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Biokraftstoffe - Potenziale, Herausforderungen und Wege einer nachhaltigen Nutzung

Diplomarbeit 2009 140 Seiten

Energiewissenschaften

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Anlässe für den Biokraftstoffeinsatz
2.1 Das Wachstumsproblem
2.2 Das Klimaproblem
2.2.1 Ursachen des anthropogenen Treibhauseffektes
2.2.2 Folgen des anthropogenen Treibhauseffektes
2.3 Das Ressourcenproblem
2.3.1 Verfügbare Daten
2.3.2 Verfügbares Erdöl

3 Politische Ziele und Marktentwicklungen
3.1 Politische Ziele und Rahmenbedingungen
3.1.1 USA und Brasilien
3.1.2 Europäische Union
3.1.3 Süd- und Ostasien
3.2 Marktentwicklung und Marktsituation
3.2.1 Marktentwicklung bisher
3.2.2 Biokraftstoffmarkt heute
3.2.2.1 USA und Brasilien
3.2.2.2 Europäische Union
3.2.3 Marktenwicklung in Zukunft

4 Biokraftstoffe im Überblick
4.1 Biokraftstoffe markteingeführt
4.1.1 Bioethanol
4.1.2 Pflanzenölbasierte Kraftstoffe
4.1.2.1 Biodiesel (FAME)
4.1.2.2 Pflanzenöl
4.1.2.3 Hydrierte Pflanzenöle (HVO)
4.1.3 Biogas
4.2 Biokraftstoffe in der Entwicklung
4.2.1 Lignozellulose-Ethanol
4.2.2 BtL-Kraftstoffe

5 Ökologische und sozioökonomische Auswirkungen
5.1 Ökologische Auswirkungen
5.1.1 Landnutzung
5.1.1.1 Kultivierte Flächen
5.1.1.2 Potenzielle Flächen
5.1.2 Biodiversität
5.1.3 Boden und Wasser
5.1.4 Treibhausgase
5.1.4.1 Anbau und Produktion
5.1.4.2 Direkte und indirekte Landnutzungsänderung
5.1.5 Sonstige Emissionen
5.2 Sozioökonomische Auswirkungen
5.2.1 Ernährungssicherheit
5.2.2 Einkommensentwicklung
5.2.3 Soziale Effekte

6 Wege nachhaltiger Nutzung
6.1 Stand und Entwicklung
6.2 Nachhaltigkeitsstandards
6.2.1 Systemischer Ansatz
6.2.2 Standards am Beispiel Niederlande
6.2.3 Standards im Vergleich
6.3 Zertifizierungskonzepte
6.3.1 Metastandard
6.3.2 THG-Bilanzierung
6.3.3 Kontrollketten
6.3.3.1 Segregation
6.3.3.2 Massenbilanz
6.3.3.3 Book-and-Claim
6.4 Chancen und Grenzen

7 Gesamtbewertung der Biokraftstoffnutzung

8 Schlussfolgerungen

Literaturverzeichnis

Anhang
A1 Herstellungskosten von Biokraftstoffen
A2 Herstellungsverfahren von Biokraftstoffen
A3 Kraftstoff-Potenzialberechnung
A4 Substitutionspotenzial
A5 Nachhaltigkeitsstandards der Cramer Kommission

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Prognosen globaler Primärenergieverbrauch (in EJ)

Abbildung 2: Endenergieverbrauch des Verkehrs in der EU 25 (in Mio. toe)

Abbildung 3: CO2-Emissionen in der EU (in Mio. t)

Abbildung 4: Erdöl-Förderverlauf und prognostizierter Bedarf nach WEO der IEA

Abbildung 5: weltweite Bioethanolproduktion 2007 (in Mio. toe)

Abbildung 6: weltweite Biodieselproduktion 2007 (in Mio. toe)

Abbildung 7: Entwicklung der Bioethanol- und Biodieselproduktion weltweit (in Mio. t)

Abbildung 8: Biogasabsatz im Verkehr in Schweden (in Nm³)

Abbildung 9: technische Substitutionspotenziale von Biokraftstoffen (in %)

Abbildung 10: weltweit kultivierte und potenzielle Ackerflächen (in Mio. ha)

Abbildung 11: THG-Vermindungspotenzial bezogen auf Referenz-Kraftstoffe (in %)

Abbildung 12: THG-Bilanz von Biokraftstoffen bei Grünlandumbruch (in t/ha*a)

Abbildung 13: THG-Minderung mit indirekten Landnutzungsänderungen (in %)

Abbildung 14: Agrar-Handelsbilanz der 50 ärmsten Länder (in Mrd. US-Dollar)

Abbildung 15: Korrelation der Preise von Rohöl und Lebensmitteln

Abbildung 16: realistisches Substitutionspotenzial in der EU 25 für 2020 (in %)

Abbildung 17: realistisches Substitutionspotenzial in Deutschland für 2020 (in %)

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Biokraftstoffziele ausgewählter Länder

Tabelle 2: Biokraftstoffquoten in ausgewählten Ländern

Tabelle 3: Biokraftstoffanteil am Endenergieverbrauch im Straßenverkehr 2007

Tabelle 4: Energiebilanzen von Bioethanol in Abhängigkeit der Kraftstoffpfade

Tabelle 5: Energiebilanzen von Biodiesel in Abhängigkeit der Kraftstoffpfade

Tabelle 6: Bestand Primärwaldfläche ausgewählter Länder (in Mio. ha)

Tabelle 7: Flächenpotenziale und Flächenbedarf für die Biokraftstoffnutzung

Tabelle 8: Einfluss der Biokraftstoffnutzung auf Anstieg der Nahrungsmittelpreise

Tabelle 9: Grundsätze, Kriterien und Indikatoren von Standards im Beispiel

Tabelle 10: Nachhaltigkeitsstandards im Überblick

Tabelle 11: Zielwerte des RTFO-Berichtssystems

Tabelle 12: Benchmark Nachhaltigkeitsstandards nach den Cramer-Kriterien

Tabelle 13: Default-Werte der BioNachV zur THG-Bilanzierung (in kg CO2-Äq./GJ)

Tabelle 14: Kontrollketten von Zertifizierungssystemen

Tabelle 15: Flächenpotenzial 2020 (in Mio. ha)

Tabelle 16: Energiepotenzial aus Reststoffen 2020 (in PJ)

Tabelle 17: Hektarerträge nach Rohstoffen

Tabelle 18: Annahmen Anbaumix nach Kraftstoffen

Tabelle 19: Heizwerte von Kraftstoffen

Tabelle 20: Einzelpotenziale Biokraftstoffe in Deutschland und Europa in 2020

Tabelle 21: Nachhaltigkeitskriterien auf Unternehmensebene

Tabelle 22: Nachhaltigkeitskriterien für Reststoffe

Tabelle 23: Prüfrahmen auf der Makroebene

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Die wachsende Nachfrage nach der endlichen Energieressource Erdöl und der voranschreitende Klimawandel lässt das Interesse an umwelt- und klimafreundlichen Kraftstoffalternativen jenseits fossiler Energien weltweit steigen. Eine solche mögliche Alternative sind aus Biomasse erzeugte Kraftstoffe; weitestgehend bekannt unter den synonymen Bezeichnungen Biokraftstoffe, Agrotreibstoffe oder Biosprit. Biokraftstoffe sind seit Jahren am Markt verfügbar und bieten den Staaten einen Weg, auf die schon heute drängenden Klima- und zukünftig möglichen Versorgungsprobleme unmittelbar zu reagieren, anders als die viel diskutierte und lang erwartete Wasserstofftechnologie, der wohl noch Jahrzehnte der Forschung bevorstehen.[1] Dies macht Biokraftstoffe interessant und veranlasst einige Staaten in der Welt sehr ambitionierte Ziele für die Biokraftstoffnutzung festzulegen.

Seit einigen Jahren wächst die Produktion rasant an. Diese Entwicklung wird jedoch zunehmend kritisch verfolgt. Galten Biokraftstoffe noch vor wenigen Jahren als die Alternative zu Benzin und Diesel, hat sich nunmehr nach einem geradezu explosiven Anstieg der Nahrungsmittelpreise, gefolgt von wachsendem Welthunger und der ansteigenden Nutzung von Soja- und Palmöl als Rohstoff, für dessen Anbau in tropischen Ländern Regewald zerstört wird, die ehemals breite Zustimmung scheinbar ins Gegenteil verkehrt. So stehen Biokraftstoffe heute im Verdacht für Nahrungsmittelknappheit und der Zerstörung von ganzen Ökosystemen mitverantwortlich und genau das Gegenteil einer umwelt- und klimafreundlichen Kraftstoffalternative zu sein.

Es stellt sich die Frage, ob eine Nutzung von Biokraftstoffen unter sozialen und ökologischen Nachhaltigkeitsaspekten überhaupt möglich ist, und ob darüber hinaus Biokraftstoffe tatsächlich zu mehr Versorgungssicherheit und Klimaschutz beitragen können. Auf diese Fragen soll die vorliegende Arbeit Antworten liefern.

Dafür werden zunächst die wichtigsten Biokraftstoffe in ihren Eigenschaften und Potenzialen näher betrachtet. Sie untersucht detailliert, welche ökologischen und sozioökonomischen Auswirkungen die Biokraftstoffnutzung heute und zukünftig haben, und gibt Antworten darauf in wieweit Biokraftstoffe auf die Nahrungsmittelversorgung und die Lebensraumzerstörung hat. Im letzten Teil werden Wege und Konzepte einer nachhaltigen Nutzung vorgestellt und diskutiert.

Die Arbeit beginnt mit einer ausführlichen Betrachtung der Anlässe für den Biokraftstoffeinsatz und verschafft einen Überblick über den globalen Biokraftstoffmarkt und die Zielsetzungen der Nationalstaaten. Diese Arbeit basiert auf einer umfangreichen Literaturrecherche, die die wichtigsten aktuellen nationalen und internationalen Studien und Forschungsergebnisse zu diesem Thema erfasst hat und so eine Bewertung erlaubt, die auf eine breite Basis und umfassenden Erkenntnisstand fußt.

2 Anlässe für den Biokraftstoffeinsatz

Die starke Nachfrage nach und das wachsende Interesse an Biokraftstoffen lässt sich im Wesentlichen auf drei Hauptprobleme zurückführen, die in Zusammenhang mit dem Verkehrssektor stehen: Erstens, der beschleunigte Klimawandel, resultierend aus dem Ausstoß an Treibhausgasen, an dem der Verkehr maßgeblich beteiligt ist; zweitens, die Endlichkeit der Ressource Erdöl, die allen Beteuerung der Mineralölwirtschaft zum Trotz schon in naher Zukunft nicht mehr bedarfsdeckend zur Verfügung stehen könnte. Das dritte Problem ist an sich kein eigenständiges sondern „lediglich“ ein Faktor, der die ersten beiden Problematiken noch weiter verschärft: Die zunehmend wachsende Nachfrage nach Energie und Mobilität. Im Folgenden wird auf diese drei Kernprobleme näher eingegangen.

2.1 Das Wachstumsproblem

Als Folge des anhaltenden Bevölkerungswachstums und der Entwicklung der ärmeren Länder in der Welt nach westlichem Vorbild zeichnen die Zukunftsprognosen ein Bild eines enorm ansteigenden Energiehungers, den es zu stillen gilt. 2050 werden nach mittleren Wachstumsprognosen 9,2 Mrd. Menschen die Erde bevölkern – 2,5 Mrd. mehr als heute.[2] Dadurch könnte sich der Primärenergiebedarf bis zur Mitte des Jahrhunderts verdoppeln. Shell errechnet in einer Studie einen Anstieg des Primärenergiebedarfs von 417 EJ (2000) auf 769 EJ bzw. 880 EJ (2050) je nach Szenario.[3] Bemerkenswert ist, dass die Internationale Energieagentur in ihren aktuellen Prognosen sogar einen noch rasanteren Anstieg erwartet, und bereits 2030 ein Weltprimärenergieverbrauch von 743 EJ erreicht werden könnte, wenn der bisherigen Entwicklung politisch nicht gegengesteuert werde (siehe Abbildung 1). Dieser enorme Zuwachs soll in großem Umfang (84%) mit fossilen Energieträgern – vor allem Erdöl – gedeckt werden.[4]

Abbildung 1: Prognosen globaler Primärenergieverbrauch (in EJ)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quellen: Shell (2008), IEA (2007a).

