Naturwissenschaft und Technik können die globalen Energieprobleme nicht vollständig lösen – aber sie können ihren Beitrag zur Lösung liefern. Regionale biogene Rest- und Abfallstoffe, die synthetisches Erdgas für die Kommune liefern; heimische Biorohstoffe, die einer konsequenten Kaskadennutzung aus stoffl icher und energetischer Nutzung unterworfen werden; Landschaftsbiomassen, die über Vergaser und Mikroturbinen zur dezentralen Stromund Wärmeerzeugung beitragen – das alles greift nicht nach den Sternen, sondern zeigt regionale Möglichkeiten zur nachhaltigen Energiebereitstellung auf. Neben Strom und Wärme ist auch Mobilität längst zu einem Grundbedürfnis geworden. Darüber hinaus wird durch die weltweit voranschreitende Urbanisierung, verbunden mit einer wachsenden örtlichen Trennung von Wohn- und Agrarregionen, auch der Warenverkehr zunehmend essentiell. Die Substitution fossiler Energieträger im Segment der Kraftstoffe ist daher eine wichtige Säule im Prozess hin zur nachhaltigen Energiewirtschaft. Angesichts der aktuellen Diskussionen um Landnutzungsänderungseffekte und Tank-Teller-Trog-Problematik kommt hier reststoffbasierten Biokraftstoffen eine besondere Bedeutung zu. Auch wenn neue Fördermethoden für fossile Energieträger derzeit weltweit zu einer Diversifi zierung führen – das Grundsatzproblem der Treibhausgasemissionen und anderer Klima- und Umwelteffekte bleibt natürlich bestehen. Daher stellten die Biokraftstoffprojekte bisher einen wichtigen Bestandteil im BMU-Förderprogramm „Energetische Biomassenutzung“ dar, und darum war es 2010 auch angeraten, sie in einer eigenen „Fokusgruppe Biokraftstoffe“ zu bündeln. Zukünftig sollen reststoff- und abfallbasierte Biokraftstoffprojekte außerhalb des Förderprogramms unterstützt werden. Es ist zu wünschen, dass dieses gesellschaftlich wie wirtschaftlich bedeutende Themenfeld auch weiterhin in der Forschungslandschaft der Bundesrepublik verankert bleibt.

Am 14. und 15.11.2013 fand die Jubiläums-Konferenz des Förderprogramms unter dem Motto „Fünf Jahre Förderprogramm „Energetische Biomassenutzung“ – Wege zur effizienten Bioenergie“ mit über 200 Teilnehmern aus Wissenschaft, Praxis und Politik in Leipzig statt. Auf der Jahreskonferenz zog das Förderprogramm Bilanz und Wissenschaftler sowie Anwender stellten effiziente und nachhaltige Lösungen im Bereich der Bioenergie vor. Ein Resümee der Veranstaltung liegt Ihnen mit dieser Festschrift vor. Im Fokus der Veranstaltung standen besonders Projekte, deren Forschung sich vor allem durch hohe (Klima-)Effizienz, hohe Verstromungswirkungsgrade bei gleichzeitiger Wärmenutzung, Erhöhung der Substratflexibilität oder auch die Anpassung und Regelbarkeit für eine bedarfsgerechte Stromerzeugung auszeichnen. Die Technologieentwicklung systematisch in den Blick genommen hat ein Workshop am Rande der Konferenz. Im Projekt „Meilensteine 2030 - Elemente und Meilensteine für die Entwicklung einer tragfähigen nachhaltigen Bioenergiestrategie“ analysieren die Wissenschaftler, je nach erwarteten Rahmenbedingungen und Lerneffekten, unterschiedliche Szenarien für das Jahr 2050, die sowohl die politischen Prioritäten als auch die Ressourcenverfügbarkeit und etwaige Auswirkungen der Nutzung berücksichtigen. Die hierbei verwendeten Technologiedaten und Ergebnisse werden in einem mehrstufigen Prozess mit Experten aus dem Förderprogramm, der Politik und Praxis diskutiert und abgeglichen. Die Zukunft der Bioenergie in Hinblick auf die aktuellen politischen und wissenschaftlichen Entwicklungen