5.2 Ökologische Bewertung in einer Lebenszyklusanalyse
5.2.1 Treibhausgasemissionen
Diagramm 2 bis Diagramm 4 zeigen die Treibhausgasemissionen für die Verwen-dung von Biomethan als Treibstoff, zur Wärmebereitstellung und zur Strombereit-stellung im Vergleich zu ausgewählten Referenz-Energiesystemen.
Beim im Diagramm 2 untersuchten Erdgas- bzw. Biomethan-PKW, handelt es sich um ein Modell, das für einen bivalenten Betrieb mit Benzin und Erdgas vorgesehen ist. In diesem Fall ist der Motor nicht auf einen reinen Erdgasbetrieb optimiert.1 Die Verbrauchdaten beziehen sich auf sogenannte „Real World Messungen“ und deren Simulation. Im Unterschied zum Typprüfzyklus sind Geschwindigkeiten, Fahrdyna-mik und Schaltverhalten im realen Verkehr unterschiedlich und führen im Allgemei-nen zu höheren EmissioAllgemei-nen als der Typprüfzyklus.
1 Ein Beispiel für einen Erdgas-PKW, der für einen Betrieb mit Erdgas optimiert ist, wäre der Passat EcoFuel.
Die Methanemissionen beim Erdgas-PKW stammen einerseits aus Methanemissio-nen, die bereits beim Erdgas-Transport auftreten und andererseits aus unverbrann-ten bzw. teilverbrannunverbrann-ten Kraftstoffkomponenunverbrann-ten, die beim Erdgas-PKW vorwiegend aus Methan bestehen.
Die Biomethan-Energiesysteme reduzieren die Treibhausgasemissionen in allen un-tersuchten Fällen. Im Vergleich zu Erdgas liegt die Reduktion für die dargestellten Nutzungspfade zwischen 62% und 380%. Eine Reduktion größer als 100% ergibt sich bei Nutzungspfaden mit negativen Treibhausgasemissionen, die wie folgt zu begründen sind:
Negative Methan-Emissionen sind auf den Einsatz von Gülle zur Biomethanerzeu-gung zurückzuführen, da die Referenznutzung der Gülle die Lagerung und direkte Ausbringung der unvergorenen Gülle auf landwirtschaftliche Flächen ist. CH4 -Emissionen, die dabei anfallen, werden bei der Verwendung der Gülle für Biome-than vermieden. Die Emissionen der Referenznutzung der Gülle werden in der Be-rechnung beim Biomethan-Energiesystem berücksichtigt. Da die CH4-Emissionen der Referenznutzung höher sind, als die CH4-Emissionen des Biomethan-Energiesystems ergeben sich negativ Emissionen. Je höher der Gülleeinsatz ist, desto höher ist der Einfluss der Referenznutzung auf das Gesamtergebnis.
Der Biomethan-Erzeugungspfad „400 Nm³/h_100% Reststoffe“ zeigt negative Lachgas-Emissionen, die sich aus der Kompostierung als Referenznutzung der Rest-stoffe, ergeben. Die N2O-Emissionen der Kompostierung sind höher als die N2 O-Emissionen des Biomethan-Systems. Dieser Erzeugungspfad zeigt auch die höchs-ten CO2-Emissionen. Die CO2-Emissionen stammen aus der Referenznutzung der fetthaltigen Reststoffe, da angenommen wird, dass fetthaltige Reststoffe (z.B. Fett-abscheiderrückstände, Lecithin) im Referenzfall einem anaeroben Abwasserreini-gungsprozess in einer Kläranlage zugeführt werden. Das dabei erzeugte Klärgas wird zur Strom- und Wärmebereitstellung eingesetzt. Die erzeugten Energiemengen müssen im Falle der Reststoffnutzung zur Biomethanproduktion aus fossilen Ener-gieträgern bereitgestellt werden, was zu zusätzlichen CO2-Emissionen führt.
Die N2O-Emissionen in den Biomethan-Erzeugungspfaden „600 Nm³/h_85% Ener-giefruchtfoge+15% Gülle“, „130 Nm³/h_52% Int. Fruchtfolge+6% Stroh+43% Gül-le“, „22 Nm³/h_50% Wiesengras+50% Gülle“ stammen im Wesentlichen aus der Düngung der nachwachsenden Rohstoffe mit Gärresten und mineralischem Dünger.
Für die unterschiedlichen Energiedienstleistungen zeigen alle Diagramme ähnliche Ergebnisse. Die absoluten Unterschiede der Treibhausgasemissionen ergeben sich aus unterschiedlichen Mengen an Biomethan, die benötigt werden, um die spezifi-sche Energiemenge bzw. Transportdienstleistung bereitzustellen. Wird die gleiche Biomethanmenge für jede Energiedienstleitung eingesetzt, erhält man die gleiche Einsparung an Treibhausgasemissionen im Vergleich zu Erdgas – unabhängig von der Art der Biomethannutzung.
