PROLiGNIS Carbon Footprint 2010

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1 PROLiGNIS Carbon Footprint 2010 Prof. Dr. Dr. Bernd Wagner, Stefan Nertinger, 10. Juni 2010 Zusammenfassung

2 In Folge des Klimawandels werden Unternehmen und deren Treibhausgasausstoß zunehmend kritischer betrachtet: Jede unternehmerische Aktivität ist hinsichtlich ihrer Emissionsintensität zu prüfen. Das Management des CO ² Ausstoßes wird zum entscheidenden Wettbewerbs und Erfolgsfaktor. Nicht nur aufgrund der zunehmenden gesetzlichen Anforderungen und der gesteigerten öffentlichen Aufmerksamkeit sind Unternehmen gezwungen sich mit der Emissionsintensität der Prozesse und Produkte zu befassen es ist eine Anfordernis der Wettbewerbsfähigkeit und des Risikomanagements. Getreu dem Management Leitspruch You only can manage, what you can measure bedingt das Ziel der Treibhausgasminderung und des Managements eine Erfassung und Bilanzierung der Emissionen. Die entstehende Kennzahl wird als Carbon Footprint bezeichnet. Dieser kann sowohl auf Organisations /Unternehmensebene ( Corporate Carbon Footprint ) als auch auf Produktebene ( Product Carbon Footprint ) erhoben werden. Der Carbon Footprint bezeichnet eine Maßzahl, welche in CO ² Äquivalenten ausgedrückt, die Menge an Kyoto Gasen, welche durch unternehmerisches Handeln oder über die Lebensphasen eines Gutes hinweg entstehen, angibt 1. Neben CO ² gibt es noch weitere klimarelevante Treibhausgase diese werden entsprechend ihres Treibhausgaspotenzials in CO ² Äquivalente umgerechnet. It really doesn`t matter whether you believe in climate change or not. The reality is, there will be winners and losers in the carbon constraint economy, so what matters is whether manufacturers prepare their companies, and their industry, for the policy shifts that are coming that will surely alter the competitive landscap 2 e. 1 In Anlehnung an: Wiedmann/Minx (2008)) 2 Kenney (2008)

3 Zusammenfassung der Ergebnisse der Carbon Footprint Studien (Stakeholder Summary) Hintergrund der Erhebung des Carbon Footprints Unter Carbon Constraint Economy ist ein unternehmerisches Handlungsumfeld zu verstehen, das die Treibhausgasemissionen von Unternehmen zunehmend einschränkt. In diesem Umfeld zunehmender CO ² Sensitivität des Gesetzgebers und der Öffentlichkeit und damit auch medialer Aufmerksamkeit, etabliert sich der Carbon Footprint (CO ² Footprint, Treibhausgasinventar) als zentraler Indikator, um das Treibhausgaspotenzial (Global Warming Potential) unternehmerischer Aktivitäten transparent zu machen. Der Sektor der Energieerzeugung ist für mehr als 40 Prozent der globalen CO ² Emissionen verantwortlich. Somit hängt die Struktur des zukünftigen Energieerzeugungsmixes maßgeblich von de CO ² Intensivität der Energieerzeugung ab. Zur Beurteilung der ökologischen Nachhaltigkeit und somit auch der Umweltkonformität einer Energieerzeugungsform hat sich der Carbon Footprint derzeit als vorrangige Messgröße weltweit durchgesetzt. Der Carbon Footprint ist aber nicht und das darf trotz der politischen Bedeutung des CF nicht aus dem Auge verloren werden das einzige Kriterium zur Beurteilung der Nachhaltigkeit unternehmerischer Tätigkeit (vgl. Abbildung 1). Abbildung 1: Beurteilungspotenzial der ökologischen Nachhaltigkeit des Carbon Footprints (eigene Darstellung)

