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ifeu – Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg
THG-Bilanzierungsmethoden und –tools für Biokraftstoffe
Nils Rettenmaier
BMEL-Fachtagung „Treibhausgasbilanzen von Biokraftstoffen – Bestandsaufnahme und Optimierungsansätze“
1. Oktober 2014, Berlin
IFEU - Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg, seit 1978
• Unabhängiges ökologisches Forschungsinstitut
• Gemeinnützige GmbH mit gegenwärtig ca. 60 Mitarbeitern
• Forschung / Beratung zu Umweltaspekten von - Energie (incl. Erneuerbare Energien) - Verkehr - Abfallwirtschaft - Ökobilanzen - Umweltverträglichkeitsprüfung - Biomasse - Umweltbildung
Wer wir sind – Was wir machen
Wer wir sind – Was wir machen
Biomasseforschung am IFEU
• Forschung / Beratung zu Umweltaspekten von - Bioenergie für Strom, Wärme und Verkehr - Bioraffinerien - Biobasierte Materialien - Nahrungsmittel - Konventionelle und ökologische Landwirtschaft
• Nachhaltigkeitsaspekte / Bewertungsansätze
• Potenziale
• Technologien
• CO2-Vermeidungskosten
IFEU - Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg, seit 1978
• Unsere Fördermittel- und Auftraggeber (Auswahl) - Weltbank - UNEP, GTZ, FAO, UNIDO, UNFCCC etc. - Europäische Kommission - Bundes- und Landesministerien und zugehörige Dienstbehörden (FNR, UBA etc.) - Verbände - Gemeinden - WWF, Greenpeace etc. - Unternehmen (Deutsche Telekom, Volkswagen, Shell etc.) - Stiftungen (Deutsche Bundesstiftung Umwelt, British Foundation on Transport etc.)
Wer wir sind – Was wir machen
ifeu – Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg
THG-Bilanzierungsmethoden und –tools für Biokraftstoffe
Nils Rettenmaier
BMEL-Fachtagung „Treibhausgasbilanzen von Biokraftstoffen – Bestandsaufnahme und Optimierungsansätze“
1. Oktober 2014, Berlin
Gliederung
• THG-Bilanzierungsmethoden • Wissenschaft: Ökobilanz und Carbon Footprint • Politik: THG-Bilanzen nach Anhang V der RED
• THG-Bilanzierungstools • Ökobilanz-Software • BioGrace • ENZO2
• GEF
• Schlussfolgerungen
• THG-Bilanzierungsmethoden • Wissenschaft: Ökobilanz und Carbon Footprint • Politik: THG-Bilanzen nach Anhang V der RED
• THG-Bilanzierungstools • Ökobilanz-Software • BioGrace • ENZO2
• GEF
• Schlussfolgerungen
Bewertungsinstrumente
Kriterien
Kommunikation Management
Ökoau-dit
Risiko
soziale Aspecte
Chemikalien
See-balance
Ökonomie
Eco-
Technikfolgen-abschätzung
Übergreifende Umweltaspekte
Stoffflussanalyse Ökobi-lanz
effizienz analyse
einzelne Umwelt-
Chemikalientest
Ökoau-dit
UVP SUP
aspekte
CFP
Unter-suchungsgegen-stand
Substanz Material
Produkt Produk-tions-stätte
Anlage Technologie Technik
Geset-ze
Ökologische Vorteile und Nachteile:
+
• CO2-neutral • Einsparung energetischer
Ressourcen • Weniger toxisch • Weniger Transporte • etc.
–
• Flächenverbrauch • Eutrophierung von
Oberflächengewässern • Wasserverschmutzung durch
Pestizide • Energieintensive Produktion • etc.
Insgesamt: Positiv oder Negativ
?
