Ökobilanz von Bioethanol

Vortragsreihe „Neue Entwicklungen auf den Energiemärkten“TU Berlin - Institut für Energietechnik – FG Energiesysteme

19.12.2008 - Gregor Wehinger 233069

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Übersicht

• Was ist Bioethanol• Was ist eine Ökobilanz• Vorstellung der EMPA-Studie

– Bewertung von Herstellungsprozessen– Bewertung der Bereitstellung

• Vergleich mit anderen Studien• Kritik an der Studie und Fazit

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Bioethanol – Alkohol aus Pflanzenprodukten

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ÖkobilanzDefinition nach ISO 14040 & 14044:

Zusammenstellung und Beurteilung der Input- und Outputflüsse und der potenziellen Umweltwirkungen eines Produktsystems im Verlauf seines Lebensweges.

Festlegung des Zielsund Untersuchungs-

rahmen

Sachbilanz(Inventar)

Auswirkungen aufdie Umwelt

Auswirkungen

(Interpretation:Bewertung)

Anwendung:

Optimierung

Entscheidungs-grundlage

Kommunikation

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Vorstellung der EMPA-Studie• „Ökobilanz von Energieprodukten - Ökologische Bewertung

von Biotreibstoffen“• Erstellt Mai 2007 von EMPA (Schweizerisches

Forschungsinstitut, Teil des ETH-Bereichs)• Umfangreiche Gesamtstudie zum Thema Biotreibstoffe• Vorgehen nach Ökobilanz• Untersuchungsrahmen:

– Systemgrenzen: Entweder „cradle-to-grave“ oder „cradle-to-gate“

– Sachbilanzdaten: Ecoinvent (Swiss Centre of Life Cyle Inventories)

– Zeitraum: Situation 2004– Standort: Produktionsstandort Schweiz aber auch

repräsentative Produktionsstandorte (z.B. Brasilien)• Ziele: Handlungsorientierte Analyse der Umweltauswirkungen

von biogenen Energieträgern & ökologische Gesamtbilanz

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1. Produktion und Nutzung als Treibstoff

ZielsetzungÖkologischer Vergleich der verschiedenen in-und ausländischen Prozessketten zur Herstellung von biogenen Treibstoffen.

SystemgrenzeCradle-to-gate

Funktionelle Einheit1 MJ Energiegehalt des jeweiligen Energieträgers ab Werk

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1. Produktion und NutzungKEA

Kumulierter nicht erneuerbarer Energieaufwand zur Produktion von 1 MJ Bioethanol

0,9

0,1

0,850,62

0,91,7

1,3

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1. Produktion und NutzungTreibhausgasemissionen

Treibhausgasemissionen bei der Produktion von 1 MJ Bioethanol nach treibhausrelevanten Schadstoffen aufgeschlüsselt

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1. Produktion und Nutzung Aggegierte Bewertung

Aggegierte Bewertung der Produktion von 1 MJ Bio-Ethanol mit dem Eco-indicator 99 und UBP 06

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2. Bewertung der Bereitstellungvon Bioethanol

Zielsetzung1. Umweltbelastungen von in Schweiz

produzierten Alternativen vs. importierte analoge Alternativen

2. Vergleich zwischen momentan und in Zukunft erhältlichen Treibstoffen

SystemgrenzeFrom-well-to-tank (vom Anbau zur Tankstelle)

Funktionelle Einheit1 MJ Treibstoff ab Tankstelle

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2. Bewertung der BereitstellungKEA

Kumulierter nicht erneuerbarer Energieaufwand zur Produktion und Bereitstellung von 1 MJ Bio-Ethanol an der Schweizer Tankstelle

Rohstoff-Mix

Zuckerhirse

Roggen

Mais

Zuckerrohr

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2. Bewertung der BereitstellungTreibhausgasemissionen

Treibhausgasemissionen, aufgetrennt in Produktion sowie den Transport zur Tankstelle, für die Produktion und Bereitstellung an der Schweizer Tankstelle.

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3. Flächenerträgekm-Belastung und Treibhausgas-

belastung

Zweidimensionale Darstellung von Kilometerleistung pro Hektar und Treibhausgasbelastung pro Hektar für verschiedene Energiepflanzen. --- Korrelation.

_ Ausländische Produkte

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4. Vergleich mit anderen Studien

Vergleich der Treibhausgasemissionen aus dieser Studie mit den Ergebnissen zweier Metastudien (concawe-Studie sowie VIEWLS-Studie)

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Fazit der Studie• Große Unterschiede der einzelnen Produkte• Größter Anteil der Umweltbelastungen geht auf landwirtschaftlichen

Anbau zurück• Zielkonflikt: Minimierung der THG vs. positive ökol. Gesamtbilanz• Mit biogenen Energieträgern allein sind Energieprobleme nicht

lösbar • Wenn verfügbare Biomasse aber effizient und umweltfreundlich in

Energie transformiert wird, gleichzeitig der Verbrauch gesenkt und die Energieeffizienz erhöht wird LösungsansatzAlternativen Energieträger im Verbund mit anderen erneuerbaren Energieformen spielen eine nicht zu vernachlässigende Rolle in zukünftigen EnergieversorgungProblem der Nahrungsmittelkonkurrenz – soziale FolgenBio-Treibstoffe stehen schlechter da als Strom

