2.4 Potenzialanalyse
3.3.7 Nutzung von Biomethan und Referenzsysteme
Für die Nutzung von Biomethan werden folgende Anwendungen untersucht:
Nutzung als Treibstoff in einem Erdgas-PKW mit Schadstoffklasse EURO 4. Die Daten für den PKW beziehen sich auf einen Motor, der für einen bivalenten Betrieb mit Benzin und Erdgas ausgelegt ist. In diesem Fall ist der Motor nicht auf einen reinen Erdgasbetrieb optimiert.1 Die Verbrauchsdaten beziehen sich auf sogenannte „Real World Messungen“ und deren Simulation. Im Unterschied zum Typprüfzyklus sind Geschwindigkeiten, Fahrdynamik und Schaltverhalten im realen Verkehr unterschiedlich und führen im Allgemeinen zu höheren Emissionen als der Typprüfzyklus.
Die Methanemissionen beim Erdgas-PKW stammen einerseits aus Methanemissionen, die bereits beim Erdgas-Transport auftreten und andererseits aus unverbrannten bzw. teilverbrannten Kraftstoffkomponenten, die beim Erdgas-PKW vorwiegend aus CH4 bestehen.
Nutzung zur Wärmebereitstellung in einem Brennwertkessel
Nutzung zur Strombereitstellung in einem erdgasbefeuerten Gas- und Dampfkraftwerk (GuD-Kraftwerk)
Nutzung zur Strom- und Wärmebereitstellung in einer Mikro-KWK Anlage mit Gasturbine
Da das Biomethan zu Erdgasqualität aufbereitet wird und ins Erdgasnetz einges-peist, werden für die Biomethannutzung die gleichen Grunddaten wie für Erdgas-verwendung angenommen.
1 Ein Beispiel für einen Erdgas-PKW, der für einen Betrieb mit Erdgas optimiert ist, wäre der Passat EcoFuel.
Tabelle 42 - Grunddaten PKW; Real World Messungen und deren Simulation durch die TU Graz, Institut für Verbrennungskraftmaschinen [vgl. Hofbauer et al 2008]
Spez.
Verbrauch Gewicht CH4 N2O CO NOx NMVOC Partikel [kWh/km] [kg] [g/km] [g/km] [g/km] [g/km] [g/km] [g/km]
EURO 4 vkm
Diesel 0,621 1.380 0,0002 0,0056 0,0820 0,5572 0,0105 0,0210
Benzin 0,708 1.231 0,0019 0,0018 0,6555 0,0364 0,0311 0,0016
Erdgas 0,736 1.385 0,0398 0,0033 0,9821 0,0684 0,0431 0,0055
PKW
Tabelle 43 - Leistungsdaten der Wärmeerzeugung
Nutzungs-grad
Volllast-stunden Leistung Hilfsstrom
[%] [h/a] [kW] [MWh/MWh]
Gasbrennwertkessel 105% 1.600 300 0,02
Pelletkessel 85% 1.600 300 0,04
Ölkessel 87% 1.600 300 0,02
Quelle: Werte aus Gemis-Datensatz Österreich, Umweltbundesamt 2008 Wärmeerzeugung - Leistungsdaten
Tabelle 44- Emissionswerte der Wärmeerzeugung
CH4 SO2 NOx CO NMVOC Staub N2O
Gasbrennwertkessel 2 0 108 72 1 0 4
Pelletkessel 30 13 134 5 90 19 9
Ölkessel 4 130 122 70 18 2 4
Quelle: Werte aus Gemis-Datensatz Österreich, Umweltbundesamt 2009 und Jungmeier et al 1997 Wärmeerzeugung - Emissionen
3.4 Ergebnisse
In diesem Abschnitt sind die Ergebnisse der Lebenszyklusanalyse für die untersuch-ten Umweltwirkungen in Tabellenform dargestellt. Diagramm zu ausgewähluntersuch-ten Er-gebnissen befinden sich im Abschnitt „4.2 Ökologische Bewertung der Nutzungspfa-de in einer Lebenszyklusanalyse“.
