Kaskadennutzung: Optimierte Nutzung nachwachsender Rohstoffe zur Steigerung der Ressourceneffizienz Urban Mining - Fachkonferenz für urbanen Umweltschutz Dipl.-Ing. Katrin Bienge Iserlohn 25. März 2010

Forschungsgruppe Nachhaltiges Produzieren und Konsumieren

Überblick Projekthintergrund Konzeptionelle Grundlagen der Kaskadennutzung Zum Beispiel Holz: Fallstudie Altholz Entscheidungsbaum: Bewertungsansatz für eine nachhaltige Biomasse- und Kaskadennutzung

Projektrahmen „Klimaschutz und optimierter Ausbau erneuerbarer Energien durch Kaskadennutzung von Biomasseprodukten - Potenziale, Entwicklungen und Chancen einer integrierten Strategie zur stofflichen und energetischen Nutzung von Biomasse“ (2008 - 2009)

Projektbearbeitung

Auftraggeber und Förderer

  Forschungsgruppe 1

„Zukünftige Energie- und Mobilitätsstrukturen“: Karin Arnold, Christoph Zeiss, Thomas Targiel

  Forschungsgruppe 3

„Stoffströme und Ressourcenmanagement“: Michael Ritthoff, Dr. Stefan Bringezu

  Forschungsgruppe 4

„Nachhaltiges Produzieren und Konsumieren“: Justus von Geibler, Katrin Bienge, Ulrike Meinel, M.A., Dr. Kora Kristof

25.03.2010

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Projekthintergrund Handlungsoption Kaskadennutzung

  BiomassePotenzial ist begrenzt   teils hohe Umweltwirkungen   stoffliche und energetische Nachfrage steigt

25.03.2010

Quelle: Bringezu et al. 2007

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Überblick Projekthintergrund Konzeptionelle Grundlagen der Kaskadennutzung Zum Beispiel Holz: Fallstudie Altholz Entscheidungsbaum: Bewertungsansatz für eine nachhaltige Biomasse- und Kaskadennutzung

Konzeptionelle Grundlagen der Kaskadennutzung Begriffskanon Prinzip der Multifunktionalität

Produkt- oder Materialrecycling

Kreislaufwirtschaft

Cascading

Kaskadennutzung...

Cradle-to-Cradle®

Mehrfachnutzung

Multifunktionale Biomassesysteme wiederholte Holzverwendung

... Verbindung von stofflicher und energetischer Verwendung im Unterschied zu multipler Nutzung

25.03.2010

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Konzeptionelle Grundlagen der Kaskadennutzung Abgrenzung zu multipler Nutzung von Biomasse Nutzung bestehender Nebenprodukte: KEINE Kaskade Hauptprodukt

Be- und Verarbeitung

Bereitstellung von Nawaro Neben- und Koppelprodukte

Be- und Verarbeitung

Energetische Nutzung

Entsorgung

Stoffliche Nutzung

Entsorgung

Parallele Nutzung in verschiedenen Anwendungen: KEINE Kaskade Produkt Bereitstellung von Nawaro

Be- und Verarbeitung

Nutzung

z.B. in BioRaffinerie

Energetische Produkt

25.03.2010

Quelle: Arnold et al. 2009

Stoffliche

Nutzung

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Konzeptionelle Grundlagen der Kaskadennutzung Multiple und sequentielle Nutzung von Biomasse ... Verbindung von stofflicher und energetischer Verwendung Bereitstellung von Nawaro

Be- und

Stoffliche

Energetische

Verarbeitung

Nutzungen

Nutzung

Wiederverwendung Recycling

Das Prinzip der Kaskadennutzung von Nawaro wird als sequentielle Nutzung der gleichen biogenen Rohstoffe erst für möglichst wiederholte hochwertige stoffliche und danach für hochwertige energetische Anwendungen definiert. 25.03.2010

Quelle: Arnold et al. 2009

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Überblick Projekthintergrund Konzeptionelle Grundlagen der Kaskadennutzung Zum Beispiel Holz: Fallstudie Altholz Entscheidungsbaum: Bewertungsansatz für eine nachhaltige Biomasse- und Kaskadennutzung

Zum Beispiel Holz Holzaufkommen und Holzwarenströme Holzströme in Deutschland [in Mio. m3 (r)]

25.03.2010

Quelle: Dieter 2002, 2003, 2005, 2006, 2007

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Zum Beispiel Holz Holznutzung in Deutschland Holznutzung in Deutschland (inländisches Rohholz)

Papier und Zellstoff

Sonst. Holzwerkstoffe

Bioenergie

Sägeindustrie

25.03.2010

Quelle: FNR 2006

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Zum Beispiel Holz Holznutzung im Baubereich Schnittholzverbrauch Deutschland in Mio. m3 (2002)

Anteil an Schnittholzverbrauch in %

25.03.2010

62,3

Quelle: Mantau/ Bilitewski 2005

10,3

21,5

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Zum Beispiel Holz Stoffliche und energetische Holzverwendung

