Systematik

Sämtliche Daten zur ökologischen Bewertung wurden von den Fa. ESU-services GmbH in Uster und Carbotech AG in Basel zusammengestellt. Die Grundlagendaten stammen aus der ecoinvent-Daten-bank, die getroffenen Annahmen zur Bewertung der verschiedenen Heizsysteme finden sich in [27] bis [33]. Es wird davon ausgegangen, dass die Wärmepumpe über ihre Lebensdauer kein Kältemittel ver-liert und dass zur Deckung des Betriebsstromes bei allen Systemen Schweizer Verbraucher-Strommix bezogen wird (ausser Variante mit Photovoltaikanlage).

Grundsätzlich wurde die Umweltbelastung jeweils in die Anteile „Infrastruktur“ und „Betrieb“ aufge-schlüsselt. Unter Infrastruktur fallen alle Anlagenbestandteile auf dem Grundstück, die für die Warm-wasserbereitstellung benötigt werden. Dazu gehören unter anderem die thermische Solaranlage, die Wärmepumpe resp. der Kessel mit Kamin, der Wärmespeicher sowie Sanitärinstallationen mit Wärme-dämmung. Die Bewertung der Umweltbelastung durch die Photovoltaikanlage wird in Kapitel 5.1.2 separat erörtert. Sie ist massgeblich davon abhängig, von wem der produzierte Solarstrom genutzt wird.

Unter Betrieb sind die Bereitstellung der bezogenen Endenergie (Brennstoffe, Elektrizität, Transport zum Kunden), die Betriebsemissionen selbst sowie der Anlagenunterhalt (beispielsweise die Ascheent-sorgung bei der Pelletsfeuerung) zusammengefasst. Berücksichtig wird jeweils nur die Energie, die zur Trinkwassererwärmung benötigt wird. In der Kategorie Betrieb mit berücksichtigt sind auch Infra-strukturbestandteile ausserhalb des Grundstücks, welche zur Bereitstellung der gelieferten Endenergie benötigt werden. In der Bewertung vom Strombezug für den Betrieb der Wärmepumpe ist beispiels-weise auch die Umweltbelastung, welche durch die Erstellung des Kraftwerks sowie der Netzinfra-struktur für den Stromtransport zum Verbraucher entsteht.

Die Wärmeerzeugeranlagen werden jeweils so ausgelegt, dass der gesamte Wärmebedarf des Ge-bäudes gedeckt werden kann, also nebst der der Wärme zur Trinkwasserbereitstellung auch die Heiz-wärme zur Gebäudebeheizung. Bei den betrachteten Gebäuden wird aber jeweils nur rund ¼ der gesamthaft bezogenen Wärme für Warmwasser benötigt (50 MJ/m² gemäss SIA 380/1 Standard-nutzung EFH). Entsprechend wurde die Umweltbelastung der Infrastrukturbestandteile, welche sowohl für die Warmwasserbereitstellung als auch die Heizwärmeproduktion erforderlich sind (z. Bsp. Brenn-stoffspeicher), jeweils energiegewichtet zu 25 % angerechnet. Infrastruktur, die einzig zur Warm-wasserbereitstellung dient (Solaranlage sowie Trinkwasserspeicher), wurde hingegen zu 100% in die Umweltwirkung einberechnet.

5.1.1 Treibhauspotential und Methode der ökologischen Knappheit

Die ökologische Bewertung erfolgt einerseits anhand des Teilaspektes der Treibhausgas-Emissionen (ausgedrückt als Treibhauspotential in Kilogramm CO₂-Äquivalent pro Jahr) und andererseits mittels der mehrere Umwelteinwirkungen umfassenden ökologischen Bewertung nach der Methode der öko-logischen Knappheit (in Umweltbelastungspunkten UBP 2006).

