Skip to main content
main-content

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

Die fortschreitende Industrialisierung und die wachsende Weltbevölkerung führen zu einem Anstieg der weltweiten Energienachfrage. Diese wird derzeit hauptsächlich durch endliche fossile Primärenergieträger bedient. [IEA 2008a] Ihr Einsatz geht jedoch mit schwerwiegenden politischen, ökologischen und wirtschaftlichen Folgen einher. Die Sicherung der Energieversorgung führt in vielen Fällen zu starken politischen Abhängigkeiten von erdölund erdgasexportierenden Ländern. Ökologische Folgen des Einsatzes von fossilen Primärenergieträgern in Energieumwandlungsprozessen sind unter anderem Kohlenstoffdioxid-Emissionen. Diese führen zu einer steigenden Konzentration von Kohlenstoffdioxid (CO2) in der Atmosphäre, beeinträchtigen die Abstrahlung von Wärme aus der Erdatmosphäre an das Weltall und führen somit zu einem Temperaturanstieg [Schönwiese/ Diekmann 1987]. Der Temperaturanstieg wirkt sich nicht nur auf ökologische Systeme aus, in denen die klimatischen Veränderungen beispielsweise zu Artensterben und zunehmend extremen Wetter-Ereignissen führen können. Gravierende Änderungen werden auch in sozialen Strukturen erwartet. So werden bedingt durch den Anstieg des Meeresspiegels und die Verschiebung von Klimazonen zukünftig beträchtliche Umweltflüchtlingsströme auftreten. Sowohl die klimatischen als auch die sozialen Veränderungen werden zudem wirtschaftliche Konsequenzen mit sich bringen. Die hierdurch entstehenden jährlichen Kosten werden auf bis zu 20 % des weltweiten Bruttosozialprodukts geschätzt [Stern et al. 2006]. Vor diesem Hintergrund bestehen weltweit Bestrebungen, den Ausstoß von Kohlenstoffdioxid sowie etwaige Abhängigkeiten in der Energieversorgung zu verringern.
Anne Schatka

2. Rahmenbedingungen der Gestaltung von Produktionsnetzwerken für synthetische Biokraftstoffe

Die zukünftige Herstellung synthetischer Biokraftstoffe wird durch verschiedene Rahmenbedingungen determiniert. Diese werden im Folgenden aufgezeigt und diskutiert. So können zum einen Chancen und Herausforderungen herausgestellt werden, die mit der Produktion und Nutzung von synthetischen Biokraftstoffen einhergehen. Zum anderen werden Besonderheiten identifiziert, die im Rahmen der Netzwerkgestaltung zu berücksichtigen sind. Hierzu werden synthetische Biokraftstoffe der zweiten Generation zunächst in Abschnitt 2.1 in das Spektrum der flüssigen Kraftstoffe auf fossiler Rohstoffbasis und der flüssigen Biokraftstoffe eingeordnet. Dabei werden Herstellungsverfahren, ökonomische Kennzahlen sowie technische Eigenschaften unterschiedlicher Kraftstoffe miteinander verglichen. Im folgenden Abschnitt 2.2 werden speziell die Rahmenbedingungen im Kontext der Nachhaltigkeit vorgestellt. Hierbei werden die Herstellung und der Einsatz von synthetischen Biokraftstoffen unter ökonomischen, ökologischen und sozialen Gesichtspunkten kritisch gewürdigt. Dem schließt sich in Abschnitt 2.3 eine Darstellung der rechtlichen Rahmenbedingungen an. Diese betreffen verschiedene Bereiche der Herstellung synthetischer Biokraftstoffe, wie beispielsweise den Biomasseanbau, und die Nachfrage nach Biokraftstoffen am Markt. Von besonderer Relevanz für die Herstellung synthetischer Biokraftstoffe sind die Produktionstechnologien und Produktionsprozesse. In Abschnitt 2.4 werden daher aktuelle verfahrenstechnische Entwicklungen bezüglich der Produktionstechnologien und Produktionsprozesse aufgezeigt. Ausgehend von der Analyse der Rahmenbedingungen werden abschließend in Abschnitt 2.5 Anforderungen an die Gestaltung von Produktionsnetzwerken für synthetische Biokraftstoffe abgeleitet.
Anne Schatka