4 Corporate und Product Carbon Footprint Der Carbon Footprint bezeichnet den Ausstoß an Treibhausgasen, ausgedrückt in CO ² Äquivalenten, der durch die Aktivitäten von Unternehmen ( Corporate Carbon Footprint CCF) oder durch den Lebenszyklus von Produkten ( Product Carbon Footprint PCF) entsteht. Im Rahmen zweier wissenschaftlicher Studien wurden diese Kennzahlen im Auftrag der PROLiGNIS Energie Consulting durch das Wissenschaftszentrum Umwelt der Universität Augsburg berechnet und eruiert. Methodik Die methodische Grundlage der Berechnungen ist der derzeit wichtigste Standard des GHG Protocols. Dieser Standard ist international anerkannt und wissenschaftlich fundiert er bildet die Grundlage für die im Jahr 2011 zu erwartende ISO Norm. Die Systemgrenzen der Berechnung sind umfangreich: Alle emissionsrelevanten Prozesse der Wertschöpfungskette, begonnen mit dem Anfall der biogenen Reststoffe bis zur Abnahme der Wärme und des Stroms durch die Kunden, sind erfasst. Darüber hinaus wurden die Emissionen, welche durch den Bau und den zu erwartenden Rückbau des Kraftwerkes und des Fernwärmenetzes entstehen, ebenfalls berücksichtigt. Um diese komplexen Berechnungen zu vollziehen, wurde das GEMIS Tool, welches durch das renommierte Öko Institut und das BMU entwickelt wurde, verwendet. Dieses ermöglicht die integrierte Betrachtung aller Emissionen, welche entlang der gesamten Wertschöpfungskette entstehen. Basierend auf einer Prozess(ketten )analyse wurde mit Hilfe belastbarer Primär und Sekundärdaten das Berechnungsmodell entwickelt und der Carbon Footprint eines typischen PROLiGNIS Biomasse Heizkraftwerkes berechnet. Das Berechnungsmodell kann auf andere Unternehmen und Produkte übertragen werden. Ergebnisse Corporate Carbon Footprint (CCF) Charakteristisch für das GHG Protocol ist die Einteilung in sogenannte Scopes. Diese unterscheiden sich in der Möglichkeit der Kontroll und Einflussnahme auf die Emissionen. Im PROLiGNIS Fall umfasst Scope 1 die direkten Emissionen wie bspw. die Verbrennung im Kraftwerk. Scope 2 enthält den Fremdbezug von eingekaufter Energie und Scope 3 die Emissionen, die entlang der gesamten Wertschöpfungskette, bspw. bei der Brennstoffbereitstellung, entstehen sowie Abbildung 2: Einteilung der Prozesse in die Scopes des GHG Protocols (Quelle: GHG Protocol (2006)

5 Corporate Carbon Footprint in t CO ² Äquivalente (bezogen auf einen Standort pro Jahr) Aufteilung in Scopes entspr. GHG Protocol Scope 1 Scope 2 Scope 3 Gesamt die Lebenszyklusemissionen von Bau und Rückbau des Kraftwerkes und des Fernwärmenetzes. Abbildung 3 Life Cycle Approach des GHG Protocols PCF Standard (Quelle: GHG Protocol (2009) Product Carbon Footprint (PCF) Der PCF Standard des GHG Protocol erfordert die umfassende Analyse des gesamten Lebensweges der Produkte bezüglich ihrer Emissionswirkung (vgl. Abbildung 35). Diese Vorgabe wurde in den PCF Berechnungen der PROLiGNIS PCFs umgesetzt (vgl. Abbildung 36). Aufgrund der Kraftwärmekopplung entstehen bei der Erzeugung der PROLiGNIS Biomasseenergie sowohl elektrische als auch thermische Energie als Outputprodukte. Dies erfordert eine verursachungsgerechte Zuteilung der Emissionen auf diese beiden Produkte. Die Zurechnung kann mittels Allokations oder mittels Substitutionsverfahren erfolgen. Allokationsverfahren weisen den Outputströmen die Emissionen in einem

6 Verhältnis zu, das bspw. ihren ökonomischen oder energetischen Werten entspricht. Ebenso kann die Allokation entsprechend des Effizienzgrades gemäß der Ausnutzung des Brennstoffes vollzogen werden. Tabelle 1 listet die Ergebnisse nach verschiedenen Allokationsverfahren auf. Die überwiegend verwendete Methode ist die Allokation gemäß Energieäquivalenten. Substitutionsverfahren (Gutschriftenverfahren) nehmen an, dass die ausgekoppelte Wärme eine andere konventionelle Wärmeerzeugung, wie bspw. eine Öl Heizung, substituiert. Die durchschnittlichen Emissionen dieser eingesparten Quelle werden der KWK Technologie gutgeschrieben. Auf diese Weise sind auch negative Carbon Footprint Werte möglich diese zeigen das unmittelbare Treibhausgasminderungspotenzial (Tabelle 1). D.h., negative Carbon Footprint Werte, also CF Gutschriften, sind nur bei Kraft Wärme Kopplung und Berechnung nach Substitutionsverfahren möglich. Tabelle 1 Carbon Footprint nach verschiedenen Allokationsmethoden (kg CO ² Äquivalente/MW) [eigene Berechnung]

