Ergebnisse und Schlussfolgerungen
Kurzfassung der Ergebnisse und Schlussfolgerungen
Biomasse kann in verschiedensten Anwendungen eingesetzt werden, ist allerdings nur begrenzt verfügbar. Unter der Voraussetzung, den Endenergieverbrauch langfristig zu reduzieren und Biomasse nachhaltig bereit zu stellen, hat Bioenergie ihren kostenoptimalen Nutzen in Bereichen, in denen eine direkte Elektrifizierung nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich ist.
Bioenergie bleibt für das Gelingen der Energiewende unverzichtbar, wenn nicht erhebliche Mehrkosten über Produktion/Import von Ptx-Energieträgern in Kauf genommen werden sollen.
Wärmesektor: Die größte Menge an Biomasse insgesamt wird in Form von Hackschnitzeln aus Holzreststoffen und Miscanthus für Hochtemperatur-Industrieanwendungen genutzt. Daneben wird weiterhin Scheitholz meist aus privaten Klein(-st-)wäldern in Scheitholzfeuerungen und Pellets vor allem in hybriden System mit Wärmepumpen in Gebäuden eingesetzt.
Stromsektor: Langfristig ist der Einsatz von Biogas aus heimischen vergärbaren Rest- und Abfallstoffen oder Mais sowie geringere Mengen Altholz in Altholzheizkraftwerken zur flexiblen Bedarfsdeckung der Residuallast die kosteneffizienteste Option. Wird mittelfristig bis 2030 der geforderte EE-Anteil von 80% berücksichtigt, kann dieser allein aus PV und Windenergie gedeckt werden. Die Biogasmengen gingen so mittelfristig in Verkehrs- und/oder Industrieanwendungen.
Verkehrssektor: Die Elektrifizierung des Straßen- und Schienenverkehrs erweist sich als wettbewerbsfähigste Option, gefolgt von Biokraftstoffen und strombasierten Kraftstoffen. Mittelfristig spielen Biokraftstoffe zur Erfüllung der Treibhausgasminderungsquote eine entscheidende Rolle. Langfristig wird Biomasse kostenoptimal als Biokerosin im Flugverkehr und als verflüssigtes Biomethan im Schiffsverkehr eingesetzt.
Biogas/Biomethan aus Rest- und Abfallstoffen und Mais (sofern Anbauflächen zur Verfügung stehen) kommt eine Schlüsselrolle in der Energiewende zu, da es in schwer zu elektrifizierenden Bereichen (Hochtemperaturindustrie, verbleibende Gasthermen, Schiffverkehr) flexibel und kosteneffizient zur Vermeidung der letzten im Energiesystem verbleibenden THG-Emissionen eingesetzt werden kann. Der größte Anteil wird jedoch im Stromsektor eingesetzt um den flexiblen Bedarf der Residuallast zu decken.
Die Biomasseverfügbarkeit ist für den Beitrag zur Energiewende entscheidend. Die politische Entscheidung über die Einbeziehung von Energiepflanzen beeinflusst u. a., ob Bioenergie als wettbewerbsfähigste Option den Prozesswärmebedarf über 200°C vollumfänglich transformieren kann oder lediglich als Brückentechnologie mit langfristigem Wechsel auf Wasserstoff und dessen Folgeprodukte eingesetzt wird.
Mittelfristig ist neben der verbindlichen Vorgabe von Mindestanteilen an erneuerbaren Energien vor allem ein hoher CO2-Preis entscheidend für einen höheren Biomasseeinsatz im Verkehrs- und Strombereich. Im Wärmesektor führt mittelfristig erst das Zusammenwirken des Mindestanteils von 50% in 2030 mit einem hohen CO2-Preis und einem hohen Gaspreis zu einer Erhöhung des Biomasseanteils
Modellergebnisse und Schlussfolgerungen
>> Kernbotschaften des SoBio-Projekts (PDF)
Sektorübergreifender Biomasseeinsatz
Modellergebnisse
Bioenergieoptionen auf Basis der begrenzten heimischen Biomasse- sowie importierter Rest- und Abfallstoffpotenziale sind wettbewerbsfähige Optionen zur Erfüllung der Klimaziele im Energiewirtschafts-, Verkehrs-, Industrie- und Gebäudesektor. Das verfügbare Biomassepotential wird bis 2050 in z.T. wechselnden Anwendungen im Energiesystem nahezu vollumfänglich ausgeschöpft und eingesetzt.
Die größten Biomassemengen sind mittel- und langfristig im Wärmesektor wettbewerbsfähig, gefolgt vom Strom- und Verkehrssektor. Im Vergleich der Mittelfristszenarien bis 2030 mit den Langfristszenarien bis 2050 sinkt langfristig die Bedeutung der Biomasse im Verkehrssektor und steigt in der flexiblen Stromerzeugung zur Deckung der Residuallast.
