Nutzungsvarianten für Gras Beschreibung der Varianten

Die funktionelle Einheit für alle Nutzungsvarianten lautet „1 kg Trockensubstanz (TS) an Gras“. Auf-grund der vorhandenen Datensätze wurden die nachfolgenden Nutzungsvarianten untersucht.

Tabelle 15 Darstellung der Varianten für den Vergleich der Nutzung von 1 kg TS Gras in der Schweiz, sowie der resultierenden Energiemengen

Nutzung Datensätze Alternative Energieträger Menge Einheit Substituierte Datensätze

Wärmeproduktion gem. Angaben im Kap.

MJ 2.28 Wärme &

Strom Nutzwärme, ab BHKW mit Gasmotor,

Bio-gas, aus Gras, Allokation Exergie, CH 4.2.1

kWh

0.368 Stromproduktion gem. Angaben im Kap.

Strom, ab BHKW mit Gasmotor, Biogas,

aus Gras, Allokation Exergie, CH 4.2.1

kg 0.06

Proteine 1 kg Proteine ersetzt 4.2 kg

Pro-teinerbsen kg

0.40

Fasern 0.85 kg Steinwolle / kg

Wärmeproduktion gem. Angaben im Kap.

MJ 2.46 Wärme &

Strom

Nutzwärme, ab BHKW mit Zündstrahlmotor,

Biogas, aus Gras, Allokation Exergie, CH 4.2.1

kWh 0.418

Strom, ab BHKW mit Zündstrahlmotor, Biogas, aus Gras, Allokation Exergie, CH

Stromproduktion gem. Angaben im Kap. 4.2.1

kg 0.06

Proteine 1 kg Proteine ersetzt 4.2 kg

Pro-teinerbsen kg

0.40

Fasern 0.85 kg Steinwolle / kg

Transportleistung gem. Angaben im Kap.

Pkm 2.13

Treibstoff (Methan)

Transport, Pkw, Methan, 96 Vol.-%, aus

Gras 4.2.2

kg 0.06

Proteine 1 kg Proteine ersetzt 4.2 kg

Pro-teinerbsen kg

0.40

Fasern 0.85 kg Steinwolle / kg

Transportleistung gem. Angaben im Kap.

Pkm 2.03

Treibstoff

(Ethanol) Transport, Pkw, Ethanol, 99.7 Vol-%, aus

Gras 4.2.2

kg 0.0996

Proteine 1 kg Proteine ersetzt 4.2 kg

Pro-teinerbsen kg

0.2

Fasern 0.85 kg Steinwolle / kg

Resultate

In Abbildung 99 ist der Nettonutzen der oben aufgeführten verschiedenen Nutzungsmöglichkeiten von Gras für die Umweltaspekte „Verbrauch an nicht-erneuerbaren Energieträgern“ (KEA, nicht erneuer-bar) und „Treibhauspotential“ dargestellt.

• Sowohl der Einsatz als Treibstoff, wie auch die Nutzung in einem BHKW zeigen bezüglich „KEA, nicht erneuerbar“ und „Treibhauspotential“ ein positiver Nettonutzen.. Beim Einsatz in einem Blockheizkraftwerk beider Typen (Zündstrahlmotor bzw. Gasmotor) ist der Nettonutzen sowohl bei der Maximum-, wie auch bei der Minimum-Variante deutlich positiv. Die deutlichen Unterschiede bei der kombinierten Nutzung in BHKW und sind auf die unterschiedlichen Heizsysteme, resp.

Strommixe zurückzuführen (siehe Kap. 4.2.1).

• Bezüglich Treibhauspotentials präsentiert sich der Einsatz von Gras zur Herstellung von Ethanol-Treibstoff am vorteilhaftesten. Die Ethanolnutzung im PKW hebt sich wegen des Zusatznutzens des Proteins (Proteine ersetzten THP) relativ deutlich von den anderen Varianten ab. Zudem wirkt sich der Methanschlupf beim Reinigungsprozess zur Methanherstellung im Vergleich zu Ethanol

negativ auf das Treibhauspotential aus. Die anderen untersuchten Varianten zum Treibhauspoten-tial sind zwar ebenfalls positiv, ihr Nettonutzen ist jedoch nur etwa halb so gross im Vergleich mit Ethanol aus Gras.

Nettonutzen (KEA, nicht-erneuerbar)

0 2 4 6 8 10 12

BHKW (Gasmotor) BHKW (Zündst'm.) PKW (Methan) PKW (Ethanol)

MJ / kg Gras

Nettonutzen MAX Nettonutzen MIN

Nettonutzen (Treibhauspotential)

0 0.4 0.8 1.2

kg CO2-Äq / kg Gras

Nettonutzen MAX Nettonutzen MIN

Abbildung 99 Nettonutzen (KEA nicht-erneuerbar / Treibhauspotential) der verschiedenen Nutzungsvarianten von 1 kg Biogas aus Gras. Ein Nettonutzen > 0 bedeutet dass die Nutzung des Alternative Energieträgerträ-gers eine geringere Umweltbelastung verursacht, als der Einsatz traditioneller Energieträger.