Ganz maßgeblich verantwortlich an diesem Anstieg ist der Verkehrssektor, der heute mit 98% fast ausschließlich von der Ressource Öl angetrieben wird.[5] Das Beispiel China veranschaulicht mehr denn je die nahezu explosionsartige Entwicklung in diesem Bereich: Der Fahrzeugbestand wird bis 2030 mit 270 Mio. Stück auf das Siebenfache klettern. Infolge dessen vervierfacht sich Chinas Ölkonsum – zwei Drittel davon gehen auf das Konto Mobilität. Weltweit könnte in diesem Zeitraum die Fahrzeugflotte von heute ca. 942 Mio. auf über 2 Mrd. ansteigen.[6] Verantwortlich für diese Entwicklung ist in erster Linie die Nachfrage in Asien, wo bereits 2015 jedes vierte Fahrzeug unterwegs sein wird und in China mehr Neuwagen als in den Vereinigten Staaten verkauft werden. Doch wächst der automobile Markt längst nicht nur in den Boomstaaten Asiens, auch in den „gesättigten“ Regionen wie Nordamerika und Europa ist ein Ende des Wachstums in den nächsten Jahren nicht abzusehen.[7]

Diese Prognose erscheint umso plausibler, schaut man einmal zurück und betrachtet die Entwicklung in den letzten Jahren. So kletterte die Verkehrsleistung in Europa bis heute kontinuierlich nach oben, ohne dass eine Trendumkehr erkennbar ist. Zwischen 1995 und 2004 wuchs in der EU 25 die Personentransportleistung (gemessen in Personenkilometer) um 18% und die Gütertransportleistung (gemessen in Tonnenkilometer) um 31%. Der Straßengüterverkehr stieg sogar um 38% überproportional an. Bei den Verkehrsmitteln dominiert in beiden Bereichen die Straße: 84% der Personenkilometer werden mit dem PKW und 44% der Tonnenkilometer mit dem LKW zurückgelegt (danach folgt der Schiffsverkehr mit 39%). Damit entfallen allein 83% des Endenergieverbrauchs für den Verkehr auf die Straße.[8]

Schon für sich allein betrachtet, verdeutlichen diese Zahlen sehr gut, welche Probleme in Zukunft auf uns zu rollen werden. Sieht man sie aber im Kontext mit anderen Werten, wird ihre Brisanz erst so richtig greifbar. Aufschlussreich erscheint die Gegenüberstellung der Verkehrszahlen mit der wirtschaftlichen Gesamtentwicklung. So wird deutlich, dass das Verkehrsaufkommen die Wirtschaftsleistung widerspiegelt: Wächst die Wirtschaft und steigt das Bruttoinlandsprodukt (BIP), erhöhen sich die gefahrenen Personen- und Tonnenkilometer, allerdings nicht analog: Denn während das BIP in der EU 25 zwischen 1995 und 2005 inflationsbereinigt jedes Jahr um 2,3% wuchs, stieg der Gütertransport mit jährlich 2,8% deutlich schneller an. Vor diesem Hintergrund kann es kein Trost sein, dass der unverändert ansteigende Personentransport sich mit einer Jahresrate von 1,8% bescheiden gibt.[9]

Ein weiterer Kontext zur näheren Beschreibung der Problematik ist die Frage danach, welcher Anteil des gesamten Endenergieverbrauchs eigentlich dem Verkehr zuzuschreiben ist. Das aufgezeigte schnelle Wachstum würde ausgehend von einem sehr niedrigen Anteil am gesamten Energieverbrauch fraglos weit weniger Auswirkungen haben als bei einem sehr hohen. Doch Letztgenanntes trifft zu. 2004 verbuchte der Verkehrssektor in der EU 25 21% des Primärenergiebedarfs auf sein Konto. 1990 waren es noch 18%. Der Anstieg fand auch in absoluten Zahlen statt: 1990 verbrauchte das Transportwesen 272 Mio. toe (Tonnen Öläquivalent), 2004 waren es 352 Mio. toe – ein Plus von 29% (siehe Abbildung 2).[10]

Abbildung 2: Endenergieverbrauch des Verkehrs in der EU 25 (in Mio. toe)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: European Commission (2007a).

Der Verkehr – ganz besonders auf der Straße und in der Luft – wächst derzeit und zukünftig, wie die Prognosen ankündigen, weltweit mit einer rasanten Geschwindigkeit an. Die auch ohne diese Turbo-Beschleunigung bestehenden Probleme des immensen Erdölverbrauchs und daraus resultierenden Treibhausgasemissionen werden dadurch noch potenziert.

2.2 Das Klimaproblem

2.2.1 Ursachen des anthropogenen Treibhauseffektes

Spätestens seit dem vierten Sachstandsbericht des IPCC, des zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderung, der 2007 der Öffentlichkeit präsentiert wurde, herrscht sowohl in Regierungskreisen als wohl auch in der Bevölkerung mehrheitlich Einigkeit darüber, dass der Mensch durch seine Aktivitäten das Klima beeinflusst – und das schon heute.

Das Prinzip des natürlichen Treibhauseffektes, der überhaupt erst Leben auf der Erde ermöglicht, gilt als hinlänglich bekannt und soll an dieser Stelle nicht weiter ausgeführt werden. Einfluss auf diesen Treibhauseffekt nimmt die Menschheit seit Beginn der Industrialisierung maßgeblich durch die Verbrennung von fossilen Energieträgern wie Kohle, Erdöl und Erdgas aber auch durch veränderte Landnutzung (z.B. Rodungen großflächiger Waldgebiete) sowie durch eine zunehmend industrialisierte Landwirtschaft. Dadurch steigen seit 1750 die atmosphärischen Konzentrationen der wichtigsten Treibhausgase (THG) Kohlendioxid, Distickstoffoxid (Lachgas), Methan und Halogenkohlenwasserstoffe. Sie übertreffen heute bei weitem das aus Eisbohrkernen bekannte natürliche Niveau der letzten 650.000 Jahre. Um nur das bedeutendste Beispiel zu nennen: Das wichtigste anthropogene Treibhausgas Kohlendioxid lag 2007 mit 383 ppm in der Atmosphäre vor.[11] In der vorindustriellen Zeit waren es 280 ppm und überstieg in den letzten 650.000 Jahren nie die Marke von 300 ppm.[12] Möglicherweise ist die heutige CO2-Konzentration in der Atmosphäre sogar höher als in den letzten 20 Mio. Jahren.[13] Allein im Zeitraum von 1970 bis 2004 haben sich die THG-Emissionen um 70%, die CO2-Emissionen sogar um 80% erhöht, wobei sich die Zunahme in den letzten 10 Jahren beschleunigt hat.[14] Seit dem Jahr 2000 ist der CO2-Ausstoß viermal schneller gestiegen als im Jahrzehnt davor. Mit 27,5 Mrd. t wurde 2004 ein vorläufig neuer Rekordwert gemeldet.[15]

Zwar hat sich die Weltgemeinschaft in der Klimarahmenkonvention von 1992 in Rio auf eine Minderung der anthropogenen Einflüsse auf das Klima geeinigt und sich 1997 in Kyoto verbindlich auf eine Senkung der Treibhausgasemissionen verständigt (Nach dem Kyoto-Protokoll sollen die Industrienationen bis 2012 5,2% weniger THG emittieren als 1990), doch ist man gegenwärtig von diesem Ziel noch weit entfernt. 2004 bliesen die OECD-Länder nicht weniger sondern 16% mehr Kohlendioxid in die Luft als 1990.[16] Zusätzlich steigern Schwellen- und Entwicklungsländer ihren Ausstoß mit wachsendem Tempo. China, das als Schwellenland bisher noch gar keine Minderungsziele erfüllen muss, löst die USA als größten Emittenten ab und hat erstmals 2007 mehr Kohlendioxid produziert als die Vereinigten Staaten.[17]

In Europa liegen 2006 die Emissionen etwas unter dem Wert von 1990 – dies gilt sowohl für alle Treibhausgase (CO2-Äquivalent) als auch für CO2 selbst. Allerdings lohnt es sich die Werte etwas genauer und differenzierter zu betrachten. Bezogen auf die EU 27 gingen zwischen 1990 und 2006 die CO2-Emissionen tatsächlich von 4.392 Mio. t auf 4.258 Mio. t zurück. In der EU 15 aber stiegen die Emissionen von 3.353 Mio. t auf 3.466 Mio. t leicht an (siehe Abbildung 3).[18] Damit zeigt sich auf europäischer Ebene eine ähnliche Entwicklung wie in Deutschland. Der Zusammenbruch der osteuropäischen Wirtschaft nach dem Ende des Ost-West-Konfliktes begünstigt nicht nur die CO2-Bilanz in Deutschland sondern auch in der EU. Alarmierend ist zudem, dass seit 1999 die Emissionen in der EU 27 wieder ansteigen, wenngleich sie noch nicht wieder das Niveau von 1990 erreicht haben und daher für den gesamten Zeitraum tatsächlich ein leichter Rückgang zu vermelden ist. Verantwortlich für den Anstieg sind die stark zunehmenden Verkehrsemissionen.

Abbildung 3: CO2-Emissionen in der EU (in Mio. t)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: EUROSTAT (2008).

2004 ist der Verkehr weltweit für 13% der gesamten THG-Emissionen verantwortlich, wovon etwa 10% auf den Straßenverkehr entfallen. An den Emissionen des Kohlendioxids, dem wichtigsten Treibhausgas, beträgt der Verkehrsanteil 17%.[19] Blickt man nun auf die Industriestaaten, erhöht sich der Anteil erwartungsgemäß und beträgt 2004 in der EU 25 24%, in den USA 31% und in Japan 21%.[20] Während zwischen 1990 und 2004 die THG-Emissionen in Europa wie erwähnt leicht zurückgingen (etwa um 5% in der EU 25), ergibt sich in den einzelnen Sektoren ein ganz anderes Bild. Der Transportsektor ist der einzige, der in diesem Zeitraum einen Zuwachs vermelden kann und das um 26%. Alle anderen Bereiche, wie Industrie, Privathaushalte, Energieerzeugung oder Landwirtschaft verzeichnen sinkende Werte.[21] Der Transportsektor ist damit der einzige Bereich, dessen Emissionen weiter bedrohlich ansteigen werden. Die EU-Kommission prognostiziert für den Zeitraum 2005 bis 2020 einen fortschreitenden Anstieg um 77 Mio. t Treibhausgase, das entspricht einer Steigerung um weitere 8%.[22]

Diese Zahlen verdeutlichen nicht nur, dass der Verkehr, insbesondere der Straßenverkehr, maßgeblich an der Emission von Treibhausgasen beteiligt ist sondern auch, dass er mit seinem bislang ungebremsten Wachstum ein buchstäblich wachsendes Problem für alle Klimaschutzbemühungen darstellt.

