BALANCE. Ökologische Betrachtungen einer regenerativen Energieerzeugung. Dr. J. Moerschner

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1 BALANCE Ökologische Betrachtungen einer regenerativen Energieerzeugung Dr. J. Moerschner Institut für Energiewirtschaft und rationelle Energieanwendung Vortrag im Rahmen der Ringvorlesung Dipl.-Ing. IKARUS am Dimensionen der Nachhaltigkeit Ökologische Aspekte Ökonomische Aspekte Räumliche Aspekte (Schlag, Betrieb, Region, Land ) Soziale Aspekte Zeitliche Aspekte (kurzfristig, langfristig) 2

2 Definition der Brundtland-Kommission (1987) Sustainable development is development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs. 3 Verschiedene Umweltbewertungsinstrumente und deren Aussagebereich 5 Geier (2000), nach Kaltschmitt, Reinhardt (1997)

3 Elemente einer Ökobilanz Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens Sachbilanz Auswertung Wirkungsabschätzung 6 Vergleich unterschiedlicher Systeme Variante 1 (z. B. nachwachsende Energieträger) Variante 2 (z. B. fossile Energieträger) Anbau der Rohstoffe Exploration, Förderung und Aufbereitung der Rohstoffe Bereitstellung Bereitstellung Energetische Nutzung Energetische Nutzung Vergleich 7

4 Prozesskettenanalyse (Lebenswegbetrachtung) Endenergieträgerbereitstellung Infrastruktur Düngemittel Anbau bis Ernte Pflanzenschutzmittel Bereitstellung Nutzung und Entsorgung Saat- und Pflanzgut 8 Beispiel: Festlegung der untersuchten Lebenswege Bioenergieträger Biobrennstoff Anlagenkonzept und Feuerungstechnik Anlagenkonzept und Feuerungstechnik fossiler Brennstoff Winterweizenganzpflanze Chinaschilf Quaderballen Winterweizenstroh Heizwerk Heizwerk Heizöl EL Zigarrenbrenner Gebläsebrenner Pappel aus Kurzumtriebsplantagen Fichten-Waldrestholz Hackschnitzel Vorschubrostfeuerung 9

5 Mögliche Referenzsysteme Unberührtes Naturland Lebensweg nachwachsende Energieträger Lebensweg erschöpfliche Energieträger Sukzession Nahrungs- & Futteranbau Referenzsystem Anbau der Rohstoffe Brachen Vergleich 10 Beispiel: Wärme aus mit Getreideganzpflanzen befeuertem Heizwerk Bereitstellung konventioneller Energieträger / Infrastruktur Pflanzenmittel schutz- Dünger Saatgut Nutzung Bereitstellung Produktion vorgel. Ketten 11

6 Standardliste der Umweltwirkungskategorien, die bei Ökobilanzen Berücksichtigung finden (nach DIN-NAGUS) 12 Reinhardt, Zemanek (1998) Beispiele für die Klassifizierung von Sachbilanzdaten: - Zuordnung von Sachbilanzdaten zu Wirkungskategorien - 13 Geier (2000)

7 Gewichtungsfaktoren für einzelne Wirkungskategorien im Eco-Indikator Geier (2000), nach Goedkoop (1995) Allokationsanteile für ausgewählte Kuppelprodukte der RME-Produktion bezüglich verschiedener Allokationsgrößen 15 IFEU (1999)

8 Auswertungsmöglichkeiten innerhalb von Balance (1) - grafische Übersicht über einen Gesamtprozess - 16 Auswertungsmöglichkeiten innerhalb von Balance (2) - grafische Darstellung der Impactverteilung - 17

9 Auswertungsmöglichkeiten innerhalb von Balance (3) - tabellarische Darstellung der Impactverteilung - 18 Hybrid-Bilanz für ein Gütertransportverfahren 0 (kg CO 2 -Äquiv.) Process-Chain-Analysis (PCA) Input-Output-Analysis (IOA) [% - PCA] 100 direct emissions of truck operation Fuel Supply Truck constr. Truck maint. Raod c. & m. IOA-Shares: CO 2 -eq. CO 2 CH 4 N 2 O 9 % 8 % 21 % 40 % 19

