LCA-Datensammlung bei neuen Batterietechnologien. Mag. Therese Schwarz

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1 LCA- bei neuen Batterietechnologien Mag. Therese Schwarz

2 Inhalte Vorstellung des Projektes LIBRES Aufbau eines Energiespeichersystems (ESS) Herangehensweise Lebenszyklusanalyse (LCA) Anforderungen an Daten, Herangehensweise Sammlung Daten Herausforderung einem innovativen Produkt Therese Schwarz 2

3 Projekt LIBRES Entwicklung eines Recyclingkonzeptes für Lithium-Ionen Batterien aus dem Elektromobilitätssektor Therese Schwarz 4

4 Quelle: Astrid Arnberger Rechtliche Rahmenbedingungen Batterieverordnung Batterieeinteilung in 3 Gruppen Gerätebatterien Fahrzeugbatterien Industriebatterien Recycling Effizienz Pb-Batterie: 65 M-% Ni-Cd-Batterie: 75 M-% Andere: 50 M-% Europäischer Abfallkatalog LIB: (andere Batterien und Akkumulatoren) ÖNORM S2100: LIB: SN: Lithiumbatterien Therese Schwarz 5

5 Aufbau eines Energiespeichersystems (ESS) Quelle: Astrid Arnberger Energiespeichersystem Batteriesystem Modul Modul Zellen Zelle Verschiedene Arten von Zellen: - Zylindrische und prismatische Metal Can Zellen, - Pouchzellen Gesamtes Batteriesystem: - z.b. Mitsubishi imiev : Gewicht 200kg 88 Lithium-Ionen Zellen Kapazität 16kWh Therese Schwarz 6

6 Quelle: Astrid Arnberger Beispiel: Zelle - Zusammensetzung Gehäusekomponenten: - Gehäuse: Aluminium - Pol-Materialien Anode: Kupfer Aktivmaterial: Graphit Kathode: Aluminium Aktivmaterial: Lithiumeisenphosphat Separator Elektrolyt Darstellung der Zellinhalte einer Rundzelle Therese Schwarz 7

7 Fragestellungen der Lebenszyklusanalyse Umweltwirkungen durch Produktion, Nutzung und Recycling Bauteilgruppen als besonders umweltwirksam einzuschätzen Verbesserungspotential Therese Schwarz 8

8 LCA - Vorgehensweise Ziel System Wirkungsabschätzung Auswertung Jahr 1 Jahr 2 Jahr 3 Therese Schwarz 9

9 Welche Themenbereiche erwarten Sie in den nächsten Minuten? Therese Schwarz 12

10 der LCA Ziel: Lebenszyklusanalyse (LCA) eines Energiespeichersystems (ESS) Funktionale Einheit : 1 ESS Umweltwirkungen des gesamten Produktlebenszyklus Abbilden des LIBRES Recycling Prozesses Therese Schwarz 13

11 Prozessgruppen Input und Output Rohstoffe, Energie Materialien, Güter, Energie Produktion Materialien Produktion Vorprodukte Materialien, Emissionen, Abfall Vorprodukte, Emissionen, Abfall Vorprodukte, Güter, Energie ESS, Auto, Strommix Gebrauchtes ESS, Energie Nutzung Recycling ESS, Emissionen, Abfall Gebrauchtes ESS, bereitgestellte kwh, Emissionen Systemproduktion Sekundärmaterialien, Emissionen, Abfall Ausgenommen sind: Infrastruktur (Gebäude, Straßen, Computer, etc.) Auto, in das die Batterie eingebaut wird Kreislaufgeführte Betriebsmittel Nicht-Materielles z.b. Software Therese Schwarz 14

12 1 ESS: - Gesamtbauteilanzahl: 570 Einzelteile Stückliste Bestimmung von: - Material - Gewicht - Normteil - etc. Zuordnung zu Bauteilgruppen Gehäuse und Zellverbund Elektronik & Kabel Verbindungstechnik & Kleber Kühlung Sonstige Bauteile Therese Schwarz 15