2.2.2 Folgen des anthropogenen Treibhauseffektes

Die Zunahme an Treibhausgasen, insbesondere Kohlendioxid, in der Atmosphäre lässt die mittlere Jahrestemperatur schon heute auf der Erde steigen, und der beschleunigte CO2-Ausstoß beschleunigt auch die Erderwärmung. In den letzten 100 Jahren ist es auf der Erde im Mittel um 0,74° C wärmer geworden. Die zwölf wärmsten Jahre seit Beginn der Beobachtungen fallen mit einer Ausnahme alle auf die letzten zwölf Jahre (1995-2006). Je nachdem wie sehr die THG-Emissionen weiter ansteigen werden, erwarten die Wissenschaftler des IPCC eine Erwärmung zwischen 1,8° C und 4,0° C im Laufe des 21. Jahrhunderts.[23] Allerdings übertreffen die jüngsten Zuwachsraten der letzten Jahre schon die Annahmen des hohen Szenarios des IPCC.[24]

Welche Folgen aufgrund der steigenden Temperaturen zu erwarten sind, hängt ganz maßgeblich von der Höhe des Anstieges ab. Bei einer geringen Erwärmung von 1-3° C können in mittleren und nördlichen Breiten zum Teil sogar geringe positive Effekte, wie höhere landwirtschaftliche und forstwirtschaftliche Erträge, zu erwarten sein, die allerdings bei weiter steigenden Temperaturen wieder in negative Effekte umschlagen werden. In den Polregionen und niederen Breiten überwiegen schon bei geringer Erwärmung die negativen über die positiven Auswirkungen. Grundsätzlich sind die Folgen regional sehr unterschiedlich, wirken sich jedoch weitaus gravierender in den Regionen der Entwicklungsländer aus. Insgesamt sieht das IPCC mehr als bisher Anlass zur Sorge aufgrund der klimatischen Änderungen.[25]

Eine Reihe von Ökosystemen, wie polare Gebiete, Hochgebirgsregionen oder Korallenriffe, könnten durch den Klimawandel akut bedroht werden. Eine voranschreitende Erwärmung erhöht für 20-30% aller Tier- und Pflanzenarten das Risiko auszusterben. Trockenheiten, Hitzewellen und Hochwasser werden mit hoher Sicherheit weiter zunehmen. Der Meeresspiegel wird sich weit über den bisher beobachteten Anstieg hinaus anheben und die Küstenregionen der Erde bedrohen. Durch Abschmelzen des grönländischen und des west-antarktischen Eisschildes, wofür die Wissenschaftler Hinweise sehen, könnte der Anstieg noch dramatischer ausfallen, als er mit maximal 59 cm im Laufe des Jahrhunderts für das höchste Szenario im aktuellen Sachstandsbericht des IPCC angegeben wird.[26]

Die volkswirtschaftlichen Schäden werden erheblich sein. Experten erwarten wenigstens fünf Prozent des jährlichen Bruttoinlandsproduktes, die je nach Berücksichtigung der Risiken und deren Einflüsse auf 20% oder mehr ansteigen können. Im Gegensatz dazu könnten die Kosten für den Klimaschutz mit etwa 1%t des Bruttoinlandsproduktes deutlich niedriger liegen.[27]

Eine Obergrenze des Temperaturanstieges von 2° C gilt gemeinhin als Zielmarke, um die Folgen des Klimawandels noch beherrschbar zu halten. Um dieses Ziel zu erreichen, muss laut dem IPCC das Wachstum der THG-Emissionen in den nächsten 15 Jahren gestoppt und umgekehrt werden.[28] Angesichts derzeit immer schneller wachsender Emissionen stellt dies eine enorme Anstrengung dar. Dies gilt umso mehr für den Verkehrssektor, der wie in Kapitel 2.2.1 beschrieben, die größten Emissionszuwächse verzeichnet und damit im Klimaschutz eine der größten Herausforderungen darstellt.

2.3 Das Ressourcenproblem

Weltweit treibt mit 98 Prozent fast ausschließlich das Erdöl den Straßenverkehr an. Alternative Kraftstoffe spielen mit wenigen Ausnahmen, zum Beispiel Bioethanol in Brasilien, derzeit nur eine marginale Rolle auf dem Kraftstoffmarkt, worauf in Kapitel 3.2 noch im Detail eingegangen werden wird. 2007 verbrauchte die Welt gut 3,9 Mrd. t Erdöl, das sind 86 Mio. Fässer (Barrel[29] ) jeden Tag oder fast 1.000 Fässer jede Sekunde – mehr als jemals zuvor.[30] 60,5% davon verbrennen als Benzin, Diesel oder Kerosin in den Motoren unserer Transportmittel.[31] Bei einem derart gewaltigen Verbrauch, der laut Internationaler Energieagentur sogar noch auf 116 Mio. Barrel pro Tag bis 2030 steigen könnte, stellt sich unweigerlich die Frage nach der Verfügbarkeit.[32] Haben wir ein Ressourcenproblem?

Nein, sagt die Mineralölwirtschaft. Die Weltölreserven waren noch nie so groß wie heute: 181 Mrd. t waren es 2007 - Öl für die nächsten 46 Jahre, wenn der Verbrauch auf dem heutigen Niveau bleibt.[33] Und es könnten auch ohne neue Funde noch mehr werden, sagen die Mineralölkonzerne. Denn wenn der Ölpreis steigt, lohnt sich die Erschließung bislang unwirtschaftlicher Felder, die in dieser Statistik gar nicht vorkommen (z.B. Ölsande, Ölschiefer, Polaröl). Sie gibt nur die Mengen an, die mit heutiger Technik wirtschaftlich förderbar sind. Eine Endlichkeit des Rohstoffs Öl scheint danach nicht in Sicht zu sein. Oder doch?

Es stellt sich die Frage nach der Aussagekraft dieser Zahlen. Und um die Antwort gleich folgen zu lassen, sie ist gering, und das aus zwei Gründen, die im Folgenden betrachtet werden.

2.3.1 Verfügbare Daten

Die Zahlen sind nicht präzise. Eine der wichtigsten Quellen ist das „Oil and Gas Journal.“ Die so genannten „nachgewiesenen“ Reserven sind in Wirklichkeit eher Schätzungen, „die bei staatlichen und privaten Ölfirmen abgefragt werden. Den Firmen bleibt selbst überlassen, was sie angeben. Oft sind das Jahr für Jahr die gleichen Zahlen.“[34] Der „BP Statistical Review of World Energy“, die vielleicht prominenteste Quelle, bedient sich ebenfalls kaum eigener Berechnungen, dafür aber meist der Angaben des Oil and Gas Journals und Informationen, die nicht auf vertrauenswürdiger Basis gewonnen worden sind. Ohnehin ist es schwer, belastbare Zahlen zu bekommen. Daten über Ergiebigkeiten von Ölfeldern werden zum Teil wie Staatsgeheimnisse gehütet und sind deshalb ein Unsicherheitsfaktor für alle Prognosen.[35] Saudi-Arabien zum Beispiel verwehrt seit der Verstaatlichung der Ölindustrie vor 27 Jahren ausländischen Gutachtern den Zutritt zu den Feldern.[36] Hinzu kommen wirtschaftlich oder politisch motivierte Änderungen der Zahlen, die die Gesamtmenge der verfügbaren Reserven schlagartig ändern können ohne dass eine einzige Entdeckung gemacht wurde.

Zwei Beispiele: Ein wichtiges Kriterium für die Höhe der Förderquote ist in den OPEC-Ländern die Reserve des Landes. Um einen höheren Anteil an der Gesamtförderung durchzusetzen, korrigierte Kuwait seine Reserven 1985 um 50% nach oben. Den Beweis für diesen Riesenfund blieb Kuwait schuldig, dafür machte das Beispiel Schule: Andere OPEC-Staaten, wie Venezuela, Abu Dhabi, Dubai, der Iran und Saudi-Arabien wiesen kurze Zeit später ebenso höhere Reserven aus, um sich ihre Quoten zu sichern. Der Irak verdoppelte gleich seine Vorkommen.[37]

Neben politischen Gründen verändern auch wirtschaftliche die Ölreserven auf dem Papier und erschweren eine objektive Bewertung. Ein Explorateur hat Interesse daran seinem Auftraggeber möglichst eine hohe Schätzung eines Neufundes mitzuteilen. In der Investitionsphase werden dagegen deutlich niedrigere Annahmen gemacht, um bei der Wirtschaftlichkeitsberechnung auf der sicheren Seite zu sein. Im Laufe der Förderung können nun diese Zahlen wieder nach oben korrigiert werden und die Reserven wachsen. Ein gutes Signal für die Börse und ein Beweis für solides Management, aber kein Hinweis auf zusätzliches Öl im Boden.[38] Beispiele dieser Art gibt es viele. Dies führt zu der wundersamen Tatsache, dass seit Jahrzehnten trotz steigendem Verbrauch die statistische Reichweite der Reserven bei 40 Jahren liegt. Experten kommentieren diesen Umstand so: „Die Höhe der Ölreserven hängt von demjenigen ab, der sie einschätzt“[39] und „alle Zahlen sind falsch. Die Frage lautet jedoch: wie falsch?“[40]

So ist es vielmehr wichtiger auf grundsätzliche Aspekte und auf Trends zu achten als auf einzelne Zahlen. Dies ist der zweite Grund, warum die Aussagekraft der Zahlen gering ist.

2.3.2 Verfügbares Erdöl

Die statistische Reichweite ist keine Größe von maßgeblicher Bedeutung. Eine statische Hochrechnung führt in die Irre und suggeriert, dass Öl bis zum letzten Tropfen bei gleich bleibender Förderleistung aus dem Boden geholt werden kann. Das aber ist falsch. Wird ein neues Ölfeld gefunden und erschlossen, steigt die Förderquote zunächst schnell an, das Öl ist zunächst relativ leicht zu gewinnen und jede weitere Bohrung, die im Zuge der Erschließung abgeteuft wird, bringt mehr Barrel Öl ans Tageslicht. Doch je mehr gefördert wird, desto mehr sinkt der Druck im Ölfeld, steigt der Wasserpegel und nimmt die Zähigkeit des Öls zu. Ergo, die Förderung des Öls erfordert immer mehr Aufwand. So wird die Förderrate nach einem exponentiellen Anstieg zu Beginn im Laufe der Förderung immer langsamer wachsen und irgendwann ihr Maximum erreichen. Danach geht sie unweigerlich zurück und die Produktion sinkt. Eine Ausweitung der Produktionskapazitäten unter Einsatz moderner Techniken kann diesen Rückgang bei sehr hohem Kosteneinsatz bestenfalls hinauszögern. Der Produktionsrückgang würde zwar etwas später, dann aber umso rascher erfolgen.[41]

Dieser Förderverlauf, der dem Bild einer Glockenkurve folgt, ist nicht nur bei lang erschlossenen Ölfeldern in der Praxis bestätigt worden, sondern lässt sich auch für ganze Regionen beobachten. Norwegen hat sein Fördermaximum (Peak Oil) 1995 überschritten, Großbritannien folgte 1999. Etwa um das Jahr 2000 war das Fördermaximum aller Staaten außerhalb der OPEC und der ehemaligen Sowjetunion erreicht. 35% der Weltölproduktion stammen aus Staaten, die ihre Förderquote noch steigern können, 65% haben ihr Fördermaximum erreicht oder bereits überschritten.[42]

Vor diesem Hintergrund stellt sich weniger die Frage wie lange die Reserven bei linear fortgeschriebenem Verbrauch noch reichen, sondern vielmehr, wann das weltweite Fördermaximum erreicht werden wird. Ist dieser Punkt erst einmal überschritten, klafft eine Versorgungslücke, die mit fortschreitendem Förderrückgang größer wird. Das ist das eigentliche Problem (siehe Abbildung 4).

Abbildung 4: Erdöl-Förderverlauf und prognostizierter Bedarf nach WEO der IEA

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Schindler (2008).