Bioenergie und Umwelt
Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens
Sachbilanz
Wirkungsabschätzung
Auswertung
Struktur der Ökobilanz nach ISO 14040/ 44
Bewertungsinstrument “Ökobilanz”
Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens
Rohstoff-Förderung
Bioenergieträger Fossiler Energieträger Dünger
Diesel Pestizide
Anbau
Neben-produkte
Gutschriften
Brache
Äquivalenz-produkte
Produktion Rohmaterial
Nutzung
Transport
Produktion
Ökobilanz: Lebenswegvergleich
Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens
Sachbilanz
Wirkungsabschätzung
Auswertung
Struktur der Ökobilanz nach ISO 14040/ 44
Sachbilanz
Bewertungsinstrument “Ökobilanz”
Outputs z.B.:
- CO2
- SO2
- CH4
- NOX - NH3
- N2O - HCl - CO - C6H6
- VOC
Inputs z.B.:
- Erdgas - Rohöl - Braunkohle - Steinkohle - Uran - Wasser
Ökobilanz: Sachbilanz
Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens
Sachbilanz
Wirkungsabschätzung
Auswertung
Struktur der Ökobilanz nach ISO 14040/ 44
Wirkungsabschätzung
Bewertungsinstrument “Ökobilanz”
Wirkungskategorie Parameter Substanzen (Sachbilanz) Ressourcen-verbrauch
Summe erschöpflicher Primärenergieträger
Mineral. Ressourcen
Rohöl, Erdgas, Kohle, Uranerz, …
Kalkstein, Tonerde, Metallerze, Steinsalz, Pyrit, …
Treibhauseffekt
CO2-Äquivalente Kohlendioxid, Distickstoffoxid, Methan, voll- und teilhalogenierte Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe, Methylbromid, …
Ozonabbau F11-Äquivalente, (Distickstoffoxid)
Voll- und teilhalogenierte Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe, Halone, Methylbromid, …
Versauerung SO2-Äquivalente
Schwefeldioxid, Salzsäure, Stickstoffoxid, Ammoniak, Flusssäure, …
Eutrophierung PO4-Äquivalente Stickoxide, Ammoniak, Phosphat, Nitrat
Photosmog
Ethen-Äquivalente
Kohlenwasserstoffe, Stickoxide, Kohlenmonoxid, Chlorkohlenwasserstoffe, …
Human- und Ökotoxizität
Stickoxide, Kohlenmonoxid, Salzsäure, Dieselpartikel, Staub, Ammoniak, Benzol, Benzo(a)pyren, Schwefeldioxid, Dioxine (TCDD), …
Ökobilanz: Wirkungsabschätzung
Umwelt-wirkung
Einheit Sachbilanzgröße Formel Äquivalenz-faktor
Treibhaus-effekt (GWP)
CO2-Äquivalente
Kohlendioxid Methan Distickstoffoxid Wasserhaltige Fluor-kohlenwasserstoffe Perfluorierte Kohlen-wasserstoffe Schwefelhexafluorid
CO2 CH4 N2O HFCs PFCs SF6
1 25
298 bis zu 14,800
bis zu 14,400
22,800
Ökobilanz: Wirkungsabschätzung
Beispielgrafik: THG-Bilanz
Treibhauseffekt
-4 -2 0 2 4
RME
Diesel
Saldo (RME minus Diesel)
[kg CO2-Äq. / kg Diesel bzw. Diesel-Äq.]
Gutschriften Aufwendungen
Vorteil für RME Nachteil für RME
Maschinelle Feldarbeit Referenz-System Bereitstellung
Stoffliche Inputs Sojaschrot (Landw.) Nutzung
Ölmühle Sojaschrot (Trans.)
Umesterung Glyzerin
Nutzung
RME Gutschriften Diesel
Quelle: IFEU 2004
Beispielgrafik: Gesamt-Ökobilanz
Quelle: IFEU 2004
Vorteile für Biodiesel Vorteile für Dieselkraftstoff
-400 -200 0 200 400 600 800 1000
Energieaufwand
Treibhauseffekt
Versauerung
Eutrophiertung
Photosmog
Ozoneabbau Einwohner- werte pro 1000 ha
Gesamtökol. Bewertung: Alle Umweltwirkungen !
