kann aber die genannten Vorteile hinsichtlich der Flächenbelegung wieder aufheben. 9. Einschätzungen zu Risiken für Böden unterscheiden sich zwischen den Szenarien kaum. Mit der generellen Erhöhung der landwirtschaftlichen Nutzfläche steigen aber die Flächen mit möglichen Risiken für Böden. 5.5.4.2 Handlungsempfehlungen Als Handlungsempfehlungen sind folgende Punkte zu betonen: Deutschland sollte nach Möglichkeiten suchen, den Biomassebedarf (insbesondere für Bioenergie und Futtermittel durch eine Reduktion der Tierproduktion) im Land zu senken, da dies dem weltweit steigenden Biomassebedarf entgegenwirkt und zu einer Reduktion von Risiken für die Biologische Vielfalt führt. Deutschland sollte auf globaler Ebene aktiver ambitionierte, internationale Ziele für den Schutz von sensiblen Flächen wie Primärwälder, Torfmoor, Feuchtgebiete, Wälder und Grünland mit großer Biologischer Vielfalt, am besten in einer globalen Schutzgebietskulisse in Anlehnung an die Beschlüsse der Convention on Biological Diversity (CBD), vorantreiben. Dieser Schutz steht nicht im Zwiespalt mit der Produktion ausreichender landwirtschaftlicher Produkte, geht aber mit einer Nutzungsintensivierung auf bereits genutzten Flächen einher. 109 110 Ergebnisse Ergebnisse Deutschland sollte globale Initiativen ergreifen, dass eine zu erwartende Nutzungsintensivierung nachhaltig stattfinden kann. Deutschland sollte eine globale Initiative zur Identifizierung von Grünland mit großer Biologischer Vielfalt sowie zur Unterschutzstellung der wertvollen Flächen bzw. bestehende Initiativen aktiver unterstützen (z. B. Erfassung von Key Biodiversity Areas) ergreifen, da der größte Anteil der neuen Flächennutzung auf Grünlandflächen zu erwarten ist. Hier ist der aktuelle Entwurf zum Schutz von Grünland mit großer Biologischer Vielfalt unter der RED zielführend, sollte aber für alle Anbauflächen gelten. Zum Schutz der Biologischen Vielfalt im Grünland sollte Deutschland ein nationales Umbruchverbot von Dauergrünland oder zumindest ein Umbruchverbot von Grünland mit großer Biologischer Vielfalt erlassen. Letzteres setzt aber eine flächendeckende Kartierung des Grünlands in Deutschland voraus. In diesem Zusammenhang ist die Wirkung der neuen Regelungen der Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP 2014-2020) im Hinblick auf den Erhalt von Grünland zu prüfen. Deutschland sollte eine effiziente inländische Bioenergieproduktion – ob im Kraftstoffsektor mit Biomethan oder im Strom- und Wärmebereich mit Biogas oder anderen flächeneffizienten Bioenergieträgern – einer Importstrategie von weniger effizienten Biokraftstoffen vorziehen, da hierdurch weltweit mit geringeren Risiken für die Biologische Vielfalt zu rechnen ist. Die indirekten Effekte, die aus der Verdrängung anderer Ackerkulturen durch z. B. Biogassubstrate resultieren, konnten jedoch nur grob abgeschätzt werden (z. B. unter der Annahme, dass nur Weizen verdrängt wird) und könnten in der Realität evtl. deutlich höher ausfallen. 5.6 Bewertung von Ernährungsrisiken Im Folgenden werden die Ergebnisse der Modellierung von Ernährungssicherheit diskutiert. Dazu wird zunächst der Hintergrund, die Vorgehensweise und das Ziel der Berechnungen vorgestellt. Danach erfolgt die Analyse der Ergebnisse sowie Schlussfolgerungen aus den Berechnungen. 5.6.1 Hintergrund Eine nachhaltige globale Gewährleistung von Nahrungsmittelsicherheit ist eine der wesentlichen Herausforderungen dieser Zeit. Im Kontext der Bioenergienutzung sind Debatten um Tank oder Teller in Bezug auf die Verfügbarkeit von Flächen daher besonders relevant. Auf der einen Seite steht die Einhaltung der Klimaschutzziele u. a. durch den Einsatz von Anbaubiomasse, auf der anderen Seite steht ein wachsender Bedarf an Nahrungsmitteln und dem damit verbundenen Ungleichgewicht in der globalen Verteilung. Die politische Diskussion zum Umgang mit Nahrungsmittelsicherheit wurde durch die Nahrungsmittelkrisen im Zeitraum 2006-2008 verstärkt. Hier wurde konstatiert, dass es einen direkten Zusammenhang zwischen steigenden Lebensmittelpreisen und der Nutzung von Biokraftstoffen gibt. Uneins ist man sich in der wissenschaftlichen Literatur, wie groß dieser Zusammenhang ist und ob der Einsatz von Biokraftstoffen, der einzige Preistreiber ist (Hamelinck, 2013). (HLPE, 2013) stellen fest, dass es einen deutlichen Zusammenhang seit 2004 gibt. Dies hat zwei Gründe: 1. Ein Anstieg der Ölpreise ermöglichte Produzenten von Mais (und damit auch anderen landwirtschaftlichen Produkten) die Preise zu erhöhen. 2. Die Nachfrage nach Getreide, pflanzlichen Ölen und Zucker ist seit 2004 stärker gestiegen als das Angebot. Dies ist zum größten Teil auf die gestiegene Nachfrage nach Biokraftstoffen zurückzuführen. Es sind jedoch nicht die einzigen Faktoren, die Einfluss nehmen: Förderung und Subvention von Biokraftstoffen, Bevölkerungswachstum und Änderung der Ernährungsgewohnheiten z. B. bzgl. verstärktem Fleischverzehr in bevölkerungsstarken Ländern wie China und Indien, fehlende Investitionen in die ländliche Entwicklung, Ernteausfälle und niedrige Lagerbestände haben Einfluss auf die Preise (Gruber & Hauser, 2011). Weltweit hungern heute ca. 805 Millionen Menschen (von Grebmer et al., 2014). Dies ist und bleibt eine Frage der Verfügbarkeit von global begrenzten Flächen und der Verteilung von vorhandenen Nahrungsmitteln. Unter der Annahme eines kleinen Zusammenhangs von z. B. einem Prozent zwischen Hunger und der weltweiten Nutzung von Bioenergie würden hierdurch ca. 8 Millionen Menschen hungern. Der Zusammenhang zwischen der Nutzung von Anbaubiomasse für energetische Zwecke oder als Nahrungsmittel ist ein Aspekt, der im Sinne der Nachhaltigkeit daher zwingend beachtet werden muss, auch unabhängig davon, wie groß oder klein der Zusammenhang auch sein mag. 5.6.2 Ziel und Vorgehensweise Ziel der Arbeiten war es, ein Mengenmodell zu erstellen, mit dessen Hilfe die Frage der Ernährungssicherheit abgebildet werden kann. Im Zentrum steht die Abschätzung der Menge an Biomasse, die zur ausreichenden Ernährung hungernder Menschen fehlt. Als Indikator wird diese fehlende Biomasse mit der energetisch genutzten Biomasse in reichen Ländern verglichen (fehlende Nahrung in Hungerländern / Bioenergie-Nachfrage in reichen Ländern). Die Überlegungen gehen von der Definition für Ernährungssicherheit der Weltgesundheitsorganisation aus, welche besagt, dass Ernährungssicherheit dann besteht “when all people at all times have access to sufficient, safe, nutritious food to maintain a healthy and active life” (World Food Summit, 1996). Darauf aufbauend hat (FAO, 2008) vier Dimensionen der Ernährungssicherheit definiert: 1. ausreichende Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln 2. sicherer Zugang zu Nahrungsmitteln 3. bedarfsgerechte Verwendung und Verwertung der Nahrung sowie 4. zeitliche Beständigkeit (Stabilität) der Ernährungssicherung. Der oben genannte Indikator zur Bewertung der Ernährungsrisiken durch die Bioenergienutzung bezieht nur die erste Dimension der Ernährungssicherheit (Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln) ein. Die übrigen Dimensionen können mit diesem Ansatz nicht bewertet werden und stehen auch nicht in einem direkten Zusammenhang mit der Nutzung von Bioenergie sondern mit politischen Fehlentwicklungen (Kriege und Krisen, Benachteiligung 111 112 Ergebnisse von Bevölkerungsgruppen, unzureichende Unterstützung von Lagerhaltung, etc.). Geringe Werte des entwickelten Indikators bedeuten somit nicht gleichzeitig, dass der Hunger in der Welt zurückgeht. Vielmehr zeigt er auf, in welchem Verhältnis Bioenergienutzung zur unzureichenden Ernährung steht. Für die Berechnung des Indikators zu Ernährungsrisiken wurde ein Modell entwickelt, welches die vom MAGNET-Gleichgewichtsmodell berechnete Bioenergienachfrage für Länder mit hohem Bruttoinlandsprodukt14 so stark reduziert, dass mit der frei gewordenen Biomasse der bestehenden Mangel an Nahrungsmitteln in Ländern mit einem erhöhten Anteil an hungernden Menschen gestillt werden könnte (1. Dimension), wobei die 2. bis 4. Dimension der Ernährungssicherheit nicht berücksichtigt sind (s. o.). Als Hunger wird in Anlehnung an die Definition der FAO die Aufnahme von weniger als 1.800 kcal pro Tag bezeichnet. Des Weiteren wird davon ausgegangen, dass eine Aufnahme von 2.300 kcal einem ausreichenden Tagesbedarf entspricht (Hanson 2013). Auf Basis dieser Angaben zu einer gesunden Ernährung (FAO 2008) wird für Hungerländer angenommen, dass durchschnittlich 500 kcal pro Tag und hungernder Person fehlen. Das Modell betrachtet als Vergleichsmaß den Energiegehalt der Biomasse. Es wird jedoch nicht die konkrete Verteilung von Nahrungsmitteln zwischen den Geber- und Empfängerstaaten berechnet. Grundlage der Bewertung waren die gegenwärtigen und zukünftigen Ernährungsgewohnheiten sowie die entsprechende Bevölkerungsentwicklung in den Ländern. Dabei wurden anhand von länderspezifischen Warenkörben (unter Einbezug der zehn quantitativ relevantesten Nahrungsmittel je Land) und der regionalen Verfügbarkeit von Nahrung, Länder mit prekärer Ernährungssituation identifiziert. Dies war notwendig, um die entsprechenden Informationen der Länder / Länderaggregate auf den Output von MAGNET abzustimmen.15 Änderungen der Kostenstruktur und Nachfrage sind durch MAGNET abgedeckt. 5.6.3 Ergebnisse Anhand des KS-BAU-Szenarios wird zunächst die Methodik dargestellt. Da die Modellierung der Ernährungssicherheit auf der globalen Biomasseverteilung basiert, treten zwischen den beiden Kraftstoff-Szenarien und den Strom- / Wärme-Szenarien kaum sichtbare Unterschiede bei den Ergebnissen zur Ernährungssicherheit auf. 5.6.3.1 Methodische Erläuterungen anhand des Szenarios KS-BAU Im ersten Schritt wurden die Länder ermittelt, in den eine ernste bis gravierende Hungersituation besteht. Dies basierte auf der Grundlage des Globalen Hungerindex (GHI) (siehe Kasten Seite 113). In die Berechnung eingeflossen sind Länder, die einen GHI von mindestens 10 und damit eine ernste Hungersituation aufweisen. Diese Länder werden entsprechend als „Hungerland“ eingestuft. Es wird für diese Länder im Grundzug unterstellt, dass eine Lösung des Hungerproblems nicht in dem Land selbst behoben werden kann, sondern dass Nahrungsimporte aus dem Ausland nötig sind. Um die Ergebnisse besser einordnen zu können, wird eine Sensitivität für den GHI 5, 15 und 20 durchgeführt und vergleichend dargestellt. 14 Dabei handelt es sich um die 20 % der Länder mit dem höchsten BIP. 15 Zur Beschreibung der Methodik siehe Anhang. Ergebnisse Im Szenario KS-BAU handelt es sich bei den GHI 10-Ländern im Zeitraum 2010 bis 2050 um die Länder bzw. Länderaggregate in Tabelle 5-15. Der Mangel an Nahrungsmitteln nimmt im Szenario KS-BAU im Zeitverlauf für die Hungerländer ab, von insgesamt 370 PJ in 2010 auf 163 PJ in 2050. Nach dem gewählten Modellansatz entsprechen diese Mengen der weltweit fehlenden Nahrung. Von 2010 bis 2030 halbiert sich der Bedarf annähernd. Dies liegt darin begründet, dass das BIP bzw. das BIP / Kopf kontinuierlich über den modellierten Zeitraum, auch in Ländern mit prekärer Ernährungssituation, steigt. Nichts desto trotz bleibt der fehlende Nahrungsmittelbedarf in Hungerländer ab 2030 annähernd auf gleichbleibendem Niveau. Zum Vergleich wurden Sensitivitäten für drei weitere GHI-Werte berechnet. Hintergrund ist, dass schon ab einem GHI von 5 eine moderate Hungersituation besteht. Die Sensitivitätsanalyse zeigt, dass die Menge an fehlender Nahrung sehr sensibel auf den angenommenen GHI-Grenzwert reagiert (Abb. 5-44). Dies ist damit begründet, dass bei einem niedrigen GHI entsprechend mehr hungernde Menschen in die Berechnung einbezogen werden als bei einem hohen GHI. Werden bei der Berechnung des Indikators lediglich die Länder mit einer besorgniserregenden Hungersituation (GHI > 20; Annahme: in den anderen Ländern kann das Hungerproblem inländisch gelöst werden) berücksichtigt, so ist die Menge der Hungerindex Der Globale Hungerindex adressiert die Hungersituation global, regional oder auf Länderebene. Er besteht aus drei Indikatoren (von Grebmer et al., 2013): 1. Unterernährung 2. Untergewicht von Kindern bis 5 Jahre 3. Kindersterblichkeit bis 5 Jahre Dieser Ansatz berücksichtigt nicht nur die Bevölkerung an sich, sondern insbesondere eine besonders anfällige Gruppe, die der unter 5-jährigen Kinder. Diese Gruppe ist besonders gefährdet durch Mangel an Nährstoffen zu erkranken oder gar zu sterben. Der GHI wird anhand einer Skala von 100 Punkten festgelegt, wobei 0 bedeutet, dass keinerlei Hunger besteht, 100 Punkte zeigen entsprechend das Gegenteil. Die Wahrscheinlichkeit den Wert 100 zu erreichen ist jedoch gering, da dies bedeuten würde, dass alle Kinder unter bis fünf Jahren sterben, untergewichtig sind und die gesamte Bevölkerung unterernährt ist. Die Bewertungsskala gestaltet sich wie folgt: Tabelle 5-14: Bewertungsskala GHI (nach von Grebmer et al., 2013) GHI-Score Bewertung 0 bis 4,9 Punkte gering 5 bis 9,9 Punkte moderat 10 bis 19,9 Punkte ernst 20 bis 29,9 Punkte besorgniserregend > 30 Punkte extrem besorgniserregend 113 114 Ergebnisse Ergebnisse fehlenden Nahrung mit 29 PJ sehr niedrig und nimmt bis 2025 auf null ab. Wird der Indikator mit kleineren GHI-Werten berechnet, entstehen deutlich höhere Mengen an fehlender Nahrung. Bei einem GHI von 10 liegt im Jahr 2050 die Menge an fehlender Nahrung noch bei 163 PJ. Bei einem GHI von 5 liegt der Wert im Jahr 2050 bei 252 PJ. Für diese Länder wurde die fehlende Menge an Nahrungsmitteln ermittelt (siehe Anhang A 3.1.5), die durch die Reduktion der Bioenergienachfrage ausgeglichen wird (Abb. 5-43). Zur Berechnung der fehlenden Menge an Biomasse in PJ wurde unterstellt, dass es sich bei den fehlenden Kalorien zu 90 % um pflanzliche Nahrungsmittel und zu 10 % um tierische Nahrungsmittel handelt. 