Technologie- und Förderzentrum im Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe

Transkript

1 Ölmüllertage 2014 Treibhausgasbilanzierung der dezentralen Rapsölkraftstoffproduktion in Bayern , Fulda Karsten Engelmann, Lorenz Strimitzer, Dr. Edgar Remmele Engelmann 14 K Eg 007 Folie 1

2 Gliederung Einleitung Ausgangssituation und Zielstellung Material & Methoden Untersuchungsregionen und -betriebe THG-Bilanzierungsmethoden Ergebnisse Rapsanbau Dezentrale Verarbeitung Bewertung von Koppelprodukten Zusammenfassung Holzforschung München Technische Universität München ExpRessBio Lehrstuhl für Ökologischen Landbau und Pflanzenbausysteme Technische Universität München Engelmann, Strimitzer 14 K Eg 008 Folie 2

3 Ausgangssituation Renewable Energy Directive (RED) 2009/28/EC gibt verbindliche Treibhausgas- (THG)-Einsparungen für Biokraftstoffe im Vergleich zu fossilem Diesel vor: derzeit: mind. 35 % ab 2017: mind. 50 % ab 2018: mind. 60 % RED-Standardwert für industriell erzeugtes Rapsöl: 57 % Kein RED-Standardwert für dezentral erzeugten Rapsölkraftstoff! Engelmann, Strimitzer 14 K Eg 009 Folie 3

4 Zielstellung Regionalspezifische THG-Bilanzierung von dezentral erzeugtem Rapsölkraftstoff im Rahmen der Ökobilanzierung (LCA) RED-konforme THG-Bilanzierung von dezentral erzeugtem Rapsölkraftstoff Aufzeigen von methodischen Unterschieden bei der Bewertung von Koppelprodukten (Allokationsverfahren vs. Substitutionsverfahren) Engelmann 14 K Eg 010 Folie 4

5 Untersuchungsregionen und -betriebe Datenerfassung mittels Vorort-Befragungen in 16 landwirtschaftlichen Betrieben und 3 dezentralen Ölmühlen in unterschiedlichen Regionen Bayerns 1 1 Roßberg et al., 2007 Engelmann, Strimitzer 14 K Eg 011 Folie 5

6 Untersuchungsbetriebe Region A B C Boden-Klima-Region 1 Landwirtschaftsbetriebe Tertiär-Hügelland Donau-Süd n = 5 Albflächen und Ostbayerisches Hügelland n = 6 Verwitterungsböden in den Übergangslagen n = 5 Standortbedingungen Ø Höhenlage (m) Ø jährl. Niederschlag (mm) Ø jährl. Temperatur ( C) Bodentextur Ackerzahl ,2 Lehmiger Sand bis sandiger Lehm ,2 Lehm bis schwerer Lehm ,4 Sand bis Ton Betriebsstrutur Betriebstyp Betriebsgröße (ha) Raps (% Ackerland) Ackerbaubetrieb Gemischtbetrieb Gemischtbetrieb Ölmühle Max. Verarbeitungskapazität (kg Saat h -1 ) X 500 Y 800 Z Roßberg et al., 2007 Engelmann, Strimitzer 14 K Eg 012 Folie 6

7 Systemgrenzen LCA (DIN EN ISO / 14044) Anbau Transport Verarbeitung Maschinen- und Geräte Gebäude Qualität der Mineraldünger und Pflanzenschutzmittel andere Feldemissionen Maschinen Maschinen Infrastruktur RED (BioGrace, angepasst für dezentrale Verarbeitung ) Ertrag Diesel Mineraldünger- und Pflanzenschutzmittel Saatgut N 2 O-Feldemissionen Diesel Strom Bleicherde End-of-life-Prozesse End-of-life-Prozesse End-of-life-Prozesse Systemgrenzen Mineraldünger Systemraumerweiterung Sojaschrot Strimitzer 14 K Eg 013 Folie 7

8 Anpassung der dezentralen Verarbeitung in BioGrace Industriell erzeugtes Rapsöl (RED) Dezentral erzeugter Rapsölkraftstoff Rapsölkraftstoff (MJ) Rapskuchen (MJ) Allokation 1 0,6 ca. 61:39 1 0,9 ca. 52:48 1 kg Rapssaat Ölgehalt 42 % Verarbeitung in dezentraler Ölmühle ca. 0,37 kg Öl Rapsölkraftstoff x 37,5 1 MJ kg -1 13,9 MJ Öl Rapskuchen ca. 0,63 kg Kuchen x 20,7 1 MJ kg -1 13,0 MJ Kuchen 1 Remmele (2009) Strimitzer, Engelmann 13 K Sz 014 Folie 8

