Basisdaten Bioenergie Deutschland 2014

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Basisdaten Bioenergie Deutschland 2014
bioenergie.fnr.de
BASISDATEN BIOENERGIE
DEUTSCHLAND 2014
FESTBRENNSTOFFE
BIOKRAFTSTOFFE
BIOGAS
bioenergie.fnr.de
25,4
25,0
23,6
22,5
20,4
20,0
33,4 % Mineralöle
33,4 % Mineralöle
gesamt
gesamt
15,0
10,0
13.908 PJ
13.908 PJ
2,5
Kernenergie 7,6 %
Kernenergie 7,6 %
11,7 % Braunkohle
11,7 % Braunkohle
Steinkohle 12,8 %
Steinkohle 12,8 %
6,0
5,6
6,3
6,2
© FNR 2014
© FNR 2014
16,3
7,5
7,4
8,3
6,7
6,0
5,4
3,8
2005
2006
2007
2008
2009
Wärmebereitstellung
2011
2012
2013
Kraftstoffverbrauch
© FNR 2014
Anteil Bioenergie ca. 62 % – entspricht 7,6 % am Endenergieverbrauch
Wasserkraft 0,8 %
Windenergie 2,1 %
6,7 % Wasserkraft
16,8 % Windenergie
Biomasse 15,1 %
(Strom)
© FNR 2014
gesamt
318,0 TWh
62 % durch
Bioenergie
7,6 %
Solarenergie 1,4 %
restliche EE 0,4 %
Quelle: BMU, AGEE-Stat (Februar 2014)
2010
Quelle: BMWi, AGEE-Stat, FNR (Februar 2014)
12,3 %
Biomasse
5,1
1,8
2004
Biokraftstoffe 10,3 %
2.590 TWh
9,0
5,7
5,5
Energiebereitstellung aus erneuerbaren Energien 2013
Fossile Energieträger 87,7 %
und Kernenergie
gesamt
5,8
9,3
9,3
ENERGIEBEREITSTELLUNG AUS ERNEUERBAREN ENERGIEN 2013
Anteil erneuerbarer Energien am
ANTEIL ERNEUERBARER ENERGIEN
Endenergieverbrauch
2013AM ENDENERGIEVERBRAUCH 2013
Erneuerbare
Energien (EE)
8,8
0
Stromerzeugung
Quelle: AGEB (März 2014)
Quelle: AGEB (März 2014)
15,1
11,6
10,2
9,3
7,5
5,0
2
14,2
12,5
17,0
FESTBRENNSTOFFE
17,5
BIOKRAFTSTOFFE
Austauschsaldo Strom
Erdgas 22,3 %
Erdgas 22,3 %
BIOENERGIE
Anteil in %
0,6 % Sonstige, einschl.
0,6Austauschsaldo
% Sonstige, einschl.
Strom
Erneuerbare Energien 11,5 %
Erneuerbare Energien 11,5 %
Biomasse 36,7 %
(Wärme)
Quelle: BMWi, AGEE-Stat (Februar 2014)
2,1 % Solarthermie
3,0 % Geothermie
BIOGAS
STRUKTUR PRIMÄRENERGIEVERBRAUCH DEUTSCHLAND 2013
Struktur
Primärenergieverbrauch
STRUKTUR
PRIMÄRENERGIEVERBRAUCH2013
DEUTSCHLAND 2013
Entwicklung erneuerbarer Energien am
ENTWICKLUNG ERNEUERBARE ENERGIEN IN DEUTSCHLAND
Endenergieverbrauch
2013und Kraftstoffe)
(Strom, Wärme
9,4 % Photovoltaik
© FNR 2014
3
ANHANG
ERNEUERBARE ENERGIEN (BIOENERGIE)
bioenergie.fnr.de
STROMERZEUGUNG
ERNEUERBAREN ENERGIEN
BIS 2020
Stromerzeugung
ausAUS
erneuerbaren
Energien
bis 2020
Bruttostromerzeugung 2013: 633,6 TWh (633,6 Mrd. kWh) – Anteil EE: 23,9 %
Bruttostromverbrauch 2013: 599,8 TWh (599,8 Mrd. kWh) – Anteil EE: 25,4 %
BRUTTO - STROMERZEUGUNG
IN TWh)
DEUTSCHLAND 2013
(Differenz: Stromexport-Saldo
2013 von 33,8
in TWh
2020:
278 TWh
250
200
Photovoltaik 4,7 %
Wasserkraft 3,2 %
gesamt
Biomasse 7,5 %
(inkl. biogener
Abfall)
2013:
153 TWh
150
139
100
50
2000:
39 TWh
54
52
0
Windenergie 8,4 %
2000
2002
2004
Geothermie
Bioenergie
Braunkohle 25,6 %
5,0 % Heizöl, Pumpspeicher und Sonstige
Steinkohle 19,6 %
Quelle: FNR nach AGEB (Februar 2014)
2006
2008
2010
2012
Wasserkraft (regenerativ)
Photovoltaik
2014* 2016* 2018* 2020*
Windenergie
* Branchenprognose
Quelle: FNR nach BEE Prognose, BMU (Februar 2014)
© FNR 2014
© FNR 2014
Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien 2013
STROMERZEUGUNG AUS ERNEUERBAREN ENERGIEN 2013
FESTBRENNSTOFFE
Erdgas 10,5 %
633,6 TWh
3
31
23,9 %
Erneuerbare
Energien (EE)
Biomasseanlagen zur EEG-Stromerzeugung 2013
BIOKRAFTSTOFFE
Kernenergie 15,4 %
BIOENERGIE
Brutto-Stromerzeugung 2013
inst.
Leistung
[MWel]
Stromerzeugungd
[TWh]
640
1.537
10,1
7,0
7.700
3.400
25,4
11,4
144
307
c
1,5
1,7
Anlagen zur
Stromerzeugung aus
flüssiger Biomasse b
1.027
175
0,34
0,28
gesamt
9.511
5.419
37,34
Anlagenanzahl
19,7 % Photovoltaik
Biomasseheizkraftwerkea
Biogasanlagen
gesamt
152,6 TWh
Wasserkraft 13,9 %
Biomethananlagen
31,4 % Bioenergie
Geothermische Stromerzeugung auf Grund geringer Strommengen nicht dargestellt
Quelle: BMWi, AGEE-Stat (Februar 2014)
4
Quelle: Stromerzeugung aus Biomasse, DBFZ (Juni 2014) © FNR 2014
d
Wärmeerzeugunge
[TWh]
ANHANG
Windenergie 35,0 %
20,38
davon ca. 300 Holzgas-BHKW; inkl. Pflanzenöl-BHKW;
c
Elektrische Äquivalenzleistung für den Anteil an Biomethan in KWK;
nach EEG vergütungsfähige Stromerzeugung; e EEG-KWK Wärmeerzeugung
a
BIOGAS
Anteil Bioenergie 31 % – entspricht 7,5 % an der gesamten Stromerzeugung
b
5
Wärmebereitstellung aus erneuerbaren Energien
AUSvon
DEM BETRIEB VON
Umsatz aus demUMSATZ
Betrieb
ERNEUERBARE-ENERGIEN-ANLAGEN 2013
Erneuerbare-Energien-Anlagen
2013
Anteil Bioenergie
88 % – entspricht
ca.ERNEUERBAREN
8 % an der gesamten
WÄRMEBEREITSTELLUNG
AUS
ENERGIEN
Wärmebereitstellung
IN DEUTSCHLAND 2013
5,8 % biogene
biogene 14,4 %
Festbrennstoffe
(Industrie)
Festbrennstoffe (HKW/HW)
5,9 % Geothermie,
Biomasse 48,4 %
(Strom & Wärme)
7,4 Mrd. €
Umweltwärme
0,9 Mrd. €
BIOENERGIE
bioenergie.fnr.de
8,9 % biogene
gasförmige Brennstoffe
gesamt
15,2 Mrd. €
7,2 % biogener
gesamt
1,4 Mrd. €
Anteil des Abfalls
1,7 % Wasserkraft
5,1 % Solarthermie
8,7 % Photovoltaik
132,9 TWh
7,2 % Geothermie,
biogene 49,8 %
Festbrennstoffe
(Haushalte)
9,3 % Windenergie
Umweltwärme
0,3 Mrd. €
Biomasse 24,3 %
(Kraftstoffe)
3,7 Mrd. €
1,3 Mrd. €
1,7 % Solarthermie
0,3 Mrd. €
FESTBRENNSTOFFE
0,4 % biogene
flüssige Brennstoffe
Quelle: BMWi, AGEE-Stat (Februar 2014)
HKW/HW = Heizkraftwerke/Heizwerke
Quelle: BMWi, AGEE-Stat (Februar 2014)
© FNR 2014
© FNR 2014
Entwicklung Wärmebereitstellung aus
erneuerbaren
Energien
WÄRMEERZEUGUNG AUS ERNEUERBAREN ENERGIEN
Wirtschaftsfaktor Bioenergie
133 TWh in 2013 – davon 88 % bzw. 117 TWh aus Biomasse
BIOKRAFTSTOFFE
1,3 % Klär- und Deponiegas
in GWh
BIOGAS
120.000
90.000
60.000
Biomasseanteil 88 %
30.000
0
2006
Quelle: BMWi, AGEE-Stat (Februar 2014)
6
2007
2008
2009
2010
biogene flüssige Brennstoffe
biogener Anteil des Abfalls
Geothermie
2011
2012
2013
ANHANG
2005
biogene Festbrennstoffe
biogene gasförmige Brennstoffe
Solarthermie
Klär- und Deponiegas
© FNR 2014
7
bioenergie.fnr.de
Einheimische Bioenergie: Was kann sie 2050 leisten?
BIOENERGIE
Reduktion Treibhausgas-Emissionen durch
erneuerbare Energien 2013
REDUKTION
VON
TREIBHAUSGAS-EMISSIONEN
DURCH
THG-Vermeidung
gesamt:
147,9
Mio. t – durch Biomasse
64,5 Mio. t
ERNEUERBARE ENERGIEN NACH ENERGIETRÄGERN
bzw. ca. 43,6 % 
gesamt: 147,9 Mio. t
THG-Minderung (in Mio. t CO2-Äq)
Strom
Kraftstoffe
0
Wasser
Zahlen gerundet
davon 64,5 Mio. t bzw. 43,6 % durch Biomasse
5,0
10
20
Wind
30
40
50
70
60
Photovoltaik
Biomasse
80
90
100
Solarthermie
Quelle: FNR 110
Geothermie
THG: Treibhausgas
Quelle: BMWi, AGEE-Stat (Februar 2014)
© FNR 2014
Treibhausgase (THG) in CO2-Äquivalent beinhalten CO2 , CH4 und N2O.
© FNR 2011
Einheimische Biomasse trägt in Deutschland zukünftig maßgeblich zur
Energieversorgung bei. Bis zu 23 % des Bedarfs an Wärme, Strom und
Kraftstoffen kann sie 2050 decken. Holz, Energiepflanzen, Stroh sowie
Rest- und Abfallstoffe bieten das Potenzial, einen erheblichen Teil unserer
Energie nachhaltig zu erzeugen.
Anbau nachwachsender Rohstoffe in Deutschland
ANBAU NACHWACHSENDER ROHSTOFFE IN DEUTSCHLAND
BIOKRAFTSTOFFE
35,3
Wärme
FESTBRENNSTOFFE
107,6
in Hektar
THG-Vermeidung durch Bioenergie 2013
2.600.000
2.400.000
2.000.000
flüssige
Bioenergieträger
Wärme
Kraftstoffe
gesamt
14.112
29.532
k. a.
43.644
1.800.000
Festbrennstoffe 9
1.600.000
1.400.000
2.337
1.200.000
258
95
5.022
5.375
Biogas**
12.601
2.908
k. a.
15.509
gesamt
26.971
32.535
5.022
64.528
Biogas 1.268
1.000.000
100 Industriestärke
10 Industriezucker
140 Ölpflanzen
< 1 Faserpflanzen
12 Arznei- und
Färbepflanzen
629 Biodiesel/
Pflanzenöl
Gesamtanbaufläche
800.000
263 INDUSTRIEPFLANZEN
2.074 ENERGIEPFLANZEN
600.000
400.000
200.000
0
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Bioethanol 168
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013 2014*
*geschätzt
Quelle: FNR nach AGEE-Stat (Februar 2014)
8
* inkl. biogener Anteil des Abfalls; ** inkl. Klär- und Deponiegas
Quelle: FNR (2014) © FNR 2014
9
ANHANG
feste
Bioenergieträger*
Strom
BIOGAS
2.200.000
THG Vermeidung in 1.000 t CO2-Äq
heizen.fnr.de
FESTBRENNSTOFFE
Anzahl
22,6 Mio. Fm
268.500
240.000
221.500
210.000
BM HKW/BM HW > 1 MW
193.000
180.000
gesamt
68,4 Mio.
7,2 Mio. Fm
BM HKW/BM HW < 1 MW
Festmeter(Fm)
4,7 Mio. Fm
Sonstige
125.000
120.000
140.000
155.000
FESTBRENNSTOFFE
150.000
105.000
90.000
83.000
70.000
60.000
44.000
30.000
0
2005
33,9 Mio. Fm
2007
2006
2009
2008
2010
2011
2012
2013
2014 *
in privaten Haushalten
Quelle: DEPI auf Basis Biomasseatlas.de, ZIV, HKI (2014)
BM HKW: Biomasse Heizkraftwerk; BM HW: Biomasse Heizwerk
© FNR 2014
© FNR 2014
ANLAGENBESTAND
UND
INSTALLIERTE ELEKTRISCHE
LEISTUNG
Anlagenbestand
und
installierte
elektrische
Leistung
VON BIOMASSE(HEIZ)KRAFTWERKEN
von Biomasse(heiz)kraftwerken
Holzpellets – Produktion und Verbrauch
Anlagen
in 1.000 t
500
4.962
3.200
3.500
2.350
2.200
2.700
3.100
2.200
1.700
1.600
1.480
400
1.500
1.000
1.880
600
150
120
90
60
30
1.400
2.000
2.600
800
210
180
1.750
2.500
270
240
1.200
1.000
2.500
3.000
330
300
1.100
1.200
2.400
390
360
900
installierte elektrische Leistung (MWel )
HOLZPELLETS – PRODUKTION UND VERBRAUCH IN DEUTSCHLAND
2.250
2.000
Quelle: Mantau/Holzrohstoffbilanz Deutschland 2012
* Prognose
200
0
0
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Anlagen > 5 MWel
Anlagen ≤ 0,15 MWel
Anlagen > 0,5 ≤ 5 MWel
Anlagen > 0,15 ≤ 0,5 MWel
installierte elektrische Leistung (MWel )
2008
Produktionskapazität
Quelle: DEPI, FNR (2014)
2009
2010
Produktion
2011
2012
Verbrauch
2013
2014*
* Prognose
© FNR 2014
Ohne Vergasungsanlagen, Papier-/Zellstoffindustrie und Kleinst-KWK < 10 KW
Quelle: DBFZ (2014)
© FNR 2014
11
ANHANG
0
10
BIOKRAFTSTOFFE
gesamt: 68,4 Mio. Festmeter (Fm) entspricht 50,5 % des Holzaufkommens
BIOGAS
ENERGETISCHE NUTZUNG VON HOLZ 2010
Energetische Nutzung von Holz 2010
BIOENERGIE
GESAMTBESTAND
AN PELLETHEIZUNGEN IN DEUTSCHLAND
Gesamtbestand
an Pelletheizungen
heizen.fnr.de
Hackgut Fichte
(w = 30 %)
in €/Srm
0,5
250
95
37
0,6
300
114
45
Pellets aus Sägespänen trocken
Pellets aus Hackschnitzeln TMP
5,5 %
133
52
0,8
400
152
60
Erdgas
0,9
450
172
76
Flüssiggas
1,0
500
191
75
1,1
550
210
82
1,2
600
229
89
TMP: Thermo-Mechanical-Pulping
1,3
650
248
97
Quelle: DEPI, H. Schellinger, J. Bergmair (TU Graz)
1,4
700
267
104
1,5
750
286
112
0%
3%
6%
9%
12 %
15 %
© FNR 2011
Brennstoffspezifikationen und -klassen
Brennstoff
Cent/l Heizöl EL (in Heizöläquivalent inkl. MwSt)
JAN 2014
81 Cent/l
70
289 Euro/t
90 Euro/Rm
50
14,5 %
12 %
Normung fester Biobrennstoffe
ENERGIEPREISENTWICKLUNG
60
10 %
Heizöl
Die Brennstoffpreise werden mit Bezug auf den unteren Heizwert verglichen.
