Biokraftstoffe - Potenzial, Zukunftsszenarien und Herstellungsverfahren im wirtschaftlichen Vergleich
Eine aktualisierte Fassung dieser Diplomarbeit vom Februar 2007 finden Sie unter http://www.diplom.de/db//diplomarbeiten10170.html
- Art: Diplomarbeit
- Autor: Michael Weitz
- Abgabedatum: September 2003
- Umfang: 173 Seiten
- Dateigröße: 2,1 MB
- Note: 1,0
- Institution / Hochschule: Universität Kassel Deutschland
- ISBN (eBook): 978-3-8324-7679-3
-
ISBN (Paperback) :
978-3-8324-7679-3 P - ISBN (CD) :978-3-8324-7679-3 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Weitz, Michael September 2003: Biokraftstoffe - Potenzial, Zukunftsszenarien und Herstellungsverfahren im wirtschaftlichen Vergleich, Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: Biodiesel, Ethanol, Biogas, Synfuel, Kraftstoff
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Diplomarbeit von Michael Weitz
Einleitung:
In Deutschland wird die Nutzung von Biokraftstoffen über eine vollkommene Befreiung von der Mineralöl- und Ökosteuer gefördert und auch die Europäische Union verfolgt eine ehrgeizige Strategie zur forcierten Substitution von mineralölstämmigen Energieträgern. Im Mai 2003 trat auf EU-Ebene eine Richtlinie zur Förderung der Verwendung von Biokraftstoffen in Kraft, die deren Mindestanteil am Kraftstoffverkauf bis 2005 auf 2% und bis 2010 auf 5,75% festschreibt.
Ziel einer stärkeren Nutzung von Biokraftstoffen ist primär die Verbesserung der Versorgungssicherheit und eine Verminderung der CO2-Emissionen. Zudem wird die Schaffung von neuen Perspektiven für Landwirtschaft und strukturschwache Regionen als willkommener Nebeneffekt angeführt.
Die wirtschaftlichen Chancen im Bereich Biokraftstoffe werden deutlich, wenn man dem gegenwärtigen Marktanteil von unter 1% die Zielvorgaben der EU gegenüber stellt. Auch wenn bereits einige Unternehmen in der Erzeugung von Biokraftstoffen tätig sind, ist dieser zukünftige Milliarden-Markt zudem noch weitgehend unerschlossen.
So steht auch noch nicht fest, welche Biokraftstoffe sich langfristig durchsetzen werden. Ob Pflanzenöl, Biodiesel, Ethanol, aufbereitetes Biogas oder synthetische Biokraftstoffe, jeder Treibstoff hat seine Vor- und Nachteile. Neben Rohstoffpotential und Energiebilanzen sind insbesondere die Herstellungskosten von Bedeutung. Darüber hinaus spielen unter anderem die Integrationsmöglichkeit in die bestehende Tankstelleninfrastruktur und die Kompatibilität zu zukünftigen Motorengenerationen sowie der Brennstoffzellentechnologie eine Rolle.
Gang der Untersuchung:
Im Rahmen dieser Diplomarbeit werden Pflanzenöl, Biodiesel, Ethanol, aufbereitetem Biogas (Greengas) und synthetischen Biokraftstoffen auf deren Wirtschaftlichkeit und allgemeines Potential eingehend untersucht. Darüber hinaus werden die jeweiligen Herstellungsverfahren detailliert geschildert. Die Zusammenführung der Ergebnisse in einem Vergleichskapitel erlaubt dem Leser einen detaillierten Überblick bezüglich Energiebilanzen, Rohstoffpotential, Herstellungskosten sowie des jeweiligen Gesamtpotentials.
Ergebnisse und Interpretationen beruhen stets auf konkreten und nachvollziehbaren Berechnungen. Die rund 150 Literatur und Quellenangaben sind durch Fußnoten und wenn möglich unter Angabe des direkten Internetlinks eindeutig zuzuordnen und überprüfbar.
Diese Arbeit beschäftigt sich jedoch nicht nur mit einem möglichst objektiven Vergleich der verschiedenen Biokraftstoffe. Auch Treibstoffszenarien, Leitlinien und Entwicklungen in der Europäischen Union, der Bundesrepublik sowie von 10 global operierenden Konzernen der Automobil- und Ölindustrie werden behandelt. Denn Potential der Biokraftstoffe hängt insgesamt maßgeblich von den politischen Rahmenbedingungen und im Einzelnen stark von den Strategien entsprechender tonangebender Konzerne ab.
