Kaskadennutzung von nachwachsenden Rohstoffen: eine ökologische Bewertung
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- Lukas Solberg
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1 ifeu Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg Kaskadennutzung von nachwachsenden Rohstoffen: eine ökologische Bewertung Sven Gärtner, Heiko Keller IFEU Institut Heidelberg Kolloquium Sustainable BioEconomy, 28. November 2012, Karlsruhe
2 Wer wir sind Was wir machen IFEU - Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg, seit 1978 Unabhängiges ökologisches Forschungsinstitut Gemeinnützige GmbH mit Mitarbeitern Forschung / Beratung zu Umweltaspekten von - Energie (incl. Erneuerbare Energien) - Verkehr - Abfallwirtschaft - Nachwachsende Rohstoffe Methoden - Ökobilanzen - Umweltverträglichkeitsprüfung - Umweltbildung
3 Wer wir sind Was wir machen Biomasse am IFEU Forschung / Beratung zu Umweltaspekten von - Bioenergie für Strom, Wärme und Verkehr - Bioraffinerien - Biobasierte Materialien - Nahrungsmittel - Konventionelle und ökologische Landwirtschaft Nachhaltigkeitsaspekte / Bewertungsansätze Potenziale Technologien CO 2 -Vermeidungskosten
4 Gliederung Einleitung: Kaskaden Beispiel Kaskadennutzung von Holz 1. Methodik: Ökobilanz 2. Einfache Kaskaden 3. Mehrstufige Kaskaden 4. Zeitliche Aspekte Schlussfolgerungen und Ausblick
5 Einleitung: Kaskaden Mehrere Nutzungsschritte Abnehmende Wertigkeit (downcycling) Rohstoff Produkt Energetische Nutzung Rohstoff Produkt (+) Produkt (-) Energetische Nutzung Steigerung der Ressourceneffizienz Energieeffizienz? Umweltlasten?
6 Einleitung: Kaskaden Kaskadennutzung von nachwachsenden Rohstoffen Verpackungschips aus Stärke Frittieröl Biokunststoff: Polymilchsäure (PLA)
7 Gliederung Einleitung: Kaskaden Beispiel Kaskadennutzung von Holz 1. Methodik: Ökobilanz 2. Einfache Kaskaden 3. Mehrstufige Kaskaden 4. Zeitliche Aspekte Schlussfolgerungen und Ausblick
8 Ökobilanz angelehnt an Ökobilanz-Normen DIN EN ISO 14040/14044 Untersuchung Vergleich ganzer ganzer Lebenswege Produktion Produktion HKW Wärmemix Stahlblech Entsorgung* Strom Wärme Industrieholz Spanplatte Strommix * incl. Recycling Produkt Prozess Referenzsystem
9 Ökobilanz: Sachbilanz z.b.: Erdgas Rohöl Inputs Kohle Uran Holz Wasser Produktion HKW Strom Wärme Industrieholz Spanplatte Strommix Wärmemix Produktion Stahlblech Entsorgung z.b.: CO 2 SO 2 CH 4 NO x NH 3 N 2 O HCl CO C 6 H 6 Outputs VOC
10 Ökobilanz: Wirkungsabschätzung Wirkungskategorie Parameter Substanzen (Sachbilanz) Energieaufwand Summe erschöpflicher Primärenergieträger Summe biogener Primärenergieträger Rohöl, Erdgas, Kohle, Uranerz, Nutzholz Treibhauseffekt CO 2 -Äquivalente Kohlendioxid, Distickstoffoxid, Methan, vollund teilhalogenierte Fluor-Chlor- Kohlenwasserstoffe, Methylbromid, Versauerung SO 2 -Äquivalente Schwefeldioxid, Salzsäure, Stickstoffoxid, Ammoniak, Flusssäure, Nährstoffeintrag PO 4 -Äquivalente Stickoxide, Ammoniak, Phosphat, Nitrat Humantoxizität PM 10 -Äquivalente (für Feinstaub) Schwefeldioxid, Stickoxide, Staub, Diesel- Partikel, Kohlenwasserstoffe, Fotosmog Ethen-Äquivalente Kohlenwasserstoffe, Stickoxide, Kohlenstoffmonoxid, chlorierte Kohlenwasserstoffe, Ozonabbau R-11-Äquivalente CFCs, Halone, Methylbromid,
11 Gliederung Einleitung: Kaskaden Beispiel Kaskadennutzung von Holz 1. Methodik: Ökobilanz 2. Einfache Kaskaden 3. Mehrstufige Kaskaden 4. Zeitliche Aspekte Schlussfolgerungen und Ausblick
12 Einfache Kaskade: Spanplatte Gutschriften Aufwendungen Treibhauseffekt Nährstoffeintrag Vorteil für Holzprodukt Nachteil Treibhauseffekt Nährstoffeintrag ETW pro t Holz (atro) Bereitstellung Vorbehandlung Herstellung Hilfsstoffe Herstellung Energie Transport Produkt Referenzprodukt Aufwendungen Entsorgung Gutschrift Strom Gutschrift Wärme Saldo IFEU 2012