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Kritik an der Studie

• Direkter Vergleich von Biotreibstoffen und fossilen Treibstoffen• Keine Berücksichtigung von Problemen der Erdölproduktion• Viele Annahmen und Wertungen beeinflussen Resultate sehr stark• Keine Unterscheidung zwischen Produktionsverfahren die bereits

am Markt und Pilot- oder Versuchsstadium• Keine Berücksichtigung technischer Entwicklung einzelner

Produktionsverfahren (seit 2004 Trend)• Ausländische Produkte weisen z.T. große Unterschiede zwischen

einzelnen Regionen auf• Keine Berücksichtigung möglicher Entwicklungen und Szenarien• Kein Aufzeigen von Konsequenzen eines vermehrten Anbaus von

(Bio-) EnergiepflanzenHauptproblem ist Schnelligkeit der Technologie

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Quellen und Literaturverzeichnis

• Zahl, R., Böni, H., u.a. (2007): Ökobilanz von Energieprodukten: Ökologische Bewertung von Biotreibstoffen. St. Gallen: EMPA

• Bernhardt, D. (2006): Ökobilanz von Bioethanol – Eine Literaturstudie. Bonn: Germanwatch

• DIN EN ISO 14040 – Ökobilanz – Grundsätze und Rahmenbedingungen. Berlin: Deutsches Institut für Normung e.V.

• Erdmann, G., Zweifel, P. (2008): Energieökonomik – Theorien und Anwendung. Berlin Heidelberg: Springer

• Kägi, T. (2007): Ökobilanz von Energieprodukten: Bewertung der landwirtschaftlichen Biomasse-Produktion. Zürich: ETH

• BMU/BMELV, VDA, MWV, IG, VDB und DBV (2007): Roadmap Biokraftstoffe. Berlin

Backup-Folien

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Gesetzliche Rahmenbedingungen

• Europa: Mindestanteile von Biotreibstoffen in 2010 bei 5,75%. Bis 2020 auf 10%.

• Deutschland - BioKraftQuG– Biokraftstoffquoten für Biodiesel bis 2010 auf

4,4%; für Bioethanol bis 2010 auf 3,6%. Entspricht 5 Vol %. (Kraftstoffe: E5, E10 ohne Umrüstung; E85 und E100 mit Umrüstung)

– Biokraftstoffgesamtquoten bis 2015 auf 8,00%Prozentsätze bezogen auf Energiegehalt

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Produktion und Nutzung Herstellungsvarianten

Varianten für den Vergleich der Herstellung von 1 MJ Ethanol 95%, auf der Stufe Destillation

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Treibhausgasemissionen bei der Produktion von 1 MJ Bioethanol nach Prozesskette aufgeschlüsselt

Zu 1. Produktion und Nutzung Treibhausgasemissionen I

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1. Produktion und Nutzung Midpoint-Indikatoren

Graphische Darstellung aller Indikatoren zur Beurteilung der Umweltauswirkungen von alternativen Energieträgern.

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1. Produktion und Nutzung Midpoint-Indikatoren

Midpoint-Indikatoren bei der Produktion von 1 MJ Bio-Ethanol, wobei die Skalierung dem Emissions-Maximum aller Treibstoffe entspricht

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Zu 2. Bewertung der BereitstellungHerstellungsvarianten

Varianten für den Vergleich der Herstellung von 1 MJ Ethanol, 99,7% in Wasser, auf der Stufe Tankstelle in der Schweiz

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2. Bewertung der BereitstellungMidpoint-Indikatoren

Midpoint-Indikatoren bei der Produktion un Bereitstellung von 1 MJ Bio-Ethanol an der Schweizer Tankstelle, wobei die Skalierung dem Emissions-Maximum aller untersuchten Treibstoffe entspricht.

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2. Bewertung der BereitstellungAggegierte Bewertung

Aggregierte Bewertung der Produktion und Bereitstellung vin 1 MJ Bio-Ethanol an der Schweizer Tankstelle mit Eco-indicator 99 und UBP 06

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3. Flächenerträgekm-Belastung und Umweltbelastung

Eco-indicator 99

Zweidimensionale Darstellung von Kilometerleistung pro Hektar und und Umweltbelastung nach Eco-indicator 99 pro Hektar für verschiedene Energiepflanzen. --- Korrelation. _ Ausländische Produkte

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3. Flächenerträgekm-Belastung und Umweltbelastung

UBP 06

Zweidimensionale Darstellung von Kilometerleistung pro Hektar und und Umweltbelastung nach UBP 06 pro Hektar für verschiedene Energiepflanzen. ---Korrelation. _ Ausländische Produkte

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4. ÖkologischeGesamtbilanz

Ökologische Gesamtbilanz aller betrachteten, ungemischte Biotreibstoffe imVergleich zur fossilen Referenz. Referenz (=100%) ist jeweils Benzin EURO3.

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4. ÖkologischeGesamtbilanz

Ökologische Gesamtbilanz aller betrachteten, ungemischte Biotreibstoffe imVergleich zur fossilen Referenz. Fehlerbalken = 2,5% / 97,5% Perzentilen berechnet mit M-C-Simulation.