Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. (SFV)

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vom 25.10.2007, aktualisiert am 13.12.2007, Susanne Jung und Petra Hörstmann-Jungemann:

Bioenergie-Potential in Deutschland - Grobabschätzung

Entwurf

Grundannahmen zur Ermittlung des Bioenergie-Potentials

Bioenergien stehen nicht unbegrenzt zur Verfügung. Nur auf solchen Flächen, die nicht für den ökologisch nachhaltigen Nahrungs- und Futtermittelanbau, den Anbau nachwachsender Industrierohstoffe, eine nachhaltige Holzwirtschaft und den Erhalt der Funktionen der Ökosysteme notwendig sind, können Energiepflanzen dauerhaft umweltgerecht angebaut werden. Der Mischfruchtanbau von Energiepflanzen auf solchen Flächen, die bereits für den Nahrungs- oder Energiepflanzenanbau genutzt werden, steht nicht in Flächenkonkurrenz.

Ebenso sind Rest- und Abfallstoffe aus der Landschaftspflege, der Industrie sowie der Land- und Tierwirtschaft für der Erzeugung von Bioenergien nur begrenzt vorhanden.

Laut Schätzungen des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz wird von einer verfügbaren Fläche von bis zu 5 Millionen Hektar (Quelle)für den Energiepflanzenbau ausgegangen. Wir gehen bei unserem Vorschlag nur von einer verfügbaren Fläche von 2,5 Millionen Hektar (Erläuterungen zur SFV-Flächenabschätzung) aus.

Unsere Potentialabschätzung Bioenergien wurde weiterhin an folgende Annahmen geknüpft:

1. Ökologische Energiepflanzen-Produktion

  • kein Pestizideinsatz,
  • kein Düngereinsatz aus synthetischer Herstellung
  • kein Einsatz von gentechnisch verändertem Saat- und Pflanzgut,

2. Einbeziehung klimatischer Veränderungen

  • veränderte Temperaturen
  • Wasserknappheit

3. Kritische Bewertung energieintensiver Treibstoff-Erzeugungen

  • Pflanzenöl
  • Biodiesel
  • Bioethanol
  • BtL
  • Biogas

4. Ökologisch nachhaltige Nutzung der vorhandenen Rest- und Abfallstoffe

  • Vermeidung von Abfall
  • Beachtung dezentraler Strukturen
  • Beachtung von Nährstoffkreisläufen

Auf Grund der Annahmen 1 und 2 gehen wir bei den Potentialabschätzungen der flächenabhängigen Bioergien von einem in der Regel 20%ig geringeren Flächenertrag im Vergleich zum heutigen Landbau aus. Mögliche Ertragssteigerungen im ökologischen Landbau wurden vernachlässigt.

Alle Werte basieren auf Literaturrecherchen (jeweilige Quellenangabe im Text) und eigenen Schätzungen. Sie sollen eine grobe Darstellung des möglichen Bioenergie-Potentials in Deutschland liefern.

Die von uns getroffene Energiepflanzen-Potentialabschätzung soll nur eine von vielen möglichen Varianten der Flächenverwendung aufzeigen. Fruchtfolgen- und bodenspezifische Besonderheiten auf verschiedenen Standorten wurden außer Acht gelassen. Eine Reduzierung auf wenige, derzeit in der Praxis bereits angebaute oder in Feldversuchen als potentialreich angenommene Feldfrüchte dient zur Vereinfachung. Trotzdem wurden in der Flächenverwendung auch solche Pflanzen einbezogen, die geringere Flächenerträge aufweisen, um eine möglichst breit gefächerte Pflanzenvielfalt sowie Flächen für Forschung und Entwicklung einzubeziehen.

Einige Feldfrüchte sind zur Erzeugung verschiedener Energieprodukte (z.B. Ethanol, BtL, Biogas) geeignet, wie z. B. Mais, Getreide, Kartoffeln, Zuckerrüben oder auch Raps. Es wurden die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten ein und derselben Fruchtart - trotz teilweise schlechterer Energiebilanzen - aus folgenden Gründen betrachtet:

  • Regionale Erzeuger- und Verteilerstrukturen sollen genutzt werden.
  • Forschung und Entwicklung soll angeregt werden.

Zusammenfassung

Bioenergien werden in einem künftigen Mix aus Erneuerbaren Energien einen unverzichtbaren Anteil einnehmen, der allerdings kleiner ist, als vielfach angenommen.

Als Ergebnis unserer Betrachtungen kann festgestellt werden, dass Energiepflanzen auf höchstens 2,5 Millionen Hektar nachhaltig angebaut werden können. Dort können sie einen Energieertrag von ca. 60 Mio MWh erzielen. Dies entspricht ca. 24 MWh/ha (2,4 kWh/m²). Die Energiepflanzen kommen nach Weiterverarbeitung als feste, flüssige und gasförmige Brennstoffe zum Einsatz. Festen Brennstoffen wurde dabei ein Flächenanteil von ca. 10 %, flüssigen Brennstoffen von ca. 60 % und Biogas von ca. 30 % zugeordnet. Als Energiepflanzen wurden Miscanthus, schnellwachsende Hölzer, Raps, Sonnenblumen, Leindotter, Mais, verschiedene Gräser, Getreide, Kartoffeln und Rüben berücksichtigt.
Die energetische Verwertung von Rest- und Abfallstoffen kann einen zusätzlichen Energieertrag von 86 Mio MWh erbringen. Dabei wurde auf die energetische Verwendung von Ernteresten wie Rübenblatt, Kartoffelkraut oder Stroh weitestgehend verzichtet, um Nährstoffkreisläufe auf dem Feld schließen zu können.

Somit kann festgestellt werden, dass Bioenergien unter der Annahme einer umfassenden ökologischen Bewirtschaftung und einem tendenziellen Ertragsrückgang durch klimatische Veränderungen insgesamt einen Beitrag von ca. 146 Mio MWh leisten können.

Der Endenergiebedarf für Verkehr, Haushalt und Industrie betrug:

  • Strom: 0,5 Mio GWh
  • Wärme: 0,08 Mio GWh
  • Treibstoff: 2 Mio GWh

(aus Angaben des statistischen Bundesamts im Jahr 2006)

Bei einer Vollversorgung mit Erneuerbaren Energien und einem gleichbleibenden Endenergiebedarf würden Bioenergien in Deutschland mit ca. 6 % zu Buche schlagen können.
 

          Energie/Jahr
Energiepflanzenanbau ca. 60 Mio MWh/a
Abfall- und Reststoffe ca. 86 Mio MWh/a
Gesamt: 146 Mio MWh/a


 

Wir schlussfolgern daraus, dass Bioenergien - entgegen der oft geäußerten Annahme - keineswegs zur Grundlastabsicherung genutzt werden können. Wenn man auf Importe weitestgehend verzichten möchte, können Kraftwerke nicht dauerhaft mit den nur begrenzt vorhandenen Biobrennstoffen befeuert werden. Diese Aussage hätte selbst dann Bestand, wenn auf Ökolandbau verzichtet und die Energieerträge im Energiepflanzenanbau dadurch mindestens um 20 % erhöht werden würden. Ebenso ist fraglich, ob Bioenergien in einem Mix aus 100 % Erneuerbaren für sich alleine die Angebotsschwankungen der Wind- und Sonnenenergie vollständig ausgleichen können. Trotzdem sollte ihre Funktion als Energiespeicher nicht vernachlässigt werden. Denkbar wäre zudem, dass Bioenergien einen Teil des Kraftstoffbedarfs - vor allem im Flugverkehr - abdecken können.

Ein ökologisch nachhaltiger Energiepflanzenanbau und eine verantwortungsvolle Nutzung von Rest- und Abfallstoffen können beim Erhalt unserer Ökosysteme einen wesentlichen Stellenwert einnehmen. Unter diesen Voraussetzungen und trotz der angesprochenen Einschränkungen sollte auf die Nutzung von Bioenergien nicht verzichtet werden.

1. Flächenabhängige Bioenergieerzeugung

1.1. Feste Bioenergien

a) Stamm- und Industrieholz

Als Stammholz gilt Rundholz, welches für die Herstellung von Schnitt- und Funierholz Anwendung findet. Industrieholz ist wird zur Herstellung von Zellstoff, Holzstoff oder Span- und Faserplatten genutzt. Der mittlere Heizwert der verschiedenen Baumarten beträgt 18,6 MJ/kg atro [3].

Derzeit bleiben in Deutschland ca. 1/3 des nachwachsenden Industrie- und Stammholzes [1] ungenutzt. Es stellt sich die Frage, ob man diesen ungenutzten Zuwachs für die energetische Verwertung bereitstellt.

Hier sind 2 Problemstellungen zu beachten:

  1. Um eine nachhaltige Waldwirtschaft zu gewährleisten, sollte das derzeit ungenutzte Potential keinesfalls vollständig ausgeschöpft werden. Eine nachhaltige Forstwirtschaft verlangt naturnahe Waldgesellschaften mit reduzierten Nährstoffausträgen, Anpflanzungen standortgemäßer Baumarten und Mischwälder, Einräumen von Schutzzonen, schonende Holzbergetechnik, Verbleib von Todholz, Laub und Rinden im Wald u.s.w.
  2. Wenn man das über viele Jahre im Holz gespeicherte CO2 durch Verbrennung innerhalb kurzer Zeit wieder an die Atmosphäre abgibt und gleichzeitig nicht dafür Sorge trägt, dass die gleiche Menge CO2 durch Neuanpflanzungen wieder fixiert wird, ist die Bilanz bei der energetischen Verwertung von Holz nicht CO2-neutral. Aus diesem Grund sollte aus Klimaschutzgründen die stoffliche Verwertung von Holz gegenüber einer energetischen Verwertung Vorrang haben. Aus der Literatur wird ersichtlich, dass die Anwendungsgebiete der stofflichen Holzverwertung stetig zunehmen. Vor allem im Baubereich könnte der Bedarf an Holz stetig zunehmen, z.B. mehr Holzhäuser anstatt Betonbauten.

Aus diesen Problemstellungen heraus haben wir in unserem SFV-Vorschlag Stamm- und Industrieholz von einer energetischen Nutzung ausgeschlossen.

Literatur:
(1) „Stoffstrommanagement von Biomasseabfällen mit dem Ziel der Optimierung der Verwertung organischer Abfälle“, Ökoinstitut Februar 2007, http://www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-l/3135.pdf
(2) „Abschätzung des Rohholzpotentials für die energetische Nutzung in der Bundesrepublik Deutschland“ Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft, Juli 2001, http://bfafh.de/bibl/pdf/iii_01_11.pdf
(3) http://www.wbgu.de/wbgu_jg2003_ex04.pdf

Bioenergie-Potential Stamm- und Industrieholz:

Konventionell: aus (1)
Maximale Fläche:   10,7 Mio Hektar (Waldfläche)
Ertrag/Jahr:   9,4 Mio t atro/a
Energie/Jahr:   48,6 Mio MWh/a

SFV-Annahme:
Maximale Fläche:   10,7 Mio Hektar (Waldfläche)
Ertrag/Jahr:   0 t atro/a
Energie/Jahr:   0 MWh/a


b) Miscanthus:

Miscanthus (Chinaschilf) ist ein ausdauerndes Schilfgras. Als C4-Pflanze kann Miscanthus auf Grund eines Enzyms das Kohlendioxid effektiver binden als C3-Pflanzen. C4-Pflanzen sind vor allem an wärmere Regionen mit höherer Lichteinstrahlung angepasst.