beleuchteten besonders Herr Dr. Dreher (ehemals BMU, jetzt BMWi) und der Generalsekretär des Sachverständigenrates für Umweltfragen Prof. Dr. Hey in Ihren Vorträgen. Sie betonen, dass der Ausbau der Bioenergie nicht durch Erhöhung der Anlagenzahl gewährleistet werden könne, sondern durch Qualität. Hey plädiert dabei für einen klugen Einsatz von Biomasse, der nur gelänge, wenn angepasste und erprobte Technologien auf dem Markt seien. Damit Bioenergie jedoch umweltverträglich und kostengünstig genutzt werden könne, ist noch einiges an Forschung und Entwicklung zu leisten, unterstreicht Herr Dr. Dreher. Und genau dieser Technologienentwicklung und -optimierung hat sich das Förderprogramm verschrieben. Die Besonderheit des Förderprogramms „Energetische Biomassenutzung“ liegt ganz klar darin, dass es das bisher wenig genutzte Potenzial der biogenen Reststoffe adressiert. Ob Reststoffe aufgrund ihrer ökologischen Vorteile und ihres Wertschöpfungspotenzials die Lösung für eine nachhaltige Bioenergienutzung sein könnten, wurde kontrovers auf der Podiumsdiskussion zur Konferenz „Bioenergie aus Reststoffen – Verheißung oder Schuss in den Ofen?“ diskutiert. Bei den betrachteten Reststoffen handelt es sich vor allem um Reststoffe aus dem häuslichen, gewerblichen und industriellen Bereich, um kommunalen Grünschnitt, Naturschutz- und Landschaftspflegematerialien. Die Podiumsdiskussion brachte nachdrücklich zum Ausdruck, dass geeignete Rahmenbedingungen für die Nutzung von Reststoffen gegeben sein müssen und ihre Erschließung „mit Augenmaß“ erfolgen müsse. Die Anwendungen verschiedener Bioenergietechnologien haben einen hohen Forschungs- und Entwicklungsstand erreicht und machen sich für die künftigen Herausforderungen einer nachhaltigen Energieversorgung zunehmend bereit. So kann man gespannt sein, was das Förderprogramm „Energetische Biomassenutzung“ in den nächsten Jahren an Erneuerungen in Richtung Klima-, Kosten- und Energieeffizienz auf den Weg bringt, um Biomasse künftig zielgerichtet und hochwertig zur Energieversorgung zu nutzen. Denn eins ist sicher, nur so kann die Bioenergie im Markt von morgen bestehen.

Mit der Veranstaltung „Ideenwerkstatt Neue Produkte für die Bioökonomie: Bioeconomy meets Circular Economy – Rest- und Abfallstoffe für die bio-basierten Produkte von morgen“ am 29.06.2016 im Leipziger KUBUS wurde ein Raum für Wissenschaftler, Unternehmen und Doktoranden aus dem Raum Leipzig geschaffen, um ihre Ideen für die Förderausschreibung „Neue Produkte für die Bioökonomie“ vorzustellen, weiter zu entwickeln und Teams für die Projektphase zu bilden. Ziel war es, in den Workshops die Konzepte Bioökonomie & Kreislaufwirtschaft integriert zu betrachten und innovative Lösungen im Sinne einer „circular bio-economy“ neu zu denken. Die ganztägige Veranstaltung hat diesen Prozess in zweifacher Weise begleitet und unterstützt. Im ersten Teil der Veranstaltung wurden aktuelle Entwicklungen aus dem Bereich Biökonomie & Kreislaufwirtschaft, Best– Practice–Beispiele sowie relevante Förderprogramminformationen vorgestellt. Im zweiten Teil der Veranstaltung engagierten sich die Teilnehmer aktiv in zwei Workshops, stellen ihre Ideen für den Wettbewerb vor, diskutierten diese und konnten Kontakte zu möglichen Kooperationspartnern knüpfen. Der vorliegende Band bietet die Möglichkeit, die Vorträge und Abstracts noch einmal nachzuvollziehen. Ein kurzer Überblick zu den vorgestellten Ideen soll zeigen, welches breite Spektrum die neuen Produkte der Bioökonomie abdecken können.