Die Zusammenfassung des heutigen Standes der Biokraftstoffversorgung in verschiedenen Staaten und die Ausführung über die Notwendigkeiten einer Substitution fossiler Energieträger stellt die Verknüpfung in den wirtschaftlichen und umweltpolitischen Gesamtkontext her und unterstreicht die Dringlichkeit eines forcierten Biokraftstoff-Einsatzes.
Die zentralen Aspekte und Informationen zu Biokraftstoffen im politisch- wirtschaftlichen Zusammenhang werden so, neben den Ergebnissen eigener Berechnungen, auf strukturierte Weise zusammengestellt und ermöglichen dem Leser die Einschätzung des jeweiligen realistischen Kraftstoff-Potentials.
Inhaltsverzeichnis:
| Abbildungsverzeichnis | 4 | |
| Tabellenverzeichnis | 5 | |
| Abkürzungsverzeichnis | 7 | |
| 1. | Einleitung | 9 |
| 2. | Politische und wirtschaftliche Abhängigkeiten von billigen Kraftstoffen | 11 |
| 2.1 | Abhängigkeiten der Vereinigten Staaten von Amerika | 13 |
| 2.2 | Abhängigkeiten der Europäischen Union | 14 |
| 2.3 | Abhängigkeiten der Entwicklungsländer | 15 |
| 3. | Gegenwärtige und zukünftige Kraftstoffversorgung | 17 |
| 3.1 | Stand der globalen Biokraftstofferzeugung | 17 |
| 3.2 | Ausblick auf eine fossile Zukunft | 19 |
| 4. | Argumente für die Substitution fossiler durch biogene Kraftstoffe | 22 |
| 4.1 | Versorgungssicherheit | 22 |
| 4.2 | CO2-Emissionen | 27 |
| 4.3 | Vorteile einer nachhaltigen Energiebereitstellung | 31 |
| 5. | Politische Leitlinien und Szenarien in Bezug auf Biokraftstoffe | 33 |
| 5.1 | Treibstoffszenario und Leitlinien der Europäischen Union | 33 |
| 5.2 | Treibstoffszenario und Leitlinien der Bundesrepublik Deutschland | 36 |
| 6. | Kraftstoffstrategien wichtiger Ölkonzerne und Kfz-Hersteller | 38 |
| 6.1 | Kraftstrategien wichtiger Ölkonzerne | 40 |
| 6.1.1 | Shell | 40 |
| 6.1.2 | British Petroleum (BP) | 45 |
| 6.1.3 | ExxonMobil | 46 |
| 6.1.4 | TotalFinaElf | 48 |
| 6.1.5 | ChevronTexaco | 48 |
| 6.2 | Kraftstoffstrategien wichtiger Kraftfahrzeughersteller | 50 |
| 6.2.1 | Volkswagen | 50 |
| 6.2.2 | DaimlerChrysler | 52 |
| 6.2.3 | Ford | 54 |
| 6.2.4 | General Motors (GM) | 55 |
| 6.2.5 | Toyota | 57 |
| 7. | Biokraftstoffe | 59 |
| 7.1 | Pflanzenöl und Biodiesel (FAME) als Kraftstoff | 62 |
| 7.1.1 | Herstellungsverfahren von Pflanzenöl und Biodiesel | 63 |
| 7.1.1.1 | Herstellungsverfahren von Pflanzenöl | 63 |
| 7.1.1.2 | Herstellungsverfahren Biodiesel | 65 |
| 7.1.2 | Rohstoffpotential von Pflanzenöl und Biodiesel | 66 |
| 7.1.3 | Energiebilanz von Pflanzenöl und Biodiesel | 70 |
| 7.1.4 | Produktionskosten von Pflanzenöl und Biodiesel | 74 |
| 7.1.4.1 | Produktionskosten von Pflanzenöl | 74 |
| 7.1.4.2 | Produktionskosten von Biodiesel | 75 |
| 7.1.5 | Gesamtwirtschaftliche Bewertung der Biodieselerzeugung | 76 |
| 7.1.6 | Gesamtpotential von Pflanzenöl und Biodiesel | 77 |
| 7.2 | Bioethanol als Kraftstoff | 80 |
| 7.2.1 | Herstellungsverfahren von Bioethanol | 80 |
| 7.2.2 | Rohstoffpotential von Bioethanol | 84 |
| 7.2.3 | Energiebilanz von Bioethanol | 87 |
| 7.2.4 | Produktionskosten von Bioethanol | 90 |
| 7.2.5 | Gesamtpotential von Bioethanol | 94 |
