Professur für Produktion und Logistik

Forschungsverbund „Nachhaltige Nutzung von Energie aus Biomasse im Spannungsfeld von Klimaschutz, Landschaft und Gesellschaft" (BiS)

Förderung: Finanziert vom Niedersächsischen Ministerium für Wissenschaft und Kultur und VolkswagenStiftung,
Dauer: 2009 - 2012, 2. Projektphase 2012 - 2014
Koordination: IZNE - Interdisziplinäres Zentrum für Nachhaltige Entwicklung


Übergeordnetes Ziel des Forschungsvorhabens ist die Vertiefung und Validierung des Grundlagen und Anwendungswissens zur nachhaltigen Nutzung von Energie aus Biomasse. Der beantragte Forschungsverbund besteht aus sechs Teilprojekten, die einerseits jeweils eigenständige Ziele verfolgen, andererseits aber auch ineinander greifen und neue Umsetzungsperspektiven für die Bioenergie erschließen.
Dazu gehört unter anderem eine Optimierung der Pflanzenerträge unter Beachtung von Boden-, Natur- und Umweltschutz. Der integrative Anbau von Energiepflanzen soll dabei strikt „konsensorientiert“ erfolgen, indem die Belange der Bevölkerung, der Landwirte und der Naturschützer besser als bisher aufeinander abgestimmt werden. Von Bedeutung sind in diesem Zusammenhang auch neue bioenergetische Nutzungskonzepte für kontaminierte Standorte, an denen keine Kulturpflanzen für die Nahrungs- und Futtermittelproduktion angebaut werden sollen. Zugleich wollen die Forscher die großen energetischen Potentiale der Holz- und Strohverbrennung in das Gesamtkonzept integrieren. Aufbauend auf den Erfahrungen im Bioenergiedorf Jühnde werden sich die Wissenschaftler mit der ökonomisch günstigen Realisierung weiterer Bioenergiedörfer befassen.


Teilprojekt 1 (Erste Projektphase) und A.1.1 (Zweite Projektphase): Entwicklung und Auswertung von Bewertungskriterien für verschiedene Konzepte der energetischen Biomassenutzung aus ökologischer, ökonomischer, sozialer und technischer Sicht (Leitung: Prof. Dr. Jutta Geldermann)

Im Kapitel 40 der Agenda 21 wird konstatiert, dass allgemeinübliche Indikatoren wie das Bruttosozialprodukt oder die Arbeitslosenquote eines Landes nicht ausreichen, um den Entwicklungsstand der Nachhaltigkeit darstellen zu können. Deshalb müssen über die wirtschaftlichen Kenngrößen hinaus Indikatoren entwickelt werden, mit denen ein möglichst genaues Abbild der drei Dimensionen nachhaltiger Entwicklung (Ökonomie, Ökologie und Soziales) darstellbar wird. Allerdings treten beim Aufstellen solcher Indikatorensysteme erhebliche Schwierigkeiten auf, weil mögliche Kennzahlen nicht genügend konkret, spezifisch oder umfassend für die Abbildung und Beurteilung der Nachhaltigkeit lokaler und regionaler Entwicklungen sind. Um hier spezifischere Aussagen für die Etablierung von Bioenergiedörfern und für andere Bioenergieprojekte treffen zu können, wird in diesem Teilprojekt der Fokus konkret auf den Bereich der Entwicklung und Auswertung von Bewertungskriterien bezüglich der Nutzung und Bereitstellung des erneuerbaren Energieträgers Biomasse gelenkt. Nach theoretischen Vorüberlegungen zur Definition und Formulierung von Nachhaltigkeitskriterien speziell für den Bereich „Biomasse-nutzung“ werden in enger Abstimmung mit allen übrigen Teilprojekten aussagekräftige und quantifizierbare Kriterien herausgearbeitet.

Ziel dieses Teilprojektes ist die Bewertung der Auswirkungen verschiedener Ansätze der energetischen Biomassenutzung aus der Sicht der Ökologie, der Ökonomie, der Technik und der Sozialwissenschaften im Licht der nachhaltigen Entwicklung, um Entscheidungshilfen bei der Auswahl der Art der Biomassenutzung zu leisten. Dazu werden geeignete Kriterien erarbeitet und bestehende Nachhaltigkeits-indikatorensysteme für den Bereich der Bioenergienutzung speziell ergänzt. Die zu vergleichenden Biomassekonzepte sollen sich auf die Fläche eines konkreten potenziellen Bioenergiedorfs bzw. auf eine Region in einem Landkreis in Niedersachsen beziehen. Für diese in ihren Eigenschaften genau definierte Fläche sollen

• verschiedene Bioenergiedorfkonzepte in ihren Auswirkungen auf eine nachhaltige Entwicklung miteinander verglichen werden und
• alternativ soll dazu geprüft werden, welche Auswirkungen auf eine nachhaltige Entwicklung der Anbau von Biomasse für andere energetische Konzepte auf dieser Fläche haben kann.

Dabei wird angestrebt, die Fläche mit möglichst minimalem technischen und energetischen Aufwand nachhaltig zu nutzen und unter verschiedenen Alternativen die nachhaltigste zu finden. Als Ergebnis werden mit Hilfe von multikriteriellen Bewertungsverfahren die Vor‐ und Nachteile für verschiedene Biomasse-nutzungskonzepte dargestellt, grafisch aufbereitet und Empfehlungen für das Vorgehen bei der Wahl bestimmter Konzepte gegeben.