80
4%
5,5 %
350
90
2,7 %
Pellets aus Waldrestholz
0,7
Energiepreisentwicklung
Norm
Allgemeine Anforderungen
DIN EN ISO 17225-1:2014-09
Holzpellets
DIN EN ISO 17225-2:2014-09
Holzbriketts
DIN EN ISO 17225-3:2014-09
Holzhackschnitzel
DIN EN ISO 17225-4:2014-09
Stückholz
DIN EN ISO 17225-5:2014-09
Nicht-holzartige Pellets*
DIN EN ISO 17225-6:2014-09
167 Euro/t
40
30
73 Euro/t
10
Quelle: Beuth Verlag 0
2004
Heizöl
Strohballen
2005
2006
Scheitholz
Quelle: FNR nach TFZ (Januar 2014)
2007
2008
2009
Holzpellets
2010
2011
2012
Getreidekörner
* halmgutartige Biomasse; Biomasse von Früchten;
definierte und undefinierte Mischungen von Biomasse
2013 2014
Hackschnitzel
© FNR 2014
13
ANHANG
97 Euro/t
20
12
Energieaufwand bezogen auf den Brennwertgieaufwand* zur Herstellung von Brennstoffen
Pellets aus Rohholz
Quelle: FNR (2012) BIOENERGIE
Scheitholz Buche
(w = 15 %)
in €/Rm
FESTBRENNSTOFFE
Holzpellets
(w < 10 %)
in €/t
BIOKRAFTSTOFFE
Heizöl
in €/Liter
ENERGIEAUFWAND ZUR HERSTELLUNG VON BRENNSTOFFEN
Energieaufwand zur Herstellung von Brennstoffen
BIOGAS
Heizwertbezogene Äquivalentpreise von Holzbrennstoffen
heizen.fnr.de
Srm
1 t atro
1,0
1,3–2,5
2,9
4,9
1 Fm
0,4–0,7
1,0
1,4
2,5
1 Rm
0,3
0,7
1,0
1,8
1 Srm
0,2
0,4
0,5
1,0
Wassergehalt w [%] =
Holzfeuchte u [%] =
Gewicht des Wassers [kg]
Gewicht des feuchten Holzes [kg]
• 100
Gewicht des Wassers [kg]
Gewicht des trockenen Holzes [kg]
• 100
Wassergehalt in %
10
15
20
25
30
40
50
Holzfeuchte in %
11
18
25
33
43
67
100
Berechnung des Heizwertes der feuchten
Gesamtsubstanz
Hi (w) =
Hi (w): Hi (wf):
2,44:
w:
Heizwert des Holzes (in MJ/kg) bei einem Wassergehalt w
Heizwert der Holztrockensubstanz in MJ/kg
im „wasserfreien“ Zustand
Verdampfungswärme des Wassers in MJ/kg
bezogen auf 25 °C
Wassergehalt in %
HEIZWERT VON HOLZ IN ABHÄNGIGKEIT VOM WASSERGEHALT
Heizwert von Holz in Abhängigkeit vom Wassergehalt
Abkürzungen
atro: absolut trocken (0 % Wassergehalt)
Fm: (Festmeter) In der Forst- und Holzwirtschaft übliche
Benennung für 1 m3 Holz ohne Zwischenräume.
Rm: (Raummeter) In der Forst- und Holzwirtschaft
übliche Benennung für 1 m3 geschichtetes Holz unter
Einschluss der Luftzwischenräume.
Srm: (Schüttraummeter oder -kubikmeter) Raummeter
geschütteter Holzteile (z. B. Hackgut, Schüttgut).
Heizwert Hi (kWh/kg)
Quelle: Handbuch Bioenergie Kleinanlagen, FNR (2007) und eigene Berechnungen
Quelle: Bayerisches Landesinstitut für Forstwirtschaft (Merkblatt 12)
14
5
4
3
2
ANHANG
Anmerkung
Die unbemaßte Kantenlänge beträgt jeweils 1 m.
Hi (wf) • (100 – w) – 2,44 • w
100
BIOENERGIE
Rm
FESTBRENNSTOFFE
Fm
BIOKRAFTSTOFFE
t atro
Berechnung des Wassergehalts und der Holzfeuchte
BIOGAS
Allgemeine Umrechnungsfaktoren für Holzmengen
(Faustzahlen)
1
0
0
Nadelholz
10
20
30
Laubholz
40
50
60
Wassergehalt (%)
© FNR 2013
15
heizen.fnr.de
Rückstände
Waldrestholz
1,0
15,6
15,6
433
Getreidestroh
6,0
14,3
85,8
2.383
Rapsstroh
4,5
14,2
63,9
1.775
Landschaftspflegeheu
4,5
14,4
64,8
1.800
Energiepflanzen
Kurzumtriebsplantagen
(z. B. Pappel,
Weiden)*
12,0
15,4
185,0
5.133
Getreideganzpflanzen
13,0
14,1
183,0
5.092
Futtergräser
(z. B. Rohrschwingel)
8,0
Miscanthus
(Chinaschilf,
ab 3. Jahr)
15,0
Quelle: Leitfaden Feste Biobrennstoffe, FNR (2014)
13,6
14,6
109,0
219,0
3.022
6.083
* Meist in feuchtem Zustand verwendet (35–55 % Wassergehalt).
Brennstoff
Energiegehalt in
Öläquivalent in
kWh/kg
kWh/l
l/lOE
kg/kgOE
Heizöl
0,85 kg/l
11,83
10,06
1,00
0,98
Rapsöl
0,92 kg/l
10,44
9,61
1,04
1,14
Steinkohle
(w = 5,1 %)
860 kg/m3
8,25
7,10
1,40
1,21
Ethanol
0,79 kg/l
7,41
5,85
1,70
1,35
Holzpellets
(w = 10 %)
664 kg/m3
5,00
3,32
3,00
1,99
Strohpellets
(w = 10 %)
603 kg/m3
4,90
2,95
3,37
2,03
Buche Scheitholz 33 cm
(w = 15 %)
445 kg/Rm
4,15
1,85
5,40
2,40
Fichte Scheitholz 33 cm
(w = 15 %)
304 kg/Rm
4,33
1,32
7,56
2,30
Hackschnitzel Kiefer
(w = 15 %)
203 kg/Srm
4,33
0,88
11,33
2,30
Sägemehl Fichte
(w = 15 %)
160 kg/m3
4,33
0,69
14,37
2,30
Getreide Ganzpflanze
(w = 15 %)
150 kg/m3
3,92
0,59
16,96
2,54
Getreidestroh
Großballen
(w = 15 %)
140 kg/m3
3,96
0,55
17,98
2,52
Miscanthus Häckselgut
(w = 15 %)
130 kg/m3
4,07
0,53
18,85
2,45
Quelle: FNR 16
Dichte
w: Wassergehalt; l: Liter; Rm: Raummeter; Srm: Schüttraummeter; OE: Öläquivalent
17
BIOENERGIE
Heizöläquivalent
in
l/(ha • a)
FESTBRENNSTOFFE
Bruttojahresbrennstoffertrag
in
GJ/(ha • a)
BIOKRAFTSTOFFE
Mittlerer
Heizwert Hi
(w = 15  %)
in
MJ/kg
Heizwerte und Dichte ausgewählter Brennstoffe im Vergleich
BIOGAS
Massenertrag
(w = 15  %)
in
t/(ha • a)
Biobrennstoffe im Vergleich zu Heizöl
ANHANG
Typische Massen- und Energieerträge in der
Land- und Forstwirtschaft
heizen.fnr.de
Brennstoffmenge in
Menge/
Einheit
Wassergehalt w
in %
Masse
(inkl. Wasser)
in kg
Heizwert
(bei w)
in MJ/kg
MJ
kWh
Heizöläquivalent
(Liter)
Buche 33 cm, lufttrocken
1 Rm
15
445
15,3
6.797
1.888
189
Buche 33 cm, angetrocknet
1 Rm
30
495
12,1
6.018
1.672
167
Fichte 33 cm, lufttrocken
1 Rm
15
304
15,6
4.753
1.320
132
Fichte 33 cm, angetrocknet
1 Rm
30
349
12,4
4.339
1.205
121
Buche, trocken
m3
15
295
15,3
4.503
1.251
125
Buche, beschränkt lagerfähig
3
m
30
328
12,1
3.987
1.107
111
Fichte, trocken
m3
15
194
15,6
3.032
842
84
Fichte, beschränkt lagerfähig
m3
30
223
12,4
2.768
769
77
Holzpellets, nach Volumen
m3
8
650
17,1
11.115
3.088
309
Holzpellets, nach Gewicht
1t
8
1.000
17,1
17.101
4.750
475
Buche, lufttrocken
1t
15
1.000
15,3
15.274
4.243
424
Buche, angetrocknet
1t
30
1.000
12,1
12.148
3.374
337
Fichte, lufttrocken
1t
15
1.000
15,6
15.614
4.337
434
Fichte, angetrocknet
1t
30
1.000
12,4
12.428
3.452
345
Halmgut (z. B. Stroh)
1t
15
1.000
14,3
14.254
3.959
396
Rapsöl
m3
< 0,1
920
37,6
34.590
9.609
961
Biodiesel (Rapsölmethylester)
m3
< 0,03
880
37,1
32.650
9.093
909
m3
2–7
1,2
15–22,5
18–27
5–7,5
0,6
Brennstoff
BIOENERGIE
Verbrennungstechnische Daten von festen, flüssigen
und gasförmigen Bioenergieträgern
FESTBRENNSTOFFE
Scheitholz (geschichtet)*
BIOKRAFTSTOFFE
Holzhackschnitzel*
Pellets
BIOGAS
Brennstoffe nach Gewicht
Biogas
Quelle: Handbuch Bioenergie-Kleinanlagen, FNR (2013) und eigene Berechnungen
18
ANHANG
Biokraftstoffe
* Die unterhalb der 25 % Wassergehalt eintretende Volumenänderung wurde berücksichtigt.