13 Bauholz (gehobelt) im Leichtbau Leimholz Glas Brettschichtholz Stahlträger Spanplatte im Möbelbereich Spanplatte Bau Gipsfaserplatte MDF-Platte lackiert Duroplast Softboard als Gebäudedämmung Laminat-Boden PVC Europool-Palette PE-Palette Harnstoff-Formaldehyd-Harz aus Holz Biomasseverbrennung Mix Bauholz (gehobelt) im Leichtbau Leimholz Glas Brettschichtholz Stahlträger Spanplatte im Möbelbereich Spanplatte Bau Gipsfaserplatte MDF-Platte lackiert Duroplast Softboard als Gebäudedämmung Laminat-Boden PVC Europool-Palette PE-Palette Harnstoff-Formaldehyd-Harz aus Holz Biomasseverbrennung Mix Bauholz (gehobelt) im Leichtbau Leimholz Glas Brettschichtholz Stahlträger Spanplatte im Möbelbereich Spanplatte Bau Gipsfaserplatte MDF-Platte lackiert Duroplast Softboard als Gebäudedämmung Laminat-Boden PVC Europool-Palette PE-Palette Harnstoff-Formaldehyd-Harz aus Holz Biomasseverbrennung Mix Vorteile Energieaufwand Treibhauseffekt Feinstaub Nachteile Einfache Kaskaden Ergebnis: Einfache Kaskaden meist vorteilhaft gegenüber energetischer Nutzung Bandbreiten groß Nachteile, wenn Technologien nicht ausgereift sind oder weniger aufwendige Nicht-Holz-Produkte ersetzt werden stoffliche Nutzung Referenz ETW pro t Holz (atro) IFEU 2012
14 Gliederung Einleitung: Kaskaden Beispiel Kaskadennutzung von Holz 1. Methodik: Ökobilanz 2. Einfache Kaskaden 3. Mehrstufige Kaskaden 4. Zeitliche Aspekte Schlussfolgerungen und Ausblick
15 Mehrstufige Kaskaden - Szenario 1 Erweiterung der Kaskade durch Spanplatten Altholz HKW Strom Wärme Spanplatte Strommix Wärmemix Eisenerz Altholz Stahlblech Entsorgung* HKW Strom Wärme Strommix Wärmemix Erdgas Duroplast Entsorgung Energiemix Altholz * incl. Recycling HKW Strom Wärme Strommix Wärmemix
16 Mehrstufige Kaskaden - Szenario 1 Erweiterung der Kaskade durch Spanplatten Energieaufwand Spanplatte-Kaskade Stahlblech Duroplast Treibhauseffekt Spanplatte-Kaskade Stahlblech Duroplast Vorteil Nachteil für Nachteil System Humantoxizität (Feinstaub) Spanplatte-Kaskade Stahlblech Duroplast Erweiterte Kaskade: neben Ressourceneffizienz ETW pro t Rohholz (atro) auch andere Umweltvorteile
17 Mehrstufige Kaskaden - Szenario 2 Recycling von höherwertigem Altholz zu höherwertigem Nutzen Recycling Spanplatte Stammholz Bauholz Leimholz HKW
18 Mehrstufige Kaskaden - Szenario 2 Recycling von höherwertigem Altholz zu höherwertigem Nutzen Energieaufwand Bauholz Bauholz - Spanplatte Bauholz - Leimholz - Spanplatte Bauholz - Leimholz - Spanplatte (Rec. max) Treibhauseffekt Bauholz Bauholz - Spanplatte Bauholz - Leimholz - Spanplatte Bauholz - Leimholz - Spanplatte (Rec. max) Humantoxizität (Feinstaub) Bauholz Bauholz - Spanplatte Bauholz - Leimholz - Spanplatte Bauholz - Leimholz - Spanplatte (Rec. max) Vorteil Nachteil für Nachteil System Einsparungen steigen typischerweise ETW pro mit t Rohholz steigender (atro) Anzahl an Kaskadenschritten
19 Gliederung Einleitung: Kaskaden Beispiel Kaskadennutzung von Holz 1. Methodik: Ökobilanz 2. Einfache Kaskaden 3. Mehrstufige Kaskaden 4. Zeitliche Aspekte Schlussfolgerungen und Ausblick
20 Berücksichtigung zeitlicher Aspekte Holz Energetische Nutzung Erdgas CO 2 - Speicher Energetische Nutzung Holz Stoffliche Nutzung CO 2 - Speicher Energetische Nutzung Ö l, Kohle, Erdgas Energetische Nutzung Legende: Produkt Prozess IFEU 2012