3. Methodische Ansätze zur Gestaltung von Produktionsnetzwerken in der Prozessindustrie

Die Produktion synthetischer Biokraftstoffe ist durch die Merkmale der Prozessindustrie gekennzeichnet, wie beispielsweise die Grundstoffverarbeitung durch chemische und thermische Transformationsvorgänge in divergierenden und zyklischen Prozessstrukturen. Vor diesem Hintergrund werden im Folgenden methodische Ansätze im Kontext der modellgestützten Gestaltung von Produktionsnetzwerken in der Prozessindustrie beschrieben und diskutiert. Die Gestaltung von Produktionsnetzwerken in der Prozessindustrie erfordert die Berücksichtigung der Bereiche der verfahrenstechnischen Produktion, der integrierten Technologie-, Kapazitäts- und Standortplanung sowie die Berücksichtigung der bestehenden Unsicherheiten in einem potenziellen Produktionsnetzwerk. In der folgenden Literaturanalyse werden Modellierungsoptionen in diesen Bereichen identifiziert und im Hinblick auf die vorliegende Problemstellung bewertet. Ziel dieser Literaturanalyse ist es, ein Planungskonzept für die Gestaltung von Produktionsnetzwerken für synthetische Biokraftstoffe abzuleiten. Dabei gilt es, die in Abschnitt 2.5 formulierten Anforderungen zu erfüllen. Hierzu wird das folgende Vorgehen gewählt.
Anne Schatka

4. Ausgestaltung des Planungsansatzes zur Netzwerkgestaltung für die Produktion von synthetischen Biokraftstoffen

In diesem Kapitel wird die modelltechnische Ausgestaltung des Planungskonzepts zur Netzwerkgestaltung für die Produktion von synthetischen Biokraftstoffen vorgestellt. Dazu wird das folgende Vorgehen gewählt. Zunächst wird in Abschnitt 4.1 exemplarisch die verfahrenstechnische Modellierung eines Prozessschritts beschrieben. Die verfahrenstechnische Modellierung bildet die Grundlage für die Modellierung der Produktionstechnologien im Hinblick auf die Netzwerkgestaltung, die im nachfolgenden Abschnitt vorgestellt wird. Diese Modellierung erlaubt eine Reduktion der Produktionstechnologien auf die für die Netzwerkgestaltung relevanten Eigenschaften: Investitionen, Zahlungen für den Betrieb sowie Prozessausbeuten der Hauptprodukte. Die modellierten Technologien sind wesentlicher Bestandteil des deterministischen Modells zur Netzwerkgestaltung, welches in Abschnitt 4.3 eingeführt wird. Zur Berücksichtigung von Unsicherheiten und unterschiedlichen Risikoeinstellungen von Entscheidungsträgern wird dieses deterministische Planungsmodell in Abschnitt 4.4 in einen szenariobasierten Planungsansatz überführt. In Abschnitt 4.5 wird abschließend die Komplexität des Planungsansatzes dargestellt.
Anne Schatka

5. Fallstudien zur Gestaltung regionaler und überregionaler Produktionsnetzwerke für synthetischen Biodiesel

Produktionsnetzwerke für die Herstellung synthetischer Biokraftstoffe existieren bislang nicht. Zudem ist unsicher, welche der verschiedenen Interessensgruppen, zum Beispiel Mineralölkonzerne, Automobilhersteller oder landwirtschaftliche Vereinigungen, in die Errichtung von Produktionstechnologien investieren werden (vgl. Kapitel 2). In Abhängigkeit von den Investoren sind unterschiedliche Ausrichtungen der zukünftigen Produktionsnetzwerke denkbar. In regional ausgerichteten Produktionsnetzwerken stehen die Stärkung der regionalen Landwirtschaft durch die Schaffung neuer Absatzmärkte für Pflanzenreste und Energiepflanzen sowie die Bedienung der regionalen Kraftstoffnachfrage im Vordergrund. Produktionskapazitäten werden daher unter Berücksichtigung der lokalen Sourcing- und Absatzmöglichkeiten geplant und umfassen eigenständige Anlagen. Eine andere Form stellen überregionale Produktionsnetzwerke dar, die von Mineralölkonzernen zur Herstellung der biogenen Kraftstoffanteile betrieben werden können. In diesen überregionalen Netzwerken werden Produktionskapazitäten für synthetische Biokraftstoffe an bestehende Raffinerien angegliedert. [Kappler et al. 2009], [Panichelli/ Gnansounou 2008] Dadurch können Synergieeffekte genutzt werden. Der produzierte synthetische Kraftstoff kann überregional an weitere Raffinerien zur Deckung bestimmter Anteile an der gesamten Kraftstoffproduktion geliefert werden.
Anne Schatka