25.03.2010

Quelle: Mantau 2008

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Zum Beispiel Holz Fallbeispiel Altholznutzung: Mengen und Trends Energetische Altholznutzung   überwiegend in Biomasseheizwerken mit einer installierten Leistung von mehr als 1 MW

2004

4,7 Mio. t

Stoffliche Altholznutzung

1,6 Mio. t

  überwiegend in der Holzwerkstoffindustrie zur Herstellung von Spanplatten (und MDF/HDF-Platten)

Trends im Altholzmarkt (Vergleich der Jahre 2001 und 2006):   das verfügbare Altholzaufkommen hat sich kaum erhöht;   das Exportvolumen ist deutlich zurückgegangen;   der Intrahandel ist weniger geworden;   die innerbetriebliche Nutzung ist deutlich gestiegen;   die energetische Verwertung hat zugenommen. 25.03.2010

Quellen: Mantau und Sörgel 2006; Weimar und Mantau 2008

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Zum Beispiel Holz Fallbeispiel Altholznutzung: die Kaskade

25.03.2010

Quelle: Bienge und Geibler, basierend auf Mantau / Sörgel 2006, Mantau / Bilitewski 2005, Weimar / Mantau 2008, EPEA 2009

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Zum Beispiel Holz Fallbeispiel Altholznutzung: Mengen und Trends

25.03.2010

Quellen: AltholzV §2, BVSE 2005, Bayerisches Landesamt für Umwelt 2005 Müller-Langer et al. 2006, Weimar / Mantau 2005 in Müller-Langer et al. 2006

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Zum Beispiel Holz - Fallbeispiel Altholznutzung Beitrag zur Ressourcenschonung Effekte der stofflichen Altholzholznutzung auf den Ressourcenverbrauch (im Vergleich zur direkten energetischen Altholznutzung)

Einschätzungen der Effekte auf den Ressourcenverbrauch: + Ressourcenverbrauch sinkt -

Ressourcenverbrauch steigt

+/- Effekte unklar o keine Effekte zu erwarten

25.03.2010

Quelle: Arnold et al. 2009

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Zum Beispiel Holz - Fallbeispiel Altholznutzung Beispiel Nolte Möbel Spanplattenrecycling der Firma Nolte Möbel   Chemo-thermisches Recyclingverfahren von Spanplatten: Gewinnung von Holzfasern und -späne aus Altmöbeln und Produktionsausschüssen   Spanplatten mit erhöhten Altholzanteilen, bei dem auch belastetes Altholz durch Dekontaminierungsschritte stofflich genutzt werden kann.   Produktionsmengen: 2000 bis 2002 wurde die Recyclingkapazität der Anlage von 50.000 t/a weitgehend genutzt; 2003 bis 2007 blieb die Produktionsmenge mit ca. 35.000 t/a stabil; 2008 sank sie auf ca. die Hälfte der Kapazität (21.745 t/a)   Stilllegung der Recyclinganlage: Wesentlicher Grund für die Stilllegung war die Förderung der energetischen Altholznutzung, die die Beschaffungskonkurrenz verschärft hat.

25.03.2010

Quelle:Michanikl 2009, Nolte Holzwerkstoff 2009

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Zum Beispiel Holz - Fallbeispiel Altholznutzung Zwischenfazit Ansatzpunkte zur ressourceneffizienten Kaskadenoptimierung   Abhängig von der Beschaffungssituation (Energie- und Rohstoffpreise, vorliegende Altholzqualitäten) und der politischen Fördersituation   Voraussetzungen zur verstärkten stofflichen Nutzung sind u.a. Ansätze zur Erhöhung der qualitativ geeigneten Altholzaufkommen durch: - Ökologisches Produktdesign - Getrennthaltung der Altholzkategorien am Ort des Abfallaufkommens - Verbesserung von Sortierungsmöglichkeiten und Einsatz von Dekontaminierungsverfahren bei Mischabfällen - Übergreifendes Management der Holzwertschöpfungskette   Bislang fehlen konkrete Handlungsanleitungen für Unternehmen und Politik zur Entwicklung und Optimierung von Kaskaden. 25.03.2010

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Überblick Projekthintergrund Konzeptionelle Grundlagen der Kaskadennutzung Zum Beispiel Holz: Fallstudie Altholz Entscheidungsbaum: Bewertungsansatz für eine nachhaltige Biomasse- und Kaskadennutzung

Entscheidungsbaum

Bedingungen zur Optimierung von Biomasseund Kaskadennutzung

1.  Analyse der Ausgangssituation 2.  Nachhaltige Rohstoffproduktion 3.  Technisch-ökonomische Machbarkeit 4.  Positiver Nachhaltigkeitsbeitrag

Legende: 25.03.2010

Quelle: Geibler/Bienge in: Arnold et al. 2009

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Optimierung von Biomasse- und Kaskadennutzung 1. Analyse der Ausgangssituation

  Im ersten Schritt wird die Ausgangsituation geprüft:  

Besteht eine Kaskadennutzung?

