Biokraftstoffe - Potenzial, Zukunftsszenarien und Herstellungsverfahren im wirtschaftlichen Vergleich

Fachstudie von Michael Weitz

Da es sich um eine vom Autor verfasste Fachstudie (Aktualisierung der Diplomarbeit) handelt, gibt es keine Note für diese Studie. Die Diplomarbeit, die dieser aktualisierten Fachstudie zugrunde liegt, wurde 2003 von der Universität Kassel mit einer 1,0 benotet (Bestellnummer der Diplomarbeit von 2003: 03007679).

Einleitung:

Biokraftstoffe stehen seit einigen Jahren zunehmend im Fokus der öffentlichen und politischen Aufmerksamkeit. Ausgehend von einer EU-Richtlinie aus dem Jahr 2003 zur Förderung der Verwendung von Biokraftstoffen, hat sich bereits alleine in Deutschland ein Biokraftstoff-Marktvolumen von rund zwei Milliarden Euro entwickelt. In den kommenden Jahren ist ein weiteres schnelles Wachstum in den meisten EU-Mitgliedsstaaten durch nationalstaatliche Weichenstellungen vorprogrammiert.

Die Vor- und Nachteile der verschiedenen Biokraftstoffe werden in Fachkreisen kontrovers diskutiert. Die Gemeinsamkeit der Verfechter unterschiedlichster Konzepte liegt gelegentlich einzig in der Überzeugung, dass die derzeitige fossile Ressourcenkette durch Energieträger mit weitgehend ausgeglichener CO2-Bilanz ergänzt und schließlich ersetzt werden muss. Die Bedrohung eines globalen Klimawandels, explodierender Ölpreise sowie unberechenbarer kriegerische Konflikte um die zur Neige gehenden fossilen Rohstoffe wird mittlerweile weitgehend allgemein anerkannt.

Als sozioökonomische Argumente für biogene Kraftstoffe werden, neben der verbesserten Versorgungssicherheit eine erhöhte nationale Wertschöpfung und ein damit verbundener Abbau der Arbeitslosigkeit angeführt. Für die Landwirtschaft verspricht man sich insbesondere auch in den Industrienationen eine neue Perspektive und ein erhöhtes Einkommenspotential. Dies wird auf allgemein steigende Preise für Agrarprodukte zurückgeführt: Einerseits über die Schaffung neuer Biomasseabsatzmärkte und den durch quantitative Entlastung reduzierten Preisdruck auf die Nahrungsmittelmärkte andererseits.

In einigen Staaten wird der Einsatz biogener Kraftstoffe über Gesetze, Subventionen oder Steuerbefreiungen bereits unterstützt. Weitere werden voraussichtlich in Kürze entsprechende Instrumente installieren. Das ehemalige Nischendasein der Biokraftstoffe gehört dadurch mittlerweile der Vergangenheit an. Einzelne Großkonzerne haben sich für diesen boomenden Markt bereits positioniert. Tendenzen zeichnen sich ab, doch es steht noch nicht fest, in welche genaue Richtung sich die Biokraftstoffmärkte entwickeln werden.

Von manchen Experten wird den Biokraftstoffen allenfalls der Stellenwert einer Übergangslösung bei der Entwicklung zur „Wasserstoffgesellschaft“ eingeräumt. Wie der Wasserstoff in einem solchen Zukunftsszenario nachhaltig erzeugt werden soll, wird jedoch meist nicht plausibel ausgeführt. Eine der zukunftsträchtigsten Möglichkeiten wäre, den Wasserstoff als Bestandteil von Synthesegas aus pflanzlichen Rohstoffen zu erzeugen.

In diesem Fall wäre Wasserstoff jedoch auch als Biokraftstoff zu klassifizieren. Denn ab wann überschüssige Elektrizität aus erneuerbaren Quellen zur elektrolytischen Wasserstofferzeugung bezahlbar und in relevanten Mengen zur Verfügung steht, ist noch nicht absehbar. In jedem Fall liegen ernstzunehmende Anfänge dieser potentiellen Wasserstoffgesellschaft noch mindestens zwei Jahrzehnte vor uns, während der globale Klimawandel und die angespannte Versorgungssicherheit bereits heute den Beginn des Umbaus unseres Energie- bzw. Kraftstoffsystems erfordert.

