Forschen • Ausbilden • Vernetzen
Für eine nachhaltige Bioökonomie

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Für eine nachhaltige Bioökonomie

Bio-physische und ökonomische Modellierung der Bioökonomie

Das Kompetenz-Plattform Projekt Transform2Bio hat das Ziel, Transformationspfade hin zu einer nachhaltigen Bioökonomie im Rheinischen Revier zu entwickeln und zu analysieren. Dabei werden zukünftige Entwicklungen projiziert sowie die zahlreichen ökonomischen und naturwissenschaftlichen Interaktionen berücksichtigt. Die verwendete Methodik kombiniert Szenarienentwicklung und den Einsatz von ökonomischen Modellen, welche zentrale Beziehungen zwischen Produktion, Nachfrage und Handel in der (Bio-)Ökonomie erfassen. Transform2Bio bedient sich dafür zwei detaillierter Simulationsmodelle.

Das bio-ökonomische Betriebsmodell FarmDyn wird für Analysen auf der Ebene des einzelnen landwirtschaftlichen Betriebes verwendet und erfasst mit einem hohen Detailgrad das Betriebsmanagement sowie naturwissenschaftliche Zusammenhänge. Es simuliert gewinnmaximierende Entscheidungen unter Berücksichtigung von knappen Ressourcen wie Land und Arbeit, verfügbarer Technologie sowie ökonomischen und politischen Rahmenbedingungen. Die Ergebnisse liefern unter anderem Einsichten zu Produktionsmengen, Ressourcennutzung, Gewinnen und Kosten sowie Umweltindikatoren wie Treibhausgasemissionen oder Stickstoffüberschuss.

Abb. 1: Mähdrescher, Quelle: Eigene Darstellung.

FarmDyn wird momentan in Transform2Bio genutzt, um die Wechselwirkung zwischen der Bereitstellung von Biomasse und einer umweltschonenderen Produktion zu analysieren. Dabei stehen zwei zentrale Politikmaßnahmen im Fokus: freiwillige Agrarumweltmaßnahmen sowie die novellierte Düngegesetzgebung. Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Politiken nur zu einer leichten Reduktion des Biomasseoutputs führen. In Gebieten mit hoher Nitratbelastung, wo besonders strenge Vorgaben verpflichtend sind, konnten leichte Veränderungen der angebauten Kulturen beobachtet werden. Die Analyse der Annahme und Auswirkung von neuen Technologien ist ein weiteres Einsatzfeld von FarmDyn in Transform2Bio

Abb. 2: Model Connection, Quelle: Eigene Darstellung.

Diese Technologien können die Nachhaltigkeit der landwirtschaftlichen Produktion im Rheinischen Revier erhöhen und die regionale ökonomische Entwicklung stärken. In engem Austausch mit dem BioSC FocusLab greenRelease und dem Clusterprojekt Phenorob wird FarmDyn erweitert, um Technologien für einen nachhaltigeren Ackerbau noch besser abzubilden und zu analysieren. Als einzelbetriebliches Modell benötigt FarmDyn detaillierte Daten von landwirtschaftlichen Betrieben. In Kooperation mit den Projekten PhenoRob und Mindstep wird eine räumlich explizite, synthetische Population der Betriebe in Nordrhein-Westfalen entwickelt. Dieser Datensatz bildet wichtige Charakteristika der tatsächlichen Betriebspopulation ab, ohne auf sensible Daten von Einzelunternehmen zurückgreifen zu müssen. Dadurch kann der Großteil der Betriebe im Rheinischen Revier analysiert und die Heterogenität der existierenden Betriebe erfasst werden. Einzelbetriebliche Modelle haben ihre Stärke in der detaillierten Analyse der betrieblichen Anpassungen an neue Rahmenbedingungen wie z.B. Politikänderungen oder technischen Fortschritt. Sie beziehen jedoch keine Rückkopplungseffekte durch Preisänderungen ein und erfassen nur einen Teil der Wertschöpfungsketten in der Bioökonomie.

Die Verwendung eines allgemeinen Gleichgewichtsmodells als zweiten Modelltyp in Transform2Bio reduziert diese Limitierungen. Allgemeine Gleichgewichtsmodelle bilden Verbindungen zwischen allen Wirtschaftssektoren ab, um den Einfluss von politischen Vorgaben und Technologien über alle relevanten Sektoren zu analysieren. Das verwendete Modell CGEBox ist global ausgerichtet und ermöglicht neben dem Rheinischen Revier auch die Berücksichtigung von Regionen auf nationaler und internationaler Ebene. Es werden drei Szenarien für die Ökonomie im Rheinischen Revier analysiert: Das erste Szenario ändert den Energiemix in Deutschland durch die Substitution von Energie aus Kohleverstromung durch erneuerbare Energien, das zweite Szenario erhöht die Produktivität der Landwirtschaft und das dritte Szenario erhöht die Effizienz bei der Verwendung von Biomasse im biochemischen Sektor.

Abb. 3: CGEBox, Quelle: Eigene Darstellung.

Bei einer simultanen Betrachtung der Szenarien wird eine Reduktion der Treibhausgasemissionen durch die geringe Kohleverstromung erwartet sowie eine Erhöhung der landwirtschaftlichen Produktion und der Pachtpreise durch die Effizienzsteigerung. Die Konkurrenz mit der Petrochemie kann außerdem zu einer verringerten Biomassenutzung in der Nahrungs- und Futtermittelproduktion führen. Der Modellierungsansatz ermöglicht auch, dass die Szenarienergebnisse in entgegengesetzte oder unterschiedliche Richtungen deuten. Darüber hinaus wird in Transform2Bio das einzelbetriebliche Modell FarmDyn mit dem allgemeinen Gleichgewichtsmodell verknüpft, um die Stärken beider Ansätze zu kombinieren. Das Gleichgewichtsmodell kann Preisänderungen an FarmDyn weitergeben, wohingegen letzteres Produktivitätsänderungen quantifiziert und zurückleitet. Die Modellverknüpfung kann zu einem umfassenderen Verständnis der Transformationspfade hin zu einer nachhaltigen Bioökonomie im Rheinischen Revier beitragen.

Beteiligte Core Groups

PD Dr. Wolfgang Britz
ILR - Economic Modeling of Agricultural Systems Group
Universität Bonn

Prof. Dr. Thomas Heckelei
ILR – Chair of Economic and Agricultural Policy
Universität Bonn

Prof. Dr. Silke Hüttel
ILR – Chair of Production Economics
Universität Bonn

Prof. Dr. Grit Walther
OM – Chair of Operations Management
RWTH Aachen