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