... 28 Sensitivitätsanalyse „Methanschlupf“
... 29 Sensitivitätsanalyse „Faserpreis bei der Gras-Vergärung“
... 30 Sensitivitätsanalyse „Ausschluss der Abwasserreinigung“
... 36 Sensitivitätsanalyse „Urwald-Abholzung für Zuckerrohr-Produktion“
... 40 Sensitivitätsanalyse „Verwendung unterschiedlicher Holzfraktionen“
... 45 Sensitivitätsanalyse „Urwald-Abholzung für Soja(öl)-Produktion“
... 46 Sensitivitätsanalyse „Urwald-Abholzung für Palm(öl)-Produktion“
... 50 Sensitivitätsanalyse „Einfluss von Glycerinpreis auf RME-Impact“
... 52 Sensitivitätsanalyse „Einfluss neuer Toxizitätsfaktoren 2003 auf Resultat Ökotoxizität“
... 57 Sensitivitätsanalyse „Ethanol-Mix Schweiz“
... 62 Sensitivitätsanalyse „Transportdistanz beim CH-Altöl“
... 80 Sensitivitätsanalyse „Emissionsstandards bei Personenwagen (EURO 3/4/5 und ecoinvent-Daten)“
... 81 Sensitivitätsanalyse „Unterschiedliche Biomasse-Ressourcen für die ETBE-Produktion“
... 90 Sensitivitätsanalyse „Einfluss neuer Toxizitätsfaktoren 2003 auf Resultat Ökotoxizität“
... 119 Sensitivitätsanalyse „Keine Vermarktung der Gras-Fasern“
1 Einleitung
1.1 AUSGANGSLAGE
Im Zusammenhang mit der Verknappung fossiler Ressourcen und der Klimaproblematik stösst die Nutzung von Bioenergie9 als alternativer Energieträger sowohl in der Öffentlichkeit als auch in der Industrie auf steigendes Interesse. Im Strassenverkehr sind alternative Treibstoffe gegenwärtig die wichtigste erneuerbare Energieform und könnten zumindest kurz- und mittelfristig eine zentrale Rolle bei der Reduktion der Abhängigkeit von fossilen Energieträgern übernehmen. Zudem können diese alternativen Treibstoffe einen Beitrag leisten zur Reduktion des fossilen CO2 Ausstosses, der wesent-lich für Klimaveränderungen verantwortwesent-lich ist. Im Zusammenhang mit den Verpfwesent-lichtungen zur Reduk-tion der Emissionen im Rahmen des Kyoto Protokolls erscheint der Einsatz von solchen Alternativen eine geeignete Massnahme zu sein. Diese Entwicklung wird von der EU mit einer Richtlinie gefördert, gemäss welcher bis zum Jahr 2010 ein Biotreibstoff-Anteil von 5.75% angestrebt wird [1]. Entspre-chend dynamisch entwickeln sich die alternativen Energieträger-Märkte in den Europäischen Nachbar-ländern. Mit dem Ziel alternative Treibstoffe in der Schweiz zu fördern, stehen wichtige politische Ent-scheide zur steuerlichen Begünstigung der biogenen Energienutzung an.
Alternative Treibstoffe bestehen zwar aus erneuerbarer Biomasse, bei deren Anbau und Verarbeitung kommen aber auch fossile Energieträger zum Einsatz. Unter bestimmten Umständen muss für die Gewinnung von einem Liter Biotreibstoff nahezu die gleiche Menge an fossilen Energieträgern aufge-wendet werden [2]. Zudem können die verschiedenen alternativen Treibstoffe sehr unterschiedliche CO2-Bilanzen aufweisen [3]. Eine entsprechend wichtige Rolle bei der Beurteilung der biogenen Ener-gieträger spielt deshalb die Abschätzung von Energieeffizienz und Treibhausgas-Emissionen. Die Umweltauswirkungen beschränken sich aber nicht auf diese zwei Faktoren. Der landwirtschaftliche Anbau von Energiepflanzen kann Auswirkungen auf Bodenfruchtbarkeit, Nährstoffhaushalt und Biodi-versität haben [4], Schadstoffe die bei der Treibstoff-Produktion entstehen, können beispielsweise toxisch wirken. Für eine ökologische Gesamtbeurteilung müssen deshalb alle relevanten Umweltaus-wirkungen berücksichtigt und in geeigneter Form aggregiert werden.