 

Besteht eine direkte energetische Nutzung?

 

Besteht eine rein stoffliche Nutzung?

 

25.03.2010

Lassen sich die bestehenden direkten Nutzungen zur Kaskade ergänzen?

Quelle: Geibler/Bienge in: Arnold et al. 2009

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Optimierung von Biomasse- und Kaskadennutzung 2. Nachhaltige Rohstoffproduktion

25.03.2010

Quelle: Geibler/Bienge in: Arnold et al. 2009

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Optimierung von Biomasse- und Kaskadennutzung 3. Technisch-ökonomische Machbarkeit (I)

25.03.2010

Quelle: Geibler/Bienge in: Arnold et al. 2009

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Optimierung von Biomasse- und Kaskadennutzung 3. Technisch-ökonomische Machbarkeit (II)   Im dritten Schritt folgt eine Prüfung der technisch-ökonomischen Machbarkeit einer stofflichen Vornutzung bzw. energetischen Nachnutzung.   Zu prüfen sind insbesondere  

Logistische und organisatorische Hemmnisse Rückgewinnbarkeit: Quantität – Qualität ausreichende Stoffströme (momentan / Ausblick)

 

Technische Hemmnisse Technische Machbarkeit im Einzelfall prüfen

 

Ökonomische Hemmnisse Aufwand von Logistik und Technik Wettbewerbsfähigkeit

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Optimierung von Biomasse- und Kaskadennutzung 3. Technisch-ökonomische Machbarkeit (III)

25.03.2010

Quelle: Geibler/Bienge in: Arnold et al. 2009

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Optimierung von Biomasse- und Kaskadennutzung 4. Positiver Nachhaltigkeitsbeitrag (I)

25.03.2010

Quelle: Geibler/Bienge in: Arnold et al. 2009

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Bewertung von Kaskadennutzungen Nachhaltigkeits-Indikatoren   Kernziel der Nachhaltigkeitsbewertung ist es, den Beitrag eines Produkts, einer Dienstleistung oder eines Verfahrens zu ausgewählten Aspekten nachhaltiger Entwicklung zu messen (z.B. LCA), bzw. dort, wo das nicht möglich ist, Tendenzen zu Chancen und Risiken abbilden zu können.   Auswahl drei beispielhafter Nachhaltigkeits-Indikatoren:   Aspekte der Ressourcenschonung / Ressourceneffizienz Kann das mehrfache Durchlaufen von Stoffströmen zu einer Entspannung der Konkurrenz um Rohstoffe beitragen?

  Ökologische Aspekte Führt die mehrfache Nutzung trotz möglicherweise erhöhten Aufbereitungsaufwand zu positiven Effekten auf Klima und Umwelt?

  Volkswirtschaftliche Aspekte Werden netto mehr und qualifizierte Arbeitsplätze geschaffen? 25.03.2010

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Bewertung von Kaskadennutzungen Wirkungsebenen Wirkungsebenen der Nachhaltigkeitsbewertung   spezifische Effekte, die:   mit der Bereitstellung von Rohstoffen oder Anwendungen zusammenhängen,   durch die Nutzung der Produkte oder Dienstleistungen entstehen

  systemische Effekte (Rebound), die   auf das Gesamtsystem wirken und zunächst nur indirekt mit dem Produkt oder der Anwendung zusammenhängen, aber langfristige Veränderungen induzieren.   durch die Verdrängung oder Ablösung von bisherigen Strukturen und Anwendungen auftreten können (z.B. Arbeitsplatzeffekte beim Wechsel „Landwirt zum Energiewirt“; indirekte Landnutzungsänderungen; etc.).

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Zusammenfassung   Das Konzept der Kaskadennutzung von Biomasse ist in vielen praktischen Bereichen schon etabliert, als Forschungsfeld und Teil einer Strategieentwicklung ist es aber noch neu.   Entsprechend findet politische Förderung derzeit überwiegend über Innovations-, Diffusions- und F&E-Politikinstrumente statt. Es werden starke Anreize zur direkten energetischen Umsetzung gegeben, die einer kaskadischen Nutzung entgegen stehen.   Nachhaltige Kaskadennutzung sollte ganzheitlich „von Anfang an“ gedacht und geplant werden und nicht als „end of pipe“-Lösung nur an bestehende Systeme hintenan geschaltet werden.

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Zum Weiterlesen...

Arnold, Karin / Geibler, Justus von / Bienge, Katrin / Stachura, Caroline / Borbonus, Sylvia / Kristof, Kora (2009): Kaskadennutzung von Nachwachsenden Rohstoffen. In: DLG-Verlag (Hg.): Potenziale der Bioenergie. Chancen und Risiken für landwirtschaftliche Unternehmen. Arbeiten der DLG / Band 204. Frankfurt, S. 176-203

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !

Weitere Informationen: www.wupperinst.org