13 Anzahl und Aufteilung der Bauteile Sonstige Bauteile 18 Teile Gehäuse/Zellverbund 3 Teile Kühlung 9 Teile Elektronik/Kabel 54 Teile Verbindungstechnik/ Kleber 34 Teile Einzelzählung der Bauteile/Prozentangaben auf 1 ESS bezogen Therese Schwarz 16

14 Umweltbewertung Ein Auszug aus der Bewertungsliste Therese Schwarz 17

15 Kriterien der Umweltbewertung ABC Einteilung - Eintrag in Umweltmedien - Transportdistanz - Kumulierter Energieaufwand (KEA) - Kumulierter Ressourcenaufwand (KRA) - Wasserbedarf (H2O) - Komplexität des Bauteils -Abfall XYZ Einteilung - Gewicht Bedeutung der Einteilung A, X =Sehr bedeutend, sehr umweltrelevant B, Y = bedeutend, umweltrelevant C, Z = nicht bedeutend, nicht umweltrelevant Therese Schwarz 18

16 Ergebnis der Umweltbewertung 5 z.b. Zellen, Kleber z.b. Schrauben, Stromschienen A-Teile B-Teile C-Teile z.b. Gehäuse, Elektronik Therese Schwarz 19

17 - Primärdaten In- Lieferantenkontakt Daten: Input (Stoff- und Einzelteilströme) Output (Stoff-/Produkt-/Emissionsströme) Prozess-relevante Ströme (Energie, Wasser, etc.) Transport Direkte Lieferkette Funktionelle Einheit Therese Schwarz 20

18 Sicherstellung der Datenqualität Genormte Datenabfrage mittels Bezugseinheit, Bandbreite und Datenqualität Kategorisierung bei Lieferantenabfrage: Wert aus der Betriebsstatistik, berechneter, abgeschätzter oder Messwert Datenqualität Kategorien I Realdaten oder berechnete Daten II generische Daten III abgeschätzte Daten IV keine Beurteilung möglich (keine Daten vorhanden) Therese Schwarz 23

19 Datenabfrage Therese Schwarz 24

20 Gegenüberstellung Bewertungsart und Masse Prozente gerundet 56% generisch 44% real bewertet Therese Schwarz 25

21 Vergleich mit Literatur Quelle Technologie/ Zellchemie Methode, Funktionale Einheit Daten Ergebnisse Notter et al. PHEV 30,60,90km, - LIB (75-250kg) km Laden 1x/Tag Economic In-and Outputanalysis (EIO LCA) - gefahrene km in USA GWP 100a EOL ausgeschlossen Produktion: 1200MJ- für 1kWh Li-Ion, Materialprodukt ion: 500 MJ für 1 KWh Li-Ion PHEV30/60/90= 175g CO2eq/km Unsicherheitsspanne nimmt je größer Batterie ist zu 32% Emissionsreduktion zu CV Ellingsen et al. BEV - LIB NCMO2/ Graphit (250kg) 26,6kWh Process based attributional life cycle assessment Produktion eines ESS Zellproduktion für mehr als 60% des GWP verantwortlich 1 ESS= 4,6-12,6 Tonnen CO2-Eq (je nach Bedingungen) Therese Schwarz 27

22 Vergleich mit Literatur Therese Schwarz 28

23 Herausforderungen -Komplexität Laufender Innovationsprozess Eco-Design Ansatz? Geheimhaltung? Innovations prozess Pilot- vs. Industrieanlagen Vorhandene Mengen? Up- Scaling? Recycling LCA Bauteile Große Datenmengen Realdaten vs. generische Daten? Legitimität von Annahmen Strommix Lieferanten Daten guter Qualität Tiefe der Analyse? supply chain? Industrie Wissenschaft vs. praxisnahe Ergebnisgeneration Therese Schwarz 31

24 Dankeschön an: DI Florian Prosznigg, DI Astrid Arnberger, Dr. Gerfried Jungmeier, DI Dietmar Hofer, Prof. Roland Pomberger Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Mag. Therese Schwarz Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft 33

25 LIBRES Lithium-Ionen Batterie Recycling Name des Vortragenden 34