Miscanthus wächst über 4 m hoch. Seine Halme sind standfest und werden im Durchmesser bis zu 2 cm dick. Miscanthus hat einen hohen Zellulose- und Lignin-Gehalt. Der Anbau erfordert keine Pestizid-Gaben, Unkräuter werden natürlich unterdrückt. Allerdings sind je nach Standort geringe Stickstoff-Gaben und bedarfsgerechte P- und K-Düngergaben notwendig. In den ausgewachsenen Beständen können Nützlinge wie z.B. Marienkäfer und Florfliegen überwintern. Auch Vögel und Kleinnager finden Rückzugsmöglichkeiten. Die Nutzungszeit beträgt 20 Jahre. Da bisher noch keine Krankheiten und Schädlinge bekannt sind, ist Miscanthus mit sich selbst verträglich. Der Anbau kann somit - anders als bei anderen Energiepflanzen - fruchtfolgeunabhängig erfolgen.

Die Vermehrung von Miscanthus erfolgt über Wurzeln, Halmstecklinge, über Mikrovermehrung (In-vitro-Vermehrung) oder über Samen. Gefahren der Auswilderung bestehen nach Meinung der Experten nicht. Interessant in diesem Zusammenhang ist, dass sich die derzeit in Europa hauptsächlich angebaute Miscanthus-Art "Miscanthus gigantues" nicht über Samen vermehrt.

Bodenansprüche: gute Wasserversorgung, keine Verdichtung, keine Staunässe, nicht über 700 N.N.
Heizwert: 18 t TM entspricht einem Heizwert von 80 MWh. (1)

Miscanthus hat neben der energetischen Nutzung (Verbrennen, Verflüssigen, Gasgewinnung) eine große stoffliche Verwertungsvielfalt:

  • Bauindustrie: im Leichtbeton-, Putz- und Lehmbau, Dämmstoff, Dacheindeckung, Windschutzmatten
  • Automobilindustrie: Lenkräder, LKW-Leichtbau, Ölbinder
  • Zellstoffindustrie: Verpackungsmaterial, Papier, Pappe
  • Gartenbau: Torfersatz, Blumentöpfe

Literatur:
(1) http://www.miscanthus.de
(2) http://www.fnr.de
(3) Fachagentur nachwachsende Rohstoffe


Bioenergie-Potential Miscanthus:

Konventionell:
Flächenertrag:   18 t TM/ha*a (1)
Energie/Fläche:   80 MWh/ha*a (1)

SFV-Annahme:

Maximale Anbaufläche:   100.000 ha/a (geschätzt)
Flächenertrag:   15 t TM/ha*a (3)
Energie/Fläche:   67 MWh/ha*a
Energie/Jahr:   6,7 Mio MWh/a


c) Schnellwachsende Hölzer (Kurzumtriebsplantagen)

Für den Anbau schnellwachsender Baumarten auf Kurzumtriebsplantagen sind unter unseren Klimabedingungen Pappeln, Weiden, Roterle, Aspe und Robinien geeignet. Sie verfügen über die für die Kurzumtriebswirtschaft wichtigen Eigenschaften wie Stockausschlagvermögen, starke Jugendwüchsigkeit und zumeist vegetative Vermehrbarkeit durch Stecklingsbewurzelung. Ein einmal etablierter Bestand an Hölzern wird alle 3-5 Jahre, jeweils nach Laubfall (Frost), bodennah abgeerntet.

Die Begleitvegetation der Plantagen zeigt häufig eine große Artenvielfalt. Rückzugsmöglichkeiten für Tiere werden geschaffen. Die Unkrautbekämpfungen - nur nach Anpflanzungen notwendig - kann mechanisch erfolgen. Gegen Wildbiss sind Vorsorgemaßnahmen zu treffen. In unserem Vorschlag wird auf synthetisch hergestellte Dünger verzichtet, da Laub, Rinde und Äste auf der Plantage verbleibe. Es sollte zusätzlich überlegt werden, die Asche aus dem Verbrennungsprozess wieder auf die Flächen zu verbringen, um dem Nährstoff-Kreislauf Rechnung zu tragen. Hierzu haben wir jedoch leider keine praxiserprobten Ergebnisse gefunden.

Standortanspruch: nährstoffreiche, gut durchlüftete Böden (z.B. Sand- bis milde Lehmböden) mit ausreichender Wasserversorgung, Bodentiefe von mindestens 70 cm.

Literatur
(1) Externe Expertise für das WBGU-Hauptgutachten 2003 „Welt im Wandel: Energiewende zur Nachhaltigkeit“von Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt, Dr. Dieter Merten, Nicolle Fröhlich, Moritz Nill: „Energiegewinnung aus Biomasse“, http://www.wbgu.de/wbgu_jg2003_ex04.pdf
(2) http://www.carmen-ev.de/dt/energie/bezugsquellen/kurzumtriebplant.html
(3) http://www.smul.sachsen.de/de/wu/Landwirtschaft/lfl/inhalt/6354_6369.htm
(4) http://www.lwf.bayern.de/forschungsprojekte/st1/2005-04-05-15-28.php

Bioenergie-Potential: Schnellwachsende Hölzer

Konventionell:
Flächenertrag:   10 t TM/ha*a (2)
Energie/Fläche:   50 MWh/ha*a

SFV-Annahme:
Maximale Anbaufläche:   50.000 ha/a (geschätzt)
Flächenertrag:   10 t TM/ha*a
Energie/Fläche:   50 MWh/ha*a
Energie/Jahr:   2,5 Mio MWh/a

1.1.1. SFV-Annahme zu Gesamtpotential: feste, flächenabhängige Bioenergien

  Fläche   Energie/Jahr
a) Stamm- und Industrieholz   10,7 Mio ha (Wald)   0 Mio MWh/a
b) Miscanthus   0,1 Mio ha (LNF)   6,7 Mio MWh/a
c) Schnellwachsende Hölzer:   0,05 Mio ha (LNF)   2,5 Mio MWh/a
Gesamt:   0,15 Mio ha (LNF)   9,2 Mio MWh/a


1.2. Flüssige Bioenergien

1.2.1 Pflanzenöl

Pflanzenöl ist biochemisch gespeicherte Sonnenenergie höchster Dichte. Es kann ohne chemische Umwandlung zum Antrieb von Fahrzeugen (umgerüstete Motorentechnik) und zur Wärme- und Stromerzeugung in KWK-Anlagen verwendet werden.
Ölfrüchte sind vorzügliche Vorfrüchte für den Getreideanbau: Die in aller Regel tiefreichende und im Boden verbleibende beträchtliche Wurzelmasse der Öl-Vorfrüchte wird von Bodenorganismen abgebaut und stellt eine Steigerung des Kohlenstoff- und Humushaushaltes des Bodens dar. Ferner wachsen die Wurzeln der Getreidepflanzen überwiegend in die verbleibenden Wurzelröhren der Vorfrüchte und können daher einen größeren Bodenraum erschließen. Die Folge sind signifikant erhöhte Getreide-Erträge ohne zusätzliche Düngung, eine Erfahrung, die weitverbreitet und inzwischen allgemein anerkannt ist.


a) Raps und Sonnenblumen

Wir haben unsere Auswahl auf die in Deutschland derzeit am häufigsten und ertragssichersten Fruchtarten Raps und Sonnenblumen beschränkt. Im Reinanbau könnten aber auch andere Ölfrüchte wie Leindotter (jedoch mehr Vorteile im Mischfruchtanbau), Öllein (kurze Haltbarkeit des Öls), Hanf und Mohn (bisher geringe Bedeutung durch Gehalt an Morphin) und viele andere mehr angebaut werden, die hier aber keine Beachtung finden. (2)

Raps gehört zur Familie der Kreuzblütengewächse, Sonnenblumen zur Familie der Korbblütler. Beide Fruchtarten können auf einem Feld zwar nur alle 3-4 Jahre angebaut werden, jedoch können sie in einer Fruchtfolge im Wechsel alle 2 Jahre eingeplant werden. Zur Vereinfachung gehen wir bei Sonnenblumen und Raps von gleichen Erträgen (3,4 t/ha*a) aus. Hieraus lassen sich 1479 l Öl/ha pressen mit einem Bruttoenergiepotential 51 GJ/ha (4). Der Energiegehalt je Liter Öl wird mit 34,49 MJ/l angegeben.

Raps und Sonnenblumen können im ökologischen Landbau ohne synthetische Dünger- und Pestizidgaben angebaut werden. In unseren Schätzungen gingen wir von einem Minderertrag von 20 % und einem fruchtfolgebedingten Anbau aller 4 Jahre aus (1183 l/ha*a).

Standortanspruch: tiefgründiger Boden, nährstoffreich, viel Wasserbedarf, keine Staunässe, gute Durchlüftung, pH-Wert Boden=6,5

Energiebilanz von Raps
Die Gewinnung von Rapsöl kann dezentral erfolgen. Die Energiedichte beträgt 9,2 kWh/l.
Das energetische Output-Input-Verhältnis nach Herstellung beträgt im konventionellen Anbau 6,7, im ökologischen Anbau sogar 14,2. Zur Erläuterung: Im ökologischen Landbau wird über 14 mal mehr Energie erzeugt, als während der Rapsöl-Produktion an Energie benötigt wird.

Literatur:
(1) Statistisches Bundeamt, Fachserie „Wachstum und Ernte - Feldfrüchte - Fachserie 3, Reihe 3.2.1.“, http://www.destatis.de
(2) Bundesverband Pflanzenöle, http://www.bv-pflanzenoele.de
(3) „Ölpflanzenanbau kontra Nahrungsmittelanbau?“ http://www.sfv.de/sob01130.htm
(4) „Biokraftstoffe - eine vergleichende Analyse“, FNR 2006, http://www.fnr-server.de/cms35/index.php?id=1208&idtitel=236&idkat=1800&pflanzen=0 &verarbeitung=0&gruppen=0&titelsuche
(5) [link: http://www.bv-pflanzenoele.de/pdf/energie_pflanzen_VI-O6.pdf, Die Stellung von Pflanzenöl
im Vergleich mit anderen biogenen Kraftstoffen] von Prof. Ernst Schrimpff.

Bioenergie-Potential: Sonnenblumen und Raps

Konventionell:
Ölertrag:   1479 l/ha*a (4)
Energie/Fläche:   14,16 MWh/ha*a

SFV-Annahme:
Maximale Anbaufläche Raps:   1 Mio ha/a (geschätzt)
Ölertrag:   1183 l/ha*a
Energie/Fläche:   11,11 MWh/ha*a
Energie/Jahr:   11,11 Mio MWh/a

Maximale Anbaufläche Sonnenblumen:   200.000 ha/a (geschätzt)
Ölertrag:   1183 l/ha*a
Energie/Fläche:   11,11 MWh/ha*a
Energie/Jahr:   2,22 Mio MWh/a


b) Leindotter-Mischfruchtanbau

Unter Mischfruchtanbau versteht man den Anbau verschiedener Feldfrüchte auf dem gleichen Feld in der gleichen Vegetationsperiode. Diese Mischsaaten können gegenüber Reinsaaten Vorteile aufweisen, wenn Blattpflanzen mit Halmfrüchten, Tiefwurzler mit Flachwurzlern, wenn Pflanzen mit verschiedenen Nährstoffbedürfnissen gemeinsam angebaut werden.