3.4.1 Treibhausgasemissionen 3.4.1.1 Transportdienstleistung
Tabelle 45 und Tabelle 46 zeigen die Ergebnisse für die Treibhausgasemissionen bei Biomethannutzung in einem PKW zur Bereitstellung einer Transportdienstleistung im Vergleich zu Referenzsystemen.
Tabelle 45 – Treibhausgasemissionen einer PKW-Transportdienstleistung mit Bio-methan im Vergleich zu Benzin, Diesel und Erdgas. Prozesswärmebereit-stellung für Biomethanerzeugung mit fester Biomasse.
Treibhausgasemissionen CO2 CH4 N2O Summe
[g CO2-Äq./PKW-km]
Benzin 245 4 1 250
Diesel 198 3 2 203
Erdgas 191 28 1 221
800 Nm³/h_85% Energiefruchtfolge+15% Gülle 64 -13 14 65
800 Nm³/h_87% Int. Fruchtfolge+13% Gülle 64 -13 14 65
500 Nm³/h_100% Reststoffe 94 7 -3 98
400 Nm³/h_70% Zwischenfrüchte+30% Stroh* 57 6 17 79
250 Nm³/h_40% Mais+52% Gülle+8% Reststoffe 62 -59 18 21
300 Nm³/h_10% Mais+60% Gülle+30% Reststoffe 58 -48 13 22
250 Nm³/h_52% Int. Fruchtfolge+6% Stroh+43% Gülle* 62 -76 13 -1
27 Nm³/h_50% Wiesengras+50% Gülle 55 -46 15 23
27 Nm³/h_25% Schweinegülle+75% Rindergülle 44 -382 -1 -339
7 Nm³/h_56% Schweinegülle+44% Hühnermist 35 -151 -2 -118
*zukünftige Technologie
[g CO2-Äq./PKW-km]
Tabelle 46 – Treibhausgasemissionen einer PKW-Transportdienstleistung mit Bio-methan im Vergleich zu Benzin, Diesel und Erdgas. Prozesswärmebereit-stellung für Biomethanerzeugung mit Biogas.
CO2 CH4 N2O Summe
[g CO2-Äq./PKW-km]
Benzin 245 4 1 250
Diesel 198 3 2 203
Erdgas 191 28 1 221
600 Nm³/h_85% Energiefruchtfolge+15% Gülle 40 -20 18 38
400 Nm³/h_100% Reststoffe 80 7 -4 83
130 Nm³/h_52% Int.Fruchtfolge+6% Stroh+43% Gülle* 45 -154 23 -86
22 Nm³/h_50% Wiesengras+50% Gülle 35 -58 18 -4
20 Nm³/h_25% Scheinegülle+75% Rindergülle 28 -548 -3 -522
*zukünftige Technologie Treibhausgasemissionen
[g CO2-Äq./PKW-km]
3.4.1.2 Wärmebereitstellung
Tabelle 47 und Tabelle 48 zeigen die Ergebnisse für die Treibhausgasemissionen bei Biomethannutzung in einem Brennwertkessel zur Wärmebereitstellung im Vergleich zu Referenzsystemen.
Tabelle 47 - Treibhausgasemissionen der Wärmebereitstellung mit Biomethan im Vergleich zu Pellet, Öl und Erdgas. Prozesswärmebereitstellung für Bio-methanerzeugung mit fester Biomasse.