19
biokraftstoffe.fnr.de
ENTWICKLUNG KRAFTSTOFFVERBRAUCH DEUTSCHLAND BIS 2025
Entwicklung
Kraftstoffverbrauch bis 2025
Kraftstoffverbrauch
im Verkehrssektor
KRAFTSTOFFVERBRAUCH
DEUTSCHLAND2013
2013
in Mio. t
BIOENERGIE
BIOKRAFTSTOFFE
35
Biokraftstoffanteil: 5,1 % (energetisch)
30
Dieselkraftstoff 60,8 %
32.659.000 t
5,1 %
Biokraftstoff
25
20
2,8 %
Biodiesel
1.772.000 t
< 0,1 %
Pflanzenöl
1.000 t
Erdgas* 0,4 %
177.000 t
32,7 % Ottokraftstoff
Flüssiggas (LPG) 1,0 %
497.000 t
17.227.000 t
5
0
2005
Dieselkraftstoffe
2007
2009
2011
© FNR 2014
2013
2015*
2025*
Ottokraftstoffe
Quelle: BAFA, MWV, FNR
* Schätzung auf Basis der Vorjahreswerte,
Prozentangaben bezogen auf den Energiegehalt
Quelle: BAFA, DVFG, BMF, AGEE-Stat FNR (2014)
10
* Prognose
© FNR 2011
FESTBRENNSTOFFE
gesamt
54 Mio. t
15
BIOKRAFTSTOFFE
Biomethan
< 0,1 %
29.000 t
Bioethanol
1,4 %
1.206.000 t
Hydrierte
Pflanzenöle (HVO) 0,8 %
440.000 t
Biokraftstoffe im Vergleich
So weit kommt ein Pkw mit Biokraftstoffen von 1 Hektar Anbaufläche.
In Deutschland wurden 2013 54 Mio. Tonnen Kraftstoff im Verkehrssektor verbraucht. Neben Dieselkraftstoff mit 60,8 % und Ottokraftstoff mit
32,7 % lag der Anteil biogener Kraftstoffe bei 5,1 % bzw. 3,4 Mio. Tonnen.
ENTWICKLUNG BIOKRAFTSTOFFE IN DEUTSCHLAND
Entwicklung Biokraftstoffe
in 1.000 t
7,4 %
3.000
1.000
6,0 %
2,2 Mio. t
3,8 Mio. t
3,4 Mio. t
5,4 %
5,8 %
3,7 Mio. t
5,5 %
3,8 Mio. t
3,4 Mio. t
5,7 %
5,1 %
3,8 %
Pkw Kraftstoffverbrauch: Otto 7,4 l/100 km, Diesel 5,1 l/100 km
0
Quelle: FNR 2005
2006
Pflanzenöl
Biomethan
Quelle: BAFA, BMF, FNR (2014)
20
2007
2008
Biodiesel
2009
2010
2011
Hydrierte Pflanzenöle (HVO)
2012
© FNR 2011
2013
Ethanol
Biokraftstoffanteil
© FNR 2014
21
ANHANG
2.000
6,3 %
3,7 Mio. t
BIOGAS
4,6 Mio. t
4,0 Mio. t
4.000
biokraftstoffe.fnr.de
erforderliche
Biomasse pro Liter
Kraftstoff [kg/l]
Rapsöl
3,5
1.590
2,2
Palmöl
20,0
4.440
4,5
Sojaöl
2,9
640
4,6
Jatropha
2,5
610
4,1
Quelle: Meó, FNR
FM: Frischmasse
Rohstoffe
Biomasseertrag (FM)
[t/ha]
Bioethanol
ertrag
[l/ha]
erforderliche
Biomasse pro Liter
Kraftstoff [kg/l]
9,0
7,2
4,9
5,6
70,0
73,0
7,0
3.740
2.760
2.030
2.230
7.540
6.380
2.310
2,4
2,6
2,4
2,5
9,3
11,4
3,0
Körnermais
Weizen
Roggen
Triticale
Zuckerrüben
Zuckerrohr
Stroh
Quelle: Meó, FNR
FM: Frischmasse
Bioethanolabsatz
Absatz in 1.000 Tonnen
2008
2009
2010
2011
2012
2013
Absatz in 1.000 Tonnen
2008
2009
1.742
E 85* (Ethanolanteil)
Ethanol (BM)
ETBE** (BM)
Absatz gesamt
8 (7)
251
367
625
9(7)
687
198
892
Beimischung
1.613
2.191
2.236
2.129
1.928
Reinkraftstoffe
1.082
241
293
97
131
30
Absatz gesamt
2.695
2.431
2.529
2.226
2.059
1.772
Quelle: BAFA, FNR
Quelle: BAFA, FNR 2010
2011
2012
BM: Beimischung zum Ottokraftstoff;
* E 85: Bioethanolanteil 70–90 %; ** 47 % Ethanol und 53 % Isobuten
in 1.000 t
500
3.965
2.600
2.600
2.057
4.350
0
Produktionskapazität 2013: 1 Mio. t
1.233
1.249
1.206
892
800
625
600
460
400
591
583
577
613
672
460
310
200
0
2005
Produktion
2006
2007
Absatz
Quelle: Ufop, VDB, BAFA, BMF, FNR (April 2014)
22
1.000
1.165
4.962
1.200
1.772
1.000
2.800
2.226
1.500
1.450
1.500
1.976
2.000
2.800
2.582
5.080
2.500
2.820
2.695
3.000
2.400
2.500
3.552
3.500
2.890
3.264
4.390
4.000
2.500
2.517
4.500
4.962
in 1.000 t
4.962
BIOETHANOL IN DEUTSCHLAND
EntwicklungENTWICKLUNG
Bioethanol
4.912
ENTWICKLUNG BIODIESEL-PRODUKTION UND ABSATZ IN DEUTSCHLAND
Entwicklung
Biodiesel
5.000
2013
18 (15) 19 (16) 21 (17) 14 (11)
1.028 1.054 1.090 1.040
122
162
142
154
1.165 1.233 1.249 1.206
ANHANG
Biodieselabsatz
2008
2009
Kapazität
2010
2011*
2012*
2013*
* Absatz ohne hydrierte Pflanzenöle (HVO)
© FNR 2014
FESTBRENNSTOFFE
Biodieselertrag
[l/ha]
BIOKRAFTSTOFFE
Biomasseertrag (FM)
[t/ha]
Rohstoffe
BIOENERGIE
Bioethanol (Rohstoffe zur Herstellung)
BIOGAS
Biodiesel (Rohstoffe zur Herstellung)
2007
Produktion
Quelle: BAFA, BDBe (2014)
2008
2009
2010
2011
2012
2013
Absatz
© FNR 2014
23
biokraftstoffe.fnr.de
mind. 36
Rapsöl
0,92
Sonnenblumenöl
Sojaöl
Olivenöl
Stockpunkt
in °C
Flammpunkt
in °C
max. 36
–
mind. 101
37,6
35
–2 bis –10
> 220
94 bis 113
0,92
37,1
32
–16 bis –18
> 220
118 bis 144
0,92
37,1
32
–8 bis –18
> 220
114 bis 138
0,92
37,8
38
–5 bis –9
> 220
76 bis 90
Jodzahl
max. 125
Jatrophaöl
0,92
36,8
34
2 bis –3
> 220
102
Kokosöl
0,92
35,3
28
14 bis 25
> 220
7 bis 10
Palmöl
0,92
37,0
42
27 bis 43
> 220
34 bis 61
Leindotteröl
0,92
37,0
31
–11 bis –18
> 220
149 bis 155
Palmkernöl
0,93
35,5
24
20 bis 24
> 220
14 bis 22
Quelle: TFZ, ASG, FNR (geändert 2011)
Entwicklung dezentraler Ölmühlen
Vergleich (de)zentraler Pflanzenölerzeugung
Ölgewinnung aus 1 t Rapssaat*
dezentral
FESTBRENNSTOFFE
0,910– 0,925
Anforderungen
DIN 51605
kin. Viskosität
(40 °C)
in mm2/s
BIOKRAFTSTOFFE
Heizwert
in MJ/kg
Auslastung der dezentralen Ölmühlen 45 % in 2012
2004a 2006 2007b 2008 2009c 2010
zentral
2012
Abpressgrad
[%]
80
99
Anzahl der Ölmühlen
219
550
585
601
434
290
245d
Ölausbeute
[kg/t Saat]
336
416
380
889
983
593
k.a.
