Ökobilanzen Life Cycle Assessment. Bernhard Zimmer
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- Hermann Michel
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1 Ökobilanzen Life Cycle Assessment Bernhard Zimmer
2 Wie umweltfreundlich ist die Energie aus Waldhackgut? Welcher Beitrag zum Klimaschutz ist damit verbunden?
3 Holz als Energiequelle o Scheitholz o Holzbriketts o Hackschnitzel o Holzpellets
4 Zusammenhang von Heizwert, Brennwert und Energiemenge in einem kg Holztrockenmasse bei unterschiedlichem Wassergehalt
5 Heizwert Heizwerte in Abhängigkeit vom Wassergehalt der Hackschnitzel bezogen auf die Gesamtmasse sowie die darin enthaltene Trockenmasse für Nadel- und Laubholz (Wittkopf 2005, S. 29)
6 Was ist Waldhackgut? Waldhackschnitzel
7 Sägerestholz - Hackgut
8 Sägerestholz Hackgut Stoffliche Verwertung
9 Waldrestholz Was wird genutzt?
10 Wie umweltfreundlich ist die Energie aus Waldhackgut? im Vergleich zu fossilen Energieträgern? ( Öl, Gas, Kohle, ) im Vergleich zu anderen regenerativen Energieträgern? ( Wind, Wasser, Sonne, ) im Vergleich zu Energie aus anderen Holzsortimenten? (Restholzsortimente, Gebrauchtholz, )
11 Waldhackgut: Umweltwirkungen Problemkreise Einsatz bzw. Verbrauch von Primärenergie Emissionen aus der Verbrennung ( z.b. Feinstaub, ) Reststoffe ( Asche, Filterasche, ) Flächenverbrauch Naturraumbeanspruchung ( Qualität der Bewirtschaftung, Nährstoffe, ) Flächenkonkurrenz (z.b. Energie Nahrungsmittel)
12 Methoden der ökologischen Bewertung Zertifizierung (von Materialien und Produkten) Ökologische Fussabdruck Materialintensitäts-Analyse (MIPS, FIPS) LCA Life Cycle Assessment (produktbezogene Ökobilanz)
13 Energie aus Waldhackgut Forstwirtschaft Herstellen von Waldhackgut Transport - Hackgut Energieerzeugung Asche Strom Wärme
14 Methodischer Rahmen nach internationalen Normen DIN EN ISO (08:1997; 2006): Umweltmanagement - Ökobilanz - Prinzipien und allgemeine Anforderungen DIN EN ISO (11:1998): Umweltmanagement - Ökobilanz Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens sowie Sachbilanz DIN EN ISO (07:2000): Umweltmanagement - Ökobilanz - Wirkungsabschätzung DIN EN ISO (07:2000): Umweltmanagement - Ökobilanz Auswertung DIN EN ISO (2006): Umweltmanagement produktbezogene Ökobilanz
15 Wirkungsabschätzung am Input orientierte Wirkungskategorien Primärenergieeinsatz Ressourcenverbrauch Naturraumbeanspruchung (land use) am Output orientierte Wirkungskategorien Global Warming Potential (GWP 100 ) Ozonabbaupotential Versauerungspotential Eutrophierungspotential Ökotoxizität Humantoxizität...
16 Forstwirtschaft - Kuppelproduktion
17 Holz - Zusammensetzung Eine Tonne Holz atro : 500 kg Kohlenstoff 430 kg Sauerstoff 60 kg Wasserstoff 10 kg andere Elemente
18 Holzbildung durch Photosynthese Photosynthese: 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O H 2 O Modellrechnung zur Berechnung der Massenströme beim Aufbau von Holz: 8,4 CO H 2 O C 8,4 H 12 O 5,4 + 8,7 O H 2 O
19 Sachbilanz der Photosynthese Kohlendioxid 1851 kg Wasser 1082 kg Sonnenenergie MJ Wasser Nährelemente N, P, K, Mg, Ca Holzproduktion durch Photosynthese Wasser 541 kg Sauerstoff 1392 kg Holzmasse atro (Nadelholz) 1000 kg
20 Forstliche Produktion
21 Darstellung der Volumina [Srm] sowie der Kohlendioxid-Inputs im Modul biologische Produktion bezogen auf jeweils einen Heizwert von einer MWh. Wassergehalt 0%: Volumen [Srm/MWh] Kohlendioxid [kg/mwh] Wassergehalt 30%: Volumen [Srm/MWh] Kohlendioxid [kg/mwh] Wassergehalt 50%: Volumen [Srm/MWh] Kohlendioxid [kg/mwh] Nadelholz Mix Laubholz 1, , , , , , , , ,04 428