| 7.3 | Biogas / Greengas als Kraftstoff | 97 |
| 7.3.1 | Herstellungsverfahren von Biogas / Greengas | 98 |
| 7.3.2 | Rohstoffpotential von Biogas / Greengas | 102 |
| 7.3.3 | Energiebilanz von Biogas / Greengas | 105 |
| 7.3.4 | Produktionskosten von Biogas / Greengas | 108 |
| 7.3.5 | Gesamtpotential von Biogas / Greengas | 116 |
| 7.4 | Biokraftstoffe aus Synthesegas | 120 |
| 7.4.1 | Herstellungsverfahren von Synthesegas aus Biomasse | 121 |
| 7.4.1.1 | Festbettvergasung | 122 |
| 7.4.1.2 | Wirbelschichtvergasung | 123 |
| 7.4.1.3 | Flugstromvergasung | 123 |
| 7.4.2 | Herstellungsverfahren von Biokraftstoffen aus Synthesegas | 123 |
| 7.4.2.1 | Methanol | 124 |
| 7.4.2.2 | Synthetische Benzin- und Diesel-Substitute | 125 |
| 7.7.2.3 | Methan | 125 |
| 7.4.2.4 | Wasserstoff | 126 |
| 7.4.3 | Innovative Gesamtkonzepte zur Erzeugung von Bio-Synfuels | 127 |
| 7.4.3.1 | Flugstrom-Druckvergasung von Pyrolyseprodukten | 127 |
| 7.4.3.2 | Carbo-V(r)-Verfahren (Choren Industries GmbH) | 129 |
| 7.4.4 | Rohstoffpotential von Bio-Synfuels | 132 |
| 7.4.5 | Energiebilanz von Bio-Synfuels | 136 |
| 7.4.6 | Produktionskosten von Bio-Synfuels | 140 |
| 7.4.7 | Gesamtpotential von Bio-Synfuels | 143 |
| 8. | Die untersuchten Biokraftstoffe im Vergleich | 146 |
| 8.1 | Energiebilanzen | 146 |
| 8.2 | Rohstoffpotentiale | 147 |
| 8.3 | Herstellungskosten | 151 |
| 8.4 | Gesamtpotentiale | 153 |
| 9 | Schlussfolgerung | 156 |
| Literatur- und Quellenverzeichnis | 161 | |
| Verzeichnis der Gesprächspartner | 170 |
In Deutschland werden pro Hektar Raps-Anbaufläche im Durchschnitt etwa 350 Euro Ausgleichszahlungen geleistet. Bei einem Ertrag von 3,7 t Raps was rund 1.592 Litern Pflanzenöl pro ha entspricht, findet also auf dieser Ebene eine Subventionierung statt. Rechnet man zwei Drittel der Ausgleichszahlungen dem Pflanzenöl und ein Drittel dem Extraktionsschrot zu, ergibt sich daraus eine Subvention von 14,7 Cent pro Liter Öl. Doch muss auch berücksichtigt werden, dass eine Einsparung dieser Anbausubventionen nicht möglich wäre, da sie mittlerweile weniger als Ausgleichszahlungen sondern als landwirtschaftliche Direktbeihilfen verstanden werden müssen und als überlebensnotwendig für die europäische Landwirtschaft gelten. Zudem sind sie nicht an die Produktion von Raps gekoppelt, sondern werden für Stilllegungsflächen und die üblichen Ackerkulturen außer Zuckerrüben, Kartoffeln und Ackerfutter gezahlt. Um die Vergleichbarkeit gegenüber anderen Biokraftstoffen zu gewährleisten, können jedoch „echte“ Rapsöl-Produktionskosten in Höhe von 60,7 statt 46 Cent je Liter bzw. ein kostendeckender Endverbraucherpreis von 80,8 Cent pro Liter Dieseläquivalent vermerkt werden. In tropischen Regionen liegen die reinen Produktionskosten für Pflanzenöl niedriger, so dass eine profitable Erzeugung zu oben genanntem Literpreis von 46 Cent auch ohne staatliche Unterstützung möglich ist. Die an der Rotterdamer-Rohstoffbörse gehandelten Kontrakte für Palmöl aus Malaysia notierten von Januar bis November 2002 in einer Bandbreite zwischen 320 und 471 US-Dollar /t.151 [...]