Das Treibhauspotential bezifferte die Summe der jährlichen Emissionen an Treibhausgasen welche während der Erstellung und dem Betrieb der Anlagen anfallen. Die bei der Erstellung und Entsorgung der Anlage einmalig entstehenden Emissionen werden dabei gleichmässig über die gesamte Lebens-dauer verteilt. Da nebst Kohlendioxid viele weitere Substanzen zum Treibhauseffekt beitragen, werden diese ebenfalls mit berücksichtigt. Die Klimawirkung unterschiedlicher Substanzen ist im Allgemeinen aber nicht identisch mit einer gleichgrossen Menge von Kohlendioxid (sie kann je nach Stoff stärker oder schwächer ein), sie wird daher auf eine Menge CO2 umgerechnet welche eine identische Klima-wirkung aufweisen würde (CO2-Äquivalent). Anhand des Treibhauspotential können Entscheidungen

basierend auf der Klimaschädlichkeit eines Systems getroffen werden: Je höher das gesamte Treib-hauspotential ist, desto stärker wirkt sich die Anlage schädigend auf das Klima aus.

Während sich die Emission von Treibhausgasen auf eine ganz bestimmte Umweltwirkung (die Klima-veränderung) bezieht, wird mittels Umweltbelastungspunkten die Summe verschiedener Umwelt-belastungen in einer einzigen Kennzahl ausgedrückt. Bei dieser Zusammenfassung („Vollaggregation“) stellt sich die Frage nach der Bewertung unterschiedlicher Umwelteinflüsse. Wie soll beispielsweise die Umweltbelastung von einer zusätzlichen Tonne CO₂ in der Atmosphäre als Zahl berechnet werden?

Und ist die Belastung von beispielsweise 1 kg eines Schwermetalls im Boden vergleichsweise grösser, gleich oder kleiner? Eine solchermassen umfassende Beurteilung der Umweltsituation lässt sich nicht immer streng wissenschaftlich durchführen, sondern muss öfter auch auf subjektive Kriterien zurück-greifen. Die Beurteilung basiert deshalb auch auf einer individuellen Prioritätensetzung beim Betrachten verschiedener Teilaspekte.

Die hier angewendete Bewertung mit Umweltbelastungspunkten (UBP 2006) nach der Methode der ökologischen Knappheit ist in [4] ausführlich beschrieben. Sie orientiert sich an politischen Zielvorgabe für Ressourcenverbrauch und Emissionen, beispielsweise an dem Ziel der 2000-Watt Gesellschaft (1 Tonne CO2-Emissionen pro Person und Jahr beziehungsweise 2000 W pro Person) oder der Luftreinhalteverordnung (LRV). Wird von einem Schadstoff viel emittiert und sind strenge Zielvorgaben gegeben, so wird die Umwelbelastung dieser Emission entsprechend höher gewichtet, was sich in mehr Umweltbelastungspunkten niederschlägt (Distanz zur Umweltzielsetzung ist gross). Umgekehrt gibt es aber auch Umwelteinwirkungen für die keine politischen Zielvorgaben existieren, solche werden bei dieser Methode entsprechend gar nicht berücksichtigt. Die Umweltschädlichkeit eines Stoffes oder Verbrauchs von Ressourcen wird also über den Zustand und politisch vorgegebene Ziele zu einem ganz bestimmten Zeitpunkt bewertet, bei der angewendeten Methode mittels UBP 2006 liegt die Situation im Jahr 2006 zugrunde. Die Methodik impliziert, dass bei der Bewertung eine regelmässige Aktualisierung der Datengrundlage und Anpassung an die gegenwärtigen Rahmenbedingungen (aktuelle Emissionen und Zielvorgaben) nötig wird. Dass die Umweltbelastung an politischen Zielen gemessen wird bedeuted überdies, das die Bewertung mittels UBP 2006 nur für eine bestimmte Region -hier die Schweiz- gültig ist.

Neben der Methodik der ökologischen Knappheit existieren verschiedene andere Modelle um unter-schiedliche Umwelteinflüsse mit nur wenigen oder gar einer einzigen Kennzahl zu beziffern, beispiels-weise mittels ecoindicator `99. Es ist aber zu beachten, dass Ergebnisse von Umweltbewertungen unterschiedlicher Methoden nicht miteinander verglichen werden können, da verschiedene Umwelt-wirkungen je nach Bewertungsmethodik auch unterschiedlich stark gewichtet werden.