21 Brettschichtholz Stahlträger Berücksichtigung zeitlicher Aspekte Spanplatte im Möbelbereich Spanplatte Bau Gipsfaserplatte MDF-Platte lackiert Duroplast Softboard als Gebäudedämmung Laminat-Boden PVC Europool-Palette PE-Palette Harnstoff-Formaldehyd-Harz aus Holz Biomasseverbrennung Mix Laminat-Boden PVC Einfluss auf Gesamtergebnis Energieaufwand Vorteile Nachteile Treibhauseffekt Bauholz (gehobelt) im Leichtbau Leimholz Glas Brettschichtholz Stahlträger Spanplatte im Möbelbereich Spanplatte Bau Gipsfaserplatte MDF-Platte lackiert Duroplast Softboard als Gebäudedämmung Laminat-Boden PVC Europool-Palette PE-Palette Harnstoff-Formaldehyd-Harz aus Holz Biomasseverbrennung Mix Feinstaub Treibhauseffekt Energieaufwand Bauholz (gehobelt) im Leichtbau Leimholz Glas -264 Brettschichtholz stoffliche Nutzung Stahlträger Referenz -286 Spanplatte im Möbelbereich ETW pro t Holz (atro) IFEU 2012 Spanplatte Bau Gipsfaserplatte Hängt MDF-Platte stark lackiert von Bewertungsmethode Duroplast und Entwicklung im Energiesektor Softboard als Gebäudedämmung ab Laminat-Boden PVC Deutlich Europool-Palette vorteilhafte PE-Palette Kaskadennutzungen bleiben vorteilhaft Harnstoff-Formaldehyd-Harz aus Holz Biomasseverbrennung Mix Feinstaub Treibhauseffekt
22 Gliederung Einleitung: Kaskaden Beispiel Kaskadennutzung von Holz 1. Methodik: Ökobilanz 2. Einfache Kaskaden 3. Mehrstufige Kaskaden 4. Zeitliche Aspekte Schlussfolgerungen und Ausblick Schlussfolgerungen und Ausblick
23 Schlussfolgerungen Holz Einfache Kaskadennutzung In den meisten Fällen vorteilhaft Ausschlaggebend ist die Art der stofflichen Nutzung Beispiel: Holz im tragenden Bereich im Bausektor Mehrstufige Kaskaden Spanplatten: geringer Vorteil, großes Volumen Altholztischlerei: großer Vorteil, sehr geringes Volumen Wiederbenutzung: beste und einfachste Lösung Nutzung so hochwertig wie möglich!
24 Schlussfolgerungen allgemein Aufwand für Wiederbenutzung vs. höherer Ressourceneinsatz Abschließende energetische Nutzung besser als Deponierung / Kompostierung Kaskade vs. direkte energetische Nutzung + fossiles Produkt Hängt von Verhältnis Aufwand für biogenes Produkt / Aufwand für fossiles Produkt ab Effizienz von konventionellen Prozessen oft noch höher (besonders bei neuen biogenen Materialien wie Biokunststoff) Pfadabhängigkeiten müssen überwunden werden (z.b. Sortierfraktionen im Recycling) Mehrstufige Kaskade vs. einfache Kaskade Derzeit kaum etabliert Hat derzeit gewisse Vorteile Große Potenziale
25 Zukunft der Kaskadennutzung nachwachsender Rohstoffe Umweltlasten durch zusätzliche stoffliche Nutzung sinken Effizienzannäherung zu konventionellen Prozessen (besonders bei neuen biogenen Produkten) Umweltfreundlicherer Energiemix (verringert Bedeutung von Recyclingaufwendungen vgl. mit höherem Rohstoffeinsatz) Bedeutung wächst Fossile Ressourcen werden knapper Kein großer Einfluss auf Erzeugung von grüner Energie Voraussetzung: energetische Nutzung am Kaskadenende Kaskade = gleich viel bis weniger Energie aus z.b. Holz Energetische Nutzung verschiebt sich zeitlich Wichtiger indirekter Beitrag zur Energieeinsparung Durch ersetzte Produkte der Stahl-, Zementindustrie etc. Nicht möglich ohne Produktionsrückgang in Stahl-, Zementindustrie etc.
26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Sven Gärtner Kontakt: / -64 Heiko Keller Kontakt: heiko.keller@ifeu.de / -777 ifeu Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg Wilckensstr Heidelberg Weitere Infos zum Thema Holzkaskade: Sven Gärtner Forschungsförderung Holzkaskade, FKZ 03KB016C
27 Bildquellen: Holzhaus: Jaksmata/wikimedia.org; Hocker: Spanplatte: D-Kuru/wikimedia.org; Mais: Ruth Rudolph/pixelio.de; HKW: Rudolpho Duba/pixelio.de; Kompost: Erika Hartmann/pixelio.de; Maischips: Christian Gahle, nova-institut GmbH/wikimedia.org; Sonnenblume: energie-pflanzen-info.de (FNR); Pommes: Rainer Sturm/pixelio.de; Autos: Th. Reinhardt/pixelio.de; Joghurtbecher: Hispalois/wikimedia.org; Blumentopf: w.r.wagner/pixelio.de Wir danken den Copyrightinhabern für die Erlaubnis, die Bilder verwenden zu dürfen.
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