Ölmüllertage 2014 Treibhausgasbilanzierung der dezentralen Rapsölkraftstoffproduktion in Bayern 25.02.2014, Fulda Karsten Engelmann, Lorenz Strimitzer, Dr. Edgar Remmele Engelmann 14 K Eg 007 Folie 1
Gliederung Einleitung Ausgangssituation und Zielstellung Material & Methoden Untersuchungsregionen und -betriebe THG-Bilanzierungsmethoden Ergebnisse Rapsanbau Dezentrale Verarbeitung Bewertung von Koppelprodukten Zusammenfassung Holzforschung München Technische Universität München ExpRessBio Lehrstuhl für Ökologischen Landbau und Pflanzenbausysteme Technische Universität München Engelmann, Strimitzer 14 K Eg 008 Folie 2
Ausgangssituation Renewable Energy Directive (RED) 2009/28/EC gibt verbindliche Treibhausgas- (THG)-Einsparungen für Biokraftstoffe im Vergleich zu fossilem Diesel vor: derzeit: mind. 35 % ab 2017: mind. 50 % ab 2018: mind. 60 % RED-Standardwert für industriell erzeugtes Rapsöl: 57 % Kein RED-Standardwert für dezentral erzeugten Rapsölkraftstoff! Engelmann, Strimitzer 14 K Eg 009 Folie 3
Zielstellung Regionalspezifische THG-Bilanzierung von dezentral erzeugtem Rapsölkraftstoff im Rahmen der Ökobilanzierung (LCA) RED-konforme THG-Bilanzierung von dezentral erzeugtem Rapsölkraftstoff Aufzeigen von methodischen Unterschieden bei der Bewertung von Koppelprodukten (Allokationsverfahren vs. Substitutionsverfahren) Engelmann 14 K Eg 010 Folie 4
Untersuchungsregionen und -betriebe Datenerfassung mittels Vorort-Befragungen in 16 landwirtschaftlichen Betrieben und 3 dezentralen Ölmühlen in unterschiedlichen Regionen Bayerns 1 1 Roßberg et al., 2007 Engelmann, Strimitzer 14 K Eg 011 Folie 5
Untersuchungsbetriebe Region A B C Boden-Klima-Region 1 Landwirtschaftsbetriebe Tertiär-Hügelland Donau-Süd n = 5 Albflächen und Ostbayerisches Hügelland n = 6 Verwitterungsböden in den Übergangslagen n = 5 Standortbedingungen Ø Höhenlage (m) Ø jährl. Niederschlag (mm) Ø jährl. Temperatur ( C) Bodentextur Ackerzahl 530 925 7,2 Lehmiger Sand bis sandiger Lehm 30 50 490 760 7,2 Lehm bis schwerer Lehm 40 50 395 740 7,4 Sand bis Ton 30 60 Betriebsstrutur Betriebstyp Betriebsgröße (ha) Raps (% Ackerland) Ackerbaubetrieb 30 382 10 23 Gemischtbetrieb 83 330 17 24 Gemischtbetrieb 81 208 14 28 Ölmühle Max. Verarbeitungskapazität (kg Saat h -1 ) X 500 Y 800 Z 1800 1 Roßberg et al., 2007 Engelmann, Strimitzer 14 K Eg 012 Folie 6
Systemgrenzen LCA (DIN EN ISO 14040 / 14044) Anbau Transport Verarbeitung Maschinen- und Geräte Gebäude Qualität der Mineraldünger und Pflanzenschutzmittel andere Feldemissionen Maschinen Maschinen Infrastruktur RED (BioGrace, angepasst für dezentrale Verarbeitung ) Ertrag Diesel Mineraldünger- und Pflanzenschutzmittel Saatgut N 2 O-Feldemissionen Diesel Strom Bleicherde End-of-life-Prozesse End-of-life-Prozesse End-of-life-Prozesse Systemgrenzen Mineraldünger Systemraumerweiterung Sojaschrot Strimitzer 14 K Eg 013 Folie 7
Anpassung der dezentralen Verarbeitung in BioGrace Industriell erzeugtes Rapsöl (RED) Dezentral erzeugter Rapsölkraftstoff Rapsölkraftstoff (MJ) Rapskuchen (MJ) Allokation 1 0,6 ca. 61:39 1 0,9 ca. 52:48 1 kg Rapssaat Ölgehalt 42 % Verarbeitung in dezentraler Ölmühle ca. 0,37 kg Öl Rapsölkraftstoff x 37,5 1 MJ kg -1 13,9 MJ Öl Rapskuchen ca. 0,63 kg Kuchen x 20,7 1 MJ kg -1 13,0 MJ Kuchen 1 Remmele (2009) Strimitzer, Engelmann 13 K Sz 014 Folie 8