Der Tankstellenverkaufspreis von Rapsöl als Kraftstoff lag im Mai 2003 in Deutschland zwischen 60 und 74 Cent pro Liter. Der Mittelwert 14 verschiedener Rapsöltankstellen lag bei 67 Cent.148 Die reinen Produktionskosten von Rapsöl ergeben sich zunächst aus den jährlich schwankenden Rapssaat-Preisen sowie Aufwendungen für Lagerung, Trocknung, Saat-Umschlagsprozess und den Kosten für die Ölgewinnung. Für Öl-Lagerung, Transport und Öl-Umschlag entstehen weitere Kosten. Einem veranschlagten Preis für Non-Food-Raps in Höhe von 215 Euro /t und weitere Kosten in Höhe von 70 Euro /t für oben genannten Bereitstellungsschritte, steht bei einer Ölausbeute von 40 GewichtsProzent eine Gutschrift für das Rapsextraktionsschrot von 85 Euro gegenüber.149 Frei Großverbraucher kann Rapsöl somit für 500 Euro /t bereitgestellt werden. Bezieht man die Rapsöldichte von 0,92 kg/l in die Kalkulation mit ein, ergeben sich Herstellungskosten von 46 Cent /l Pflanzenöl bzw. 47,3 Cent /l Dieseläquivalent. Distributionsaufwand für die Abgabe an kleine Endverbraucher in Höhe von sieben Cent /l150 nicht eingerechnet. Diesen und die Mehrwertsteuer mit berücksichtigt könnte Rapsöl nach dieser Bilanzierung zu einem kostendeckenden Endverbraucherpreis von 61,5 Cent /l (63 Cent /l Dieseläquivalent) vermarktet werden. [...]
Biokraftstoffe – Pflanzenöl und Biodiesel zessstufe eine Gutschrift von rund 23,6 GJ pro Hektar erfolgen.144 Das ist mehr Energie als dem Biodiesel im gesamten Produktionsprozess zugerechnet werden kann. Wird der derzeit üblichen Raps-Produktionsweise sowie Verwertung der Nebenprodukte ein fossiles Alternativszenario gegenüber gestellt, kommt Scharmer zu dem Ergebnis, dass pro Liter fossilem Dieselkraftstoff der durch Biodiesel ersetzt wird, 42,8 MJ eingespart werden können.145 Bezugspunkte sind dabei der Einsatz von mineralischem Dieselkraftstoff, Import von Sojaschrot, Herstellung von synthetischem Glyzerin und der Aufwand für die Pflege von landwirtschaftlichen Stilllegungsflächen. Der Einfluss der Verwertung des Glycerins auf die Energiebilanz wird auch durch ein Gutachten des Heidelberger ifeu-Instituts untermauert. Die Studie zum ökologischen Vergleich zwischen Rapsöl und RME aus dem Jahre 2001 kommt zu dem Ergebnis, dass RME in allen Varianten gleich gute oder bessere Werte als Pflanzenöl erreicht, außer wenn Glycerin zur energetischen, statt zur stofflichen Verwertung herangezogen wird.146 Legt man einen Rapsöl-Hektarertrag von 1,465 t (entspricht 1.592 Liter) bzw. 55,5 GJ und eine Energiebilanz von 3,35 zugrunde, so kann auf einem Hektar ein NettoKraftstoffertrag von 39 GJ verbucht werden. Wird statt Pflanzenöl Biodiesel erzeugt, kann eine fast identische Quantität pro Hektar hergestellt werden. Durch den geringfügig niedrigeren Heizwert liegt der Energieertrag bei 54 GJ /ha. Bei einer durchschnittlichen Energiebilanz von 2,21 ergibt sich daraus ein Energieaufwand von 24,5 bzw. ein Nettokraftstoffertrag von 29,5 GJ /ha. Anders stellt sich die Situation im Fall von Biodiesel jedoch dar, wenn die Energieersparnis für die Substitution von synthetisch hergestelltem Glycerin in die Bilanz mit einbezogen wird. Denn dem Energieaufwand in Höhe von 22,2 GJ pro Hektar, den Scharmer in der oben abgebildeten Beispielkalkulation dem Biodiesel zurechnet (bei 1,33 t Ölertrag /ha), steht eine Gutschrift über 23,6 GJ /ha für das Glycerin gegenüber (Primärenergieaufwand: 0,209 GJ /kg x 123 kg Glycerin /ha).147 Statt einer Belastung muss in diesem Fall [...]
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Arbeit zitieren:
Weitz, Michael September 2003: Biokraftstoffe - Potenzial, Zukunftsszenarien und Herstellungsverfahren im wirtschaftlichen Vergleich, Hamburg: Diplomica Verlag
Schlagworte:
Biodiesel, Ethanol, Biogas, Synfuel, Kraftstoff




