Entwicklung von Biomass-to-Liquid Treibstoffen und deren Umweltbelastungen bei der Herstellung und Nutzung
Im Forschungsprojekt RENEW wurde die Produktion von synthetischen Kraftstoffen (BTL) aus Biomasse weiterentwickelt. Von ESU-services wurde eine vollständige Ökobilanz für die Biomassproduktion, Kraftstoffsynthese und Distribution bis zum Fahrzeug ausgearbeitet. Ziel der Bilanz ist der ökologische Vergleich der Herstellungswege von BTL-Treibstoffen (Biomass-to-Liquid). Dabei werden als Biomasse-Rohstoffe Stroh, Kurzumtriebsholz und Chinaschilf berücksichtigt. Insgesamt wurden 5 Verfahrenskonzepte miteinander verglichen. Die Modellierungsdaten wurden für Anlagen mit einem Biomassinput von 500MW simuliert.
Die Bewertung der Umweltbelastungen beschränkt sich auf die Indikatoren kumulierter Energieaufwand, Ressourcenverbrauch, Treibhausgaspotential, Sommersmog, Versauerung, Überdüngung, Wasserverbrauch und Inanspruchnahme von Landfläche. Modelliert wurde ein Standardszenario bei dem der Energiebedarf bei der Synthese vor allem intern durch Biomasse gedeckt wird. In einem zweiten Szenario wurde die Treibstoffproduktion dadurch maximiert, dass Strom zur Herstellung von Wasserstoff in erheblichem Umfang zugekauft wird.
Beim Vergleich der Verfahrenskonzepte bestimmt vor allem der Umwandlungsgrad von Biomasse zu fertigem Treibstoff das Ergebnis. Dieser schwankt je nach Verfahren zwischen 26% und 69% bezogen auf den Energiegehalt der verarbeiteten Biomasse. Ein Hauptteil der Umweltbelastungen stammt aus dem Anbau der Biomasse. Somit sind zukünftig neben einer Verbesserung der Verfahrenseffizienz auch Möglichkeiten zur Reduktion der landwirtschaftlichen Umweltbelastungen von Bedeutung. Ferner ist zu berücksichtigen, dass mit sinkendem Umwandlungsgrad die Luftemissionen in Form von Abgas und abgetrennten Gasbestandteilen steigen.
Die Zieldefinition, Sachbilanzdaten und Ergebnisse der Ökobilanz für die BTL-Herstellung wurden vollständig und transparent dokumentiert (siehe englischsprachige Seite). Die Daten sind auch elektronisch verfügbar. Eine deutsche Kurzfassung wurde für das BFE ausgearbeitet. Die gesamte Ökobilanz zum Vergleich der Verfahrenswege wurde einer externen kritischen Prüfung gemäss ISO14040 unterzogen.
Im Rahmen eines Folgeprojektes wurde mit den erhobenen Sachbilanzdaten eine vollständige Ökobilanz zum Vergleich der Umweltbelastungen von BTL mit fossilen Kraftstoffengerechnet und dokumentiert.
Website RENEW Projekt (Renewable Fuels for Advanced Powertrains): https://www.renew-fuel.com/
Umweltbelastungen durch synthetischer Biotreibstoffe aus BTL-Verfahren
Ziel dieser Zusatzstudie ist die Beurteilung der Umweltbelastungen durch die Nutzung von synthetischen Biokraftstoffen. Diese Art von Treibstoffen kann theoretisch aus Holz, Stroh oder Bioabfällen produziert werden. In einem ersten Schritt wird dabei mittels Vergasung des Rohstoffes ein Synthesegas erzeugt. In einem zweiten Schritt kann aus diesem Gas ein Treibstoff synthetisiert werden. Dieser Typ von Biokraftstoffen wird auch als Treibstoff der zweiten Generation oder BTL (biomass-to-liquid) bezeichnet.
Als Biomasse-Rohstoffe wurden Chinaschilf (Miscanthus), Kurzumtriebsholz (Weide), Weizen-Stroh und Waldholz untersucht. Die verschiedenen Verfahrensvarianten unterscheiden sich hinsichtlich technischer Details, wie z.B. der Vergasung, hinsichtlich Anlagengrösse, zentraler bzw. dezentraler Vergasung und Menge des als Nebenprodukt verkauften Stromes und der verkauften Wärme. Diese Daten wurden hinsichtlich der Treibstoffverbrennung ergänzt und entsprechend der bisher verwendeten Systematik ausgewertet.
Im Vergleich zur fossilen Referenz kann mit den BTL-Treibstoffen eine deutliche Reduktion der Treibhausgasemissionen (28% bis 69%) und des nicht-erneuerbaren Energiebedarfs (37% bis 61%) erreicht werden. Die Reduktionen sind allerdings deutlich geringer als in früheren Studien, die 90% CO2-Reduktion ausweisen.
Bei einer Beurteilung der gesamten Umweltbelastungen mit den Bewertungsmethoden Eco-indicator 99 (H,A) und Umweltbelastungspunkte 2006 (Schweizer Methode der ökologischen Knappheit) schneiden viele der Herstellungsvarianten allerdings schlechter ab als die fossile Referenz. Bei der Nutzung von Waldholz ist es möglich, geringere Umweltbelastungen zu erreichen. Beim Kurzumtriebsholz scheint es möglich, BTL-Treibstoffe zu produzieren, die über den gesamten Lebensweg etwa gleich hohe Umweltbelastungen wie das heutige fossile Benzin verursachen, wenn mit der Methode Umweltbelastungspunkte 2006 bewertet wird. Bei einer Bewertung mit dem Eco-indicator 99 (H,A) können BTL-Treibstoffe aus landwirtschaftlichen Nebenprodukten, wie Stroh, ähnliche geringe Gesamtbelastungen wie beim Benzin erreichen.
Grundsätzlich bestätigt sich die Erkenntnis der Ökobilanz zu bereits marktfähigen Produkten, dass die Nutzung von Abfällen, Reststoffen und Waldholz meist niedrigere Umweltbelastungen verursacht als die Nutzung von landwirtschaftlichen Biomasse Rohstoffen. Aus der Verwendung einer Ganzpflanze für BTL ergibt sich allerdings nicht zwingend auch ein höherer Treibstoffertrag pro Hektar, da die energetischen Umwandlungsverluste bei diesen Verfahren 30% und mehr betragen.
Auch bei BTL-Treibstoffen besteht ein Zielkonflikt zwischen möglichst hohen Flächenerträgen auf der einen Seite und niedrigen Umweltbelastungen auf der Anderen. Höhere Erträge können oft nur durch höhere Düngemittel- und Pestizideinsätze erreicht werden. Insgesamt wird damit das in einigen bisherigen Publikationen gezeichnete Bild einer eindeutigen ökologischen Verbesserung durch die Nutzung von BTL-Treibstoffen bzw. Biotreibstoffen „zweiter Generation“ relativiert. Somit können synthetische Treibstoffe nicht als generell besser (oder schlechter) beurteilt werden als andere erneuerbare Treibstoffe.
Jungbluth, N., Büsser, S., Frischknecht, R., Tuchschmid, M. 2008: Ökobilanz von Energieprodukten: Life Cycle Assessment of biomass-to-liquid fuels. Programm Biomasse No. 280006, ESU-services Ltd. im Auftrag des Bundesamtes für Energie, Bundesamt für Umwelt und Bundesamt für Landwirtschaft, Berne, CH