Wesentliche ökologische und ökonomische Vorteile von Mischfruchtanbau:

  • Der verfügbare Bodenraum und die Sonnenenergie wird mit höherer Effizienz genutzt.
  • Die Gesamterträge sind stabiler und höher, die Bodenfruchtbarkeit wird erhöht.
  • Der Einsatz von Herbizide kann reduziert oder gänzlich eingespart werden. Die Anwesenheit von Leindotter verhindert weitgehend das Aufkommen von Beikräutern.
  • Sensible Standorte (Sandböden, Höhenlagen etc) können besser genutzt werden.
  • Der Mischfruchtanbau hat positive Fruchtfolgewirkungen (Bodenlockerung durch Tiefwurzler, Luftstickstoffbindung durch Leguminosen als Mischungspartner)
  • Es werden Rückzugsmöglichkeiten für Insekten und Kleinnager geschaffen.
  • Blüten bestäubende Insekten (Bienenweide) werden gefördert.
  • Biotische und abiotische Stressfaktoren werden abgepuffert (z.B. Abmilderung aggressiver UV-Strahlung durch leichte Beschattung, Verminderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Pilzsporen und anderen Schaderregern)

Leindotter - ein Lieferant von hochwertigem Pflanzenöl - kann bisher im Mischfruchtanbau mit Sommergerste, Sommerweizen, Sommerroggen, Hafer, Erbse, Soja etc. angebaut werden. Die Hauptfrüchte werden jeweils zusammen mit Leindotter gesät, gleichzeitig geerntet, gedroschen und die Samen per Siebsätze problemlos getrennt. Eine besondere Eigenschaft von Leindotter besteht zudem darin, dass die Pflanze sehr anspruchslos und daher auf nährstoffarmen Sandböden (nährstoffarm) angebaut werden kann. Dort ist sie den anderer vergleichbaren Ölpflanzen deutlich ertragsüberlegen.

In der Abschätzung des SFV für ein Energiepotential im Leindotter-Mischfruchtanbau wird pro Jahr ein Viertel der nicht für Energiepflanzen-Produktion genutzten Ackerfläche berücksichtigt. Leindotter kann aus Fruchtfolgegründen nur alle 4 Jahre angebaut werden. Es wird von einem durchschnittlichen Ertrag von 4 dt/ha*a (und somit 125 l Öl/ha*a) ausgegangen (1) . In der Literatur werden höhere Erträge bei einem Legumosen-Leindottergemisch und geringere Erträge bei einem Sommergerste-Leindotter-Gemisch genannt. Es wird mit einem durchschnittlichen Energiegehalt von Pflanzenöl von 9,2 kWh/l gerechnet.

Energiebilanz Leindotteröl
Leindotteröl kann wie alle Pflanzenöle dezentral erzeugt werden. Das energetische Output-Input-Verhältnis nach Herstellung von Leindotteröl im Mischfruchtanbau beträgt 31,8. Mit dieser besonders guten Energiebilanz steht Leindotteröl im Vergleich zu anderen flüssigen Treibstoffen an erster Stelle.

Literatur:
(1) Bundesverband Pflanzenöle e.V., "Mischfruchtanbau"
http://www.bv-pflanzenoele.de/pdf/Mischfruchtanbau.pdf
(2) http://www.mischfruchtanbau.de
(3) [link: http://www.bv-pflanzenoele.de/pdf/energie_pflanzen_VI-O6.pdf, Die Stellung von Pflanzenöl
im Vergleich mit anderen biogenen Kraftstoffen] von Prof. Ernst Schrimpff.

Bioenergie-Potential: Leindotter-Mischfruchtanbau

Konventionell:
Ölertrag:   125 l/ha*a (1)
Energie/Fläche:   1,15 MWh/ha*a

SFV-Annahme:
Maximale Anbaufläche:   2,5 Mio ha/a
Ölertrag:   125 l/ha*a
Energie/Fläche:   1,15 MWh/ha*a
Energie/Jahr:   2,88 Mio MWh/a


1.2.2. Biodiesel

Die Herstellung von Biodiesel erfordert fünf energie- und kostenaufwändige industrielle Zwischenschritte. Dabei wird Pflanzenöl unter Zugabe von Kalilauge und 11 % Methanol (z.Z. aus Erdgas) bei 60 °C und Normaldruck verestert. Zusätzlich entsteht Glyzerin. Gegenüber dem ungiftigen Pflanzenöl ist Biodiesel als schwach wassergefährdend eingestuft (Wassergefährdungsklasse 1). Auf Grund der Zugabe von Methanol im Herstellungsprozess ergibt sich ein höherer Energieertrag/ha als bei Pflanzenölen.

In der Energiedichte unterscheiden sich Pflanzenöle und Biodiesel (9,2 bzw. 8,9 kWh/l) nur wenig. Ein wesentlicher Vorteil von Biodiesel ist, dass dieser Treibstoff ohne Umrüstung des Dieselmotors genutzt werden kann.

Die Verwendung von reinem Pflanzenöl kann auf dezentralen Lösungen aufbauen, da der Rohstoff nicht umgewandelt werden muss und direkt vermarktet werden kann. Biodiesel hingegen wird in zentral gelegenen Fabriken hergestellt. Somit müssen häufig lange Transportwege in Kauf genommen werden. Der dezentrale Vorteil entfällt - wie z.B. geringe Transportenergien, Verbleib der vollen Wertschöpfung in der Region, Schaffung von mehr Arbeitsplätzen (dezentrale Ölmühlen, Umrüstwerkstätten, Tankstellen). Auf der anderen Seite nutzen bereits viele Verbraucher Biodiesel zum Fahrzeugantrieb. Durch die EU-Beimischungspflichten bei Biokraftstoffen liefern klare Vorgaben. Aus diesen Gründen haben wir in unserem SFV-Vorschlag - trotz suboptimaler Energiebilanzen - eine gewisse Menge an Biodiesel angenommen.

Wird von einem Korn-Ertrag von 3,4 t/ha ausgegangen, ergibt sich ein Biodiesel-Ertrag (nach FNR) von 1547 l Biodiesel je Hektar. Der Energiegehalt pro Liter beträgt 33,1 MJ (ca. 9,16 kWh) (2).

Energiebilanz Biodiesel
Biodiesel kann sowohl dezentral in kleinen Anlagen als auch zentral in 10-500 MW[[small:th]]-Anlagen erzeugt werden. Das energetische Output-Input-Verhältnis nach Herstellung von Biodiesel im konventionellen Anbau beträgt 3,1. Damit wird nur das Dreifache an Energie mehr erzeugt als bei der Herstellung eingesetzt wird.

Literatur:
(1) Bundesverband Pflanzenöle e.V., http://www.bv-pflanzenoele.de
(2) „Biokraftstoffe - eine vergleichende Analyse“, http://www.fnr-server.de/cms35/index.php?id=1208&idtitel =236&idkat=1800&pflanzen=0&verarbeitung=0&gruppen=0&titelsuche
(2) [link: http://www.bv-pflanzenoele.de/pdf/energie_pflanzen_VI-O6.pdf, Die Stellung von Pflanzenöl
im Vergleich mit anderen biogenen Kraftstoffen] von Prof. Ernst Schrimpff.

Bioenergie-Potential: Biodiesel

Konventionell:
Biodiesel-Ertrag:   1547 l/ha*a (2)
Energie/Fläche:   14,17 MWh/ha*a

SFV-Annahme:

Maximale Anbaufläche:   100 000 ha/a
Biodiesel-Ertrag:  1240 l/ha*a
Energie/Fläche:   11,4 MWh/ha*a
Energie/Jahr:   1,14 Mio MWh/a


1.2.3. Bioethanol

Ethanol kann aus einer Vielzahl biogener Rohstoffe hergestellt werden. Als Ausgangsstoff für eine Produktion von Bioethanol dient der in den Pflanzen erhaltene Zucker, der mittels Hefen und Enzymen zu Ethanol vergoren wird. Bei stärke- und zellulosehaltigen Pflanzen wird zunächst die Stärke bzw. die Zellulose in Zucker umgewandelt.

Praxisrelevant gelten in Deutschland derzeit vor allem Getreide und Zuckerrüben. Die Herstellung von Ethanol aus Lignocellulose-haltigen Rohstoffen wie z.B. Holz oder Stroh ist noch nicht praxisrelevant. Hier gilt es vor allem die Verfahrenskosten zu senken. Entsprechende Anstrengungen, insbesondere zur kostengünstigen Bereitstellung von benötigten Enzymen, zeigen sich zunehmend Erfolg versprechend, so dass mittelfristig mit einer breiten Markteinführung zu rechnen ist.

Der derzeitige Vorteile von Bioethanol ist die Tatsache, dass dieser Kraftstoff bis zu einem geringem Prozentsatz (derzeit 5 Vol.% erlaubt) auch ohne Umrüstung dem normalem Otto-Kraftstoff (Benzin) zugemischt werden kann. Neue Motorentechniken können aber auch höhere Bioethanol-Anteile im Kraftstoff erbringen (z.B. E85). Bioethanol ist als schwach wassergefährdend eingestuft (Wassergefährdungsklasse 1).

Energiebilanz Bioethanol
Bioethanol erfordert einen aufwändigen Herstellungsprozess. Es wird deshalb hauptsächlich in landwirtschaftlichen Großbetrieben oder Großanlagen hergestellt. Die Energiedichte beträgt 6,2 kWh/l. Das energetische Output-Input-Verhältnis kann mit 1,3 bis 2,5 beschrieben werden.

Literatur:
[link: http://www.bv-pflanzenoele.de/pdf/energie_pflanzen_VI-O6.pdf, Die Stellung von Pflanzenöl
im Vergleich mit anderen biogenen Kraftstoffen] von Prof. Ernst Schrimpff.
Neue Wege der Bioethanolgewinnung, Kleine Anlagen – große Effizienz, T. Senn, Universität Hohenheim, Institut für Lebensmitteltechnologie, FG Gärungstechnologie mit Forschungs- und Lehrbrennerei



a) stärkehaltige Ausgangsstoffe

Zu den Fruchtarten, deren Stärkegehalt für die Ethanolerzeugung technisch nutzbar gemacht werden kann und die in Deutschland anbaubar sind, zählen die verschiedenen Getreidearten, Kartoffeln, Topinambur und Zichorien.

Getreide:

In Deutschland nimmt Getreide mit einer Anbaufläche von rund sieben Mio. ha derzeit bereits einen Anteil von rund drei Fünftel an der gesamten Ackerfläche ein. Weizen, Gerste aber auch Roggen stellen dabei die wichtigsten Arten dar. Der Getreideanbau zur Ethanolerzeugung zielt auf einen möglichst hohen Stärkegehalt ab. Dieser kann durch einen hohen Kornertrag sowie durch einen hohen Stärkegehalt im Korn erreicht werden. Wichtig dafür ist eine gute Kornausbildung, da der Eiweißgehalt des Getreidekorns im Laufe der Kornfüllungsphase ständig abnimmt und Stärke eingelagert wird. Die geforderten hohen Stärkegehalte bei guter Kornausbildung werden besonders von Winterweizen, Wintergerste und Triticale erfüllt.

Innerhalb der EU ist Weizen z.Z. der gebräuchlichste Rohstoff für die Ethanolproduktion. Aus 1 t Weizen kann man 0,33 t (1) Ethanol erzeugen. Der Heizwert von 1 t Ethanol beträgt 7,411 MWh (3).