• In allen Kombinationen (Minimum-, Maximum-Varianten) führt die Nutzung von Biogas aus Gras zu einem positiven Nettonutzen. Während beim KEA die Methan-Variante einen deutlich geringe-ren Nutzen als die drei andegeringe-ren Varianten aufweist (bei Betrachtung des maximalen Nutzens), so zeigt das THP einen deutlich höheren Nutzen für Ethanol-Pfad im Vergleich zu den drei anderen untersuchten Varianten. Letzteres ist in erster Linie auf den erhöhten Anteil an Proteinen zurück-zuführen, welcher bei der Ethanol-Varianten entsteht und damit die Landwirtschaftsproduktion von Eiweisserbsen substituiert.

Abbildung 100 zeigt den Nettonutzen bei einer Betrachtung mit aggregierenden Methoden (UBP’06 resp. EI’99).

Nettonutzen (UBP'06 & EI'99)

0.E+00 2.E-02 4.E-02 6.E-02 8.E-02 1.E-01 1.E-01

BHKW (Gasmotor) BHKW (Zündst'm.) PKW (Methan) PKW (Ethanol)

EI'99-Pt / kg Gras

0 500 1000 1500 2000 2500

UBP-Pt / kg Gras

EI'99 MAX EI'99 MIN UBP'06 MAX UBP'06 MIN

Abbildung 100 Nettonutzen (Gesamtbeurteilung mit UBP’06 resp. Eco-indicator’99) der verschiedenen Nutzungsvari-anten 1 kg TS Gras. Ein Nettonutzen > 0 bedeutet dass die Nutzung des Alternative Energieträgerträ-gers eine geringere Umweltbelastung verursacht, als der Einsatz traditioneller Energieträger.

• Alle in Betracht gezogenen Varianten zeigen für beide Methode (UBP’06 und EI’99) sowohl bei den Minimum- als auch bei den Maximum-Werten einen positiven Nettonutzen. Für Ethanol aus Gras ist der Nettonutzen zum herkömmlichen Treibstoff praktisch doppelt so gross wie derjenige von Methan aus Gras. Dies ist darauf zurück zu führen, dass die Produktion von Methan weit mehr Ammonium- und Methan-Emissionen hervorruft und auch bei den chemischen Oxidanten (COD), dem Nitrat (beides Emissionen ins Wasser) sowie dem Landverbrauch schlechter ab-schneidet als das Ethanol aus Gras. Weiter fällt wiederum der Zusatznutzen des Proteineinsatzes für Ethanol positiv ins Gewicht.

Abbildung 101 zeigt den Nettonutzen bei einer Betrachtung mit einer Reihe von verschiedenen Mid-point-Indikatoren.

Nettonutzen (Atemwegserkrankungen)

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 BHKW (Gasmotor)

BHKW (Zündst'm.) PKW (Methan) PKW (Ethanol)

EI-99-Punkte / kg Gras

Nettonutzen (Sommersmog)

0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004

kg C2H4-Äq / kg Gras

Nettonutzen (Versauerung)

-0.005 -0.004 -0.003 -0.002 -0.001 0 kg SO2-Äq / kg Gras

Nettonutzen (Eutrophierung)

-0.001 -5E-04 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 BHKW (Gasmotor)

0 0.001 0.002 0.003 0.004

m3 / kg Gras

Nettonutzen MAX Nettonutzen MIN

Abbildung 101 Nettonutzen (verschiedene Midpoint-Indikatoren – siehe Kapitel 2.8) der verschiedenen Nutzungsvari-anten 1 kg TS Gras. Ein Nettonutzen > 0 bedeutet dass die Nutzung des Alternative Energieträgerträ-gers eine geringere Umweltbelastung verursacht, als der Einsatz traditioneller Energieträger.

- Die Resultate bei den Midpoint-Indikatoren sind etwas widersprüchlicher. Bei den Indikatoren Atemwegserkrankungen, Sommersmog, terrestrische Ökotoxizität und Landnutzung weist Gras gegenüber traditionellen Energieträgern einen deutlichen Nettonutzen aus, und zwar bei beiden betrachteten Verwendungsformen (Treibstoff, Strom/Wärme). Dagegen schneidet bei den Indi-katoren Eutrophierung und Versauerung die Nutzung von Gras meist schlechter ab (Ausnahme:

Eutrophierung --> Vergleich mit Ethanol-betriebenem PKW – aufgrund der grösseren Menge an Proteinen, welche erzeugt werden).

