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Doctoral Thesis
2018
Agrarökonomische Analyse von Verfahren zur Erzeugung lignozellulosehaltiger Biomasse und deren Akzeptanz in der Landwirtschaft Baden-Württembergs
Agrarökonomische Analyse von Verfahren zur Erzeugung lignozellulosehaltiger Biomasse und deren Akzeptanz in der Landwirtschaft Baden-Württembergs
Abstract (English)
In a future bio-based economy, agricultural production of renewable raw materials for the production of plant biomass is supposed to play a central role. This also includes the perennial crops short rotation coppice (SRC) and miscanthus. A material utilization, particularly of the produced lignocellulose, in chemical industry can contribute to a bio-based economic activity. However, the cultivation of SRC and miscanthus is not yet widespread. For a variety of reasons, such as lack of knowledge or low profitability, farmers have not strongly implemented these crops so far.
To find out, which factors do have an impact on the cultivation of SRC and miscanthus, farmer workshops with surveys were conducted in selected regions of Baden-Wuerttemberg. Additionally, by means of a choice experiment, the preferences of the farmers for the cultivation of SRC and miscanthus were elicited. As the introduction of new production methods is often linked to increased risks, in addition the risk attitude of the farmers was determined by means of a “Holt and Laury” lottery. The surveys took place in the Vergleichsgebietsgruppen (VGG) „Unterland / Gaeue“, „Rhine / Lake Constance“ and „Bauland / Hohenlohe“ in Baden-Wuerttemberg. For all VGG site specific profitability and risk analyses were performed. The mentioned VGG were identified as most suitable for SRC and miscanthus. In total, 117 farmers participated in nine organized workshops. In the surveyed sample more farmers are cultivating SRC than in the entire farmer population.
For the analysis of the choice experiment Random Parameter Logit Models were used. The following results are to be interpreted under ceteris paribus conditions. Generally, the part-worth utility of the cultivation of SRC and miscanthus is negative. Additionally to the opportunity costs of land, the expected average compensation payments amount to € 460 and € 400 per hectare and year for SRC and miscanthus. However, in this context farmers do not significantly distinguish between the two perennial crops. As expected an increasing profitability of these production activities increases the utility, whereas an increasing variability of contribution margins and increasing investment costs reduce the utility. It should be noted that a guaranteed purchase contract for the harvested crop over the whole cultivation period increases the utility of the permanent crops at a significant level. Through this the negative part-worth utility of SRC or miscanthus could be compensated almost completely. If colleagues in the near surrounding already cultivate these crops, this also increases the utility. Among the respondents a significant preference heterogeneity exists for both production activities and all attributes considered in the choice experiment.
Further model estimations with interaction terms to explain part of the heterogeneity show that, among other things, an increasing farm size has a negative impact on the probability of cultivating SRC. An increasing age of the farm manager also reduces the utility of the cultivation of SRC and miscanthus. An increasing work experience has a positive effect on the probability of choosing SRC. Moreover, an increase of the initial investment cost reduces the utility of the participants the more, the more risk averse they are. In this context, the implicitly assumed interest rates, deduced from the model and assuming a farmer with average risk attitude, are in a realistic range between 2.3 % and 4.1 %.
Based on the estimated part-worth utility distribution parameters of the model without interaction terms, finally supply functions were derived by means of Monte Carlo simulations, to illustrate cultivation potentials of SRC and miscanthus at various wood chip prices and for different scenarios. The potentials of SRC and miscanthus estimated this way are more realistic than former GIS-based potentials as not only location factors but also empirically found preferences of the farmers and opportunity costs of farmland were taken into account. Under the assumptions made, the maximum expectable potential of SRC and miscanthus on arable land in the surveyed region amounts in each case to 30,000 hectares. It should be noticed, that this cultivation potential is relatively low.
The results of the choice experiment show that - as long as this is considered to be justified from an economic point of view - either a direct subsidy by the government, the cultivation in clusters or purchase guarantees for the farmers by the processing industry can strongly promote the cultivation of perennial lignocellulose containing crops.
Abstract (German)
Beim Wandel hin zu einer biobasierten Wirtschaftsweise spielt die landwirtschaftliche Produktion von nachwachsenden Rohstoffen zur Erzeugung von pflanzlicher Biomasse eine zentrale Rolle. Hierzu zählen auch die mehrjährigen Kulturen Kurzumtriebsplantagen (KUP) und Miscanthus. Die stoffliche Nutzung, insbesondere der hierbei erzeugten Lignozellulose, die in der chemischen Industrie als Rohstoff eingesetzt werden könnte, kann zu einem biobasierten Wirtschaften beitragen. Der Anbau von KUP und Miscanthus ist jedoch noch nicht weit verbreitet. Verschiedene Gründe wie bspw. fehlendes Wissen oder eine geringe Rentabilität halten die Landwirte bisher von einem Anbau ab.
