Forschungsinformationssystem des BMVI

zurück Zur Startseite FIS

Biokraftstoffe im Kontext der Sektorkopplung

Erstellt am: 19.10.2018 | Stand des Wissens: 11.12.2023
Synthesebericht gehört zu:

Biokraftstoffe können aus Anbaubiomasse (Energiepflanzen wie Mais oder Raps) oder Reststoffen (zum Beispiel Holzabfällen) beispielsweise über Vergärung zu methanhaltigem Biogas sowie weitere, sich anschließende Verarbeitungsstufen gewonnen werden. Die Herstellung von Biokraftstoffen aus Anbaubiomasse (so genannte Biokraftstoffe der ersten Generation) führt jedoch zu Konkurrenzen mit der Nahrungsmittelproduktion sowie der stofflichen Verwendung. Zudem erbringen sie häufig nicht die erforderlichen Treibhausgas (THG)-Minderungen bei vergleichsweise geringer Flächeneffizienz. Die energetische Verwertung von Reststoffen (Biokraftstoffe der zweiten Generation) ist zwar ökologisch weniger bedenklich, ihr Mengenpotential ist aber begrenzt [SRU17, S. 81]. Auf der Nachfrageseite existieren ebenfalls Nutzungskonkurrenzen um die knappe Ressource Biomasse. Dies erfordert eine Überprüfung der zu Biomasse / Biokraftstoffen alternativen Optionen in konkurrierenden Energieverbrauchssektoren. [ISI17, S.3] gehen davon aus, dass sich der Biomasseeinsatz gegenüber heute tendenziell vom Strom- und Wärmesektor in bestimmte Industrieanwendungen sowie in den Luft- und Seeverkehr verlagert, da dort aus heutiger Sicht nur wenige und vergleichsweise teure Kohlenstoffdioxid (CO2)-freie Alternativen zur Biomassenutzung existieren.
Dahingegen stehen Biokraftstoffe der dritten Generation in der Regel nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion, besitzen einen geringeren Flächenbedarf sowie ein besseres Nachhaltigkeitsprofil. Biokraftstoffe der dritten Generation umfasst unter anderem Algen, deren Ertrag wesentlich höher ist als beispielsweise bei Raps und durch die Nutzung von Tanks Ackerboden eingespart wird. Die Produktion von Treibstoff aus Algen ist jedoch sehr aufwendig. Sie befindet sich noch im Stand der Erforschung und spielt daher derzeit keine Rolle für die Kraftstoffversorgung. [ARDA21; SeEh18; WeSc17]
Das inländische Potential fester und gasförmiger Stoffe aus Biomasse beziffert [UBA14d, S. 55] auf 202 Terrawattstunden (TWh) pro Jahr. Erzeugte man aus dem gesamten Festbrennstoffpotential Biokraftstoffe der zweiten Generation, könnten daraus jährlich etwa 81 TWh Biokraftstoffe gewonnen werden [UBA14d, S. 54]. [UBA14d] schlussfolgern für ihr Szenario mit 100 Prozent erzeugten erneuerbaren Energien, dass Kraftstoffe aus Abfallbiomasse nur einen sehr begrenzten Beitrag zur Emissionsminderung des Verkehrssektors leisten können [UBA14d, S. 54]. Die technische Nutzung von Solar- und Windenergie liefere erheblich höhere flächenspezifische Energieerträge als die energetische Nutzung von Anbaubiomasse [UBA14d, S. 251], weshalb in dieser Studie 2050 statt Kraftstoffen aus Biomasse ausschließlich strombasierte Treibstoffe zum Einsatz kommen. Ähnlich empfehlen [BCPr18] den Einsatz der begrenzten Menge inländisch verfügbarer Biomasse vor allem für den Industriesektor, um dort Kohle und Gas in der industriellen Nieder- und Mitteltemperaturwärmeerzeugung zu ersetzen [BCPr18, S. 10].
Im Gegensatz dazu werden im 80 Prozent-Reduktionsszenario von [ISI17] im Verkehrssektor ausschließlich Biokraftstoffe statt Power-to-X (PtX) sowie - zu geringeren Anteilen - Treibstoffe aus fossilen Quellen eingesetzt. Dies liegt einerseits an den unterstellten Kosten und Potentialen für die Erzeugung von Biokraftstoffen und den Kosten für die strombasierte Herstellung von Wasserstoff und daraus folgend für synthetische Kohlenwasserstoffe wie zum Beispiel synthetisches Methan andererseits. Aus Strom erzeugtes Methan als Basisstoff für Power-to-Gas (PtG)- und Power-to-Liquid (PtL)-Lösungen kostet 2050 nach [ISI17, S. 3] auch inklusive CO2-Preis ein Vielfaches von fossilem Erdgas. Daneben erlaubt ein Minderungsziel von 80 Prozent im Gegensatz zu strikteren Zielen die Nutzung von fossilen Energieträgern in Bereichen, die sich nur schwer auf regenerative Energiequellen umstellen lassen. Es gibt bei einer 80 prozentigen Reduktion nach [ISI17] also keinen zwingenden Grund, synthetische Kraftstoffe auf Strombasis einzusetzen. Die Autoren räumen allerdings ein, dass diese Einschätzung bei höheren Vermeidungszielen einer Überprüfung unterzogen werden sollte.
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Regenerativ erzeugte Kraftstoffe im Kontext der Sektorkopplung (Stand des Wissens: 05.01.2024)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?490455
Literatur
[ARDA21] ARD Alpha (Hrsg.) Biodiesel, Bioethanol und Biomethan im Tank , 2021/05/06
