1
Bio-Ökonomie: Chancen, Risiken und
Perspektiven des gesamten Systems
© Andreas Pfennig
Products, Environment, and Processes (PEPs)
Department of Chemical Engineering
Université de Liège
www.chemeng.uliege.be/pfennig
andreas.pfennig@uliege.be
Bio-raffiniert X - Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?
26./27. Februar 2019, Oberhausen, Germany
Gliederung
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• Weltbevölkerung
• Energiewende
• Teller oder Tank & Biokunststoffe
• Bio-Ökonomie
UN-Szenarien zur Weltbevölkerung
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1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100 0 2 4 6 8 10 12 14 W e lt b e v ö lk e ru n g i n M ill ia rd e n Jahr niedrige Variante mittlere Variante hohe Variante h e u te Quelle: United NationsWorld Population Prospect 2017 Revision
Entwicklung der UN-Vorhersage für 2050
2000 2010 2020 2030 2040 2050 7 8 9 10 11 12 W e lt b e v ö lk e ru n g 2 0 5 0 i n M ill ia rd e n
Jahr der Veröffentlichung hohe Variante mittler e Varia nte niedr ige V arian te
Entwicklung der UN-Vorhersage für 2050
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2000 2010 2020 2030 2040 2050 7 8 9 10 11 12 W e lt b e v ö lk e ru n g 2 0 5 0 i n M ill ia rd e nJahr der Veröffentlichung hohe Variante mittler e Varia nte niedr ige V arian te 11.62 Milliarden in 2050
UN-Szenarien zur Weltbevölkerung
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1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100 0 2 4 6 8 10 12 14 W e lt b e v ö lk e ru n g i n M ill ia rd e n Jahr niedrige Variante mittlere Variante hohe Variante h e u te 11,62 Milliarden in 2050 Quelle: United NationsWorld Population Prospect 2017 Revision
1980
2000
2020
2040
2060
2080
0
10
20
30
40
50
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hohe Bevölkerungs-Variante
Energie-Szenarien (in %/a):
20 - 2,0: am einfachsten
25 - 2,5: mittleres
30 - 3,0: herausfordernd
+1,93 °C
+1,66 °C
+1,51 °C
CO
2-E
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CO
2
nach den drei Energie-Szenarien
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1990
0
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2010
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Jahr
historische Daten
jüngstes
Ziel
UN Millenium
Development Goals
UN Sustainable
Development Goals
Annahmen für Flächennutzungen
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• 2050 genug Nahrungsmittel, um alle Menschen
ausreichend zu ernähren
• landwirtschaftliche Produktivität steigt weiter linear an
• Viehzucht wird weiter intensiviert
2000 2020 2040 2060 2080 2100 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Biomaterialien Brennstoffe Weiden pflanzenbasierte Nahrungsmittel Wälder Wiesen und Weiden L a n d fl ä c h e m 2 /c a p Jahr Ackerland Futtermittel
verbleibender Wald
Landfläche: ≈ 1.5°C, hohe Pop.-Variante
10
in 2100:
CO
2465 ppm
2000 2020 2040 2060 2080 2100 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Biomaterialien Brennstoffe Weiden pflanzenbasierte Nahrungsmittel Wälder Wiesen und Weiden L a n d fl ä c h e m 2 /c a p Jahr Ackerland Futtermittel
Wälder +
ab 2060: Aufforstung, Bio-Energie , etc.
Landfläche: ≈ 1.5°C, mittlere Pop.-Variante
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in 2100:
CO
2460 ppm
T
1.47 °C
2000 2020 2040 2060 2080 2100 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Biomaterialien Brennstoffe Weiden pflanzenbasierte Nahrungsmittel Wälder Wiesen und Weiden L a n d fl ä c h e m 2 /c a p year Ackerland FuttermittelWälder +
Aufforstung, Bio-Energie, etc.
Landfläche: ≈ 1.5°C, mittlere Pop., vegan
in 2100:
CO
2460 ppm
Teller oder Tank & Bio-Kunststoffe
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mit Verhaltensänderung
(maximal 2 Kinder, pflanzenbasierte Ernährung):
vorhandene Technologie erlaubt nachhaltiges Wohlergehen
ohne Verhaltensänderung:
•
Technologien zu maximalem Fortschritt gezwungen
•
mehr Menschen unterernährt
•
mehr Wald wird abgeholzt
Wettbewerb Ernährung Bio-Ökonomie unausweichlich
Verhaltensänderung zwingend
Unterstützung weniger entwickelter Länder auf Augenhöhe
chemical exergy of various materials
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0
10
20
30
40
50
60
80
100
120
140
P
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6
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2O, CO
2methanol
glucose
amylose
ethanol
glycerol
lactic acid
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ethene
plant oil
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methane, natural gas
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M
J
/k
g
hydrogen
fossil biomass intermediates products
feedstock
glucose
fermentation
net reactionfossil
after: Philipp Frenzel, Rafaela Hillerbrand, Andreas Pfennig: Increase in energy and land use by a bio-based chemical industry. Chemical Engineering Research and Design 92 (2014 ) 2006-2015
feasible reactions
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0
10
20
30
40
50
60
80
100
120
140
H
2O
CO
2methanol
glucose
ethanol
ethene
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M
J
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g
hydrogen
net reactionoptions for bio-based chemicals 2050
gen feedstock products radius
km fi rs t g e n e ra ti o n sugar beet sugar or ethanol + CO2 10.4 ethanol 14.6 ethylene 18.7
sugar cane sugar or ethanol + CO2 7.5
ethanol 10.5
corn sugar or ethanol + CO2 13.4
ethanol 18.7
wheat sugar or ethanol + CO2 17.5
ethanol 24.5
oil palm plant oil 11.4
rape seed plant oil 30.1
s
e
c
o
n
d miscanthus/reeds sugar or ethanol + CO2 5.7
ethanol 7.9
wood sugar or ethanol + CO2 14.8
ethanol 20.7 th ir d corn straw sugar or ethanol + CO2 20.1 ethanol 28.2
wheat straw sugar or ethanol + CO2 23.2
ethanol 32.5
arable land
0 500 1000 1500 area in m2 /capgoal
ranges:maximum national and world average productivity projected for 2050 color:
■technically realized ■partly pilot-plant radius for capacity of 250 000 t/a
Fazit
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• 3. Generation Biomasse alleine ist nicht ausreichend
• 1. & 2. Gen.: Wettbewerb mit Ernährung um Ackerland
• Starke Wechselwirkung:
Landwirtschaft Ernährung Chemie Energie
Ökonomie Ökologie Ethik
• persönliches Verhalten entscheidet:
- ob Bio-Ökonomie ethisch vertretbar, Welthunger
- sonst CO
2-Ökonomie: technisch, ökonomisch unklar
• Chance: vollständig nachhaltige Kreislaufwirtschaft
• Systemsicht entscheidend!
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