115 Im Modell wird unterstellt, dass die berechnete fehlende Menge an Nahrung von „reichen“ Ländern ausgeglichen bzw. zur Verfügung gestellt werden sollte. Als „reiche“ Länder bzw. Länderaggregate wurden Länder identifiziert, die bei der Höhe des BIP pro Kopf zu den oberen 20 % gehören (Tabelle 5-16). Zum Vergleich ist im Anhang A 2.2 eine Sensitivität 5 Ergebnisse berechnet, wie sich die Auswirkung auf die Menge der „reichen“ Länder darstellt, wenn die Grenze zur Ermittlung der reichen Länder auf 10 % gesenkt bzw. auf 30 % angehoben wird. 5 Ergebnisse Bei einem Schwellenwert von 10 % sind nur noch vier Länder in der Rolle der „Geberländer“, bei 30 % sind es 13 Länder / Länderaggregate. Tabelle 5-15: Länder / Länderaggregate mit GHI > 10 von 2010 bis 2050 (KS-BAU). Quelle: Eigene Berechnung. Hungerland (GHI > 10) Region Kenia Afrika Mosambik & Äthiopien Afrika Pakistan Afrika Rest Subsahara-Afrika Afrika Tansania Afrika Bolivien Amerika Indien Asien / Australien Nordafrika Afrika Südostasien Asien / Australien Rest ehemalige Sowjetunion Asien / Australien Abbildung 5-43: Entwicklung der „fehlenden Kalorien“ für Länder GHI 10 von 2010 bis 2050 (KS-BAU). Quelle: eigene Berechnung Abbildung 5-43: Entwicklung der „fehlenden Kalorien“ für Länder GHI 10 von 2010 bis 2050 (KS-BAU). Quelle: Der Mangel an Nahrungsmitteln nimmt im Szenario KS-BAU im Zeitverlauf für die Hungerländer ab, von insgesamt 370 PJ in 2010 auf 163 PJ in 2050. Nach dem gewählten Modellansatz entsprechen diese Mengen der weltweit fehlenden Nahrung. Von 2010 bis 2030 halbiert sich der Bedarf annähernd. Dies liegt darin begründet, dass das BIP bzw. das BIP / Kopf kontinuierlich über den modellierten Zeitraum, auch in Ländern mit prekärer Ernährungssituation, steigt. Nichts desto trotz bleibt der fehlende Nahrungsmittelbedarf in Hungerländer ab 2030 annähernd auf gleichbleibendem Niveau. Zum Vergleich wurden Sensitivitäten für drei weitere GHI-Werte berechnet. Hintergrund ist, dass schon ab einem GHI von 5 eine moderate Hungersituation besteht. Die Sensitivitätsanalyse zeigt, dass die Menge an fehlender Nahrung sehr sensibel auf den angenommenen GHI-Grenzwert reagiert (siehe Abbildung 5-44). Dies ist damit begründet, dass bei einem niedrigen GHI entsprechend mehr hungernde Menschen in die Berechnung einbezogen werden als bei einem hohen GHI. Werden bei der Berechnung des Indikators lediglich die Länder mit einer besorgniserregenden Hungersituation (GHI > 20; Annahme: in den anderen Ländern kann das Hungerproblem inländisch gelöst werden) berücksichtigt, so ist die Menge der fehlenden Nahrung mit 29 PJ sehr niedrig und nimmt bis 2025 auf null ab. Wird der Indikator mit kleineren GHI-Werten berechnet, entstehen deutlich höhere Mengen an fehlender Nahrung. Bei einem GHI von 10 liegt im Jahr 2050 die Menge an fehlender Nahrung noch bei 163 PJ. Bei einem GHI von 5 liegt der Wert im Jahr 2050 bei 252 PJ. Abbildung 5-43: Entwicklung der „fehlenden Kalorien“ für Länder GHI 10 von 2010 bis 2050 (KS-BAU). Quelle: eigen Eigene Berechnung. Berechnung Abbildung 5-44: Fehlende Kalorien in Hungerländern (Gesamt) – Sensitivität mit GHI 5, 10, 15, 20 von 2010 bis Abbildung 5-44: Fehlende Kalorien in Hungerländern (Gesamt) – Sensitivität mit GHI 5, 10, 15, 20 von 2010 bis 2050 (KS2050 (KS-BAU). Quelle: Eigene Berechnung. BAU). Quelle: eigene Berechnung Abbildung 5-44: Fehlende Kalorien in Hungerländern (Gesamt) – Sensitivität mit GHI 5, 10, 15, 20 von 2010 bis 2050 (KS BAU). Quelle: eigene Berechnung 116 Ergebnisse Ergebnisse Tabelle 5-16 Länder mit hohem BIP / Kopf (obere 20 %; KS-BAU) „Reiche“ Länder Region Benelux Europa / EU Deutschland Europa Frankreich Europa / EU Großbritannien Europa / EU Japan, Korea Asien /Australien Ozeanien Asien /Australien Skandinavien und Baltische Staaten Europa / EU USA Amerika 117 gefragten Bioenergie bei 5.970 PJ im KS-BAU. Davon entfallen 2.861 PJ auf die „reichen“ 5 Ergebnisse Länder. Die global fehlende Nahrung in Hungerländern singt auf 161 PJ, wobei das Muster bei einer Verteilung der fehlenden Nahrung auf die 20 % reichsten Länder nach ihrer Biokraftstoffnutzung gleich bleibt (überwiegend USA und Deutschland). In den Szenarien KSN, SW-BAU und SW-N bleibt dieses Muster ähnlich mit der Ausnahme von Deutschland, wo Biokraftstoffnutzung der ersten Generation stark abnimmt und z. B. durch inländisches 5 die Ergebnisse Biogas ersetzt wird (Abb. 5-47 b-d). Die Nutzung von Biogas und Kraftstoffe der zweiten Generation werden von dem entwickelten Indikator nicht erfasst. 5.6.3.2 Ergebnisse der Szenarien Die Nachfrage nach Biokraftstoffen wurde aus MAGNET für die vier Szenarien KS-Bau, KSN, SW-Bau und SW-N in den Ländern / Ländergruppen übernommen. Die Menge an Nahrung, die in den Hungerländern zur Deckung des Bedarfs fehlt, entwickelt sich in allen Szenarien nach einem ähnlichen Muster. Relative hohe Werte in den Jahren 2010 und 2015 nehmen zu deutlich niedrigen Werten in den folgenden Jahresscheiben ab und erreichen im Jahr 2050 den Wert von 163 PJ. Als einzelnes Land hat Indien den größten Bedarf, gefolgt vom Länderaggregat Rest Subsahara-Afrika. Der Bedarf Indiens hört allerdings nach 2025 auf, wohingegen Rest Subsahara-Afrika bis 2050 „fehlende Kalorien“ aufzuweisen hat. Dies gilt auch für Mosambik, Äthiopien, Tansania und Kenia (Abb. 5-45). In dem Szenario KS-N, SW-BAU und SW-N sieht die Entwicklung der fehlenden Mengen an Nahrung zur Bedarfsdeckung identisch zum Szenario KS-BAU aus. Wie oben beschrieben werden die berechneten fehlenden Mengen an Nahrung respektive Kalorien zur Bedarfsdeckung je Szenario von der Bioenergienachfrage in den 20 Prozent reichsten Ländern ins Verhältnis gesetzt (siehe detaillierte Ergebnisse zu den Szenarien in Anhang A 2.2). Für das Szenario KS-BAU ist beispielhaft in Abbildung 5-46 für die vier GHI-Sensitivitäten die Entwicklung des Verhältnis der global fehlenden Nahrung in Hungerländern zur Bioenergienutzung in reichen Ländern dargestellt. Es wird deutlich, dass dieses Verhältnis stark zwischen den GHI-Sensitivitäten variiert. Bei einem GHI von 10 liegt das Verhältnis bei 27 % in 2010 und sinkt auf 6 % in 2030 und bleibt bis 2050 konstant. Obwohl das Verhältnis von global fehlender Nahrung in Hungerländern und Bioenergienutzung in reichen Ländern im Jahr 2010 zwischen 38 % bei GHI 5 und 2 % bei GHI 20 liegen, ist bei allen vier Betrachtungsaspekten ab 2030 eine Stagnation auf dem jeweiligen Niveau zu erkennen. Das Verhältnis liegt max. bei 15 % in 2030 und senkt sich auf max. 7 %. Die im Szenario KS-BAU nachgefragte Menge an Biokraftstoff (ohne 2. Generation) beträgt global 2.387 PJ in 2010 (Die Detaildaten für alle Szenarien sind dem Anhang A 2.2 zu entnehmen). Davon entfallen auf 1.392 PJ auf die 20 Prozent der reichsten Länder. Die Mengen in 2010 sind für alle vier Szenarien gleich. Im Jahr 2010 betrug die global fehlende Nahrung in Hungerländern 370 PJ. Bei einer Verteilung dieser fehlenden Nahrung auf die 20 Prozent reichsten Ländern anteilig zu ihrer Bioenergienutzung entfällt ein Großteil auf die USA gefolgt von Deutschland (Abb. 5 47 a). In 2030 liegt die Gesamtmenge der nach- Abbildung 5-45: Entwicklung der fehlenden Menge an Nahrung zur Bedarfsdeckung in den Hungerländern (GH Szenario KS-BAU (in PJ) (Quelle: eigene Berechnung) Abbildung 5-45: Entwicklung der fehlenden Menge an Nahrung zur Bedarfsdeckung in den Hungerländern (GHI 10) Abbildung 5-45: Entwicklung der fehlenden Menge an Nahrung zur Bedarfsdeckung in den Hungerländern (GHI 10) im im Szenario KS-BAU (in PJ). Quelle: Eigene Berechnung. Szenario KS-BAU (in PJ) (Quelle: eigene Berechnung) Abbildung 5-46: Anteil der global fehlenden Nahrung in Hungerländer an der Bioenergiemengen in „reichen“ Abbildung 5-46: Anteil der global fehlenden Nahrung in Hungerländer an der Bioenergiemengen in „reichen“ Län Ländern im Szenario KS-BAU (in Prozent). Quelle: Eigene Berechnung. Szenario KS-BAU (in Prozent); Quelle: eigene Berechnung Abbildung 5-46: Anteil der global fehlenden Nahrung in Hungerländer an der Bioenergiemengen in „reichen“ Ländern im Szenario KS-BAU (in Prozent); Quelle: eigene Berechnung 118 Ergebnisse Ergebnisse 119 Abbildung 5-47: Verteilung der global fehlenden Nahrung in Hungerländern auf die 20 Prozen SW-BAU und d) SW-N (in PJ, GHI 10); Quelle: eigene Berechnung MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, 22.01.2015 Abbildung 5-47: Verteilung der global fehlenden Nahrung in Hungerländern auf die 20 Prozent reichsten Ländern zuBioenergienutzung ihrem Bioenergienutzung a)anteilig KS-BAU, b)zu KS-N, c) SW-BAU und d) 10).Szenario a) KS-B Abbildung 5-47: Verteilung der global fehlenden Nahrung in Hungerländern die fehlenden 20 ProzentNahrung reichsten anteiligauf zuanteilig ihrem imSzenario Szenario a) KS-BAU, b) Bioenergienutzung KS-N, c)SW-N (in PJ, GHIim Abbildung 5-47: Verteilung der auf global in Ländern Hungerländern die 20 Prozent reichsten im Ländern ihrem Quelle: Eigene Berechnung. SW-BAU und d) SW-N (in PJ, GHI 10); Quelle: eigene SW-BAU undBerechnung d) SW-N (in PJ, GHI 10); Quelle: eigene Berechnung MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, 22.01.2015 MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, 22.01.2015 110 110 120 Ergebnisse Ergebnisse Betrachtet man die Auswirkungen der Sensitivitätsrechnung für die Schwellenwerte der „reichen“ Länder zeigt sich folgendes Bild: Die Änderung der Schwellenwerte auf 10 % bzw. 30 % erhöht (bei 10 %) bzw. reduziert (bei 30 %) den Anteil, den das jeweilige Land zur Ernährungssicherheit beitragen muss. Die Änderungen sind dabei tendenziell geringer erwartet. Sie zeigen im Gegensatz zum 20 %-Quantil einen abnehmenden Trend bis 5als Ergebnisse 2045 beim Schwellenwert 10 % und 30 %. Beim Schwellenwert 30 % reduziert sich die zu verteilende Menge für die Länder in 2050 stark. Das liegt daran, dass zu diesem Zeitpunkt Die im zu Szenario KS-BAU Menge an Biokraftstoff (ohne Generation) global China den 30 % der nachgefragte Länder mit dem höchsten BIP / Kopf zählt2.und sich zumbeträgt Drittgrößten 2.387 PJ in 2010 (Die Detaildaten für alle hat Szenarien dem Anhang Nachfrager für Bioenergie entwickelt (siehe sind Abbildung 5-48).A 2.2 zu entnehmen ). Davon entfallen 1.392 PJ auf die 20dass Prozent reichsten Die Mengen 2010 alle vier Es kannauf festgestellt werden, dieder Auswahl derLänder. „reichen“ Länder inmit demsind 20für %-Quantil Szenarien gleich. Im betrug die global Nahrung in Hungerländern 370%), PJ.aber Bei einer gut abgedeckt ist.Jahr Es 2010 kommen zwar Länderfehlende dazu (30 %) bzw. fallen weg (10 der Verteilung dieser fehlenden Nahrung auf die 20 Prozent reichsten Ländern anteilig zu ihrer eigene Beitrag verändert sich nicht substanziell (Daten siehe Anhang A 2.2). Bioenergienutzung entfällt ein Großteil auf die USA gefolgt von Deutschland (Abbildung 5-47 a). In 2030 liegt die Gesamtmenge der nachgefragten Bioenergie bei 5.970 PJ im KS-BAU. Davon entfallen 5.6.4 Schlussfolgerung 2.861 PJ auf die „reichen“ Länder. Die global fehlende Nahrung in Hungerländern singt auf 161 PJ, wobei das Muster bei einer Verteilung derPerson fehlenden Nahrung auf dieum 20eine % reichsten Länder nach ihrer Mindestens 2.300 kcal pro Tag und sind notwendig, gesunde Ernährung zu Biokraftstoffnutzung gleich bleibt in (überwiegend Deutschland). In den Szenarien KS-N, SW-BAU gewährleisten. Dabei wurde dem ModelUSA zurund Ernährungssicherheit ein Mindestanteil von und bleibt dieses Muster mit der Ausnahme von Deutschland, wo dieder Biokraftstoffnutzung 10 SW-N % tierischer Nahrung zuähnlich 90 % pflanzlicher Nahrung angesetzt. Unter Maßgabe, dass der ersten Generation stark abnimmt und z.B. durch inländisches Biogas ersetzt wird (Abbildung 5-47 bNahrungsmittelsicherheit stets Vorrang hat, ist die Inanspruchnahme von landwirtschaftlid). Die Nutzung von Biogas und Kraftstoffe der zweiten Generation werden von dem entwickelten chen Flächen u. a. für energetische Zwecke davon abhängig, in welchem Umfang Biomasse Indikator nicht erfasst. bis zum Erreichen einer weltweiten sicheren und gesunden Ernährung benötigt wird. Die Modellierung Nahrungssicherheit hat gezeigt, dass die fehlenden Kalorienmengen Betrachtet man die der Auswirkungen der Sensitivitätsrechnung für die Schwellenwerte der „reichen“ zur Gewährleistung der Minimumanforderungen für eine gesunde Ernährung Länder zeigt sich folgendes Bild: Die Änderung der Schwellenwerte auf 10 % bzw. 30in%Hungerlänerhöht (bei 10 %)deutlich bzw. reduziert (bei liegen, 30 %) den den das jeweilige Land Ernährungssicherheit beitragen der niedriger alsAnteil, die Bioenergienachfrage inzur Ländern mit hohem BIP. Die Ermuss. Die Änderungen sinddahingehend, dabei tendenziell geringer als erwartet. Sie zeigen imBetrachtung Gegensatz zum 20Zu%gebnisse überraschen dass rein rechnerisch – ohne die von Quantil einenVerteilung abnehmenden Trend bis 2045 beim Schwellenwert 10 %Länder und 30 %. Beim Schwellenwert gang und von Nahrung –langfristig gesehen reiche ihre Nachfrage nach 30 % reduziert sich die zu verteilende Menge für die Länder in 2050 stark. Das liegt daran, dass zu Bioenergie um nur ca. 7 % reduzieren müssten, um den Kalorienbedarf in Hungerländer diesem Zeitpunkt China zu den 30 % der Länder mit dem höchsten BIP/Kopf zählt und sich zum theoretisch decken zu können. Dieser theoretische Ansatz zur Verfügbarkeit von Flächen Drittgrößten Nachfrager für Bioenergie entwickelt hat (s. Abbildung 5-48). kann jedoch auch von dieser Seite betrachtet werden: Die Reduzierung des Verbrauchs von Fleisch und anderen tierischen Produkten in Industriestaaten und ihre Begrenzung in den Schwellenländern ist ein weiterer Schritt zur Sicherung der Ernährung. Wenn alle Deutschen einmal pro Woche auf Fleisch und Milchprodukte verzichteten, würden bereits 5 Prozent der deutschen Ackerfläche (595.000 ha) frei; die Einhaltung der Verzehrempfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Ernährung brächte 15 Prozent an verfügbarer Fläche (knapp 1,8 Mio. ha; Zukunftsstiftung Landwirtschaft, 2013). Eine weitere wichtige Erkenntnis ist, dass mit steigendem pro Kopfeinkommen das HungerRisiko in den armen Ländern deutlich zurückgeht. Dies liegt daran, dass durch eine stete wirtschaftliche Entwicklung in den armen Ländern die Kaufkraft stärker ansteigt als die Agrarpreise und sich so die Möglichkeit für eine eigenständige Beschaffung mit ausreichender Nahrung in den armen Ländern stabilisiert. 5.7 Regionale Effekte Im Rahmen einer Bewertung der regionalen Effekte der vorliegenden Untersuchungsergebnisse werden die potenziellen Auswirkungen der in BENSIM modellierten Szenarien auf regional getriebene Bioenergieprojekte in einem qualitativen Sinne beurteilt. Dazu werden die Ergebnisse des Projektes KomInteg16 mit den Ergebnissen der Szenarienberechnungen des Meilensteine-Vorhabens verglichen. In KomInteg wurden auf Basis der Daten von (Prognos/ewi/gws, 2014) Kennwert-basiert für jede Kommune Deutschlands die Strom- und Wärmebedarfe berechnet und mit kommunalen Biomassepotenzialen für zehn verschiedene Bioenergiecluster verschnitten. Aus diesen Überlegungen heraus wurden in der Folge Technologieszenarien – im Sinne eines „Bottom-up-Ansatzes“ - entwickelt, die u.a. aus den Wärmenachfragen der Kommunen sowie der Berücksichtigung von Treibhausgasemissionen resultieren. Diese Ansätze werden im Folgenden mit den „Top-down-Szenarien“ KSBAU und SW-BAU des Meilensteine-Projektes verglichen. Der Vergleich bezieht sich dabei v. a. auf die Wärmebedarfe und die Stoffstromangebote in den einzelnen Kommunen. Ergänzend werden weitere potenzielle Infrastruktureffekte beschrieben. Im Rahmen des Projektes konnten keine quantitativen Auswertungen zu den Logistikaspekten, zu regionalen Aspekten der Flächenverschiebungen oder zur regionalspezifischen Beurteilung der vorhandenen Potenziale mit in die Bewertung aufgenommen werden. Als im Hinblick auf die jeweiligen regionalen Infrastrukturen relevante Effekte können insbesondere folgende Punkte benannt werden: Stromsystem: Bedarf der Bioenergie als Systemdienstleister Wärmesystem: ökonomische Stabilität leitungsgebundener Wärmeversorgungssysteme (KWK); realisierbare Refinanzierungszeiträume Markt: Kompatibilität regionaler Vermarktungs- mit potenziell zentralen Abnehmerstrukturen von Biomasse Umgang mit integrierten industriellen Konzepten (z. B. integrierte Reststoffnutzung) Abfallsystem: Anforderungen bedingt durch Bioökonomie und Kaskadenprozesse Abbildung 5-48: Sensitivität BIP-Schwellenwert für Deutschland und Entwicklung der Reduzierung bei der Bio- Abbildung 5-48: Sensitivität BIP-Schwellenwert für Deutschland und Entwicklung der Reduzierung bei der Bioenergienachfrage energienachfrage PJ).eigene Quelle:Berechnung Eigene Berechnung. (in PJ); (in Quelle: MS2030_Endbericht_Stand_2015-01-22, 22.01.2015 111 16 Nachhaltige Integration von Bioenergiesystemen im Kontext einer kommunalen Entscheidungsfindung. (KomInteg), FKZ 03KB066A-C, bearbeitet von IZES gGmbH, Wuppertal Institut und Fraunhofer Umsicht. 