Bewertungsinstrumente
Kriterien
Kommunikation Management
Ökoau-dit
Risiko
soziale Aspecte
Chemikalien
See-balance
Ökonomie
Eco-
Technikfolgen-abschätzung
Übergreifende Umweltaspekte
Stoffflussanalyse Ökobi-lanz
effizienz analyse
einzelne Umwelt-
Chemikalientest
Ökoau-dit
UVP SUP
aspekte
CFP
Unter-suchungsgegen-stand
Substanz Material
Produkt Produk-tions-stätte
Anlage Technologie Technik
Geset-ze
Bew.instrument “CO2-Fußabdruck“
• Der CO2-Fußabdruck (Carbon Footprint von Produkten), ist ein Maß für alle Treibhausgas-Emissionen, die im Lebenszyklus eines Produkts anfallen.
• Instrument, um die Klimawirksamkeit von Waren und Dienstleistungen zu bestimmen, zu bewerten und zu kommunizieren.
• Der CO2-Fußabdruck eines Produktes entspricht damit einer Teilmenge seiner Ökobilanz (THG-Bilanz)
• Methodischer Rahmen für den CFP sind die ISO-Normen 14040 & 14044 (Produkt-Ökobilanz) sowie 14020, 14024 & 14025 (Umweltkennzeichnungen und -deklarationen)
Carbon Footprint nach ISO/TS 14067
Fazit: Wissenschaftl. THG-Bilanzen
• Aus wissenschaftlicher Sicht: • THG-Bilanzen sind ein geeignetes Instrument für
unterschiedliche Zwecke und Fragestellungen • Koppelproduktnutzungen sachgerecht abbildbar • Direkte Landnutzungsänderungen seit Jahren Teil des so
genannten agrarischen Referenzsystems • „Klimafreundlich“ bedeutet nicht automatisch „ökologisch
vorteilhaft“ Betrachtung weiterer Wirkungskategorien
• Aber: • Jede Bilanz wird vor dem Hintergrund einer spezifischen
Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens (Phase 1) erstellt
• Aus diesem Grund gibt es nicht nur eine einzige Ökobilanz ‘Biodiesel vs. Dieselkraftstoff’: die Ergebnisse der Studien reflektieren unterschiedliche, spezifische Systemgrenzen und sind daher nur bedingt miteinander vergleichbar.
Von der Wissenschaft zur Politik…
• Anforderungen: • Klar u. verständlich • Leicht anwendbar • Vorhersagbar u. eindeutig
THG-Bilanzen in der Wissenschaft
THG-Bilanzen für Rechtsvorschriften
Vereinfachungen nötig !