9 Emissionsfaktoren Emissionsfaktor RED (BioGrace) LCA (Ecoinvent) Einheit Saatgut 0,7 1,7 kg CO 2 eq/kg Pflanzenschutzmittel 11,0 1,9 bis 17,5 kg CO 2 eq/kg Diesel 3,8 3,7 kg CO 2 eq/kg N-Dünger 5,9 2,8 bis 8,7 kg CO 2 eq/kg P 2 O 5 -Dünger 1,0 1,3 bis 2,6 kg CO 2 eq/kg K 2 O-Dünger 0,6 0,5 bis 1,4 kg CO 2 eq/kg CaO-Dünger 0,1 - kg CO 2 eq/kg Wirtschaftsdünger 0 0 kg CO 2 eq/kg N 2 O-Feldemissionen kg CO 2 eq/kg Engelmann, Strimitzer 14 K Eg 015 Folie 9

10 Gliederung Einleitung Ausgangssituation und Zielstellung Material & Methoden Untersuchungsregionen und -betriebe THG-Bilanzierungsmethoden Ergebnisse Rapsanbau Dezentrale Verarbeitung Bewertung von Koppelprodukten Zusammenfassung Holzforschung München Technische Universität München ExpRessBio Lehrstuhl für Ökologischen Landbau und Pflanzenbausysteme Technische Universität München Engelmann, Strimitzer 14 K Eg 016 Folie 10

11 Eingangsdaten im Rapsanbau (Ernte 2013) im Vergleich zu RED-Standardwerten Bayerische Betriebe (n = 16) MIN MAX RED BioGrace Einheit Ertrag (9% Feuchte) kg ha -1 a -1 Saatgut 2,4 2,1 2,9 6,0 kg ha -1 a -1 Pflanzenschutzmittel 2,1 1,5 2,7 1,2 kg ha -1 a -1 Diesel MJ ha -1 a -1 N-Dünger kg N ha -1 a -1 P 2 O 5 -Dünger kg P 2 O 5 ha -1 a -1 K 2 O-Dünger kg K 2 O ha -1 a -1 CaO-Dünger kg CaO ha -1 a -1 Wirtschaftsdünger kg N ha -1 a -1 N 2 O-Feldemissionen 6,81 1 5,4 9,1 3,1 2 kg N 2 O ha -1 a -1 1 nach IPCC (2006) berechnet 2 DNDC-Modell Engelmann 14 K Eg 017 Folie 11

12 THG-Emissionen im Rapsanbau Regionale Betrachtung 70 g CO 2 eq MJ -1 THG-Emis ssionen Saatgut-, Pflanzenschutzmittelproduktion & techn. Trocknung N 2 O-Feldemissionen Mineraldüngerproduktion Dieselbereitstellung Dieselbereitstellung, Maschinen- und Geräteproduktion RED RED RED LCA LCA LCA Region A Region B Region C Engelmann, Strimitzer 14 K Eg 018 Folie 12

13 THG-Emissionen im Rapsanbau (LCA) Regionale und einzelbetriebliche Betrachtung 55 g CO 2 eq MJ -1 Region A Region B Region C THG-Em missionen R 2 = 0, ,0 3,0 3,5 4,0 t ha -1 5,0 Ertrag (9% Feuchte) Engelmann 14 K Eg 019 Folie 13

14 THG-Emissionen im Rapsanbau (LCA) Düngermanagement 55 g CO 2 eq MJ nur Mineraldünger Mineral- und Wirtschaftsdünger THG-Emis missionen (ohne N 2 O-Em missionen aus Wirtschaf ftsdünger) Engelmann 14 K Eg Folie kg N ha N-Gesamtdüngung N-Mineraldüngung

15 THG-Emissionen bei dezentraler Verarbeitung 2,0 Transport Pressung und Filterung Saat- und Produktförderung LCA g CO 2 eq MJ -1 LCA LCA THG-Emis ssionen 1,0 0,5 RED RED RED Strimitzer, Engelmann 14 K Sz 021 0,0 Folie 15 Ölmühle X Ölmühle Y Ölmühle Z

