Forschen • Ausbilden • Vernetzen
Für eine nachhaltige Bioökonomie

Forschen • Ausbilden • Vernetzen
Für eine nachhaltige Bioökonomie
SEED FUND Projekt Econ-BioSC

Biomass flows and technological innovation in the bioeconomy: A global scenario analysis

© iStock

Bioökonomien sind durch den Handel mit Biomasse zunehmend global vernetzt. Der internationale Wissenstransfer fördert zudem technologische Innovationen und verstärkt diesen Trend. Der Schlüssel zur Messung der Nachhaltigkeitswirkung des bioökonomischen Wandels sind quantitative Ansätze der Modell- und Szenarienbildung. Sie erlauben zudem die vorrausschauende Analyse möglicher Innovationspfade, einschließlich der Konvergenz bisher separater Technologiebereiche. Das Projekt „Econ-BioSC“ ermöglichte die Entwicklung eines innovativen Modellsystems sowie eines Roadmapping-Ansatzes für angewandte nachhaltige Forschung und Politikempfehlungen.

Technologische Innovation ist in biobasierten Wertschöpfungsketten zur Versorgung der wachsenden Weltbevölkerung mit Nahrungs- und Futtermitteln sowie mit Bioenergie und Biomaterialien essenziell. So ermöglichen zum Beispiel verbesserte landwirtschaftliche Technologien die Produktion von Nahrungsmitteln bei geringerem Einsatz von Ressourcen wie Land und Wasser. Entsprechend kann eine effizientere Umwandlung von Biomasse in der verarbeitenden Industrie und die Rückgewinnung wertvoller Bestandteile aus Abfallströmen die Wertschöpfung in biobasierten Lieferketten erhöhen. Solche Vorteile entstehen je­doch nicht automatisch immer dann, wenn neue Technologien sich in komplexen globalen Wertschöpfungsketten durchsetzen. Stattdessen erfordert Nachhaltigkeit oft entsprechende sozioökonomische und politische Rahmenbedingungen, die sich auf globaler Ebene in Biomasse exportierenden und importierenden Ländern erheblich unterscheiden können.

Europa hinterlässt enormen Fußabdruck
Im Rahmen des Projektes „Econ-BioSC“ wurde das „Food and Agriculture Biomass Input-Output Model“ entwickelt. Dieses quantifiziert den Flächenfußabdruck des globalen Handels mit biobasierten Produkten über die Zeit. Hierbei untersuchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Dynamik der Zusammensetzung des Flächenfußabdrucks der Europäischen Union für den Konsum von Biomasse, die nicht als Nahrungsmittel genutzt wird. Der Flächenfußabdruck ist in diesem Fall die Landmenge, die benötigt wird, um die entsprechende Biomasse für einen Durchschnittsbürger der EU in einem Jahr zu produzieren. Die Forschenden stellten fest, dass sich der Gesamt-EU-Flächenfußabdruck für diese Biomasse zwischen 1995 und 2010 von 477 auf 562 Quadratmeter erhöht hat. Dabei fallen für das Jahr 2010 zwei Drittel dieses Fußabdrucks im Ausland, wie zum Beispiel in Asien oder Lateinamerika, an. Ölpalmen und Soja machen dabei den Löwenanteil der EU-Importe für diese Biomasse aus und werden oft als Tierfutter verwendet.

 
 
 
 
Globaler Ackerflächen-Fußabdruck des EU-Verbrauchs an Non-Food-Produkten im Jahr 2010 nach produzierender Region und Rohstoff
Copyright: Bruckner et al. 2019, modifiziert

Um die Nachhaltigkeitseffekte der entsprechenden Biomasseimporte besser zu verstehen, quantifizierte das Team die Kohlenstoffemissionen ausgewählter Biomasseströme, wie zum Beispiel Soja, das hauptsächlich von Brasilien in die Europäische Union importiert wird. Der Kohlenstoff-Fußabdruck des EU-Sojaimports aus Brasilien gehört im weltweiten Vergleich zu den höchsten, unter anderem weil die EU-Importe aus Regionen in Brasilien mit vergleichsweise hoher sowohl legaler als auch illegaler Entwaldung stammen. Die Untersuchungen legen nahe, dass die unerwünschte Umweltbelastung durch EU-Sojaimporte hauptsächlich durch illegale Entwaldung verursacht wird. Der Tropenwaldverlust wird dabei auch teilweise durch technolo­gische Innovation in der Landwirtschaft befördert, welche die Produktion in zuvor für den Sojaanbau ungeeigneten fragilen Ökosystemen ermöglicht. Gute Nachrichten kommen aus weiterführenden Studien, die zeigen, wie gut konzipierte Umweltpolitik in Brasilien vorübergehend bei der Reduzierung illegaler Entwaldung mit gleichzeitiger Steigerung der landwirtschaftlichen Produktivität erfolgreich war. Technologische Innovation benötigt daher oft regulierendes politisches Handeln, um ihr Potenzial für eine nachhaltige Transformation zu entfalten.