Die staatlichen Förderbedingungen, aber auch die Strategien wichtiger Konzerne werden maßgeblich dazu beitragen, welche der biogenen Treibstoffe sich auch langfristig durchsetzen werden. Diese Studie beschäftigt sich daher nicht nur mit einem möglichst objektiven Vergleich der verschiedenen Biokraftstoffe insbesondere unter Potential- und Wirtschaftlichkeitsgesichtspunkten. Auch Gesetze, Richtlinien und Treibstoffszenarien der Europäischen Union, der Bundesrepublik sowie global operierender Konzerne der Automobil- und Ölindustrie werden dargestellt.

Die Zusammenfassung des aktuellen Standes der Biokraftstoffversorgung in verschiedenen Staaten und die Ausführung über die Notwendigkeiten einer Substitution fossiler Energieträger stellt die Verknüpfung zur Gegenwart her und unterstreicht die Dringlichkeit einer forcierten Nutzung biogener Kraftstoffe.

Eine Untersuchung der Biokraftstoffe in wirtschaftlicher Hinsicht birgt Herausforderungen und nicht zu unterschätzende Schwierigkeiten. Konsequenterweise müssen in einen solchen ökonomischen Vergleich auch Verfahren einbezogen werden, die noch nicht kommerziell betrieben werden. Außerdem gilt es, Kosten und Preise zu unterscheiden.

Übergeordnetes Ziel dieser Studie soll es sein, wichtige Informationen zusammenzuführen und dem Leser eine persönliche Einschätzung des realistischen Potentials der verschiedenen Biokraftstoffe in einer zukünftigen Kraftstoffversorgung zu ermöglichen.

Inhaltsverzeichnis:

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Textprobe:

Kapitel 7.1.2, Rohstoffpotential von Pflanzenöl und Biodiesel: Zur Ernte 2005 erreicht der Rapsanbau für die stoffliche und energetische Nutzung mit einer Fläche von knapp über 1 Millionen ha einen neuen Rekord in Deutschland. Dies entspricht bei einer nationalen Ackerfläche von 11,8 Millionen ha einem Anteil von rund 8,5 Prozent. Hinzu kommt der Anbau von Raps zur Nutzung als Nahrungsmittel. Insgesamt wurden 2005 auf 1,32 Millionen ha nachwachsende Rohstoffe angebaut. Dies entspricht 11,2 Prozent der Ackerfläche.

Bemerkenswert ist, dass der Rapsanbau als nachwachsender Rohstoff auf der Basisfläche den Rapsanbau auf der Stilllegungsfläche mittlerweile deutlich überschritten hat. Auf sogenannten Stilllegungsflächen erzeugter Raps darf nicht als Nahrungsmittel vermarktet werden.

Das maximale Substitutionspotential von Pflanzenöl oder Biodiesel in Deutschland liegt rein rechnerisch bei rund neun Prozent des Dieselverbrauchs von 2004 in Höhe von 27,5 Millionen t (1.156 PJ) bzw. 4,1 Prozent des Verkehrs-Kraftstoffverbrauchs in Höhe von 2.548 PJ (einschließlich Luftfahrt). Die Begrenzung ergibt sich aus der verfügbaren Ackerfläche von 11,8 Millionen ha und den Fruchtfolgeansprüchen eines nachhaltigen Landbaus mit einer rund vierjährigen Anbaupause nach dem Anbau von Raps auf der entsprechenden Fläche, da Raps keine mit sich selbst verträgliche Kultur ist. Dabei muss auch bedacht werden, dass einerseits in der Praxis Raps teilweise in einer engeren Fruchtfolge angebaut wird, andererseits jedoch nicht alle Ackerflächen ohne Einschränkungen für den Rapsanbau geeignet sind.