6. Würdigung und Ausblick

In dieser Arbeit erfolgen die Konzeption und die Modellierung eines Ansatzes zur Technologie-, Kapazitäts- und Standortplanung im Rahmen der strategischen Netzwerkgestaltung für die Produktion von synthetischen Biokraftstoffen der zweiten Generation. Validiert werden die entwickelten Planungsmodelle anhand von Fallstudien zur regionalen und überregionalen Netzwerkgestaltung. Im Nachfolgenden wird zunächst eine kritische Würdigung vorgenommen. Dem schließt sich eine Diskussion der Übertragbarkeit des entwickelten Planungsansatzes auf Problemstellungen in der Prozessindustrie an. Abschließend wird ein Ausblick auf weiterführenden Forschungsbedarf gegeben.
Anne Schatka

7. Zusammenfassung

Zur Sicherung einer langfristigen Energieversorgung sowie zur Senkung von CO2-Emissionen fordert die Europäische Union in der Richtlinie 2009/28/EG, bis zum Jahr 2020 10 % der Energienachfrage im Verkehrssektor durch erneuerbare Energien zu substituieren. Zur Erreichung dieser Vorgaben werden derzeit Biokraftstoffe der ersten Generation eingesetzt. Deren Herstellung und Nutzung geht jedoch mit sozialen, ökologischen und technischen Nachteilen einher. Diesen Nachteilen kann zukünftig durch den Einsatz von synthetischen Biokraftstoffen der zweiten Generation begegnet werden. Für die Investition und den Aufbau entsprechender Produktionsanlagen kommen grundsätzlich verschiedene Investoren in Frage, wie zum Beispiel Mineralölkonzerne und Automobilhersteller. Die potenziellen Investoren sehen sich jedoch mit unsicheren Rahmenbedingungen konfrontiert und weisen unterschiedliche Risikoeinstellungen auf. Instrumente zur Unterstützung der Investitionsentscheidung für den Aufbau von Produktionsanlagen, die diesen Umständen Rechnung tragen, fehlen bislang. In dieser Arbeit wird daher ein neuartiger Planungsansatz zur integrierten Technologie-, Kapazitäts-, und Standortplanung von Produktionsanlagen für synthetische Biokraftstoffe der zweiten Generation entwickelt, der die Berücksichtigung von Risikoeinstellungen unterschiedlicher Entscheidungsträger erlaubt. Aus der Anwendung dieses Planungsansatzes im Rahmen von zwei Fallstudien werden Erkenntnisse zu vorteilhaften Anlagenkonzepten und Strategien zum Kapazitätsaufbau abgeleitet.
Anne Schatka

Backmatter

Weitere Informationen

Premium Partner

BranchenIndex Online

Die B2B-Firmensuche für Industrie und Wirtschaft: Kostenfrei in Firmenprofilen nach Lieferanten, Herstellern, Dienstleistern und Händlern recherchieren.

Whitepaper

- ANZEIGE -

Wieviel digitale Transformation steckt im Informationsmanagement? Zum Zusammenspiel eines etablierten und eines neuen Managementkonzepts

Das Management des Digitalisierungsprozesses ist eine drängende Herausforderung für fast jedes Unternehmen. Ausgehend von drei aufeinander aufbauenden empirischen Untersuchungen lesen Sie hier, welche generellen Themenfelder und konkreten Aufgaben sich dem Management im Rahmen dieses Prozesses stellen. Erfahren Sie hier, warum das Management der digitalen Transformation als separates Konzept zum Informationsmanagement zu betrachten
und so auch organisatorisch separiert zu implementieren ist. Jetzt gratis downloaden!

Bildnachweise