Nur, dieses Ereignis kündigt sich weder an, noch ist es angesichts der ungenauen Datenlage genau zu prognostizieren. Erst wenn die Produktion trotz größter Bemühungen kontinuierlich abnimmt, herrscht darüber Gewissheit, dass der Peak hinter einem liegt. Das wäre allerdings ein sehr später Zeitpunkt, um über Alternativen zum Öl nachzudenken. Eine Reihe von Hinweisen lassen den Schluss zu, dass wir bereits heute nahe dem Fördermaximum sind:

- Der Verlauf der Ölproduktion folgt zeitversetzt dem Verlauf der Entdeckungen. Der Höhepunkt des Findens liegt allerdings in den 1960er Jahren. Die Funde gehen seitdem kontinuierlich zurück.
- Anfang der 1980er Jahre übersteigt die jährliche Produktion dauerhaft die Neufunde.
- Die beiden größten Ölfelder der Welt, die 10% der gesamten bisher gefundenen Ölvorkommen ausmachen, haben 2005 („Burgan“ in Kuwait) bzw. könnten 2004 („Ghawar“ in Saudi-Arabien) ihr Maximum überschritten haben.
- 70% der Ölproduktion stammen aus Feldern, die vor 30 Jahren und mehr erschlossen wurden.[43]
- Der immer schneller steigende Ölpreis könnte Indiz für eine verschärfte Ressourcenverknappung sein. 2007 prognostizierte die IEA für 2030 einen Ölpreis von 108 Dollar je Barrel.[44] Diese Höhe wurde 2008 im Jahresmittel schon fast übersprungen.
- Die IEA und Shell warnen erstmals vor Versorgungsengpässen.[45],[46] Das Unternehmen Total erwartet, dass die Ölförderung schon bald an ihre Grenzen stößt und bestätigt als erster Ölkonzern die Peak-Oil-Theorie.[47]

Das Fördermaximum könnte in 10 bis 20 Jahren erreicht werden,[48] vielleicht auch schon in den nächsten Jahren.[49] Dass der von der IEA prognostizierte Bedarf (116 Mio. Barrel pro Tag in 2030) tatsächlich gedeckt werden könnte, erscheint danach unwahrscheinlich. 2007 lieferten die OPEC-Staaten 35,5 Mio. Barrel pro Tag, das entspricht etwa 42% der Weltölförderung.[50] Die IEA erwartet, dass 2030 der Anteil der OPEC auf 52% anwächst. Das wären dann 60 Mio. Barrel Öl jeden Tag. Weil aber einige OPEC-Staaten, wie der Oman, Venezuela oder Indonesien ihr Fördermaximum bereits erreicht oder überschritten haben, müssten andere OPEC-Mitglieder ihre Produktion überdurchschnittlich steigern, um trotz sinkender Raten in einigen Staaten den enormen Gesamt-Zuwachs von fast 70% zu gewährleisten. Saudi-Arabien etwa müsste das Doppelte oder gar das Dreifache an Öl fördern. Selbst die heimische Ölindustrie sieht derartige Vorhersagen jenseits dessen, was man schaffen kann.[51]

Und so wird die Suche nach einer Alternative zum Öl immer dringlicher und das Interesse an Biokraftstoffen steigt in dem Maße, wie sich die Erkenntnis verfestigt, dass Öl nicht in alle Zukunft unseren Bedarf an Energie für Mobilität decken wird.

3 Politische Ziele und Marktentwicklungen

3.1 Politische Ziele und Rahmenbedingungen

Die frühen Fördermaßnahmen zur Biokraftstoffnutzung in den 1970er bis 1990er Jahren zielten in erster Linie darauf ab, die heimische Landwirtschaft zu unterstützen und die Energieversorgung durch eigene Rohstoffe stärker zu sichern, wenngleich dies meist nur in bescheidenem Umfang gelang und Energieimporte weiterhin in vielen Ländern von großer Bedeutung blieben. Erst die in den 1990er Jahren aufkeimende Diskussion um den menschengemachten Klimawandel ließ die Staaten aus umwelt- und klimarelevanten Aspekten auf die Biokraftstoffe blicken und führte zu einem massiven Ausbau der Förderung in diesem Jahrzehnt, da sie als CO2-arme Kraftstoffe zu einem wichtigen Baustein in den nationalen Klimaschutzpolitiken wurden.

3.1.1 USA und Brasilien

Die USA forcieren heute massiv den Biokraftstoffmarkt, nachdem steuerliche Förderungen von E10-Kraftstoff seit Ende der 1970er und die Verabschiedung des Clean Air Act gegen Luftverschmutzung 1990 den Bioethanolanteil am Kraftstoffmarkt bereits in der Vergangenheit anwachsen ließen.[52] 2006 kündigte US-Präsident Bush die „Advanced Energy Initiative (AEI)“ an, die das Ziel vorgibt, die Ölimporte aus dem Nahen Osten bis 2025 um 25% zu reduzieren. Zur Erreichung dieses ehrgeizigen Zieles spielen Biokraftstoffe eine entscheidende Rolle. Sie sollen bis 2030 30% der konventionellen Kraftstoffe ersetzen, gemessen am Bedarf von 2004. Der „Energy Independence and Security Act (EISA)” erweitert 2007 den “Renewable Fuels Standard (RFS)”, also die Vorgabe, wie viel Biokraftstoffe Benzin zukünftig beigemischt werden sollen, ganz erheblich. 2022 sollen es 36 Mrd. Gallonen sein, das entspricht 69 Mio. toe, was einer Verfünffachung der heutigen Bioethanolmenge gleichkommt (siehe Tabelle 1). Die Maßnahmepläne zur Umsetzung dieser Ziele sind derzeit in mehreren Bundesbehörden in Vorbereitung, der Staatshaushalt sieht bereits große Erhöhungen der Finanzierungsmittel für die jeweiligen Programme vor.[53]

Brasilien setzt darauf, seine Position als größter Bioethanolexporteur weiter auszubauen. 85% der Bioethanolexporte stammen schon heute aus Brasilien.[54] Der Bioethanolmarkt in Brasilien ist bislang der einzige weltweit, der ohne staatliche Subventionen auskommt und voll wettbewerbsfähig ist. Von 1990 bis 2002 wurden die Fördermaßnahmen, die im Rahmen des Proálcool-Programms 1975 gestartet wurden, schrittweise wieder abgebaut. Heute gilt in dem südamerikanischen Staat eine Beimischungsquote für Ethanol von 20-25 Vol% je nach Marktsituation von Benzin und Zucker.[55] 2005 startete Brasilien erneut ein Förderprogramm für Biokraftstoffe – nun für Biodiesel. 2008 soll ein Beimischungsanteil von 2% erreicht werden, der bis 2012 auf 5% steigen soll.[56]

Tabelle 1: Biokraftstoffziele ausgewählter Länder

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quellen: Nylund et al. (2008), WBGU (2008).

3.1.2 Europäische Union

In Europa hat die EU 2003 mit der Biokraftstoffrichtlinie (2003/30/EG) und der Richtlinie zur Besteuerung von Energieerzeugnissen (2003/96/EG) gewissermaßen den Startschuss für eine umfangreiche Nutzung der Biokraftstoffe gegeben. Darin werden ein energetischer Biokraftstoffanteil am Spritaufkommen von 5,75% für das Jahr 2010 als gemeinsames Ziel erklärt und die Mitgliedstaaten aufgefordert, geeignete Maßnahmen zur Förderung zu ergreifen. Die Energiesteuerrichtlinie 2003/96/EG erlaubt den Mitgliedstaaten, dazu Biokraftstoffe sowohl als Beimischung wie auch in Reinform von der Steuer zu befreien. Im Januar 2008 hat die EU-Kommission eine überarbeitete Richtlinie über Biokraftstoffe als Teil einer breit angelegten Richtlinie zur Förderung der Nutzung von Erneuerbaren Energien vorgeschlagen. Darin gibt die Kommission für 2020 einen energetischen Biospritanteil von 10% an (siehe Tabelle 1) und schlägt erstmals Nachhaltigkeitskriterien vor (siehe Kapitel 6.1).

Deutschland hat die europäischen Richtlinien umgehend in deutsches Recht umgesetzt und 2004 sämtliche Biokraftstoffe von der Mineral- und Ökosteuer befreit. Der danach sehr stark ansteigende Biokraftstoffabsatz verursachte allerdings in kürzester Zeit Steuerausfälle über 1 Mrd. Euro pro Jahr mit wachsender Tendenz. 2006 beschloss die Regierung daher, wieder in eine Besteuerung einzusteigen und sie schrittweise anzuheben. Die Steuerbegünstigung für reines Pflanzenöl und Biodiesel endet danach 2011, im darauf folgenden Jahr soll der allgemeine Steuersatz gelten. In der Landwirtschaft eingesetztes Pflanzenöl bleibt ebenso wie reines Bioethanol (E85), Biogas und synthetische Biokraftstoffe vorerst bis 2015 von der Steuer befreit, solange dadurch keine Überkompensation verursacht wird.[57] Die drastisch gestiegenen Produktionskosten für Biodiesel und der sich in der Realität als zu schnell erwiesene Steueranstieg hat die Regierungskoalition dazu veranlasst, die nächste Steueranhebung 2009 auf 3 Cent zu halbieren.[58]

Im Gegenzug zum Wiedereinstieg in die Biokraftstoffbesteuerung gilt ab 2007 eine obligatorische Beimischungspflicht, die schrittweise angehoben wird. Nach dem Biokraftstoffquotengesetz beträgt gegenwärtig (2008) die Quote für Benzin 2% und für Diesel 4,4% (energetisch). Bis 2015 sollte eine Gesamtquote von 8% erreicht werden, die jetzt aber aus Nachhaltigkeitsgründen sowie der Rücknahme der geplanten E10-Beimischung für Benzin nach aktuellen Beschlüssen auf 6,25% bis 2014 nach unten korrigiert wurde. An dem ehrgeizigen Ziel, einen energetischen Anteil von 17% bis 2020 zu erreichen, hält die Bundesregierung aber fest (siehe Tabelle 1).

Tabelle 2: Biokraftstoffquoten in ausgewählten Ländern

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

* Einzelquoten für Bioethanol / Biodiesel ** Bioethanolquote in einigen Provinzen.

Quellen: WBGU (2008), EurObserv’ER (2008), GTZ (2006), Henke (2005).

In anderen EU-Staaten wird ebenfalls das Beimischungsprinzip verfolgt. Frankreich will eine Gesamtquote von 7% bis 2010 mit einer neu eingeführten Steuer für die Kraftstoffanbieter erreichen. In Großbritannien müssen Kraftstoffanbieter, wenn sie der gesetzlichen Beimischungspflicht nicht in vollem Umfang nachkommen, gemäß der fehlenden Menge 15 Pence je Liter Strafzahlung leisten. Die Quote soll bis 2011 auf 5% anwachsen, was noch unter dem EU-Ziel für 2010 wäre. Die britische Regierung begründet dies einerseits mit den derzeitigen europäischen Normen, die nur eine fünfprozentige Beimischung zulassen, andererseits damit, dass eine darüber hinausgehende Beimischung ökologisch nachhaltig nicht möglich sei. Spanien übernimmt dagegen die Vorgaben der EU und setzt für 2010 eine Zielquote von 5,83% fest. Darüber hinaus schafft das Land sehr günstige Rahmenbedingungen, indem bis Ende 2012 eine völlige Steuerbefreiung vorgesehen ist.[59]

3.1.3 Süd- und Ostasien

Auch in Asien gibt es in einigen Ländern Bemühungen günstige Rahmenbedingungen für den Biokraftstoffeinsatz zu schaffen und ihren Anteil am Kraftstoffaufkommen sukzessive zu erhöhen. In mehreren chinesischen Provinzen wird Bioethanol bereits zu 10% dem Benzin beigemischt. China, größter Ethanolproduzent Asiens, weitet seine Programme weiter aus; ebenso Indien, das an zweiter Stelle steht und sich eine landesweite zehnprozentige Beimischungsquote zum Ziel gesetzt hat.[60] Seit 2006 kann Diesel in Indonesien bis zu 10% biogenen Treibstoff enthalten. Staatliche Subventionen für fossilen Treibstoff wurden ein Jahr zuvor abgebaut, um die heimische Biodieselindustrie wettbewerbsfähig zu machen. Indonesien und Malaysia wollen zukünftig vor allem den EU-Markt beliefern und zu einen der größten Biodieselexporteuren aufsteigen. Die beiden Staaten haben sich darauf verständigt, 40% der Palmölexporte für Biokraftstoffe vorzubehalten.[61] Weil Japan über keine landwirtschaftlichen Überschüsse verfügt, verhandelt der Inselstaat mit Brasilien über mögliche Importe.

3.2 Marktentwicklung und Marktsituation

3.2.1 Marktentwicklung bisher

Die Idee Kraftstoffe aus Biomasse statt aus fossilem Öl in den Tank zu füllen, ist keineswegs ein Resultat der Ressourcen- und Klimaprobleme der heutigen Zeit. So fuhr das T-Modell von Henry Ford aus dem Jahre 1908 ebenso wie mehrere andere frühe Automodelle mit Bioethanol und wurde dafür auch speziell konzipiert.[62] Der Siegeszug des Erdöls als billiger und reichlich verfügbarer Energieträger verdrängte jedoch Biokraftstoffe und andere bereits in den Anfängen des automobilen Zeitalters weit verbreitete Treibstoffe vom Markt zeitweise fast vollständig.