CO2 CH4 N2O Summe
[g CO2-Äq./kWh]
Pellet 45 2 4 51
Öl 342 3 1 346
Erdgas 224 33 1 259
800 Nm³/h_85% Energiefruchtfolge+15% Gülle 60 -21 18 57
800 Nm³/h_87% Int. Fruchtfolge+13% Gülle 60 -21 18 57
500 Nm³/h_100% Reststoffe 99 6 -5 99
400 Nm³/h_70% Zwischenfrüchte+30% Stroh* 51 4 21 75
250 Nm³/h_40% Mais+52% Gülle+8% Reststoffe 57 -80 23 1
300 Nm³/h_10% Mais+60% Gülle+30% Reststoffe 52 -66 16 2
250 Nm³/h_52% Int. Fruchtfolge+6% Stroh+43% Gülle* 57 -102 16 -29
27 Nm³/h_50% Wiesengras+50% Gülle 48 -64 19 3
27 Nm³/h_25% Schweinegülle+75% Rindergülle 34 -499 -2 -467
7 Nm³/h_56% Schweinegülle+44% Hühnermist 23 -200 -3 -180
*zukünftige Technologie Treibhausgasemissionen
[g CO2-Äq./kWh]
Tabelle 48 - Treibhausgasemissionen der Wärmebereitstellung mit Biomethan im Vergleich zu Pellet, Öl und Erdgas. Prozesswärmebereitstellung für Bio-methanerzeugung mit Biogas.
CO2 CH4 N2O Summe
[g CO2-Äq./kWh]
Pellet 45 2 4 51
Öl 342 3 1 346
Erdgas 224 33 1 259
600 Nm³/h_85% Energiefruchtfolge+15% Gülle 29 -30 23 22
400 Nm³/h_100% Reststoffe 82 5 -6 81
130 Nm³/h_52% Int.Fruchtfolge+6% Stroh+43% Gülle* 35 -204 30 -139
22 Nm³/h_50% Wiesengras+50% Gülle 23 -79 23 -33
20 Nm³/h_25% Scheinegülle+75% Rindergülle 14 -714 -4 -704
*zukünftige Technologie Treibhausgasemissionen
[g CO2-Äq./kWh]
3.4.1.3 Strombereitstellung
Tabelle 49 und Tabelle 50 zeigen die Ergebnisse für die Treibhausgasemissionen bei Biomethannutzung in einem Erdgas GuD-Kraftwerk zur Strombereitstellung im Ver-gleich zu einem erdgasbetriebenen Referenzsystem.
Tabelle 49 - Treibhausgasemissionen der Strombereitstellung mit Biomethan im Vergleich zu Erdgas. Prozesswärmebereitstellung für Biomethanerzeu-gung mit fester Biomasse.
CO2 CH4 N2O Summe
[g CO2-Äq./kWh]
Erdgas 415 63 6 483
800 Nm³/h_85% Energiefruchtfolge+15% Gülle 103 -41 37 99
800 Nm³/h_87% Int. Fruchtfolge+13% Gülle 103 -40 37 100
500 Nm³/h_100% Reststoffe 176 10 -6 180
400 Nm³/h_70% Zwischenfrüchte+30% Stroh* 85 7 43 135
250 Nm³/h_40% Mais+52% Gülle+8% Reststoffe 97 -153 47 -8
300 Nm³/h_10% Mais+60% Gülle+30% Reststoffe 87 -126 34 -5
250 Nm³/h_52% Int. Fruchtfolge+6% Stroh+43% Gülle* 96 -194 33 -64
27 Nm³/h_50% Wiesengras+50% Gülle 80 -122 39 -3
27 Nm³/h_25% Schweinegülle+75% Rindergülle 53 -951 -1 -899
7 Nm³/h_56% Schweinegülle+44% Hühnermist 32 -382 -3 -352
*zukünftige Technologie Treibhausgasemissionen
[g CO2-Äq./kWh]
Tabelle 50 - Treibhausgasemissionen der Strombereitstellung mit Biomethan im Vergleich zu Erdgas. Prozesswärmebereitstellung für Biomethanerzeu-gung mit Biogas.
