Treibhausgas-Emissionen von Bioenergie-Systemen

– Strom, Wärme und Transport

Gerfried Jungmeier, JOANNEUM RESEARCH

VortragIEA Task 38 nationales Meeting

im Rahmen „Fachgespräch Bioenergieforschung“Graz 7. April 2003

Übersicht

Ergebnisse Strom

Methodik und Umfang

Schlussfolgerungen

Ergebnisse Transport

Aufgabenstellung

Wärme

Transport

StromEnergiesysteme mit Biomasse

Lebenszyklusanalyse für Treibhausgas-Emissionen

Kohlendioxid (CO2) Methan (CH4) Lachgas (N2O)

Strom&Wärme

U m w a n d l u n g i nF a h r z e u g e n

B i o m a s s e

E r n e u e r b a r eB i o m a s s e -

K o h l e n s t o f f -L a g e r s t ä t t e

B i o e n e r g i e - S y s t e m F o s s i l e s E n e r g i e s y s t e m

A b n e h m e n d ef o s s i l e

K o h l e n s t o f f -L a g e r s t ä t t e

U m w a n d l u n g i nF a h r z e u g e n

N e b e n -p r o d u k t e

N e b e n -p r o d u k t e

K o h l e n s t o f f -O x i d a t i o n

K o h l e n s t o f f -F i x i e r u n g

f o s s i l eE n e r g i e t r ä g e r

L a g e r u n gT r a n s p o r t

S c h w a c h s t e i g e n d e r a t m o s p h ä r i s c h e rK o h l e n s t o f f g e h a l t

S t a r k s t e i g e n d e ra t m o s p h ä r i s c h e r

K o h l e n s t o f f g e h a l t

A u f b e r e i t u n g

G e w i n n u n g A u f b e r e i t u n gA n b a u

T r a n s p o r t

E r n t e

E m i s s i o n e nf o s s i l e H i l f s e n e r g i e

E m i s s i o n e nf o s s i l e H i l f s e n e r g i e

E n e r g i e - F l u ßK o h l e n s t o f f - F l u ß

F o s s i l e rT r e i b s t o f f

B i o m a s s eT r e i b s t o f f

T r a n s p o r t d i e n s t l e i s t u n g e nv o n P e r s o n e n u n d G ü t e r n

f o s s i l eH i l f s e n e r g i e

i e f 0 0 0 0 5

A n b a u

A u f b e r e i t u n g

E r n t e

T r a n s p o r t

Lebenszyklus-analyse

Bearbeitung nach

ISO 14 040 „Ökobilanz“

Standard Methodology von IEA Task 38 „Greenhouse Gas Balances of Biomass and Bioenergy Systems“

Empfehlungen von COST Action E9 „Life Cycle Assess- ment of Forestry and Forest Products“

Übersicht: Bioenergie-Systeme

Biomasse-Herkunft

Biomasse-Aufbereitung

Biomasse-Brennstoffe

Biomasse-Verbrennung

Forstwirtschaft

- Durchforstung- Schlagrücklaß

Landwirtschaft

- Ölpflanzen- Miscanthus- u.a.

Gewerbe/Industrie

- Reste Sägeindustrie- Altholz- u.a.

Mech. Verfahren

Therm./chem. Verfahren

Biolog. Verfahren

- Hacken- Pressen

- Vergasung- Veresterung- u.a.

- Methangärung- Alkoholgärung

Feste Brennstoffe

- Hackgut- Rinde- u.a.

Flüssige Brennstoffe

- Methylester- Pflanzenöl- u.a.

Gasförmige Brennstoffe

- Biogas- Holzgas

Strom

Strom & WärmeHeizkraftwerk mit - Dampfturbine - Stirlingmotor - u.a.

Kraftwerk mit - Dampfturbine - Heißluftturbine - u.a.

Transport

PKW mit - VKM - u.a.

Anzahl deruntersuchten Energiesysteme

IST ZUKUNFT Summe IST ZUKUNFT Summe

Strom 8 9 17 7 14 21

Wärme 117 45 162 22 18 40

Strom&Wärme 29 35 64 16 19 35

Transport 24 77 101 10 30 40

Summe 178 166 344 55 81 136

Bioenergie-Systeme FossilesEnergiesysteme

Anzahl deruntersuchten Energiesysteme

IST ZUKUNFT Summe IST ZUKUNFT Summe

Strom 8 9 17 7 14 21

Wärme 117 45 162 22 18 40

Strom&Wärme 29 35 64 16 19 35

Transport 24 77 101 10 30 40

Summe 178 166 344 55 81 136

Bioenergie-Systeme FossileEnergiesysteme

Beispiel Strom:Prozessketten Hackgut und Erdgas

Gewinnung

Hacken

Transport

Kraftwerk

Verteilung

1 kWh Strom

Hackgut VergaserGuD-Kraftwerk (50 MWe)