16 Vorteile der dezentralen Verarbeitung THG-Einsparung Verarbeitung Transport Anbau THG-Emissionen 0 8,4 16,8 25,1 33,5 42,0 50,3 58,7 67,0 g CO 2 eq MJ -1 83,8 Min. THG-Einsparung derzeit Dezentral erzeugter Rapsölkraftstoff 63 % Industriell erzeugter Rapsölkraftstoff 57 % Fossiler Diesel 0 % % 100 Quelle: TFZ nach Renewable Energy Directive 2009/28/EC Relative THG-Emissionen Engelmann 13 K Sz 022 Folie 16

17 Bewertung von Koppelprodukten Rapsölkraftstoff, dezentral (LCA) THG-Emission Rapsöl Substitution Sojaschrot inkl. Transport Substitution Mineraldünger 1 Alloziierte Emissionen Presskuchen Fossiler Diesel (Referenz) THG-Einsparung: 80% (Substitutionsverfahren II) 71% (Substitutionsverfahren I) THG-Einsparungen vgl. mit fossilem Diesel (EU-RED): derzeit min. 35% 2017: min. 50% 2018: min. 60% 57% (Allokationsverfahren) Diesel (RED) % 100 THG-Emissionen (%) 1 Kage et al Strimitzer, Engelmann 14 K Sz 023 Folie 17

18 Zusammenfassung THG-Bilanzierung im Rahmen der Ökobilanzierung (LCA) natürliche Ertragspotenziale der Anbauregionen beeinflussen regionalspezifische THG-Bilanzen Düngermanagement (Düngerart und menge) entscheidend für einzelbetriebliche THG-Bilanz RED-konforme THG-Bilanzierung weist THG-Einsparung von über 60% auf Verfahren zur Bewertung von Koppelprodukten hat starken Einfluss auf das Ergebnis der THG-Bilanz Strimitzer, Engelmann 14 K Sz 024 Folie 18

19 Referenzen Remmele, E. (2009): Handbuch Herstellung von Rapsölkraftstoff in dezentralen Ölgewinnungsanlagen. 2., neu bearb. u. erweiterte Auflage. Gülzow: Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe e.v., 88 Seiten. Kage, H.; Pahlmann, I. (2013): Potenziale zur Minderung der Treibhausgasemissionen im Rapsanbau. Vortrag beim 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin, 32 Seiten. Roßberg, D.; Michel, V.; Graf, R.; Neukampf, R. (2007): Definition von Boden-Klima-Räumen für die Bundesrepublik Deutschland. Nachrichtenblatt des Deutschen Pflanzenschutzdienst 59 (7), , Eugen Ulmer KG, Stuttgart 2007, ISSN IPCC (2006): Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. and Tanabe K. (eds). Published: IGES, Japan. Engelmann, Strimitzer 14 K Sz 019 Folie 19

20 THG-Bilanzierungsmethoden Ökobilanzierung (LCA) nach DIN EN ISO / LCA-Software GaBi 6.2, Datenbanken (Ecoinvent 2.2, GaBi Professional) Allokations- und Substitutionsverfahren Funktionelle Einheit: 1 MJ unterer Heizwert (Rapsölkraftstoff, 1 kg = 37,5 MJ 1 ). Renewable Energy Directive 2009/28/EC (RED) mit BioGrace THG-Rechner für Biokraftstoffe, Version 4b Allokationsverfahren Funktionelle Einheit: 1 MJ unterer Heizwert ( reines Rapsöl, 1 kg = 36,0 MJ) 1 Remmele, 2009 Engelmann, Strimitzer 14 K Eg 012 Folie 20

21 N-Mineraldüngerformen in den bayerischen Untersuchungsbetrieben (Ernte 2013) N-Düngerform Anteil (%) Emissionsfaktor MD-Produktion (kg CO 2 eq kg -1 N) RED LCA Diammonphosphat (DAP) 1 2,80 Harnstoff 1 3,30 Ammoniumsulfatsalpeter (ASS) 59 5,03 5,9 Ammoniumnitrat-Harnstoff-Lösung (AHL) 5 5,84 Kalkammonsalpeter (KAS) 16 8,65 Volldünger (NPK) 18 8,68 Engelmann 14 K Eg 014 Folie 21

22 THG-Emissionen im Rapsanbau THG-Bilanzierungsmethode 50 g CO 2 eq MJ -1 LCA RED LCA THG-Em missionen R 2 = 0,3 R 2 = 0,4 Engelmann 14 K Eg Folie ,0 3,0 3,5 4,0 t ha -1 5,0 Ertrag (9% Feuchte)