Joanneum Research - Lebenszyklusanalysen

RESOURCES – Institut für
Wasser, Energie und Nachhaltigkeit
Umweltbewertung mit
Lebenszyklusanalysen –
Methode, Beispiele und
Qualifizierungsbedarf
Gerfried Jungmeier
Arbeitskreis der österreichischen
Qualifizierungsanbieter im Bereich
Energie- und Umwelttechnik
Wien,am 14. April 2015
www.joanneum.at/resources
Umweltverschmutzung
Umweltauswirkungen von Produkten und
Dienstlesitungen im Alltag
Carbon Footprint im Lebenszyklus:
250 g CO2-Äq./km
Davon
 80% Betrieb des Fahrzeuges
 10% Produktion Fahrzeug
 8% Treibstoff-Herstellung
 2% Entsorgung/Verwertung
Inhalt
Fazit
& Ausblick
Beispiel 3:
Holznutzung
Beispiel 2:
Bier
Beispiel 1:
Biotreibstoff
Lebenszyklusanalyse
Statement zur Umweltbewertung
“Es besteht internationaler Konsens, dass die
Umweltauswirkungen von Technologien,
Produkten und Dienstleistungen nur auf Basis
von
LEBENSZYKLUSANALYSEN
bewertet werden können”
“…. im Vergleich zu anderen Systemen …”
Was ist eine Lebenszyklusanalyse (LCA)?
„Die Lebenszyklusanalyse – auch Ökobilanz
genannt – ist eine Methode zur Abschätzung der
Umweltauswirkungen eines Produktes,
Dienstleistung oder Unternehmens.
Es werden die Umweltaspekte im Verlaufe des
Lebensweges eines Produktes von der
Rohstoffgewinnung, über die Herstellung, Vertrieb,
Anwendung, Abfallbehandlung bis zur endgültigen
Entsorgung untersucht, d.h. „von der Wiege bis zur
Bahre“.
Quelle: Umweltmanagement Ökobilanz EN ISO 14040: 2006
System A
System C
Entsorgung/Verwertung
Betrieb/Nutzung
Produktion
Umweltauswirkungen
z.B. Energie, Treibhausgas-Emissionen
Umweltauswirkungen der drei Phasen im
Lebenszyklus
A
System B
C
Time
B
Ziel und
Untersuchungsrahmen
Sachbilanz
Wirkungsabschätzung
Auswertung und Interpretation
Durchführung und Rahmen einer
Lebenszyklusanalyse
Anwendungen:
- Produkt-Entwicklung
und -Verbesserung
- Strategische Planung
- Öffentlichkeitsarbeit
- Politikberatung
- Marketing
- Weitere…
ISO 14,040
Modellierung der Prozesskette
Ressource
Inputs
Einzelprozess 1
Outputs
Zwischenprodukt 1
Inputs
Einzelprozess 2
Outputs
Zwischenprodukt 2
Inputs
Einzellprozess 3
Produkt/Dienstleistung
Outputs
Umweltauswirkungen - Sachbilanz
INPUT - REOURCEN
Fläche:
Landwirtschaft, Wald
Rohstoffe: erneuerbar,
nicht erneuerbar
Primärenergie: erneuerbar, nicht erneuerbar
OUTPUT - Emissionen
Errichtung
Produktion
Betrieb
Nutzung
Entsorgung
Verwertung
Produkte
Dienstleistungen
Gasförmige Emissionen
z.B. CO, CO2, NOx, Staub
Flüssige Emissionen
z.B. Abwasser (BSP, CSB)
Feste Reststoffe
z.B. Asche, Gips
Weitere z.B. Lärm,
Geruch, Strahlung
Mögliche Umweltauswirkungen in der
Wirkungsabschätzung
Ressourcenerschöpfung
•
•
•
Fossile und erneuerbare Energie
Mineralische und erneuerbare Rohstoffe („Kritikalität")
Wasser
Feinstaub/anorganische Emissionen (PM2.5-Äq)
Versauerung (SO2-Äq)
Ökotoxizität - Süßwasser
Source: EU 2015 PEF – Product environmental Footprint
Derzeit wesentliche Umweltauswirkungen in
Lebenszyklusanlysen
Umweltauswirkungen von
Produkten
Dienstleistungen
Betrieben &
Regionen mit
guter und
belastbarer
Datenbasis
„Carbon Footprint“
TreibhausgasEmissionen
CO2, CH4, N2O,…
„Energy Footprint“
Energiebedarf
fossil, erneuerbar,…
„Land Footprint“
Flächenbedarf
Land-, Forstwirtschaft,…
„Material Footprint“
Materialbedarf
erneuerbare und nichterneuerbare Ressourcen,
recyclingfähig, ...