Heimische, holzige Biomassereststoffe finden überwiegend den optimalen Einsatz im Wärmesektor, vor allem in Hochtemperatur- Industrieanwendungen.
Heimische vergärbare Biomassen (Rest- und Abfallstoffe, Mais) finden den optimalen Einsatz im Stromsektor, um den flexiblen Bedarf der Residuallast zu decken. Geringere Mengen werden als verflüssigtes Biomethan im Schiffsverkehr eingesetzt. Vergärbare Rest- und Abfallstoffe werden Richtung 2050 auch in Form von Biomethan flexibel im Wärmesektor in der Hochtemperatur-Industrie und den restlichen Bestands-Gasthermen eingesetzt um kosteneffizient die letzten im Gebäude- und Industriesektor verbleibenden Emissionen zu vermeiden.
Biokraftstoffe auf Basis von heimischen und importierten Rest- und Abfallstoffen (lignozellulosehaltiges, öliges oder vergärbares Material) wurden in den Langfristszenarien als wettbewerbsfähige Optionen im Flug- und Schiffsverkehr identifiziert. Unter Berücksichtigung der Treibhausgasminderungsquote sind diese Rohstoffe in den Mittelfristszenarien bis 2030 auch im Straßenverkehr wettbewerbsfähige Optionen.
Schlussfolgerungen
Scheitholz bleibt ein relevanter Brennstoff für Gebäudeheizungen, sofern es nicht für vorrangige stoffliche Nutzungen erschlossen werden kann. Im Energiesektor sollte es mit einem möglichst hohen systemischen Nutzen und möglichst geringem Impact auf die Umwelt genutzt werden. Zwingend notwendig sind Anreize und/oder gesetzliche Vorgaben für emissionsarme Feuerungstechnologien, sowie eine Steigerung der Effektivität des Biomasseeinsatzes durch hybride Gebäude- bzw. Wärmesystemintegration, so dass insbesondere Überheizungsverluste vermieden werden (20-30 % Einsparung möglich).
Im Pellet-Bereich sollte eine Brennstoffentwicklung (z. B. technische Vorbehandlung von „schwierigen“ Rohstoffen um geforderte Brennstoffqualitäten zu erreichen) und eine Anpassung der rechtlichen Rahmenbedingungen (um den Einsatz andere biogener Rohstoffe als Holz zu erleichtern) forciert werden. Im Endkundenmarkt sollten nicht die Brennstoffeinsatzmenge, sondern die Emissionsminderung bei einer gleichzeitigen Hybridisierung bestehender Biomassefeuerungsanlagen gefördert werden.
Ob Bioenergie als wettbewerbsfähigste Option auch vollumfänglich die Industrie (Prozesswärme >200°C) transformieren kann oder als Brückentechnologie mit langfristigem Wechsel auf H2/ Ptx eingesetzt wird, hängt zunächst von der politischen Entscheidung ab, ob Energiepflanzen zur Erzeugung von Wärme zukünftig akzeptabel sind. Förderanreize zur Transformation der industriellen Wärmenutzung sollten keine Nutzungskonkurrenzen v.a. zu langfristigen stofflichen Nutzungsoptionen verschärfen und gleiche Wettbewerbsbedingungen für Biomassenutzungen schaffen.
Schlussfolgerungen
Biogas trägt langfristig erheblich zur Deckung der Residuallast bei. Bestehende Biogaskapazitäten werden in den Langfristszenarien erhalten und bis 2050 ausgebaut. In den Mittelfristszenarien werden größeren Mengen Biogas unter Berücksichtigung der vorgegebenen Mindestmengen an erneuerbaren Energien im Verkehrssektor und/oder zur Bereitstellung von Prozesswärme >200°C genutzt.
Die Menge des genutzten Biogases hängt stark von der Entscheidung ab, ob weiterhin Anbauflächen für Energiepflanzen zur Verfügung stehen. Die kostenintensivere Alternative zur Deckung der Residuallast ist der Einsatz von Wasserstoff in „H2-ready“- Anlagen.
Biomasse im Verkehrssektor
Modellergebnisse
Mittel- und langfristig sind Biokraftstoffe aus heimischen und importierten biogenen Rest- und Abfallstoffen nach der Elektromobilität die kosteneffizienteste Minderungsoption, gefolgt von strombasierten Kraftstoffen (Ptx).
