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Bio-Ökonomie: Chancen, Risiken und Perspektiven des gesamten Systems

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Academic year: 2021

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(1)

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

2

• Weltbevölkerung

• Energiewende

• Teller oder Tank & Biokunststoffe

• Bio-Ökonomie

(2)

UN-Szenarien zur Weltbevölkerung

3

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 Nations

World 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

(3)

Entwicklung der UN-Vorhersage für 2050

5

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 11.62 Milliarden in 2050

UN-Szenarien zur Weltbevölkerung

6

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 Nations

World Population Prospect 2017 Revision

(4)

1980

2000

2020

2040

2060

2080

0

10

20

30

40

50

60

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

rz

e

u

g

u

n

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n

G

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a

Jahr

hi

st

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ch

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S

ub

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itu

tio

n

CO

2

nach den drei Energie-Szenarien

7

1990

0

2000

2010

2020

2030

200

400

600

800

1000

u

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M

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M

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n

Jahr

historische Daten

jüngstes

Ziel

UN Millenium

Development Goals

UN Sustainable

Development Goals

(5)

Annahmen für Flächennutzungen

9

• 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

2

465 ppm

(6)

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

11

in 2100:

CO

2

460 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 Futtermittel

Wälder +

Aufforstung, Bio-Energie, etc.

Landfläche: ≈ 1.5°C, mittlere Pop., vegan

in 2100:

CO

2

460 ppm

(7)

Teller oder Tank & Bio-Kunststoffe

13

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

14

0

10

20

30

40

50

60

80

100

120

140

P

A

6

.6

po

ly

st

yr

en

e

P

ET

P

VC

po

ly

pr

op

yl

en

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ly

ca

rb

on

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e

H

2

O, CO

2

methanol

glucose

amylose

ethanol

glycerol

lactic acid

CO

po

ly

la

ct

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a

ci

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ly

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hy

le

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ethene

plant oil

coal

crude oil

methane, natural gas

 

c

h

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m

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x

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rg

y

i

n

M

J

/k

g

hydrogen

fossil biomass intermediates products

feedstock

glucose

fermentation

net reaction

fossil

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

(8)

feasible reactions

15

0

10

20

30

40

50

60

80

100

120

140

H

2

O

CO

2

methanol

glucose

ethanol

ethene

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rg

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i

n

M

J

/k

g

hydrogen

net reaction

options 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 /cap

goal

ranges:

maximum national and world average productivity projected for 2050 color:

■technically realized ■partly pilot-plant radius for capacity of 250 000 t/a

(9)

Fazit

17

• 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!

18

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

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