„Water Footprint“
Wassereinsatz
Grund-, Regenwasser,
Abwasser
„Luftschadstoffe“
Versauerungspotential
SO2, NOx
Bodennahes
Ozonbildungspotential
NMVOC, CH4, NOx, CO,…
Staub-Emissionen
PM, PM10, PM5, PM2.5,…
Vergleich:
Raumheizung mit Hackgut und Erdgas
Auf Basis Lebenszyklusanalyse
Immer > 1
Vergleich:
Raumheizung mit Hackgut und Erdgas
Auf Basis Lebenszyklusanalyse
Vergleich:
Raumheizung mit Hackgut und Erdgas
Auf Basis Lebenszyklusanalyse
Fossiler kumulierter Primärenergieaufwand
bei erneuerbarer Energie < 1
91%
97%
Wie entscheiden Sie?
A oder B
System
CO2Emissionen
Fossile
Primärenergie
Landwirtschaftlicher Flächenbedarf
FeinstaubEmissionen
t/a
MWh/a
ha/a
kg/a
A
12
16
20
300
B
4.000
3.600
0,001
20
Wie entscheiden Sie?
A oder B
System
CO2Emissionen
Fossile
Primärenergie
Landwirtschaftlicher Flächenbedarf
FeinstaubEmissionen
t/a
MWh/a
ha/a
kg/a
A
12
16
20
300
B
4.000
3.600
0,001
20
Warum sind Lebenszyklusanalysen für
Unternehmen von Interesse?
wissenschaftlich fundierte Auskunft über die Umweltauswirkungen
eines Produktes bzw. einer Dienstleistung
identifizieren die Abschnitte des Lebenszyklus eines Produktes, die
die größte Umweltrelevanz haben
unterstützen bei der Festlegung der effizientesten Verbesserungsund Entwicklungsmaßnahmen
verbessern das Image eines Unternehmens, Produktes oder
Dienstleistung bei Kundinnen / Kunden und Gesellschafterinnen /
Gesellschaftern
sind die Basis für Öko-Label, CO2-Label, „Klimaneutralität“,
Nachhaltigkeitsberichte und Umweltdeklarationen sowie einschlägige
Umwelt-Zertifizierungen
Unternehmen nutzen Ergebnisse der
Umweltbewertung
Unser Leistungsangebot
Abschätzung der Treibhausgas-Emissionen bzw. des
Carbon Footprint
Analyse der Treibhaus-Emissionen und des
Energieeinsatzes - Bewertung anhand von Kennzahlen
„Kosten-Nutzen-Analyse“ der Maßnahmen
Umfassende Ökobilanz: Ermittlung von Luftschadstoffen,
Treibhausgas-Emissionen, Energiebedarf, Flächen- und
Wasserbedarf
Jährlich Aktualisierung & Evaluierung der umgesetzten
Maßnahmen, z.B. Zeitreihen
Erstellung eines Berechnungsmodells in Excel, mit dem
Sie die Umweltauswirkungen auch selbstständig berechnen
können
markuso/ FreeDigitalPhotos.net
Entwicklung & Bewertung von Maßnahmen zur Reduktion
von Umweltauswirkungen
Inhalt
Fazit
& Ausblick
Beispiel 3:
Holznutzung
Beispiel 2:
Bier
Beispiel 1:
Biotreibstoff
Lebenszyklusanalyse
Beispiel 1: Biotreibstoff
Biotreibstoffe sind Teil des österreichischen
Treibstoffmarktes
Biotreibstoffe:
7% Biotransportation
treibstoffe
biofuels,
7.0%
gasoline,
22%
22.0%
Benzin
425.000 t/a Biodiesel zu Diesel (B7)
103.000 t/a Bioethanol zu Benzin (E5)
 85.000 t/a reiner Biodiesel (B100)
 18.000 t/a Pflanzenöl
Quelle: Biokraftstoffe im Verkehrssektor 2011,
UBA
diesel,
71.0%
71% Diesel
Carbon Footprint im Lebenszyklus für
Biotreibstoffe ist gesetzlich vorgeschrieben
Die AGRANA Bioethanol-Anlage
Treibhausgas-Reduktion der Biotreibstoffe
“Made in Austria”
Inhalt
Fazit
& Ausblick
Beispiel 3:
Holznutzung
Beispiel 2:
Bier
Beispiel 1:
Biotreibstoff
Lebenszyklusanalyse
Beispiel 2: Bier
Fragestellung
Modellierung der Herstellung von Bier
Die drei Treibhausgase
Treibhausgas-Bilanz mit den drei Treibhausgasen
Kohlendioxid (CO2)
Methan (CH4) und
Lachgas (N2O)
Beitrag zum Treibhauseffekt (100 Jahre, IPCC
2007) (in Kohlendioxid-Äquivalent CO2-Äq.)
