Methodische Herausforderungen für die Ökobilanzierung bio- basierter Produkte für die stoffliche Nutzung

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1 Diskussionspapier Methodische Herausforderungen für die Ökobilanzierung bio- basierter Produkte für die stoffliche Nutzung Projekt: Erstellung von Handlungsempfehlungen für die Durchführung und Umsetzung von Ökobilanzen für die stoffliche Nutzung von Biomasse (FKZ ) Autoren: Christin Liptow 1, Roland Essel 1, Michael Carus 1, Aleksandar Lozanovski 2, Stefan Albrecht 2, Michael Held 2, Jan Paul Linder 2 1 nova- Institut GmbH, Chemiepark Knapsack, Industriestrasse 300, Hürth 2 Fraunhofer- Institut für Bauphysik IBP, Abteilung Ganzheitliche Bilanzierung (GaBi), Wankelstrasse 5, Stuttgart Hürth, im September 2015

2 1 Ziele Ziel des Projekts ÖkoStoff 1 : Ökobilanzen werden seit langem sowohl in der Politik als auch in der Wirtschaft genutzt, um: die Umweltwirkungen von Produkten zu analysieren und miteinander zu vergleichen, und um: Reduktionsziele festzulegen sowie deren Einhaltung zu kontrollieren bzw. zu do- kumentieren. Doch trotz dieser breiten Anwendungsbasis gibt es für die Ökobilanzierung methodische Herausforderungen, die ihre sachgerechte Anwendung erschweren und damit die Transparenz und Vergleichbarkeit von Ökobilanzen und darauf basierenden Entschei- dungen einschränken. Dies trifft ganz besonders auf die Ökobilanzierung zur stofflichen Nut- zung von Biomasse und den damit verbundenen methodischen Herausforderungen zu, wie z.b. der Berücksichtigung von Speicher- oder Kaskadeneffekten. Ziel des Projekts ist es, Empfehlungen zur Durchführung von Ökobilanzen zur stofflichen Biomassenutzung zu entwickeln und damit zur Transparenz, Vergleichbarkeit und Akzeptanz von Ökobilanzen beizutragen, indem: (1) methodische Herausforderungen zusammen mit Vertretern der Biomasse verarbei- tenden Industrie und Herstellern bio- basierter Produkte identifiziert werden, (2) praktische Lösungsansätze mit Ökobilanz- und Politikexperten erarbeitet werden, und (3) die Lösungsansätze in leicht verständlichen und in der Praxis einfach anzuwenden- den Handlungsempfehlungen zusammengefasst und veröffentlicht werden. Ziel des vorliegenden Diskussionspapiers: Das vorliegende Diskussionspapier ist eine vorläufige Zusammenstellung von methodischen Herausforderungen für die Ökobilanzierung der stofflichen Biomassenutzung. Es dient als Informationsbasis, die wir zusammen mit Ihnen in einem ersten Projektworkshop am 30. November 2015 im Maternushaus Köln ausbauen, erweitern und diskutieren möchten. Ziel dieses Papiers ist es, Sie auf die Thematik einzustimmen, Ihre eigenen Erfahrungen und Ideen zu Ökobilanzen in den Prozess schon jetzt einzubringen und damit unmittelbar einen essentiellen Beitrag zur Identifizierung der methodischen Herausforderungen für die Ökobi- lanzierung der stofflichen Biomassenutzung zu leisten. 1 Weitere Informationen zum Hintergrund und Ablauf des Projekts finden Sie unter folgendem Link: based.eu/oekostoff/ 1