CO2 CH4 N2O Summe
[g CO2-Äq./kWh]
Erdgas 415 63 6 483
600 Nm³/h_85% Energiefruchtfolge+15% Gülle 44 -58 46 33
400 Nm³/h_100% Reststoffe 143 9 -8 144
130 Nm³/h_52% Int.Fruchtfolge+6% Stroh+43% Gülle* 55 -389 59 -274
22 Nm³/h_50% Wiesengras+50% Gülle 32 -150 47 -72
20 Nm³/h_25% Scheinegülle+75% Rindergülle 15 -1361 -4 -1351
*zukünftige Technologie Treibhausgasemissionen
[g CO2-Äq./kWh]
3.4.1.4 Strom- und Wärmebereitstellung
Tabelle 51 zeigt die Ergebnisse für die Treibhausgasemissionen bei Biomethannut-zung in einer Mikro-KWK-Anlage mit Gasturbine zur Strom- und Wärmebereitstel-lung im Vergleich zu einem erdgasbetriebenen Referenzsystem bei 100%iger
Wär-menutzung. Tabelle 52 und Tabelle 53 zeigen die Ergebnisse für die Nutzung Biogas in einem Biogas-BHKW zur Strom- und Wärmebereitstellung für 100%ige Wärme-nutzung und einen Gesamtanlagewirkungsgrad von 60%.
Tabelle 51 - Treibhausgasemissionen für die Strom- und Wärmebereitstellung mit Biomethan in einer Mikro-KWK (Gasturbine) im Vergleich zu Erdgas
CO2 CH4 N2O Summe
[g CO2-Äq./kWh Strom+Wärme]
Erdgas Mikro KWK 302 46 4 351
800 Nm³/h_85% Energiefruchtfolge + 15% Gülle 74 -29 27 71
400 Nm³/h_70% Zwischenfrüchte+30% Stroh* 104 7 -6 104
20 Nm³/h_25% Schweinegülle+75% Rindergülle 10 -991 -4 -985
*zukünftige Technologie
Treibhausgasemissionen
[g CO2-Äq./kWh Strom+Wärme]
Tabelle 52 - Treibhausgasemissionen für ein Biogas-BHKW mit 100% Wärmenut-zung. Werte nicht direkt vergleichbar da unterschiedliche Verhältnisse von Strom- zu Wärmenutzung
CO2 CH4 N2O Summe
[g CO2-Äq./kWh Strom+Wärme]
1500 Nm³/h_85% Energiefruchtfolge+15% Gülle 25 -13 27 39
800 Nm³/h_100% Reststoffe 107 34 -7 134
450 Nm³/h_52% Int.Fruchtfolge+6% Stroh+43% Gülle* 38 -175 32 -105
45 Nm³/h_50% Wiesengras+50% Gülle 18 -76 29 -29
45 Nm³/h_25% Scheinegülle+75% Rindergülle 5 -813 -3 -811
*zukünftige Technologie
Treibhausgasemissionen
[g CO2-Äq./kWh Strom+Wärme]
Tabelle 53 - Treibhausgasemissionen für ein Biogas-BHKW mit 60% Gesamtwir-kungsgrad. Werte nicht direkt vergleichbar da unterschiedliche Verhält-nisse von Strom- zu Wärmenutzung
CO2 CH4 N2O Summe
[g CO2-Äq./kWh Strom+Wärme]
1500 Nm³/h_85% Energiefruchtfolge+15% Gülle 40 -21 43 62
800 Nm³/h_100% Reststoffe 135 43 -9 169
450 Nm³/h_52% Int.Fruchtfolge+6% Stroh+43% Gülle* 48 -222 40 -133
45 Nm³/h_50% Wiesengras+50% Gülle 27 -116 44 -45
45 Nm³/h_25% Scheinegülle+75% Rindergülle 8 -1369 -5 -1366
*zukünftige Technologie
Treibhausgasemissionen
[g CO2-Äq./kWh Strom+Wärme]