Zur Erläuterung der angewendeten Methoden der multikriteriellen Entscheidungs-unterstützung wird zudem ein Leitfaden entwickelt. Dieser soll sowohl potenziellen Analysten die Anwendung von Methoden der multikriteriellen Entscheiungs-unterstützung näher bringen als auch Entscheidungsträgern das Verständnis der Methoden erleichtern. Zudem wird in der zweiten Projektphase ein weiteres Teilprojekt darin unterstützt, die entwickelte Kriterienliste sowie die multikriterielle Entscheidungsunterstützung vor Ort in einem niedersächsischen Dorf einzusetzen.

Den Leitfaden sowie ein Softwaretool zur Anwendung der Methode PROMETHEE finden Sie hier.

Teilprojekt 6 (Erste Projektphase) und A.1.2 (Zweite Projektphase): Modellierung und Optimierung des Produktions- und Distributionssystems für Bioenergiedörfer (Leitung: Prof. Dr. Jutta Geldermann)

Für Bioenergiedörfer wurden bislang mehr oder weniger effiziente und wirtschaftlich vorteilhafte Lösungen für die Auslegung der einzelnen Anlagenkomponenten zur Stromproduktion (z.B. Biogasanlage, Blockheizkraftwerk) sowie die Wärmebereit-stellung und ‐verteilung (z.B. Holzhackschnitzelheizwerk, Nahwärmenetz) gefunden. Ziel dieses Teilprojektes ist die Entwicklung eines optimierenden Produktions‐ und Distributionsmodells, das basierend auf ortsspezifischen Eingangsdaten eine nach wirtschaftlichen Kriterien beste Anlagenkonstellation und ‐auslegung sowie den optimalen Umfang des Biomasseeinsatzes ermittelt. Ferner stellen Sensitivitäts-analysen einen wichtigen Bestandteil der Modellierung dar.

Aufgrund der gegenseitigen Abhängigkeiten wird ein mathematisches Optimierungsmodell für die Simultanplanung dieser Komponenten erarbeitet. Es ist formuliert als Netzwerkflussproblem und identifiziert die Anschlussobjekte, den Verlauf des Nahwärmenetzes sowie die Anlagenauslegung, die zum höchsten Kapitalwert führt. Auf der Basis postoptimaler Analysen lassen sich dann Aussagen darüber treffen, mit welchen Auswirkungen bei externen Vorgaben (z.B. zur Einbeziehung eigentlich unwirtschaftlicher Objekte in das Nahwärmenetz) zu rechnen ist oder ab welchem Ausmaß Preiserhöhungen (induziert beispielsweise durch höhere Kosten bei der Beschaffung der Biomasse) kritisch sind und die Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems in Frage stellen.

Veröffentlichungen und Vorträge

Lerche, N.; Geldermann, J.:
Integration of Prospect Theory into PROMETHEE - A case study concerning sustainable bioenergy concepts, International MCDA Workshop on PROMETHEE: Research and Case Studies, 22.01.2014, Vrije Universiteit Brussel - Université libre de Bruxelles

Lerche, N.; Schmehl, M.; Geldermann, J.:
Sustainability Assessment of Concepts for Energetic Use of Biomass: A Multi-Criteria Decision Support Approach. In: Helber, S.; Breitner, M.; Rösch, D.; Schön, C.; Graf von der Schulenburg, J.-M.; Sibbertsen, P.; Steinbach, M.; Weber, S.; Wolter, A.: Operations Research Proceedings 2012 - Selected Papers of the International Annual Conference of the German Operations Research Society (GOR), Leibniz Universität Hannover, 05.-07.09.2012. Springer-Verlag, Cham/Heidelberg/New York/Dordrecht/London, pp. 77-82 (2014)

Eigner-Thiel, S.; Geldermann, J.; Schmehl, M.:
Soziale Kriterien zur Bewertung der Nachhaltigkeit unterschiedlicher Biomassepfade. In: Böttcher, J. (Hrsg.): Management von Biogas-Projekten. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg, S. 166-204 (2013)

Eigner-Thiel, S., Schmehl, M., Ibendorf, J. & Geldermann, J.:
Assessment of different bioenergy concepts regarding sustainable Development. In: Ruppert, H.; Kappas, M.; Ibendorf, J. (eds.): Sustainable Bioenergy Production ? An Integrated Approach (Chapter 12). Springer-Verlag, Berlin/London/New York, pp. 339-384 (2013)

Lerche, N.; Wilkens, I.:
Multikriterielle Nachhaltigkeitsbewertung als partizipative Entscheidungs-unterstützung für kommunale Energieprojekte. Fachtagung "Energie, Ernährung und Gesellschaft - Die Rolle der Biomasse im Kontext einer nachhaltigen Entwicklung", 15.10.-17.10.2013, Göttingen

Uhlemair, H.; Karschin, I.; Geldermann, J.:
Optimizing the production and distribution system of bioenergy villages. International Journal of Production Economics (In Press, Accepted Manuscript) (Available online 13 October 2012)

Schmehl, M.; Eigner-Thiel, S.; Hesse, M.; Ibendorf, J.; Geldermann, J.:
Development of an Information System for the Assessment of different Bioenergy Concepts regarding Sustainable Development. In: Teuteberg, Marx Gòmez (Eds.): Corporate Environmental Management Information Systems: Advancements and Trends, IGI Global, Hershey, pp. 318-336 (2010)



Pressemitteilung: Forschungsverbund Bioenergie
Projekthomepage: Bioenergie im Spannungsfeld