10 Ökologischer Vergleich regenerativer Energieerzeugung Regenerative Energien im Vergleich zu mit fossilen Energieträgern befeuerten Lösungen Wärme Treibstoffe Strom Betrachtete Umweltgrößen: Nicht erneuerbarer Primärenergieeinsatz Treibhausgasemissionen Emissionen mit versauernder Wirkung Emissionen mit Human- und ökotoxikologischer Wirkung Stickoxid (NO X ) Schwefeldioxid (SO 2 ) 20 Wärmebereitstellung aus regenerativen Energien A - Primärenergieaufwand [TJ Prim /TJ Nutz ] - Primärenergieaufwand (TJ Prim /TJ Nutz ) - (1) EFH-II BW Erdgas (2) EFH-II NT Heizö l (3) EFH-II SH (4) EF H-II WHG (5) NW-I WHG EFH-II (6) NW-II WHG EFH-II (7) NW-II WHG/HEL EFH-II (8) NW-II Stro h/hel EFH-II (9) EFH-II SOLAR/HP (10) EFH-II SOLAR/NW-I WHG (11) EF H-II S OLAR /Ga s (12) EFH-II SOLAR/HEL (13) UMW EFH-II EK (14) UMW EFH-II ES (15) GEO NW-II EFH-II 0,24 0,21 0,25 0,24 0,3 0,25 0,46 0,56 0,96 1,01 0,85 1,23 1,41 1,17 1,33 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 21

11 Wärmebereitstellung aus regenerativen Energien - Treibhausgasemissionen (t CO 2 -Äquivalent/TJ Nutz ) - (1) EFH-II BW Erdgas (2) EFH-II NT Heizöl (3) EFH-II SH (4) EFH-II WHG (5) NW-I WHG EFH-II (6) NW-II WHG EFH-II (7) NW-II WHG/HEL EFH-II (8) NW-II Stro h/hel EFH-II (9) EFH-II SOLAR/HP (10) EFH-II SOLAR/NW-I WHG (11) EFH-II SOLAR/Gas (12) EFH-II SOLAR/HEL (13) UMW EFH-II EK (14) UMW EFH-II ES (15) GEO NW-II EFH-II Wärmebereitstellung aus regenerativen Energien - Emissionen mit versauernder Wirkung (kg SO 2 -Äquivalent/TJ Nutz ) - (1) EFH-II BW Erdgas (2) EFH-II NT Heizö l (3) EF H-II S H (4) EFH-II WHG (5) NW-I WHG EFH-II (6) NW-II WHG EFH-II (7) NW-II WHG/HEL EFH-II (8) NW-II Stroh/HEL EFH-II (9) EFH-II SOLAR/HP (10) EFH-II SOLAR/NW-I WHG (11) EFH-II SOLAR/Gas (12) EFH-II SOLAR/HEL (13) UMW EFH-II EK (14) UMW EFH-II ES (15) GEO NW-II EFH-II

12 Wärmebereitstellung aus regenerativen Energien D - Stickstoffoxidemissionen - Stickstoffoxidemissionen [kg NO X /TJ (kg Nutz ] NO X /TJ Nutz ) - (1) EFH-II BW Erdgas (2) EFH-II NT Heizöl (3) EFH-II SH (4) EFH-II WHG (5) NW-I WHG EFH-II (6) NW-II WHG EFH-II (7) NW-II WHG/HEL EFH-II (8) NW-II Stro h/hel EFH-II (9) EFH-II SOLAR/HP (10) EFH-II SOLAR/NW-I WHG (11) EFH-II SOLAR/Gas (12) EFH-II SOLAR/HEL (13) UMW EFH-II EK (14) UMW EFH-II ES (15) GEO NW-II EFH-II Wärmebereitstellung aus regenerativen Energien - Schwefeldioxidemissionen (kg SO E - Schwefeldioxidemissionen [kg SO 2 /TJ Nutz ] 2 /TJ Nutz ) - (1) EFH-II BW Erdgas (2) EFH-II NT Heizö l (3) EFH-II SH (4) EFH-II WHG (5) NW-I WHG EFH-II (6) NW-II WHG EFH-II (7) NW-II WHG/HEL EFH-II (8) NW-II Stro h/hel EFH-II (9) EFH-II SOLAR/HP (10) EF H-II S OLAR /NW-I WHG (11) E F H -II S O LA R /Ga s (12) EFH-II SOLAR/HEL (13) UMW EFH-II EK (14) UMW EFH-II ES (15) GEO NW-II EFH-II

13 Treibstoffe aus regenerativen Energien - Primärenergieaufwand - Diesel Rapsöl RME Benzin Ethanol A - Primärenergieaufwand [TJ Prim /TJ Hu ] 1,19 0,22 0,42 1,23 0,48 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 Treibstoffbereitstellung Treibstoffbereitstellung und Nutzung Diesel RME Benzin Ethanol A - Primärenergieaufwand [kwh Prim /1000 Pkw-km] Diesel Rapsöl RME Benzin Ethanol Treibstoffe aus regenerativen Energien - Treibhausgasemissionen - B - Treibhausgasemissionen [t CO 2 -Äquiv./TJ Hu ] Treibstoffbereitstellung Treibstoffbereitstellung und Nutzung Diesel RME Benzin Ethanol B - Treibhausgasemissionen [kg CO 2 -Äquiv./1000 Pkw-km]

