THG-Bilanzierungsmethoden und –tools für Biokraftstoffe · CIEMAT, EXERGIA, STEM & IFEU • IFEU wird das Tool nach Projektende fortführen . THG-Bilanzierungstool: BioGrace •

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


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.)


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



• GEF


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”


Rohstoff-Förderung

Bioenergieträger Fossiler Energieträger Dünger

Diesel Pestizide

Anbau

Neben-produkte

Gutschriften

Brache

Äquivalenz-produkte

Produktion Rohmaterial

Nutzung

Transport

Produktion

Ökobilanz: Lebenswegvergleich


Sachbilanz


Auswertung


Sachbilanz


Outputs z.B.:

- CO2

- SO2

- CH4

- NOX - NH3

- N2O - HCl - CO - C6H6

- VOC

Inputs z.B.:

- Erdgas - Rohöl - Braunkohle - Steinkohle - Uran - Wasser

Ökobilanz: Sachbilanz


Sachbilanz


Auswertung




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)


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


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


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



• GEF




• GEF


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


• 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 !


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


• 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: 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



• GEF




• GEF


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: …… [email protected] Downloads: …… www.ifeu.de …… www.biograce.net

Nils Rettenmaier

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