3 2 Methodische Herausforderungen Die Ökobilanzierung der stofflichen Nutzung von Biomasse ist mit einer Reihe von methodi- schen Herausforderungen verbunden. Die nachfolgenden Punkte geben einen ersten Über- blick zu diesen Herausforderungen, den wir gemeinsam mit Ihnen vertiefen und erweitern möchten. 2.1 Getrennte Inventarisierung von grünem (erneuerbarem) und schwarzem (fossilem) Kohlenstoff: Was bei der energetischen Nutzung kaum Anwendung findet, sollte bei der Ökobilanzierung von bio- basierten Produkten stets berücksichtigt werden, um z.b. po- tentielle CO 2 - Speichereffekte (s.u.) anzeigen zu können oder auch um evtl. Kaskadenef- fekte (s.u.) besser zu verstehen. Dennoch wird biogenes CO 2 häufig nicht in der Sachbi- lanz (Inventory Analysis) erfasst, obwohl es bereits im ILCD Handbuch 2 empfohlen wird. 2.2 Kaskadennutzung: Wie kann Kaskadennutzung adäquat berücksichtigt werden? Nur bei der stofflichen Nutzung von Biomasse kann es zu einer Kaskadennutzung des bio- basierten Produktes kommen, verbunden mit einer Mehrfachsubstitution. Diese kann eine essentielle Rolle für die Ergebnisse einer Ökobilanz spielen und ihre Berücksichti- gung ist daher von zentraler Bedeutung wie im unteren Beispiel (Tabelle 1) zu sehen ist. Tabelle 1: Einsparung von Treibhausgasen durch die Kaskadennutzung am Beispiel eines Holzprodukts 2 European Commission JRC. ILCD Handbook - General guide for Life Cycle Assessment - Detailed Guidance

4 Legende: Alle Zahlen stellen CO 2 - Ströme dar. Grüne Zahlen stellen grünen Kohlenstoff dar, der während des Wachstums von den Pflanzen aufgenommen wird, und in ihrer Bio- masse und später im bio- basierten Produkt gespeichert wird. Die Freisetzung dieses Kohlenstoffs am Ende des Produktlebenszyklus hat keine negativen Nebeneffekte. So wird vereinfachend angenommen, dass z.b. kein Methan (CH 4 ) mit einer 24- fachen Klimawirkung anstel- le des aufgenommenen Kohlenstoffdioxids (CO 2 ) wieder zurück in die Atmosphäre gelangt. Schwarze Zahlen stehen für fossilen Kohlenstoff, der in Produkten aus nicht erneuerbaren Rohstoffen (z.b. aus Kohle, Erdgas, Mineralöl) gebunden ist und durch bio- basierte Produkte (grüner Kohlenstoff) substituiert wird. Rote Zahlen sind die kumulativen CO 2 Emissionen über den betrach- teten Lebenszyklus. Sie sind die Summe aus grünen und schwarzen Zahlen. Annahmen: In der Nutzungsphase von 2010 bis 2025 führt die Substituti- on von fossilen Materialien bzw. Energieträgern zu einer Re- duktion der CO 2 Emissionen um 40 %. Im Zeitraum von 2025 bis 2050 beträgt die Substitutionswir- kung durch den Aufwand für die Kaskadennutzung (Samm- lung, Sortierung, Aufbereitung, etc.) nur noch 20 % der CO 2 Emissionen. Als end- of- life - Szenario wird die Verbrennung zur Energie- nutzung berücksichtigt. Durch den geringeren Einsatz von fos- silen Energieträgern werden für das Jahr 2050 CO 2 - Einsparungen von dann nur noch 20 % berücksichtigt. 2.3 Speicherung von CO 2 : Wie geht man mit der temporären Speicherung von CO 2 bei der stofflichen Nutzung um? Da standardisierte Ökobilanzen keine Zeitdimension auf- weisen, können sie den temporären Speichereffekt der stofflichen Nutzung nicht be- rücksichtigen, obwohl gerade dieser Effekt für die kritische Phase der Erderwärmung in den nächsten 20 Jahren de facto eine Entlastung der Atmosphäre bedeutet. Aus diesem Grund wird die Frage ob und wie die temporäre Speicherwirkung in der Ökobilanzierung 3