1 kg CO2 = 1 kg CO2-Äq.,
1 kg CH4 = 25 kg CO2-Äq. und
1 kg N2O = 298 kg CO2-Äq.
Anteile der drei Treibhausgase an den THGEmissionen
42,3 t CO2-Äq/a
Herkunft der CO2-Emissionen
36,8 t CO2/a
„CO2-neutrale“
Brauerei?!?
Herkunft der N2O-Emissionen
0,016 t N2O/a
Carbon Footprint von 1 Liter Bier
Entspricht einer PKWFahrt von etwa 1,6 km
Bewertung Reduktionsmaßnahmen
- 10%
- 40%
Möglichkeiten für „klima-neutrales Bier“
Kompensation von etwa 40 t CO2-Äq/a
Möglichkeit 1: Kauf von CO2-Zertifikaten aus dem
landwirtschaftlichen Humusaufbau in der Öko-Region Kaindorf
Kosten CO2-Zertifikate:
Jahreskosten:
40 €/t
1.500 €/a
Möglichkeit 2: Errichtung und Betrieb einer PV-Anlage und Ersatz von
fossil erzeugtem Strom
Notwendige Strommenge1): 40 MWh/a
PV-Anlage2):
60 kWp auf 420 m²
Investitionskosten:
200.000 €
1) Ersatz Strom aus einem Kohlekraftwerk: 1 kg CO2-Äq./kWh Strom
2) Stromertrag: 100 kWh/(m²a)
1. Klima-neutrale Brauerei Österreichs
Entspricht einer PKWFahrt von 0 km
Inhalt
Fazit
& Ausblick
Beispiel 3:
Holznutzung
Beispiel 2:
Bier
Beispiel 1:
Biotreibstoff
Lebenszyklusanalyse
Der Kohlenstoff-Kreislauf
Natürlicher Kreislauf
Zeitfaktor
Kreislauf mit energetischen
Biomasse-Nutzung
ohne/mit
CO2-Konzentration Atmosphäre:
Holznutzung F1 {f1, f2} ≠ F2 ({f1, f2, f3}
Natürliche
Oxidation: f2(T2),
f2(T1)
Verbrennung: f3(T3)
Photosynthese: f1(T1),
f1(T1)
Energie
Verbrennung
Zeitfunktionen: T1 ≥ T2 ≥T3
Nährstoffe
Kohlenstoff
Asche
Lebenszyklusanalyse der stofflichen und
energetischen Holznutzung
Biomasse Produktion
Systemgrenze
Recycling
stoffliche
Holznutzung
energetische
Holznutzung
Produktion
Errichtung
Nutzung
interne
Energienutzung
Verwertung
Holzprodukte
interne
Biomassenutzung
Betrieb
Entsorgung
Bioenergie
Waldhackgut
Referenzsystem mit
Heizöl
Wald
Sammlung
Transport
Restholz
Natürliche
Oxidation
Änderung KohlenstoffSpeicherung
Rohöl
Gewinnung
Transport
Aufbereitung
Raffinerie
Verteilung
Verteilung
HackgutKessel
HeizölKessel
Wärme
Treibhausgas-Emissionen:
Nutzwärme
Treibhausgas-Reduktion
85 – 90%
Annahmen:
 Holzverbrennung „CO2-neutral“
 Allokation nach Masse: Forstwirtschaft und
Holzverarbeitung
 Keine Änderungen der C-Speicher bzw.
Landnutzung
Treibhausgas-Emissionen:
Strom&Nutzwärme
Annahmen:
 Holzverbrennung „CO2-neutral“
Treibhausgas-Reduktion
Allokation nach Masse: Forstwirtschaft und
Holzverarbeitung
75 – 90%
 Keine Änderungen
der C-Speicher bzw.
