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2. Kumulierter Energieaufwand (KEA) I

Vorlesung Umweltmanagement und ko-Auditierung

23. April 2015

Prof. Dr.-Ing. W. Mauch

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Aufbau der VL Umweltmanagement und ko-Auditierung

1. Die Wirtschaft im Kontext der Nachhaltigkeit

2. Kumulierter Energieaufwand (KEA) I

3. Kumulierter Energieaufwand (KEA) II

4. Kumulierter Energieaufwand (KEA) III

5. kobilanzierung

6. ko-Audits/Umweltmanagementsysteme

7. Kyoto-Protokoll und EmissionshandeI

8. CO2-Reduktionsmanahmen und Fragen zur Veranstaltung/Klausur

+ Exkursion Umweltmanagement in der Praxis

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bersicht: Werkzeuge der Nachhaltigkeit

Messen und bilanzieren

kobilanz

KEA

Managen

ko-Audit Kommunizieren

Eco-Label

Umweltbericht

Politische Vereinbarungen

Kyoto Emissionshandel

KEA

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Inhalte der heutigen Vorlesung

1. KEA - Grundlagen

2. Berechnungsanstze

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1. KEA - Grundlagen

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Der Kumulierte Energieaufwand (KEA)

Bei der Ermittlung des Kumulierten Energieaufwandes fr Produkte und Dienstleistungen erhlt man eine Basis fr die Berechnung bzw. Hinweise auf die damit verbundenen Materialaufwendungen, die Wahl der Werkstoffe und der Prozesstechnik unter energetischen Gesichtspunkten, die energetische Bedeutung der Behandlung benutzter Gter durch Teil-, Komponenten-

oder Stoffrckfhrung, energetische Nutzung und Entsorgung, den Einfluss der Nutzungsdauer energieverbrauchender oder umwandelnder konomischer

Gter (Produkte und Dienstleistungen) unter energetischen Gesichtspunkten,

mit Energieumwandlungen bei Herstellung, Betrieb und Beseitigung verbundenen Emissionen.

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Historische Entwicklung des Kumulierten Energieverbrauchs

Die Anfnge der Energieanalyse sind schon in den 1960er Jahren zu suchen. Im Vordergrund stand hier zunchst die Bestimmung von Energiekosten industrieller Produkte

Methodische Anstze zur Bestimmung des auf einzelne Produkte bezogenen Energieverbrauchs

Untersuchungen zum Energieaufwand fr den Bau und den Betrieb von Energieversorgungstechnologien und zum Recycling von Hausmll

Tagung der International Federation of Institutes for Advanced Study (IFIAS) 1974 zum KEV

Definitionen von Synonymen zum Kumulierten Energieaufwand: Vergegenstndlichter Energieverbrauch, Komplexenergieverbrauch oder auch graue Energie zu nennen.

im englischsprachigen Raum: hidden energy, grey energy oder gross energy requirement (GER)

Entwicklung der VDI-Richtlinie 4600 Kumulierter Energieaufwand (KEA ) 1997,

berarbeitung 2012

(siehe auch KEA in Wikipedia)

8 8

Der Kumulierte Energieaufwand (KEA)

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KEA - Basis kologischer Bewertung

KEA und ko-Audit

ko-Audit: betriebliche Input-Output-Analyse

KEA: Einbeziehung vor- und nachgelagerter Ketten

KEA und Produktkobilanz Lebenszyklusanalyse eines

Produktes ISO-Norm: keine Definitionen bzw.

Anleitung zur Bilanzierung von Energieflssen

Der Kumulierte Energieaufwand untersttzt durch: ausgereifte Methodik der Bilanzierung von Stoff- und

Energieflssen robuste, nachvollziehbare Energie-Kennzahl zur Bewertung der

Energiestrme einfache Ermittlung der energiebedingten Emissionen

Vielzahl an Basisdaten KEA-Datenbank

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Formelzeichen Symbol Einheit Bedeutung EE J/fE, Wh/fE *) Endenergie g % Bereitstellungsnutzungsgrad Hi=Hu=H J/kg, Wh/kg Heizwert (unterer Heizwert, inferior) Hs=Ho=B J/kg, Wh/kg Brennwert (oberer Heizwert, superior) KEA J/fE, Wh/fE Kumulierter Energieaufwand KEV J/fE, Wh/fE Kumulierter Energieverbrauch KNA J/fE, Wh/fE Kumulierter Nichtenergetischer Aufwand KRA J/fE, Wh/fE Kumulierter Regenerativer Aufwand KNRA J/fE, Wh/fE Kumulierter Nichtregenerativer Aufwand LD a Lebensdauer NEV J/fE, Wh/fE Nichtenergetischer Verbrauch PE J/fE, Wh/fE Primrenergie SEI NE, Wh/fE Stoffgebundener Energieinhalt ta h/a Jahresausnutzungsdauer W J/fE, Wh/fE Energie *) Diese Energiegren werden auf die funktionale Einheit fE bezogen. Darunter wird das jeweils betrachtete Produkt, dessen Masse, Volumen, Energie usw. oder die Dienstleistung verstanden. Indizes: Symbol Bedeutung Be Bereitstellung Br Brennstoff E Entsorgung ET Energietrger el elektrisch foss fossil H Herstellung l,j,k Laufindizes N Nutzung nuk nuklear reg regenerativ