121 Ergebnisse 5.7.1 Ergebnisse Kommunal adaptierte Technologien Die in KomInteg eingesetzten Bioenergie-Technologien wurden auf der Basis einer Auswahl der im Förderprogramm ‚Energetische Biomassenutzung‘ betrachteten Technologien, der in der kommunalen Clusteranalyse herausgearbeiteten Cluster-spezifischen BiomasseAngeboten sowie der Marktverfügbarkeit sonstiger Technologien pro kommunalem Cluster herausgearbeitet. Die Ergebnisse wurden anschließend in Szenarien mit den Prämissen ‚geringste Gesamtkosten‘, ‚höchster Stromertrag‘, ‚höchster Wärmeertrag‘ und ‚höchster THG-Vermeidungsfaktor‘ hinterlegt. Da aus kommunaler Sicht die Biotreibstoffe eine eher untergeordnete Rolle spielen, wurde angenommen, dass diese für Deutschland importiert werden. Tabelle 5-17 zeigt die entsprechenden Eckdaten der definierten Bioenergiecluster. Der Anteil Kommune (Anteil Komm.) bezeichnet die relative Anzahl der gesamten deutschen Kommunen pro Cluster, die Kategorien Anteil Einwohner und Flächenanteil die relativen Anteile der Einwohner und der gesamten Fläche pro Kommune. Viele Kommunen sind in einem kommunalen Verbund (bspw. „Verbandsgemeinde“) zusammen geschlossen. Die Spalte „Gemeindeverbandanteil“ bezeichnet den Anteil an kommunalen Verbünden in einem Cluster. Die vier Spalten „Ant. E-pfl. Pot., Ant. E-Holzpot, Ant. Pot. landw. RS sowie Ant. sonst. Pot RS“ bezeichnen die Cluster-Anteile am gesamtdeutschen Potenzial für Energiepflanzen, Energieholz, landwirtschaftlichen Reststoffen und sonstigen Reststoffe. Tabelle 5-17: Eckdaten zu den Clustern Cluster 122 Anteil Komm. Anteil Einwohner Flächenanteil Gemeindeverbandanteil Ant. Epfl.pot. Ant. E-Holzpot. Ant. Pot. landw. RS Ant. Pot. sonst. RS 1 17,6 % 6,2 % 14,7 % 76, 9% 15,9 % 10,4 % 17,6 % 6,2 % 2 13,5 % 13,5 % 14,0 % 67,4 % 20,3 % 8,2 % 9,6 % 13,5 % 3 13,2 % 8,5 % 4,3 % 80,3 % 3,0 % 4,1 % 5,7 % 8,5 % 4 21,5 % 2,5 % 4,2 % 96,6 % 4,9 % 3,1 % 4,4 % 2,5 % 5 12,5 % 3,1 % 6,4 % 88,0 % 3,8 % 11,1 % 4,9 % 3,1 % 6 6,8 % 8,2 % 12,8 % 41,0 % 7,1 % 22,5 % 5,9 % 8,2 % 7 10,0 % 19,9 % 30,6 % 21,3 % 36,7 % 27,7 % 36,0 % 19,9 % 8 3,4 % 4,2 % 4,0 % 56,5 % 2,6 % 3,5 % 7,8 % 4,2 % 9 0,7 % 29,5 % 3,7 % 2,6 % 1,8 % 2,3 % 2,7 % 29,5 % 10 1,7 % 4,4 % 5,4 % 30,9 % 3,8 % 7,2 % 5,5 % 4,4 % Flächenmäßig das größte Cluster ist Cluster 7. Dieses ist charakterisiert durch größere Städte und Gemeinden mit besonders hohen Anteilen land- und forstwirtschaftlicher Flächen. Flächenmäßig das zweitgrößte Cluster ist das Cluster 1, welches kleine landwirtschaftlich geprägte Gemeinden mit hohem Viehanteil beschreibt. Abbildung 5-49 zeigt die zehn in KomInteg berechneten kommunalen Cluster und ihre Verteilung auf die verschiedenen Biomassepotenziale. Für jedes Cluster liegen dabei über 70 Indikatoren vor, um regionale Gegebenheiten zu beurteilen. Stadt- und Gemeindetyp: Landgemeinde Potenzial Stroh und tierische Reststoffe Kleinstadt Mittelstadt 1 Energiepflanzenpotenzial 2 Erntegraspotenzial 3 Energieholzpotenzial 5 Großstadt 7 8 10 9 6 7 4 Kein Bioenergiepotenzial gering Abfall- und Altholzpotenzial hoch Abbildung 5-49: Vereinfachte Darstellung der Schwerpunkte der Cluster anhand der Bioenergiepotenziale 5.7.1.1 Vergleich der eingesetzten Technologien Als Ergebnis der in KomInteg durchgeführten Analysen resultieren die in Tabelle 5-18 aufgeführten Technologien mit den jeweiligen maximalen Leistungsgrenzen und Szenarien pro Cluster. Hier wurden jedoch nur Nachwachsende Rohstoffe und Altholz modelliert. Für Prozesse wie Klärgas- oder Deponiegasanlagen wurde unterstellt, dass der Anlagenpark von heute annähernd gleich bleibt. Die möglichst vollständige Nutzung der Wärme aus der Strombereitstellung wurde im Rahmen der Modellierung unterstellt. Gemäß den Resultaten aus den durchgeführten Modellierungen werden bei Eintritt des Szenarios KS-BAU – ähnlich wie in der regionalen Herangehensweise – kleinere Anlagen den Anlagenpark bestimmen. Vor allem kleine flexible Biogasanlagen und PflanzenölBHKW sind nach Modellierung durch BENSIM im Jahr 2050 vorherrschend. Daneben steigert sich die Energiebereitstellung aus Güllekleinanlagen und Bioabfallvergärungsanlagen gegenüber der heutigen Situation erheblich. Unterschiede gibt es zum einen darin, dass in der kommunalen Herangehensweise größere Anlagen z. B. zur Verwertung des Altholzes im Anlagenpark noch vorhanden sind. Dies ist insbesondere begründet durch das KomIntegCluster 9, also Großstädte mit einem hohen Aufkommen an Abfallstoffen und einer entsprechenden Wärmeabsatzmöglichkeit. Auch Waldholz wird – nach heutiger Einschätzung – aus kommunaler Sicht als Bestandteil im Anlagenpark weiter eine wichtige Rolle einnehmen, v. a. in kleineren Anlagen zur Darstellung des Wärmebedarfes. In Kommunen mit größeren landwirtschaftlichen Flächen, die einen ausreichenden Wärmebedarf aufweisen, wurden aus regionaler Sicht zudem größere Biogasanlagen (bis 1,5 MWel) modelliert. Insgesamt gesehen ist der Anlagenpark des SW-BAU-Szenarios mit dem regionalen Anlagenpark gemäß KomInteg vergleichbar. Bei Eintritt des Kraftstoffszenarios stellt sich die Situation allerdings anders dar. Der Kraftwerkspark unterscheidet sich dann dadurch, dass zur Bereitstellung von Strom und Wärme nur noch kleine Gülleanlagen und Bioabfallanlagen als Ergebnis der Modellbildung stehen. 123 Ergebnisse Ergebnisse Tabelle 5-18: Kommunal adaptierte Technologien mit maximalen Leistungswerten Tech. BGA Verteilung des biogenen Anteils der Endenergie nach Einsatzzweck 100% Bio- und Grünabfall Energieholz BGA HHS-Heizungen bis 100 kWth Landwirt. Substrate Altholz 90% 80% 70% Stückholzvergaser HHS-Heizungen ab 500 kWth HKW (Dampf) 60% HKW (ORC) 50% Verkehr 40% Wärme 30% Strom 20% €; kWh; CO2 €; kWh; CO2 kWh; CO2 € € €; CO2 kWh 1 ≤ 1,5 MWel - ≤ 500 kWth 100 kWth - - - 2 ≤ 1,5 MWel - ≤ 500 kWth 100 kWth - - - 3 ≤ 500 kWel - ≤ 500 kWth 100 kWth - - - 4 ≤ 250 kWel - ≤ 300 kWth 100 kWth - - - 5 ≤ 500 kWel - ≤ 500 kWth - 500 kWth - - 5.7.2 6 ≤ 1,5 MWel - ≤ 500 kWth - ≤ 1,75 MWth - - 7 ≤ 1,5 MWel - ≤ 500 kWth - ≤ 1,5 MWth - - 8 ≤ 1,5 MWel - ≤ 500 kWth - 500 kWth - - 9 ≤ 1,5 MWel 1,0 MWel ≤ 500 kWth - ≤ 2,0 MWth 5-10 MWth 10-15 MWth 10 ≤ 1,5 MWel - ≤ 500 kWth - ≤ 2,25 MWth - - Die regionalen Auswirkungen im Strom- und Wärmemarkt können durch die in (Prognos/ ewi/gws, 2014) hinterlegten Verbräuche für jede Kommune erarbeitet werden. Mit den dortigen Hintergrunddaten und Entwicklungen wurden daher die Anteile der biogenen Endenergiebereitstellung für die einzelnen kommunalen Cluster im KomInteg-Projekt berechnet. Es wurden dabei für die einzelnen Cluster die mittleren Strom- und Wärmeverbräuche in PJ/a ausgewiesen. Diese sind in Abbildung 5-51 dargelegt. Cluster 9 hat die höchsten Verbräuche, hier ist insbesondere die Wirtschaft als Großverbraucher zu nennen. Dagegen ist in Cluster 4 eher ein proportional hoher Wärmebedarf im Haushaltsbereich auffallend. Durch diese Verteilung ist es möglich, die Technologien der einzelnen Szenarien optimal auf die Wärmeverbräuche in den Kommunen zu verteilen. Die Aufteilung der verschiedenen Heizungsarten in den Wohngebäuden (Abb. 5-52) innerhalb der Cluster erlaubt eine überschlägige Bewertung, wo Nah- bzw. Fernwärmenetze derzeit v. a. vorhanden sind und wie der Ausbau in den jeweiligen Cluster möglich ist. 10% 0% 5.7.1.2 Biogener Anteil am Endenergieverbrauch In der kommunalen Herangehensweise nach dem Projekt KomInteg wurde die Zuordnung der Endenergiebedarfe nach (Prognos/ewi/gws, 2014) vorgenommen. Die Bedarfe wurden dabei mit den regionalen Biomasseangeboten verschnitten. Im Ergebnis stehen die in Kapitel 5.7.1.1 beschriebenen Technologieansätze. In Abbildung 5-50 werden die biogenen Anteile am Endenergieverbrauch der MeilensteineSzenarien mit der Basis zur kommunalen Modellierung verglichen. Deutlich wird, dass die Kraftstoffszenarien – naturgemäß – am stärksten abweichen. Die biogene Wärme- und Strombereitstellung hat per Definition im Kraftstoffszenario eine zu vernachlässigende Bedeutung. Sie müsste daher im Hinblick auf notwendige regionale Infrastrukturen durch andere Optionen dargestellt werden. In den Strom- Wärmeszenarien dagegen wird gegenüber der KomInteg-Basis überproportional viel Strom durch Bioenergie bereitgestellt. Dadurch kann z. B. der Ausgleich der fluktuierenden Stromerzeugungen sehr gut abgebildet werden. Der Verkehr muss hier jedoch komplett durch andere Energieträger dargestellt werden. Im Wärmebereich liegen beide Meilensteine-Szenarien unter den Ansätzen von (Prognos/ewi/ gws, 2014) für die Bioenergie. Somit wird deutlich, dass insbesondere für den Wärmemarkt neben der biogenen Bereitstellung weitere Versorgungsmöglichkeiten entwickelt werden müssen. KS-N SW-BAU-A SW-N Prognos/ewi/gws 2014 2050 Abbildung 5-50: Vergleich der Szenarien mit der Endenergiebereitstellung aus Prognos/ewi/gws, 2014 Regionale Auswirkungen auf den Strom- und Wärmemarkt 2,5 Verbräuche des Clusters 9 sind mit den gewählten Achsenoptionen nicht darstellbar. BGA: Biogasanlage; HHS: Holzhackschnitzel; HKW: Heizkraftwerk; ORC: organic rankine cycle KS-BAU-A 2,0 Endenergieverbrauch [PJ/a] Szen. 124 1,5 0,085 0,397 1,0 0,056 0,016 0,5 0,054 0,045 0,199 0,224 0,0 0,101 0,072 0,268 1 2 0,005 0,014 0,029 0,122 0,138 0,011 0,033 0,034 0,069 0,019 0,046 0,156 3 4 5 0,244 0,475 0,278 0,338 6 7 0,587 Strom Haushalte Strom Wirtschaft Wärme Haushalte 0,577 Wärme Wirtschaft 0,054 0,234 0,280 0,526 0,119 0,727 0,313 8 9 10 Abbildung 5-51: Darstellung des mittleren Strom- und Wärmeverbrauchs in den Clustern, 2010 Cluster 125 126 Ergebnisse Ergebnisse Tabelle 5-19: Bioenergieanlagen zur Strombereitstellung bis 2050 im Szenario KS-BAU 100% 90% 80% 70% Keine Heizung 60% Einzel- oder Mehrraumöfen 50% Zentralheizung 40% Blockheizung Etagenheizung 30% Fernwärme 20% 10% 0% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Abbildung 5-52: Durchschnittliche Verteilung der Heizungsart in den Wohngebäuden der Cluster, Basisjahr 2010 5.7.2.1 Das KS-BAU-Szenario Ein – politisch gewünschter – Ausbau der nationalen KWK-Anteile auf 25 %17 bis 2020 kann auf Grund des Szenarien-bedingten Rückgangs der KWK ab 2015 durch Bioenergie nicht mehr unterstützt werden. Der starke Rückgang von Biogas-KWK und Festbrennstoff-KWK würde bedeuten, dass die bestehenden Fernwärme- und Nahwärmenetze nicht mehr mit regenerativer Wärme aus Biomasse bedient werden könnten und daher alternative (regenerative) Wärmebereitstellungsoptionen implementiert werden müssten. Tabelle 5-19 führt die im Szenario „Kraftstoff-BAU“ modellierten Bioenergieanlagen zur Strombereitstellung bis 2050 auf. Im Jahr 2050 sind gemäß der Szenarienannahmen in den Kraftstoffszenarien nur noch Güllekleinanlagen und Anlagen zur Bioabfallvergärung zur gekoppelten Strom- / Wärme-Bereitstellung vorhanden. Im Holzbereich sind keine stromerzeugende Anlagen mehr hinterlegt. Im reinen Wärmebereich sind mit abnehmender Tendenz noch Kleinfeuerungsanlagen aufgeführt (vgl. Tabelle 5-20). Die verbleibenden Bioenergie-Technologien zur Strom- / Wärmeerzeugung sind im Kontext der regionalen Möglichkeiten gut implementierbar. Die Bioabfallvergärungsanlagen sind mit 2,39 PJ Wärmebereitstellung in 2050 so dimensioniert, dass sie die Wärme sehr gut in bestehende Fernwärmenetze einspeisen können. Die Güllekleinanlagen können auf Grund der Kleinskaligkeit ebenfalls sehr gut in regionale Systeme integriert werden. Insgesamt ist durch das Szenario eine flächige Strom- / Wärmeerzeugung durch Bioenergie nicht mehr vorhanden. Auf ca. 25 der Bundesfläche findet keine Viehhaltung statt (z. B. Kommunen des Clusters 3 und 5) und Bioabfallvergärungsanlagen sind ökonomisch und Potenzialseitig lediglich über größere Kommunalverbünde darstellbar. 17 „Deutschlands Zukunft gestalten“ Koalitionsvertrag zwischen CDU, CSU und SPD, 18. Legislaturperiode, Stand: 14.12.2013: S.41. Anlagenart (BENSIM) Einheit 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 Güllekleinanlage PJ/a 0,2 1,3 1,7 2,1 Biogas-KWK PJ/a 56,0 91,4 89,8 Bioabfallvergärung PJ/a 3,0 4,8 Festbrennstoffe-KWK PJ/a 38,8 Flüssige Brennstoffe PJ/a Klärgas 2050 2,5 2,7 2,9 3,2 3,3 82,4 32,5 0,0 0,0 0,0 0,0 5,7 6,7 7,6 8,5 9,5 10,5 11,4 43,3 40,2 17,9 3,8 0,0 0,0 0,0 0,0 4,9 1,3 1,3 0,7 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 PJ/a 4,3 5,0 5,0 5,0 5,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Deponiegas PJ/a 2,4 2,0 2,0 2,0 2,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Biogener Anteil des Abfalls PJ/a 14,1 12,3 9,6 3,5 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Tabelle 5-20: Bioenergieanlagen zur Wärmebereitstellung bis 2050 im Szenario KS-BAU Anlagenart (BENSIM) Einheit 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Güllekleinanlage PJ/a 0,1 0,4 0,6 0,7 0,9 1,0 1,0 1,1 1,2 Bioabfallvergärung PJ/a 0,6 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 Holzfeuerung (Haushalte) PJ/a 267,9 268,1 268,1 196,6 142,6 99,0 90,0 68,4 50,0 Heizwerke PJ/a 63,0 59,0 35,4 11,8 6,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Biogas-KWK PJ/a 28,8 38,4 37,8 34,7 13,7 0,0 0,0 0,0 0,0 Festbrennstoffe-KWK PJ/a 18,8 25,9 24,1 10,7 2,3 0,0 0,0 0,0 0,0 127 128 Ergebnisse Es ist zudem anzunehmen, dass der Rückgang der biogenen KWK – ohne die Implementierung alternativer technischer Systeme (z. B. Speicher, Power-to-heat, Power-to-gas-to power, etc.) – Folgen für die Netzstabilität haben wird, weil die Vielzahl der kleineren existierenden Bioenergieanlagen im Strombereich durch die Erbringung von Systemdienstleistungen stabilisierend auf die Netze wirken. Die Szenarien-bedingt bis 2030 auslaufenden Sektoren der Feststoff-KWK sowie des biogenen Anteils des Abfalls sind in ihrer Prägung – im Kontext derzeitiger technischer Möglichkeiten – gegenläufig zu den aktuellen Zielsetzungen im Bereich der Bioökonomie und der Kaskadennutzung. Ein (gewünschtes) Anwachsen stofflicher Nutzungsanteile im Bereich der nachwachsenden Rohstoffe führt – trotz potenzieller Stoffstromverlagerungen im Bereich der getrennt erfassten / erfassbaren Bioabfälle – zu tendenziell höheren biogenen Gesamt-Anteilen im Abfallsektor. Wenn diese Abfälle bzw. Althölzer – wie im Szenario beschrieben – nicht mehr energetisch verwertet werden, bedarf es alternativer technischer Konversionsverfahren, welche diese Stoffe z. B. als Basisrohstoff für die Chemie verwenden. In diesem Zusammenhang sind allerdings die Heterogenität möglicher Produkte der Bioökonomie (composite) sowie die – derzeit bereits zu beobachtende - potenzielle Schadstoffakkumulation bei Kaskadenprozessen (z. B. Altholz in der Spanplatte18) zu berücksichtigen, welche gegebenenfalls einer stofflichen Konversion im Wege stehen. Das im Rahmen der Szenarienannahmen unterstellte Auslaufen der energetischen Verwertung des Klärgases würde bei einem tatsächlichen Eintreten eine starke Einschränkung für die bestehenden Kläranlagen bedeuten, die auf eine anaerobe Schlammstabilisierung sowie auf die Klärgasnutzung im Sinne einer „CO2 freien Kläranlage“ bzw. „energieautarken Kläranlage“ setzen. Derzeit ist eher ein Ausbau der anaeroben Abwasserbehandlung sowie der anaeroben Schlammstabilisierung in Verbindung mit einer entsprechenden Gasnutzung festzustellen. Auch der Klärschlamm selbst, ist letztendlich als biogener Anteil des Abfalls zu verstehen. Das hieraus zu gewinnende Klärgas kann über entsprechende Konversionsverfahren sowohl dem Strom- / Wärme- als auch dem Treibstoffsektor zugeführt werden. Bei Umsetzung des im KS-BAU beschriebenen Szenarien-Ansatzes wären daher in der Summe für den oben skizzierten Reststoff-Sektor neue technische Entsorgungsalternativen zu entwickeln, welche ggf. wiederum ein Korrektiv für die ökonomischen Prämissen des Szenarios liefern könnten (vgl. Kapitel 5.7.3.2). Der Rückgang des Einsatzes von Holz im Haushalts-Wärmebereich auf 50 PJ bedeutet gerade in den ländlichen KomInteg-Clustern (Cluster 1-5, knapp 50 % der Fläche Deutschlands), die gemäß Definition des Szenarios z. B. zudem keine biogenen (KWK-basierten) Wärmenetze mehr betreiben können, eine Einschränkung der Biomasse-basierten Wärmebereitstellung. In diesem Kontext sind daher – korrespondierend mit der sukzessive sich verbessernden Dämmung von Gebäuden – alternative regenerative Wärmebereitstellungsmöglichkeiten z. B. im Sinne der Solarthermie oder der Umweltwärme zu implementieren. 5.7.2.2 Das SW-BAU-Szenario Das SW-BAU-Szenario zeichnet sich im Strombereich dadurch aus, dass der Anteil an Pflanzenöl-BHKW > 500 an der Endenergie mit gut 360 PJ/a sehr hoch ist. Daneben ergeben sich aus der BENSIM-Modellierung auch langfristig kleinere flexible Biogasanlagen, Bioabfallvergärungsanlagen sowie kleine Gülleanlagen (siehe Tabelle 5-21). 