Diagramm 5 zeigt die Ergebnisse für Kraft-Wärme-Kopplung. Die Ergebnisse wer-den hier für 1 kWh Strom und Wärme ermittelt [g CO2-Äq./(kWh Strom+Wärme)].
Im Diagramm sind für zwei Biomethan-bzw. Biogaserzeugungspfade die Ergebnisse für die Biomethannutzung in einer Mikro-KWK-Anlage mit Gasturbine im Vergleich zur Biogasnutzung in einem Biogas-BHKW am Standort der Biogasanlage darge-stellt.
Beim Biogas-BHKW wurden zwei Fälle für den Grad der Wärmenutzung unterschie-den:
100% Wärmenutzung: die gesamte anfallende Wärme des BHKWs wird einer Nutzung zugeführt (unter Berücksichtigung von Verlusten bei der Wärmeübertragung)
60% Gesamtwirkungsgrad: es wird jene Wärmemenge genutzt, die den Gesamtwirkungsgrad des BHKW auf 60% festlegt
Da die Biogas-Energiesysteme und die Biomethan-Energiesysteme unterschiedliche Verhältnisse an Strom- und Wärmeoutput aufweisen - durch Unterschiede im Ei-genenergiebedarf der Biogasanlagen und unterschiedliche Nutzungsgrade der KWK-Anlage – sind die Systeme nicht direkt miteinander vergleichbar. Bei Variation des Strom zu Wärmeverhältnisses zeigt sich aber, dass bei gleichem Energieoutput die Systeme mit Biogas-BHKW niedrigere Treibhausgasemissionen haben, als die Mik-ro-KWK mit Gasturbine mit Biomethan.
250 203
221 38
83 -86
-4
-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 Benzin
Diesel Erdgas 600 Nm³/h_85% Energiefruchtfolge+15% Gülle 400 Nm³/h_100% Reststoffe 130 Nm³/h_52% Int.Fruchtfolge+6% Stroh+43% Gülle*
22 Nm³/h_50% Wiesengras+50% Gülle 20 Nm³/h_25% Scheinegülle+75% Rindergülle
FossilBiomethan
Treibhausgasemissionen [g CO2-Äq./PKW-km]
CO2 CH4 N2O
* zukünftige Technologie
-522
Diagramm 2 – Treibhausgasemissionen einer PKW-Transportdienstleistung mit Biomethan im Vergleich zu Benzin, Diesel und Erdgas.1
1 Der hier untersuchte Erdgas-PKW ist für einen bivalenten Betrieb mit Benzin und Erdgas vorgesehen.
In diesem Fall ist der Motor nicht auf einen reinen Erdgasbetrieb optimiert, was auch einen höheren Treibstoffverbrauch als bei einem erdgasoptimierten Motor bedingt. 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.
51
346 259 22
81 -139
-33
-800 -600 -400 -200 0 200 400 Pellet
Öl Erdgas 600 Nm³/h_85% Energiefruchtfolge+15% Gülle 400 Nm³/h_100% Reststoffe 130 Nm³/h_52% Int.Fruchtfolge+6% Stroh+43% Gülle*
22 Nm³/h_50% Wiesengras+50% Gülle 20 Nm³/h_25% Scheinegülle+75% Rindergülle
ReferenzBiomethan
Treibhausgasemissionen [g CO2-Äq./kWh Wärme]
CO2 CH4 N2O
* zukünftige Technologie
-704
Diagramm 3 - Treibhausgasemissionen der Wärmeerzeugung mit Biomethan Ver-gleich zu Pellet, Öl und Erdgas.
483
33
144
-274
-72
-2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 Erdgas
600 Nm³/h_85% Energiefruchtfolge+15% Gülle
400 Nm³/h_100% Reststoffe
130 Nm³/h_52% Int.Fruchtfolge+6% Stroh+43%
Gülle*
22 Nm³/h_50% Wiesengras+50% Gülle
20 Nm³/h_25% Scheinegülle+75% Rindergülle
Biomethan
Treibhausgasemissionen [g CO2-Äq./kWh Strom]
CO2 CH4 N2O
* zukünftige Technologie
-1351
Diagramm 4 - Treibhausgasemissionen der Strombereitstellung mit Biomethan in einem GuD-Kraftwerk im Vergleich zu Erdgas
0
Treibhausgasemissionen [g CO2-Äq/(kWh Strom+Wärme)] 1a Biomethan Mikro KWK 1a Biogas BHKW
Diagramm 5 - Treibhausgasemissionen der Strom- und Wärmebereitstellung mit Biomethan in einer Mikro-KWK im Vergleich zu einem Biogas-BHKW. (1a Biomethan: 800 Nm³/h_85% Energiefruchtfolge+15%
Gülle, 1a Biogas: 1500 Nm³/h_85% Energiefruchtfolge+15% Gülle, 3b Biomethan: 400 Nm³/h_100% Reststoffe, 3b Biogas: 800
Nm³/h_100% Reststoffe)