348
266
Ausbeute Rapskuchen
[kg/t Saat]
660
–
verarbeitete Rapssaat
in 1.000 t
Ausbeute
Extraktionsschrot
[kg/t Saat]
–
580
Ölertrag
[l/t Saat]
365
452
Ölertrag
[l/ha]
Quelle: TFZ Umfragen
1.387
März 2004; Aug. 2007; Aug. 2009; d davon 44 Anlagen ausschließlich Speiseöl
Rapsölkraftstoff*
Biodiesel
Futteröl
Speiseöl
techn. Öle
58
38
3,4
0,3
0,7
2007
2010
35
30
22
7
6
2012
19
17
20
30
14
Quelle: TFZ Umfragen
24
c
Verwendung Pflanzenöl aus dezentralen Ölmühlen in %
1.718
* Ölgehalt der Saat 42 %
b
ANHANG
Quelle: TFZ, FNR
a
BIOGAS
Dichte
(15 °C )
in kg/l Pflanzenöl
BIOENERGIE
Pflanzenöle (Kraftstoffeigenschaften)
* mobil und stationär
25
BtL
In Deutschland fahren über 90.000 Erdgasfahrzeuge, denen ein Tankstellennetz von mehr als 900 Erdgastankstellen zur Verfügung steht.
Davon bieten über 150 Tankstellen 100 % Biomethan an und mehr als
300 Tankstellen Biomethan-Erdgas-Gemische.
BtL steht für Biomass-to-Liquid und gehört wie GtL (Gas-to-Liquid)- und
CtL (Coal-to-Liquid)-Kraftstoffe zu den synthetischen Kraftstoffen, deren
Bestandteile genau auf die Anforderungen moderner Motorenkonzepte
zugeschnitten, also maßgeschneidert werden.
Rohstofferträge zur Herstellung von Biomethan
Rohstoffe zur Herstellung von BtL
ca. 200*
[Nm3/ha]
[kg/ha]
53
4.945
3.560
Methanausbeute
Rohstoffe
Ertrag (FM)
[t/ha]
Kraftstoffertrag
[l/ha]
erforderliche
Biomasse pro Liter
Kraftstoff [kg/l ]
15–20
4.030
3,7
7
1.320
5,3
Energiepflanzen
* auf Basis von Silomais, mittleres Ertragsniveau; 12 % Lagerungsverluste;
Dichte Biomethan: 0,72 kg/m3
Stroh
Quelle: Meó, FNR (2009 – Biokraftstoffe – eine vergleichende Analyse)
Kraftstoffvergleich: Eigenschaften von Biokraftstoffen
Viskosität
bei 20 °C
[mm2/s]
Cetanzahl
Oktanzahl
[ROZ]
35,87
5,0
50
–
80
1
34,59
74,0
40
–
317
0,96
Dichte
[kg/l ]
Heizwert
[MJ/kg ]
Heizwert
[MJ/l ]
Dieselkraftstoff
0,83
43,1
Rapsölkraftstoff
0,92
37,6
Kraftstoff
FM: Frischmasse
Kraftstoffäquivalenz h
[ l ]
Flammpunkt
[°C ]
Biodiesel
0,88
37,1
32,65
7,5
56
–
120
0,91
Hydrierte Pflanzenöle (HVO) f
0,78
44,1
34,30
> 3,5g
> 70
–
60
–
0,97
a
Biomass-to-Liquid (BtL)
0,76
43,9
33,45
4,0
> 70
–
88
Ottokraftstoff
0,74
43,9
32,48
0,6
–
92
< 21
1
Bioethanol
0,79
26,7
21,06
1,5
8
> 100
< 21
0,65
Ethyl-Tertiär-Butyl-Ether (ETBE)
0,74
36,4
26,93
1,5
–
102
< 22
0,83
Biomethanol
0,79
19,7
15,56
–
3
> 110
–
0,48
Methyl-Tertiär-Butyl-Ether (MTBE)
0,74
35,0
25,90
0,7
–
102
–28
0,80
Dimetylether (DME)
0,67 b
28,4
19,03
–
60
–
–
0,59
Biomethan
0,72 e
50,0
36,00 c
–
–
130
–
1,5 d
120,0
c
–
–
Bio-Wasserstoff GH2
Quelle: FNR
26
0,09
e
10,80
a
< 88
b
c
d
3,6 d
–
e
f
BIOKRAFTSTOFFE
ca. 50*
Quelle: FNR nach KTBL (2014)
Methangehalt
[%]
BIOGAS
Biogasausbeute
[Nm3/t]
ANHANG
Rohstoffertrag (FM)
[t/ha]
FESTBRENNSTOFFE
Biomethan
BIOENERGIE
biokraftstoffe.fnr.de
g
h
Basis Fischer-Tropsch-Kraftstoffe; bei 20 °C; [MJ/m3]; [kg]; [kg/m3]; Quelle: VTT; bei 40 °C; Lesebeispiel: 1 l Biodiesel
entspricht 0,91 l Dieselkraftstoff · 1 kg Bio-Wasserstoff entspricht 3,6 l Ottokraftstoff (bei Nutzung über Brennstoffzelle 7 l)
27
Rahmenbedingungen Biokraftstoffe
EU-Ziel 2020:
Die Erneuerbare-Energien-Richtlinie (Richtlinie 2009/28/EG)a definiert
verbindliche Ziele für Biokraftstoffe und regelt deren Nachhaltigkeit.
Für alle EU-Mitgliedsstaaten gilt das verbindliche Ziel, in 2020 einen Mindestanteil von 10 % erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch im
Verkehrssektor sicherzustellen.
Nachhaltigkeit von Biokraftstoffen
BIOENERGIE
biokraftstoffe.fnr.de
a
Richtlinie 2009/28/EG zur Förderung der Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen vom 23. April 2009;
THG: Treibhausgas
mind. 60 % ab 2018
Standard-THG Emissionen für Biokraftstoffe
mind. 35 % ab 2011/13
mind. 50 % ab 2017
FESTBRENNSTOFFE
Deutschland-Ziel 2020:
Anforderungen zur Nachhaltigkeit von Biokraftstoffen und Strom aus
6 % THG-Einsparung durch 2020 in Verkehr gebrachte Biokraftstoffe –
flüssiger Biomasse gelten seit Jan. 2011. Die Kriterien sind in der BioBasis sind Referenzwerte für Otto- und Die­selkraft­stoff.
kraftstoff- und Biostrom-Nachhaltigkeitsverordnung definiert. Biokraftstoffe müssen mind. 35 % THG einsparen und weitere
NachhaltigkeitsSTANDARD-THG EMISSIONEN FÜR BIOKRAFTSTOFFE
kriterien entlang der gesamten Herstellungs- und Lieferkette erfüllen.
Rapsöl
30
Hydriertes Rapsöl
30
Biodiesel aus Rapsöl
29
Biodiesel aus Sonnenblumen
18
90 %
80 %
70 %
60 %
50 %
40 %
30 %
20 %
0
10 %
1 5
1 13
1 22
1 22
22
13
26
Biodiesel aus Soja
19
Biodiesel aus Palmöl
14
5
49
Biodiesel aus Palmöl 1
14
5
18
Ethanol aus Weizen
23
2
45
Ethanol aus Weizen 2
23
2
19
Ethanol aus Zuckerrübe
12
Ethanol aus Zuckerrohr
14
3
BtL (FT-Diesel) aus Kulturholz³
4
Biomethan aus Gülle
5
26
1
9
2
7
2
11
83,8
fossiler Kraftstoff
0
Transport
5
10
15
Verarbeitung in g CO2-Äq/MJ
20
25
30
max. 33,5 g ab 2018
35
40
45
max. 41,9 g ab 2017
1
Quelle: FNR nach UFOP (2011 – EU-RL 2009/28/EG)
28
50
55
60
max. 54,5 g ab 2010/13
65
70
75
80
THG-Emission in g CO2-Äq/MJ
mit Methanbindung; 2 Erdgas-KWK; 3 künftige Biokraftstoffoptionen — Basis: geschätzte Standardwerte nach 2009/28/EG
© FNR 2011
29
ANHANG
Ethanol aus Weizenstroh³
2
BIOGAS
1 13
Biodiesel aus Abfall
Anbau
BIOKRAFTSTOFFE
EU-Vorgaben/THG-Einsparung in %
100 %
biokraftstoffe.fnr.de
2015
Gesamtquote
4,4 %
2,8 %
6,25 %
Dekarbonisierung 3,5 %
2017
Dekarbonisierung 4,0 %
2020
Dekarbonisierung 6,0 %
Quelle: FNR nach BImSchG
Energiesteuer
• Dieselkraftstoff: 47,04 ct/l
• Ottokraftstoff: 65,45 ct/l
• Pflanzenöl- und Biodieselkraftstoff: 45,03 ct/l
Der Einsatz von Biokraftstoffen in der Landwirtschaft ist steuerbefreit.