5.1.2 Photovoltaikanlagen und ökologischer Mehrwert

Die korrekte ökologische Bewertung eines Gutes sieht vor, die Umweltbelastung jeweils dessen Ver-braucher zu belasten. Tatsächlich ist dieser durch den Verbrauch auch Verursacher der entstehenden Umweltbelastung. Die blosse Erstellung einer Solaranlage generiert einem Bauherren per se also noch keinen ökologischen Mehrwert gegenüber „konventioneller“ Wärme oder Strom. Entscheidend ist, wer die erzeugte Solarenergie verbraucht und ob damit „konventionell“ erzeugte Energie ersetzt werden kann. Im betrachteten Fall „Einfamilienhaus“ wird der Ersteller einer thermischen Solaranlage die produzierte Wärme auch selbst nutzen. Er trägt zwar die Umweltbelastung der Solaranlage (Infra-struktur), durch die Substitution von „konventionell erzeugter Wärme“ sinkt aber auch die verursachte Umweltbelastung seiner Wärmeerzeugung im Betrieb. Der Bauherr erhält durch die Nutzung seiner Solaranlage also einen „ökologischen Mehrwert“.

Bei der Stromproduktion ergibt sich eine etwas andere Situation. In einem Netzverbund lässt sich der erzeugte Strom (Elektronen) grundsätzlich nicht einzelnen Verbrauchern zuweisen, er verteilt sich nach physikalischen Gesetzmässigkeiten selbständig im Netz. Um dennoch auch die ökologische Qualität von Solarstrom ausweisen zu können, wird dieser in zwei Komponenten aufgeteilt: In die physikalisch erzeugten freien Elektronen und in seinen ökologischen Mehrwert (Stromqualität). Die Einspeisung von

Elektronen in das Stromnetz wird mit etwa 16 Rp./kWh vergütet, die Verteilung erfolgt „von alleine“ je nach Lastsituation im Netz. Der ökologische Mehrwert kann parallel dazu in Form eines Herkunfts-nachweises gehandelt werden, zu Preisen von ungefähr 50 Rp. je Kilowattstunde (zum Zeitpunkt der Studienerstellung). Der ökologische Mehrwert von Strom der in einer Photovoltaikanlage produziert wird lässt sich somit explizit an einzelne Verbraucher verkaufen, beispielsweise über eine Ökostrom-börse. Tatsächlich übernimmt zum Beispiel die EBM Solarstrom auch von kleineren Photovoltaik-anlagen ab 1 kW_Peak an ihre Naturstrombörse [34]. Durch den Erwerb des Herkunftsnachweises, den Einkauf von Solarstrom also, hat der Verbraucher die Garantie, dass die gekaufte Menge irgendwo produziert und in’s Netz eingespiesen wurde. Die Umweltbelastung der Solaranlage würde in diesem Fall zwar ebenfalls dem Ökostrombezüger angelastet, dieser kann dafür aber auch auf konventionell erzeugten Strom mit höherer Umweltbelastung verzichten.

Der Betreiber einer Photovoltaikanlage könnte also den gesamten ökologischen Mehrwert des produ-zierten Solarstromes verkaufen und selbst nur Schweizer Strommix mit höherer Umweltbelastung zum Betrieb der Wärmepumpe beziehen. Er hätte dabei keinen Umweltvorteil durch die Photovoltaikanlage auf seinem Hausdach. Diese Variante begünstigt den Produzenten von Photovoltaikstrom auch wirt-schaftlich, obwohl bei den hier betrachteten kleinen Anlagen (1 bis 2 kWPeak) die Vergütung des solar produzierten Stromes und seines ökologischen Mehrwerts kaum vollständig kostendeckend sein wird.

Grundsätzlich stehen einem Produzenten von Solarstrom folgende Möglichkeit offen diesen zu nutzen:

- Rücklieferung des produzierten Stromüberschusses: Der produzierte Solarstrom wird soweit wie möglich selbst genutzt, der Rest in’s Stromnetz eingespiesen. Die Einspeisung dieses Über-schusses wird mit durchschnittlich 16 Rp./kWh vergütet. Um einen Stromüberschuss zu erzeugen sind aber grosse Photovoltaikanlagen notwendig die mehr Strom produzieren, als dass vor Ort als Eigenbedarf verbraucht wird. Der ökologische Mehrwert des Solarstromes bleibt komplett beim Produzenten. Die Überschussproduktion könnte aber an einer Solarstrombörse verkauft werden.