Es gibt eine Vielzahl von Studien über die Umweltauswirkungen von Energieprodukten. Da sich die Verfahrenstechnik zur Produktion alternativer Brenn- und Treibstoffe ständig weiterentwickelt, sind vor allem die aktuellen Studien aus dem Europäischen Umfeld von Interesse [5, 6]. Die Ergebnisse dieser Studien lassen sich jedoch nur beschränkt vergleichen, da sie auf unterschiedlichen Annahmen und teilweise schlecht dokumentierten Datengrundlagen beruhen und eine Adaption auf die Situation in der Schweiz daher nicht möglich ist. Dagegen beschränken sich die in der Schweiz durchgeführten Untersuchungen meist auf Teilbereiche [7-9], beleuchten nur einzelne Aspekte der Umweltauswirkun-gen wie beispielsweise Luftschadstoffemissionen [10] oder haben nur beschränkte Aussagekraft be-züglich neuer Entwicklungen, weil sie bereits mehrere Jahre zurückliegen [11].
Eine aktuelle, breit angelegte Beurteilung der Umweltauswirkungen von der Bereitstellung und Nut-zung alternativer Energieträger in der Schweiz, die einen direkten Vergleich untereinander und mit fossilen Energieträgern ermöglicht und die von den verschiedenen Interessensvertretern der Schwei-zerischen Landwirtschafts-, Mobilitäts- und Energieszene getragen wird, fehlt bis heute. Um einerseits im Forschungsprogramm „Biomasse“ die richtigen Schwerpunkte setzen zu können, und um anderer-seits in der politischen Diskussion im Bereich Energie-, Umwelt- und Klimapolitik über gesicherte Ent-scheidungsgrundlagen zu verfügen, wurde das Projekt „Ökobilanz von Energieprodukten“ durch die Bundesämter für Energie (BFE), Umwelt (BAFU) und Landwirtschaft (BLW) durchgeführt. Die Erarbei-tung erfolgte in zwei Phasen. In Phase 1 wurden die notwendigen Inventardaten aller relevanten Al-ternative Energieträgerträger erhoben [12]. In der Phase 2 wurde unter anderem basierend auf diesen Inventardaten eine Beurteilung der Umweltauswirkungen durchgeführt.
1.2 ZIELSETZUNG
Ziel der vorliegenden Studie ist die Beurteilung der Umweltauswirkungen durch die Produktion und Nutzung von alternativen Energieträgern in der Schweiz. Der Schwerpunkt liegt bei der Beurteilung von verschiedenen Arten von alternativen Treibstoffen. Da alle menschlichen Aktivitäten mit
9 Unter dem Begriff „Bioenergie“ wird Energie aus nachwachsenden Rohstoffen und/oder organischen Abfallstoffen verstan-den. Da es sich dabei aber nicht um biologischen Landbau handelt, wird im folgenden dieses Berichtes anstelle von Bioener-gie von alternativen EnerBioener-gieträgern resp. von alternativen Treibstoffen gesprochen.
auswirkungen verbunden sind, kann eine solche Beurteilung nicht absolut erfolgen, sondern nur im Vergleich zu anderen Produkten und Dienstleitungen, welche denselben Nutzen haben. Daher werden die Umweltauswirkungen der verschiedenen Alternativen untereinander und mit fossilen Treibstoffen verglichen.
Prioritär werden diejenigen Prozesstechnologien betrachtet die bereits etabliert sind bzw. in der Schweiz angewendet werden könnten. Es handelt sich dabei in erster Linie um alternative Treibstoffe der ersten Generation10 (Biogas und Ethanol aus Vergärung; Pflanzenmethylesther aus der Vereste-rung von Pflanzenöl). Ebenfalls betrachtet wird die Produktion von Methanol sowie von Methan aus der Vergasung von Biomasse. Weitere alternative Treibstoffe der zweiten Generation (wie z.B. BTL, Methan aus hydrothermaler Vergasung, Bioraffinerien) deren Produktionstechnologien momentan in Entwicklung sind und erst in einigen Jahren auf dem Markt erhältlich sein werden, sind nicht Gegens-tand dieses Projekts.