Emissionsfaktoren Emissionsfaktor RED (BioGrace) LCA (Ecoinvent) Einheit Saatgut 0,7 1,7 kg CO 2 eq/kg Pflanzenschutzmittel 11,0 1,9 bis 17,5 kg CO 2 eq/kg Diesel 3,8 3,7 kg CO 2 eq/kg N-Dünger 5,9 2,8 bis 8,7 kg CO 2 eq/kg P 2 O 5 -Dünger 1,0 1,3 bis 2,6 kg CO 2 eq/kg K 2 O-Dünger 0,6 0,5 bis 1,4 kg CO 2 eq/kg CaO-Dünger 0,1 - kg CO 2 eq/kg Wirtschaftsdünger 0 0 kg CO 2 eq/kg N 2 O-Feldemissionen 298 298 kg CO 2 eq/kg Engelmann, Strimitzer 14 K Eg 015 Folie 9
Gliederung Einleitung Ausgangssituation und Zielstellung Material & Methoden Untersuchungsregionen und -betriebe THG-Bilanzierungsmethoden Ergebnisse Rapsanbau Dezentrale Verarbeitung Bewertung von Koppelprodukten Zusammenfassung Holzforschung München Technische Universität München ExpRessBio Lehrstuhl für Ökologischen Landbau und Pflanzenbausysteme Technische Universität München Engelmann, Strimitzer 14 K Eg 016 Folie 10
Eingangsdaten im Rapsanbau (Ernte 2013) im Vergleich zu RED-Standardwerten Bayerische Betriebe (n = 16) MIN MAX RED BioGrace Einheit Ertrag (9% Feuchte) 4.023 2.950 4.910 3.113 kg ha -1 a -1 Saatgut 2,4 2,1 2,9 6,0 kg ha -1 a -1 Pflanzenschutzmittel 2,1 1,5 2,7 1,2 kg ha -1 a -1 Diesel 3.406 2.782 4.540 2.963 MJ ha -1 a -1 N-Dünger 195 104 249 137 kg N ha -1 a -1 P 2 O 5 -Dünger 23 0 92 34 kg P 2 O 5 ha -1 a -1 K 2 O-Dünger 18 0 76 49 kg K 2 O ha -1 a -1 CaO-Dünger 7 0 26 19 kg CaO ha -1 a -1 Wirtschaftsdünger 54 0 198 0 kg N ha -1 a -1 N 2 O-Feldemissionen 6,81 1 5,4 9,1 3,1 2 kg N 2 O ha -1 a -1 1 nach IPCC (2006) berechnet 2 DNDC-Modell Engelmann 14 K Eg 017 Folie 11
THG-Emissionen im Rapsanbau Regionale Betrachtung 70 g CO 2 eq MJ -1 THG-Emis ssionen 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Saatgut-, Pflanzenschutzmittelproduktion & techn. Trocknung N 2 O-Feldemissionen Mineraldüngerproduktion Dieselbereitstellung Dieselbereitstellung, Maschinen- und Geräteproduktion RED RED RED LCA LCA LCA Region A Region B Region C Engelmann, Strimitzer 14 K Eg 018 Folie 12
THG-Emissionen im Rapsanbau (LCA) Regionale und einzelbetriebliche Betrachtung 55 g CO 2 eq MJ -1 Region A Region B Region C THG-Em missionen 45 40 35 30 25 20 R 2 = 0,4 15 0 0,0 3,0 3,5 4,0 t ha -1 5,0 Ertrag (9% Feuchte) Engelmann 14 K Eg 019 Folie 13
THG-Emissionen im Rapsanbau (LCA) Düngermanagement 55 g CO 2 eq MJ -1 45 nur Mineraldünger Mineral- und Wirtschaftsdünger THG-Emis missionen (ohne N 2 O-Em missionen aus Wirtschaf ftsdünger) 40 35 30 25 20 Engelmann 14 K Eg 020 15 0 Folie 14 0 100 150 200 250 kg N ha -1 350 N-Gesamtdüngung N-Mineraldüngung
THG-Emissionen bei dezentraler Verarbeitung 2,0 Transport Pressung und Filterung Saat- und Produktförderung LCA g CO 2 eq MJ -1 LCA LCA THG-Emis ssionen 1,0 0,5 RED RED RED Strimitzer, Engelmann 14 K Sz 021 0,0 Folie 15 Ölmühle X Ölmühle Y Ölmühle Z
Vorteile der dezentralen Verarbeitung THG-Einsparung Verarbeitung Transport Anbau THG-Emissionen 0 8,4 16,8 25,1 33,5 42,0 50,3 58,7 67,0 g CO 2 eq MJ -1 83,8 Min. THG-Einsparung 2018 2017 derzeit Dezentral erzeugter Rapsölkraftstoff 63 % Industriell erzeugter Rapsölkraftstoff 57 % Fossiler Diesel 0 % 0 10 20 30 40 50 60 70 80 % 100 Quelle: TFZ nach Renewable Energy Directive 2009/28/EC Relative THG-Emissionen Engelmann 13 K Sz 022 Folie 16