Biomethan als Reinkraftstoff ist steuerbefreit bis 2015.
Für beigemischte und auf die Quote angerechnete Biokraftstoffe entfällt
die Steuerentlastung – sie wird nur für besonders förderungswürdige
Biokraftstoffe gewährt.
Besonders förderungswürdige Biokraftstoffe
• Ethanol mit einem Ethanolanteil von mind. 70 % (V/V), z. B. E 85
(steuerbegünstigt hinsichtlich des Ethanolanteils)
• BtL und Ethanol aus Cellulose (steuerbefreit bis 2015)
Die Beschaffenheit und die Auszeichnung der Qualität von Kraftstoffen
regelt die 10. BImSchV.
Kraftstoff
Norm
Erläuterung
Dieselkraftstoff
(B 7)
DIN EN
590
Dieselkraftstoffe mit bis zu 7 % (V/V) Biodiesel
(Stand: 04/2014)
Biodiesel
(B 100)
DIN EN
14214
Fettsäure-Methylester (FAME) für Dieselmotoren
(Stand: 06/2014)
Rapsölkraftstoff
DIN
51605
Rapsölkraftstoff für pflanzenöltaugliche
Motoren
(Stand: 09/2010)
Pflanzenölkraftstoff
DIN SPEC
51623
Vornorm DIN
(Stand: 06/2012)
Ottokraftstoff
(E 5)
DIN EN
228
Unverbleite Ottokraftstoffe mit bis zu 5 % (V/V)
Ethanol bzw. 15 % (V/V) ETBE
(Stand: 10/2014)
Ottokraftstoff
E 10
DIN EN
228
Ottokraftstoff E 10 – mit bis zu 10 % (V/V) Ethanol
(Stand: 10/2014)
Ethanol
DIN EN
15376
Ethanol als Blendkomponente in Ottokraftstoff
(Stand: 02/2013)
Ethanol
E 85
DIN
51625
– mind. 75 % bis max. 86 % (V/V) Ethanol –
Klasse A (Sommer)
– mind. 70 % bis max. 80 % (V/V) Ethanol –
Klasse B (Winter)
(Stand: 08/2008)
Erdgas &
Biomethan
DIN
51624
Biomethan muss die Norm für Erdgas als Kraftstoff erfüllen – eine Mischung Biomethan-Erdgas
ist in jedem Verhältnis möglich
(Stand: 04/2009)
V/V: Volumenprozent
ANHANG
Quelle: FNR (2011)
BIOENERGIE
Quote
Ottokraftstoff
FESTBRENNSTOFFE
bis 2014
Quote
Dieselkraftstoff
BIOKRAFTSTOFFE
Jahr
Kraftstoff-Normung
BIOGAS
Bundes-Immissionsschutzgesetz (BlmSchG)
30
31
biogas.fnr.de
TECHNISCHES PRIMÄRENERGIEPOTENZIAL FÜR BIOGAS
BIOGAS
Jahr
BESTANDSENTWICKLUNG BIOGASANLAGEN
Bestandsentwicklung
Biogasanlagen
installierte elektrische Leistung (GW)
9.000
100
200
300
400
500
Technisches Primärenergiepotenzial (in PJ/a)
Kommunale Reststoffe
Industrielle Reststoffe
Nachwachsende Rohstoffe (in 2020 auf 1,6 Mio. ha)
1,9
2005 2006 2007
340
0
1,0
1,4
1,3
0,7
2004
69
2,0
2.050
1,1
Tierische Exkremente
Quelle: FNR nach DBFZ (2014)
© FNR 2014
0
0
Anlagen
BIOKRAFTSTOFFE
1.000
0,4
2.000
2.680
2020 24 9
2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014*
installierte elektrische Leistung
* Prognose
Quelle: Fachverband Biogas e. V. (2014)
© FNR 2014
Treibhausgasemissionen
von Biogasanlagen
THG-EMISSIONEN VON BIOGASANLAGEN IM VERGLEICH
im Vergleich zum ZUM
deutschen
DEUTSCHENStrommix
STROMMIX
in kg CO2-Äq/kWhel
Energiebereitstellung aus Biogas
Stromproduktion [GWh]
0,6
Wärmeerzeugung [GWh]
0,4
0,3
2005
1.696
820
2006
3.346
1.344
2007
8.406
3.652
2008
11.001
3.495
–0,2
2009
13.103
5.299
–0,3
2010
15.554
8.004
2011
19.281
9.897
2012
25.390
10.684
2013
27.900
11.800
Quelle: AGEE-Stat
32
Strommix 2013 (EE-Anteil: 25,4 %)
0,5
BIOGAS
Jahr
FESTBRENNSTOFFE
3.500
3.000
3.711 3.891
2,3
4.000
249
3,1
4.984
5.000
78
3,0
3,4
5.905
6.000
7.515
22 9
4,0
3,5
7.175
7.000
7.850 7.960
3,8
8.000
vom Potenzial genutzter Anteil: 273 PJ
2012
0,2
0,1
0,17
0,0
–0,1
0,16
0,17
500 kW
1 MW
–0,04
–0,4
75 kW
150 kW
Saldo Gesamtemissionen
Errichtung Anlage
Gutschrift Ersatz fossile Wärme
Quelle: KTBL (2011), UBA, AGEE-Stat (2014)
Substratbereitstellung und Transport
Anlagenbetrieb
Gutschrift Gülle-Nutzung
© FNR 2014
Weitere Erläuterungen unter Grafiken Biogas in mediathek.fnr.de
33
ANHANG
Anlagen
BIOENERGIE
Technisches Primärenergiepotenzial für Biogas
biogas.fnr.de
50–75 Vol.-%
Kohlendioxid (CO2 )
25–45 Vol.-%
Wasserdampf (H2O)
1. Phase: Verflüssigung (Hydrolyse)
2–7 Vol.-%
Schwefelwasserstoff (H2S)
20–20.000 ppm
Sauerstoff (O2 )
Fettsäuren, Aminosäuren, Zucker (kurzkettige Monomere und Dimere)
2. Phase: Versäuerung (Acidogenese)
Kurzkettige organische Säuren (z. B. Propionsäure), Alkohole
BIOENERGIE
Konzentration
Methan (CH4 )
FESTBRENNSTOFFE
Fette, Eiweiße, Kohlenhydrate (langkettige Polymere)
Bestandteil
< 2 Vol.-%
Stickstoff (N2 )
< 2 Vol.-%
Ammoniak (NH3)
< 1 Vol.-%
Wasserstoff (H2 )
< 1 Vol.-%
Spurengase
< 2 Vol-%
BIOKRAFTSTOFFE
Substrate
Durchschnittliche Zusammensetzung von Biogas
BIOGASAUSBEUTEN
Gasausbeuten verschiedener Substrate
Substrat
u. a. Essigsäure (CH3COOH), Kohlendioxid (CO2 ), Wasserstoff (H2 )
4. Phase: Methanbildung (Methanogenese)
u. a. Methan (CH4 ), Kohlendioxid (CO2 )
Biogas
Schweinegülle
60 %
Kartoffelschlempe
54 %
Rindergülle
55 %
Getreideschlempe
55 %
Futterrübensilage
52 %
Rindermist
55 %
Speisereste
60 %
Landschaftspflegegras*
50 %
Sonnenblumensilage
57 %
Bioabfall*
60 %
Grünroggensilage
53 %
Klee-/Luzerngras
55 %
Sorghumsilage
Zuckerrübensilage
52 %
Geflügelmist*
55 %
Grassilage
53 %
Getreide-GPS
53 %
Maissilage
52 %
52 %
0
* variierend nach TM-Gehalt bzw. Zusammensetzung
Quelle: KTBL (2010)
34
Methangehalt in %
BIOGAS
3. Phase: Essigsäurebildung (Acetogenese)
50
100
150
200
Biogasertrag (in Nm³/t FM)
© FNR 2013
35
ANHANG
Schematische Darstellung des Fermentationsprozesses
2 % Bioabfall
6 % industrielle
und landw. Reststoffe
44 % Exkremente
(Gülle, Mist)
Energiepflanze
Ernteertrag
[t FM ]
Methanertrag [Nm3 ]
50
4.945
18.731
5,2
Zuckerrüben
65
4.163
15.769
4,4
Getreide-GPS
40
3.846
14.568
4,0
Durchwachsene