RED: Nachhaltigkeitskriterien
Richtlinie 2009/28/EG zur Förderung der Nutzung von Energie aus erneuerbaren
Quellen
Verbindliche Nachhaltigkeits-kriterien für Biokraftstoffe und
flüssige Biobrennstoffe
Nachhaltigkeitskriterien: Treibhausgasbilanz: Minderung der Treibhausgasemissionen um mind. 35 % (ab 2017: 50 %, ab 2018: 60 %)
Flächenbezogene Anforderungen: Ausschluss von Flächen mit hoher Biodiversität oder hohem Kohlenstoff-gehalt sowie Torfmooren
Anbaubezogene Anforderungen: Einhaltung der gemeinsamen Regeln für Direktzahlungen im Rahmen der Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP / Cross Compliance) und den Mindestanfor-derungen für den guten landwirtschaft-lichen und ökologischen Zustand
THG-Bilanzen nach RED
• RED enthält in Anhang V • Standardwerte (gesamt und disaggregiert) und • methodische Regeln für eigene Berechnungen („tatsächliche
Werte“)
• Wirtschaftsteilnehmer können • Standardwerte nutzen oder • tatsächliche Werte, die nach Anhang V berechnet werden
oder • die Summe aus tatsächlichen Werten und disaggregierten
Standardwerten
• Mit Anheben des Schwellenwertes für THG-Ein-sparungen (2017 / 2018) sowie der Umstellung auf eine THG-Quote (ab 2015 in Deutschland) wird die Nutzung von tatsächlichen Werten zunehmen
THG-Bilanzen nach RED: Anhang V
• Wird genutzt, um tatsächliche Werte zu berechnen
• Wichtigste Angaben: • Well-to-wheel Betrachtung • Infrastruktur nicht inbegriffen • Funktionelle Einheit: 1 MJ • Berücksichtigte Treibhausgase: CO2, CH4, N2O
(Treibhausgaspotenziale werden zur Verfügung gestellt) • Emissionen aus direkter Landnutzungsänderung werden
erfasst • Allokation der Nebenprodukte basiert auf dem unteren
Heizwert (Ausnahmeregelungen!) • Fossile Referenzwerte: 83,8 g CO2 Äq. / MJ (für Kraftstoffe)
THG-Bilanzen nach RED: Anhang V
Anbau
Verarbeitung Stufe 1
Transport Rohstoff
Direkte Landnutzungsänderung
Verarbeitung Stufe 2
Transport Halbfertigerzeugnis
Tankstelle
Transport Biokraftstoff
el
eec
eep
eep
etd
etd
etd
etd
eep
etd
el
eec esca
Dünger
Diesel PSM
Anbau
eu=0
Lebenszyklus-Treibhausgasemissionen
THG-Bilanzen nach RED: Anhang V
eee: kombiniert mit ep
esca: Methodik noch in der Diskussion
eu: für Biokraftstoffe zu Null gesetzt
eec, ep, etd = „Disaggregierte Standardwerte“
el: gemäß Beschluss der Kommission 2010/335/EU
eeccs/ccr: Technologie nicht vorh.
Schritte vom Anbau bis zur Tankstelle
- Bonus für Anbau auf degradierten Flächen: 29 g CO2 eq / MJ
Lebenszyklus-Treibhausgasemissionen
THG-Bilanzen nach RED: Anhang V
Rapsanbau
Umesterung
Transport
Rohöl-förderung
Raffination
Transport
RMEDiesel
NutzungNutzung
AgrarischesRef.system
Rapsöl
Extraktion Rapsschrot Sojaschrot
Glyzerin Chemikalien
Rapsschrot
Glyzerin
Rapsöl
RME
%
%
Rapssaat
Imkerei-produkte
Konvention.Produkte
Imkerei-produkte%
Substitution Allokation
Umgang mit Koppelprodukten
Fazit: THG-Bilanzen nach RED
• Gewählte Vereinfachungen aus Rechtssetzungs-sicht oft nachvollziehbar, aber z.T. kritikwürdig: • Unnötige Nullsetzung der Emissionen aus Nutzungs-
phase oder „Abschneiden“ der Gärrestausbringung • Allokation auf Basis Hu nicht sachgerecht bei
Koppelprodukten, die als Futtermittel genutzt werden • Verwendung veralteter IPCC-Emissionsfaktoren
• Rechenregeln in Anhang V nicht ausreichend, daher weitergehende Regulierung nötig: • Mitteilung der Kommission 2010/C 160/02 • CEN-Norm EN 16214-4:2013 • …
• Ergebnisse sind nicht direkt mit THG-Bilanzen nach den ISO-Normen vergleichbar !