22 Energie aus Waldhackgut Ökologische Bewertung Forstwirtschaft Forstwirtschaft + Energieplantagen div. Ernte- und Bereitstellungsverfahren Herstellen von Waldhackgut Mobile und stationäre Hackung Transport - Hackgut Diverse Transportketten und -mittel Energieerzeugung Asche Strom Wärme
23 Holzernte - motormanuell
24 Holzernte - mechanisiert
25 Bündeln von Schlagabraum
26 Hacken
27 Hacken
28 Zentrales Holzlogistikzentrum Anlieferung aus dem Forst Holz-Logistik-Zentrum Übernahme Lagerung Hacken Lagerung (Gewicht) Rohholz (stationär) Hackschnitzel Anlieferung Kraftwerk zum Kraftwerk am Standort
29 Transport mit Schlepper
30 LKW-Transporte
31 Bahntransport moderne Logistik
32 Biomasseheiz(kraft)werk
33 Energie aus Biomasse in Bayern
34 Energieverbrauch [kwh/mwh] Spezifischer Energieverbrauch für den Transport von Waldhackschnitzeln mittels Schlepper (15m³-Anhänger) in kwh pro MWh Energieinhalt dargestellt für verschiedene Wassergehalte und Dieselverbräuche pro Stunde in Abhängigkeit von der Entfernung MIX-30%-15Srm-16l/h MIX-30%-15Srm-26l/h MIX-50%-15Srm-16l/h MIX-50%-15Srm-26l/h Entfernung [km]
35 Energieverbrauch [kwh/mwh] Ferntransporte MIX-50%-15Srm-16l/h MIX-30%-LKW-45Srm MIX-50%-LKW-45Srm MIX-30%-LKW-100Srm-Fernverkehr MIX-50%-LKW-100Srm-Fernverkehr MIX-50%-Bahn MIX-50%-15Srm-26l/h MIX-50%-LKW-35Srm MIX-30%-LKW-100Srm-Nahverkehr MIX-50%-LKW-100Srm-Nahverkehr MIX-30%-Bahn Entfernung [km]
36 Einsatz von Primärenergie in den einzelnen Szenarien in Prozent de im jeweiligen Hackschnitzel-Sortiment enthaltenen nutzbaren Energie (Hu). Szenario LH-30% [% von H u ] MIX-30% [% von H u ] MIX-50% [% von H u ] NH-50% [% von H u ] Kleinprivatwald Waldrestholz 4,2 4,6 5,0 6,5 Profi - Waldrestholz 1,6 1,8 1,9 2,5 Profi mit Zwischenlager im Wald 1,8 1,8 2,0 2,5 Profi mit Holzlogistik-Zentrum 1,4 1,5 1,7 2,1 Feller-Buncher - Vollbaumnutzung 1,8 1,9 2,1 2,6
37 Primärenergie-Einsatz [kwh/mwh] Einsatz von Primärenergie für die gemischten Waldhackschnitzel-Sortimente in den einzelnen Szenarien in kwh pro MWh (Hackschnitzel). Deutlich wird der Einfluss des Wassergehaltes MIX-30% MIX-50% MIX-30% MIX-50% MIX-30% MIX-50% MIX-30% MIX-50% MIX-30% MIX-50% Kleinprivatwald- Waldrestholz Profi-Waldrestholz Profi mit Zwischenlager im Wald Profi mit Holzlogistik- Zentrum Feller-Buncher - Vollbaumnutzung Transport 2 22,9 25,0 6,3 6,9 2,8 3,1 2,8 3,1 2,8 3,1 Transport 1 3,8 4,2 Hacken 11,8 12,9 4,1 4,5 3,3 3,6 3,3 3,6 3,3 3,6 Rücken 6,9 7,5 3,0 3,2 2,6 2,9 3,5 3,8 6,9 7,5 Holzernte 4,3 4,7 4,3 4,7 5,5 6,0 5,5 6,0 5,5 6,4
38 Primärenergie-Einsatz [kwh/mwh] Einsatz von Primärenergie für Waldhackschnitzel-Sortimente in den einzelnen Szenarien in kwh pro MWh (Hackschnitzel) dargestellt für die wesentlichen Prozesse. Deutlich wird der Einfluss der Holzarten LH-30% NH-50% LH-30% NH-50% LH-30% NH-50% LH-30% NH-50% LH-30% NH-50% Kleinprivatwald- Profi-Waldrestholz Profi mit Profi mit Holzlogistik- Feller-Buncher - Waldrestholz Zwischenlager im Zentrum Vollbaumnutzung Wald Transport 2 21,1 32,3 5,8 8,9 2,6 4,0 2,6 4,0 2,6 4,0 Transport 1 3,5 5,4 Hacken 10,9 16,6 3,8 5,8 3,0 4,7 3,0 4,7 3,0 4,7 Rücken 6,3 9,7 2,7 4,2 2,4 3,7 3,2 4,9 6,9 9,7 Holzernte 3,9 6,0 3,9 6,0 5,1 7,8 5,1 7,8 5,1 7,8