Silphie
55
3.509
13.291
3,7
Grünland
29
2.521
9.549
2,7
Maissilage 73 %
Annahmen: mittleres Ertragsniveau,12 % Lagerungsverluste,
bei Zuckerrüben 15 % (Lagune); BHKW-Wirkungsgrad 38 %;
Stromverbrauch 3.600 kWh/a · Haushalt
© FNR 2014
Nachwachsende
Rohstoffe
in Biogasanlagen
–
MASSEBEZOGENER
SUBSTRATEINSATZ
NACHWACHSENDER
ROHSTOFFE
IN BIOGASANLAGEN
2013
Massebezogener
Substrateinsatz
2013
Anzahl
Haushalte
Silomais
Quelle: FNR nach KTBL (2014) Quelle: DBFZ (2014)
Stromertrag
[kWh ]
ENTWICKLUNG DER MAISANBAUFLÄCHE IN DEUTSCHLAND
Entwicklung der Maisanbaufläche
12 % Grassilage
FESTBRENNSTOFFE
Nachwachsende Rohstoffe 48 %
Anbau von verschiedenen Energiepflanzen und deren
theoretisches Strompotenzial (Angaben je Hektar)
BIOKRAFTSTOFFE
MASSEBEZOGENER SUBSTRATEINSATZ IN BIOGASANLAGEN 2013
Massebezogener Substrateinsatz in Biogasanlagen 2013
BIOENERGIE
biogas.fnr.de
in 1.000 ha
2.500
2.000
2 % Landschafts-
pflegematerial
1 % Zwischenfrüchte
2 % Zuckerrüben
1 % Sonstiges
1.500
BIOGAS
2 % Getreidekorn
1.000
500
0
2006
Körnermais**
2007
2008
2009
Silomais (Futtermittel)
2010
2011
2012
2013
2014*
Silomais (Biogas)
* Prognose;** ca. 85 % Futtermittel, 6 % Industrie (Stärke), 5 % Energie (Ethanol), 3 % Verluste, 1 % Saatgut
Quelle: DBFZ (2014)
36
© FNR 2014
Quelle: Stat. Bundesamt, DMK, ZMP, AFC, FNR
© FNR 2014
37
ANHANG
7 % Getreide-GPS
biogas.fnr.de
VERFAHREN ZUR BIOGASAUFBEREITUNG
VERFAHREN ZUR BIOGASAUFBEREITUNG
BIOGASANLAGEN ZUR BIOMETHANPRODUKTION IN DEUTSCHLAND
Anlagen
zur Biomethan-Produktion
Einspeisekapazität Biomethan (Nm3/h)
135.000
177
160
3 % Membrantrennverfahren
3 % Membrantrennverfahren
Druckwechseladsorption 23 %
Druckwechseladsorption 23 %
120.000
147
120
116
28
20
0
2
5
2006
2007
Anlagen
13
2008
2009
29.435
46
40
2010
50.285
60
70.125
80
90.000
gesamt
gesamt
75.000
86.395
100
80
105.000
106.795
140
147 Anlagen
147 Anlagen
60.000
45.000
30.000
15.000
0
2011
2012
2013 2014/15*
* Prognose
Einspeisekapazität
Quelle: FNR nach dena (Deutsche Energie-Agentur GmbH) und Fachverband Biogas e. V. (2014)
Druckwasserwäsche 29 %
Druckwasserwäsche 29 %
35 % Aminwäsche
35 % Aminwäsche
Quelle: FNR nach dena und Fachverband Biogas e. V. (2014)
Quelle: FNR nach dena und Fachverband Biogas e. V. (2014)
© FNR 2014
© FNR 2014
© FNR 2014
Kennwerte verschiedener Biogasaufbereitungsverfahren
Druckwasserwäsche
DWW
Physikalische
Absorption*
Chemische
Absorption*
Membranverfahren
Kryogene
Verfahren
Strombedarf (kWh/Nm3)
0,20–0,25
0,20–0,30
0,23–0,33
0,06–0,15
0,18–0,25
0,18–0,33
Wärmebedarf (kWh/Nm3)
0
0
~ 0,3
0,5–0,8
0
0
Temperatur Prozesswärme (°C)
–
–
55–80
110–160
–
–
Prozessdruck (bar)
4–7
5–10
4–7
0,1–4
5–10
–
Methanverlust (%)
0,5–2
1–4
0,1
2–8
–
ja
ja
ja
nein
ja
ja
Feinentschwefelung des
Rohgases notwendig?
ja
nein
nein
ja
empfohlen
ja
Wasserbedarf
nein
ja
nein
ja
nein
nein
Chemikalienbedarf
nein
nein
ja
ja
nein
nein
38
ANHANG
1–5
Abgasnachbehandlung
notwendig? (EEG & GasNZV)
BIOGAS
Druckwechseladsorption
PSA
Quelle: Fraunhofer-IWES nach DWA (2011)
FESTBRENNSTOFFE
180
Physikalische Wäsche 10 %
Physikalische Wäsche 10 %
BIOKRAFTSTOFFE
Anlagen
BIOENERGIE
Verteilung der Verfahren zur Biogasaufbereitung
* mit organischen Lösungsmitteln
39
biogas.fnr.de
5,0–7,5 kWh Energiegehalt
Prozesskennzahlen
1 m Biogas
50–75 % Methangehalt
Temperatur
3
1 m3 Biogas
ca. 0,6 l Heizöläquivalent
1 m3 Methan
9,97 kWh Energiegehalt
1 m3 Methan
Heizwert 36 MJ/m3
bzw. 50 MJ/kg
1 m Methan
1 l Heizöläquivalent
3
Biogasertrag von
Milchkuh (17 m Gülle/TP • a)
3
Mastchwein (1,6 m3 Gülle/TP • a)
Mastrind (2,8 t Festmist/TP • a)
Reitpferd (11,1 t Festmist/TP • a)
Legeühner (2,0 m3 Rottemist/100 TP • a)
1 ha Silomais (40–60 t FM**)
1 ha Zuckerrüben (55–75 t FM**)
1 ha Getreide-GPS (30–50 t FM**)
1 ha Durchwachsene Silphie
(45–60 t FM**)
1 ha Sudangras (35–55 t FM**)
40
289 Nm3 Methan
≙ 1.095 kWhel /TP • a*
19 Nm3 Methan
≙ 73 kWhel /TP • a*
185 Nm3 Methan
≙ 562 kWhel /TP • a*
388 Nm3 Methan
≙ 1.472 kWhel /TP • a
164 Nm Methan
≙ 621 kWhel /100 TP • a*
3
pH-Wert
mesophil
32–34 °C
thermophil
50–57 °C
Hydrolyse/
Acidogenese
4,5–7
Acetogenese/
Methanogenese
6,8–8,2
Ø 3,2 kg oTM/(m3 • d); (von 1,1–9,3)
Faulraumbelastung
Mittlere
hydraulische
Verweilzeit
1.390–2.179 Nm3 Methan
≙ 5.264–8.255 kWhel /ha*
einstufig
22–88 Tage (Ø 58)
mehrstufig
37–210 Tage (Ø 101)
FOS/TAC-Verhältnis
< 0,6
Biogasspeicher Gasdurchlässigkeit
1–5 ‰ Biogas/Tag
Strombedarf BGA
Ø 7,6 %
Wärmebedarf BGA
Ø 28 %
Arbeitsbedarf BGA pro Jahr
1,15–8,5 Akh/(kWel • a)
Betriebsstörungen BGA pro Jahr
1,2 je 10 kWel
Kennziffern Gasverwertung
3.956–5.934 Nm3 Methan
≙ 14.985–22.477 kWhel /ha*
BHKW Wirkungsgradel
28–47 %
BHKW Wirkungsgradth
34–55 %
BHKW Wirkungsgradgesamt
ca. 85–90 %
2.884–4.807 Nm Methan
≙ 10.926–18.210 kWhel /ha*
BHKW Nutzungsumfang
60.000 Betriebsstunden
Mikrogasturbine Wirkungsgradel
26–33 %
Mikrogasturbine Wirkungsgradth
40–55 %
Brennstoffzelle Wirkungsgradel
40–60 %
ORC-Anlage Wirkungsgradel
6–16 %
3.523–4.803 Nm3 Methan
≙ 13.343–18.195 kWhel /ha*
3
2.871–3.828 Nm3 Methan
≙ 10.874–14.499 kWhel /ha*
2.392–3.759 Nm3 Methan
≙ 9.061–14.238 kWhel /ha*
BIOKRAFTSTOFFE
1 m3 Biogas
BIOENERGIE
1 ha Getreidekorn Roggen
(4,3–6,8 t FM**)
BIOGAS
Nachfolgende Kennzahlen können als Richtwerte für allgemeine Kalkulationen landwirtschaftlicher Biogasanlagen genutzt werden.