Erdgasförderung

Transport

Kraftwerk

Verteilung

Referenzsystem ErdgasGuD-Kraftwerk (200 MWe)

Natürlicher Abbau

Referenz-nutzung

Beispiel Strom: THG-Emissionen Hackgut und Erdgas

60,4

48,2

10,9

427

388

39,1

0 100 200 300 400 500

CO2-äq

CO2

CH4

N2O

Emissionsfaktoren [g CO2-äq/kWhStrom]

Erdgas GuD-KraftwerkHackgut Vergaser GuD-Kraftwerk

0,62

0,307

Vergleich Strom: Bioenergie und fossiler Energie

*

Jahr 2020

[g CO2-Äq/kWh] 812 837 427 405

Hackgut/Vergaser GuD-Kraftwerk 60 -93% -93% -86% -85%Holzgas/BHKW 139 -83% -83% -67% -66%Ganzpflanzen/Dampf-Kraftwerk 244 -70% -71% -43% -40%Sägespäne/Dampf-Kraftwerk 31 -96% -96% -93% -92%

Beispiel Transport:Prozessketten Biodiesel und Diesel

Anbau und Ernte

Transport

Verestern

Pressen

Verteilung

Fahrzeug

Transport-Dienstleistung

Biodiesel

Presskuchen

Glycerin

Beispiel Transport:Prozessketten Biodiesel und Diesel

Anbau und Ernte

Transport

Verestern

Pressen

Verteilung

Fahrzeug

Transport-Dienstleistung

BiodieselRohölförderung

Transport

Raffination

Verteilung

Fahrzeug

Referenzsystem Diesel

Presskuchen

Glycerin

Beispiel Transport:Prozessketten Biodiesel und Diesel

Anbau und Ernte

Transport

Verestern

Pressen

Verteilung

Fahrzeug

Transport-Dienstleistung

BiodieselRohölförderung

Transport

Raffination

Verteilung

Fahrzeug

Referenzsystem DieselBrache

Presskuchen

Glycerin

Fläche

Beispiel Transport:Prozessketten Biodiesel und Diesel

Anbau und Ernte

Transport

Verestern

Pressen

Verteilung

Fahrzeug

Transport-Dienstleistung

BiodieselRohölförderung

Transport

Raffination

Verteilung

Fahrzeug

Referenzsystem DieselBrache

Soja-Produktion

Dünger-Produktion

Presskuchen

Glycerin

Fläche

Dünger

Tierfutter

Beispiel Transport:Prozessketten Biodiesel und Diesel

Anbau und Ernte

Transport

Verestern

Pressen

Verteilung

Fahrzeug

Transport-Dienstleistung

BiodieselRohölförderung

Transport

Raffination

Verteilung

Fahrzeug

Referenzsystem DieselBrache

Soja-Produktion

Dünger-Produktion

syn. Glycerin-Produktion

Wärme aus Heizöl

Presskuchen

Glycerin

Fläche

Dünger

Tierfutter

Chem. Rohstoff

Energie

Beispiel Transport:THG-Emissionen Biodiesel und Diesel

46

2,3

62

110

3,6

5,6

194

203

0 50 100 150 200 250

N2O

CH4

CO2

CO2-Äq.

Treibhausgas-Emissionsfaktor CO2-Äq in [g/PKW-km]

Biodiesel RapsDiesel

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45

Transportkosten [€/PKW-km]

Trei

bh

ausg

as-E

mis

sio

nen

[g

CO

2-Ä

q./P

KW

-km

]Vergleich Transport: Bioenergie und fossile Energie

Fossile Treibstoffe

Maissilage

Bioethanol

Biodiesel

Erdgas

Diesel

Benzin

Raps

Altspeiseöl/-fett

Sonnenblumen

Biogas

Schweinegülle

Rindergülle

Mais

Zuckerrüben

Weizen

-

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

1.600

-1.200 -1.000 -800 -600 -400 -200 -Reduktion Treibhausgas-Emissionen in den Jahren 2005 - 2010

[1.000t CO2-Äq/a]

Re

du

kti

on

sk

os

ten

[€

/t C

O2-Ä

q]

0

Szenario:Umsetzung EU-Biotreibstoff-Richtlinie

Bioethanol

Biodiesel

Schlussfolgerungen

Bioenergie-Systeme wesentlich geringere Treibhausgas-Emissionen als fossile Energiesysteme

Spezifische Treibhausgas-Reduktion mit Bioenergie

Wärme am höchsten

Transport am geringsten

Treibhausgas-Reduktionskosten

Wärme: 13 – 290 €/t CO2-Äquivalent

Strom: 33 – 55 €/t CO2-Äquivalent

Transport: 180 – 1.400 €/t CO2-Äquivalent