Um dieses Potential auszuschöpfen, müssten demnach 20 Prozent der deutschen Ackerfläche bzw. 2,4 Millionen Hektar mit Raps oder sonstigen Ölpflanzen bestellt werden. Dies würde bei Hektarerträgen von durchschnittlich 3,7 t Raps und einem Ölgehalt von 40 Prozent sowie einer Ausbeute von 99 Prozent durch das Extraktionsverfahren zu einem Ölertrag von 1,465 t/ha bzw. rund 3,5 Millionen t Pflanzenöl pro Jahr führen. Zieht man von dieser Menge 800.000 t für Nahrungszwecke und als Industrierohstoffe ab, so blieben rund 2,7 Millionen t (103 PJ) für die Nutzung als Kraftstoff. Bereinigt um den niedrigern Heizwert von Rapsöl (38 MJ /kg) gegenüber Diesel (43 MJ /kg) sind dies rund 2,4 Millionen t Dieseläquivalent.

Zur besseren Vergleichbarkeit der verschiedenen Biokraftstoffe untereinander soll festgehalten werden, dass zur Substitution von zehn Prozent des deutschen Kraftstoffverbrauchs (254 PJ) durch Pflanzenöl, bei einem Kraftstoffertrag von 55,5 GJ/ha, rein rechnerisch 4,57 Millionen ha oder 39 Prozent der Ackerfläche mit Raps bestellt werden müssten. Die Flächenansprüche der Biodieselerzeugung zur Substitution von 254 PJ liegen bei 4,70 Millionen ha oder 40 Prozent der Ackerfläche, da lediglich 54 GJ Kraftstoff pro Hektar erzeugt wird.

Bei einer mechanischen Kaltpressung liegt die Ölausbeute von Raps bei rund 85 Prozent, was das rechnerisch maximale Substitutionspotential auf etwa 3,5 Prozent des Kraftstoffverbrauchs im Verkehrsbereich absenkt.

Über den Zuchtfortschritt bei Raps oder durch innovative Mischfruchtanbauverfahren von Nahrungspflanzen und ölhaltigen Rohstoffpflanzen ließe sich jedoch in Zukunft voraussichtlich ein etwas höheres absolutes Potential erschließen. Es muss jedoch auch berücksichtigt werden, dass die Rapserträge je nach Witterungsverlauf der Vegetationsperiode stark schwanken können. Während aufgrund der extremen Trockenheit 2003 die Erntemengen einbrachen, konnte 2004 eine Rekordernte erzielt werden.

Ein mehrjähriger Versuch auf Ökobetrieben in Bayern beispielsweise beweist, dass Leindotter zusammen mit Getreide oder Erbsen ausgesät und gemeinsam geerntet zu keinen Ertragsrückgängen bei den primären Nutzpflanzen führt, sondern bei Getreide sogar zu einem höheren Klebergehalt und bei Futtererbsen zu Ertragssteigerungen von bis zu zehn Prozent. Die Erträge der Leindottersamen liegen bei diesen Mischkulturen zwischen 0,08 und 0,27 t pro Hektar.

Zudem bietet der Import von Pflanzenölen aus wirtschaftlich benachteiligen Ländern mit oftmals ungenutzten Flächen gemeinsam mit flankierenden sozialen Maßnahmen ein Instrument zur nachhaltigen Förderung der dortigen Landwirtschaft. In tropischem Klima werden Pflanzenöle hauptsächlich in Dauerkulturen wie Ölpalmen oder Kokospalmen erzeugt und somit nicht durch eine Fruchtfolge-Begrenzung eingeschränkt. Allerdings führt insbesondere in Südostasien der exzessive Anbau von Ölpalmen auf teilweise zuvor illegal gerodeten Regenwaldflächen zu einer erheblichen Problematik.

Die Nutzung der Purgiernuss (Jatropha curcas L.) kann in diesem Kontext insbesondere auch auf sehr kargen Böden, die für Nahrungsmittelerzeugung bereits aufgegeben wurden oder nicht nutzbar sind ein erhebliches Potential für die Pflanzenölerzeugung bieten. Auch wenn das Ertragspotential pro ha begrenzt ist, findet dieser Strauch in letzter Zeit immer größere Beachtung als potentieller Rohstofflieferant für die Biodieselproduktion.