2.001–3.808 Nm3 Methan
≙ 7.579–14.424 kWhel /ha*
FESTBRENNSTOFFE
1 ha Grünland (23–43 t FM**)
ANHANG
Faustzahlen
41
ca. 30 ct/kWh
Stromgestehungskosten
BGA 500 kWel
ca. 17 ct/kWh
ca. 6.500 €/kWel
Stromgestehungskosten
BGA 1.000 kWel
ca. 15 ct/kWh
nur BHKW (inkl. Steuerung, Gasfackel)
ca. 1.800 €/kWel
Biomethanproduktionskosten
400 Nm3/h
7–9 ct/kWh
Spezifische Investitionskosten
BGA 250 kWel
ca. 6.000 €/kWel
Biomethanproduktionkosten
700 Nm3/h
6–8 ct/kWh
nur BHKW (inkl. Steuerung, Gasfackel)
ca. 1.300 €/kWel
BGA 500 kWel
ca. 4.600 €/kWel
nur BHKW (inkl. Steuerung, Gasfackel)
ca. 1.000 €/kWel
Spezifische Investitionskosten
BGA 750 kWel
ca. 4.000 €/kWel
nur BHKW (inkl. Steuerung, Gasfackel)
ca. 900 €/kWel
BGA 1.000 kWel
ca. 3.500 €/kWel
nur BHKW (inkl. Steuerung, Gasfackel)
ca. 800 €/kWel
* BHKW-Wirkungsgrad 38 %el
** 12 % Silierverluste berücksichtigt, bei Zuckerrüben 15 % (Lagune), bei Getreidekorn Roggen 1,4 %
Spezifische Investitionskosten
BGA mit Aufbereitung 400 Nm3/h
ca. 9.600 €/Nm3 • h
Quelle: Biomasse-Verordnung (2012); Faustzahlen Biogas (KTBL, 2013); Leitfaden Biogas (FNR, 2013);
Leitfaden Biogasaufbereitung und -einspeisung (FNR, 2014); Stromerzeugung aus Biomasse (DBFZ, 2013)
und eigene Berechnungen
nur Biogasaufbereitung 400 Nm3/h
ca. 3.600 €/Nm3 • h
Spezifische Investitionskosten
BGA mit Aufbereitung 700 Nm3/h
ca. 9.100 €/Nm3 • h
nur Biogasaufbereitung 700 Nm3/h
ca. 2.400 €/Nm3 • h
Spezifische Investitionskosten
ORC-Anlage 13–375 kWel
ca. 5.000–7.700 €/kWel
ca. 1.700 €/kWel
Spezifische Investitionskosten
BGA 150 kWel
Beispiel jährlicher Substratbedarf Biogasanlage 75 kWel
3.300 t Rindergülle (194 Milchkühe; bei Ø 8.000 Milchleistung/a)
790 t Maissilage (18 ha; bei Ø 50 t/ha Ertrag**)
BIOKRAFTSTOFFE
nur BHKW (inkl. Steuerung, Gasfackel)
Beispiel jährlicher Substratbedarf Biogasanlage 500 kWel
2.200 t Rindergülle (129 Milchkühe, bei Ø 8.000 l Milchleistung/a)
9.500 t Maissilage (215 ha; bei Ø 50 t/ha Ertrag**)
3.200 t GPS (91 ha; bei Ø 40 t/ha Ertrag**)
ANHANG
ca. 9.000 €/kWel
FESTBRENNSTOFFE
Stromgestehungskosten
BGA 75 kWel
Spezifische Investitionskosten
BGA 75 kWel
BIOGAS
Ökonomische Kennzahlen
BIOENERGIE
biogas.fnr.de
42
43
bioenergie.fnr.de
ANHANG
Vergütung für Biomasseanlagen nach dem EEG 2014
BIOENERGIE
(Inbetriebnahme nach dem 31.07.2014)
Vergütung ct/kWh
2013
Grundvergütung
2014 a
Grundvergütung
bis 150 kWel
14,01
13,73
> 150 kWel bis 500 kWel
12,05
11,81
> 500 kWel bis 750 kWel
10,78
10,56
> 750 kWel bis 5 MWel
10,78
10,56
> 5 MWel bis 20 MWel
5,88
5,76
24,50
24,01
Rohstoffvergütung
5,85
bis 75 kWel
23,73
bis 500 kWel
15,26
Bioabfallvergärung
> 500 kWel bis 20 MWel
> 500 kWel bis 750 kWel
5/2,5
5/2,5b
> 750 kWel bis 5 MWel
4/2,5b
4/2,5b
8
8
bis 500 kWel
> 500 kWel bis 5 MWel
13,38
Angaben sind rechtsunverbindlich
6
b
8/6
c
8/6
c
Marktberichte und Preise für Brennstoffe und Biomasse
Bioenergie
http://mediathek.fnr.de
Biodiesel
www.ufop.de
Ölsaaten und Pflanzenöle
www.oilworld.biz
bis 700 Nm /h
2,94
2,88
Hackschnitzel und Pellets
www.carmen-ev.de
bis 1.000 Nm3/h
1,96
1,92
Scheitholz
www.tfz.bayern.de
bis 1.400 Nm /h
0,98
0,96
Pellets
www.depi.de
Agrarsektor
www.ami-informiert.de
bis 500 kWel
15,68
15,37
Statistisches Bundesamt
www.destatis.de
> 500 kWel bis 20 MWel
13,72
13,45
Heizöl/Rohöl
www.tecson.de/oelweltmarkt.html
3
3
Bioabfallvergärung
44
> 5 MWel bis 20 MWel
a
BIOGAS
6
Gasaufbereitungsbonus
Quelle: EEG 2012 10,55
ANHANG
Einsatzstoffvergütungsklasse II
11,78
> 500 kWel bis 5 MWel
Quelle: EEG 2014
bis 500 kWel
Einsatzstoffvergütungsklasse I
13,66
> 150 kWel bis 500 kWel
Güllevergärung
Güllevergärung
bis 75 kWel
bis 150 kWel
FESTBRENNSTOFFE
Vergütung ct/kWh
BIOKRAFTSTOFFE
Vergütung für Biomasseanlagen nach dem EEG 2012
bei Inbetriebnahme bis 31.07.2014; b für Rinden und Waldrestholz;
c
für Gülle und Mist; Angaben sind rechtsunverbindlich
45
bioenergie.fnr.de
0,278
0,032
1
0,113
1 kg SKE
29,31
8,14
0,924
1 kg RÖE
41,87
11,63
1,319
1 m3 Erdgas
31,74
8,82
1
1 m3
m3
l
Barrel
Gallone
1
1.000
6,3
264
1l
0,001
1
0,0063
0,26
1 Barrel
0,159
159
1
42
1 Gallone
0,0038
3,79
0,0238
1
SKE: Steinkohleeinheiten; RÖE: Rohöleinheiten
Vorzeichen für Energieeinheiten
Vorsatz
Vorsatzzeichen
Faktor
Zahlwort
Deka
Da
10
Zehn
Hekto
h
10 2
Hundert
Kilo
k
10 3
Tausend
Mega
M
10 6
Million
Giga
G
10 9
Milliarde
Tera
T
10 12
Billion
Peta
P
10 15
Billiarde
Exa
E
10 18
Trillion
BIOENERGIE
1
3,6
Bioenergie
http://bioenergie.fnr.de
Daten und Fakten zum Thema Bioenergie
http://mediathek.fnr.de/grafiken.html
Wege zum Bioenergiedorf
www.wege-zum-bioenergiedorf.de
FESTBRENNSTOFFE
m3 Erdgas
Bioenergie-Regionen
www.bioenergie-regionen.de
Energiepflanzen
http://energiepflanzen.fnr.de
BIOKRAFTSTOFFE
kWh
IMPRESSUM
Herausgeber
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR)
www.fnr.de
Gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und
Landwirtschaft aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages
BIOGAS
MJ
1 MJ
1 kWh
Weitere Informationen
Bilder
Titel: Dr. H. Hansen, Fotolia, FNR
Gestaltung/Realisierung
www.tangram.de, Rostock
Druck
www.druckerei-weidner.de, Rostock
ANHANG
Umrechnung von Energieeinheiten
Gedruckt auf 100 % Recyclingpapier mit Farben auf Pflanzenölbasis
Bestell-Nr. 469
FNR, September 2014
46
47
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR)
OT Gülzow, Hofplatz 1
18276 Gülzow-Prüzen
Tel.:03843/6930-0
Fax:03843/6930 -102
[email protected]
www.fnr.de
Gedruckt auf 100 % Recyclingpapier
mit Farben auf Pflanzenölbasis
Bestell-Nr. 469
FNR 2014