18 Kaskadenprozesse sind für die Altholzklassen 1 und 2 gut darstellbar. Wahrscheinlich ist jedoch, dass die Altholzklassen 3 und 4 weiterhin in die Verbrennung gehen, da für diese Hölzer auf Grund der chemischen Belastung (z. B. mit Formaldehyd) aus heutiger Sicht kein anderer Markt absehbar ist. Ergebnisse Tabelle 5-21: Bioenergieanlagen zur Strombereitstellung bis 2050 im Szenario SW-BAU Anlagenart (BENSIM) Einheit 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Güllekleinanlage PJ/a 0,2 1,3 1,7 2,1 2,5 2,7 2,9 3,2 3,3 Bioabfallver- PJ/a gärung 3,0 4,8 5,7 6,7 7,6 8,5 9,5 10,5 11,4 Festbrennstoffe-KWK PJ/a 38,8 43,3 40,2 17,9 3,8 0,0 0,0 0,0 0,0 Biogas-KWK PJ/a 56,0 91,4 89,8 82,4 32,5 0,0 0,0 0,0 0,0 Flüssige Brennstoffe PJ/a 4,9 1,3 1,3 0,7 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Klärgas PJ/a 4,3 5,0 5,0 5,0 5,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Deponiegas PJ/a 2,4 2,0 2,0 2,0 2,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Biogener Anteil des Abfalls PJ/a 14,1 12,3 9,6 3,5 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 KWK ORC < 1 MWel (0,25 kwel) PJ/a 0,0 2,4 2,7 2,4 2,0 1,6 0,7 0,0 0,0 KWK < 1 MWel (6 MWel) PJ/a 0,0 11,0 25,1 25,1 25,1 25,1 14,2 0,0 0,0 KWK (Pöl) < 0,5 MWel (2 MWel) PJ/a 0,0 1,4 17,6 77,7 190,5 264,8 308,3 362,2 361,2 Biogas flex < 150 kW (500 kwel) PJ/a 0,0 18,4 77,5 115,8 116,1 116,1 97,6 68,5 89,3 KWK Biomethan (2 MWel) PJ/a 1,8 17,6 20,1 17,3 14,5 11,7 5,3 0,0 0,0 Vergasung klein (29 kwel) PJ/a 0,0 1,1 1,3 1,1 0,9 0,7 0,3 0,0 0,0 Vergasung mittel (10 MWel) PJ/a 0,0 0,7 0,8 0,7 0,6 0,5 0,2 0,0 0,0 Die kleinskaligen Pflanzenöl-BHKW sind aus regionaler Sicht sehr gut in alle kommunalen Cluster zu integrieren. Zum einen ist in allen Clustern ein genügender Wärmeabsatz für KWK-Anwendungen vorhanden, zum anderen kann Pflanzenöl aufgrund der Energiedichte in alle Kommunen transportiert werden. Im Gegensatz zu Biogas und auch Energieholz ist Pflanzenöl also „räumlich flexibel“. Auch aus Sicht des Stromsystems sind kleine Pflanzen- 129 130 Ergebnisse Ergebnisse öl-BHKW durch die Fähigkeit des schnellen Kaltstartes gut zum Ausgleich der fluktuierenden Energieträger darstellbar. Die Biogasanlagen sind in einer Größenordnung modelliert, die es erlaubt, z. B. mit Mikrogasnetzen neue Nahwärmenetze im KWK-Betrieb zu bedienen. Bestehende Netze könnten im Gegensatz zum Kraftstoffszenario weiterhin betrieben werden. Auch passen die gewählten Biogasanlagen in alle kommunalen Landwirtschaftscluster des KomInteg-Ansatzes. Die Biomethan-KWK-Anlagen sollen gemäß BENSIM bis 2040 auslaufen zu Gunsten flexibler Vor-Ort Verstromungsanlagen. Nachdem die Begünstigungen für Biomethan im EEG 2014 für neue Anlagen abgeschafft wurden, fehlen gegenwärtig Rahmenbedingungen für den Ausbau. Aus regionaler Sicht ist Biomethan nicht unbedingt erforderlich, um die bestehenden regionalen Potenziale abzuschöpfen und die Bedarfe an Wärmeenergie darzustellen. Tabelle 5-22: Bioenergieanlagen zur Wärmebereitstellung bis 2050 im Szenario SW-BAU Im Hinblick auf das modellierte Auslaufen in den Sektoren ‚Feststoff-KWK‘ ‚biogener Anteil des Abfalls‘ und ‚Klärgas‘ ist unter Einbeziehung der Aspekte der Kaskadennutzung, der Bioökonomie sowie der Klärschlammstabilisierung / Abwasserbehandlung auf die gleichen Sachverhalte hinzuweisen, wie sie bereits in Abschnitt 5.7.2.1 beschrieben wurden. Die Einhaltung der KWK-Ziele der Bundesregierung wird durch dieses Szenario und hier insbesondere durch die vielen kleinskaligen Technologien unter Nutzung von Biomasse unterstützt. Aus Sicht der regenerativen Wärmebereitstellung (vgl. Tabelle 5-22) stimmt v. a. die netzgebundene Wärme in diesem Szenario gut mit den im KomInteg-Projekt hergeleiteten Clusterspezifischen Ansätzen überein. Da die Pflanzenöl-BHKW auf Grund der Transportwürdigkeit von Pflanzenöl auch in waldreichen Kommunen eingesetzt werden können, ist mit diesem Szenario flächendeckend eine Biomasse-basierte regenerative Wärmeversorgung möglich, obwohl im Gegensatz zum regionalen Ansatz aus KomInteg die Holzheizwerke an Bedeutung verlieren. Der modellierte Rückgang im Bereich der Einzelfeuerungen gleicht demjenigen im KS-BAU-Szenario. Auf die dortigen Ausführungen (siehe Abschnitt 5.7.2.1) wird daher verwiesen. Anlagenart (BENSIM) Einheit 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Güllekleinanlage PJ/a 0,1 0,4 0,6 0,7 0,9 1,0 1,0 1,1 1,2 5.7.3 Bioabfallvergärung PJ/a 0,6 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 5.7.3.1 Die Strom- und Wärmeerzeugung Holzfeuerung (Haushal.) PJ/a 267,9 268,1 268,1 196,6 142,6 99,0 90,0 68,4 50,0 Heizwerke PJ/a 63,0 59,0 35,4 11,8 6,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Festbrennstoffe-KWK PJ/a 18,8 25,9 24,1 10,7 2,3 0,0 0,0 0,0 0,0 BiogasKWK PJ/a 28,8 38,4 37,8 34,7 13,7 0,0 0,0 0,0 0,0 KWK ORC < 1 MWel (0,25 kWel) PJ/a 0,0 10,6 11,8 9,8 8,0 6,2 2,7 0,0 0,0 KWK > 1MWel PJ/a (6MWel) 0,0 11,0 25,1 25,1 25,1 25,1 14,2 0,0 0,0 KWK (Pöl) > 0,5MWel (2 kWel) PJ/a 0,0 1,2 14,8 65,3 160,0 222,4 259,0 304,2 303,4 Biogas flex > 150 kW (500 kWel) PJ/a 0,0 7,2 28,1 38,8 35,8 32,6 24,8 15,6 17,9 KWK Biomethan (2 MWel) PJ/a 0,0 16,2 17,3 13,8 10,7 8,0 3,3 0,0 0,0 Vergasung klein (29 kWel) PJ/a 0,0 1,9 2,0 1,6 1,2 0,9 0,4 0,0 0,0 Regionale Anpassungsbedarfe Strom: Bei Eintritt des Strom- / Wärme-Szenarios würde der Bioenergie eine große Rolle in der Erzeugung von Residualenergie zukommen. Bei 4.000 Stunden Laufzeit pro Jahr könnten rund 32 GW installierte elektrische Leistung flexibel eingesetzt werden. Dies würde bei einer in Deutschland derzeit max. in Spitzen benötigten Leistung von 88 GWel19 bedeuteten, dass die Residualenergie zu einem bedeutenden Teil durch Bioenergie dargestellt werden kann. Gerade der dezentrale Ansatz mit kleinen Biogasanlagen und kleineren Pflanzenölanlagen erfordert dabei keine Anpassungen in der regionalen Infrastruktur. Die Wärmemengen könnten in Nahwärmenetzen vermarktet werden. Ganz anders sieht es bei Eintritt des Kraftstoffszenarios aus. Hier könnte die anteilige Darstellung der erforderlichen Residualenergie nicht mehr durch Bioenergie stattfinden. Das Auslaufen größerer Bioenergieeinheiten im Strommarkt hätte damit auch Folgen für die Netzstabilität, bzw. erfordert eine zügige Implementierung alternativer technischer Systeme. Die beiden Extrema zeigen, dass Bioenergie eine langfristige regulatorische Einbettung und sichere Rahmenbedingungen im Kontext alternativer regenerativer Optionen braucht. Gerade im Strommarkt bietet Bioenergie für die Darstellung der Residualenergie ein nennenswertes Potenzial. Wärmenetze: Wärmenetze werden oft auf 25 Jahre abgeschrieben. Dementsprechend müssen sich diese Netze über einen langen Zeitraum hinweg die Energieträger sichern, bzw. hinreichend flexibel geplant werden. Sie sind ausgerichtet auf hochkalorische Wärme, so dass z. B. bei Eintritt des Kraftstoffszenarios eine Alternative z. B. unter Nutzung solarthermischer Wärme nicht oder nur in Verbindung mit hohen Investitionskosten realisiert werden kann. Insbesondere vor dem Hintergrund, dass Landwirte und Kommunen teilweise selbst mit im Invest und Betrieb der Anlagen stehen, wäre es für die Wertschöpfung in der Region von Nachteil, wenn die biogene KWK so abnimmt, dass eine Refinanzierung der 19 Vgl. entsoe, Load and consumption data. Datenbank aus www.entsoe.eu i. V. m. Load and Consumption Data: Specificities of member countries, herunterzuladen ebenfalls unter www.entsoe.eu. Am 01.12.2010 wurde in Deutschland der Maximalwert von 79,9 GW erreicht. Dieser muss noch mit einem Faktor von 1,099 multipliziert werden. 131 132 5 Ergebnisse Ergebnisse 5.7.3.2 Der Abfallsektor Investition in den einschlägigen Abschreibungszeiträumen nicht mehr möglich ist. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund zu sehen, dass es bundesweit schon knapp 200 BioDie Szenarien gibt stellen Extremsituationen aus denen– für einzelne Bereiche energiedörfer und sich schätzungsweise dar, 400 Kommunen teilweise initiiert durch (in-auch im Abfallsektor Herausforderungen abgeleitet und werden können. Sollten die aus einer tegrierte) Klimaschutzkonzepte Landes-Bioenergieberatungen - aktiv mit politischen dem Thema Sicht gewünschten, biogene Nahwärme auseinander setzen. Insbesondere im Cluster 1-5 (kleinere, aber über die BENSIM-Modellierung nicht abgebildeten Effekte der ländlich Bioökonomie sowie der geprägte Kommunen)greifen, bedeutetsind dies,im dassHinblick die zurzeit voneine der Kreditanstalt für WiederaufKaskadenprozesse auf finale Einbindung effizienter energetischer bau (KfW) und verschiedenenangepasste Bundesländern geförderten Wärmenetze und BioenergieBiomasse-Nutzungsprozesse Infrastrukturen zur weitestgehend sortenreinen Erfassung und dorfstrukturen ihre Kunden nicht mehr mit Wärme bedienen könnten und ggf. auf andere Nutzung entsprechender Biomasse-Sortimente einzurichten. Dies bezieht sich sowohl auf die Energieträger ausweichen müssten. Bei Eintritt des Strom-Wärme-Szenarios dagegen wäeinzurichtenden Erfassungssysteme im Zusammenhang mit effektiven ren die Wärmenetze durch die vielen kleinskaligen Einspeisungen gesichert. Sie könnten Mechanismen zur Qualitätskontrolle, als auch auf Maßnahmen zur Effizienzsteigerung im Bereich energetischer Abfallsogar ausgebaut werden. Verwertungssysteme. Der Rückgang der Holzkleinfeuerungsanlagen erfolgt in beiden Ansätzen so moderat, dass dieser durch eine Verbesserung der Gebäudehülle und ergänzende alternative Maßnahmen kompensiert kann, sofern hier ambitionierte Maßnahmen ergriffen wer5.7.3.3 Die Forst-werden und Holzwirtschaft den. Der unterstellte Rückgang des Holzverbrauches in Holzheizwerken würde vor dem Hintergrund des Ausbaus der Holzwärme in Kommunen bei gleichzeitig hohem Anteil von Durch den Ausbau der Holzenergie nahm v.a. in den Jahren 2004 – 2009 der Holzerlös als wichtige Kommunalwald bedeuten, dass für Holz eine sehr hochwertige Alternativverwendung vorEinkommensbasis kleiner Kommunen zu. Durch den Szenarien-bedingten Wegfall einer Holzvermarkthanden ist. Ansonsten werden die Kommunen ohne rechtliche Begrenzungen des Energieung im Energiesektor sind – ohne alternative Vermarktungsmöglichkeiten - wieder schlechtere holzverbrauches nicht ihre Anlagen mit einer Laufzeit von mindestens 20 Jahren (von heute Deckungsbeiträge insbesondere an gerechnet bis 2035) aufgeben. für den dezentral organisierten Kommunalwald zu erwarten. Dies Der Rückgang holzenergetischen Nutzung würde jedoch Folgen für (Holzwerkstoffindustrie die Wertmüsste durch der eine Zunahme des Holzverkaufs an direkte die Industrie oder schöpfungskette der Bereitstellung haben. Biomassehöfe und Lohnunternehmer Chemieindustrie) aufgefangen werden. In diesem neuen Industriezweig spezialimüsste sich bis 2035 ein sieren sich zurzeit auf die Bereitstellung Biomasse und15 Dienstleistungen des Contracum das heute genutzte hochpreisiger neuer Markt von etwa 30von Mio. fm (rund Mio. tatro) 20 etablieren, tings von Bioenergieanlagen. Für diese Wertschöpfungsstufen zeigen die Ergebnisse, dass Energieholz zu kompensieren. Die in Deutschland bereitgestellten Hölzer werden angebotsseitig in den es wichtig ist, sich in den Dienstleistungen weiter zu diversifizieren. Beispielsweise könnten nächsten Jahren durch die Verbesserung Einschlagssituation Privat-fürund Kommunalwald Biomassehöfe neben der energetischen Schieneder auch die Bereitstellung vonimHölzern zunehmen. Die Forstverwaltungen sind gut beraten, sich neben der Energie die Holzwerkstoffindustrie, die Mobilisierung von Holz aus dem Privatwald oder die weitere Mitbe- Märkte zu sichern und zu erschließen, wie beide Szenarien försterung von Kommunalwäldern als neueszeigen. Aufgabenfeld ansehen. Beim Aufbau von Wärmenetzen sollte der Rohstoffsicherung Priorität eingeräumt werden. Zusätzlich sollte in der Planung die zukünftige Integration von KWK-Anlagen in Nahwärmenetze mit gedacht werden, die durch das derzeitige EEG finanziell nicht darstellbar ist. Ergebnisse 5.7.3.2 Der Abfallsektor Die Szenarien stellen Extremsituationen dar, aus denen für einzelne Bereiche auch im Abfallsektor Herausforderungen abgeleitet werden können. Sollten die aus einer politischen Sicht gewünschten, aber über die BENSIM-Modellierung nicht abgebildeten Effekte der Bioökonomie sowie der Kaskadenprozesse greifen, sind im Hinblick auf eine finale Einbindung effizienter energetischer Biomasse-Nutzungsprozesse angepasste Infrastrukturen zur weitestgehend sortenreinen Erfassung und Nutzung entsprechender Biomasse-Sortimente einzurichten. Dies bezieht sich sowohl auf die einzurichtenden Erfassungssysteme im Zusammenhang mit effektiven Mechanismen zur Qualitätskontrolle, als auch auf Maßnahmen zur Effizienzsteigerung im Bereich energetischer Abfall-Verwertungssysteme. 5.7.3.3 Die Forst- und Holzwirtschaft Durch den Ausbau der Holzenergie nahm v. a. in den Jahren 2004 – 2009 der Holzerlös als wichtige Einkommensbasis kleiner Kommunen zu. Durch den Szenarien-bedingten Wegfall einer Holzvermarktung im Energiesektor sind – ohne alternative Vermarktungsmöglichkeiten – wieder schlechtere Deckungsbeiträge insbesondere für den dezentral organisierten Kommunalwald zu erwarten. Dies müsste durch eine Zunahme des Holzverkaufs an die Industrie (Holzwerkstoffindustrie oder Chemieindustrie) aufgefangen werden. In diesem neuen Industriezweig müsste sich bis 2035 ein hochpreisiger neuer Markt von etwa 30 Mio. fm (rund 15 Mio. tatro, Wern et al., 2014) etablieren, um das heute genutzte Energieholz zu kompensieren. Die in Deutschland bereitgestellten Hölzer werden angebotsseitig in den nächsten Jahren durch die Verbesserung der Einschlagssituation im Privat- und Kommunalwald zunehmen. Die Forstverwaltungen sind gut beraten, sich neben der Energie weitere Märkte zu sichern und zu erschließen, wie beide Szenarien zeigen. Betriebe der Holzindustrie sind zudem auf Restholz als Energiequelle angewiesen. Der Endenergie-verbrauch der Industrie hat dabei für den Bereich der biogenen Festbrennstoffe seit 10 Jahren kontinuierlich zugenommen (vgl. Abb. 5-53). Der Stand von 2011 (rund 18.000 GWh bzw. rund 6,5 PJ) ist in beiden Szenarien hinsichtlich einer industriellen (Eigen-)Versorgung ab dem Jahr 2030 nicht mehr abbildbar, sodass hier Alternativen in der Energieerzeugung sowie Effizienzpotenziale im Umgang mit Holz und Energie erschlossen werden müssten. Für die Versorgung mit Holz aus der Forstwirtschaft ist bei jetzigen und zukünftigen Projekten auf die Sicherung der Rohstoffe zu achten. Privatwaldbesitzer und Kommunalwaldbesitzer haben direkten Zugriff auf den Rohstoff, genauso wie Straßenmeistereien oder Landschaftspflegeringe. Aus Sicht der Energieholzbereitsteller sollten mit diesen Akteuren langfristige Kooperationsverträge abgeschlossen werden, um die derzeitige Versorgungssituation zu sichern. Dies gilt insbesondere auch für die Biomassehöfe. 