Industriezweige klug vernetzen
Mit der Bioökonomie wächst die Verbindung zwischen Agrar-und Energiesektor weiter und könnte zu einer sogenannten Industriekonvergenz führen. Diese ist bedingt durch multiple sektorübergreifende Interaktionen, da sich beide Sektoren dieselbe Rohmaterialbasis teilen. Zudem teilen sie sich die Technologien zur Verarbeitung von Biomasse und biobasierten Materialien aus Seitenströmen, die als erneuerbare Energie eingestuft werden. Da technologische Schnittstellen zwischen den Sektoren als Quellen radikaler Innovation beschrieben wurden, hat die bereichsübergreifende Anwendung der wichtigsten Basistechnologien das Potenzial, neue bioökonomische Wertschöpfungsketten zu schaffen. Um den Status quo und die mit der Entwicklung der Bioökonomie einhergehende Dynamik zu verdeutlichen, führten die Wissenschaftler eine Patentanalyse durch, um das Technologieinnovationssystem rund um die Bioethanolproduktion der zweiten Generation abzubilden. Dabei stellte sich heraus, dass die technologische Entwicklung bei Bioethanol aus Lignocellulose vielfältig ist. Lignocellulosen machen rund 95 Prozent der Trockenbiomasse von Landpflanzen aus. Sie sind somit in großer Menge verfügbar und erschießen damit zahlreiche Anwendungsfelder, einschließlich Kraftstoffe und stoffliche Verwendung. Trotzdem ist die Ethanolproduktion aus Lignocellulose noch nicht vollständig kommerzialisiert. Eine anschließende Analyse von Wirtschaftsnachrichten unterstrich, dass Pilotproduktionsanlagen oft in enger Zusammenarbeit von Forschungsinstituten mit Industriepartnern installiert werden unter Betonung der Notwendigkeit, neue Wissens-Ökosysteme zu bilden, die Partner aus unterschiedlichen Sektoren einbeziehen.

Roadmapping zur Entstehung der sekundären Biomasse und der zugehörigen Wertschöpfungsketten (aufgeschlüsselt nach den Bereichen Gesellschaft, Markt, Produkt, Wertschöpfungskette, Technologie)
Copyright: basierend auf Bröring et al. 2016

Blick in die Zukunft
Nachhaltige bioökonomische Transformation erfordert eine Unterstützung von Konsum-, Politik- und Managemententscheidungen durch wissenschaftsbasierte Folgenabschätzung. Das Projekt „Econ-BioSC“ ermöglichte die Entwicklung und Anwendung innovativer Bewertungs- und Planungsinstrumente, die sowohl vergangene als auch zukünftige Nachhaltigkeitseffekte biobasierten Konsums abzuschätzen und die Dynamik der zugrunde liegenden Innovationssysteme zu verstehen helfen. Der Transparenz in Wertschöpfungsketten und der Verlässlichkeit von Szenario-Annahmen sind Grenzen gesetzt. Trotzdem ist zu erwarten, dass Synergien zwischen Digitalisierung und der Verfügbarkeit neuer Daten sowie das zunehmende Umweltbewusstsein dabei helfen, die bioökonomische Transformation nachhaltiger zu gestalten.

 

Projektleiter

Prof. Dr. Jan Börner
ILR – Ökonomik nachhaltiger Landnutzung und Bioökonomie, Universität Bonn
Email

 

Beteiligte Core Groups

Prof. Dr. Stefanie Bröring, Dr. Nina Preschitschek
ILR – Technologie-, Innovationsmanagement und Entrepreneurship, Universität Bonn

Prof. Dr. Ulrich Schurr, Dr. Martin Bruckner
IBG-2 Pflanzenwissenschaften, Forschungszentrum Jülich

Prof. Dr. Jan Börner
ILR – Ökonomik nachhaltiger Landnutzung und Bioökonomie, Universität Bonn

 

Projektlaufzeit

01.03.2015 – 29.02.2016

 

Förderung

Das Gesamtbudget von Econ-BioSC betrug 149.730,00 €. Econ-BioSC ist Teil des NRW-Strategieprojekt BioSC und gefördert vom Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen.