@phdthesis{Arnold2016,
  author    = {Arnold, Karin},
  title     = {Treibhausgas-Optimierung des Einsatzes von Technologien zur Erzeugung und Nutzung von Biomethan auf Basis nachwachsender Rohstoffe als Baustein eines zukunftsf{\"a}higen Energiesystems},
  pages     = {170},
  year      = {2016},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit sind die verf{\"u}gbaren Potenziale an Biomethan auf Basis nachwachsender Rohstoffe in Deutschland mit den {\"o}kologischen und {\"o}konomischen Kenndaten (THG-Emissionsfaktoren und Gas-Gestehungskosten) sowohl statisch f{\"u}r das Bezugsjahr 2010 als auch im mittel- bis langfristigen Ausblick untersucht worden (Teilmodell I). Zudem ist ein Abgleich der verschiedenen Einsatzbereiche von Biomethan erfolgt, um vor dem Hintergrund des sich ebenfalls dynamisch entwickelnden Energiesystems zu ermitteln, durch welchen der Nutzungspfade (KWK, Strom, W{\"a}rme, Kraftstoff, Ersatz von Erdgas) sich der h{\"o}chstm{\"o}gliche Beitrag zum Klimaschutz durch die maximale Einsparung von Treibhausgasen (THG) erzielen l{\"a}sst (Teilmodell II). Teilmodell 1: Die Produktion von Biogas und Biomethan sollte generell immer nach dem jeweils besten Stand der Technik betrieben werden, um THG-Emissionen etwa durch offene G{\"a}rrestlager, zu hohe diffuse Methanemissionen aus dem Fermenter oder Methanverluste bei der Aufbereitung zu vermeiden. Der Anbau der Substrate sollte zudem in regional angepassten Fruchtfolgen erfolgen. Nach dem Stand der Technik (Bezugsjahr 2010) kann Biomethan auf Basis nachwachsender Rohstoffe in gro{ß}ma{ß}st{\"a}blichen, industriell gef{\"u}hrten Anlagen mit einem THG-Emissionsfaktor von durchschnittlich rund 84 g CO2{\"A}q/kWh Methan erzeugt werden, wenn Substrate aus regional angepassten Fruchtfolgen verwendet werden. Dieser Wert liegt um rund 20 \% h{\"o}her, als es bei Einsatz von ausschlie{ß}lich Mais als g{\"a}ngigstem Substrat mit den geringsten THG-Emissionen der Fall w{\"a}re. Im Gegensatz zu einer {"}Monokultur Mais{"} ist die Erzeugung von Biogassubstraten in regional angepassten Fruchtfolgen aber nicht mit zus{\"a}tzlichen negativen Folgen im Vergleich zur konventionellen Landwirtschaft verbunden. Die Erzeugung der Substrate ist der Teil der technischen Prozesskette Biomethan, der die meisten THG-Emissionen verursacht. Auf Basis einer eine Technologie-Lernkurve mit dem Lernfaktor FLCA wird abgesch{\"a}tzt, dass sich der THG-Emissionsfaktor von Biomethan im Ausblick bis 2050 auf rund 40 \% des Wertes von 2010 (2030: ca. 56 \%) bzw. bis auf 34 g CO2{\"A}q/kWh Methan (2030: 47 g CO2{\"A}q/kWh Methan) reduziert. Ausgehend von einer Einspeisekapazit{\"a}t von 0,25 Mrd.m3 Methan/a in 2010 k{\"o}nnen in 2050 {\"u}ber 20 Mrd.m3 Methan/a eingespeist werden. Die Mengenziele der Gasnetz-Zugangsverordnung werden mit 2,2 Mrd.m3 Methan/a in 2020 und 6,2 Mrd.m3 Methan/a in 2030 allerdings zun{\"a}chst verfehlt. Die erheblichen Steigerungen im Ausblick sind dabei unter anderem auf die angenommenen Ertragssteigerungen sowohl der konventionellen Landwirtschaft zur Nahrungs- und Futtermittelproduktion als auch f{\"u}r Energiepflanzen zur{\"u}ckzuf{\"u}hren. Teilmodell 2: Bei der Erzeugung von Biomethan werden zun{\"a}chst Treibhausgase freigesetzt. Durch den Ersatz von anderen, fossilen Energietr{\"a}gern kann der Einsatz von Biomethan aber zum Klimaschutz durch THG-Vermeidung beitragen. Dies gilt in unterschiedlichem Ma{ß}e, abh{\"a}ngig von den ersetzten Referenz-Technologien. Je h{\"o}her die Emissionen, die durch das Referenzsystem verursacht werden, desto h{\"o}her ist das Vermeidungspotenzial durch eine emissions{\"a}rmere Technik. Die Wahl des Bezugssystems beeinflussen insbesondere im Ausblick das Ergebnis und damit die Einsatzpriorit{\"a}t. Durch geschickte Wahl des Referenzsystems ist es m{\"o}glich, das Ergebnis der Einsatzpriorit{\"a}t f{\"u}r Biomethan mindestens in seiner Eindeutigkeit zu beeinflussen. In der wissenschaftlichen Debatte ist daher besonderer Wert auf Transparenz der Annahmen zu legen. Das gilt insbesondere f{\"u}r das Zusammenspiel der Strom- und W{\"a}rme-Referenz. Der gezielte Einsatz von Biomethan in verschiedenen Sektoren unterscheidet sich deutlich positiv von dem reinen Ersatz von Erdgas als Energietr{\"a}ger. Das schl{\"a}gt sich auch in den absoluten THG-Minderungen der Mengenger{\"u}ste bis 2050 nieder: wird das zus{\"a}tzliche Biomethan in KWK verstromt, k{\"o}nnen insgesamt rund 733 Mio. t CO2{\"a}q an Treibhausgasen {\"u}ber den Betrachtungszeitraum bis 2050 gespart werden, bei reinem Erdgasersatz sind es mit rund 600 Mio. t CO2{\"a}q etwa 20 \% weniger. Mittelfristig (bis etwa 2030) hat bei konsistentem Ansatz der Einsatz von Biomethan in der KWK die h{\"o}chste Priorit{\"a}t, da hier die h{\"o}chsten THG-Minderungen erreicht werden k{\"o}nnen; an zweiter Stelle steht der Einsatz als Kraftstoff. Sowohl die reine Verstromung ohne W{\"a}rmenutzung als auch die reine W{\"a}rmenutzung erzielen THG-Vermeidungen in sehr {\"a}hnlicher Gr{\"o}{ß}enordnung wie der Ersatz des Energietr{\"a}gers Erdgas durch Biomethan. Langfristig (ab 2030 bis 2050) ist die Einsatzpriorit{\"a}t von KWK und Kraftstoffnutzung vertauscht. Die ungekoppelte W{\"a}rmebereitstellung bleibt vor dem Ersatz von Erdgas als Energietr{\"a}ger; die ungekopplte Stromerzeugung ist die schlechteste Option zur THG-Minderung.},
  language  = {de}
}