5.7.3.4 Die Landwirtschaft Für den Bereich der Landwirtschaft sind wenige Anpassungsbedarfe zu konstatieren, weil die Landwirtschaft die modellierten Rohstoffbedarfe leicht bereitstellen kann. Lediglich die mehrjährigen Kulturen wie Hölzer im Kurzumtrieb und Miscanthus haben im Kraftstoffszenario das Nachsehen. Hier sollten ebenfalls frühzeitige Abnahmeverträge erfolgen. Abbildung 5-53: Endenergieverbrauch biogener Festbrennstoffe im Wärmebereich von 1990 – 2011; erstellt nach Zahlen der AGEE (2011). Quelle: IZES et al., 2014. Abbildung 5-53: Endenergieverbrauch biogener Festbrennstoffe im Wärmebereich von 1990 – 2011; erstellt nach Zahlen der AGEE (2011); Quelle IZES et al. (2014) 20 Vgl. (Wern u. a. 2014) 133 134 Ergebnisse 5.7.4 Ergebnisse Überblick über die Anpassungsbedarfe aus regionaler Sicht Konkreten regionalen Anpassungsbedarf ergibt sich v. a. für das Szenario KS-BAU im Bereich Strom und Wärme. Aber auch im Szenario SW-BAU ergibt sich im Wärmebereich Handlungsbedarf. Zur Flankierung der Szenarios müssten folgende Maßnahmen ergriffen werden: Weitere Förderung von Speichern als Option neben der flexiblen Stromerzeugung mit Biomasse Vorsichtige und regional angepasste Förderung von Bioenergiedörfern und Nahwärmenetzen sowie Biomassehöfen zur Vermeidung von Lock-in Investitionen Massiver Ausbau der Nutzung von industrieller Abwärme zur Versorgung bestehender Fernwärmesystemen mit Wärme / Prüfung neuer Fernwärmenetze auf Basis von industrieller Abwärme Anstreben möglichst guter Rohstoffsicherungen der Holzheizwerke z. B. durch Kooperationen mit dem Waldbesitz Nochmals verschärfte Anforderungen an die Grenzwerte der 1. BImSchV für Festbrennstoffe prüfen Erarbeiten von Lösungen zur Verwendung von A III und A IV Hölzern Förderkampagne zur Umstellung bestehender Nahwärmenetze auf niederkalorische Wärme Massiver Ausbau der Förderung zur Hausdämmung Verstärkte Berücksichtigung hoher Energieeffizienz im Rahmen von Quartierskonzepten, Überprüfung der Möglichkeiten des Rückbaus von ineffizienten Quartieren Alternative Nutzungen des Holzes müssen v. a. den ländlichen Kommunen angeboten werden, um die kommunalen Haushalte nicht zu belasten. Deswegen: Ausbau der Nutzung von Holz als Werkstoff und als Basischemikalie 5.8 Internationale Auswirkungen und Rückkopplungen 5.8.1 Globale nachhaltige Bioenergiepotenziale Bis 2050 ist global von einem (moderaten) Anstieg des Primärenergieverbrauches auszugehen, selbst wenn erhebliche Anstrengungen zur Steigerung der Energieeffizienz angenommen weren (GEA, 2012; IEA, 2012). Die globalen Bioenergiepotenziale liegen bei etwa 100 – 300 EJ (Chum et al., 2011) und könnten je nach tatsächlicher Verfügbarkeit und Erschließung etwa 10 % bis 40 % des globalen Primärenergiebedarfs in 2050 decken. Allerdings ist davon auszugehen, dass die obere Grenze nur bei erheblichen Anstrengungen zur Steigerung der landwirtschaftlichen Erträge und moderater Nachfrageentwicklung für den Konsum tierischer Nahrungsmittel erschließbar wäre, während bei möglichen negativen Effekten für landwirtschaftliche Erträge aufgrund des Klimawandels eher die untere Grenze verfügbar ist. Da die Nachfrage nach Bioenergieträgern nicht nur für moderne Formen wie Kraftstoffe und Strom steigt, sondern auch die traditionelle Nutzung von Biomasse für Kochen und Wärme vor allem in Entwicklungsländern, sind die für den internationalen Handel ggf. verfügbaren nachhaltigen Bioenergiepotenziale vor allem in Brasilien, Kanada, Russland und den USA zu finden, während Länder wie China und Südafrika zu Nettoimporteuren werden können (IINAS und CENBIO, 2014). Gleichzeitig ist zu beachten, dass in einem globalen Klimaschutzszenario zur Erreichung des 2°C-Ziels mit starker Nachhaltigkeit auch Länder wie Kanada, Russland und die USA die Bioenergie zur endogenen Substitution fossiler Energieträger einsetzen werden und damit künftig Exportpotenziale nur dann realisiert werden, wenn dies ökonomisch attraktiver als die nationale Nutzung ist. Eine wesentliche Rolle wird die Biomasse bei der künftigen Bereitstellung von flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen vor allem im Bereich der Luft- und Schifffahrt spielen, da hier andere Alternativen aus heutiger Sicht bis 2050 nur in geringem Umfang zur Verfügung stehen (Fritsche et al., 2012). Aufgrund der Flächenbedarfe für die 1. Generation von Biokraftstoffen wird die Nachfragesteigerung insbesondere bei FT-Diesel und Ethanol der 2. Generation sowie Biomethan gesehen, die eine Nutzung biogener Abfall- und Reststoffe sowie fester Biomasse aus mehrjährigen Pflanzen erlauben (Fritsche et al., 2012; IEA, 2011). Aus heutiger Sicht wird der globale Handel mit Bioenergie (fest insb. als Pellets, flüssig als Kraftstoffe) sich somit auf wenige Länder beschränken, deren Exportpotenzial bei steigenden Anstrengungen zum Klimaschutz sinken wird. 5.8.2 Mögliche nachhaltige Importpotenziale für Bioenergie Im Hinblick auf die sozialen Aspekte der Nachhaltigkeit ist die Frage der „gerechten Verteilung“ von Bedeutung: Wird bis 2050 von einem global verfügbaren Bioenergiepotenzial von 200 EJ/a ausgegangen und eine Weltbevölkerung von 9 Milliarden Menschen angenommen so ergibt dies bei globaler Gleichverteilung einen „Pro-Kopf-Anspruch“ von rund 20 GJ an primärer Bioenergie. Bei einer deutschen Bevölkerung von rd. 75 Mio. im Jahr 2050 bestünde damit ein theoretischer „Anspruch“ auf ca. 1.500 PJ an Bioenergie, der sowohl endogene wie auch importierte Energieträger umfassen würde. Diese theoretische Betrachtung muss durch Aspekte der ökonomischen und ökologischen Nachhaltigkeit ergänzt werden, und in sozialer Hinsicht sind potenzielle Einnahmen für Entwicklungsländer aus Bioenergieexporten relevant, wenn die Biomassebereitstellung kostengünstiger als im Importland erfolgen kann. Dies gilt umso mehr, als die natürlichen Bedingungen für die Kultivierung von Biomasse regional sehr unterschiedlich sind: die tropischen und subtropischen Regionen zeigen ein hohes Produktionspotenzial, während in den Gemäßigten Breiten und borealen Gebieten die landbasierte Biomasseerzeugung sich pro Hektar deutlich geringer darstellt. 135 136 Ergebnisse Ergebnisse Parallel ist zu beachten, dass in Ländern wie Brasilien, Kanada, Russland und USA sowie in den ost- und westafrikanischen Ländern erhebliche Potenziale für andere Erneuerbare sowie zur Energieeffizienz bestehen, deren Nutzung je nach Szenario auch unter Einhaltung globaler Klimaschutzziele zu Exportoptionen für Bioenergie führt. Aus heutiger Sicht gilt daher folgende Abschätzung für 2030 bis 2050 im NachhaltigSzenario20: Bis 2030 besteht ein gesamtes nachhaltiges Importpotenzial von ca. 160 PJ an festen und 50 PJ an flüssigen Bioenergieträgern, das bis 2050 auf ca. 400 PJ an festen und 100 PJ an flüssigen Bioenergieträgern ansteigt. Hinzu kämen bis 2030 ca. 10 PJ und bis 2050 ca. 100 PJ an Biomethan aus Nicht-EU-Staaten in Mittel- und Osteuropa. Diese Potenziale wurden für die EU-Märkte abgeleitet, in denen Deutschland aufgrund der hohen energiewirtschaftlichen Bedeutung eine dominante Rolle spielt. Es wird vereinfachend unterstellt, dass Deutschland rund 60 % der biogenen Importpotenziale (bei Biomethan: 100 %) beanspruchen kann, da die skandinavischen Länder sowie Frankreich, Polen und Tschechien über eigene hohe endogene Potenziale verfügen (EEA, 2013; Imperial College, 2012). Damit stünde für Deutschland bis 2030 ein gesamtes nachhaltiges Importpotenzial von ca. 100 PJ an festen und 30 PJ an flüssigen Bioenergieträgern, das bis 2050 auf ca. 240 PJ an festen und 60 PJ an flüssigen Bioenergieträgern ansteigt. Hinzu kämen bis 2030 ca. 10 PJ und bis 2050 ca. 100 PJ an Biomethan aus Nicht-EU-Staaten in Mittel- und Osteuropa. Tabelle 5-23: Deutsche Importpotenziale für nachhaltig bereitgestellte Bioenergieträger. Quelle: Analysen von IINAS (unveröffentlicht). Angaben in PJ 2030 1G Kraftstoffe 2050 Land / Region Pellets Nordamerika 100 200 Russland 50 100 Ukraine + Belarus Brasilien Biomethan Pellets 1G Kraftstoffe 10 10 50 Afrika (u. a. MZ) Biomethan 100 50 50 50 50 Summe 160 50 10 400 100 100 Anteilsfaktor DE-Importe 60 % 60 % 100 % 60 % 60 % 100 % d. h. Importanteil für DE 96 30 10 240 60 100 5.8.3 Politische Rahmenbedingungen und internationale Ziele sowie Nachhaltigkeitskriterien für Bioenergie Eine fundamentale Voraussetzung für die künftig global verfügbare Biomasse ist die Nachhaltigkeit ihrer Bereitstellung. Diese normative Setzung wird durch eine Vielzahl von Studien unterstützt (Cornelissen et al., 2012; Dauber et al., 2012; GEA 2012; IEA, 2012, 2012; IEA/ OECD, 2012). Daher ist davon auszugehen, dass für den internationalen Handel mit Bioenergieträgern mittelfristig verbindliche Nachhaltigkeitsanforderungen gestellt werden, die mindestens die Aspekte THG-Bilanz (Reduktion gegenüber Fossilen), Biodiversitätsschutz sowie soziale Fragen (Arbeitsschutz, Landrechte) betreffen. Entsprechende freiwillige Konzepte liegen mit den GBEP-Indikatoren (GBEP, 2011) sowie den „Voluntary Guidelines on the Responsible Governance of Tenure of Land, Fisheries and Forests“ (CFS, 2012) bereits vor, und globale verbindliche Anforderungen wurden bereits für Biokraftstoffe entwickelt (Franke et al. 2013). Für die EU wird eine Ausdehnung der Anforderungen der RED auf feste Bioenergie angenommen (vgl. dazu näher Fritsche et al. 2012, 2014; Fritsche & Iriarte, 2014), womit eine „Globalisierung“ der Anforderungen auch für den Import von festen Bioenergieträgern und Biomethan erreicht wird. Bei der für Bioenergie zu fordernden Reduktion von THG-Emissionen gegenüber fossilen Energien sind bei Anbaubiomasse die Effekte durch direkte und indirekte Landnutzungsänderungen (LUC) sowie bei Forstbiomasse auch die C-Bilanz (“Carbon debt”) einzubeziehen und auch Fragen der Ressourceneffizienz zu beachten, wie dies in der jüngsten Potenzialstudie für die EU erfolgte (EEA, 2013). Aufgrund der steigenden Nutzung von Biomasse auch für die stoffliche Nutzung sowie in „gekoppelten“ Systemen wie Bioraffinerien werden zudem globalisierte Nachhaltigkeitsanforderungen für die gesamte Bioökonomie (alle Biomasse ohne Ernährung / Textil) angenommen, um negative Verdrängungseffekte zu vermeiden (Fritsche & Iriarte, 2014). Diese Frage der Nachhaltigkeit von Biomasse – sowohl für Importe wie auch über die Landnutzungskopplungen bei der Nutzung endogener Potenziale in Deutschland – ist daher ein zentraler Meilenstein und sollte mit Blick auf das Jahr 2030 geklärt sein. 5.8.4 Für die globale Modellierung mit MAGNET durch die Verbundpartner sind konsistente Daten für die Entwicklung der internationalen Energiemärkte für Bioenergieträger (insbesondere Biokraftstoffe) erforderlich. Hierzu wurde auf Grundlage einer Kooperation mit der IEA ausführliche Kennwerte aus (IEA, 2014) ermittelt und für die Modellierung mit MAGNET disaggregiert (vgl. Anhang A 4.2). Ergänzend wurden für die Modellierung mit LandSHIFT auch die Anteile von 2. Generation-Kraftstoffen aus Energiegräsern und Kurzumtriebsplantagen ermittelt und regional disaggregiert. Weiterhin wurden für die Modellierung mit LandSHIFT die Daten für regionalisierte Erträge von Lignozellulose-Rohstoffen für Kraftstoffe der 2. Generation sowie die jeweilige Konversionseffizienz ermittelt. 5.8.5 20 Das hier abgeleitete Mengengerüst bezieht sich auf die Exportmöglichkeiten nach Europa, da hier ein hohes Preisniveau für Biomasse angenommen wird. Weitere Exportpotenziale bieten die wachsenden asiatischen Märkte, für die aber auch Exporteure in Australien und Neuseeland sowie z. B. Thailand in Frage kommen. Japan wird aus heutiger Sicht keine nennenswerten Mengen an Biomasse importieren (vgl. IINAS & CENBIO, 2014). Verwendung internationaler Energiedaten Bilanzierung Versorgungssicherheit Neben den im Verbundvorhaben untersuchten Nachhaltigkeitsaspekten wie THG-Emissionen, Kosten und Effekte auf Biodiversität und Ernährungssicherung stellt auch die Versorgungssicherheit von Energiesystemen eine wichtige Frage zur Bewertung dar. 137 Ergebnisse Ergebnisse Mit Blick auf die Bioenergie hat die GBEP, in der auch Deutschland Partner ist, im Jahr 2011 eine Liste mit 24 Indikatoren zur Bewertung der Nachhaltigkeit von nationalen Bioenergiepolitiken vorgelegt – und darin ist der GBEP-Indikator 22 (Energy Diversity) ist eine vergleichsweise einfache Möglichkeit, den Aspekt “Versorgungssicherheit” näherungsweise zu quantifizieren (Global Bioenergy Partnership, GBEP 2011). Hierzu dient der sog. Herfindahl Index, der über die Summe der Quadrate der Anteile von Energieträgern am Primärenergiebedarf bestimmt wird und auch von der IEA verwendet wird. Ausgehend von Daten aus BENSIM und Ergebnissen der Ökobilanzierung von IFEU wurde von IINAS ein Excel-Tool entwickelt, das Daten zur biogenen Endenergiebereitstellung in die gesamte Primärenergiebilanz Deutschlands integriert und dann den Herfindahl Index berechnet. 5000 Primärenergieäquivalent in PJ 138 4000 3000 2000 1000 0 2010 Kohle BAU-KS Öl Erdgas N-KS BAU-SW Erneuerbare o. Bio N-SW Bioenergie Das Mengengerüst der Primärenergiebilanzen zeigt Abbildung 5-54. Die Gegenüberstellung zeigt, dass alle Szenarien zu sehr deutlichen Reduktionen beim Primärenergiebedarf für Erdöl und Kohle sowie Erdgas führen, während der Beitrag der nicht-biogenen Erneuerbaren Energien und der Bioenergie signifikant ansteigt. Die Szenarien business-as-usual (BAU) und Nachhaltig (N), jeweils für Kraftstoffe (KS) und Strom / Wärme (SW), zeigen aber sehr unterschiedliche Effekte auf den fossilen Energieträgermix und damit auf Versorgungssicherheit. Die KS-Szenarien erfordern deutlich weniger Erdöl (aber Biomasse-Importe), während in den SW-Szenarien weniger Kohle und Erdgas, dafür aber mehr Erdöl benötigt wird. Die Abbildung 5-55 zeigt den aus den Primärenergiebilanzen abgeleiteten Herfindahl-Index für das Jahr 2010 und die Meilensteine-Szenarien. Deutlich sichtbar ist, dass die wesentlichen Unterschiede der Energie-Diversität zwischen den BAU- und N-Szenarien bestehen (jeweils ca. 3 %-Punkte), während die Unterschiede zwischen den N-Szenarien für KS und SW extrem gering sind. Gegenüber 2010 können die 2030-Szenarien die Energiediversität um ca. 7 % (BAU) bzw. 10 % (N-Szenarien) verbessern. Damit stellt Bioenergie eine signifikante Möglichkeit dar, die Versorgungssicherheit in Deutschland zu erhöhen. Offen ist jedoch, wie Importe von Bioenergieträgern zu bewerten sind – in den KS-Szenarien nehmen diese deutlich zu. Hierzu ist der Herfindahl-Index keine aussagefähige Kenngröße, sondern es müssten weitere Indikatoren wie z. B. Herkunftsländer (geopolitische Einschätzung) und Handelsrouten (Verletzlichkeit) einbezogen werden, was aufgrund des Aufwands im Vorhaben nicht möglich war. Für künftige Arbeiten ist zu beachten, dass „realistische“ Szenarien mögliche Importe fester Bioenergieträger zur Mitverbrennung sowie von Biomethan berücksichtigen müssten, womit sich weitere Fragen zur Stabilität der Exportländer (Kanada, USA) bzw. der Versorgungwege (Pipelines) ergäben. 5.8.6 Abbildung 5-54: Disaggregierter Primärenergiebedarf in Deutschland im Jahr 2010 und in den vier Szenarien 2030 0,24500 0,24000 0,23500 0,23000 0,22500 0,22000 0,21500 0,21000 0,20500 Herfindahl Index 2010 BAU-KS N-KS BAU-SW N-SW 0,24129 0,22467 0,21768 0,22536 0,21770 Abbildung 5-55 Herfindahl-Index für das Jahr 2010 und die vier Szenarien 2030 Rückwirkungen der Szenarien auf das deutsche Energiesystem 5.8.6.1 Die Rolle von Biomethan als Kraftstoff Die Szenario-Ergebnisse aus BENSIM unterstellen eine extrem stark steigende Rolle von Biomethan in den Kraftstoff-Szenarien, was einen sehr deutlich steigenden Anteil von Gasfahrzeugen impliziert. Die hierfür erforderliche Betankungs-Infrastruktur müsste ab 2020 erheblich ausgebaut werden – dies ist generell möglich, aber sehr ambitioniert. Studien von Seiten der Energiewirtschaft (British Petroleum, 2014; Shell, 2013, 2014) sowie eine Studie der Deutschen Energie-Agentur (dena 2010) und die Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie der Bundesregierung (BMVBS, 2013a, 2013b) sehen für Deutschland bis 2030 deutlich geringere Anteile von Gasfahrzeugen, während die renewbility-Studien unter Einbeziehung der Nachfrageseite kein nennenswertes Potenzial für Biomethan im Verkehrssektor ergaben (Öko-Institut & DLR, 2009a, 2009b; UBA, 2013). Aus heutiger Sicht sind die vorliegenden Extrem-Szenarien für den Verkehrssektor zwar kein tragfähiges und robustes Mengengerüst, zeigen aber die Notwendigkeit auf, Biomethan insbesondere gegenüber Kraftstoffen der 2. Generation weiter zu untersuchen und ggf. die Kraftstoffstrategie der Bundesregierung entsprechend fortzuschreiben. 