Um der dynamischen Entwicklung im Sektor der alternativen Energieträger Rechnung zu tragen und eine spätere Vergleichbarkeit der Daten zu ermöglichen, baut die Studie auf Daten aus der ecoinvent-Datenbank auf [12]. Ecoinvent ist die nationale Ökoinventardatenbank der Schweiz. Sie ist modular aufgebaut und wird kontinuierlich aktualisiert, so dass eine Bilanzierung zusätzlicher Anwendungsfälle, unter dem Beibehalt der Vergleichbarkeit zu den hier verwendeten Daten, im Anschluss an dieses Projekt möglich sein wird.
In einem ersten Teil des Projektes „Ökobilanz von Energieprodukten“ wurden Sachbilanzdaten aller wichtigen Produktionsstufen und Verfahren von alternativen Energieträgern erhoben [13] und für die Integration in die nationale Ökoinventar-Datenbank ecoinvent aufgearbeitet. Zusammen mit dem ent-sprechenden Schlussbericht sollen diese Daten Bestandteil der Version 2 dieser Datenbank werden [12].
Im hier dokumentierten zweiten Teil des Projektes werden die Umweltauswirkungen der verschiede-nen alternativen Energieträger bestimmt und beurteilt. Um eine gute Verständlichkeit und eine rasche Übersicht über das komplexe Thema zu gewährleisten, sind die untersuchten Fragestellungen in die folgenden beiden Teile gegliedert:
- Vergleich der verschiedenen Treibstoffe
Das Kapitel 3.3.5 beschäftigt sich mit dem Kernthema der Studie, der ökologischen Bewertung von alternativen Treibstoffen. Dazu werden Energieeffizienz und Umweltauswirkungen ver-schiedener Produktionsverfahren für solche alternative Energieträger gegenübergestellt, die Treibstoff-Bereitstellung auf Stufe Tankstelle verglichen und schliesslich die Transportleistun-gen bei Verwendung von fossilen und bioTransportleistun-genen Treibstoffen beurteilt.
- Konkurrenznutzungen
Eine ausschliessliche Beurteilung der Treibstoff-Nutzung ohne Berücksichtigung der anderen Energienutzungsformen erscheint nicht zweckmässig, da sich mit der Strom- und Wärmepro-duktion allenfalls ein besserer Wirkungsgrad erzielen lässt. In Kapitel 4 werden deshalb die un-terschiedlichen Nutzungsformen von alternativen Energieträgern im Hinblick auf Energieeffi-zienz und Umweltauswirkungen verglichen.
Diese Studie richtet sich an Fachleute und Entscheidungsträger aus den Bereichen Energie, Mobilität und Landwirtschaft, welche sich mit der Produktion und Nutzung von alternativen Energieträgern in der Schweiz auseinandersetzen.
Um eine hohe Akzeptanz dieser Studie zu gewährleisten, wurde diese in allen Bereichen in Anleh-nung an die ISO-Normenreihe für Ökobilanzen (ISO 14'040 ff.) durchgeführt, von einer Begleitgruppe der verschiedenen Interessenvertreter (siehe Kapitel 2.9) begleitet und einer kritischen Prüfung unter-zogen. Bezüglich der verwendeten Bewertungsmethoden geht die Studie über die Empfehlungen von ISO hinaus, indem auch vollaggregierende Bewertungsindikatoren benutzt werden. Dieser Schluss-bericht wird als Ganzes (für Fachspezialisten) und als Executive Summary (für Entscheidungsträger) veröffentlicht.
10 Der Begriff der“ 1. resp. 2. Generation von Biotreibstoff“ ist in der Fachliteratur nicht eindeutig definiert. In der Regel werden unter der „1. Generation“ bereits etablierte Produktionsverfahren verstanden, die den Zucker- und Stärkeanteil in Energie umsetzen, während die „2. Generation“ auf zukünftige Technologien verweist, die auch den Zellulose-Anteil miteinbeziehen.
1.3 FRAGESTELLUNG
Gemäss Zielsetzung sollen mit dieser Arbeit Antworten auf die folgenden Fragen gegeben werden:
- Ergeben sich durch die Nutzung von Biotreibstoffen wesentliche Reduktionen der Umweltaus-wirkungen im Vergleich zur Nutzung von Treibstoffen aus fossilen Ressourcen?