Bewertung von Koppelprodukten Rapsölkraftstoff, dezentral (LCA) THG-Emission Rapsöl Substitution Sojaschrot inkl. Transport Substitution Mineraldünger 1 Alloziierte Emissionen Presskuchen Fossiler Diesel (Referenz) THG-Einsparung: 80% (Substitutionsverfahren II) 71% (Substitutionsverfahren I) THG-Einsparungen vgl. mit fossilem Diesel (EU-RED): derzeit min. 35% 2017: min. 50% 2018: min. 60% 57% (Allokationsverfahren) Diesel (RED) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 % 100 THG-Emissionen (%) 1 Kage et al. 2013 Strimitzer, Engelmann 14 K Sz 023 Folie 17
Zusammenfassung THG-Bilanzierung im Rahmen der Ökobilanzierung (LCA) natürliche Ertragspotenziale der Anbauregionen beeinflussen regionalspezifische THG-Bilanzen Düngermanagement (Düngerart und menge) entscheidend für einzelbetriebliche THG-Bilanz RED-konforme THG-Bilanzierung weist THG-Einsparung von über 60% auf Verfahren zur Bewertung von Koppelprodukten hat starken Einfluss auf das Ergebnis der THG-Bilanz Strimitzer, Engelmann 14 K Sz 024 Folie 18
Referenzen Remmele, E. (2009): Handbuch Herstellung von Rapsölkraftstoff in dezentralen Ölgewinnungsanlagen. 2., neu bearb. u. erweiterte Auflage. Gülzow: Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe e.v., 88 Seiten. Kage, H.; Pahlmann, I. (2013): Potenziale zur Minderung der Treibhausgasemissionen im Rapsanbau. Vortrag beim 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin, 32 Seiten. Roßberg, D.; Michel, V.; Graf, R.; Neukampf, R. (2007): Definition von Boden-Klima-Räumen für die Bundesrepublik Deutschland. Nachrichtenblatt des Deutschen Pflanzenschutzdienst 59 (7), 155-161, Eugen Ulmer KG, Stuttgart 2007, ISSN 0027-7479 IPCC (2006): Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. and Tanabe K. (eds). Published: IGES, Japan. Engelmann, Strimitzer 14 K Sz 019 Folie 19
THG-Bilanzierungsmethoden Ökobilanzierung (LCA) nach DIN EN ISO 14040 / 14044 LCA-Software GaBi 6.2, Datenbanken (Ecoinvent 2.2, GaBi Professional) Allokations- und Substitutionsverfahren Funktionelle Einheit: 1 MJ unterer Heizwert (Rapsölkraftstoff, 1 kg = 37,5 MJ 1 ). Renewable Energy Directive 2009/28/EC (RED) mit BioGrace THG-Rechner für Biokraftstoffe, Version 4b Allokationsverfahren Funktionelle Einheit: 1 MJ unterer Heizwert ( reines Rapsöl, 1 kg = 36,0 MJ) 1 Remmele, 2009 Engelmann, Strimitzer 14 K Eg 012 Folie 20
N-Mineraldüngerformen in den bayerischen Untersuchungsbetrieben (Ernte 2013) N-Düngerform Anteil (%) Emissionsfaktor MD-Produktion (kg CO 2 eq kg -1 N) RED LCA Diammonphosphat (DAP) 1 2,80 Harnstoff 1 3,30 Ammoniumsulfatsalpeter (ASS) 59 5,03 5,9 Ammoniumnitrat-Harnstoff-Lösung (AHL) 5 5,84 Kalkammonsalpeter (KAS) 16 8,65 Volldünger (NPK) 18 8,68 Engelmann 14 K Eg 014 Folie 21
THG-Emissionen im Rapsanbau THG-Bilanzierungsmethode 50 g CO 2 eq MJ -1 LCA RED LCA THG-Em missionen 40 35 30 R 2 = 0,3 R 2 = 0,4 Engelmann 14 K Eg 017 25 Folie 22 0 0,0 3,0 3,5 4,0 t ha -1 5,0 Ertrag (9% Feuchte)