Bei dem konventionellen Wert gehen wir von einem durchschnittlichen Weizenertrag von 60 dt/ha (198 dt Ethanol-Ertrag) aus. In unserer SFV-Annahme haben wir in Hinblick auf die geringeren Erträgen im ökologischen Landbau nur einen Ertragswert von 45 dt/ha (148,5 t Ethanol) angenommen. Da Getreide eine besondere Bedeutung in der Ernährung zukommt, haben wir auf Grund ethisches Bedenken nur eine geringe Anbaufläche angesetzt.

Literatur:
(1) http://www.uni-hohenheim.de/i410b/download/gewisola/posters/putensen.pdf
(2) „Bioethanol in Deutschland“ FNR-Schriftenreihe (http://www.fnr.de/pdf/literatur/pdf_25ethanol2003.pdf)
(3) Landwirtschaftliche Biokraftstoffe e.V., www.lab-biokraftstoffe.de/formelsammlung.de

Bioenergie-Potential: Bioethanol - Getreide (Weizen)

Konventionell:
Ethanolertrag:   19,8 dt/ha*a (2)
Energie/Fläche:   14,67 MWh/ha*a

SFV-Annahme:

Maximale Anbaufläche:   100.000 ha/a (geschätzt)
Ethanolertrag:   14,85 dt/ha*a
Energie/Fläche:   11,01 MWh/ha*a
Energie/Jahr:   1,101 Mio MWh/a


Kartoffeln:

Kartoffeln sind für die Ethanolerzeugung ein problematischer Rohstoff. Nachteilig sind vor allem die hohen Rohstoff-, Lager- und Verarbeitungskosten sowie der hohe Abwasseranfall. Trotzdem besitzt die Ethanolerzeugung aus Kartoffeln in Deutschland eine lange Tradition (Herstellung von Branntwein). Der Kartoffelanbau wird in Deutschland derzeit auf einer Fläche von ca. 300.000 ha betrieben. Die Bodenansprüche der Kartoffel sind relativ gering. Schwere Böden mit geringer Ackerkrume sind ungeeignet. Um die Ausbreitung von Krankheiten und Schädlingen zu unterbinden, wird empfohlen, ein Feld nur alle 3-4 Jahre mit Kartoffeln zu bestellen.

Im konventionellen Anbau gehen wir von einem Ertrag von 45 t/ha Kartoffeln aus. Im Ökolandbau setzen wir 32 t/ha an. Aus einer Tonne Kartoffeln kann man etwa 0,079 t Ethanol erzeugen (3). 1 Tonne Ethanol hat eine Energiedichte von 7,411 MWh (4).

Literatur:
(1) „Bioethanol in Deutschland“ FNR-Schriftenreihe (http://www.fnr.de/pdf/literatur/pdf_25ethanol2003.pdf)
(2) Statistisches Bundesamt, http://www.destatis.de
(3) http://www.uni-hohenheim.de/i410b/download/gewisola/posters/putensen.pdf
(4) Landwirtschaftliche Biokraftstoffe e.V., http://www.lab-biokraftstoffe.de/formelsammlung.de

Bioenergie-Potential: Bioethanol - Kartoffel

Konventionell:
Ethanolertrag:  3,56 t/ha*a (2)
Energie/Fläche:   26,4 MWh/ha*a

SFV-Annahme:
Maximale Anbaufläche:   100.000 ha/a (geschätzt)
Ethanolertrag:   2,52 t/ha*a
Energie/Fläche:   18,7 MWh/ha*a
Energie/Jahr:   1,87 Mio MWh/a


Mais:

Bislang spielt die Ethanolherstellung auf Maisbasis in Deutschland keine Rolle. Allerdings werden in den USA und im europäischen Ausland Ethanolanlagen auf Maisbasis betrieben bzw. sind in Planung oder Bau. Zahlenwerte zu Ethanolausbeuten sind in der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) [2] zu finden. Der Heizwert pro Liter Bioethanol beträgt 21,06 MJ (3).

Als Rohstoff für die Ethanolerzeugung kommen grundsätzlich entweder Körnermais oder Corn-Cob-Mix in Betracht. Mais muss hierzu einen Körner-Wassergehalt von max. 15 % (bezogen auf Frischmasse), ein Stärkegehalt von mindestens 62 bis 65 % und möglichst geringe Rohproteingehalte von 9 bis 10,5 % aufweisen. Problematisch ist der hohe Energieaufwand bei der Trocknung von Körnermais, da unter mitteleuropäischen Klimabedingungen die Ernte erst im Oktober oder November erfolgen kann. Dieser Nachteil entfällt bei der Verwendung von Corn-Cob-Mix, da die geschroteten und silierten Maiskolben unmittelbar und ohne aufwändige Trocknung in die Maische gegeben werden können.
Da in Deutschland noch keine Praxierfahrungen mit der Ethanol-Produktion auf Maisbasis existieren, haben wir unseren SFV-Vorschlag auf „Null“ gesetzt.

Literatur:
(1) „Bioethanol in Deutschland“ FNR-Schriftenreihe (http://www.fnr.de/pdf/literatur/pdf_25ethanol2003.pdf)
(2) „Basisdaten Biokraftstoffe“, August 2005, (http://www.fnr-server.de/ftp/pdf/literatur/pdf_174bd_biokraftstoffe %20august%202005.pdf)
(3) Landwirtschaftliche Biokraftstoffe e.V.http:// www.lab-biokraftstoffe.de/formelsammlung.de

Bioenergie-Potential: Bioethanol-Mais

Konventionell:
Ethanolertrag:   3520 l/ha*a (2)
Energie/Fläche:   20,6 MWh/ha*a

SFV-Annahme:
Max. Anbaufläche:   0 ha/a
Ethanolertrag:   0 l/ha*a
Energie/Fläche:   0 MWh/ha*a
Energie/Jahr:   0 Mio MWh/a



b) zuckerhaltige Ausgangsstoffe

Zuckerrübe

Bei der Umwandlung von Sonnenenergie in Biomasse erbringt die Zuckerrübe flächenbezogen die höchste Energiespeicherung aller Nutzpflanzen, die in den gemäßigten Zonen angebaut werden. Dies ist auf ihre Fähigkeit zur intensiven Photosynthese auch bei relativ niedrigen Temperaturen zurückzuführen. Zuckerrüben können direkt, in Form von Dick- oder Dünnsaft und über Melasse zu Ethanol verarbeitet werden. Zuckerrüben haben jedoch deutliche Nachteile im Hinblick auf Lager- und Logistikkosten.
Der Anbau von Zuckerrüben ist regional begrenzt, da sie relativ hohe Anforderungen an die Böden stellen. Zuckerrüben werden alle 4 Jahre angebaut. Bislang werden jedoch nur rund 25 % der für den Zuckerrübenanbau verwendbaren Fläche genutzt, so dass auch ein Ausbau für eine Bioethanolerzeugung denkbar wäre. (1) (2)

Die konventionelle Annahme basiert auf Flächenerträgen von durchschnittlich 60 t, im Ökolandbau sind nach unseren Schätzungen Erträge von 40 t/ha denkbar. Aus einer Tonne Zuckerrüben kann man ca. 0,09 t Ethanol erzeugen (3). 1 Tonne Ethanol hat einen Heizwert von 7,411 MWh.

Literatur:
(1) „Bioethanol als Kraftstoff – Stand und Perspektiven“ von Norbert Schmitz, Meó Consulting Team, http://www.itas.fzk.de/tatup/061/schm06a.htm
(2) „Bioethanol in Deutschland“ FNR-Schriftenreihe (http://www.fnr.de/pdf/literatur/pdf_25ethanol2003.pdf)
(3) Landwirtschaftliche Biokraftstoffe e.V., www.lab-biokraftstoffe.de/formelsammlung.de

Bioenergie-Potential: Bioethanol - Zuckerrübe

Konventionell:
Ethanolertrag:   5,4 t/ha*a (2)
Energie/Fläche:   40,02 MWh/ha*a

SFV-Annahme:
Maximale Anbaufläche:   100.000 ha/a (geschätzt)
Ethanolertrag:   3,6 t/ha*a
Energie/Fläche:   26,68 MWh/ha*a
Energie/Jahr:   2,7 Mio MWh/a



c) ligno-zellulosehaltige Ausgangsstoffe

Zu den für die Energiegewinnung favorisierten lignozellulosehaltigen Pflanzen zählen schnellwachsende Baumarten (z.B. Pappel, Weide), Miscanthus und Futtergräser. Die Herstellung von Ethanol aus lignozellulosehaltigen Rohstoffen ist weltweit von steigendem Interesse. Bislang bestehen allerdings erhebliche technische Schwierigkeiten, Ethanol auf dem Wege der Fermentation aus zellulosehaltigen Rohstoffen zu gewinnen. Hierzu sind bei der Fachagentur Nachwachsender Rohstoffe (FNR) Zahlen veröffentlicht wurden (1).

Im SFV-Vorschlag haben wir den Energieertrag auf Grund der technischen Schwierigkeiten zunächst noch auf Null gesetzt.

Literatur:
(1) „Biokraftstoffe - eine vergleichende Analyse", http://www.fnr-server.de/cms35/index.php?id=1208&idtitel =236&idkat=1800&pflanzen=0&verarbeitung=0&gruppen=0&titelsuche

Bioenergie-Potential: Bioethanol - Holz

Konventionell:
Ethanolertrag:   985 l/ha*a (1)
Energie/Fläche:   5,83 MWh/ha*a

SFV-Annahme:
Maximale Anbaufläche:   0 ha/a (geschätzt)
Ethanolertrag:   0 l/ha*a
Energie/Fläche:   0 MWh/ha*a
Energie/Jahr:   0 Mio MWh/a


1.2.3. BtL

BtL-Kraftstoff (Biomass to Liquid, deutsch: Biomasse zu Flüssigkeit) bezeichnet Kraftstoffe, die aus Biomasse synthetisiert werden. Beim sog. Choren-Verfahren wird Biomasse zunächst vergast und danach durch die Fischer-Tropsch-Synthese verflüssigt. Das Endprodukt ist ein hochreiner Kraftstoff – je nach Syntheseart entsteht entweder mehr Diesel, mehr Benzin oder mehr Kerosin.

Geeignete Biomassen für die Produktion von BtL-Kraftstoffen sind im wesentlichen Hölzer (wie z.B. Waldenergieholz, Industrierestholz, Altholz), Reststroh, bestimmte Arten tierischer Biomasse sowie Energiepflanzen. Als Energiepflanzen eignen sich vor allem schnell wachsende Bäume (Kurzumtriebsplantagen), Getreideganzpflanzen (v.a. Triticale) und Miscanthus. Unkräuter können problemlos bei der Btl-Herstellung mitgenutzt werden.

Wesentlicher Nachteil von BtL-Kraftstoffen ist der aufwändige Herstellungsprozess. Für eine Energiebilanz von BtL-Kraftstoffen muss neben dem notwendigen Energieeinsatz zur Bereitstellung des Ausgangsmaterials (Ernte-, Transport- und Schredder-Energieeinsatz) auch der Energieeinsatz bei der eigentlichen Umwandlung (Heizung und Druckerzeugung) berücksichtigt werden.
Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist, dass nur Großanlagen rentabel laufen können. Um eine solche Anlage dauerhaft zu beschicken, müssten große Mengen an Biomasse über lange Strecken transportiert werden.
Werden BtL-Kraftstoffe nach dem Carbo-V-Verfahren der Firma Choren aus Biomasse hergestellt, so verbleibt ein Teil der mineralischen Bestandteile der Pflanze letztlich im Schlackengranulat, wo sie wasserunlösbar gebunden werden. Sie fehlen dann im Nährstoffkreislauf.