- Wie hoch ist die energetische Effizienz der verschiedenen Biotreibstoffe? Plakativ ausgedrückt stellt sich die Frage, wie viele Fässer an Biotreibstoffen aus einem Fass Erdöl gewonnen wer-den können.
- Gibt es relevante Unterschiede bezüglich Umweltauswirkungen zwischen den verschiedenen Alternativen? Welche alternativen Treibstoffe weisen besonders niedrige Umweltauswirkungen aus, welche besonders hohe?
- Welches sind die Gründe für die Umweltauswirkungen und gibt es Möglichkeiten zu deren Re-duktion?
- Ist es sinnvoller die Biomasse anderweitig z.B. für Heizzwecke oder Strombereitstellung zu nut-zen?
- Welches ist die beste Nutzung der in der Schweiz vorhandenen Landressourcen?
1.4 METHODIK DER ÖKOBILANZIERUNG
Die Ökobilanzierung oder Lebenszyklusanalyse (”life cycle assessment”, LCA) ist eine Methode, um die Auswirkungen menschlicher Tätigkeiten auf die Umwelt zu erfassen, zu beurteilen und daraus Optimierungspotentiale abzuleiten. Auf Grund der Komplexität der Natur und des globalen Wirt-schaftssystems reicht es nicht, nur einzelne Problemstoffe oder lokale Auswirkungen zu betrachten.
Aus dem Anspruch an eine umfassende Bewertung ergeben sich die folgenden Anforderungen an die Methode:
- Möglichst umfassende Berücksichtigung der verschiedenen Umweltauswirkungen - Berücksichtigung des gesamten Lebensweges
- Quantifizierung der Umweltauswirkungen
- Entscheidungsfreundlich durch eine Bewertung der verschiedenen Auswirkungen - Wissenschaftlich abgestützt, um eine hohe Akzeptanz zu erreichen
Die Ergebnisse der Ökobilanz können eingesetzt werden:
- als Entscheidungshilfen bei verschiedenen Varianten - zur Erfassung der relevanten Auswirkungen
- in der strategischen Planung zur Ermittlung von Optimierungspotentialen - zur Ermittlung der wesentlichen Einflussfaktoren
- zur Beurteilung von Massnahmen
In einem ersten Schritt werden die Waren-, Stoff- und Energieflüsse sowie der Ressourcenbedarf erfasst. Anschliessend werden die Auswirkungen auf die Umwelt mit Hilfe von gewählten Indikatoren, welche diese Wirkungen beschreiben, bestimmt. Mit dem Ziel die Ergebnisse mit einer Kennzahl aus-zudrücken, kann eine Bewertung der verschiedenen Umweltauswirkungen durch eine entsprechende Gewichtung erfolgen.
1.4.1 Vorgehen bei der Ökobilanzierung
Nach ISO 14’040 [14] umfasst eine Ökobilanz die folgenden Schritte (vgl. Abbildung 11):
- Festlegen des Zielsystems und der Rahmenbedingungen
- Erfassen der relevanten Stoff- und Energieströme sowie den Ressourcenbedarf (Sachbilanz) - Bestimmen der Auswirkungen auf die Umwelt (Wirkbilanz)
- Interpretation der Umweltauswirkungen aufgrund der Zielsetzungen (Bewertung) - Erarbeiten von Massnahmen (Optimierung)
Wie Abbildung 11 zeigt, ist dies kein linearer Prozess, sondern ein interativer Erkenntnis- und Optimie-rungszyklus.
Festlegung des Ziels und
Untersuchungs-rahmens
Auswirkungen auf die Umwelt Sachbilanz (Inventar)
Auswertung
(Interpretation;
Bewertung)
Anwendungen:
Optimierung
Entscheidungs-grundlage Kommunikation
Abbildung 11 Schritte einer Ökobilanz.
1.4.2 Zielsetzung und Systemgrenzen
Je nach Ziel bzw. Fragestellung ergeben sich unterschiedliche Rahmenbedingungen und System-grenzen. Die Systemgrenzen definieren, welche Prozesse und vorgelagerten Prozesse berücksichtigt werden. Dabei müssen der zeitliche und geographische Rahmen der verwendeten Daten sowie die zu untersuchenden Umweltauswirkungen festgelegt werden.