Gliederung
• THG-Bilanzierungsmethoden • Wissenschaft: Ökobilanz und Carbon Footprint • Politik: THG-Bilanzen nach Anhang V der RED
• THG-Bilanzierungstools • Ökobilanz-Software • BioGrace • ENZO2
• GEF
• Schlussfolgerungen
• THG-Bilanzierungsmethoden • Wissenschaft: Ökobilanz und Carbon Footprint • Politik: THG-Bilanzen nach Anhang V der RED
• THG-Bilanzierungstools • Ökobilanz-Software • BioGrace • ENZO2
• GEF
• Schlussfolgerungen
Ökobilanz-Software: Beispiele
• Umberto
• SimaPro
• GaBi
• openLCA
• …
THG-Bilanzierungstool: BioGrace
• Ziel des IEE-Projekts (finanziert durch die EU): • Harmonisierung der THG-Bilanzierung und THG-
Bilanzierungstools in Europa mit Bezug zu RED und FQD
• Partner: Agentschap NL, ADEME, BE2020, BIO-IS, CIEMAT, EXERGIA, STEM & IFEU
• IFEU wird das Tool nach Projektende fortführen
THG-Bilanzierungstool: BioGrace
• Excel basiertes Berechnungstool • Reproduziert 22 THG-Stan-
dardwerte (RED Anhang V)
• Benutzerhandbuch
• Rechenregeln
• BioGrace wurde von der Europäischen Kommis- sion anerkannt (30.05.2013) • einzig anerkanntes Rechentool zur
Bestimmung von Treibhausgasen auf europäischer Ebene
• kann von Zertifizierungssystemen genutzt werden
Anerkannt !
THG-Bilanzierungstool: BioGrace
Herausforderung: 2G-Biokraftstoffe
IFEU 2014 g CO 2 eq / MJ
Extraction or cultivation of raw materials Processing Transport and distribution Net result
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Straw ethanol 1-A (2015)
Straw ethanol 2-C (2015)
Straw ethanol 1-A (2025)
Var.: less enzymes
Straw ethanol 2-C (2025)
Wheat straw ethanol (RED)
Poplar to ethanol 1-A (2025)
Poplar to ethanol 2-C (2025)
Farmed wood ethanol (RED)
Foss. fuel comparator (RED)
Emissions 2017 2018
RED-Standardwerte erscheinen sehr optimistisch Rechenregeln für 2G-Biokraftstoffe z.T. unklar
THG-Bilanzierungstool: ENZO2
• Entwickelt vom IFEU (finanziert durch das BMU) für alle Biokraftstoffe und flüssigen Bioenergieträger, die sich auf dem deutschen Markt etablieren wollen • Folgt streng der RED-Methodik mit Spezifikationen gemäß
der deutschen Gesetzgebung • Abgestimmt mit BioGrace
• Gleiche Liste von Hintergrundwerten gleiche Ergebnisse in beiden Tools
• Beinhaltet alle Lebenswege, für die RED-Standardwerte existieren
• IFEU wird das Tool nach Projektende fortführen
THG-Bilanzierungstool: ENZO2
• Excel-basiertes Berechnungstool • 6 einzelne Dateien für verschiedene
Ausgangsmaterialien / Lebenswege
• Modularer Ansatz
• Unabhängige Dateneingabe durch Marktakteure
• ENZO2 wurde von der Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) anerkannt (25.02.2013) • einzig anerkanntes Rechentool zur Bestim-
mung von Treibhausgasen in Deutschland • kann von Zertifizierungssystemen genutzt
werden
Anerkannt !