Dies änderte sich erst 1975 als Brasilien mit „Proálcool“ das erste und sehr umfangreiche Biokraftstoffförderprogramm ins Leben rief, um Ölimporte zu reduzieren und stattdessen die inländische Produktion von Ethanol aus Zuckerrohr intensiv zu fördern.[63] Die USA folgten 1978 mit einer steuerlichen Förderung für Bioethanol und waren gemeinsam mit Brasilien, fast allein für die globale Biokraftstoffherstellung und in den 1970er und 1980er Jahren verantwortlich. In der EU begann die Produktion von Bioethanol erst Mitte der 1990er Jahre und bleibt bis heute weit hinter den beiden Spitzenreitern zurück.[64], Insgesamt hat sich die Bioethanolproduktion in den letzten 25 Jahren mehr als verzehnfacht und stieg insbesondere in den letzten Jahren seit 2000 rasant an.

Die Herstellung von Biodiesel begann weltweit erst Anfang der 1990er Jahre in der EU und hier insbesondere in Deutschland, wuchs aber stetig an und steigerte in den letzten Jahren ab 2003, seitdem die EU steuerliche Förderung in den Mitgliedstaaten zulässt, geradezu explosionsartig ihr Wachstum. Noch heute ist die EU mit Abstand der größte Biodieselproduzent.[65]

3.2.2 Biokraftstoffmarkt heute

Das bisherige Wachstum des Biokraftstoffmarktes ist beachtlich und hat in den letzten Jahren mit Blick auf eine nachhaltige Nutzung für manche Kritiker mit geradezu dramatischer Geschwindigkeit zugelegt. Dennoch ist der Anteil am weltweiten Kraftstoffmarkt mit unter 2% immer noch verschwindend klein.[66] Aus der Vielzahl an möglichen Biokraftstoffen sind Bioethanol mit 28,6 Mio. toe und Biodiesel mit 7,9 Mio. toe (Zahlen 2007) die einzigen in größeren Mengen produzierten Kraftstoffe aus Biomasse. Ihr Anteil am Gesamtmarkt der Biokraftstoffe beträgt derzeit 77% (Bioethanol) beziehungsweise 21% (Biodiesel). Nur in einzelnen Ländern spielen noch andere Biokraftstoffe eine gewisse Rolle – so zum Beispiel die direkte Nutzung von Pflanzenöl in Deutschland oder Biogas in Schweden.[67]

3.2.2.1 USA und Brasilien

Fast 90 Prozent des weltweiten Bioethanols wird in den USA und in Brasilien produziert (siehe Abbildung 5). Brasilien hat seine langjährige Spitzenposition als größter Biokraftstoffproduzent 2006 an die USA abgeben müssen. Dennoch ist in dem südamerikanischen Staat der Einsatz alternativer Kraftstoffe am weitesten fortgeschritten. Bioethanol wird entweder zu Benzin beigemischt oder als Reinkraftstoff (E100) in einem flächendeckenden Tankstellennetz angeboten, den so genannte Flexible-Fuel-Fahrzeuge (FFV) tanken können. Die FFV erfreuen sich wachsender Beliebtheit bei den Brasilianern, weil sie Benzin und Bioethanol in beliebigen Mischungsverhältnissen vertragen können. 90% aller Neufahrzeuge und 20% des gesamten Fahrzeugbestandes sind die 2003 auf den Markt eingeführten FFV. 2012 könnte bereits jedes zweite Auto ein FFV sein.[68] Biodiesel spielt dagegen noch kaum eine Rolle. Insgesamt decken Biokraftstoffe in Brasilien 22 energiebezogene Prozent des gesamten Kraftstoffbedarfs ab (siehe Tabelle 3).[69]

Abbildung 5: weltweite Bioethanolproduktion 2007 (in Mio. toe)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quellen: FAO (2008a), EurObserv’ER (2008).

Entsprechend dem weitaus höheren Kraftstoffbedarf in den Vereinigten Staaten deckt die dortige Biokraftstoffproduktion, die größte weltweit, nur etwa 2 energetische Prozent des gesamten Bedarfs (Stand 2006).[70] Bioethanol wird in den USA vorwiegend als zehnprozentiger Anteil zu Benzin entweder direkt oder in Form von Ethyl-Tertiär-Butyl-Ether (ETBE), der den fossilen Methyl-Tertiär-Butyl-Ether (MTBE) ersetzt, beigemischt.[71] Zwar fahren in den USA bereits über 6 Mio. FFV, die Zahl der Ethanoltankstellen (E85) gibt sich mit etwa 1.000 Stück in Anbetracht der Größe des Landes noch bescheiden.[72] Der Biodieselmarkt hat sich in den letzten Jahren auch in den USA entwickelt, wirft aber im Vergleich zum Ethanol weniger als ein Zehntel der Menge ab. Ein Großteil der Biodieselproduktion ging 2007 in den Export nach Europa,[73] wo über drei Viertel des weltweiten Biodiesels abgesetzt werden.

3.2.2.2 Europäische Union

Anders als auf dem amerikanischen Kontinent dominiert in Europa Biodiesel den Biokraftstoffmarkt (siehe Abbildung 6), was nicht zuletzt der Tatsache geschuldet ist, dass mittlerweile der europäische Straßenverkehr mehr Diesel als Benzin nachfragt (2006: 61,5% Diesel, 36,9% Benzin), die Raffinerien ursprünglich aber anders ausgelegt wurden. So produzieren sie heute mehr Benzin aber weniger Diesel als der Markt verlangt. Biodiesel gleicht das Defizit beim Diesel etwas aus.[74] In den USA ist es übrigens genau andersherum und erklärt damit den hohen Bioethanolanteil: über 71% der Kraftstoffnachfrage entfällt auf Benzin (2006).[75]

Abbildung 6: weltweite Biodieselproduktion 2007 (in Mio. toe)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quellen: FAO (2008a), EurObserv’ER (2008).

2007 erreichte in der EU 27 der Biokraftstoffanteil 2,6% des Kraftstoffbedarfs oder 7,69 Mio. toe. Davon entfielen 75% auf Biodiesel, 15% auf Bioethanol und etwa 10% auf unbehandelte Pflanzenöle. Auch in Europa haben der Konsum und die Produktion von Biokraftstoffen in den letzten Jahren, bedingt durch steuerliche Förderungen, enorm zugenommen. Allerdings schwächte sich 2007 das Wachstum mit einem gewiss immer noch deutlichen Plus von 37,4% gegenüber dem Vorjahr (86,9%) merklich ab. Besonders der Verbrauch von Bioethanol nahm nur unterdurchschnittlich zu und ging in Deutschland zum Beispiel sogar leicht zurück (-3,8%). Verantwortlich für das gebremste Wachstum sind einerseits ein starker Preisanstieg des Weizens, einer der Bioethanol-Rohstoffe, und andererseits eine Einschränkung der Steuervorteile für Biodiesel in Deutschland zum 1. August 2006. Weil mehr als die Hälfte des europäischen Spritkonsums in Deutschland abgesetzt wird, ist es nahe liegend, wie sehr die hiesigen Marktbedingungen den gesamten europäischen Markt beeinflussen.

Insgesamt wurden in Deutschland 4 Mio. toe Biokraftstoffe, das entspricht einem Marktanteil von 7,3%, mehr als in jedem anderen EU-Land, abgesetzt (siehe Tabelle 3). Davon entfielen auf Biodiesel 2,96 Mio. toe, auf Bioethanol 0,29 Mio. toe und 0,75 Mio. toe auf unbehandeltes Pflanzenöl. Der erneute Spitzenwert kann nicht darüber hinwegtäuschen, dass gerade die steuerlichen Maßnahmen ihre negativen Wirkungen zeigen. Das Wachstum fiel 2007 mit 15,2% im Vergleich zum Vorjahr (86,2%) sehr moderat aus und ist auch nur dem Zuwachs an Biodiesel geschuldet, da Bioethanol, wie erwähnt, weniger verkauft wurde.[76] 2008 könnte die Bilanz erneut getrübt werden und das Wachstum eine weitere Delle bekommen. Anfang des Jahres 2008 brach die heimische Biodieselproduktion in Deutschland regelrecht ein. Drastisch steigende Rohstoffpreise für Rapsöl und steigende Steueranteile ließen keine kostendeckende Verarbeitung mehr zu. Eine Tonne Rapsöl kostete zuweilen mehr als eine Tonne Biodiesel.[77] Dies traf die Branche besonders empfindlich, weil nur ein Teil des Biodiesels in Deutschland als Diesel-Beimischung gemäß der gesetzlichen Vorgabe abgesetzt wird, dagegen etwa drei Fünftel als Reinkraftstoff vor allem an Spediteure verkauft werden, die aber nun mit steigenden Preisen wieder mineralischen Diesel tankten. Bioethanol wird hingegen vorwiegend als ETBE dem Benzin beigemischt. Der Absatz von Reinkraftstoff spielt noch keine Rolle und betrug 4.480 toe (E85) an den zirka 100 bestehenden Tankstellen im Land.[78]

Tabelle 3: Biokraftstoffanteil am Endenergieverbrauch im Straßenverkehr 2007

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

* Stand 2006, ** Stand 2004.

Quellen: EurObserv’ER (2008), EIA (2008), GTZ (2006).

Die steigende Nachfrage in Europa bedingt durch günstige Rahmenbedingungen aber auch Erfüllungspflichten in Form steigender Beimischungsquoten hat 2007 dazu geführt, dass Importe von Biokraftstoffen erstmals einen nennenswerten Anteil am Verbrauch erreicht haben. Importe spielten bis dato insofern keine maßgebliche Rolle, weil die EU mit hohen Schutzzöllen – bei Bioethanol 45% und bei Biodiesel und Pflanzenöle von 0-15% des Zollwertes[79] – einen internationalen Handel zum Schutz der heimischen Produktionsfirmen praktisch vollständig unterbunden hat. Steigende Rohstoffpreise, sinkende Steuerbegünstigungen wie in Deutschland und Subventionen anderer Länder außerhalb der EU haben die Situation jedoch verändert: 2007 produzierten die europäischen Firmen etwa 887.000 toe Bioethanol, dem stand ein Verbrauch von 1,166 Mio. toe gegenüber, eine Lücke von 24%. Beim Biodiesel lag die Spanne mit 15% etwas weniger auseinander: 4,913 Mio. toe wurden produziert und 5,774 Mio. toe verbraucht.[80]

Diese Entwicklung ist in zweierlei Hinsicht bedenklich. Erstens waren die europäischen Produktionsanlagen bei weitem nicht ausgelastet. In Deutschland stehen beispielsweise Kapazitäten für 5 Mio. t Biodiesel zur Verfügung,[81] die im letzten Jahr nur zu weniger als 60% ausgelastet waren. Die ungünstigeren Produktionsbedingungen führen dazu, dass geplante Investitionen in neue Kapazitäten zugunsten von Importen zurückgezogen werden.[82] Dies führt zweitens dazu, dass Biokraftstoffe aus Ländern mit niedrigen sozialen und ökologischen Standards importiert werden, und die positiven Klimaeffekte dieser Kraftstoffe höchst zweifelhaft sind (siehe Kapitel 5.1.4.2).

3.2.3 Marktenwicklung in Zukunft

Angetrieben von den ambitionierten Zielen in den Industrie- und Schwellenländern und den günstigen Produktionsbedingungen durch staatliche Fördermaßnahmen oder verbindliche Beimischungsquoten wird der Biokraftstoffboom in den nächsten Jahren allen Erwartungen nach noch stärker an Fahrt gewinnen. Unter Berücksichtigung der aktuellen Politiken erwartet die Internationale Energieagentur (IEA), dass der Biospritanteil am Kraftstoffaufkommen von heute 2% auf 3,3% bis 2015 und 5,9% bis 2030 zunehmen wird. Weil das Kraftstoffaufkommen insgesamt zulegen wird (siehe Kapitel 2.1), ist der Zuwachs in absoluten noch deutlicher: Danach verdoppelt sich die Produktion innerhalb 8 Jahren von 37,3 Mio. toe (2007) auf 78 Mio. toe (2015). Bis 2030 könnte sich der Anteil abermals verdoppeln und 164 Mio. toe erreichen. Biodiesel und Bioethanol werden die wichtigsten Biokraftstoffe bleiben und vergleichbare Wachstumsraten aufweisen, so dass Bioethanol weiterhin mit Abstand der meist genutzte Biokraftstoff sein wird (siehe Abbildung 7).[83]

Abbildung 7: Entwicklung der Bioethanol- und Biodieselproduktion weltweit (in Mio. t)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Nylund et al. (2008).