7 Die Berechnungen entsprechend Substitutionsund Allokationsverfahren zeigen, wie wichtig es ist, die Emissionswirkung der beiden Outputströme separat aufzuschlüsseln: Sie zeigen, dass die ökonomischen und ökologischen Vorteile der Biomassenergie, aber auch anderer, erst bei Kraftwärmekoppelung in vollem Umfang zur Geltung kommen und also in negative Werte, d.h. in CO ² Gutschriften, umschlagen können. Dennoch ist anhand des Modells der Nur Strom Allokation erkennbar, dass die Emissionswirkung der Biomasse Energie selbst bei reiner Stromerzeugung unter Betrachtung der Wärme als emissionsfreies Abfallprodukt im Vergleich zu konventionellen Energieformen gering ist. Abbildung 4 PCF Berechnung (eigene Darstellung) Qualifizierung und Einordnung der Ergebnisse Zum Zwecke der Einordnung der eigenen Ergebnisse werden diese mit den Ergebnissen anderer vergleichbarer Studien verglichen. Dabei zeigt sich, dass sich je nach verwendeter Methodik, auch für gleiche Energieträger, signifikante Unterschiede in den errechneten GHG Emissionen pro erzeugte Elektrizitätseinheit 3 ergeben können. Selbst anerkannte und als belastbare geltende Treibhausgasinventare kommen auf Basis unterschiedlicher Voraussetzungen (insbesondere Systemgrenzen, Umrechnungsfaktoren) zu unterschiedlichen Ergebnissen 4. 3 (Weisser, 2006) S (Marland, Hamal & Jonas, 2009)

8 Tabelle 2 Vergleich der PCF Werte verschiedener Energieoptionen nach Substitutionsverfahren (eigene Berechnungen mit GEMIS 4.5. Abbildung 5: Vergleich der Streubreite von PCF Werten in Studien zwischen 2000 und 2009 (Quellen: Weiser (2006), eigene Berechnungen mit GEMIS 4.5., Paul Scherer Institut (2008) Ausgewählt wurden Studien der Jahre 2000 bis 2009, welche Lebenszykluswerte unterschiedlicher Formen der Stromerzeugung berechnen, Die Mehrzahl der untersuchten Technologien verfügt nicht über Kraft Wärmekoppelung. Der berechnete Carbon Footprint der PROLiGNIS ist hinsichtlich der Systemgrenzen zu den weitreichendsten zu zählen. Die miteinander verglichenen und aufgelisteten Studien weisen in Abb. 5 erhebliche Diskrepanzen hinsichtlich ihrer Höchst und Niedrigstwerte der gesamten Emissionen auf: Die Gründe hierfür 5 sind, wie oben beschrieben, Unterschiede im gewählten methodischen Ansatz, in den Systemgrenzen, in den betrachteten Heizwerten oder sind auf geografische und topografische Unterschiede zurückzuführen, welche bspw. hinsichtlich der Brennstoffversorgung relevant sind. Die Werte der PROLiGNIS Berechnungen variieren je nach der gewählten Allokation. Bei Gegenüberstellung verschiedener Energieformen und ihrer bereitstellungsketten ist zu beachten, dass der CO ² Wert nicht der einzige Vergleichswert ist und eine mögliche 5 (Weisser,2006) S. 1544