5 berücksichtigt werden kann, seit Jahren heftig und kontrovers diskutiert, mit der folgen- den Vorgehensempfehlung im ILCD Handbuch 3, siehe Kasten. Im Workshop werden weitere Methoden zur Berücksichtigung von Speichereffekte vor- gestellt und diskutiert. Berechnung des CO 2 Speichereffekts gemäß ILCD am Beispiel von Holzplanken: Für Holzplanken mit einer Lebensdauer von 80 Jahren und einem Kohlenstoffgehalt von 4 Tonnen (t) Kohlenstoff (C) wird die Wir- kung (impact) der temporären CO 2 Speicherung wie folgt berech- net: Sachbilanz (Inventory Analysis): Inputs: kg C * 44/12 (Faktor zur Umrechnung von C zu CO 2 ) = kg CO 2 als Rohstoff aus der Luft Outputs: kg C * 44/12 = kg CO 2 (biogen) als Emission in die Luft kg C * 44/12 * 80 (Lebensdauer) = kg*a Korrek- turstrom um den Speicherungseffekt (verzögerter Freisetzung des CO 2 ) zu berücksichtigen Netto CO 2 - Ströme: Inputs Outputs + Korrekturstrom kg CO kg CO kg*a = kg*a Wirkungsabschätzung (Impact Assessment): kg*a * (- 0,01) kg CO 2 eq/kg*a (ILCD Wirkungsfaktor für gespeichertes CO 2 ) = kg CO 2 eq 2.4 Bilanzgrenze: Wäre es bei den unzähligen Linien im stofflichen Bereich gerechtfer- tigt, die Bilanzgrenze früher zu ziehen (z.b. factory gate siehe Abbildung 1), um dann 3 European Commission JRC. ILCD Handbook - General guide for Life Cycle Assessment - Detailed Guidance

6 besser zu allgemeinen Aussagen zu kommen? Bei vielen stofflichen Nutzungen z.b. Kunststoffen gäbe es die Option, die Bilanzgrenze nicht mit dem Endprodukt, sondern mit einem Zwischenprodukt wie dem Kunststoffgranulat zu ziehen die vollständigen Ökobilanzen der späteren Produkte könnten dann darauf aufbauen. Das Biokunststoff- granulat könnte dann direkt mit der fossilen Alternative verglichen werden und die Er- gebnisse für klare ökologische Bewertungen für und von Politik und Gesellschaft genutzt werden. Abbildung 1 Bilanzgrenze cradle- to- factory gate 2.5 Gestaltung von THG- Reduktionszielen (ggf. auch Quoten): Wie und in welchen Ein- heiten sollen Reduktionsziele formuliert werden? Können Ziele vergleichbar zu Bio- kraftstoffen erstellt und formuliert werden? Während es z.b. für Biokraftstoffe klare und auf Ökobilanzen basierende Reduktionsziele gibt, bestehen bislang keine entsprechen- den Vorgaben für die stoffliche Nutzung von Biomasse. Herausforderungen, die mit der Entwicklung solcher Ziele verbunden sind, umfassen z.b. die im Vergleich zu Biokraftstof- fen längeren und komplexeren Prozessketten, Kaskadennutzung und temporäre Spei- cherung. 2.6 Stoffliche Nutzung von CO 2 aus biogenen und fossilen Quellen zur Produktion von Biomasse (Carbon Capture and Utilization, CCU): Welche methodischen Besonderhei- ten sind zu beachten, wenn biogenes CO 2 aus Abgasströmen (z.b. von der Stahlindustrie) stofflich genutzt wird, insbesondere mit Bezug auf die Allokation? Zurzeit wird CO 2 aus Abgasströmen (CCU) als Abfall betrachtet. Wenn die stoffliche Nutzung zunimmt, könnte CO 2 jedoch als Produkt betrachtet werden. Damit wäre eine Allokation der Umweltlas- ten der Vorketten erforderlich. Konkret geht es z.b. um Algen oder Bakterien, die sowohl CO 2 aus biogenen wie fossilen Quellen nutzen können. Welche Auswirkungen hat die CO 2 - Quelle auf die Ergebnisse von Ökobilanzen? Vom Anreizsystem der Renewable Energy Directive (RED) 4 her wird 4 European Commission. COMMISSION STAFF WORKING DOCUMENT EXECUTIVE SUMMARY OF THE IMPACT ASSESSMENT ON INDIRECT LAND- USE CHANGE RELATED TO BIOFUELS AND BIOLIQUIDS Accompanying the document Proposal for a Directive of the European Parliament and of the Council amending Directive 98/70/EC relating to the quality of petrol and diesel fuels and amending Directive 2009/28/EC on the promotion of the use of energy from renewable sources. Zugriff 03. August

7 erstmals seit dem Jahr 2015 grünes und schwarzes CO 2, das zur Produktion von Kraft- stoffen eingesetzt wird, gleich behandelt. lex.europa.eu/legal- content/en/not/?uri=celex:52012sc0344 6