In (3) geht man von einem Biomasseertrag von 15 t atro/ha und einem Brutto-Energieertrag von 135 GJ/ha aus. Im SFV-Vorschlag gehen wir von geringeren Biomasse-Erträgen von 12 t/ha und entsprechend geringeren Brutto-Energie-Ertrag von 108 GJ/ha aus.

Energiebilanz BtL
BtL kann nur unter einem großen Aufwand in Großraffinerien erzeugt werden (größer 1000 MW[[small:th]]. Die Energiedichte beträgt 8,9 kWh/l. Als Output-Input-Verältnis kann der Wert 0,1 bis 0,2 angenommen werden (Schätzungen von Prof. Schrimpff). Es wird demnach nur eine sehr geringe Menge mehr Energie erzeugt, als was im Produktionsprozess benötigt wird.

Literatur:
(1) „Biomass to Liquid – BtL Realisierungsstudie“ http://www.dena.de/fileadmin/user_upload/Download/Dokumente/Publikationen/mobilitaet/BtL_ Realisierungsstudie.pdf
(2) „Daten und Fakten zu Btl-Kraftstoffen“ http://www.fnr-server.de/cms35/fileadmin/fnr/images/aktuelles/medien/BTL/BtL_Daten_Fakten.pdf
(3) „Biokraftstoffe - eine vergleichende Analyse", http://www.energiepflanzen.info/pdf/literatur/pdf_236biokraftstoffvergleich2006.pdf
(4) [link: http://www.bv-pflanzenoele.de/pdf/energie_pflanzen_VI-O6.pdf, Die Stellung von Pflanzenöl
im Vergleich mit anderen biogenen Kraftstoffen] von Prof. Ernst Schrimpff.


Bioenergie-Potential: BtL

Konventionell:
Biomasseertrag:   15 t/ha*a (2)
Energie/Fläche:   37,5 MWh/ha*a

SFV-Annahme:
Maximale Anbaufläche:   0 ha/a (geschätzt)
Biomasseertrag:   0 t/ha*a
Energie/Fläche:   0 MWh/ha*a
Energie/Jahr:   0 MWh/a

1.2.4. SFV-Annahme zu Gesamtpotential: flüssige, flächenabhängige Bioenergien

  Fläche   Energie/Jahr
a) Pflanzenöl   1,2 Mio ha     13,33 Mio MWh
Mischfrucht, keine Flächenkonkurrenz   (2,5 Mio ha)   2,88 Mio MWh
b) Biodiesel   0,1 Mio ha   1,14 Mio MWh
c) Bioethanol   0,3 Mio ha   5,67 Mio MWh
d) Btl   0 Mio ha   0 Mio MWh
Gesamt   1,6 Mio ha   23,02 Mio MWh


1.3. gasförmige Bioenergien (Biogas)

Biogas (Methan) entsteht dort, wo feuchtes organisches Material unter Abschluss von Sauerstoff anfällt. Der Prozess der Biogasbildung ist ein komplexes Zusammenspiel unterschiedlicher Mikroorganismen (Bakterien), die das organische Material von zunächst komplexen Strukturen zu Biogas abbauen. Je nachdem, ob Biogas als Treibstoff oder als Brennstoff in BHKW eingesetzt, oder in ein Erdgasnetz eingespeist wird, erfolgt eine weitere Aufbereitung.

Ökologische Vorteile der Biogasproduktion:

  • Die Produktion von Biogas fördert dezentrale Strukturen, da das Gärgut nicht über lange Strecken transportiert werden kann.
  • Rückstände aus dem Vergärungsprozess können als wertvoller Dünger wieder in den Nährstoffkreislauf der Pflanzenproduktion eingebracht werden.

Bei der Optimierung der Biogasproduktion spielen pflanzenbauliche Aspekte wie Standorteigenschaften, Sortenwahl, Fruchtfolgen und Anbaustrategien, nutzbare Vegetationsdauer und Erntezeitpunkt sowie der Düngebedarf eine wichtige Rolle. In Biogasanlagen können vielzählige Gemische verschiedene Ausgangsstoffe pflanzlichen und tierischen Ursprungs vergoren werden. Je nach Region wird der Einsatz von Gras, Ganzpflanzensilage, Getreide, Rüben oder Maissilage bevorzugt. In den folgenden Betrachtungen haben wir uns auf einige wesentliche flächenabhängige, pflanzliche Ausgangsstoffe beschränkt. In jüngster Zeit wird auch mit der Nutzung von Sonnenblumen und Hirsearten experimentiert. Auch Anbausysteme, bei denen Zwischenfrüchte integriert sind, gewinnen zunehmend an Bedeutung. Flächenunabhängige Biogas-Grundstoffe aus Rest- und Abfallstoffen (z.B. Gülle, Rübenblatt, Stroh etc) finden Sie im Abschnitt Reststoffe. Der Heizwert von Biogas beträgt etwa 6 kWh/m³.


a) Mais (Ganzpflanzennutzung)

Die Erfahrungen der letzten Jahren haben gezeigt, dass Mais sehr gut für die Biogasproduktion geeignet ist. Mais erbringt sehr hohe Biomasseerträge (konventioneller Anbau: ca. 45 t Frischmasse/ha*a) und Biogaserträge (konventioneller Anbau: 9000 m³/ha*a) (4). Mais bietet beste Eigenschaften als Ferment in Biogasanlagen, weist eine gute Lagerfähigkeit und Haltbarkeit auf und kann unproblematisch in die Biogasanlage verschickt werden. Besonders vorteilhaft sind spätreife, lang wachsende Maissorten, die viel Trockenmasse bilden, im Frühjahr und Herbst möglichst kältetolerant und anbausicher sind. Oft werden Silomais-Sorten genutzt. Mais gilt als selbstverträgliche Kultur, die nur geringe Ansprüche an die Fruchtfolge stellt. In Fruchtfolgen mit z.B. Getreide oder Raps kann Mais ein wertvolles Fruchtfolgeglied sein, da sein Anbau zur Minderung von Fruchtwechselkrankheiten und zur Reduzierung des Unkrautbesatzes beiträgt. Mischt man Ganzpflanzen-Maissilage z.B. Sonnenblumen zu, kann man ein wesentlich energiereicheres Biogas mit einem Methangehalt um 60% erreichen. Vor dem Hintergrund einer ausgeglichenen und nachhaltigen Fruchtfolge findet derzeit eine intensive Suche nach alternativen Pflanzen für Biogasanlagen statt. Darunter auch erste produktionstechnische Versuche zur Optimierung des Mischanbaues von Mais und Sonnenblume. Mais bietet sich in der Praxis als Co-Ferment zur Gülle an. Ebenso kann Ganzpflanzen-Getreide (z.B. Roggen oder Gerste), Gräser, Zuckerrübe und verschiedene Reststoffe aus landwirtschaftlicher Produktion zugeführt werden.

In unserern Berechnungen gehen wir von einem theoretischen Potential einer vollständig mit Mais beschickten Biogasanlage aus. Im SFV-Vorschlag nutzen wir Biomasseerträge von 35 t FM/ha*a und einem Biogasertrag von 7000 m³/ha*a (ökologischer Anbau). Der Heizwert von 1 m³ Biogas beträgt etwa 6 kWh. (4).

Literatur:
(1) http://www.saaten-union.de/index.cfm/nav/410/article/2761.html
(2) http://www.uni-protokolle.de/nachrichten/id/25981/
(3) http://infofarm.de/dsd/virtual_expo/pavillon_160/sources_pavillon_160/praxis/mais.htm
(4) Basisdaten Biogas Deutschland, März 2005, FNR, http://www.fnr.de/pdf/literatur/pdf_185bd_biogas_03_ 2005.pdf

Bioenergie-Potential: Biogas - Mais (GPS)

Konventionell:
Biogasertrag:   9000 m³/ha*a (2)
Energie/Fläche:   54 MWh/ha*a

SFV-Annahme:
Maximale Anbaufläche:   450.000 ha/a (geschätzt)
Biogas-Ertrag:   7000 m³/ha*a
Energie/Fläche:   42 MWh/ha*a
Energie/Jahr:   18,9 Mio MWh/a


b) Getreide (Ganzpflanzennutzung)

Neben Mais hat sich die Getreide-Ganzpflanzensilage als interessanter Rohstoff für die Biogasproduktion etabliert. Mischfermentationen mit Mais, Gülle, Rübenblatt und anderen Substraten ist möglich. Roggen hat gegenüber den anderen Getreidearten eine Reihe von Vorzügen. Er ist anspruchslos, winterhart, trockentolerant und wächst auch auf mageren Böden. Zusätzlich bildet Roggen viel Biomasse. Für Energieroggen sind schnellwüchsige und standfeste Sorten von Vorteil. Grünroggen eignet sich hervorragend als Winterzwischenfrucht. Er ist im Frühjahr sehr schnellwüchsig. Fruchtfolgen mit Grünroggen und Mais können z.B. in feuchtwarmen Lagen das Standortpotenzial besser ausnutzen als Mais allein. Je nach Standorten und Fruchtfolgen werden ebenso Gerste und Weizen als Grundstoff der Biogaserzeugung genutzt. Getreide-Ganzpflanzensilage räumt schon sehr früh bis zur Teigreife das Feld, so dass noch ausreichend Vegetationszeit für hochproduktive Zweitfrüchte wie Sonnenblumen, Grünmais oder auch Untersaaten bleibt. Jedoch muss kritisch hinterfragt werden, dass bei Zweitfrüchten - bedingt durch die fehlende Blüte - die Artenvielfalt zurückgehen kann; die Bienenweide fehlt.

Zur Vereinfachung berechnen wir das theoretische Potential einer mit 100% Getreide-GPS-Biogasanlage. Mit Roggen-GPS können Erträge von 15 t/ha erzielt werden. Der Biogasertrag liegt bei 3.300 m³/ha (3). In unserem Vorschlag gehen wir von 12 t/ha und einem Biogasertrag 2640 m³/ha aus. Der Heizwert von Biogas beträgt 6 kWh/m³.

Literatur:
(1) http://www.saaten-union.de
(2) http://www.erneuerbareenergien.saarland.de/medien/ inhalt/basisdaten_biogas_FNR.pdf
(3) Basisdaten Biogas Deutschland, März 2005, FNR, http://www.fnr.de/pdf/literatur/pdf_185bd_biogas_03_ 2005.pdf

Bioenergie-Potential: Biogas - Getreide (GPS)

Konventionell:
Biogas-Ertrag:   3.300 m³/ha*a (3)
Energie/Fläche:   19,8 MWh/ha*a

SFV-Annahme:
Maximale Anbaufläche:   50.000 ha/a (geschätzt)
Biogas-Ertrag:   2640 m³l/ha*a
Energie/Fläche:   15,84 MWh/ha*a
Energie/Jahr:   0,79 Mio MWh/a


c) Gräser als Hauptfrucht
Gräsern eignen sich ebenso als Substrat in Biogasanlagen. Sowohl im Haupt-, Zwischen- als auch im Zweitfruchtanbau können Gräser in die Substratproduktion integriert werden. Bei einer Aussaat von Anfang bis Mitte September in ein gut abgesetztes Saatbeet lassen sich z.B. leistungsfähige Welsche Weidelgrasbestände oder Sudangrasbestände aufbauen, die dann im Frühjahr, etwa als Vorfrucht vor Silomais noch einen wertvollen, ertragreichen Schnitt ermöglichen oder als Hauptfrucht das ganze Jahr verwertbare Biogas-Grundstoffe liefern. Als Hauptfruchtanbau können auf Standorte angepasste Arten und Mischungen verwandt werden. Der Anbau von Gräsern ist auch auf Grenzlagen oder Restflächen von Milchviehbetrieben interessant.