Landnutzung
Inhalt
Fazit
& Ausblick
Beispiel 3:
Holznutzung
Beispiel 2:
Bier
Beispiel 1:
Biotreibstoff
Lebenszyklusanalyse
Nachhaltigkeit im Lebenszyklus
Umwelt
Wirtschaft
Gesellschaft
Die Methoden der Nachhaltigkeitsbewertung
Life Cycle Sustainability
Assessment (LCSA):
Umwelt: Lebenszyklusanalyse
(LCA – Life Cycle Assessment)
Wirtschaft:
Lebenszykluskostenanalyse (LCC
– Life Cycle Costing)
Gesellschaft: Soziale
Lebenszyklusanalyse (SLCA –
Social Life Cycle Assessment)
Ökologische, ökonomische und soziale
Nachhaltigkeitsbewertung mit wissenschaftlich fundierten
Kennzahlen
Treibhausgas-Emissionen
[g CO2-Äq/PKW-km]
Die zwei Schlüssel:
Erneuerbare Energie und Energieeffizienz
PKW mit VKM und Batterie-Elektro PKW
300
Diesel/Benzin
250
Strom
UCTE Mix
Strom
Erdgas
200
Biodiesel
Raps*)
Öko-H2
Wasserkraft
Zunahme +30%
150
Strom PV inkl. Speicher
100
Strom
Wasserkraft
50
Biotreibstoff
Holz
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Realer Energiebedarf Fahrzeug [kWh/100km]
Quelle: LCA von PKWs, Joanneum Research, *) ohne Landnutungsänderung
Treibhausgas-Emissionen
[g CO2-Äq/PKW-km]
Die zwei Schlüssel:
Erneuerbare Energie und Energieeffizienz
PKW mit VKM und Batterie-Elektro PKW
300
Diesel/Benzin
250
Strom
UCTE Mix
Strom
Erdgas
200
Biodiesel
Raps*)
Öko-H2
Wasserkraft
150
Strom PV inkl. Speicher
100
Strom
Wasserkraft
50
Biotreibstoff
Holz
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Realer Energiebedarf Fahrzeug [kWh/100km]
Quelle: LCA von PKWs, Joanneum Research, *) ohne Landnutungsänderung
Profitieren Sie von unseren 20 Jahren
Erfahrung
Standortbewertung: Detailanalyse, Voremissionen von
zugekauften Energie und Materialien
Nachhaltigkeitsbewertung wissenschaftlich fundiert
Internationalität: Methodikwissen, Datenbasis, Anwendung
Zweckorientierte Datenerhebung und –auswertung
Arbeiten mit Bandbreiten und Setzen von Benchmarks
Umgang mit sensiblen/betriebsrelevanten Detaildaten
Unterstützung bei Weitergabe der
Ergebnisse an Kunden/Öffentlichkeit
Unabhängigkeit
Ihr Kontakt
JOANNEUM RESEARCH
Forschungsgesellschaft mbH
RESOURCES – Institut für
Wasser, Energie und
Nachhaltigkeit
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+43 316 876-1313
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Ausgewählte Referenzen:
Energie- und Treibhausgasbilanzen
Biotreibstoffe (AGRANA Bioethanol, Münzer Bioindustrie,
CropEnergies Bioethanol, CropEnergies BioWanze,
HUNGRANA, Biodiesel Kärnten, ARGE Biokraft, BDI Graz,
EU Commission)
Transportdienstleistungen (WIENER LINIEN, Holding Graz,
OMV, Energie Steiermark)
Lebensmittel (AGRANA Juice Holding, SPAR
Österreichische Warenhandels-AG, Brauerei Gratzer, Kaffee
GOFAIR, Weingut Retter-Kneissl, ecoduna)
Betriebe (WIENER LINIEN, ASFINAG, Herbsthofer, Gaugl
Metalle)
Referenzen: Ökobilanzen und
Nachhaltigkeitsbewertung
Erstellung des Carbon Footprint für Gemeinden (KötschachMauthen, Region Obersteiermark West)
Ökobilanzierung und Nachhaltigkeitsbewertung im Rahmen
(inter)nationaler Forschungsprojekte z.B.
Gebäude
Biogas und Biomethan
Bioraffinerie (mit IEA Bioenergy)
Biotreibstoffe
Energie und Stoffe aus Algen
Elektro-Fahrzeuge (mit IEA Hybrid & Electric Vehicles - HEV)
Stromerzeugung
Energiespeicher-Systeme
Wasserstoff
Neue Rohstoffe, z.B. Algen, Naturgummi

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