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In einen Schweinestall wurde eine „Güllekühlung“ installiert, die aus zwei Wärmetauschern sowie etwa 6,5 km Kühlleitung besteht. Die Wärmetauscher erreichten eine Leistungszahl von 3,21. In einem Jahr werden damit 370 MWh Wärme aus Gas durch 115 MWh Strom ersetzt. Rechnerisch entspricht das einer Verminderung der CO2-Emissionen um 32 t. Die Investition ist wirtschaftlich darstellbar. Der Bericht zeigt Stallplanern sowie landwirtschaftlichen Nutztierhaltern eine innovative Lösung zur wirtschaftlichen Optimierung bei gleichzeitiger Senkung der Treibhausgasemissionen. Redaktionsschluss: 07.10.2019

Der vorliegende Endbericht beschreibt die in der 2. Förderphase des Wettbewerbs Bioenergie-Regionen erzielten Ergebnisse der technisch-ökonomischen Begleitforschung. Der Fokus der technischökonomischen Begleitforschung lag auf der Aktualisierung und Weiterentwicklung der bereits in der ersten Förderphase erarbeiten Ansätze zum Monitoring der Bioenergienutzung in den Bioenergie- Regionen (Modul I). Er wurde erweitert um eine neue Methode, die eine Effizienzbestimmung von biomassebasierten Wertschöpfungsketten und damit die Weiterentwickung der regionalen Bioenergienutzung unterstützt. Dabei lag der Fokus insbesondere auf der Anwendbarkeit der einzelnen Methoden. Hierdurch und durch verschiedene praxisnahe Workshops in den Regionen sowie themenbezogenen Publikationen wurde der Erfahrungsaustausch zwischen beteiligten Akteuren und der interessierten Öffentlichkeit gefördert. Letztlich wurden durch Auswertung von Fallbeispielen, Interviews und Literaturanalysen für die regionalen Akteure praktische Empfehlungen für prioritäre Handlungsfelder erarbeitet. Hierzu zählen beispielsweise der Einsatz bisher weniger bzw. ungenutzter Substrate sowie für eine verbesserte Nutzung der in den Biogasanlagen anfallenden Abwärme (Modul II). Nachfolgend sind die abgeleiteten Erkenntnisse der Begleitforschung themenspezifisch zusammengefasst. Der sich daraus ergebende weitere Forschungsbedarf wird entsprechend dargelegt.

Im Rahmen des BMU/PTJ-Vorhaben „Wechselwirkung der Markteinführungsinstrumente auf die energetische Nutzung von Biomasse“ (03MAP182) im Arbeitspaketes 12 zur „Methodikentwicklung biogene Wärme“ ergab sich das Ziel, eine systematische Herangehensweise zur Aufnahme der durch Biomasse bereitgestellten Wärme zu entwickeln und Ansätze für deren Fortschreibung aufzuzeigen. Grundlage hierfür bildet die Analyse der Berichtspflichten und den daraus resultierenden Anforderung an den Detailierungsgrad der Ergebnisse sowie eine Betrachtung des (biogenen) Wärmemarktes. Zudem werden sämtliche, für dieses Vorhaben relevante Datenquellen hinsichtlich Methodik, Gliederung und Verfügbarkeit analysiert und für die Verwertbarkeit in diesem Vorhaben bewertet. Kern des vorliegenden Berichtes ist die nach Bioenergieträgern differenzierte Abbildung des methodischen Ansatzes zur Quantifizierung des Brennstoffeinsatzes und Wärmeerzeugung. Hierbei wird sowohl der Weg für den Status Quo (2008 bis 2011) aufgezeigt, als auch