Um herauszufinden, welche Faktoren einen Einfluss auf den Anbau von KUP und Miscanthus haben, wurden im Rahmen von Workshops Befragungen mit Landwirten in ausgewählten Regionen in Baden-Württemberg durchgeführt. Dabei wurden die Präferenzen der Landwirte für den KUP- und Miscanthusanbau anhand eines Choice-Experiments erfasst. Da die Einführung neuer Verfahren oftmals mit erhöhten Risiken einhergeht, wurde zudem mit Hilfe einer „Holt and Laury“-Lotterie die Risikoeinstellung der Landwirte ermittelt. Die Befragung fand in den baden-württembergischen Vergleichsgebietsgruppen (VGG) „Unterland / Gäue“, „Rhein / Bodensee“ und „Bauland / Hohenlohe“ statt. Für alle VGG wurden zuvor standortbezogene Rentabilitäts- und Risikoanalysen durchgeführt. Dabei wurden die genannten VGG als am besten für den KUP- und Miscanthusanbau geeignete Regionen identifiziert. Insgesamt 117 Landwirte haben an neun organisierten Workshops teilgenommen. Die untersuchte Stichprobe beinhaltet überdurchschnittlich viele KUP anbauende Betriebe.
Für die Auswertung des Choice-Experiments wurden Random Parameter Logit-Modelle verwendet. Die im Folgenden dargestellten Ergebnisse sind jeweils unter sonst gleichen Bedingungen (ceteris paribus) zu betrachten. Allgemein wird der Teilnutzen aus dem KUP- und Miscanthusanbau negativ bewertet. Die hier zusätzlich zu den Opportunitätskosten der Fläche erwarteten durchschnittlichen Kompensationszahlungen liegen bei rund 460 € bzw. 400 € je Hektar und Jahr für KUP bzw. Miscanthus. Eine Unterscheidung in der Bewertung zwischen den beiden mehrjährigen Verfahren erfolgt durch die Landwirte hierbei nicht. Wie erwartet erhöht eine zunehmende Wirtschaftlichkeit dieser Anbauverfahren den Nutzen. Ein zunehmendes Risiko und steigende Investitionskosten reduzieren den Nutzen. Eine von Beginn an geregelte Abnahmegarantie für das Erntegut über die gesamte Laufzeit erhöht den Nutzen der Landwirte für diese Anbauverfahren in dem Maße, dass hierdurch der negative Teilnutzen aus dem KUP- bzw. Miscanthusanbau fast vollständig kompensiert würde. Auch der Anbau dieser Kulturen durch Kollegen in der näheren Umgebung wirkt nutzensteigernd. Für beide Verfahren und alle in das Choice-Experiment einbezogenen Eigenschaften besteht jedoch eine signifikante Präferenzheterogenität unter den Antwortenden.
Aus weiteren Modellschätzungen mit Interaktionstermen zur (teilweisen) Erklärung der Präferenzheterogenitäten geht u. a. hervor, dass eine zunehmende Flächenausstattung der Betriebe einen negativen Einfluss auf die Anbauwahrscheinlichkeit von KUP hat. Auch ein höheres Alter der Betriebsleiter reduziert den Nutzen des Anbaus von KUP und Miscanthus. Eine zunehmende Berufserfahrung wirkt auf die Anbauwahrscheinlichkeit von KUP jedoch positiv. Zudem reduziert eine Erhöhung der Investitionssumme zu Beginn den Nutzen der Teilnehmer umso mehr, je risikoscheuer diese sind. Die hierbei errechneten implizit angenommenen Zinssätze liegen, je nach Modell, für einen Landwirt mit durchschnittlicher Risikoaversion in einem realistischen Bereich von 2,3 % bis 4,1 %.
Aus den geschätzten Verteilungsparametern des Modells ohne Interaktionsterme wurden schließlich mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen Angebotsfunktionen hergeleitet, um Anbaupotenziale von KUP und Miscanthus bei unterschiedlichen Hackschnitzelpreisen für verschiedene Szenarien abzubilden. Die auf diesem Weg geschätzten Anbauumfänge sind realistischer, als die bislang veröffentlichten GIS-basierten Potenziale, da in ihre Ermittlung, außer Standortfaktoren, empirisch fundierte Präferenzen der Landwirte sowie deren Opportunitätskosten einfließen. Unter den getroffenen Annahmen zeigt sich, dass die maximal zu erwartenden Potenziale auf Ackerflächen in der befragten Region bei jeweils insgesamt 30.000 ha für KUP bzw. Miscanthus liegen. Hervorzuheben ist jedoch, dass dieses Anbaupotenzial eher gering ist.
Die Auswertung des Choice-Experiments hat gezeigt, dass - sofern dies volkswirtschaftlich sinnvoll erscheint - entweder staatliche Anbausubventionen, der Anbau in Clustern oder aber Abnahmegarantien zwischen Landwirten und den verarbeitenden Unternehmen den Anbau von mehrjährigen Lignozellulose liefernden Kulturen stark befördern können.
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Notes
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Publication series
Published in
Faculty
Faculty of Agricultural Sciences
Institute
Institute of Farm Management
Examination date
2018-05-17
Supervisor
Edition / version
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DOI
ISSN
ISBN
Language
German
Publisher
Publisher place
Classification (DDC)
630 Agriculture
Original object
Standardized keywords (GND)
Sustainable Development Goals
BibTeX
@phdthesis{Gillich2018,
url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/6284},
author = {Gillich, Caroline Sophie-Theresia},
title = {Agrarökonomische Analyse von Verfahren zur Erzeugung lignozellulosehaltiger Biomasse und deren Akzeptanz in der Landwirtschaft Baden-Württembergs},
year = {2018},
school = {Universität Hohenheim},
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