39 Rücken Hacken Transport 1 Lagern (3 Mon.) Lagern (6 Mon.) Transport 2 Holzernte Solare Energie - Photosynthese Saldo Energie ohne Lagerung Saldo Energie mit Lagerung (3 Mon.) Saldo Energie mit Lagerung (6 Mon.) Einsatz von Primärenergie [kwh] pro MWh bereitgestellter Brennstoff (MIX-50%) für das Szenario Kleinprivatwald Waldrestholz. Dargestellt ist auch die im Holz gespeicherte, technisch nutzbare Sonnenenergie (Hu) sowie die Verluste durch Lagerung. Der Wirkungsgrad des Kraftwerkes wurde mit 80% angenommen [kwh/mwh] 800 Produktion Energie inkl. Wirkungsgrad Szenario: "Kleinprivatwald" - MIX-50% 200 Summe Primärenergie
40 Holzernte Rücken Transport 1 Transport 2 Lagern (3 Mon.) Lagern (6 Mon.) Hacken Solare Energie - Photosynthese Saldo Energie ohne Lagerung Saldo Energie mit Lagerung (3 Mon.) Saldo Energie mit Lagerung (6 Mon.) Einsatz von Primärenergie [kwh] pro MWh bereitgestellter Brennstoff (MIX-30%) für das Szenario Profi mit Holzlogistik-Zenztrum. Dargestellt ist auch die im Holz gespeicherte, technisch nutzbare Sonnenenergie (Hu) sowie die Verluste durch Lagerung. Der Wirkungsgrad des Kraftwerkes wurde mit 80% angenommen [kwh/mwh] Produktion Energie inkl. Wirkungsgrad Szenario: "Profi mit Holzlogistik-Zentrum" - MIX-30% Summe Primärenergie
41 C-Speicherung durch Photosynthese [kg CO2-Äquivalente pro MWh Brennstoff] Gutschrift für Substitution von Heizöl Holzernte Rücken Hacken Transport 2 Verbrennung Waldhackschnitze Treibhauspotenzial GWP Szenario: "Kleinprivatwald" - MIX-50% Transport 1 Summe-GWP100 Saldo GWP
42 Schlußfolgerungen Die Bereitstellung von Waldhackschnitzeln verfügt über eine sehr hohe Energieeffizienz. Eine Erhöhung der Produktivität führt auch zu einer Verbesserung der Energiebilanzen. Transporte verschlechtern die Energiebilanzen. Je größer die Entfernung umso höher der Energieverbrauch, diese Aussage stimmt nur dann, wenn das Transportmittel dasselbe ist. In der Regel werden aber für größere Entfernungen leistungsfähigere Transportsysteme eingesetzt. Heizkraftwerke im oberen Leistungsbereich (>20MW) sollten über einen Gleisanschluss verfügen, denn die Transportentfernungen werden sich aufgrund der steigenden Dichte der Kraftwerke gerade für diese Werke erhöhen.
43 Schlußfolgerungen Brennstoffqualität und Wassergehalt haben einen großen Einfluss auf die Ökobilanz, er ist sehr viel größer als derjenige der Bereitstellungslogistik. Unsachgemäße Lagerung der Waldhackschnitzel führt sehr schnell zu hohen Verlusten und zu deutlich schlechteren Energiebilanzen. Wärmegeführte Heizwerke und Heizkraftwerke haben bessere Gesamtwirkungsgrade als stromgeführte und damit auch eine bessere Ökobilanz. Der Wirkungsgrad der Feuerungsanlage beeinflusst die Ökobilanz ebenfalls sehr viel stärker als die Bereitstellungskette.
44 Schlußfolgerungen Die Nährstoffverluste im Wald sind in jedem Fall zu minimieren, eine Rückführung der Nährelemente durch Ausbringung von Aschen ist derzeit in Diskussion, hier besteht bezüglich der Ökobilanz noch Forschungsbedarf. Die Bewertung des Nutzungskonfliktes durch zukünftige Intensivierung ist derzeit mit der Methode der Ökobilanzierung nicht befriedigend zu lösen. Die Ansätze zur Wirkungskategorie Naturraumbeanspruchung sind in Diskussion, hier müssen zusätzlich auch andere Methoden der Zielfindung und Risikoabwägung eingesetzt werden. Die zukünftig steigende Nachfrage nach Energie aus regenerativen Quellen kann zu Verschiebungen der Anteile der stofflichen und energetischen Nutzung von Holz führen. Die höchstmögliche Effizienz durch die kaskadische Nutzung des Holzes ist anzustreben. Die staatliche Förderung der Nutzung von Waldhackschnitzeln ist zu hinterfragen. Es besteht weiterer Forschungsbedarf über Lebenswegbilanzen die ökologisch
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