Ansätze für die Fortschreibung des Brennstoffeinsatzes beschrieben. Vorbereitend findet eine Gegenüberstellung und Bewertung des verfügbaren Zahlenmaterials statt. Aufbauend auf der Datenanalyse und der entwickelten Methodik werden Handlungsempfehlungen für die Schließung weiterhin bestehender Datenlücken einerseits und Vorschläge zur Verbesserung bestehender Datenquellen andererseits ausgewiesen. Ziel dieses Vorhabens ist die Erarbeitung einer methodischen Grundlage für die Erfüllung der nationalen und internationalen Berichtspflichten sowie Fachinformationen im Kontext Wärmenutzung aus Biomasse. Zu diesem Zweck werden nachstehend die Berichtspflichten sowie Fachinformationen analysiert und die darin enthaltenen Anforderungen an die Ergebnisdarstellung zusammengefasst. Ergänzend dazu werden der Wärmemarkt im Allgemeinen und der Einsatz von Biomasse zur Wärmeerzeugung im Speziellen dargestellt und auf die Bandbreite der Technologien eingegangen. Vorangestellt werden zunächst verschiedene Biomassen – nachstehend Bioenergieträger genannt – und Sektoren voneinander abgegrenzt

Der Ausbau von erneuerbaren Energien ist ein wesentlicher Baustein auf dem Weg zu einer nachhaltigen und sicheren Energieversorgung und zur Minderung von Treibhausgasemissionen. Auf europäischer und nationaler Ebene hat sich die Bundesregierung zur Umsetzung einer Reihe von energie- und klimapolitischen Zielen verpflichtet. Der Anteil von erneuerbaren Energien soll bis zum Jahr 2020 auf mindestens 18 Prozent und im Verkehrssektor auf mindestens 10 Prozent des Endenergieverbrauchs steigen. Bioenergie und Biokraftstoffe spielen hier eine wichtige Rolle. Um die gesellschaftliche Akzeptanz für den Ausbau von Bioenergie sicherzustellen, muss die Nutzung von Biomasse nachhaltig erfolgen. Im Bereich Bioenergie sind die europaweite zügige Umsetzung der Nachhaltigkeitsanforderungen für Biokraftstoffe und flüssige Biobrennstoffe sowie deren kontinuierliche Weiterentwicklung im Lichte neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse wichtig. Die Nutzung von – bislang ungenutzten – Rest- und Abfallstoffen im Bereich Biokraftstoffe bietet Vorteile: eine günstigere Klimabilanz sowie die Vermeidung von Nutzungskonkurrenzen und indirekten Landnutzungsänderungen. Stroh gehört zu den Reststoffen mit dem größten bislang ungenutzten Potenzial: In Deutschland fallen im langjährigen Durchschnitt insgesamt rund 30 Millionen Tonnen Getreidestroh pro Jahr an, wenngleich die Verfügbarkeit sich in den Regionen unterscheidet und vereinzelt regionale Knappheiten auftreten können. Ein Großteil des Getreidestrohs ist noch ungenutzt und bietet eine große Chance für die energetische Nutzung. Aus diesem Grund wird die Mobilisierung dieser Ressourcen von der Bundesregierung unterstützt, unter anderem durch die doppelte Gewichtung von Biokraftstoffen, die aus Reststoffen wie Stroh produziert werden. Die nachfolgenden Beiträge sollen weitergehende Informationen über landwirtschaftliche Reststoffe (Potenzial nachhaltig verfügbarer Reststoffe, Strohnutzungskonzepte, ökonomische Aspekte) vermitteln.