Der Straßen- und Schienenverkehr wird in den Langfristszenarien kostenoptimal vollständig elektrifiziert. In den Mittelfristszenarien spielen Biokraftstoffe, sowohl auf Basis von Rest- und Abfallstoffen als auch potenziell von Nahrungs- und Futtermittelpflanzen für die Erfüllung der Treibhausgasminderungsquote eine große Rolle. Hier sind vor allem Biomethan aus Vergärung und Vergasung, Bioethanol, FAME und HVO-Diesel wettbewerbsfähig.
Bis Mitte und teilweise bis Ende der 2040er Jahre wird HVO-Diesel noch in den Dieselmärkten im Schiffs- und Schienenverkehr eingesetzt. Bis Mitte der 2030er Jahre erfolgt noch ein Dieseleinsatz im Straßenverkehr.
Verflüssigtes Biomethan (LNG) auf Basis vergärbarer Reststoffe und lignozellulosehaltiger Biomasse befindet sich bis Mitte bzw. bis Ende der 2040er Jahre im Leichtlastverkehr als Plugin-Hybrid.
Biomasse findet langfristig bis 2050 als verflüssigtes Biomethan aus Vergärung und Vergasung im Schiffsverkehr Anwendung. Nach unseren Modellierungen kann sich erneuerbares Methanol, FAME und FT- Btl in diesem Sektor nicht durchsetzen.
Der Flugverkehr würde ohne die Verwendung von Quoten als letzter Sektor defossilisiert, da der Kostenunterschied von fossilem Kerosin zu den erneuerbaren Flugkraftstoffen im Vergleich zu anderen Verkehrsbereichen am größten ist. Ab 2040 wird lignozellulose-basiertes Btl und rest- und abfallstoffbasiertes HEFA zur Erfüllung der Klimaneutralität des Flugverkehrs eingesetzt. Aufgrund der Begrenztheit der Biomasse bedarf es deutlich größerer Mengen an Ptl zur Deckung des gesamten Bedarfs.
Schlussfolgerungen
Um die Klimaschutzziele des Verkehrssektors mit derzeit konstant hohem THG-Niveau bis 2045 zu erreichen, bedarf es der Umsetzung sehr ambitionierter Maßnahmen zur Reduktion des Energieverbrauchs (Vermeiden, Verlagern, Verbessern), zur Elektrifizierung des Straßenverkehrs, zum Ausbau der Kapazitäten von Biokraftstoffe für den Flug- und Schiffsverkehr sowie zum zusätzlichen Ausbau an Ptx-Kapazitäten für den Flugverkehr.
Dazu sind weitere regulatorische Maßnahmen erforderlich: u.a. stabile Rahmenbedingungen in der Treibhausgasminderungsquote für Biokraftstoffe, und sektorübergreifende CO2-Preise in Höhe von mind. 100 €/t CO2 ab 2025, 110 €/t CO2 ab 2030 und 300 €/t CO2 ab 2040, um auch den kostenintensiven Kraftstoffoptionen Btx und Ptx den Marktzutritt zu ermöglichen.
Biokraftstoffe auf Basis von heimischen und importierten Rest- und Abfallstoffen (lignozellulosehaltiges, öliges oder vergärbares Material) können einen effizienten Beitrag zur langfristigen Transformation im Flug- und Schiffsverkehr leisten
Die THG-Minderungsquote reizt den Einsatz von Biokraftstoffen in den Sektoren an, welche langfristig elektrifiziert werden müssen (Straßenverkehr). Die über die THG-Minderungsquote angereizten Kraftstoffe können jedoch problemlos im Schiffsverkehr eingesetzt werden oder über geeignete Produktweiterentwicklungen zu Flugkraftstoffen aufbereitet werden.
Exkurs Biogas/Biomethan
Biogas/Biomethan auf Basis von vergärbaren Rohstoffen kommt eine Schlüsselrolle in der Energiewende zu, da es in schwer zu elektrifizierenden Bereichen (z. B. Hochtemperaturindustrie, Schiffsverkehr) flexibel und kosteneffizient zur Vermeidung der letzten im Energiesystem verbleibenden Emissionen eingesetzt werden kann.
In den Langfristszenarien wird der größte Teil des Biogases/Biomethans im Stromsektor eingesetzt, um den flexiblen Bedarf der Residuallast zu decken. Geringere Mengen sind in der Hochtemperaturindustrie, in den verbleibenden Gasthermen in Gebäuden und verflüssigt im Schiffsverkehr zur Erreichung der Klimaneutralität in den Sektoren wettbewerbsfähig.
In den Mittelfristszenarien bis 2030 wird unter Berücksichtigung der Erfüllung der Mindest-EE-Ziele im Wärmesektor von 50% und im Verkehr von 25% Biogas/Biomethan im Wärmesektor in der Hochtemperaturindustrie und im Verkehrssektor als wettbewerbsfähigste Option in der Treibhausgasminderungsquote eingesetzt.