Die größten Wachstumsmärkte werden die USA, China, Indien, die EU sowie Brasilien, Indonesien und Malaysia sein. Dabei werden die USA, China und die EU ihren Bedarf nicht mehr ausschließlich durch heimische Produktion decken können und auf Importe angewiesen sein. In Indien wird der Inlandskonsum etwas langsamer als die Produktion steigen und leichte Überschüsse für den Export erwirtschaftet werden. Zu den wichtigsten Biokraftstoffexporteuren werden Brasilien, Indonesien und Malaysia aufsteigen. 2017 wird Brasilien seine Ethanolexporte auf 4,4 Mio. toe gegenüber 2007 verdreifachen. Indonesien und Malaysia werden in den nächsten 10 Jahren ihre Biodieselproduktion sprunghaft steigern und Indonesien der zweitgrößte Biodieselproduzent nach der EU sein.[84] Gerade in den Schwellenländern ist damit zu rechnen, dass der prognostizierte Zuwachs mit großen Anbauexpansionen auf Naturflächen einhergehen wird. (siehe Kapitel 5.1.1.1).

4 Biokraftstoffe im Überblick

In diesem Kapitel werden die in Kapitel 3 erwähnten marktverfügbaren wie auch weitere zukünftige Biokraftstoffe näher beschrieben und im Hinblick auf ihre Rohstoffverwendung, Energiebilanz und den für den begrenzenden Faktor Fläche entscheidenden Hektarertrag untersucht. Eine ausführliche Betrachtung der Klimabilanzen folgt in Kapitel 5.1.4. Die Übersicht erfasst nicht vollständig alle heutigen und zukünftigen Biokraftstoffe, wohl aber die wichtigsten.

Ferner wird das nachhaltige Substitutionspotenzial der jeweiligen Biokraftstoffe in Deutschland und in der EU 25 ausgehend von dem technischen Biomassepotenzial im Jahr 2020 betrachtet. Als Grundlage dienen die Daten der umweltorientierten Szenarien zweier Studien, die von mehreren wissenschaftlichen Instituten im Auftrag des Bundesumweltministeriums 2004 und 2005 erstellt worden sind (Annahmen der Szenarien im Detail siehe Anhang A3).[85] Um ungenaue Angaben zu vermeiden, wird bezüglich des Substitutionspotenzials auf eine globale Betrachtung verzichtet. So weichen die Angaben über das in Zukunft global zur Verfügung stehende technische Biomassepotenzial in vielen Studien stark voneinander ab. Unter 17 wissenschaftlichen Untersuchungen zwischen 1990 und 2001 gehen die Prognosen für 2050 um den Faktor 10 auseinander (47-450 EJ/a).[86] Danach würde allein die Biomasse 10-91% des heutigen weltweiten Primärenergieverbrauchs abdecken (Zahlen von 2006).[87]

4.1 Biokraftstoffe markteingeführt

4.1.1 Bioethanol

Bioethanol, der weltweit am stärksten verbreitete Biokraftstoff, wird als Ersatz für Benzin in Fahrzeugen mit Ottomotoren eingesetzt. In geringen Beimischungen ist er in gewöhnlichen Fahrzeugen bedenkenlos einsetzbar; hohe Anteile erfordern spezielle Motoranpassungen an den Kraftstoff, die bei Flexible-Fuel-Vehicles, welche jedes Mischungsverhältnis tanken können, am weitesten optimiert wurden. Die europäische Norm EN 228 lässt eine Beimischung von 5% Ethanol oder 15% Ethyl-Tertiär-Butyl-Ether (ETBE) ohne Kennzeichnung zu Benzin zu. ETBE besteht aus 47% Ethanol und 53% Isobutylen und wird Benzin zur Verbesserung der Klopffestigkeit beigefügt. Er ersetzt das rein fossil erzeugte Antiklopfmittel Methyl-Tertiär-Butyl-Ether (MTBE). Eine in Deutschland geplante höhere Beimischung von 10% musste im April 2008 zurückgenommen werden, nachdem die Automobilverbände bei über 3 Mio. PKW eine Unverträglichkeit befürchtet hatten.[88] In den USA und in Brasilien wird Bioethanol nicht nur zu Benzin sondern auch unter Verwendung eines Additivs zu Diesel beigemischt.[89]

Chemisch gesehen, ist Ethanol ein einwertiger Alkohol, der als Trinkalkohol hinlänglich bekannt ist und durch Gärung aus Zucker oder Stärke entsteht. Als Rohstoff dienen in der Kraftstoffindustrie gängige stärke- und zuckerhaltige Ackerpflanzen, die gewöhnlich als Nahrungsmittel angebaut werden. In den USA nutzen die Ethanolhersteller hauptsächlich Mais, in Brasilien Zuckerrohr. In Europa werden dagegen Getreidearten verwendet: Weizen weist dabei die höchste Flächenproduktivität gegenüber Roggen und Triticale auf, die eine geringere Rolle spielen. Künftig könnten auch Zuckerrüben von Bedeutung sein. Die konventionelle Ethanolherstellung über Gärprozesse mit Hilfe von Mikroorganismen und Enzymen ist ausgereift und Stand der Technik (siehe Anhang A2).

Die Verwendung der Koppelprodukte ist für die Betrachtung der Energiebilanz ein entscheidender Faktor. Genauso wie der landwirtschaftliche Anbau der Rohstoffe und die Menge und Herkunft der notwendigen Prozessenergie beeinflussen auch die Koppelprodukte die energetische Bilanzierung. Es ist daher nicht überraschend, dass die bisherigen Untersuchungen entsprechend ihrer unterschiedlichen Annahmen in ihren Ergebnissen voneinander abweichen. Beispielweise verbessert sich die Energiebilanz für Ethanol aus Zuckerrüben um den Faktor 3, wenn die die Vinasse zur Biogaserzeugung und Bereitstellung der Prozessenergie und nicht als Futtermittel verwendet wird.[90] Tabelle 4 gibt eine Übersicht über die Ergebnisse verschiedener Studien.

Generell ist die Energiebilanz von Ethanol aus Zuckerrüben, Mais oder Getreide zwar positiv, doch schneidet sie in Anbetracht des relativ hohen Prozessenergieverbrauchs (besonders für die Destillation) nur mäßig gut ab. Michael Weitz nimmt für seine wirtschaftliche Vergleichsstudie für das Output/Input-Verhältnis Durchschnittswerte von 1,2 (Weizen), 1,3 (Mais) und 1,4 (Zuckerrüben) an.[91] Dagegen ist das Verhältnis bei der Erzeugung aus Zuckerrohr in Brasilien mit 9,2 nicht nur ausgesprochen gut, es liegt auch deutlich über den Werten der Produktionsketten anderer Biokraftstoffe.[92]

Tabelle 4: Energiebilanzen von Bioethanol in Abhängigkeit der Kraftstoffpfade

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quellen: Deutscher Bundestag (2007), Weitz (2006).

Betrachtet man nun das Ertragspotenzial der verschiedenen Ausgangsrohstoffe für Ethanol je landwirtschaftlicher Fläche ergibt sich ein differenziertes Bild. Erwartungsgemäß kann Ethanol auf Zuckerrohrbasis mit etwa 4200 Litern Kraftstoffäquivalent pro Hektar die höchste Produktionsleistung aufweisen. In den USA werden aus Mais als Rohstoff mit 2288 Liter weit weniger Ethanol pro Hektar erzielt. Weizen, der zwar ertragreicher als Roggen oder Triticale ist, schneidet mit 1660 Litern gegenüber den anderen Rohstoffen am schlechtesten ab, wogegen Zuckerrübe mit 4054 Litern nahe an die hohen Zuckerrohrerträge heranreicht.[93]

Der Anbau von Weizen und Zuckerrüben stößt flächenmäßig weit weniger an Grenzen als es beispielsweise beim Rapsanbau der Fall ist (siehe Kapitel 4.2.1). 2007 wurde in Deutschland auf 2,99 Mio. ha Weizen und auf 402.000 ha Zuckerrüben angebaut.[94] Nach Weitz werden danach für Zuckerrüben weniger als 25% des möglichen Flächenpotenzials genutzt. Ob allerdings Zuckerrübe im großen Maßstab für die Ethanolproduktion verwendet werden wird, bleibt noch abzuwarten. Derzeit plant die Nordzucker AG als erstes Unternehmen eine Ethanolanlage auf Zuckerrübenbasis, eine Integration der Zuckerrübenverarbeitung in bestehende Anlagen ist bei dem Tochterunternehmen CropEnergies AG vorgesehen.[95] Weizen und Zuckerrüben haben als Energiepflanzen prinzipiell den Nachteil, dass sie hohe Ansprüche an den Boden stellen. Roggen und Triticale sind bezüglich Pflege und Düngung genügsamer, wachsen auch auf schwachen Böden, erreichen aber nicht die Flächenproduktivität von Weizen.[96]

2020 stehen in Deutschland nach dem Nachhaltigkeitsszenario der „Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse“ 3,26 Mio. ha Ackerland für den Energiepflanzenanbau zur Verfügung. In der EU 25 werden es im gleichen Jahr 29,36 Mio. ha sein (Szenario „Environment+“ der Studie „Nachhaltige Biomassestrategien im europäischen Kontext“). Unter Einhaltung der Fruchtfolge und der Annahme, Weizen, Zuckerrübe und Mais im Verhältnis 50:20:30 auf den Flächen anzubauen, ergibt sich eine jährliche Menge von 5, 98 Mio. toe für Deutschland und 53,85 Mio. toe für die EU 25. Diese Menge könnte 13,9% bzw. 15,7% des gesamten Kraftstoffbedarfs decken (siehe Abbildung 9). Diese Zahlen unterstellen, dass die Freiflächen ausschließlich für die Kraftstofferzeugung verwendet werden. Tatsächlich wird aber zumindest ein Teil der Flächen für den Biomasseanbau zur Strom- und Wärmeerzeugung sowie zur stofflichen Nutzung nachwachsender Rohstoffe Verwendung finden. Daher dürfte eine Halbierung des Potenzials einem realistischen Wert näher kommen. Unter dieser Annahme wären Deutschland und die EU zur Erreichung ihrer Ziele (2020: EU 10%, Deutschland 17% Biokraftstoffanteil) auf Importe angewiesen. Zu berücksichtigen ist auch, dass die Ethanolproduktion durch die relativ schlechte Energiebilanz zusätzlich fossile Energie benötigt, die eingesparten Energieimporte also in einer Gesamtbilanz geringer ausfallen dürften.

4.1.2 Pflanzenölbasierte Kraftstoffe

4.1.2.1 Biodiesel (FAME)

Biodiesel ist nach Bioethanol der weltweit meist verwendete Biokraftstoff. In geringen Mengen ist er in Dieselfahrzeugen problemlos einsetzbar. In der EU erlaubt die Norm EN 590 einen Anteil von 5% Biodiesel im mineralischen Diesel. 2009 soll die Höchstgrenze auf 7% angehoben werden. Höhere Mischungsverhältnisse können je nach Fahrzeugtyp gewisse Anpassungen erfordern, weil Biodiesel als Lösemittel wirkt und Kunststoff- und Gummibauteile wie Dichtungen in der Einspritzpumpe oder in den Kraftstoffschläuchen angreift. Einige Automobilhersteller geben ihre Fahrzeugmodelle für Biodiesel ab Werk frei, oder bieten Umrüstpakete an.