Optimierungen mit mehr als einer Zielgröße haben es in sich – das weiß jeder Forscher und jede Forscherin, die sich mit der Weiterentwicklung von Prozessen und Konzepten beschäftigt hat. Effizienter Klimaschutz, Energieeffizienz und Nachhaltigkeit sind die Ziele, denen sich das BMU-Förderprogramm zur „Optimierung der energetischen Biomassenutzung“ (Kurztitel: „Energetische Biomassenutzung“) im Rahmen der Klimaschutzinitiative verschrieben hat. Auch wenn diese Ziele auf den ersten Blick nicht widersprüchlich erscheinen, ergeben sich doch bei näherem Hinsehen generelle Definitionsfragen (z. B. was ist ein nachhaltiges Biomassepotenzial) als auch Unwägbarkeiten, in wieweit man sich das eine im Detail vornehmen und das andere trotzdem lassen kann (z. B. bei der Betrachtung von Umwelteffekten). Und Optimierung braucht immer Messgrößen für ihre Bestimmung. Auch hier sind von generellen Fragen bis hin zur spezifischen Festlegung der Systemgrenzen ein Strauß von Einzelfragen aufgeworfen – ohne Aussicht auf zweifelsfreie und allgemeingültige Antworten. In der Summe heißt das: Der Versuch, Bewertungsmethoden zu harmonisieren und einfach und transparent möglichst vielen Forschungsvorhaben verfügbar zu machen, ist risikobehaftet, mühsam und im Ergebnis immer ein Kompromiss. Das hier vorgelegte Methodenhandbuch versteht sich als eben solcher Kompromiss: es bietet Ansatzstellen, die vielfältigen Einzelvorhaben des Programms „Energetische Biomassenutzung“ zusammen zu führen und die Anschlussfähigkeit der Bewertungsergebnisse zu verbessern. Die vorgeschlagenen Dokumentationsvorlagen und Methoden basieren dabei auf dem Stand der Wissenschaft und reichen von der Berichterstattung (wie vorgegangen wurde) bis zur detailliert benannten Berechnungsmethode. Sie beschränken sich auf ausgewählte Fragestellungen und liefern keine vollständige Nachhaltigkeitsbewertung. Es ist das Ergebnis eines vierjährigen Diskussionsprozesses, für dessen Unterstützung ich allen Programmbeteiligten danke. Wertvolle Beiträge wurden in Arbeitsgruppen und Workshops generiert, an dieser Stelle sei das Engagement der Arbeitsgruppen „Potenziale“, „Ökobilanzen“, „Thermochemische Vergasung“ und „Referenzsysteme“ besonders erwähnt. Die hier vorgelegte Fassung des Methodenhandbuchs steht nun zur Anwendung zur Verfügung und bildet mit den abgestimmten Referenzsystemen nicht zuletzt auch eine Brücke zur Gesamteinordnung der Forschungsvorhaben und des Förderprogramms in die Klimaschutzinitiative der Bundesregierung. Zweifelsohne können die dargestellten Ansätze und Berechnungsverfahren nur einen ersten Aufschlag darstellen, der sowohl wissenschaftlich als auch in der praktischen Anwendung weiter entwickelt werden kann und soll. Für diese und die weiteren Herausforderungen rund um Methodenharmonisierungen ist auch in Zukunft die konstruktive und fruchtbare Zusammenarbeit im Programm unerlässlich. Dahinter stehen unverändert das Ziel und die Notwendigkeit, die energetische Biomassenutzung Schritt für Schritt weiter zu optimieren.

Optimierungen mit mehr als einer Zielgröße haben es in sich – das weiß jeder Forscher und jede Forscherin, die sich mit der Weiterentwicklung von Prozessen und Konzepten beschäftigt hat. Reduktion der Treibhausgasemissionen und Energieeffizienz bei gleichzeitiger Versorgungssicherheit und Wettbewerbsfähigkeit sind die Ziele, denen sich das BMWi-Forschungsnetzwerk Bioenergie im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms verschrieben hat. Um diesem Zielbündel gerecht zu werden, müssen Begrifflichkeiten (z. B. was ist ein nachhaltiges Biomassepotenzial), generelle Bewertungsgrößen (z. B. für die gemeinsame Betrachtung von Treibhausgasreduktion und Energieeffizienz) als auch Erwartungen an die Detailtiefe, also was kann weggelassen werden, ohne das Gesamtergebnis zu verfälschen bzw. zu sehr zu beeinflussen (z. B. bei der Betrachtung von Umwelteffekten) im Vorfeld und projektübergreifend festgelegt werden. Und Verbesserung und Optimierung braucht immer Messgrößen für ihre Bestimmung. Auch hier sind von generellen Fragen bis hin zur spezifischen Festlegung der Systemgrenzen ein Strauß von Einzelfragen aufgeworfen – ohne Aussicht auf zweifelsfreie und allgemeingültige Antworten. In der Summe heißt das: Der Versuch, Bewertungsmethoden zu harmonisieren und einfach und transparent möglichst vielen Forschungsvorhaben verfügbar zu machen, ist risikobehaftet, mühsam und im Ergebnis immer ein Kompromiss. Das hier vorgelegte Methodenhandbuch versteht sich als eben solcher Kompromiss: es bietet Ansatzstellen, die vielfältigen Einzelvorhaben des Forschungsnetzwerkes Bioenergie zusammen zu führen und die