14 Diesel Rapsöl RME Benzin Ethanol Treibstoffe aus regenerativen Energien - Emissionen mit versauernder Wirkung - C - Emissionen mit versauernder Wirkung [kg SO 2 -Äquiv./TJ Hu ] Treibstoffbereitstellung Treibstoffbereitstellung und Nutzung Diesel C - Emissionen mit versauernder Wirkung [kg SO 2 -Äquiv./1000 Pkw-km] 1,55 RME 1,99 Benzin 1,48 Ethanol 1,93 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 28 Treibstoffe aus regenerativen Energien - Stickoxidemissionen - Diesel Rapsöl RME Benzin D - Stickoxide [kg NO X /TJ Hu ] Treibstoffbereitstellung Ethanol Treibstoffbereitstellung und Nutzung Diesel RME D - Stickoxidemissionen [kg NO X /1000 Pkw-km] 1,04 1,35 Benzin 0,82 Ethanol 1,04 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 29

15 (30) Wasser V (300 kw Modernisierung) (29) Wasser IV (30 kw Reaktivierung) (28) Wasser III (3.000 kw neu) (27) Wasser II (300 kw neu) (26) Wasser I (30 kw neu) (25) Wind III (20 X kw) (24) Wind II (3 X kw) (23) Wind I (3 X 600 kw) (22) PV VI (100 kwp mono) (21) PV V (100 kwp multi) (20) PV IV (100 kwp amorph) (19) PV III (5 kwp mono) (18) PV II (5 kwp multi) (17) PV I (5 kwp amorph) (13) Biogas (1.000 GVE) (12) Biogas (100 GVE Co-Ferment) (11) Biogas (100 GVE) (10) Biomasse-HKW - Waldholz (9) Biomasse-HKW - Pappelholz (8) Biomasse-HKW - Miscanthus (7) Biomasse-HKW - Triticale (6) Biomasse-KW - Waldholz (5) Biomasse-KW - Pappelholz (4) Biomasse-KW - Miscanthus (3) Biomasse-KW - Triticale (2) Fossil - Steinkohlekraftwerk (1) Fossil - Erdgaskraftwerk Treibstoffe aus regenerativen Energien - Schwefeldioxidemissionen - Diesel Rapsöl E - Schwefeldioxid [kg SO2/TJHu] Treibstoffbereitstellung RME 158 Benzin 60 Ethanol Treibstoffbereitstellung und Nutzung Diesel RME E - Schwefeldioxidemissionen [kg SO2/1000 Pkw-km] 0,73 0,73 Benzin 0,74 Ethanol 0,89 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 30 Strom aus regenerativen Energien Primärenergieaufwand [GWhPrim/GWhNutz] - Primärenergieaufwand (GWhPrim /GWh Nutz )- 1 0,94 0,88 0,8 0,8 2,621,91 0,71 0,6 0,6 0,62 0,42 0,43 0,4 0,32 0,24 0,22 0,28 0,26 0,25 0,24 0,2 0,15 0,17 0,03 0,050,050,060,060,080,08 0,09 0,06 0,090,08 0

16 (30) Wasser V (300 kw Modernisierung) (29) Wasser IV (30 kw Reaktivierung) (28) Wasser III (3.000 kw neu) (27) Wasser II (300 kw neu) (26) Wasser I (30 kw neu) (25) Wind III (20 X kw) (24) Wind II (3 X kw) (23) Wind I (3 X 600 kw) (22) PV VI (100 kwp mono) (21) PV V (100 kwp multi) (20) PV IV (100 kwp amorph) (19) PV III (5 kwp mono) (18) PV II (5 kwp multi) (17) PV I (5 kwp amorph) (13) Biogas (1.000 GVE) (12) Biogas (100 GVE Co-Ferment) (11) Biogas (100 GVE) (10) Biomasse-HKW - Waldholz (9) Biomasse-HKW - Pappelholz (8) Biomasse-HKW - Miscanthus (7) Biomasse-HKW - Triticale (6) Biomasse-KW - Waldholz (5) Biomasse-KW - Pappelholz (4) Biomasse-KW - Miscanthus (3) Biomasse-KW - Triticale (2) Fossil - Steinkohlekraftwerk (1) Fossil - Erdgaskraftwerk (30) Wasser V (300 kw Modernisierung) (29) Wasser IV (30 kw Reaktivierung) (28) Wasser III (3.000 kw neu) (27) Wasser II (300 kw neu) (26) Wasser I (30 kw neu) (25) Wind III (20 X kw) (24) Wind II (3 X kw) (23) Wind I (3 X 600 kw) (22) PV VI (100 kwp mono) (21) PV V (100 kwp multi) (20) PV IV (100 kwp amorph) (19) PV III (5 kwp mono) (18) PV II (5 kwp multi) (17) PV I (5 kwp amorph) (13) Biogas (1.000 GVE) (12) Biogas (100 GVE Co-Ferment) (11) Biogas (100 GVE) (10) Biomasse-HKW - Waldholz (9) Biomasse-HKW - Pappelholz (8) Biomasse-HKW - Miscanthus (7) Biomasse-HKW - Triticale (6) Biomasse-KW - Waldholz (5) Biomasse-KW - Pappelholz (4) Biomasse-KW - Miscanthus (3) Biomasse-KW - Triticale (2) Fossil - Steinkohlekraftwerk (1) Fossil - Erdgaskraftwerk Strom aus Treibhausgasemissionen [t CO 2 regenerativen -Äquiv./GWh Nutz Energien ] - Treibhausgasemissionen (t CO2 -Äquiv./GWh Nutz ) Strom aus regenerativen Energien Emissionen mit versauernder Wirkung - Emissionen [kg SO2-Äquiv./GWhNutz] mit versauernder Wirkung (kg SO2 -Äquiv./GWh Nutz )