Zur Vereinfachung berechnen wir das theoretische Potential einer mit 100% Graspflanzen-Anlage im Hauptfruchtanbau. Mit Gras können Erträge von 30 t/ha erzielt werden. Der Biogasertrag liegt bei 6.000 m³/ha (1). In unserem Vorschlag gehen wir von 24 t/ha und einem Biogasertrag 4.800 m³/ha aus. Der Heizwert von Biogas beträgt 6 kWh/m³.

Literatur:
(1) Basisdaten Biogas Deutschland, März 2005, FNR, http://www.fnr.de/pdf/literatur/pdf_185bd_biogas_03_ 2005.pdf

Bioenergie-Potential: Biogas - Gras

Konventionell:
Biogas-Ertrag:   6.600 m³/ha*a (1)
Energie/Fläche:   36 MWh/ha*a

SFV-Annahme:

Maximale Anbaufläche:   100.000 ha/a (geschätzt)
Biogas-Ertrag:   4.800 m³l/ha*a
Energie/Fläche:   28,8 MWh/ha*a
Energie/Jahr:   2,88 Mio MWh/a


d) Gräser als Zweit- und Zwischenfrucht

Gräser können auch als Zwischenfrucht (Anbau zwischen zwei Hauptfrüchten angebaute Fruchtart) oder Zweitfrucht angebaut werden oder vom Grünland geerntet werden. Diese Nutzung tritt nicht in Flächenkonkurrenz zum Energiepflanzenbau.

Vorteile: ganzjährige Bodenbedeckung, reduzierte Bodenbearbeitung wirksamer Erosionschutz, höherer Besatz von Wildpflanzen kann geduldet und genutzt werden, kein Einsatz von Pestiziden, optimale Biogasausbeute bei einer Kombination mit entsprechenden Energiepflanzen

Nachteil: es muss genügend Wasser für zwei Kulturen und Jahr im Boden
enthalten sein.

Bei einer ökologischen Wirtschaftsweise ist eine Entnahme der Zwischenfrüchte und Zweitfrüchte von den Flächen kritisch zu betrachten. Sie dienen der Mehrung der Bodenfruchtbarkeit und sollten aus diesem Grund auf den Ackerflächen verbleiben. Deshalb werden sie im SFV-Vorschlag nicht berücksichtigt.

In der Literatur (1) werden z.B. beim Anbau von Winterzwischenfrüchten (Grünroggen/ Welsches Weidelgras) vor Mais als Energiepflanze Erträge von 5-7 t/ha TS mit einem Methangehalt von 1250 bis 1750 m³ Methan genannt. Geht man von 1250 m³ (Heizwert Erdgas 9,7 - 12,5/m³ (3)) aus, mit einem durchschnittlichem Heizwert von 10 kWh/m³, ergibt sich ein Energiepotential von 12500 kWh/ha.
Theoretisch könnte die gesamte Ackerfläche für den Zwischenfruchtanbau genutzt werden. Dies u.a. abhängig von den Fruchtfolgen, Wasserverfügbarkeit, Klima- und Bodenverhältnissen.


(1) Erzeugung von Biomasse vom Grünland und im Ackerbau, Prof. Dr. N. Lütke Entrup, Dr. F.- F.Gröblinghoff, 15.04.2005, http://www3.fh-swf.de/fbaw/download/Biomasse_Biogastag_Duesse_2005.pdf
(2) "Biogas und Energiepflanzenbau – Weiterentwicklung oder Konventionalisierung des Ökologischen Landbaus?!" Dr. Rüdiger Graß, Universität Kassel, Fachgebiet Grünlandwissenschaft und Nachwachsende Rohstoffe, Steinstraße 19, 37213 Witzenhausen
http://www.koord.fh-mannheim.de/AK-NEW/Grass_Artikel02.doc
(3) http://de.wikipedia.org/wiki/Heizwert#Gasf.C3.B6rmige_Brennstoffe_.28bei_25.C2.A0.C2.B0C.29


Bioenergie-Potential: Biogas - Gräser aus Zweit- und Zwischenfruchtanbau

Konventionell:
Biogasertrag   1250 m³ /ha*a (1)
Energie/Fläche:   12,5 MWh/ha*a

SFV-Annahme:
Maximale Anbaufläche:   0 ha/a
Biogas-Ertrag:   0 m³l/ha*a
Energie/Fläche:   0 MWh/ha*a
Energie/Jahr:   0 Mio MWh/a


e) Zuckerrüben / Futterrüben

Zucker- und Futterrüben liefern sehr hohe Ertrags- und Energieleistungen je Flächeneinheit und weisen in der Biogasfermentation eine schnelle, sichere und effektive Umsetzbarkeit und daher eine hohe Biogaserzeugung auf. Sie sind daher als nachwachsender Rohstoff als Koferment gut geeignet. Zuckerrüben haben hohe Anforderungen an die Bodenfruchtbarkeit.

Zur Vereinfachung berechnen wir das theoretische Potential einer mit 100% Zuckerrüben-Anlage im Hauptfruchtanbau. Zuckerrüben können Erträge von 55 t/ha erzielt werden. Der Biogasertrag liegt bei 9.900 m³/ha (1). In unserem Vorschlag gehen wir von 44 t/ha und einem Biogasertrag 7.920 m³/ha aus. Der Heizwert von Biogas beträgt 6 kWh/m³.

Literatur:
(1) Basisdaten Biogas Deutschland, März 2005, FNR, http://www.fnr.de/pdf/literatur/pdf_185bd_biogas_03_ 2005.pdf

Bioenergie-Potential: Biogas - Futterrüben

Konventionell:
Biogas-Ertrag:   9.900 m³/ha*a (1)
Energie/Fläche:   59,4 MWh/ha*a

SFV-Annahme:
Maximale Anbaufläche:   50.000 ha/a (geschätzt)
Biogas-Ertrag:   7.920 m³l/ha*a
Energie/Fläche:   47,52 MWh/ha*a
Energie/Jahr:   2,38 Mio MWh/a

1.3.1. SFV-Annahme zu Gesamtpotential: gasförmiger, flächenabhängige Bioenergien

  Fläche   Energie/Jahr
a) Mais   0,45 Mio ha         18,9 Mio MWh/a        
b) Getreide   0,05 Mio ha   0,79 Mio MWh/a
c) Gräser (Hauptfrucht)   0,1 Mio ha   2,88 Mio MWh/a
d) Gräser im Zweit- und Zwischenfruchtanbau    
(keine Flächenkonkurrenz!)   0   0
e) Futterrüben   0,05 Mio ha   2.38 Mio MWh/a
f) Miscanthus   0,1 Mio ha   2,88 Mio MWh/a
Gesamt:   0,75 Mio ha   27,83 Mio MWh/a

1.4. SFV-Annahme zu Gesamtpotential: Flächenabhängige Bioenergien

     Fläche:      Energie/Jahr
aus 1.1.1) Feste Bioenergien   0,15 Mio ha   9,2 Mio MWh
aus 1.2.4) Flüssige Bioenergien   1,6 Mio ha   23,02 Mio MWh
aus 1.3.1) Gasförmige Bioenergien   0,75 Mio ha   27,83 Mio MWh
Gesamt:   2,5 Mio ha   60,05 Mio MWh

2. Flächenunabhängige Bioenergieerzeugung

Neben der Produktion flächengebundener Bioenergien aus nachwachsenden Rohstoffen (siehe Punkt 1) können auch organische Reststoffe aus der Landwirtschaft, aus der Abwasserreinigung, Abfälle aus Gewerbe und Industrie, aus der Landschaftspflege, organische Siedlungsabfälle und Deponiegas einen Beitrag zur Energieversorgung leisten. Sie dienen als Festbrennstoffe oder zur Produktion von Biogas. Der Vorteil bei der Biogaserzeugung v.a. bei landw. Rückständen ist, dass die Gärreste als Dünger wieder in den Nährstoffkreislauf gelangen.

Bei der Zusammenstellung des technischen Energiepotentials von Ernterückständen aus der Landwirtschaft, von Reststoffen aus der Biotop- und Landschaftspflege sowie von tierische Exkremente und Einstreu legten wir großen Wert darauf, Naturschutzbelange und artgerechte Tierhaltung zu berücksichtigen.
Bei der Ermittlung des Gesamt-Energiepotentials von Industrierestholz, Gebrauchtholz und Klär- und Deponiegas wurde das in der Literatur dargestellte technische Potential genutzt.


2.1. Feste Bioenergien


a) Waldrestholz

Bei der Waldbewirtschaftung fällt neben dem Industrie- bzw. Stammholz auch Restholz an. Man unterscheidet zwischen dem Waldrestholz und Schwachholz.

Als Schwachholz wird das Holz mit einem Brusthöhendurchmesser von 8 bis 16 cm bezeichnet, was bei der Durchforstung anfällt. Unter Waldrestholz versteht man die Rückstände der Stammholz- und Industriegewinnung bei der Endnutzung (Kronenmaterial, Stammabschnitte, qualitativ minderwertiges Holz). Waldrestholz bleibt derzeit meist ungenutzt im Wald.
Trotz bestimmter Aufgaben, die das Waldrestholz und Schwachholz im Ökosystem wahrnimmt, kann es ökologisch nachhaltig genutzt werden, wenn die nährstoffreichen Bestandteile Rinde, Äste, Laub- und Nadelmasse im Wald verbleiben. Ob die Entfernung der Rinde bei schwachen Hölzern technisch lösbar ist, kann angezweifelt werden.

Die Entfernung von Waldrestholz und Schwachholz kann immer dann von ökologischen Vorteil sein, wenn man gezielt Licht- und Nahrungskonkurrenzen eindämmen und ein gesundes Wachstum der Baumbestände unterstützen möchte. Ebenso besteht die Gefahr, dass das im Wald verbleibende Waldrestholz für einen Schädlingsanfall besonders empfänglich ist. Es ist jedoch zu beachten, dass jede Entnahme von Waldrestholz ein Eingriff in das Ökosystem Wald darstellt.

Die von uns genutzten Werte bei konventionellen Anbau beziehen sich auf das nachhaltige Szenario "Biomasse" aus (2), bei der davon ausgegangen wird, dass Stamm- und Industrieholz nicht vollständig genutzt wird. (konventionelle Annahme: 4,1 Mio t atro, technisch-ökologisch noch nicht genutztes Potential: 21,2 Mio. MWh). Der SFV geht wegen der Notwendigkeit einer ökologisch nachhaltigen Waldbewirtschaftung von 50 % des Biomasse-Szenario aus. Der Heizwert von Waldrestholz beträgt 18,6 MJ/kg atro (2).