9 Substitution nicht nur an Hand dieses Wertes zu beurteilen ist. Allein am Kriterium der Grundlastfähigkeit oder der Versorgungssicherheit wird deutlich, dass die meisten Energieformen nicht beliebig durch andere substituierbar sind 6. Das gesetzlich fixierte Ziel der Reduktion von THG Emissionen bis 2020 um 20% ist nur über den den kombinierten Ausbau verschiedener Erneuerbarer Energien zu erreichen. Alleine im Hinblick auf das CO ² Minderungspotential weisen die Berechnungsergebnisse der Biomasse Energie unter Voraussetzung nachhaltiger Erzeugung und Kraft wärme Kopplung jedoch eine erhebliche Bedeutung zu. Schlussfolgerungen Innerhalb der Bioenergien, also Energien welche durch biologische Brennstoffe wie Biogas oder biogene Reststoffe erzeugt werden, erzielt die höchste Klimaschutzeffizienz, die Verstromung von Holz im Heizkraftwerk mit Wärmenutzung. Dieses Ergebnis wird durch zahlreiche wissenschaftliche Quellen gestützt 7, 8. Zwischen den verschiedenen Biomassenutzungen bestehen erhebliche Unterschiede: je umfangreicher die Vorketten zur Gewinnung und Bereitstellung des eigentlichen Brennstoffes sind (dies gilt auch für Vergasung), desto höher sind die Emissionen. Die stationäre, also die Energieerzeugung in einem fest installierten Kraftwärmekopplungskraftwerk, Nutzung von Biomasse in KWK Kraftwerken zur Gewinnung von Strom und Wärme spart, im Vergleich aller Bioenergiepfade, am meisten Treibhausgase gegenüber dem konventionellen deutschen Strommix ein. Gegenüber der Verwendung zur Strom und Wärmebereitstellung ergeben sich aus der Nutzung von Biomasse als Kraftstoff erhebliche Nachteile hinsichtlich Klimaschutz und Treibhausgaswirkung 9 wie der Sachverständigen Rat für Umweltfragen im Gutachten Klimaschutz durch Biomasse betont. Die Carbon Footprint Berechnung der PROLiGNIS Biomasseheizkraftwerke belegt bisherige Aussagen der Literatur 10, dass die energetische Nutzung von biogenen Reststoffen wie Straßenbegleitgrün zur gekoppelten Strom /Wärmeerzeugung die effizienteste Emissionsminderungsstrategie im Vergleich mit anderen Energieträgern und technologien darstellt. Für die weitere Zukunft ist davon auszugehen, dass die ohnehin niedrigen Emissionen 11 durch Optimierung der Vorketten und der möglichen Weiterverwendung der Asche als Düngemittel weiter sinken werden. Aus der Sicht des Carbon Footprints sind die Auswirkungen der Ascheentstehung vergleichsweise gering und für weniger als 1 Prozent des Footprints verantwortlich. 6 (Gagnon, Belanger & Uchiyama, 2002) 7 (Ramesohl et al., 2005) S.48 8 (SRU 2007) S.52 9 (SRU 2007) S (Leible, Kälber & Kappler,2008) S (Bernades et al.,2002) S.83

10 Literatur Bernandes, M. ; Briem, S.; Blesl, M., Krewitt,W. ; Rath Nagel,S. (2004). Lebenszyklusanalysen ausgewählter zukünftiger Stromerzeugungstechniken, IER Universität Stuttgart, DLR Stuttgart, LEE Ruhr Universität Bochum, FfE, München. VDI Gesellschaft Energietechnik Förderkennzeichen: : Düsseldorf. Gagnon, L. ; Bélanger, C. ; Uchiyama, Y. (2002). Life cycle assessment of electricity generation options: The status of research in year Energy Policy,30 (14), S GEMIS 4.5. Bezug via GHG Protocol (2006). The Greenhouse Gas Protocol A Corporate Accounting and Reporting Standard Revised Edition. World Business Council for Sustainable Development / World Resources Institute. GHG Protocol (2009). Product Life Cycle Accounting and Reporting Standard. World Resources Institute & World Business Council for Sustainable Development. Leible, L.; Kälber, S.; Kappler, G. (2008). Relative Vorzüglichkeit der Bioenergie. Vortrag beim Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e. V. (KTBL): Ökologische und ökonomische Bewertung nachwachsender Energieträger : Aschaffenburg. Lübbert, D. (2007). CO ² Bilanzen verschiedener Energieträger im Vergleich: Zur Klimafreundlichkeit von fossilen Energien, Kernenergien und erneuerbaren Energien. Wissenschaftliche Dienste des Deutschen Bundestages Info Brief WD 8 056/2007: Berlin. Marland, G. ; Hamal, K. ; Jonas,M. (2009). How uncertain are estimates of CO ² Emissions. Journal of Industrial Ecology,.13 (1) S.4 7. Marheineke, T. (2002). Lebenszyklusanalyse fossiler, nuklearer und regenerativer Stromerzeugunstechniken. Stuttgart: Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung: Stuttgart. Ramesohl, S. ; Arnold, K. ; Kaltschmitt, M. ; Scholwin, F. ; Hofmann, F. ; Plättner, A. ; Kalies, M. ; Lulies, S. ; Schröder, G. (2005). Analyse und Bewertung der Nutzungsmöglichkeiten von Biomasse Band1: Endbericht. BGW DVGW: Wuppertal, Leipzig, Essen. Sachverständigenrat für Umweltfragen (2007). Klimaschutz durch Biomasse Sondergutachten. Erich Schmidt Verlag: Berlin. Weisser, D. (2006). A guide to lifecycle greenhouse gas (GHG) emissions from electric supply technologies. Energy,32 (9) S Wissel, S. ; Mayer Spohn, O. ; Fahl,U. ; Voß,A. (2007). CO ² Emissionen der nuklearen Stromerzeugung. Energiewirtschaftliche Tagesfragen. 57 (12) S.44 47