139 140 Ergebnisse 5.8.6.2 Mitverbrennung von Biomasse Eine Sonderrolle bei der biogenen Strombereitstellung nimmt die mögliche Mitverbrennung fester Bioenergieträger (insbesondere Pellets) in bestehenden Kohlekraftwerken bis 2030 ein. Diese Technologie ist vergleichsweise preiswert und kurzfristig einsetzbar (IEA-ETSAP & IRENA, 2013; Vogel et al., 2011), wurde jedoch in BENSIM nicht als Option einbezogen, da sie nicht als „fortschrittlich“ und längerfristig tragfähig gilt.21 Dies ist insoweit für die Projektfragestellung gerechtfertigt, als die Mitverbrennung in großen Kohlekraftwerken sich weniger auf lokal und regional verfügbare Biomasse stützt als auf international gehandelte und standardisierte Brennstoffe wie Pellets aus Holz und – längerfristig – torrefiziertes biogenes Material. Damit tritt auch bei einem Ausbau der Mitverbrennung in Deutschland keine nennenswerte Nutzungskonkurrenz um endogene Ressourcen auf, und auch die verfügbaren nachhaltigen Importpotenziale (vgl. Kapitel 5.8.2) sind mittelfristig vergleichsweise groß. Im Hinblick auf das Strom-Wärme-Nachhaltig-Szenario (SW-N) bleibt jedoch festzuhalten, dass bei den dort unterstellten CO2-Preisen die Mitverbrennung in Deutschland sehr attraktiv würde – und entsprechende Strommengen deutlich günstiger bereitstellen würde als die in den BENSIM-Szenarien angenommenen biogenen Stromerzeugungstechnologien. Die Erfahrungen in den Niederlanden und Großbritannien belegen, dass bei entsprechenden Anreizen eine sehr schnelle Umsetzung von Mitverbrennungspotenzialen erfolgt, und auch die großen Stromversorger in Deutschland hatten von 2007-2009 umfängliche Pläne zur Mitverbrennung in ihren Steinkohlekraftwerken, die jedoch nach dem Verfall der CO2Preise im Rahmen des europäischen Emissionshandelssystems (ETS) über Pilotprojekte hinaus nicht realisiert wurden. Die auch von der Bundesregierung angestrebte Reformierung des ETS mit dem Ziel, wieder deutlich höhere CO2-Zertifikatspreise zu erreichen, ist jedoch ein wesentlicher Baustein für die Erreichung der deutschen und europäischen CO2-Reduktionsziele. Die Mitverbrennung von Pellets in Kohlekraftwerken kann daher als „Übergangs“-Option relevant werden mit Auswirkung u. a. auf Importe, vor allem aus Kanada und den USA (Fritsche et al., 2014). Die entsprechenden Nachhaltigkeitsfragen vor dem Hintergrund und Mengengerüste sollten daher als ein Meilenstein bis 2030 geklärt sein. Schlussfolgerungen 6 Schlussfolgerungen Die Szenarienergebnisse zeigen potenzielle Entwicklungspfade auf, die sich unter den angenommenen Rahmenbedingungen als ökonomisch vorteilhaft erweisen. Die Szenarienannahmen sind Extremannahmen (z. B. vollständiger Einsatz des verfügbaren Biomassepotenzials überwiegend für Kraftstoffe oder für Strom / Wärme) und dienten in dieser Studie dazu, möglichst unterschiedliche, dennoch in realen Größenordnungen liegende, Inputgrößen für die Modelle zu generieren und den Simulationsergebnissen eine gewisse Bandbreite an Entwicklungen und damit Interpretationsspielraum zu geben. Die Szenarienergebnisse sind daher vor allem relativ, also im Vergleich zueinander, zu interpretieren. Sie sind ein notwendiges Werkzeug für die Ableitung von Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen aber keine Handlungsempfehlung an sich. Nachfolgend werden die Ergebnisse in der Gesamtschau interpretiert und darauf aufbauend Schlussfolgerungen, Meilensteine und Handlungsempfehlungen abgeleitet. Bioenergieträger auf Basis von Agrarrohstoffen bleiben in allen Szenarien ökonomisch vorteilhaft. Die Ergebnisse zeigen, dass die künftige Nutzung von Biomasse vor allem durch die Nachfrage nach Nahrungs- und Futtermitteln geprägt ist. Eine nationale Bioenergiestrategie wird die internationalen Agrarrohstoffmärkte selbst bei hohen Importanteilen in den Mengenund Preiseffekten nicht nennenswert beeinflussen. Dies gilt jedoch nur, solange andere Länder sich in ihren Bioenergiestrategien im Korridor der angenommenen internationalen Erwartungen entwickeln. Im Detail ergeben die Analysen mit dem Technologiemodell BENSIM, dass unter den erwarteten Preissteigerungen für Agrarprodukte22 vor allem Pflanzenöl / Biodiesel gefolgt von Biogas / Biomethan die relativ vorteilhaften Energieträger für Konversionsanlagen23 in Deutschland darstellen. Über die Modellergebnisse hinaus lassen sich die beiden technischen Systeme wie folgt charakterisieren: Die Bereitstellung von Pflanzenöl und Biodiesel ist generell wie folgt gekennzeichnet: Der Rohstoff wird in hohem Maße importiert. Die Konversionstechnologie zur Herstellung und Nutzung des Pflanzenöls / Biodiesel ist Stand der Technik mit vergleichsweise wenig Innovationspotenzial. Die Konversionstechnologie zur Stromerzeugung ist bereits heute sehr gut für die flexible Strombereitstellung geeignet. 21 Die Mitverbrennung ergäbe nur Sinn, wenn sie in bestehenden Kohlekraftwerken erfolgt – ein nennenswerter Neubau von Kohlekraftwerken ist in der BMU-Leitstudie nicht vorgesehen. Da die Kapazitäten an Braun- und Steinkohle-Kraftwerken (ohne KWK) bis 2050 in der Leitstudie extrem rückläufig sind, ist die Mitverbrennung zumindest langfristig keine nachhaltige Option. 22 Ergebnisse aus MAGNET für Weizen, Grobgetreide, Ölsaaten und Zuckerrohr / -rübe. Andere Rohstoffpreisentwicklungen wurden auf Basis von Expertenwissen abgeschätzt. Preisentwicklungen von Rest- und Abfallstoffen wurden im Modellverbund nicht näher untersucht. 23 Im nationalen Kontext wurde eine Zunahme (etwa Verdreifachung) von Güllekleinanlagen und Bioabfallvergärungsanlagen mit einem steigenden Endenergiebeitrag, jedoch auf verhältnismäßig niedrigem Niveau, angenommen. Aufgrund vergleichsweise hoher Bereitstellungskosten ist hierfür eine stabile, politische Flankierung notwendig. Weitere Rest- und Abfallstoffe (insb. Gülle, aber auch Co-Substrate) sind teilweise in den modellierten Konzepten (z. B. Gülle bei Biogas- / Biomethananlagen) enthalten. 141 142 Schlussfolgerungen Die Flächenerträge sind – abgesehen von Palmöl – relativ moderat, jedoch wird der Bioenergieträger in der Regel im Verbund mit Futtermittel (Presskuchen / Extraktionsschrot) und Glyzerin (i. d. R. Pharmaglyzerin) hergestellt, was preisstabilisierende Wirkung haben und z. B. vor dem Hintergrund Glyzerin-basierter Nutzungspfade eine wichtige Übergangstechnologie darstellen kann. Die preisstabilisierende Wirkung kann Risiken von Rohstoffpreisschwankungen minimieren. Bei Biogas / Biomethan hingegen stellt sich die Bereitstellung wie folgt dar: Der Rohstoff (Biogassubstrat) wird wegen der geringen Energiedichte in hohem Maße inländisch erzeugt und führt aufgrund der Transportunwürdigkeit des Substrats im Umkreis der Biogasanlagen zu einer langjährigen Flächenbindung. Internationaler Biogas- und Biomethanhandel z. B. über das Gasnetz könnte mittelfristig zusätzlich interessant werden (Thrän et al., 2014). Die Konversionstechnologie verfügt kurzfristig über Innovationspotenzial in Richtung „Flexible Strombereitstellung“ sowie mittelfristig zur Gewinnung neuer Zwischenprodukte für die stofflich-energetische Nutzung, deren Erforschung teilweise noch in den Anfängen steckt. Die energetischen Flächenerträge sind deutlich höher, allerdings auf Kosten höherer Umweltwirkungen im Bereich Nährstoffeintrag und teilweise auch bei Versauerung und Feinstaubbelastung. Der Einsatz als Kraftstoff ist durch verschiedene Hemmnisse geprägt und wird voraussichtlich nur für ausgewählte Verkehrssektoren relevant. Dass die Rohstoffbasis der in den Strom- / Wärme- bzw. Kraftstoffszenarien dominierenden Technologien jeweils gleich ist (Maissilage für Biogas / Biomethan bzw. Pflanzenöl für die direkte Verwendung oder als Basis für Biodiesel), bedeutet zweierlei: zum einen ergibt sich trotz der noch nicht eindeutig geklärten Frage, welche Nutzungsoptionen (Strom / Wärme oder Kraftstoffe) insgesamt vorteilhaft ist, eine relativ robuste Rohstoffbasis. Andererseits ergeben sich auch Konkurrenzsituationen, da alle dominanten Nutzungsoptionen die gleiche Rohstoffbasis beanspruchen. Abgestimmte internationale Landnutzungspolitik ist Voraussetzung für eine nachhaltige Bioenergiepolitik in Deutschland. Für die Bewertung der Rohstoffbasis ergeben sich insbesondere Unterschiede zwischen einer global verankerten nachhaltigen Landnutzungspolitik und dem Beibehalten der aktuellen Anforderungen. Die Ergebnisse zeigen, dass bei einem ab dem Jahr 2020 angesetzten Ausschluss globaler Landnutzungsänderungen in Schutzgebieten und anderen sensiblen Gebieten die Effekte auf die Biologische Vielfalt und die Bodenqualität – insbesondere im globalen Kontext – deutlich geringer sind. Die Risiken für Biologische Vielfalt und Boden werden bei heimischer Biomasseproduktion im Vergleich zu Importen zwar als geringer eingeschätzt, jedoch konnten die indirekten Effekte, die aus der Verdrängung anderer Ackerkulturen durch Biogassubstrate resultieren, nur grob abgeschätzt werden (z. B. unter Schlussfolgerungen der vereinfachten Annahme, dass nur Weizen verdrängt wird) und könnten in der Realität anders ausfallen. Bei einem weiteren Ausbau der Bioenergie aus Energiepflanzen können Treibhausgasemissionen aus direkten und indirekten Landnutzungsänderungen in der gleichen Größenordnung liegen wie die durch den Anbau, Bereitstellung und Nutzung von Bioenergieträgern bedingten Emissionen bzw. können diese übersteigen und beeinflussen das Gesamtergebnis signifikant. Zwar fallen auch hier bei einem ab 2020 global angesetzten Ausschluss von Landnutzungsänderungen in Wäldern, Torfmoorflächen und anderen sensiblen Gebieten die Treibhausgasemissionen nach 2020 geringer aus, allerdings ist der Effekt erst ab 2040 sichtbar, da die hohen Emissionen der Vorjahre (jeweils über 20 Jahre abgeschrieben) noch lange nachwirken. Im Umkehrschluss heißt das: solange keine internationalen Standards zum Flächenschutz verfügbar sind, sollte die Inanspruchnahme neuer Flächen deutlich moderater ausgestaltet werden, als in den Extremszenarien modelliert. Weiterhin sind Technologien, die auf heimischen Rohstoffen basieren, aus „weichen“ Gründen (Risiken für Biologische Vielfalt und Boden, Handhabbarkeit) zu bevorzugen. Beim Ausbau dieser Technologien ist insbesondere auf indirekte Effekte zu achten, die im Rahmen dieses Vorhabens nur grob abgeschätzt werden konnten. Parallel sollten Nachhaltigkeitsstandards für flüssige Bioenergieträger, die in den letzten Jahren etabliert wurden, im internationalen Kontext weiter erprobt und in geeigneter Weise auf andere Biomassesektoren ausgeweitet werden. Als erster Schritt sollten hier die Nachhaltigkeitsstandards auch verbindlich auf gasförmige und feste Bioenergieträger ausgeweitet und Definitionen einer guten fachlichen Praxis / Nachhaltigkeitsanforderungen in der Forstwirtschaft sowie für Wälder mit großer biologischer Vielfalt erarbeitet werden. Aus den Extremszenarien lassen sich Elemente für eine Bioenergiestrategie ableiten. Wärmeerzeugung aus Holz stellt derzeit in Deutschland, Europa und weltweit die wichtigste Bioenergiequelle dar. Ziel der vier Extremszenarien war die Pfadüberprüfung hin zu hochwertigeren Technologiepfaden. Die anhand der Preiserwartungen ermittelten Szenarien ergeben deutlich, dass ohne sektorale Vorgaben die betrachteten Technologiepfade zur Nutzung von heimischem oder importiertem Holz als Strom oder als Kraftstoff erst in der Mittelfristperspektive einen (eher kleineren) Stellenwert erreichen können; dann jedoch nicht als Einsatzstoff für Flüssigkraftstoffe, sondern im Bereich kleinerer oder mittlerer Vergasungstechnologien. Wärmebereitstellung aus holzbasierten Rohstoffen könnte damit deutlich länger einen relevanten Stellenwert erhalten. Die errechneten Szenarien sind damit mit der aktuellen und erwarteten Rohstoffverfügbarkeit (z. B. Majer et al., 2013; Mantau 2012; Thrän et al., 2011) nur eingeschränkt kompatibel. Als wichtige Elemente für eine Bioenergiestrategie werden identifiziert: Für den weiteren Ausbau der Reststoffnutzung bestehen noch Potenziale im land- und forstwirtschaftlichen Bereich. Unter den bisher noch nicht marktfähigen Kraftstoffen könnte die Bereitstellung von Ethanol aus (heimischem) Stroh mittelfristig den Markteintritt erreichen. Allerdings schneidet diese Nutzung im Vergleich zu einer möglichen Strom- und Wärmegewinnung aus Stroh aus Umweltschutzsicht schlechter ab (Keller et al. 2014). 143 144 Schlussfolgerungen Zusätzliche Nachfrage nach Bioenergie aus Energiepflanzen führt zu direkten und indirekten Landnutzungsänderungen, welche wiederum Kohlenstoffbestandsänderungen zur Folge haben, aus denen Treibhausgasemissionen resultieren. Die Ermittlung dieser Effekte ist komplex und eine detaillierte Analyse derselben geht weit über den Rahmen dieser Untersuchung hinaus. Jedoch konnte auch hier gezeigt werden, dass – in Abhängigkeit der Methode – die Gesamt-Treibhausgasreduktion durch Bioenergieeinsatz (gegenüber dem Einsatz fossiler Energieträger) aufgrund von Landnutzungsänderungen teilweise nur gering bis nicht vorliegend sein kann. Eine künftige Bioenergiestrategie bedarf einer robusten Berechnung und Verfolgung dieser Effekte – nicht nur für Bioenergie, sondern auch für andere Biomasse-Nutzungsformen. Das Monitoring von Landnutzung, Landnutzungsänderungen und den damit verbundenen Kohlenstoffhaushalten und Treibhausgaseffekten ist eine wichtige Voraussetzung – nicht nur für die Bioenergiepolitik, sondern auch für die Weiterentwicklung der Bioökonomie insgesamt. Solange diese nicht gegeben ist, sollte die Bioenergienutzung vor allem qualitativ verbessert und im Bereich der Energiepflanzen nur sehr moderat ausgebaut werden. Diese Schlussfolgerung ergibt sich auch aus den ermittelten anderen Umweltwirkungen wie Feinstaubbelastung, Versauerung und Nährstoffeintrag, welche durch Bioenergieeinsatz teilweise steigen. Durch geeignete Rahmenvorgaben – idealerweise für die Biomassenutzung als Ganzes24 – sollte daher sichergestellt werden, dass der Umbau des Energiesystems nicht zu einer Erhöhung von Umweltlasten führt. Neben der Erreichung der Klimaschutzziele sollte insbesondere auch die Erreichung der gesteckten Zielvorgaben im Bereich Wasser-, Boden- und Luftreinhaltung (z. B. Wasserrahmenrichtlinie [WRRL, 2000/60/EG, 2000] oder Richtlinie über nationale Emissionshöchstmengen für bestimmte Luftschadstoffe [NEC, 2001/81/EG, 2001]) sowie der nachhaltigen Ressourcennutzung (z. B. Kreislaufwirtschaft) sichergestellt werden. Deutschland sollte eine effiziente inländische Bioenergieproduktion – ob im Kraftstoffsektor mit Biomethan oder im Strom- und Wärmebereich mit Biogas – einer Importstrategie von teilweise weniger effizienten Biokraftstoffen vorziehen, da hierdurch weltweit mit geringeren Risiken für die Biologische Vielfalt und Boden zu rechnen ist. Die indirekten Effekte, die aus der Verdrängung anderer Ackerkulturen durch Biogassubstrate resultieren, konnten jedoch nur grob abgeschätzt werden (z. B. unter der Annahme, dass nur Weizen verdrängt wird) und könnten in der Realität evtl. deutlich höher ausfallen. Dies sollte bei einer Strategieentwicklung berücksichtigt werden. Die Wärmebereitstellung auf der Basis von Holz stellt auch mittel- bis langfristig eine robuste Bioenergieoption dar. Sie sollte unter Beachtung regionaler Bereitstellungsstrukturen, Emissionsanforderungen und Nutzerpräferenzen schrittweise weiterentwickelt werden. Durch die Markteinführung von Ver24 Der Energiepflanzenanbau unterscheidet sich nicht systemimmanent vom Anbau anderer landwirtschaftlicher Kulturen für Nahrungs- und Futtermittel. Schlussfolgerungen gasungstechnologien sollte Deutschland die holzbasierte Wärmeversorgung hin zu einer kombinierten Strom- und Wärmeversorgung (kleinere und mittlere Einheiten) entwickeln. Temporär kann – bei hohen CO2-Preisen - eine marktgetriebene Nachfrage nach (vorwiegend Import-)Holz zur Mitverbrennung in Kohlekraftwerken entstehen (IEA-ETSAP & IRENA 2013; Vogel et al. 2011). Vor dem Hintergrund der höheren Risiken bei importierten Rohstoffen, der zeitlichen Begrenztheit des Einsatzes (unter der Annahme, dass Kohlekraftwerke mittelfristig eine stark rückläufige