- Bei den Atemwegserkrankungen, der Versauerung und der terrestrischen Ökotoxizität sind bei der BHKW-Betrachtung z.T. deutliche Unterschiede zwischen Min.- und Max.-Variante zu erken-nen. Beim Sommersmog im Falle der beiden BHKWs ergibt sich für das grasbetriebene BHKW mit Zündstrahlmotor eine schlechtere Bilanz als für das BHKW mit Gasmotor. Ursache dafür sind die besseren Verbrennungswerte beim BHKW mit Gasmotor im Gegensatz zum BHKW mit Zündstrahlmotor (etwa dreimal weniger CO- und Schwefelausstoss!). Im Falle der Min.-Variante (Vergleich mit kleinem Heizkessel und Strom ab Gas- und Dampfturbinenkraftwerk) tritt beim Zündstrahlmotor-BHKW sogar ein negativer Nettonutzen auf. Der Sommersmog-Indikator setzt sich bei den BHKWs zu ca. 50% aus CO und SO2-Emissionen zusammen, bei Ethanol und Me-than sogar zu ca. 75% (60% CO und 15% SO2).

Sensitivitätsanalyse „Keine Vermarktung der Gras-Fasern“

Im Datensatz für die Vergärung wird aufgrund der gewählten Allokation (C-Bilanz für den Gras-Input / Ökonomische Kriterien für übrigen In- und Outputs) zwischen 51 und 75% der Belastung der Faser alloziiert. Da die dieser Bilanz zugrunde liegende Anlage in Schaffhausen aus wirtschaftlichen Gründen bereits wieder geschlossen wurde, wird hier mittels einer Sensitivitätsanalyse der Einfluss

eines Wegfalles der Vermarktung der Fasern auf den Nettonutzen der verschiedenen Varianten unter-sucht. In Abbildung 102 und Abbildung 103 ist deshalb der Nettonutzen ohne Nutzung der Fasern dargestellt (KEA, THP, sowie die beiden aggregierenden Methoden UBP’06 und EI’99).

Nettonutzen (KEA, nicht-erneuerbar)

-2 -1 0 1 2 3 4 5

BHKW (Gasmotor) BHKW (Zündst'm.) PKW (Methan) PKW (Ethanol)

MJ / kg Gras

Nettonutzen MAX Nettonutzen MIN

Nettonutzen (Treibhauspotential)

0 0.2 0.4 0.6

kg CO2-Äq / kg Gras

Nettonutzen MAX Nettonutzen MIN

Abbildung 102 Nettonutzen (KEA nicht-erneuerbar / Treibhauspotential) der verschiedenen Nutzungsvarianten von 1 kg Biogas aus Gras. Ein Nettonutzen > 0 bedeutet dass die Nutzung des Alternative Energieträgerträ-gers eine geringere Umweltbelastung verursacht, als der Einsatz traditioneller Energieträger.

• In allen dargestellten Bewertungsfaktoren sinkt der Nettonutzen massiv im Vergleich zu den oben gezeigten Resultaten mit Nutzung der Fasern. Im Falle des KEA kann es bei der Nutzung in ei-nem BHKW sogar zu eiei-nem Nettoschaden kommen – d.h. eine geschickte Kombination von fossi-ler Heizung und Strommix kann bezüglich KEA günstiger Abschneiden als die Nutzung von Bio-gas aus Gras.

• Im Fall des Eco-indicators’99 zeigt nur noch die Nutzung als Ethanol-Treibstoff einen positiven Nettonutzen – alle drei anderen hier betrachteten Fälle weisen dort einen Nettoschaden auf. Der Grund ist in der Belastung zu finden, welche das Gras (d.h. Landwirtschaft !) mit sich bringt.

Nettonutzen (UBP'06 & EI'99)

-3.E-02 0.E+00 3.E-02 5.E-02 8.E-02

BHKW (Gasmotor) BHKW (Zündst'm.) PKW (Methan) PKW (Ethanol)

EI'99-Pt / kg Gras

-500 -300 -100 100 300 500 700 900 1100 1300 1500 UBP-Pt / kg Gras

EI'99 MIN EI'99 MAX UBP'06 MAX UBP'06 MIN

Abbildung 103 Nettonutzen (Gesamtbeurteilung mit UBP’06 resp. Eco-indicator’99) der verschiedenen Nutzungsvari-anten 1 kg TS Gras. Ein Nettonutzen > 0 bedeutet dass die Nutzung des Alternative Energieträgerträ-gers eine geringere Umweltbelastung verursacht, als der Einsatz traditioneller Energieträger.

Fazit

- Die Nutzung von Gras macht eigentlich nur dann ökologisch gesehen Sinn, wenn man die Fa-sern ebenfalls einer stofflichen Nutzung zuführen kann. Ist diese Voraussetzung gegeben, so kann Gras sowohl im Treibstoffbereich (flüssig oder gasförmig), wie auch als Brennstoff in einem BHKW eingesetzt werden. Von den hier untersuchten Varianten schneidet dabei keine signifi-kant vorteilhafter als die anderen Varianten ab. Die Ethanol-Variante zeigt teilweise höhere Nut-zenwerte als die Methan-Varianten, primär aufgrund der grösseren Menge an Proteinen, welche aus dem Prozess gewonnen werden können.

4.4 BEWERTUNG UNTERSCHIEDLICHER NUTZUNGSVARIANTEN FÜR BIOGENE ABFÄLLE

Im Dokument ÖKOBILANZ VON ENERGIEPRODUKTEN: (Seite 140-146)