11 Abkürzungsverzeichnis und Glossar Carbon Constraint Economy Ein wirtschaftliches Handlungsfeld, welches durch Einschränkungen und Anforderungen hinsichtlich des Ausstoßes von Treibhausgasen von Organisationen und Personen begrenzt und definiert ist. Carbon Efficiency Maßzahl, welche die Effizienz des Ausstoßes von CO ² Emissionen im Vergleich zu einer betriebswirtschaftlichen Kennzahl misst. Sie bildet somit ab, wie wertorientiert CO ² Emissionen eingesetzt werden. Carbon Strategy Eine Unternehmensstrategie, welche die Anforderungen, Folgen und Implikationen in Folge des Klimawandels explizit berücksichtigt und hieraus Wettbewerbsvorteile generiert. CCF Corporate Carbon Footprint CDP Carbon Disclosure Project CF Carbon Footprint Der Treibhausgasausstoßes eines Unternehmens oder einer Organisation. Globale Initiative zur Offenlegung der Treibhausgasemissionen von Unternehmen. Im Jahr 2008 partizipierten mehr als 2000 weltweit tätige Unternehmen, davon etwa 77 % aus den Global 500. Der Carbon Footprint bezeichnet eine Maßzahl, welche in CO ² Äquivalenten ausgedrückt, die Menge an Kyoto Gasen, welche durch unternehmerisches Handeln oder über die Lebensphasen eines Gutes hinweg entstehen, angibt.

12 CO ² Äquivalente Um die verschiedenen Treibhausgase untereinander vergleichen zu können, wurde eine einheitliche Bemessungsgrundlage festgelegt. Das CO ² Äquivalent oder Treibhauspotenzial gibt an, wie viel eine bestimmte Menge eines Treibhausgases zum Treibhauseffekt beiträgt. Als Vergleichswert dient Kohlenstoffdioxid. CO ² Performance Maß des wertorientierten Einsatzes von CO ² Emissionen. (Siehe Abbildung) Abbildung 6 CO ² Performance (Quelle: Hahn, Fiege, Liessen (2008) S.78) 12 EEG Erneuerbare Energien Gesetz GEMIS Gesamt Emissions Modell Integrierter System Softwaretool entwickelt durch das Öko Institut GEMIS berechnet für alle Prozesse und Szenarien sog. Lebenszyklen, d.h. es berücksichtigt von der Primärenergie bzw. Rohstoffgewinnung bis zur Nutzenergie bzw. Stoffbereitstellung alle wesentlichen Schritte und bezieht auch den Hilfsenergie und Materialaufwand zur Herstellung von Energieanlagen und Transportsystemen mit ein. Die Datenbasis enthält für alle diese Prozesse. 13 ( 12 Hahn, T. ; Figge, F. ; Liesen,A. CO² Performance deutscher Unternehmen eine wertorientierte Analyse. In: Umweltwirtschaftsforum 2008:16 S Quelle: gemis.de

13 GHGP Greenhouse Gas Protocol IEA International Energy Agency PCF Product Carbon Footprint LCA Life Cycle Analysis / Life Cycle Assessment Treibhausgaspotenzial / GWP Global Warming Potential Der verbreiteste Standard zur Berechnung von Carbon Footprints. Seit 2009 umfasst er nicht nur das Corporate Carbon Footprinting, sondern auch das Product Carbon Footprinting. Der Treibhausgasausstoß, welcher über die Lebensphasen eines Produktes hinweg, entsteht.

14 Impressum: Autoren: Prof. Dr. Dr. Bernd Wagner Stefan Nertinger (Juni 2010) Wissenschaftszentrum Umwelt Environmental Science Center Universität Augsburg Universitätsstraße 1a Augsburg augsburg.de URL: augsburg.de