17 (30) Wasser V (300 kw Modernisierung) (29) Wasser IV (30 kw Reaktivierung) (28) Wasser III (3.000 kw neu) (27) Wasser II (300 kw neu) (26) Wasser I (30 kw neu) (25) Wind III (20 X kw) (24) Wind II (3 X kw) (23) Wind I (3 X 600 kw) (22) PV VI (100 kwp mono) (21) PV V (100 kwp multi) (20) PV IV (100 kwp amorph) (19) PV III (5 kwp mono) (18) PV II (5 kwp multi) (17) PV I (5 kwp amorph) (5) Biomasse-KW - Pappelholz (4) Biomasse-KW - Miscanthus (3) Biomasse-KW - Triticale (2) Fossil - Steinkohlekraftwerk (1) Fossil - Erdgaskraftwerk (30) Wasser V (300 kw Modernisierung) (29) Wasser IV (30 kw Reaktivierung) (28) Wasser III (3.000 kw neu) (27) Wasser II (300 kw neu) (26) Wasser I (30 kw neu) (25) Wind III (20 X kw) (24) Wind II (3 X kw) (23) Wind I (3 X 600 kw) (22) PV VI (100 kwp mono) (21) PV V (100 kwp multi) (20) PV IV (100 kwp amorph) (19) PV III (5 kwp mono) (18) PV II (5 kwp multi) (17) PV I (5 kwp amorph) (6) Biomasse-KW - Waldholz (5) Biomasse-KW - Pappelholz (4) Biomasse-KW - Miscanthus (3) Biomasse-KW - Triticale (2) Fossil - Steinkohlekraftwerk (1) Fossil - Erdgaskraftwerk (13) Biogas (1.000 GVE) (12) Biogas (100 GVE Co-Ferment) (11) Biogas (100 GVE) (10) Biomasse-HKW - Waldholz (9) Biomasse-HKW - Pappelholz (8) Biomasse-HKW - Miscanthus (7) Biomasse-HKW - Triticale Strom aus Stickoxidemissionen [kg NO X regenerativen /GWh Nutz Energien ] - Stickoxidemissionen (kg NOX /GWh Nutz ) (13) Biogas (1.000 GVE) (12) Biogas (100 GVE Co-Ferment) (11) Biogas (100 GVE) (10) Biomasse-HKW - Waldholz (9) Biomasse-HKW - Pappelholz (8) Biomasse-HKW - Miscanthus (7) Biomasse-HKW - Triticale (6) Biomasse-KW - Waldholz Strom aus regenerativen Schwefeldioxidemissionen [kg SO 2 /GWh Nutz Energien ] - Schwefeldioxidemissionen (kg SO2 /GWh Nutz )

18 Salden des Verbrauchs erschöpflicher Energie für die Basis-Lebenswegvergleiche 36 Reinhardt, Zemanek (2000) Salden der CO 2 -Äquivalente für die Basis- Lebenswegvergleiche 37 Reinhardt, Zemanek (2000)

19 Salden der Distickstoffoxid-Emissionen (N 2 O) für die Basis-Lebenswegvergleiche 38 Reinhardt, Zemanek (2000) Salden der SO 2 -Äquivalente für die Basis- Lebenswegvergleiche 39 Reinhardt, Zemanek (2000)

20 Ökologische Vor- und Nachteile der Substitution von Dieselkraftstoff durch RME 40 Reinhardt, Zemanek (1998), nach Reinhardt, Vogt (1997)