[BCPr18] BCG - The Boston Consulting Group, Prognos, , Studie im Auftrag des Bundesverbandes der Deutschen Industrie (BDI). (Hrsg.) Klimapfade für Deutschland, 2018/09/24
[ISI17] Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung, Prof. Dr. M. Wietschel , Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH, Technische Universität Wien, Consentec GmbH, M-Five, TEP Energy GmbH (Hrsg.) Langfristszenarien für die Transformation des Energiesystems in Deutschland. Modul 0: Zentrale Ergebnisse und Schlussfolgerungen, 2017/09
[SeEh18] Bierkandt, Thomas , Severin, Michael , Ehrenberger, Simone , Köhler, Markus Klimaneutrale synthetische Kraftstoffe im Verkehr, 2018/12
[SRU17] Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU) (Hrsg.) Umsteuern erforderlich: Klimaschutz im Verkehrssektor, 2017/11
[UBA14d] Umweltbundesamt (Hrsg.) Treibhausgasneutrales Deutschland im Jahr 2050, 2014/04
[WeSc17] Wesselak, Viktor , Schabbach, Thomas , Link, Thomas, Fischer, Joachim (Hrsg.) Handbuch Regenerative Energietechnik, 2017
Glossar
Biomasse Biomasse umfasst:
  • Reststoffe wie z.B. Restholz, organische Abfälle (Biomüll, Gülle etc.), Stroh sowie
  • Energiepflanzen wie z.B. Raps, schnell wachsende Baumarten, Energiegetreide, Miscanthus.
CH4
= Methan. Es ist ein farbloses, geruchloses und leicht brennbares Gas, das zu Kohlendioxid und Wasser verbrennt. Methan ist Hauptbestandteil von Erdgas, Biogas, Deponiegas und Klärgas. Als Erdgas dient es hauptsächlich der Beheizung von Wohn- und Gewerberäumen, als industrielle Prozesswärmeenergie, zur elektrischen Stromerzeugung und in kleinem Umfang als Treibstoff für Kraftfahrzeuge.
Methan gehört zu den klimarelevanten Treibhausgasen. Methan entsteht bei allen organischen Gär- und Zersetzungsprozessen, wie z.B. in Sümpfen, Nassreisfeldern und Massenviehhaltung. (Der Verdauungstrakt von Wiederkäuern produziert Methan.)
Nach Kohlendioxid ist Methan mit einem Anteil von knapp 20 Prozent wichtigster Verursacher des Treibhauseffekts, wobei es ein 20- bis 30-mal wirksameres Treibhausgas als CO2 ist. Die weltweiten Methanemissionen werden auf 500 Mio. Tonnen/Jahr geschätzt, davon gehen rund 70 Prozent auf menschliche Aktivitäten zurück.
HC
= hydrocarbons, zu Deutsch: Kohlenwasserstoffe. Als Kohlenwasserstoffe werden in der Chemie Verbindungen bezeichnet, die ausschließlich Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) im Molekül enthalten.
CO
= Kohlenstoffmonoxid. CO ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff und gehört damit neben Kohlenstoffdioxid zur Gruppe der Kohlenstoffoxide. Es ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas. Kohlenstoffmonoxid beeinträchtigt die Sauerstoffaufnahme von Menschen und Tieren. Schon kleine Mengen dieses Atemgiftes haben Auswirkungen auf das Zentralnervensystem.
Es entsteht bei der unvollständigen Oxidation von kohlenstoffhaltigen Substanzen. Dies erfolgt zum Beispiel beim Verbrennen dieser Stoffe, wenn nicht genügend Sauerstoff zur Verfügung steht oder die Verbrennung bei hohen Temperaturen stattfindet. Kohlenstoffmonoxid selbst ist brennbar und verbrennt mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid. Hauptquelle für die CO-Belastung der Luft ist der Kfz-Verkehr.
Power-to-X
Power-to-X ist ein Oberbegriff für verschiedene technologische Verfahren, bei denen elektrische Energie in chemische Energie oder in Wärme umgewandelt wird. Dies ermöglicht eine Speicherung und anderweitigen Nutzung von Stromüberschüssen in Zeiten eines Überangebotes variabler erneuerbarer Energien wie Solarenergie, Windenergie und Wasserkraft.
H2 Wasserstoff ("H2" = grch.-lat. für hydrogenium "Wassererzeuger") ist das chemische Element mit der Ordnungszahl 1. Wasserstoff stellt sowohl bezogen auf die Masse (75%) als auch bezogen auf die Zahl der Teilchen (91%) das häufigste aller im All vorkommenden Elemente dar. Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses Gas welches in der Natur aufgrund der hohen Reaktivität nicht in seiner elementaren Form vorkommt. Wasserstoff liegt gebunden in Form von Erdöl und Erdgas, in Mineralien, in Biomasse, aber vorwiegend in Form von Wasser vor. Wasserstoff ist somit ein Sekundärenergieträger (Energiespeicher)und muss erst aus den oben genannten fossilen oder nicht fossilen Primärenergieträgern unter Einsatz von zusätzlicher Energie hergestellt werden.
Szenarien Ein Szenario ist ein Bild der Zukunft, das sich aus einer bestimmten Kombination von relevanten Einflussfaktoren und Rahmenbedingungen entwickelt. Das grundsätzliche Anliegen von Szenarien besteht darin, verschiedene Handlungsoptionen zu verdeutlichen und ihre Folgewirkungen transparent zu machen.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?490439

Gedruckt am Mittwoch, 24. April 2024 01:27:00