Biodiesel ist ein Fettsäuremethylester (FAME), der auf Basis von Pflanzenölen oder aber auch Tier- und Altfetten hergestellt werden kann. Die Biodieselherstellung ist technisch ausgereift und folgt unabhängig von den verwendeten Rohstoffen den gleichen Verfahrensschritten (siehe Anhang A2). Die wichtigsten Pflanzenöle für die Biodieselproduktion sind weltweit betrachtet Rapsöl (48%), Sojaöl (22%) und Palmöl (11%).[97] Im europäischen Raum hat sich Raps unter den möglichen Ölfrüchten als Rohstoffpflanze durchgesetzt. Sonnenblumen kommen in unseren Breiten ebenfalls in Frage, ihr Öl ist allerdings in der Produktion teurer als Rapsöl.[98] In Nord- und Südamerika, insbesondere in den USA, dient vor allem Sojaöl als Ausgangsrohstoff für die Biodieselproduktion. In Brasilien sollen mit Hilfe staatlicher Förderung mindestens 50% des Biodiesels künftig aus Rizinusöl hergestellt werden um die Kleinbauern zu unterstützen (siehe Kapitel 6.1).[99] Palmöl wird dagegen hauptsächlich in Südostasien verwendet. Die Palm- und Sojaölnutzung ist allerdings umstritten, weil dem starken Anbauzuwachs in den letzten Jahren – weltweit stieg die Anbaufläche von 1990 bis 2007 für Soja um 50% und für Ölpalme um über 100%[100] - Primärwälder zum Opfer fielen. In Anbetracht der hohen Hektarproduktivität der Ölpalme, die im globalen Durchschnitt um den Faktor 5 über der des Raps liegt,[101] bietet Palmöl entscheidende Vorteile und kann als Rohstoff nicht prinzipiell ausgeschlossen werden. In Indien und China wird für die Ölgewinnung zunehmend auch die Purgiernuss (Jatropha curcas) angebaut. Sie bietet den Vorteil, auch in semi-ariden Regionen auf kargen, erodierten Böden, die nicht mehr landwirtschaftlich genutzt werden können, zu wachsen.

Betrachtet man nun die Energiebilanz von Biodiesel, hängt das Verhältnis zwischen Energie-input und –output wie schon beim Bioethanol, ganz entscheidend von der Verwendung der Koppelprodukte wie Stroh, Extraktionsschrot und Glycerin ab. Nachdem etwa beim Raps nur 30 Prozent der in der Pflanze gespeicherten Energie in Form von Öl vorliegt, könnte die Energieausbeute mehr als verdoppelt werden, wenn zusätzlich Biogas aus dem Rapsschrot und synthetische Kraftstoffe aus dem Rapsstroh hergestellt werden würde. Der Kraftstoffertrag je Hektar würde so von gut 1400 Litern auf 3000 Litern Dieseläquivalent ansteigen.[102] Wenn Glycerin, das bei der Veresterung als Nebenprodukt anfällt, beispielsweise nicht energetisch oder als Futtermittel verwendet sondern als Grundstoff in der Pharmaindustrie eingesetzt wird und synthetisch hergestelltes Glycerin ersetzt, überstiege die dadurch gutgeschriebene Energie die gesamte Menge des Energieinputs der Biodieselproduktion. Allerdings ist der Absatzmarkt für Glyzerin in Reinform sehr klein und es herrscht mittlerweile ein Überangebot an Glycerin aus der Biodieselerzeugung.

Neben der Nutzung der Koppelprodukte und ihrer Einbeziehung in die Energiebilanz spielen insbesondere die Annahmen für den Düngemitteleinsatz eine maßgebliche Rolle und variieren die Ergebnisse der Energiebilanzen. Die Tabelle 5 zeigt eine Übersicht über die Ergebnisse verschiedener Studien auf Basis von Rapsmethylester. Zur besseren Vergleichbarkeit wird ein Durchschnittswert des Output/Input-Verhältnisses von 2,2 angenommen, ohne Berücksichtung des Rapsstrohs, das allein 42% der Gesamtenergie beinhaltet[103] und ohne Verwendung von Glycerin in der pharmazeutischen Industrie, das, wie erwähnt, einen negativen Energieeinsatz in der Gesamtkalkulation zur Folge hätte. Doch auch mit diesen Einschränkungen wird deutlich, dass die Energiebilanz von Biodiesel deutlich besser ausfällt als die von Bioethanol aus Mais, Zuckerrübe oder Weizen (Output/Input-Verhältnis 1,2 – 1,4).

Tabelle 5: Energiebilanzen von Biodiesel in Abhängigkeit der Kraftstoffpfade

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Deutscher Bundestag (2007).

Bei den Hektarerträgen weist Raps mit 1410 Litern Dieseläquivalent[104] einen mittleren Wert auf. Jatropha liefert mit 1583 Litern[105] vergleichbare Erträge, Soja schneidet mit 372 Litern[106] weitaus schlechter ab, wogegen Ölpalme mit 5005 Litern[107] der bislang effizienteste Pflanzenrohstoff für Biokraftstoffe überhaupt ist und damit noch bessere Werte erreicht als Zuckerrohr.

Die Problematik der Soja- und Palmölnutzung wurde bereits kurz aufgegriffen und wird in Kapitel 5.1.1 noch ausführlicher betrachtet werden. Raps hat den Nachteil, dass er keine selbstverträgliche Pflanze ist und aus Gründen der Fruchtfolge nur alle fünf Jahre auf Flächen angebaut werden sollte. Weil in dieser Anbaupause auch nicht Zuckerüben oder Sonnenblumen gepflanzt werden können, um einer Ausbreitung von Schädlingen, etwa wirtspezifischen Nematoden, vorzubeugen, ist Raps auch nur bedingt mit anderen Energiepflanzen in der Fruchtfolge kombinierbar, was die Flächennutzung weiter einschränkt.

Mit 1,548 Mio. ha im Jahr 2007[108] kommt der Rapsanbau in Deutschland schon fast an seine Grenzen, die die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe bei 1,8 Mio. ha[109] sieht. Daraus folgt, dass die in Deutschland und Europa 2020 zur Verfügung stehenden landwirtschaftlichen Flächen bereits das Anbaupotenzial von Raps übertreffen. In der hier vorgenommenen Potenzialanalyse wurde nur Rapsöl als Rohstoff zugrunde gelegt und daher wurden nur 20% der Gesamtackerfläche für den gesamten Rapsanbau und 15% für jenen für energetische Nutzung angenommen, anstelle der gesamten Freiflächen, die in Deutschland 27% und in der EU 25 30% der Ackerfläche 2020 ausmachen (siehe Anhang A3). Selbst diese Annahme dürfte noch optimistisch sein, da nicht prinzipiell jeder Boden für den Rapsanbau geeignet ist.[110]

Das maximale Potenzial für Biodiesel liegt danach in Deutschland bei einer Menge von 2,17 Mio. toe und in der EU 25 bei 17,63 Mio. toe, was in beiden Fällen einem Anteil von 5,1% des gesamten Kraftstoffverbrauchs im Jahr 2020 entspricht (siehe Abbildung 9). Mit Biodiesel aus heimischen Raps sind folglich weder die Biokraftstoffziele in der EU noch in Deutschland zu erreichen. Die eingeschränkte Flächennutzung beim Raps und die höhere Flächenproduktivität von Ölpalme bei gleichzeitig geringeren Produktionskosten stellt die wirtschaftliche Attraktivität von Importen in den Raum und macht die Notwendigkeit von nachhaltig produziertem Palmöl deutlich. Alternativen wie Rizinusöl aus Brasilien oder Jatrophaöl aus Indien werden in naher Zukunft kaum eine bedeutende Rolle im globalen Biokraftstoffmarkt spielen.

4.1.2.2 Pflanzenöl

Eine Alternative zu Biodiesel besteht darin, Pflanzenöl direkt als Kraftstoff in Dieselfahrzeugen zu nutzen. In Deutschland ist unverestertes Pflanzenöl als Biokraftstoff von gewisser Bedeutung und ist auch mengenmäßig mit 838.000 Tonnen im Jahr 2007 nach Biodiesel der zweitwichtigste Biokraftstoff noch deutlich vor Bioethanol.[111] Global betrachtet, ist reines Pflanzenöl derzeit ein Nischenprodukt, das allerdings in der Landwirtschaft weiterhin eine Rolle spielen kann, da es durch Kaltpressung in kleinen dezentralen Ölmühlen hergestellt werden kann und es keine Infrastruktur im großindustriellen Maßstab benötigt. In der Landwirtschaft liegt auch der wesentliche Absatzmarkt in Deutschland.

Pflanzenöl kann in älteren Dieselfahrzeugen mit nur geringen Umrüstungen an Kraftstofffilter und Kraftstoffleitungen, die wegen der höheren Viskosität von Pflanzenöl gegenüber fossilem Diesel notwendig sind, genutzt werden. Alte Fahrzeuge mit Vorkammermotoren können mit Pflanzenöl problemlos betrieben werden. Moderne Modelle mit Common-Rail-Technik müssen dagegen mit einem Zwei-Tank-System ausgestattet werden. Speziell entwickelte Pflanzenöl-Motoren wie der Elsbett-Motor waren bis 1994 erhältlich, werden aber aus Kostengründen seitdem nicht mehr produziert und ein Wiedereinstieg ist nicht absehbar.[112]

Da Pflanzenöl ein Vorprodukt von Biodiesel ist, kommen die gleichen Ausgangsrohstoffe in Frage (siehe Kapitel 4.1.2.1). Allerdings ist es bei Pflanzenöl als Naturprodukt nicht unproblematisch eine gleich bleibend hohe Kraftstoffqualität zu garantieren.[113] Palmöl als reinen Pflanzenölkraftstoff zu nutzen, ist aufgrund des hohen Schmelzpunktes (27-43° C) problematisch und nicht wahrscheinlich.[114]

Betrachtet man die Energiebilanz, so schneidet Pflanzenöl ebenfalls besser ab als Biodiesel, sofern man keine pharmazeutische Nutzung des Nebenproduktes Glycerin berücksichtigt. Das Output/Input-Verhältnis beträgt etwa 3,35.[115] Da Pflanzenöl auf die gleichen Rohstoffe wie Biodiesel zurückgreift, sind sowohl die Flächenproduktivität[116] als auch das Substitutionspotenzial vergleichbar.

4.1.2.3 Hydrierte Pflanzenöle (HVO)

Die Verwendung von reinem Pflanzenöl oder Biodiesel hat den Nachteil, dass Biodiesel nur bedingt und Pflanzenöl überhaupt nicht an die Motoren angepasst sind. Die Entwicklung in der Motorentechnik wird jedoch in Zukunft verstärkt eine Anpassung des Kraftstoffes erfordern und nicht umgekehrt. Pflanzenöl und Biodiesel kommen mittlerweile hinsichtlich der Abgasnormen an ihre Grenzen. Beispielsweise kann Biodiesel als Reinkraftstoff nicht in Fahrzeugen mit Partikelfilter eingesetzt werden, darüber hinaus wird die Einhaltung der zukünftigen Euro VI Abgasnorm in Frage gestellt.[117]

Zukünftig könnten Pflanzenöle durch Hydrierung, das heißt, durch Anlagerung von Wasserstoff, zu Kohlenwasserstoffen raffiniert werden, die chemisch gesehen faktisch den fossilen Treibstoffen gleichen (identisches C-H-Summenverhältnis). Solche synthetischen Biokraftstoffe werden bereits in den Markt eingeführt. Das finnische Mineralölunternehmen Neste Oil hat 2007 die erste kommerzielle Produktionsanlage mit 170.000 t Jahresleistung des so genannten NExBTL-Kraftstoffes in Porvoo, Finnland in Betrieb genommen. 2009 soll eine zweite Anlage gleicher Größe am selben Standort die Produktion aufnehmen. Weitere Anlagen sind für 2010/2011 in Singapur und Rotterdam (je 800.000 t Jahreskapazität) sowie in Österreich als Joint Venture mit dem Unternehmen OMV (200.000 t) geplant.[118] Als Rohstoff dienen derzeit Palmöl, Rapsöl und Tierfett.[119]

Eine technische Variante beim Hydrieren ist die Mitraffination von Pflanzenölen mit Rohöl statt der Erzeugung eines reinen Biokraftstoffes sondern. Der amerikanische Mineralölkonzern ConocoPhillips begann 2006 in Cork, Irland, mit der Jahresproduktion von ca. 50.000 t so genanntem „Renewable Diesel“ auf Sojabasis.[120] In Australien und Österreich sollen weitere Produktionsanlagen errichtet werden.[121] Der teilstaatliche Mineralölkonzern Petrobras in Brasilien hat vier Raffinerien zur Produktion von „H-Bio“ aus Mineralöl und Sojaöl umgebaut, ist aber bislang noch nicht in die Massenproduktion eingestiegen, weil der Preis für Sojaöl derzeit zu hoch ist.[122]

Hydrierte Pflanzenöle haben als synthetische Kraftstoffe den Vorteil, dass sie in beliebigen Mischungsverhältnissen oder aber in Reinform getankt werden können. Zudem weisen sie geringere Werte beim Ausstoß von Partikeln, Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden aus und sind schwefelfrei. Die Konzerne wollen mittelfristig Reststoffe und erzeugte Biomasse, die nicht in Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion stehen, als Rohmaterial verwenden. Dies würde das Potenzial von hydrierten Pflanzenölen deutlich steigern, solange jedoch die gleichen Rohstoffe wie für Biodiesel verwendet werden, bleiben die Potenziale begrenzt.