THG-Bilanzierungstool: ENZO2
THG-Bilanzierungstool: GEF
• Entwickelt im Rahmen des GEF-finanzierten Projektes ‘Global assessment and guidelines for sustainable liquid biofuel production in developing countries’
• Das Projekt zielt darauf ab, der GEF und anderen Institutionen folgende Möglichkeiten zu eröffnen: • Klare Strategien einzuführen und • Prioritäten zu identifizieren, die zukünftige Arbeitschritte und
Investitionen in Biokraftstoff-Projekte betreffen
• Der GEF Rechner erfüllt nicht den Zweck RED-konforme Treibhausgasberechnungen durchzuführen
THG-Bilanzierungstool: GEF
• Excel-basiertes Berechnungtool • 74 Lebenswege für flüssige Biokraftstoffe (mobil) und
Biobrennstoffe (stationär) in Entwicklungsländern
THG-Bilanzierungstools: Vergleich BioGrace ENZO2 GEF
Zweck Gesetzgebung (EU RED); Nachweis
Gesetzgebung (EU RED); Nachweis
Informationen zu nachhaltigen Bio-kraftstoffen
Landnutzungs-änderungen
IPCC Leitlinien Siehe BioGrace Siehe BioGrace
Nebenprodukte Allokation (Hu) Allokation (Hu) Allokation (Hu)
Einheiten Pro MJ Biokraftstoff; zusätzliche Einheiten zu Informations-zwecken
Pro kg Ertrag in jedem Schritt; am Ende pro MJ Biokraftstoff
Pro kg Ertrag in jedem Schritt; am Ende pro MJ Biokraftstoff
Hintergrundwerte Harmonisierte Liste von Hintergrund-werten
Siehe BioGrace, werden aktua-lisiert
Siehe BioGrace, werden nicht aktualisiert
Möglichkeiten für Modifikationen
Keine Einschränkung; Modus „Änderungen nachverfolgen“ zur Kontrolle
Eingeschränkt (Eingabewerte; zusätzliche Emissionen)
Eingeschränkt (Eingabewerte)
Fazit: THG-Bilanzierungstools
• Anerkannte und untereinander harmonisierte THG-Bilanzierungstools wie BioGrace und seine „Ableger“ in DE (=ENZO2), UK und ES erhöhen Rechtssicherheit. Einsatz aber nicht verpflichtend
• Mit dem RSB RED Tool und dem Abengoa Tool exisiteren aber weitere, nicht mit BioGrace harmonisierte Tools weiterhin „Wildwuchs“
• Mit jeder Aktualisierung von Anhang V müssen diese Tools ebenfalls aktualisiert werden
• Dringend geboten: Erweiterung auf Biokraftstoffe der 2. Generation (bislang nicht abgedeckt) zur Vermeidung von Rechtsunsicherheiten
Gliederung
• THG-Bilanzierungsmethoden • Wissenschaft: Ökobilanz und Carbon Footprint • Politik: THG-Bilanzen nach Anhang V der RED
• THG-Bilanzierungstools • Ökobilanz-Software • BioGrace • ENZO2
• GEF
• Schlussfolgerungen
• THG-Bilanzierungsmethoden • Wissenschaft: Ökobilanz und Carbon Footprint • Politik: THG-Bilanzen nach Anhang V der RED
• THG-Bilanzierungstools • Ökobilanz-Software • BioGrace • ENZO2
• GEF
• Schlussfolgerungen
Schlussfolgerungen • Ökobilanzen / THG-Bilanzen in Anlehnung an ISO-
Normen sind ein geeignetes Instrument, um Ent-scheidungsträger wissenschaftlich zu unterstützen • Geben präzise Antworten auf präzise Fragen • Jedoch oft eingehende, zeitraubende Untersuchungen nötig
• Rechtssetzung im Zuge der RED (Anhang V) erfor-derte zahlreiche Vereinfachungen und Konventionen • Regeln nur für Nachweis geeignet, nicht für Politikanalyse ! • Leider weiterhin Interpretationsspielraum u. Schlupflöcher
• Anerkannte und untereinander harmonisierte THG-Bilanzierungstools (und Rechenregeln) erhöhen Rechtssicherheit • Erfordern kontinuierliche Pflege • Erweiterung auf Biokraftstoffe der 2. Generation nötig
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Fragen ? …… beantworte ich gerne ! Kontakt: …… nils.rettenmaier@ifeu.de Downloads: …… www.ifeu.de …… www.biograce.net
Nils Rettenmaier
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