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Strategische Netzwerkgestaltung in der Prozessindustrie

Eine Untersuchung am Beispiel der Produktion von synthetischen Biokraftstoffen

Autor	Anne Schatka
Verlag	Gabler Verlag
Erscheinungsjahr	2011
Seitenanzahl	272 Seiten
ISBN	9783834967176
Format	PDF
Kopierschutz	DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	49,44 EUR

Anne Schatka entwickelt ein Planungstool zur integrierten Technologie-, Kapazitäts- und Standortplanung für die Produktion von synthetischen Biokraftstoffen.

Dr. Anne Schatka promovierte bei Prof. Dr. Thomas S. Spengler am Institut für Automobilwirtschaft und Industrielle Produktion an der Technischen Universität Braunschweig.

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Inhaltsverzeichnis

Geleitwort	6
Vorwort	8
Inhaltsübersicht	10
Abbildungsverzeichnis	17
Tabellenverzeichnis	21
Abkürzungsverzeichnis	24
Einheitenverzeichnis	26
Symbolverzeichnis	27
1 Einleitung	33
1.1 Ausgangslage und Problemstellung	33
1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise	35
2 Rahmenbedingungen der Gestaltung von Produktionsnetzwerken für synthetische Biokraftstoffe	38
2.1 Biogene und fossile flüssige Kraftstoffe	38
2.1.1 Synthetische Kraftstoffe auf fossiler Rohstoffbasis	40
2.1.2 Biokraftstoffe der ersten Generation	41
2.1.3 Biokraftstoffe der zweiten Generation	43
2.1.4 Weitere Biokraftstoffe	44
2.2 Rahmenbedingungen im Kontext der Nachhaltigkeit	45
2.2.1 Problembereiche fossile Energieträger und fossile Kraftstoffe	45
2.2.2 Potenziale und Risiken biogener Energieträger und biogener Kraftstoffe	49
2.2.3 Ökonomische Rahmenbedingungen von synthetischen Biokraftstoffen	52
2.2.3.1 Biomassepotenzial für synthetische Biokraftstoffe	52
2.2.3.2 Herstellkosten synthetischer Biokraftstoffe	56
2.2.4 Ökologische Rahmenbedingungen von synthetischen Biokraftstoffen	58
2.2.4.1 Zieldefinitionen bestehender Life Cycle Assessment Studien für Biokraftstoffe	60
2.2.4.2 Erstellung von Sachbilanzen und Wirkungsabschätzungen für Biokraftstoffe	61
2.2.4.3 Auswertung von Life Cycle Assessment Studien für Biokraftstoffe	64
2.2.5 Soziale Rahmenbedingungen	67
2.2.5.1 Soziale Wirkungen des Biomasseanbaus und der Biomassebereitstellung	67
2.2.5.2 Soziale Wirkungen der Produktion und Nutzung synthetischer Biokraftstoffe	70
2.2.6 Wesentliche Erkenntnisse hinsichtlich der nachhaltigen Produktion von synthetischen Biokraftstoffen	73
2.3 Gesetzliche Rahmenbedingungen	75
2.3.1 EU-Verordnung (EG) No 443/2009	75
2.3.2 Biokraftstoffquotengesetz (BioKraftQuG)	76
2.3.3 Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung	78
2.3.4 Schlussfolgerungen aus den rechtlichen Rahmenbedingungen für die Netzwerkgestaltung	78
2.4 Verfahrenstechnische Rahmenbedingungen	80
2.4.1 Biomassevorbehandlung	81
2.4.2 Biomassevergasung	83
2.4.3 Gasreinigung und -konditionierung	85
2.4.4 Synthese	89
2.4.5 Raffination	92
2.4.6 Anlagenkonzepte	93
2.4.7 Wesentliche Erkenntnisse der verfahrenstechnischen Rahmenbedingungen für die Netzwerkgestaltung	95
2.5 Anforderungen an einen Planungsansatz zur Netzwerkgestaltung für die Produktion synthetischer Biokraftstoffe	96
3 Methodische Ansätze zur Gestaltung von Produktionsnetzwerken in der Prozessindustrie	100
3.1 Modellierung der Produktionsprozesse	101
3.1.1 Verfahrenstechnische Modellierung der Produktionsprozesse	101
3.1.1.1 Modellierung auf Grundlage empirischer Daten	101
3.1.1.2 Flowsheeting Simulation	103
3.1.2 Betriebswirtschaftliche Modellierung verfahrenstechnischer Prozesse	105
3.1.2.1 Betriebswirtschaftliche Input-Output Modelle	106
3.1.2.2 Aktivitätsanalytische Stoffstrommodellierung	110
3.1.3 Verzahnung verfahrenstechnischer und betriebswirtschaftlicher Produktionsmodelle	112
3.1.4 Bewertung des Einsatzes von verfahrenstechnischen und betriebswirtschaftlichen Produktionsmodellen im Rahmen der Netzwerkg	113
3.2 Standortplanung	114
3.2.1 Standortplanungsmodelle	115
3.2.2 Standortvorauswahl	116
3.2.3 Planungsmodelle zur Netzwerkgestaltung für die Produktion synthetischer Biokraftstoffe	121
3.2.3.1 Beschreibung der Planungsmodelle zur Netzwerkgestaltung für die Produktion von (synthetischen) Biokraftstoffen	121