Bedeutung bei der Strombereitstellung haben) und des andererseits im relevanten Zeitraum aber sehr großen Mengennachfragepotenzials ist die Mitverbrennung von Holz in Kohlekraftwerken ein Bereich, der frühzeitig einer klaren Strategie hinsichtlich angestrebter Mengen und Importanteile bedarf. Nachhaltigkeitsanforderungen an Festbrennstoffe können hier Leitplanken für den Einsatz bei hohen CO2-Preisen bilden. Deutschland sollte eine Post-EEG-Strategie für Biogas- und Biomethananlagen entwickeln. Notwendig ist hierzu eine detaillierte Analyse des Anlagenbestands bezüglich des Vorhandenseins sinnvoller Wärmesenken für den KWK-Betrieb bzw. der infrastrukturellen Möglichkeiten zur Umrüstung von Biogas-zu Biomethananlagen (z. B. Nähe zum bestehenden Erdgasnetz) sowie einer sektoralen Analyse, in welchen Mobilitätsbereichen Biomethan künftig genutzt werden soll. Eine Bioenergiestrategie muss eng mit der Landwirtschaft abgestimmt sein. Dies umfasst den künftigen Stellenwert der Produktion und des Einsatzes von Energiepflanzen, aber auch den sektoralen Einsatz von Pflanzenöl / Biodiesel / Biomethan als Kraftstoff. Biodiesel ist ein günstiger, flüssiger Bioenergieträger, der jedoch vergleichsweise wenig Innovationspotenzial aufweist. Hier sollten die vorhandenen Produktionskapazitäten nicht weiter erhöht werden – jedoch auch kurzfristig nicht reduziert, weil die Kraftstoffbereitstellung wichtige Nebenprodukte liefert (Futtermittel und Glyzerin) und die Frage des Umfangs und der Notwendigkeit von flüssigen Bioenergieträgern für eine nachhaltige Energiewende noch nicht geklärt ist (siehe nächster Punkt). Ein offener Punkt bleibt: die gezielte Entwicklung hochwertiger, flüssiger Bioenergieträger für ausgewählte Anwendungsfelder (z. B. Flugkraftstoff). Dies ist vom Langfristziel her zu entwickeln. Für BTL-Kraftstoffe bedarf es daher einer konsequenten Unterstützung, sowohl durch F&E-Maßnahmen als auch durch Markteinführungsinstrumente, weil solche Kraftstoffe in allen Szenarien deutlich teurer sind als die Alternativen. Für den Verkehrsbereich sind jedoch neben dem Biokraftstoffangebot weitere Aspekte bei der Umstellung hin zu erneuerbaren Energien zu beachten. Neben den vorwiegend auf die nationale Bioenergiepolitik ausgerichteten Schlussfolgerungen ergeben sich zwei weitere Bereiche auf internationaler Ebene: 145 146 Schlussfolgerungen Schlussfolgerungen Implementierung ambitionierter nachhaltiger Landnutzungspolitiken Überprüfung der internationalen Mengenerwartungen an FT-Kraftstoffen hinsichtlich der angenommenen Einflussgrößen (z. B. Investitionsaufwendungen, Rohstoffpreise, erreichbare Treibhausgasemissionen) Basierend auf diesen Schlussfolgerungen können die vier Extremszenarien, die dazu dienen, eine gewisse Bandbreite an Entwicklungen und damit Interpretationsspielraum darzustellen, synoptisch interpretiert werden. Abbildung 6-1 fasst dieses für die Bioenergieentwicklung in indikativen Trends für Deutschland bis 2050 zusammen. Sie basiert sowohl auf den Modellierungsergebnissen (Extremszenarien) und ihrer umfänglichen Interpretation, als auch den qualitativ betrachteten Entwicklungen und weiteren aktuellen Studien. Entwurf für "die" Abbildung "MS2030"; 20.11.2014 Status Quo (2 Schätzungen auf Basis Meilensteine 2030 Rohstoffe Potenzialerschließung: Bis 2030 sollte der Beitrag der 2020 2030 2040 2050 2014 2050 Bioenergie an der Energieversor236 225 195 155 150 Holz 382 420 72 70 67 65 und 50zur Stroh Erreichung 0 35 gung, zur Versorgungssicherheit der THG-Emissionsminderungsziele 0,5 18 39,6 45 54 Abfälle 67 65 49 45 40 (ca. 700 35 35 Mais (inkl. Gü 150 185 auf dem heutigen Niveau PJ/a Endenergie) stabilisiert sein und danach in Ab27 24 24 21 21 Getreide 16 13 41 40 40 40 40 Zucker 16 13 % heute 2050 hängigkeit von Art und Umfang künftiger Landnutzungspolitiken gegebenenfalls moderat 99 90 80 70 70 Pflanzenöl 79 75 Strom 24 20 45 40 40 35 709 805 Wärme KWK 19 steigen. Die gezielte Erschließung von3530 landwirtschaftlichen Reststoffen (z.1743 B. Strohpoten1 10 22 25 Wärme 25 25 25 25 25 25 Kraftstoffe 16 37 ziale für die Ethanolherstellung) kommunalen Abfällen ist insbesondere im 79 75 75 75und biogenen, 75 100 100 32 30 25 25 25 0 10 20 beziehungsweise 35 35 regionalen Zusammenhang der Kreislaufwirtschaft zu realisieren. Durch 2 10 35 55 80 0 0 30 0 0 weitere Effizienzsteigerungen wird der 80Primärenergieeinsatz an Biomasse relativ zum Ener0 5 15 80 0 0 170 270 295 gieoutput gesenkt und die Einhaltung der als nachhaltig verfügbar geltenden Potenziale (Nitsch 2012), in diesem Bericht) auch bei moderater Summe et al.,709 717 sowie 773 Potenzialabschätzung 786 805 Summe exkl. 709 717 743 786 805 Steigerung der Endenergiebereitstellung aus Biomasse sichergestellt. PJ heute Wärme (Haushalte) Wärme (Industrie) KWK - Wärme (Vergasung) KWK - Wärme (Biogas+Biom KWK - Wärme (Heizkraftwer KWK - Wärme (Klär-/Deponi Strom (Biogas+Biom Strom (Heikzraftwer Strom (Vergasung) Strom (Klär-/Deponi Ölpflanzen (Biokraftstoffe Zucker, Stärke (Biokraftstoffe Stroh (Biokraftstoffe Biomethan (Biokraftstoff) Mitverbrennung Synthetische Biokraftstoffe f Produkte für d Mitverbrennung 800 Leitplanken Wärme (Industrie) Endenergiebereitstellung aus Biomasse [PJ] 700 Wärme (Haushalte) Upgrade Wärmemarkt im Rahmen einer Wärmestrategie 600 Synthetische Biokraftstoffe für spezielle Anwendungsfelder Stroh (Biokraftstoffe) Zucker, Stärke (Biokraftstoffe) 500 Lignozelluloseaufschluss 400 Ölpflanzen (Biokraftstoffe) Stoffliche Nutzung und Biokraftstoffe im Verbund Biokraftstoffstrategie Biomethan (Biokraftstoff) Strom (Klär-/Deponiegas, biog. Anteil des Abfalls) Strom (Biogas+Biomethan) Strategie Biomethan 300 Strom (Heikzraftwerke) Strategie Post-EEG 200 100 Strom (Vergasung) KWK - Wärme (Vergasung) Kleinvergaser Kreislaufwirtschaft KWK - Wärme (Klär-/Deponiegas, biog. Anteil des Abfalls) KWK - Wärme (Biogas+Biomethan) Stabilität Wärmenetze 0 heute 2020 Dialog Strategien Leitplanken Monitoring 2030 2040 2050 KWK - Wärme (Heizkraftwerke) Meilensteine etabliert Abbildung 6-1: Indikative Trends der Bioenergie bis zum Jahr 2050 als Synthese des Vorhabens „Meilensteine 2030“ Nutzungsoptionen: Die Nutzung von Biomasse zur Energiebereitstellung verändert sich in den verschiedenen Sektoren in unterschiedlichem Maße. Die reine Wärmebereitstellung, insbesondere durch Einzelraumfeuerungen und Wärmenetze, aber auch seitens der Industrie, wird einen relevanten Stellenwert beibehalten. Dies ergibt sich einerseits aus der sehr moderaten Nachfrage nach Holz für innovative Technologien, den gut etablierten regionalen und lokalen Rohstoffversorgungsstrukturen und andererseits aus den bereits getätigten Investitionen in Nahwärmesysteme. Gleichzeitig besteht auch in diesem Bereich die Notwendigkeit der Veränderung, hin zu Effizienzsteigerungen und Emissionsreduktionen. Vergasungstechnologien und ggf. weitere kleine Systeme für die gekoppelte Stromund Wärmebereitstellung können die notwendigen Innovationen im System liefern. Neben dem Engagement der Entscheidungsträger auf kommunaler Ebene erfordert die biogene Wärmebereitstellung die Unterstützung innerhalb einer nationalen Wärmestrategie. Klare Signale sind für die Weiterentwicklung der Technologien und Konzepte zur gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung notwendig, die bisher über das EEG angereizt und realisiert wurden. Hier haben die Untersuchungen gezeigt, dass neben Altholz-basierten Heizkraftwerken insbesondere bedarfsgerecht betriebene Biogasanlagen einen Beitrag für die Stromversorgung leisten können. Für die Realisierung dieser Optionen bedarf es aber einer klaren „Post-EEG“-Strategie, ansonsten wird der bestehende Anlagenpark absehbar deutlich reduziert und die möglichen Systembeiträge bleiben ungenutzt. Parallel bietet ein teilweiser Umbau bestehender Biogas-Vor-Ort-Verstromungsanlagen hin zu Biomethanaufbereitungsanlagen die Möglichkeit einer sehr flexiblen Nutzung sowohl in der Strom-bereitstellung (mit verpflichtender Nutzung in KWK oder hocheffizienten GuD-Kraftwerken) als auch in der Nutzung als Kraftstoff. Vor diesem Hintergrund sollte Biomethan strategisch (weiter )-entwickelt werden. Darüber hinaus besteht – u. a. auch wegen des möglichen Einsatzes von Biomethan im Verkehrssektor – die Notwendigkeit einer differenzierten Biokraftstoffstrategie. Diese sollte ebenso eine Stabilität in der Bereitstellung von Biokraftstoffen auf Basis landwirtschaftlicher Rohstoffe berücksichtigen, um angemessen den bestehenden regionalen bzw. dezentralen Strukturen und Synergien zur Futtermittelbereitstellung gerecht zu werden. In der Biokraftstoffstrategie nach 2030 sollten zum einen die dezidierte Nachfrage nach Biokraftstoffen in ausgewählten Anwendungsfeldern (z. B. Flugkraftstoffe, Landwirtschaft), zum anderen die Möglichkeit der Bereitstellung von Biokraftstoffen in gekoppelten Systemen mit der stofflichen Nutzung über die Vorteilhaftigkeit der Kraftstoffoptionen entscheiden. Eine solche Kraftstoffstrategie benötigt aber auf jeden Fall dauerhafte und verlässliche Rahmenbedingungen, um auf dem Markt implementierbar zu sein. Zusätzlich dürfte es ab 2030 zwischen den Bereichen Strom, Wärme und Kraftstoff, aber auch im Zusammenspiel mit anderen Erneuerbaren Energien zu stärkeren Verschiebungen kommen, die jedoch die hier identifizierten Elemente in ihrer relativen Vorteilhaftigkeit nicht grundsätzlich verändern dürften. Die Option der Mitverbrennung von Holz in Kohlekraftwerken kann bei steigenden CO2-Zertifikatepreisen zu einem kurzzeitig ansteigenden Holzverbrauch führen, wenngleich aufgrund niedriger Zertifikatepreise das Risiko hierfür derzeit als gering eingeschätzt wird. Aus dieser Synopse leiten sich die nachfolgend beschriebenen zehn Meilensteine ab. 147 148 Handlungsempfehlungen 7 Meilensteine 2030 – Handlungsempfehlungen Die Bioenergiestrategie wird in den verschiedenen Feldern unterschiedlich schnell umgesetzt. Zehn wichtige Meilensteine, die bis zum Jahr 2030 erreicht sein müssen, sind nachfolgend genannt: Meilenstein 1: Nachhaltige Landnutzung ist Voraussetzung. Voraussetzung für eine nachhaltige Biomassenutzung in 2030 ist die schnelle Definition und Implementierung ambitionierter internationaler Ziele für den Schutz von sensiblen Flächen wie Primärwälder, Torfmoor, Feuchtgebiete, Wälder und Grünland mit großer biologischer Vielfalt, z. B. in einer globalen Schutzgebietskulisse in Anlehnung an die Beschlüsse der Convention on Biological Diversity (CBD). Auf nationaler Ebene erscheint ein wirksamer Schutz von Dauergrünland als sinnvoll. Diese Schutzbestrebungen verändern den Produktionsumfang für landwirtschaftliche Produkte, gehen mit einer Nutzungsintensivierung auf genutzten Flächen einher und weit über die Bioenergienutzung hinaus. Deutschland sollte daher zeitnah international Initiativen ergreifen bzw. bestehende deutlich stärken, die sowohl die nachhaltige Landnutzung als auch Aspekte der zu erwartenden Nutzungsintensivierung umfasst. Instrumente zum Schutz von sensiblen Flächen, die für Biokraftstoffe teilweise implementiert sind, sind auf ihre Übertragbarkeit zu überprüfen. Meilenstein 2: Monitoring von Landnutzung, Kohlenstoffinventaren und Treibhausgasemissionen ist im Rahmen der Bioökonomie etabliert. Hierdurch können die Entwicklung der Treibhausgasemissionen aus Landnutzungsänderungen und ihre Effekte auf die avisierten Ziele im Energiesystem regelmäßig überprüft und die Strategie angepasst werden. Meilenstein 3: Entwicklungsstrategie für Biogas / Biomethan (Post-EEGStrategie) ist implementiert. Für die bestehenden Biogas- und Biomethananlagen wurde anhand der Anlagencharakterisitka eine dezidierte Nutzungsstrategie entwickelt. Diese muss eng mit der Landwirtschaft abgestimmt sein, die zunehmende Nutzung als Kraftstoff berücksichtigen und auf dem aktuellen Anlagenbestand aufbauen. Die nähere Spezifizierung von Biomethan als Kraftstoff ist dafür eine wichtige Voraussetzung (siehe Meilenstein 7). Nach heutigem Kenntnisstand ist bei einer Nutzung von Biomethan als Kraftstoff weniger der weitere Zubau von Biogasanlagen zu verfolgen als vielmehr der zielgerichtete Umbau. Dazu sind die Möglichkeiten der einzelnen Anlagen genauer zu betrachten und für den jeweiligen Einzelfall abzuschät- Handlungsempfehlungen zen, für welche Anlagen oder Anlagenverbünde eine zusätzliche Aufbereitungsstufe sinnvoll darstellbar ist, wo Flexibilisierung einen längerfristigen Mehrwert liefern kann bzw. wo eine Umrüstung nicht sinnvoll erscheint. Für eine flexible Strombereitstellung auf Basis von Biogas-BHKW ist die Umrüstung bestehender Alt-Anlagen (Flexibilisierung) bis 2030 bereits weitgehend erfolgt. Meilenstein 4: Wärmebereitstellung aus Biomasse beinhaltet zunehmend innovative Konzepte („Up-grade Wärmenutzung“) und ist im Rahmen einer Wärmestrategie berücksichtigt. Die Wärmebereitstellung aus Biomasse stellt eine robuste Nutzungsoption dar. Sie bedarf aber der stetigen Weiterentwicklung im Sinne der künftigen Bedarfsstrukturen (geringerer spezifischer Wärmebedarf, Kombination mit anderen Erneuerbaren, höherer Komfortanspruch), Emissionsanforderungen und einer Erweiterung hin zu Kraft-Wärme-Kälte-gekoppelten Systemen (siehe auch Meilenstein 5). Deutschland braucht in diesem Zusammenhang eine Wärmestrategie, die Bioenergie in Form von Wärmenetzen und KWK-Anlagen mit der Abwärmenutzung aus der Industrie und der Anstrengung hinsichtlich der Energieeinsparung vereint. Mit Hilfe von Instrumenten zur Raumplanung und zur Stadtentwicklungsplanung (Bauleitplanung) ist in ganz Deutschland ein Wärmekataster unter Berücksichtigung demographischer Effekte zu erstellen. Darin sollten Schwerpunkte für den Bau von hinsichtlich der Energieträger flexiblen, regenerativen Wärmenetzen definiert werden. Meilenstein 5: Vergasungstechnologien sind verfügbar. Durch Markteinführungsprogramme und gezielte Forschung ist der Übergang von der reinen Wärme- zur gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung (siehe Meilenstein 4) zu unterstützen. Diese Technologien können ein sehr hohes Exportpotenzial aufweisen. Dies gilt bei entsprechender Nachfrage grundsätzlich auch für Bio-SNG. Meilenstein 6: Leitplanken für die Mitverbrennung von Holz sind gesetzt. Bei höheren CO2-Preisen würden größere Mengen Holz aus wirtschaftlichen Gründen in Kohlekraft-werken mitverbrannt werden. Um auf diese Nutzungsoption bezüglich deren Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit steuernd Einfluss nehmen zu können, sind hier entsprechend frühzeitig Rahmenbedingungen zu schaffen. Hierzu gehört die Einführung und Umsetzung adäquater Nachhaltigkeitsstandards für Festbrennstoffe auf nationaler Ebene. Langfristig sinkt die Bedeutung der Mitverbrennung bei sinkendem Kohlestromanteil. 