4.1.3 Biogas

Biogas entsteht bei dem anaeroben Abbau organischen Materials durch Bakterien (Fermentation). Je nach Entstehungsart wird Biogas auch als Faulgas, Sumpfgas oder Deponiegas bezeichnet. Eine Herstellung über Synthesegas in einem thermochemischen Verfahren (Vergasung) ist ebenfalls möglich, das Endprodukt wird dann Bio-SNG (Substitute Natural Gas) genannt.

Biogas besteht zu 50–60% aus Methan und zu 40-50% aus Kohlendioxid. In geringen Mengen sind zusätzlich Schwefelwasserstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenwasserstoffe enthalten. Biogas wird derzeit in der EU fast ausschließlich in stationären Anlagen zur Strom- und Wärmegewinnung genutzt. Dennoch eignet es sich auch als Kraftstoff im Verkehr. Wenn es zu Erdgasqualität aufbereitet wird, kann es in beliebigem Mischungsverhältnis mit Erdgas getankt oder in das Erdgasnetz eingespeist werden. Erdgasfahrzeuge sind Stand der Technik und werden von verschiedenen Autoherstellern angeboten, eine Umrüstung auf ein bivalentes Fahrzeug mit Erdgasbetrieb ist ebenfalls möglich. In geringem Umfang werden Erdgasfahrzeuge schon heute in Europa mit Biogas betrieben. Am weitesten fortgeschritten ist hier Schweden, das 1996 begonnen hat, Biogas Erdgas beizumischen und als Kraftstoff anzubieten. Derzeit werden 19% des im Land erzeugten Biogases als Kraftstoff genutzt, was etwa 24 Mio. m³ entsprechen oder 0,3% des gesamten Kraftstoffbedarfes. Der Biogasanteil des Gasgemisches an den 115 Tankstellen beträgt derzeit 54% (Zahlen von 2006, siehe Abbildung 8).[123] In der Schweiz, in Österreich und den Niederlanden wird ebenfalls bereits Biogas aufbereitet und in das Erdgasnetz eingespeist. In Deutschland wurde 2008 durch eine Änderung der Gasnetzzugangsverordnung die Biogaseinspeisung erleichtert. Derzeit speisen 13 Aufbereitungsanlagen Biogas ins Netz, 15 Anlagen befinden sich im Bau oder in der Planung.[124] Aufbereitetes Biogas soll künftig auf die Biokraftstoffquote angerechnet werden.

Abbildung 8: Biogasabsatz im Verkehr in Schweden (in Nm³)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Petersson (2008).

Für die Biogaserzeugung steht eine große Bandbreite an Rohstoffen zur Verfügung, was Biogas zu einem interessanten Biokraftstoff macht. Grundsätzlich kommen alle Formen von Biomasse in Frage, üblich in der Nutzung sind Reststoffe wie Gülle, organische Abfälle, Anbaubiomasse wie Mais oder Energiepflanzen sowie Weidegras. Nur holzartige Biomasse eignet sich nicht für die fermentative Produktion, diese kann jedoch über das thermo-chemische Verfahren zur Bio-SNG-Erzeugung genutzt werden.

Das Bio-SNG-Verfahren ist ein Vergasungsprozess bei dem ein Synthesegas erzeugt wird, das zu Bio-SNG also Biomethan weiter aufbereitet werden kann. Dieses Prinzip wird auch bei der Herstellung der BtL-Kraftstoffe angewendet. Das Bio-SNG-Vergasungsverfahren ist derzeit in Deutschland in Demonstrationsanlagen in der Erprobung und soll ab 2015 verfügbar sein.[125] Die Biogaserzeugung über einen anaeroben Gärungsprozess ist dagegen seit langem Stand der Technik und vornehmlich in kleinen dezentralen Anlagen in der kommerziellen Anwendung (siehe Anhang A2).

[...]


[1] Vgl. Gelpke & McCormack (2007).

[2] Vgl. United Nations (2007), S. 7.

[3] Vgl. Shell (2008), S. 46.

[4] Vgl. IEA (2007a).

[5] Vgl. Gelpke & McCormack (2006).

[6] Vgl. IEA (2007a).

[7] Vgl. dpa (2008).

[8] Vgl. European Commission (2007a), S. 6.

[9] Ebd.

[10] Ebd.

[11] Vgl. AFP/dpa (2008).

[12] Vgl. IPCC (2007a).

[13] Vgl. AFP/dpa (2008).

[14] Vgl. IPCC (2007b).

[15] Vgl. AP (2005).

[16] Ebd.

[17] Vgl. AFP/dpa (2008).

[18] Vgl. EUROSTAT (2008).

[19] Vgl. VDA (2008).

[20] Vgl. European Commission (2007a).

[21] Ebd.

[22] Vgl. Europäische Kommission (2007), S. 2.

[23] Vgl. IPCC (2007c).

[24] Vgl. AFP/dpa (2008).

[25] Vgl. IPCC (2007d).

[26] Vgl. IPCC (2007b).

[27] Vgl. Stern (2006).

[28] Vgl. IPCC (2007b).

[29] 1 Barrel entsprechen ca. 159 Liter.

[30] Vgl. MWV (2008a), S. 6.

[31] Vgl. IEA (2007b).

[32] Vgl. IEA (2007a).

[33] Vgl. MWV (2008a), S. 8.

[34] Campbell et al. (2007), S. 179.

[35] Vgl. dpa/AFP (2008).

[36] Vgl. Jung (2006).

[37] Vgl. Campbell et al. (2007), S. 190.

[38] Vgl. Campbell et al. (2007), S. 186 ff.

[39] Vgl. Gelpke & McCormack (2007).

[40] Vgl. Campbell et al. (2007), S. 31.

[41] Vgl. Campbell et al. (2007), S. 73.

[42] Vgl. Campbell et al. (2007), S. 75 ff.

[43] Vgl. Campbell et al. (2007).

[44] Vgl. IEA (2007a).

[45] Vgl. Ebd. (2007).

[46] Vgl. Shell (2008).

[47] Vgl. dpa-AFX (2008).

[48] Vgl. Jung (2006).

[49] Vgl. Campbell et al. (2007), S. 87.

[50] Vgl. IEA (2008a).

[51] Vgl. Jung (2006).

[52] Vgl. Henke (2005), S. 11.

[53] Vgl. Nylund et al. (2008), S. 34-36.

[54] Vgl. FAO (2008), S. 45.

[55] Vgl. Henke (2005), S. 9 ff.

[56] Vgl. Nitsch & Giersdorf (2005), S. 12.

[57] Vgl. BMU (2008a).

[58] Vgl. UFOP (2008a).

[59] Vgl. EurObserv’ER (2008).

[60] Vgl Henke (2005), S. 18.

[61] Vgl. WWF (2007), S. 19.

[62] Vgl. Nylund et al. (2008), S. 49.

[63] Vgl. GTZ (2006), S. 41.

[64] Vgl. Henke (2005).

[65] Vgl. FAO (2008a), S. 15.

[66] Weltweiter Energieverbrauch für Transport: Erdöl 2106 Mio. toe (2006), Biokraftstoffe 37 Mio. toe (2007).

[67] Vgl. FAO (2008a), S. 15.

[68] Vgl. LAB (2008).

[69] Vgl. GTZ (2006).

[70] Vgl. EIA (2008), S. 81 ff.

[71] Vgl. Henke (2005), S. 11 ff.

[72] Vgl. LAB (2008).

[73] Vgl. EurObserv’ER (2008).

[74] Ebd.

[75] Vgl. EIA (2008), S. 81 f.

[76] Vgl. EurObserv’ER (2008).

[77] Vgl. UFOP (2008b).

[78] Vgl. BMF (2008), S. 8 f.

[79] Vgl. Europäische Kommission (2007), S. 12.

[80] Vgl. EurObserv’ER (2008).

[81] Vgl. Simons (2008).

[82] Vgl. EurObserv’ER (2008).

[83] Vgl. FAO (2008), S. 44.

[84] Vgl. FAO (2008), S. 45 ff.

[85] „Nachhaltige Biomassenutzungsstrategien im europäischen Kontext“ (2005) und „Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse“ (2004).

[86] Vgl. Berndes et al. (2003), S. 8.

[87] Vgl. IEA (2008b), S. 6.

[88] Vgl. BMU (2008b).

[89] Vgl. FNR (2006), S. 45.

[90] Vgl. Deutscher Bundestag (2007), S. 49.

[91] Vgl. Weitz (2006), S. 127.

[92] Vgl. CT Brasil (1995).

[93] Vgl. FNR (2008a).

[94] Vgl. Statistisches Bundesamt (2008), S. 341.

[95] Vgl. Weitz (2006), S. 77 f.

[96] Vgl. Deutscher Bundestag (2007), S. 46.

[97] Vgl. Kemnitz (2008), S. 22.

[98] Vgl. FNR (2007), S. 15 f.

[99] Vgl. Nitsch & Giersdorf (2005), S. 13.

[100] Vgl. FAO (2008b).

[101] Vgl. Pastowski et al. (2007), S. 13 f.

[102] Vgl. Weitz (2006), S. 71 f.

[103] Vgl. Weitz (2006), S. 63.

[104] Vgl. FNR (2008a).

[105] Vgl. GTZ (2006), S. 39.

[106] Vgl. WWF (2007), S. 9.

[107] Vgl. FAO (2008a), S. 62.

[108] Vgl. Statistisches Bundesamt (2008), S. 347.

[109] Vgl. Kemnitz (2008).

[110] 20 Prozent der Ackerfläche entsprechen 2,38 Mio. ha, damit liegt die Annahme über der Annahme der Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe.

[111] Vgl. Kemnitz (2008).

[112] Vgl. Pastowski et al. (2007), S. 27.

[113] Vgl. Deutscher Bundestag (2007), S. 44.

[114] Vgl. Pastowski et al. (2007), S. 27.

[115] Vgl. Weitz (2006), S. 64.

[116] Der Hektarertrag liegt geringfügig höher, weil der Heizwert etwas höher ist.

[117] Vgl. Krahl et al. (2007), S. 415.

[118] Vgl. Oja (2008).

[119] Vgl. Neste Oil (2008).

[120] Vgl. ConocoPhillips (2006).

[120] Vgl. ConocoPhillips (2006).

[121] Vgl. Mason (2008).

[122] Vgl. Reuters (2008).

[123] Vgl. Petersson (2008), S. 50.

[124] Vgl. DENA (2008).

[125] Vgl. Thrän et al. (2007), S. 10.

Details

Seiten
140
Erscheinungsform
Originalausgabe
Jahr
2009
ISBN (eBook)
9783836629638
Dateigröße
2.8 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v226791
Institution / Hochschule
Universität Hohenheim – Fakultät für Wirtschafts- und Sozialwissenschaften
Note
1,1
Schlagworte
biokraftstoffe agrotreibstoffe nachhaltigkeit palmöl zertifizierung

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Titel: Biokraftstoffe - Potenziale, Herausforderungen und Wege einer nachhaltigen Nutzung