- Rücklieferung des gesamten produzierten Stromes: Der Produzent kann den gesamthaft produzierten Solarstrom verkaufen. Die Vergütung beträgt durchschnittlich 16 Rp./kWh. Um die insgesamt produzierte Strommenge zu erfassen, wird ein separater Einspeisezähler benötigt.

Dessen Kosten fallen in der Regel auf den Produzenten. Der ökologische Mehrwert des Stromes bleibt beim Produzenten, könnte aber an einer Ökostrombörse abgesetzt werden.

- Verkauf des ökologischen Mehrwerts mittels KEV: Der gesamthaft produzierte Strom wird zu einem kostendeckenden Einspeisetarif (KEV) vom Elektrizitätswerk abgenommen. Dadurch wird auch der ökologische Mehrwert an die Allgemeinheit abgetreten, welche die Finanzierung der Anlage über eine leichte Erhöhung des Strompreises (aktuell 0.35 Rp./kWh) übernimmt. Die Vergütung für Strom aus „angebauten“ Anlagen beträgt aktuell 44.4 Rp/kWh ([35]; Degression von 8 % pro Jahr. Vergütet wird der zur Zeit der Inbetriebnahme aktuelle Tarif über die gesamte Vergütungsdauer von 25 Jahren). Zur Erfassung der produzierten Strommenge wird ein separater Einspeisezähler benötigt. In der aktuellen Situation bestehen kaum Chancen, für Photovoltaik-strom von Neuanlagen in den Genuss der nationalen KEV zu kommen. Es besteht eine Warteliste von mehreren tausend Anlagen, die noch keinen Zuschlag erhalten haben, die aber vorrangig behandelt werden. Die weitere Entwicklung ist stark von den politischen Rahmenbedingungen abhängig. Im Kanton Basel-Stadt hingegen vergütet die IWB Solarstrom durch kantonale Förderung zu KEV-Tarifen. Alternativ können für Kleinanlagen auch einmalige Förderbeiträge in Anspruch genommen werden (Aktuell: CHF 2500 pro kWPeak [36]).

- Verkauf des produzierten Stromes an einer Ökostrombörse: Der ökologische Mehrwert von Photovoltaikstrom, der an ein Elektrizitätswerk zu 16 Rp./kWh zurückgeliefert wird, kann an einer Ökostrombörse weiterverkauft werden. Aktuelle Vergütungssätze liegen bei etwa 50 Rp./kWh welche zusätzlich zum Rücknahmetarif von 16 Rp./kWh vom Elektrizitätswerk bezahlt werden. Die tatsächliche Vergütung ist jedoch abhängig von der Nachfrageseite, d.h. welche Elektrizitäts-menge tatsächlich abgesetzt werden konnte.

Für die ökologische Bewertung der Photovoltaikanlage wird nun von folgendem Szenario ausgegan-gen: Der mittels Photovoltaikanlage produzierte Strom wird wegen zeitlicher Abweichung zwischen Produktion und Bedarf nicht selbst genutzt, sondern vollständig in’s Netz eingespiesen. Dafür bezieht der Wärmepumpenbetreiber vom Netz die gleiche Menge als Solarstrom zum Betrieb der Wärme-pumpe, das Netz wird also lediglich als Speicher betrachtet. Der ökologische Mehrwert des Solar-stromes bleibt dadurch beim Produzenten. Die andere Hälfte des Strombedarfs für den Betrieb der Wärmepumpe im Warmwasserbetrieb wird durch Schweizer Strommix abgedeckt. Die Umwelt-belastung der Solaranlage wird dadurch über den Bezug von Solarstrom bewertet (Die Bereitstellung von Solarstrom als Endenergie beinhaltet bereits die Umweltbelastung der Photovoltaik-Infrastruktur).

Durch diese Auslagerung der Photovoltaikanlage wird die Umweltwirkung unabhängig von der konkreten Installation vor Ort. Wie später in Kapitel 5.3 gezeigt wird, hat dies jedoch keinen mass-geblichen Einfluss auf die Ergebnisse der ökologischen Bewertung.