Literatur:
(1) „Nachhaltige Biomassestrategien im europäischen Kontext“, BMU, http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/biohandel_anhang.pdf
(2) „Stoffstrommanagement von Biomasseabfällen mit dem Ziel der Optimierung der Verwertung organischer Abfälle“, Texte Umweltbundesamt 04/07 http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/ifeu_studie_ stoffstrommanagement_biomasseabfaelle.pdf
(3) „Energiegewinnung aus Biomasse“, Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt, Dr. Dieter Merten, Nicolle Fröhlich, Moritz Nill, http://www.wbgu.de/wbgu_jg2003_ex04.pdf

Bioenergie-Potential: Waldrestholz, Schwachholz

Konventionell:
Technisch-ökologisches Energiepotential (2):   21, 2 Mio MWh/a

SFV-Annahme:
Energiepotential:   10,6 Mio MWh/a


b) Industrierestholz

Bei der industriellen Be-, Ver- und Weiterverarbeitung von Holz fallen Sägenebenprodukte, Rinde und Verarbeitungsreste aus der Herstellung von Halb- und Fertigwaren und bei der Papierherstellung an. Sägenebeprodukte (Sägespäne) werden zum großen Teil in der Holzwerkstoff- und Zellstoffindustrie eingesetzt und gehen nicht in die energetische Betrachtung mit ein. Zum Teil erfolgt bei dem nicht stofflich verwertbaren Industrierestholz bereits eine innerbetriebliche energetische Verwertung in den Verarbeitungsbetrieben. In den vorliegenden Studien wird ein jährliches Energiepotential von ca. 57 PJ angegeben. (energetisch nutzbare Menge mit durchschnittl. 15 % Feuchte: ca. 3,65 bis 4 Mio t FM/a) (1) (2).

Literatur:
(1) Technische Energiepotentiale von festen Energieträgern in Deutschland, http://fnr-server.de/cms35/fileadmin/biz/pdf/leitfaden/datensammlung/Kapitel 2
(2) Dendrom-Diskussionspapier Nr. 1, März 2007: „Biomassepotential in Deutschland - Übersicht maßgeblicher Studienergebnisse und Gegenüberstellung der Methoden“, Astrid Aretz und Bernd Hirschl und Mitwirkung von Daniela Kempa, unter
http://www.nachhaltige-waldwirtschaft.de/fileadmin/Dokumente/Infos_Verbuende /Diskussionspapier_Potenzialanalyse_IOEW.pdf

Bioenergie-Potential: Industrierestholz

Konventionell:
Energiepotential:   15,83 Mio MWh/a

SFV-Annahme:
Energiepotential: 15,83 Mio MWh/a


c) Altholz

Als Altholz bezeichnet man Holz, das bereits genutzt worden ist und als Abfall zur Entsorgung bereit steht. Dabei kann es sich um reine Holzbestandteile handeln oder auch Verbundstoffe mit überwiegendem Holzteil.

Nach der TA Siedlungsabfall darf Altholz normalerweise nicht mehr deponiert werden. In den vorliegenden Studien wird ein jährliches Energiepotential von ca. 79 PJ angegeben (1) (2).

Literatur:
(1) „Technische Energiepotentiale von festen Energieträgern in Deutschland“, http://fnr-server.de/cms35/fileadmin/biz/pdf/leitfaden/datensammlung/Kapitel 2
(2) Dendrom-Diskussionspapier Nr. 1, März 2007: „Biomassepotential in Deutschland - Übersicht maßgeblicher Studienergebnisse und Gegenüberstellung der Methoden“, Astrid Aretz und Bernd Hirschl und Mitwirkung von Daniela Kempa, unter
http://www.nachhaltige-waldwirtschaft.de/fileadmin/Dokumente/Infos_Verbuende/ Diskussionspapier_Potenzialanalyse_IOEW.pdf

Bioenergie-Potential: Altholz

Konventionell:
Energiepotential:   21,94 Mio MWh/a

SFV-Annahme:
Energiepotential:   21,94 Mio MWh/a


d) Biotop- und Landschaftspflege

Hier handelt es sich um Hölzer, die durch den Schnitt von Windschutzhecken, Ufergehölzen und Straßenrandhölzer, aber auch als Schwemmgut aus Gewässern u.a. anfallen.
Brennstoffpotential: ca. 4 PJ/a (1).

Literatur:
(1) Dendrom-Diskussionspapier Nr. 1, März 2007: „Biomassepotential in Deutschland - Übersicht maßgeblicher Studienergebnisse und Gegenüberstellung der Methoden“, Astrid Aretz und Bernd Hirschl und Mitwirkung von Daniela Kempa, unter http://www.nachhaltige-waldwirtschaft.de/fileadmin/Dokumente/Infos_Verbuende /Diskussionspapier_Potenzialanalyse_IOEW.pdf

Bioenergie-Potential: Biotop- und Landschaftspflege

Konventionell:
Energiepotential:   1,11 Mio MWh/a

SFV-Annahme:
Energiepotential:   1,11 Mio MWh/a


d) Ernterückstände aus der Landwirtschaft (Stroh)

Ernterückstände aus der Landwirtschaft zur Energienutzung sind z.B. Stroh, Rübenblätter, Kartoffelkraut, Rapstroh, Erntereste von Hülsenfrüchten und Gemüse. Ernterückstände sollten zum Erhalt der Bodenfruchtbarkeit und des Erhaltes der Nährstoffkreislaufes weitestgehend auf der landwirtschaftlichen Nutzfläche verbleiben.

Als Festbrennstoffe wird hier nur das Stroh betrachtet. Laut Studie [1] wird nur der Anteil gerechnet, der nicht für den Erhalt des Nährstoffkreislaufes und des Stalleinstreus benötigt wird; dies sind ca. 11,1 Prozent des Strohgesamtaufkommens (1). Dies entspricht einer Menge von 3,6 Mio t TM/a mit einem Energiepotential von 59 PJ.

Bei einer ökologischen Wirtschaftsweise wird der Ertrag von Getreide im Vergleich zur konventionellen Wirtschaftsweise geringer ausfallen. Es kann demnach davon ausgegangen werden, dass das Stroh vollständig als Einstreu oder in viehlosen Betrieben zur Verbesserung der Humusbilanz eingesetzt wird. Entsprechend wird für eine energetische Verwertung von Stroh in dem SFV-Vorschlag nicht in Erwägung gezogen. (SFV-Vorschlag: 0 MWh)

Literatur:
(1) „Stoffstrommanagement von Biomasseabfällen mit dem Ziel der Optimierung der Verwertung organischer Abfälle“, Texte Umweltbundesamt 04/07 http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/ifeu_studie_ stoffstrommanagement _biomasseabfaelle.pdf

Bioenergie-Potential: Stroh

Konventionell:
Energiepotential:   16,38 Mio MWh/a

SFV-Annahme:
Energiepotential:   0 Mio MWh/a


d) Klärschlamm

In Kläranlagen wird das über die Kanalisation ankommende Abwasser zunächst unter Luftzugabe (aerob) gereinigt. Es entsteht Abwasser und Klärschlamm. Der Klärschlamm wird durch das „Ausfaulen“ in den Faultürmen stabilisiert. Dabei entsteht das Klärgas (siehe Biogaserzeugung, Klärgas).
Der zurückbleibende Klärschlamm wird, falls möglich, als Dünger auf landwirtschaftliche Flächen ausgebracht, zu Klärschlamm-Kompost verarbeitet oder getrocknet und verbrannt (Hier entstehen dann bereits hohe Energiekosten für die Trocknung). Eine Deponierung ist normalerweise nicht möglich. .

Nach dem Bundesamt für Statistik (2) fielen 2004 ca. 2,3 Mio t TM Klärschlamm in öffentlichen Kläranlagen an. Davon werden ca. 1,2 Mio t TM stofflich verwertet, so dass noch 1,1 Mio t TM verbrannt werden können. Geht man davon aus, des es sich um gut ausgefaulten Schlamm handelt, dann ergibt sich ein Heizwert von ca. 6 MJ/kg TM Klärschlamm (3). Dies ergibt dann ein Energiepotential von 1,83 Mio MWh

Literatur:
(1) BMU, Hrsg., „Ökologisch optimierter Ausbau der Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland", http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/nutzung_ee_lang.pdf
(2) Bundesamt für Statistik (DESTATIS) Fachserie 19, Reihe 2.1, September 2006 Öffentliche Wasserversorgung und Abwasserbeseitigung
(3) http://www2.hs-esslingen.de/fachbereiche/vu/VU_aktuell/vortraege.htm

Bioenergie-Potential: Klärschlamm

Konventionell:
Energiepotential:  1,83 Mio MWh/a

SFV-Annahme:

Energiepotential:   1,83 Mio MWh/a

2.1.1. SFV-Annahme zu Gesamtpotential: feste, flächenunabhängige Bioenergien

                        Energie/Jahr
a) Waldrestholz, Schwachholz 10,60 Mio MWh/a
b) Industrierestholz 15,83 Mio MWh/a
c) Altholz 21,94 Mio MWh/a
d) Biotop- und Landschaftspflege 1,11 Mio MWh/a
e) Stroh 0 Mio MWh/a
f) Klärschlamm 1,83 Mio MWh/a
Gesamt: 51,31 Mio MWh/a


2.2. Biogaserzeugung

a) Organische Abfälle von Haushalten und Kommunen

Zu organischen Siedlungsabfällen zählen der biogene Anteil des privaten Hausmülls wie Küchen- und Grünabfälle, organische Marktabfälle von Wochen- und Großmärkten, aber auch Garten-, Park- und Bioabfälle in den Kommunen. Es wird davon ausgegangen, dass 90 Prozent nutzbar sind. Die Zahlen basieren auf verschiedenen Literaturquellen (Durchschnittswerte).
Biogaspotential: 12 PJ/a (1) (2)
Energetisch nutzbare Menge: 1,5 Mio t TS (7,6 Mio t FM) (2)

Literatur:
(1) Dendrom-Diskussionspapier Nr. 1, März 2007: „Biomassepotential in Deutschland - Übersicht maßgeblicher Studienergebnisse und Gegenüberstellung der Methoden“, Astrid Aretz und Bernd Hirschl und Mitwirkung von Daniela Kempa, unter http://www.nachhaltige-waldwirtschaft.de/fileadmin/Dokumente/Infos_Verbuende/ Diskussionspapier_Potenzialanalyse_IOEW.pdf
(2) BMU, Hrsg., „Ökologisch optimierter Ausbau der Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland", http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/nutzung_ee_lang.pdf

Bioenergie-Potential: Organische Abfälle von Haushalten und Kommunen

Konventionell:
Energiepotential:   3,33 Mio MWh/a

SFV-Annahme:
Energiepotential:   3,33 Mio MWh/a


b) Organische Industrie- und Gewerbeabfälle

Potentielle Energieträger der Abfälle aus Industrie und Gewerbe sind Abfälle aus Schlächthöfen, der Fleischverarbeitung, der Zuckerindustrie, Bierherstellung, Weinkelterei, Verarbeitung von Früchten. Es wird ein Durchschnittswert von 8 PJ/a angenommen.