Anschlussfähigkeit der Bewertungsergebnisse zu verbessern. Die vorgeschlagenen Dokumentationsvorlagen und Methoden basieren dabei auf dem Stand der Wissenschaft und reichen von der Berichterstattung (wie vorgegangen wurde) bis zur detailliert benannten Berechnungsmethode. Sie beschränken sich auf ausgewählte Fragestellungen und liefern keine vollständige Nachhaltigkeitsbewertung. Die nun 5. Ausgabe ist das Ergebnis eines dreijährigen Diskussionsprozesses, für dessen Unterstützung ich allen Beteiligten danke. Wertvolle Beiträge wurden in Arbeitsgruppen und Workshops des Netzwerks generiert.. Erstmals beziehen die Bewertungsansätze auch die flexible Energiebereitstellung mit in die Betrachtungen ein. Die hier vorgelegte Fassung des Methodenhandbuchs steht nun zur Anwendung zur Verfügung und bildet mit den abgestimmten Referenzsystemen nicht zuletzt auch eine Brücke zur Gesamteinordnung der Forschungsvorhaben und des Netzwerks in das Energieforschungsprogramm der Bundesregierung. Zweifelsohne können die dargestellten Ansätze und Berechnungsverfahren nur einen ersten Aufschlag darstellen, der sowohl wissenschaftlich als auch in der praktischen Anwendung weiterentwickelt werden kann und soll. Für diese und die weiteren Herausforderungen rund um Methodenharmonisierungen ist auch in Zukunft die konstruktive und fruchtbare Zusammenarbeit im Netzwerk unerlässlich. Dahinter stehen unverändert das Ziel und die Notwendigkeit, die energetische Biomassenutzung Schritt für Schritt weiter zu optimieren / It is not an easy task trying to optimise the production of bioenergy with more than one target in mind – every researcher who deals with the development of processes and ideas is well aware of this this. The reduction of greenhouse gas emissions and energy efficiency combined with security of supply and competitiveness are the goals to which the BMWi Bioenergy Research Network has committed itself within the framework of the 7th Energy Research Programme.. To meet this set of goas, concepts (e. g. what is a sustainable biomass potential), general evaluation parameters (e. g. for the joint assessment of greenhouse gas reduction and energy efficiency) as well as expectations of the level of detail, i. e. what can be omitted without distorting the overall result or influencing it too much (e. g. when considering environmental effects) must be defined in advance and across the projects. Furthermore, improvement and optimisation always requires more empirical data to determine the limits of the system. Without these pieces of information the level of uncertainty becomes even more greater making the validity of results more difficult to conclude. The implications of this is that there is a great need to provide transparency and harmonisation amongst evaluation methods. The only means of doing so is by providing information and empirical data for as many research projects as possible. This is an arduous task and in many cases can be fraught with risk for the researcher involved and will no doubt always end in some sort of compromise. This method handbook considers itself to be such a compromise: it provides points of contact which bring together the diverse projects of the Bioenergy Research Network and as such improves the connectivity of the evaluation findings. The suggested method documentations are based on the current state of scientific knowledge and range from qualitative descriptions of methods to detailed calculation methods. They are limited to selected questions and provide no guideline for complete evaluation of sustainability. The 5th edition of the method handbook is the result of a three- year discussion process, for which I would like to thank all those who participated. Valuable contributions were generated in working groups and workshops of the research network. For the first time, the assessment approaches also include flexible energy supply. This version of the method handbook is now ready to be used and through its coordinated reference systems, forms a bridge for the overall classification of the research projects and the research network as part of the federal government’s energy research programme. Without doubt, the approaches and calculation procedures listed here only represent a starting point; from further developments can be based upon, both scientifically and in practical applications. Future constructive and fruitful collaborations within the network are essential for this and other challenges surrounding the harmonisation of methods. All this is still driven by the need and the goal to further optimise, little by little, the use of biomass in energy production.