149 150 Handlungsempfehlungen Meilenstein 7: Differenzierte Biokraftstoffstrategie ist implementiert. Im Verkehrssektor wird es Teilbereiche geben, in denen die Biokraftstoffnutzung langfristig einen effizienten Beitrag zum Klimaschutz leistet. Diese zu identifizieren und mit robusten Langfriststrategien, auch mit Blick auf den systematischen Einsatz nachhaltiger Rohstoffe und insbesondere Reststoffe zu untersetzen ist notwendig, da sich die sogenannten neuen Technologien (z. B. auf Basis von Lignozellulose) absehbar nicht ohne langfristige und gezielte Unterstützung am Markt etablieren können. Eckpfeiler für eine Biokraftstoffstrategie sind (i) eine klare Zielhierarchie, was mit dem Einsatz von Biokraftstoffen erreicht werden soll, (ii) die darauf aufbauende Identifikation von prioritären Einsatzbereichen, (iii) die technisch-ökonomische-ökologische Analyse von Möglichkeiten der gekoppelten Produktion von Biokraftstoffen und anderen biobasierten Produkten, (iv) die Einbettung in eine übergeordnete Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie und die Etablierung eines entsprechenden regulatorischen Umfeldes. Meilenstein 8: Lignozelluloseaufschluss von Stroh ist im Markt etabliert und hinsichtlich der Nutzungsoptionen priorisiert. Lignozelluloseaufschluss bietet vielfältige Nutzungsoptionen von Stroh und anderen Reststoffen. Hierzu ist die Flankierung entsprechender F&E-Aktivitäten notwendig. Der Einsatz von Stroh im Rahmen künftiger Kraftstoffstrategien ist anhand detaillierter Analysen bewertet. Die Bereitstellung sollte auf der deutschen und europäischen Rohstoffbasis basieren. Eine inländische Produktion sowie Importe von Ethanol aus Reststoffen bedürfen umfassender Leitplanken für den Erhalt der Bodenfruchtbarkeit. Handlungsempfehlungen Meilenstein 9: Umgang mit Abfällen innerhalb der Kreislaufwirtschaft ist geklärt. Die Erschließung und bestmögliche Nutzung bzw. Verwertung von kommunalen Abfällen (insb. Bioabfall, Altholz, Klärschlamm) bedarf im Sinne der Kreislaufwirtschaft der weiteren Unterstützung und gesetzgeberischer Lenkung. Mit Blick auf effiziente energetische AbfallVerwertungssysteme unter besonderer Berücksichtigung der Bioökonomie und Kaskadenprozesse sind angepasste Infrastrukturen zur weitestgehend sortenreinen Erfassung und Nutzung entsprechender Biomasse-Sortimente einzurichten. Meilenstein 10: Bioenergie im Verbund etablieren. Die Nutzung von Bioenergie stellt einen Baustein für den Übergang in eine zunehmend auf erneuerbaren Ressourcen basierenden Wirtschaft dar. Um diese große Aufgabe erfolgreich zu realisieren, werden Verbundkonzepte immer wichtiger. Dazu zählt zum einen die enge Verzahnung mit der Landwirtschaft, zum anderen die Weiterentwicklung von gekoppelten stofflichen und energetischen Konzepten, sowohl im Bereich der Holznutzung als auch bei Agrarprodukten und deren Verarbeitung und Nutzung, aber auch die Notwendigkeit eines umfassend schonenden Umgangs mit den begrenzten Ressourcen. Es wird auch empfohlen, dass ein hohes Engagement von Seiten der Politik, u. a. in Deutschland, ergriffen werden sollte, um den globalen Hunger zu bekämpfen und hierzu auch positive Fallbeispiele für Bioenergie und Ernährungssicherung zu implementieren. Schließlich ist die zunehmende Verbindung von stofflicher und energetischer Nutzung ein wichtiges Element, insbesondere um zu einer effizienten Reststoffnutzung zu kommen. Dieser Prozess ist jedoch fortlaufend und kann bis 2030 nur einen Zwischenstand erreichen. 151 152 Abbildungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Abbildung 5-20: Herkunft von Ölsaaten (für Biodiesel) Abbildungsverzeichnis Abbildung 1-1: Die 4 Szenarien (KS-BAU, KS-N, SW-BAU, SW-N) im Projekt „Meilensteine 2030“ 13 Abbildung 1-2: Indikative Trends der Bioenergie bis zum Jahr 2050 als Synthese des Vorhabens „Meilensteine 2030“ 30 Abbildung 2-1: Nutzung und kurzfristig erwartete Potenziale zur Bioenergiebereitstellung in Deutschland 35 Abbildung 3-1: Übersicht über die Modelle (durchgezogene Rahmenlinien) und Module zur Folgenabschätzung (gestrichelte Rahmenlinien) sowie deren Schnittstellen im Projektverbund „Meilensteine 2030“ 38 Abbildung 4-1: Die 4 Szenarien im Projekt „Meilensteine 2030“ (KS-BAU, KS-N, SW-BAU, SW-N) 44 Abbildung 4-2: Unterstellte Entwicklung des Primärenergieeinsatzes an Biomasse der Biomasseangebotes in Deutschland 44 Abbildung 5-1: Entwicklung des Anlageparks im Szenario KS-BAU 46 Abbildung 5-2: Entwicklung des Anlageparks im Szenario KS-N 47 Abbildung 5-3: Entwicklung des Anlageparks im Szenario SW-BAU 48 Abbildung 5-4: Entwicklung des Anlageparks im Szenario SW-N 49 Abbildung 5-5: Darstellung der in BENSIM modellierten Basisszenarien und des KS-BAU-B-Szenarios 51 Abbildung 5-6: Darstellung der in BENSIM modellierten Basisszenarien für den Strom- / WärmeSektor 51 Abbildung 5-7: Einfluss der Volllaststunden (VLH) auf die Strom- / Wärme-Szenarien 52 Abbildung 5-8: Einfluss von konstanten Holzpreisen auf die Kraftstoffszenarien 53 Abbildung 5-9: Einfluss von konstanten Holzpreisen auf die Strom- / Wärme-Szenarien 54 Abbildung 5-10: Entwicklung des weltweiten BIP bis 2050 57 Abbildung 5-11: Entwicklung der Weltmarktpreise für Rohöl, Gas und Kohle 58 Abbildung 5-12: Globale Nachfragemenge an 1. Generation Biokraftstoff in PJ 58 Abbildung 5-13: Weltweite Produktion in Mio. Tonnen im KS-BAU-Szenario für ausgewählte Kulturen 60 Abbildung 5-14: Durchschnittliche reale Preisentwicklung weltweit im KS-BAU-Szenario für ausgewählte Agrarprodukte als Index mit 2007=1 60 Abbildung 5-15: Globaler Konsum von Ölsaaten (Millionen Tonnen) nach Endverwendung im Szenario KS-BAU in Deutschland (links) und weltweit (rechts) zwischen den Szenarien und dem KS-BAU-Szenario 65 Abbildung 5-22: Prozentuale Änderung in 2050 der Preise von bestimmten Agrarrohstoffen in Deutschland (links) und weltweit (rechts) zwischen den Szenarien und dem KS-BAU-Szenario 65 Abbildung 5-23: Prozentuale Produktionsänderungen in 2050 der Szenarien im Vergleich zum KS-BAU Szenario für ausgewählte Produkte und Regionen 67 Abbildung 5-24: Globale Ackerfläche (inkl. Biokraftstoffen) in Mrd. ha für die vier Szenarien 69 Abbildung 5-25: Globale Landnutzung im Jahr 2050 für das KS-BAU-Szenario 70 Abbildung 5-26: Globale Landnutzung im Jahr 2050 für das KS-N-Szenario 71 Abbildung 5-27: Landnutzung in Deutschland für das KS-BAU-Szenario (links, oben) und das KS-N- (rechts, oben) sowie das SW-BAU-Szenario (links, unten) und das SW-N-Szenario (rechts, unten) für das Jahr 2050 Bestandsanlagen (PE-Einsatz Bestand) und des für die Modellierung verbleibenden, maximalen für den Kraftstoffsektor 64 Abbildung 5-21: Prozentuale Änderung in 2050 der Produktion von bestimmten Agrarrohstoffen 61 Abbildung 5-16: Produktion in Deutschland in Mio. Tonnen im KS-BAU-Szenario für ausgewählte Kulturen 62 Abbildung 5-17: Reale Preisentwicklung in Deutschland für ausgewählter Agrarprodukte 62 Abbildung 5-18: Konsum von Ölsaaten (Millionen Tonnen) in Deutschland nach Endverwendung 63 Abbildung 5-19: Pflanzenölimporte nach Deutschland in Mrd. US$ zu konstanten Preisen 2007 63 73 Abbildung 5-28: Prozentuale Flächenänderungen in 2050 der Sensitivitätsszenarien aus MAGNET (Kap. 5.2.4) im Vergleich zum KS-BAU-Szenario für ausgewählte Produkte und Regionen 76 Abbildung 5-29: Umweltwirkungen der fossilen und biogenen Energiebereitstellung (ohne Landnutzungsänderungen) sowie Endenergie aus fossilen und biogenen Energieträgern in den 4 Szenarien 2010, 2030 und 2050 80 Abbildung 5-30: Umweltwirkungen der Energiebereitstellung bei normierter Endenergie 82 Abbildung 5-31: Treibhauseffekt, Versauerung und Feinstaubbelastung bei normierter Endenergie 86 Abbildung 5-32: Flächenbelegung durch Bioenergieträger sowie deren Treibhauseffekt aus Bereitstellung, Nutzung und Flächennutzungsänderungen in den zwei Biokraftstoffszenarien bei normierter Endenergie 90 Abbildung 5-33: Umweltwirkungen in den beiden BAU-B-Szenarien bei ausgeglichener Endenergie (Summen aus biogener und fossiler Endenergie identisch) im Vergleich zu den BAU-Szenarien 2010, 2030 und 2050 92 Abbildung 5-34: Umweltwirkungen bei Bilanzierung mit dem residualen fossilen Mix (jeweils linker Balken der Balkenpaare) gegenüber der Bilanzierung mit dem Grenzmix (rechter Balken) bei ausgeglichener Endenergie 94 Abbildung 5-35: Globale Flächennutzung von Flächen mit niedrigem, mittleren und hohem Risiko für die Biologische Vielfalt durch Feldfrüchte, die für Biokraftstoffe genutzt werden können (Kraftstoff-Szenarien KS-BAU und KS-N). 100 Abbildung 5-36: Annahme OHNE-RED – Nutzung von Flächen mit niedrigem, mittleren und hohem Risiko für die Biologische Vielfalt (global und Deutschland) für die Rohstoffproduktion zur Herstellung von Biokraftstoffen in Deutschland (Kraftstoff-Szenarien KS-BAU und KS-N) 102 Abbildung 5-37: Analyse möglicher Verdrängungseffekte ins Ausland durch die Flächenbelegung für die Rohstoffproduktion zur Herstellung von Biokraftstoffen in Deutschland (Kraftstoff-Szenarien KS-BAU und KS-N). 103 153 154 Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abbildung 5-38: MIT-RED – Nutzung von Flächen mit niedrigem, mittleren und hohem Risiko für Tabellenverzeichnis die Biologische Vielfalt (global und Deutschland) für die Rohstoffproduktion zur Herstellung von Biokraftstoffen in Deutschland (Kraftstoff-Szenarien KS-BAU und KS-N) 104 Abbildung 5-39: Annahme OHNE-RED – Verteilung der Länder, in denen ehemals genutztem Grünland für die Rohstoffproduktion zur Herstellung von Biokraftstoffen in Deutschland genutzt werden (Kraftstoff-Szenarien KS-BAU und KS-N). 105 Abbildung 5-40: Annahme OHNE-RED – Verteilung der Länder, in denen in sensiblen Gebieten (ungenutztes Grünland, Wald, Torfmoor, Primärwald, Schutzgebiet) für die Rohstoffproduktion zur Herstellung von Biokraftstoffen in Deutschland genutzt werden. 106 Abbildung 5-41: Globale Flächennutzung von Flächen mit guter, mittlerer und schlechter Eignung 107 Abbildung 5-42: Nutzung von Flächen mit guter, mittlerer und schlechter Eignung für eine landwirtschaftliche Nutzung (global und Deutschland) für die Rohstoffproduktion zur Herstellung von Biokraftstoffen in Deutschland (Kraftstoff-Szenarien KS-BAU und KS-N). 108 Abbildung 5-43: Entwicklung der „fehlenden Kalorien“ für Länder GHI 10 von 2010 bis 2050 115 Abbildung 5-44: Fehlende Kalorien in Hungerländern (Gesamt) 115 Abbildung 5-45: Entwicklung der fehlenden Menge an Nahrung zur Bedarfsdeckung in den Hungerländern (GHI 10) im Szenario KS-BAU (in PJ) 117 Abbildung 5-46: Anteil der global fehlenden Nahrung in Hungerländer an der Bioenergiemengen in „reichen“ Ländern im Szenario KS-BAU (in Prozent) 117 Abbildung 5-47: Verteilung der global fehlenden Nahrung in Hungerländern auf die 20 Prozent reichsten Ländern anteilig zu ihrem Bioenergienutzung 118 Abbildung 5-48: Sensitivität BIP-Schwellenwert für Deutschland und Entwicklung der Reduzierung bei der Bioenergienachfrage (in PJ) 120 Abbildung 5-49: Vereinfachte Darstellung der Schwerpunkte der Cluster anhand der Bioenergiepotenziale 123 Abbildung 5-50: Vergleich der Szenarien mit der Endenergiebereitstellung 125 Abbildung 5-51: Darstellung des mittleren Strom- und Wärmeverbrauchs in den Clustern 125 Abbildung 5-52: Durchschnittliche Verteilung der Heizungsart in den Wohngebäuden der Cluster 126 Abbildung 5-53: Endenergieverbrauch biogener Festbrennstoffe im Wärmebereich von 1990 – 2011 132 Abbildung 5-54: Disaggregierter Primärenergiebedarf in Deutschland im Jahr 2010 und in den vier Szenarien 2050 138 Abbildung 5-55: Herfindahl-Index für das Jahr 2010 und die vier Szenarien 2050 138 Abbildung 6-1: Indikative Trends der Bioenergie bis zum Jahr 2050 als Synthese des Vorhabens „Meilensteine 2030“ 12 Tabelle 1-2: Übersicht über die Modellergebnisse im Zeitverlauf 24 Tabelle 3-1: 20 Konversionspfade im Vorhaben „Meilensteine 2030“ 39 Tabelle 5-1: Maximale frei verfügbare Agrarfläche in Deutschland in Mio. ha für die 4 Szenarien 59 Tabelle 5-2: Deutsche Nachfrage nach erster Generation Biokraftstoffen in PJ. 59 Tabelle 5-3: Durchschnittliche jährliche Ertragssteigerungen für bestimmte Ackerkulturen in Deutschland und global in Prozent zwischen 2010-2050 für alle Szenarien 66 Tabelle 5-4: Prozentuale Preisänderungen in 2050 der Szenarien im Vergleich zum KS-BAU-Szenario für eine landwirtschaftliche Nutzung durch Feldfrüchte, die für Biokraftstoffe genutzt werden können (nur Kraftstoff-Szenarien KS-BAU und KS-N). Tabelle 1-1: 20 Konversionspfade im Vorhaben „Meilensteine 2030“ 146 für ausgewählte Produkte, Boden und Regionen. 67 Tabelle 5-5: Globale Flächennutzung für das KS-BAU-Szenario in Mrd. ha 71 Tabelle 5-6: Globale Flächennutzung für das SW-BAU-Szenario in Mrd. ha 71 Tabelle 5-7: Globale Flächennutzung für das KS-N-Szenario in Mrd. ha 71 Tabelle 5-8: Globale Flächennutzung für das SW-N-Szenario in Mrd. ha 71 Tabelle 5-9: Flächennutzung in Millionen ha in Deutschland für das KS-BAU-Szenario 74 Tabelle 5-10: Flächennutzung in Millionen ha in Deutschland für das KS-N-Szenario 74 Tabelle 5-11: Flächennutzung in Millionen ha in Deutschland für das SW-BAU-Szenario 74 Tabelle 5-12: Flächennutzung in Millionen ha in Deutschland für das SW-N-Szenario 74 Tabelle 5-13: Entwicklung der gesamten Endenergie, der nicht-biogenen erneuerbaren sowie der biogenen und fossilen Energieträger (ET) in Petajoule (PJ) pro Jahr 79 Tabelle 5-14: Bewertungsskala GHI 113 Tabelle 5-15: Länder / Länderaggregate mit GHI > 10 von 2010 bis 2050 (KS-BAU). 114 Tabelle 5-16: Länder mit hohem BIP / Kopf (obere 20 %; KS-BAU) 116 Tabelle 5-17: Eckdaten zu den Clustern 122 Tabelle 5-18: Kommunal adaptierte Technologien mit maximalen Leistungswerten 124 Tabelle 5-19: Bioenergieanlagen zur Strombereitstellung bis 2050 im Szenario KS-BAU 127 Tabelle 5-20: Bioenergieanlagen zur Wärmebereitstellung bis 2050 im Szenario KS-BAU 127 Tabelle 5-21: Bioenergieanlagen zur Strombereitstellung bis 2050 im Szenario SW-BAU 129 Tabelle 5-22: Bioenergieanlagen zur Wärmebereitstellung bis 2050 im Szenario SW-BAU 130 Tabelle 5-23: Deutsche Importpotenziale für nachhaltig bereitgestellte Bioenergieträger 136 155 156 Literatur Literatur- und Referenzverzeichnis 2001/81/EG (2001): Richtlinie 2001/81/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 23. 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Teil 2: Szenario-Prozess und Szenarioergebnisse; in Kooperation mit IFEU, DBFZ und Professur für Verkehrsströmungslehre der TU Dresden. USDA ERS (2013): USDA ERS - International Macroeconomic Data Set. Abgerufen am 24.09.2013 von http://www.ers.usda.gov/data-products/international-macroeconomic-data-set.aspx#26198 Prognos/ewi/gws (Hrsg.) (2014): Entwicklung der Energiemärkte – Energiereferenzprognose. Endbericht Nr. Projekt Nr. 57/12. Basel/Köln/Osnabrück. Sachverständigenrat für Umweltfragen (2011): Wege zur 100% erneuerbaren Stromversorgung - Sondergutachten. Sachverständigenrat für Umweltfragen. Berlin. Vogel, C.; Herr, M.; Edel, M.; Seidl, H. (2011): Die Mitverbrennung holzartiger Biomasse in Kohlekraftwerken. - Ein Beitrag zur Energiewende und zum Klimaschutz? Deutsche Energie Agentur (dena). Berlin. Wern, B.; Gärtner, S.; Baur, F. (2013): Holzkaskadennutzung – Regionale Konzepte zum Ausbau der Bioenergieerzeugung aus Holz. In: Effizient, umweltverträglich, dezentral. 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Zeller, V.; Thrän, D.; Zeymer, Martin; Bürzle, B.; Adler, P.; Ponitka, J.; Postel, J.; Müller-Langer, F.; Rönsch, S.; Gröngröft, A.; Kirsten, C.; Weller, N.; Schenker, M.; Wedwitschka, H.; Wagner, B.; Deumelandt, P.; Reinicke, F.; Vetter, A.; Weiser, C.; Henneberg, K.; Wiegmann, K. (2012): Basisinformationen für eine nachhaltige Nutzung von landwirtschaftlichen Reststoffen zur Bioenergiebereitstellung. ISBN 21907943. Zeller, V.; Weiser, C.; Hennenberg, K.; Reinicke, F.; Schaubach, K.; Thrän, D.; Vetter, A.; Wagner, B. (2011): Basisinformationen für eine nachhaltige Nutzung landwirtschaftlicher Reststoffe zur Bioenergiebereitstellung. Nr. 2. Zukunftsstiftung Landwirtschaft (Hrsg.) (2013): Wege aus der Hungerkrise. Die Erkenntnisse und Folgen des Weltagrarberichts: Vorschläge für eine Landwirtschaft von morgen. Anhang Der Anhang des Endberichts ist nicht Teil dieser Publikation. Er enthält Ergänzungen und weiterführende Informationen im Rahmen des Vorhabens „Meilensteine 2030“ zu folgenden Aspekten: Exkurse (Stromspeichertechnologien, stoffliche Nutzungen, BioÖkonomie und Kaskadennutzung) Weiterführende Ergebnisse Modell- und Modulbeschreibung Modelle und Module: Schnittstellen und Datenfluss Optimierungsbedarf / Herausforderungen / Grenzen Hintergrunddaten und -annahmen Der Anhang sowie der gesamte Endbericht können unter folgender Adresse herunter geladen werden: www.energetische-biomassenutzung.de/de/meilensteine-2030/ergebnisse.html www.energetische-biomassenutzung.de ISSN: 2199-2762 Gefördert durch Projektträger Programmbegleitung
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