Biogaspotential: 6 (Jahr 2000) (2)-9 PJ ; Energetisch nutzbare Menge: 0,8 Mio t TM (1)

Literatur:
(1) Dendrom-Diskussionspapier Nr. 1, März 2007: „Biomassepotential in Deutschland - Übersicht maßgeblicher Studienergebnisse und Gegenüberstellung der Methoden“, Astrid Aretz und Bernd Hirschl und Mitwirkung von Daniela Kempa, unter http://www.nachhaltige-waldwirtschaft.de/fileadmin/Dokumente/Infos_Verbuende/ Diskussionspapier_Potenzialanalyse_IOEW.pdf
(2) BMU, Hrsg., „Ökologisch optimierter Ausbau der Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland", http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/nutzung_ee_lang.pdf

Bioenergie-Potential: Organische Industrie- und Gewerbeabfälle

Konventionell:
Energiepotential:   2,22 Mio MWh/a

SFV-Annahme:
Energiepotential:   2,22 Mio MWh/a


c) Klärgas

In Kläranlagen wird das über die Kanalisation ankommende Abwasser zunächst unter Luftzugabe (aerob) gereinigt. Es entsteht Abwasser und Klärschlamm (siehe feste Reststoffe, Klärschlamm). Es ist nur der Klärgasanfall aus den Kommunen berücksichtigt worden. Der Wert wird auf 18 PJ/a gerundet.
Klärgas: Biogaspotential: 17,7 PJ/a (2005)(1)

Literatur:
(1) Statistisches Bundesamt: Klärgas (2005): 694 m³ (65% Methan) = 17,7 Mio GJ (17,7 PJ) (Herr Secker telefonische Mitteilung vom 23.05.07, Tel.: 0611-753307)

Bioenergie-Potential: Klärgas

Konventionell:
Energiepotential:   5 Mio MWh/a

SFV-Annahme:
Energiepotential:   5 Mio MWh/a


d) Deponiegas

Deponiegas entsteht in Folge biochemischer Abbauprozesse von organischen Verbindungen und Materialien in Mülldeponien.

Der Deponiegasanfall wird sich wahrscheinlich im Laufe der nächsten Jahre verringern, da organische Abfälle nicht mehr unbehandelt in Deponien abgelagert werden dürfen. Es ist davon auszugehen, dass das Biogaspotential aufgrund verringerter Abbauprozesse in den bestehenden Deponien im Lauf der Zeit verringern wird. Deshalb setzen wir nur die etwa Hälfte des konventionellen Wertes als SFV-Annahme an.
Biogaspotential: 22 PJ (2000) (3)(3)

Literatur:
(1) http://de.wikipedia.org/wiki/Deponiegas#Entstehung_der_Deponiegasproduktion
(2) http://de.wikipedia.org/wiki/Deponiegas
(3) BMU, Hrsg., „Ökologisch optimierter Ausbau der Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland", http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/nutzung_ee_lang.pdf

Bioenergie-Potential: Deponiegas

Konventionell:
Energiepotential:   6,11 Mio MWh/a

SFV-Annahme:

Energiepotential:   3 Mio MWh/a


e) Tierische Exkremente und Einstreu

Gülle und Festmist werden zur Zeit nur in geringem Umfang zur Biogasproduktion genutzt. Vorteilhaft ist eine Vergärung der tierischen Exkremte, da neben der dann geringeren Entweichung von Methan in die Atmosphäre auch eine bessere Nährstoffverfügbarkeit und der Geruchsminderung gegeben sind.
Der SFV unterstellt bei einer ökologischen Wirtschaftsweise in der Landwirtschaft einen Rückgang des Tierbestandes auf Grund der zunehmenden artgerechten Tierhaltung auf Stroh. Entsprechend verringert sich nach unseren Schätzungen der Anfall von Gülle und Festmist um etwa ein Viertel.
Anfall: 18,34 Mio.t TM/a (2000), Technisch Ökologisch Biogaspotential (89,1PJ/a)(1)

Literatur:
(1) „Stoffstrommanagement von Biomasseabfällen mit dem Ziel der Optimierung der Verwertung organischer Abfälle“, Texte Umweltbundesamt 04/07 http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/ifeu_studie_stoffstrommanagement _biomasseabfaelle.pdf

Bioenergie-Potential: Tierische Exkremente und Einstreu

Konventionell:
Energiepotential:   24,7 Mio MWh/a

SFV-Annahme:
Energiepotential:   18,53 Mio MWh/a



f) Ernterückstände der Landwirtschaft

Ernterückstände aus der Landwirtschaft zur Energienutzung sind z.B. Stroh, Rübenblätter, Kartoffelkraut, Rapsstroh, Hülsenfrüchte, Gemüse.

Eine Entnahme der Ernterückstände ist aber grundsätzlich kritisch zu beurteilen: Bei der Bewirtschaftung von landwirtschaftlichen Flächen spielt die Bodenfruchtbarkeit für die Ertragsfähigkeit der Böden eine herausragende Rolle. Verantwortlich für die Bodenfruchtbarkeit ist vor allem der Humus (organische Substanz) des Bodens. Er hat u.a. die Funktion als Nährstoff- und Wasserspeicher (besonders Stickstoff) und als Stabilisator des Bodengefüges.

In vieh-haltenden Betrieben wird die Bodenfruchtbarkeit durch eine regelmäßige Stallmistdüngung aufrechterhalten. In vieh-losen Ackerbaubetrieben übernehmen Ernterückstände und auch die Gründüngung die Rolle der Humusversorgung.

Gerade im ökologischen Anbau ist die Bodenfruchtbarkeit von besonderer Bedeutung, da keine synthetisch hergestellten Dünger verwendet werden. Entsprechend wird der SFV-Vorschlag von keiner energetischen Nutzung der Ernterückstände, die auf dem Acker verbleiben ausgehen.

Bei dem ungenutzten technisch-ökologischen Potential (1) von Rapsstroh, Rübenblatt wurden 50 % des Rapsstrohs und ein Drittel Rüben- und Kartoffelblatt berücksichtigt.
Anfall: 6,23 Mio. t TM/a; technisch ökologisches Energiepotential: 36,07 PJ (1)

Literatur:
(1) „Stoffstrommanagement von Biomasseabfällen mit dem Ziel der Optimierung der Verwertung organischer Abfälle“, Texte Umweltbundesamt 04/07 http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/ifeu_studie_stoffstrommanagement _biomasseabfaelle.pdf

Bioenergie-Potential: Ernterückstände der Landwirtschaft

Konventionell:
Energiepotential:   10 Mio MWh/a

SFV-Annahme:
Energiepotential:   0 Mio MWh/a


g) Biotop- und Landschaftspflege

Hier fallen sowohl krautige- als auch holzige Bestandteile an:

  • Landschaftspflegeholz: siehe feste Reststoffe
  • Landschaftspflegematerial besteht aus organischen Rückständen von Grünflächen (Parks und Sportplätze, Friedhöfe, Straßenrandpflege, ca. 50 Prozent nutzbar) und von ehemaligen landwirtschaftlichen Flächen (25-50 % der Nutzung), die aus Gründen des Naturschutzes gepflegt werden.

Je nachdem, ob die Reste als Brennstoff oder zur Biogasproduktion genutzt werden, ergeben sich unterschiedliche energetische Potentiale (2). Der SFV geht von einem durchschnittlichen Biogaspotential von 8PJ/a aus.

Anfall: Brennstoffpotential: 10-22 PJ/a (2)
Biogaspotential: 6-16 PJ/a (2)
Gesamtenergiepotential: 7,5 PJ/a (405 Mio. m³/a), Landschaftspflegematerialien (1)

Literatur:
(1) http://www.fnr-server.de/cms35/Basisdaten.303.0.html
(2) Dendrom-Diskussionspapier Nr. 1, März 2007: „Biomassepotential in Deutschland - Übersicht maßgeblicher Studienergebnisse und Gegenüberstellung der Methoden“, Astrid Aretz und Bernd Hirschl und Mitwirkung von Daniela Kempa, unter http://www.nachhaltige-waldwirtschaft.de/fileadmin/Dokumente/Infos_Verbuende/ Diskussionspapier_Potenzialanalyse_IOEW.pdf

Bioenergie-Potential: Biotop- und Landschaftspflege

Konventionell:
Energiepotential:   2,22 Mio MWh/a

SFV-Annahme:
Energiepotential:   2,22 Mio MWh/a

2.2.1. SFV-Annahme zu Gesamtpotential: gasförmige, flächenunabhängige Bioenergien


          Energie/Jahr
a) Organische Abfälle aus Haushälten und Kommunen 3,33 Mio MWh/a      
b) Organische Abfälle aus Industrie und Gewerbe 2,22 Mio MWh/a
c) Klärgas 5,00 Mio MWh/a
d) Deponiegas 3,00 Mio MWh/a
e) Tierische Exkremente und Einstreu 18,53 Mio MWh/a
f) Ernterückstände aus der Landwirtschaft 0,00 Mio MWh/a
g) Biotop- und Landschaftspflege 2,22 Mio MWh/a
Gesamt: 34,3 Mio MWh/a

2.3. SFV-Annahme zu Gesamtpotential: Flächenunabhängige Bioenergien

          Energie/Jahr
aus 2.1) feste Reststoffe 51,31 Mio MWh/a
aus 2.2) gasförmige Reststoffe 34,3 Mio MWh/a
Gesamt: 85,61 Mio MWh/a

2.4. SFV-Annahme zu Gesamtpotential: Biomasse

          Energie/Jahr
aus 1.4) Flächenabhängige Bioenergien 60,05 Mio MWh/a
aus 2.3) Flächenunabhängige Bioenergien 85,61 Mio MWh/a
Gesamt: 145,66 Mio MWh/a


 


1) Quelle: BMELV, Referat L6, Dr. Harald Bajorat, Schriftliche Stellungsnahme auf Anfrage des SFV vom 23.04.2007


2) Erläuterung zur SFV- Flächenabschätzung für den ökologisch nachhaltigen Energiepflanzenbau

Die verfügbare Ackerfläche für den Nahrungs-, Futtermittel- und Energiepflanzenanbau in der BRD beträgt 12 Mio ha.

In unserer Abschätzung gehen wir davon aus, dass Nahrungs- und Futtermittel ebenso ökologisch nachhaltig angebaut werden sollen. Hierfür muss eine Fläche von 9,36 Mio ha reserviert werden (20% mehr als bei dem heutigen, vorwiegenden konventionellen Landbau).

Weiterhin nehmen wir an, dass die Tierbestände um ein Viertel reduziert werden sollten, um den Ausstoß des klimaschädlichen Gases Methan zu reduzieren und die Massentierhaltung einzudämmen. Deshalb kann die für die Tierernährung notwendige Futterfläche um 0,45 Mio ha verringert werden (zum Vergleich: 2005 wurden auf auf 1,8 Mio ha Futtermittel angebaut).

Weiden und Wiesen werden nicht für den Energiepflanzenanbau genutzt.

Ebenso gehen wir davon aus, dass die stoffliche Verwertung nachwachsender Rohstoffe gegenüber 2005 ungefähr verdreifacht werden sollte. Da hierfür derzeit ca. 0,21 Mio ha belegt werden, gehen wir bei unserer Annahme von einem Flächenbedarf von 0,59 Mio ha für den Anbau nachwachsender Rohstoffe für die stoffliche Verwertung aus.

Bilanz: 12 Mio ha Ackerfläche
minus 9,36 Mio ha Fläche für Nahrungs- und Futtermittelanbau
minus 0,59 Mio ha Fläche für Anbau nachwachsender Rohstoffe für stoffliche Verwertung
plus 0,45 Mio ha freiwerdende Futterfläche durch Reduzierung der Tierbestände
= 2,5 Mio ha Gesamtfläche für Energiepflanzen-Anbau



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