3.2.3.2 Zusammenfassende Bewertung der Planungsmodelle zur Netzwerkgestaltung für die Produktion von (synthetischen) Biokraftstoffen	124
3.2.3.3 Modellierungsoptionen zur Erreichung der beschriebenen Anforderungen	126
3.2.3.4 Lösungsverfahren	130
3.2.4 Wesentliche Erkenntnisse für die Technologie, Kapazitätsund Standortplanung im Rahmen der Netzwerkgestaltung für synthetis	132
3.3 Netzwerkgestaltung unter Unsicherheit	133
3.3.1 Indirekte Berücksichtigung von Unsicherheiten	134
3.3.2 Direkte Berücksichtigung von Unsicherheiten	136
3.3.2.1 Risikoeinstellungen von Entscheidungsträgern im Rahmen der strategischen Planung	138
3.3.2.2 Berücksichtigung der Risikoeinstellungen von Entscheidungsträgern in Ersatzzielfunktionen	140
3.3.2.3 Berücksichtigung von Unsicherheiten und Risiken in den Nebenbedingungen	143
3.3.3 Szenariotechnik	144
3.3.4 Rollierende Planung	145
3.3.5 Schlussfolgerungen für die Berücksichtigung von Unsicherheiten in der Netzwerkgestaltung für synthetische Biokraftstoffe	147
3.4 Konzeption des Planungsansatzes zur Netzwerkgestaltung für die Produktion von synthetischen Biokraftstoffen	148
4 Ausgestaltung des Planungsansatzes zur Netzwerkgestaltung für die Produktion von synthetischen Biokraftstoffen	151
4.1 Verfahrenstechnische Modellierung am Beispiel der Vergasung von Biomasse	151
4.1.1 Modellbeschreibung	151
4.1.2 Simulationsergebnisse	155
4.2 Betriebswirttschaftlichee Modellierrung und BBewertung dder Produkktionsprozeesse für diie Netzwerkgk estaltungg	158
4.2.1 MModularisiierung der PProduktionsprozesse	158
4.2.2.1 Schätzungen von Investitionen der Hauptkomponenten	163
4.2.2.2 Zuschlagsfaktoren zur Bestimmung der Gesamtinvestition	165
4.2.2 Investitionen der Produktionstechnologien	161
4.2.2.1 Schätzungen von Investitionen der Hauptkomponenten	163
4.2.2.2 Zuschlagsfaktoren zur Bestimmung der Gesamtinvestition	165
4.2.3 Modellierung der betriebsbedingten Zahlungen	167
4.2.3.1 Fixe betriebsbedingte Zahlungen	167
4.2.3.2 Kapazitätsauslastungsabhängige Zahlungen	168
4.3 Modell zur Technologie-, Kapazitätsund Standortplanung	170
4.3.1 Nebenbedingungen	172
4.3.1.1 Kapazitätsrestriktionen	172
4.3.1.2 Massenbilanzen	173
4.3.1.3 Variablendeklaration	174
4.3.2 Zielfunktion	175
4.4 Szenariobasierte Erweiterung des Planungsmodells	177
4.4.1 Nebenbedingungen der szenariobasierten Erweiterung	178
4.4.2 Zielfunktionen der szenariobasierten Erweiterung	180
4.5 Komplexität des Planungsansatzes	183
5 Fallstudien zur Gestaltung regionaler und überregionaler Produktionsnetzwerke für synthetischen Biodiesel	186
5.1 Fallstudiendesign	187
5.2 Entscheidungsrelevante Daten der Produktionsprozesse	188
5.2.1 Produktionsprozesse	188
5.2.2 Investitionen der Produktionstechnologien und fixe betriebsbedingte Zahlungen	190
5.2.3 Kapazitätsauslastungsabhängige Zahlungen der Produktionsprozesse	191
5.3 Regionale Fallstudie für Norddeutschland	192
5.3.1 Datenermittlung	193
5.3.1.1 Biomassebereitstellung	194
5.3.1.2 Transport	198
5.3.1.3 Nachfrage nach synthetischem Biodiesel	199
5.3.2 Szenarienerstellung	203
5.3.2.1 Ausprägungen der alternativen Deskriptoren	203
5.3.2.2 Szenarien	206
5.3.3 Modellanpassungen und Preprocessing	207
5.3.3.1 Anpassungen des Planungsmodells	207
5.3.3.2 Preprocessing	213
5.3.3.3 Implementierung und Lösung des Planungsansatzes	214
5.3.4 Ergebnisse	215
5.4 Überregionale Fallstudie für Westeuropa	221
5.4.1 Datenermittlung	225
5.4.2 Szenarienerstellung	235
5.4.3 Anpassungen des Planungsmodells	237
5.4.4 Implementierung und Lösung des Planungsansatzes	242
5.4.5 Ergebnisse	242
5.5 Handlungsempfehlungen	250
5.5.1 Handlungsempfehlungen an potenzielle Investoren	251
5.5.2 Handlungsempfehlungen an umweltpolitische Entscheidungsträger	254
6 Würdigung und Ausblick	257
6.1 Würdigung des entwickelten Planungsansatzes	257
6.2 Würdigung der Erkenntnisse und weiterer Anwendungsmöglichkeiten für industrielle Entscheidungsträger	260
6.3 Würdigung der Erkenntnisse für politische Entscheidungsträger	261
6.4 Ausblick auf weiteren Forschungsbedarf	262
7 Zusammenfassung	265
Literaturverzeichnis	269
Rechtsverzeichnis	291
Anhang	292
A 1: Klassifikation von Modellen zur Netzwerkgestaltung	293
A 2: Kapazitäten der betrachteten Raffinerien in Westeuropa	299

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