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Primrenergie (Rohenergie) bezeichnet den Energieinhalt von natrlich vorkommenden Energietrgern, die noch keiner weiteren Verarbeitung unterzogen wurden. Beispiele sind Erdgas, Erdl oder Steinkohle, so lange sich diese noch in der jeweiligen Lagersttte befinden. Regenerative Energietrger - wie Wind oder Sonne - werden mit Faktor 1 in Primrenergie umgerechnet. Sekundrenergie ist der Energieinhalt von Energietrgern, der aus der Umwandlung von Primrenergietrgern oder aus anderen Sekundrenergietrgern gewonnen wurde. Beispielhaft sind hier Heizl oder Benzin zu nennen, welche verlustbehaftet aus Erdl gewonnen werden. Verluste ergeben sich hier auf verschiedenen Stufen der Produktionskette, sowohl bei der Frderung, dem Transport als auch der Raffination des Erdls. Endenergie ist der Energieinhalt aller primren und sekundren Energietrger, der dem Verbraucher letztendlich zur Verfgung steht. Dieser Wert ist bereits vermindert um smtliche Transport- und Umwandlungsverluste, den nichtenergetischen Verbrauch und den Eigenbedarf - etwa bei der Stromerzeugung in Kraftwerken - die auf dem Weg zum Endverbraucher anfallen. Beispiele sind Benzin an der Tankstelle, Strom aus der Steckdose oder Fernwrme im Haushalt. Nutzenergie steht nach der letzten Umwandlung dem Verbraucher fr den jeweiligen Zweck zur Verfgung. Technische Form der Energie, welche der Verbraucher fr den jeweiligen Zweck letztlich bentigt, also z. B. Wrme, mechanische Energie, Licht, Nutzelektrizitt (z. B. fr Galvanik und Elektrolyse) und elektromagnetische Strahlung. Abwrme umfasst alle ein System verlassenden fhlbaren und latenten Wrmestrme einschlielich der Verluste, aber mit Ausnahme der erzeugten Zielenergie. Sofern und soweit Abwrme nicht durch Wrmerckgewi0nnung genutzt wird, geht sie an die Umgebung ab und ist dann Fortwrme. Kuppelproduktion ist die Herstellung zumindest zweier Produkte, wobei die Produktion des einen zwangslufig den Anfall des anderen verursacht. Kuppelprodukte sind die in einem Produktionsgang zwangslufig und gleichzeitig anfallenden zwei oder mehreren Produkte.

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0

10

20

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50G

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Koks roh

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Heiz

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MJ/kg Brennwert (HO) Heizwert (HU)

0

25

50

75

100

125

150

Hoch

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MJ/m3

Steinkohle Braunkohle

fest flssig gasfrmig

Brennwert und Heizwert von verschiedenen Brennstoffen

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2. Berechnungsanstze

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Kumulierter Prozessenergieaufwand KPA Der Kumulierte Prozessenergieaufwand (KPA) umfasst alle gehandelten, primrenergetisch ber Bereitstellungsnutzungsgrade bewerteten Endenergien EE fr Wrme, Kraft, Licht und sonstige Nutzelektrizittserzeugung. Kumulierter Nichtenergetischer Aufwand KNA Der Kumulierte Nichtenergetische Aufwand (KNA) ist die Summe des primrenergetisch bewerteten Energieinhalts aller nichtenergetisch eingesetzten Energietrger (NEV) und des Stoffgebundenen Energieinhaltes von Einsatzstoffen (SEI). Nichtenergetischer Verbrauch NEV Der Nichtenergetische Verbrauch (NEV) erfasst den Energieinhalt des stofflichen Verbrauchs an Energietrgern, die in der nationalen Energiestatistik als Energietrger ausgewiesen sind, d.h. im wesentlichen fossile Rohstoffe. Stoffgebundener Energieinhalt SEI Im Stoffgebundenen Energieinhalt (SEI) werden die Energieinhalte aller anderen brennbaren Stoffe ber den Heizwert erfasst, die nicht in den nationalen Energiestatistiken als Energietrger ausgewiesen sind, z.B. als Werkstoff verarbeitete Biomasse.

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VDI 4600 Formeln Kumulierter Energieaufwand

KEA = KEAH + KEAN + KEAE

KEA = KPA + KNA

BeKEAUH

Brg =

BeKEAelWelg =

=

=1

+

+

=1

=1

= ,, + ,, + ,, a=1 d b=1 e f c=1

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Kumulierter Nichtregenerativer Aufwand KNRA Der Kumulierte Nichtregenerative Aufwand (KNRA) umfasst die primrenergetisch

bewerteten Aufwendungen als Beitrag aller erschpflichen Energie- und Stofftrger, wie z.B. fossile Brennstoffe, NEV oder Kernenergie.

Kumulierter Regenerativer Aufwand KRA Der Kumulierte Regenerativer Aufwand (KRA) umfasst die primrenergetisch

bewerteten Aufwendungen als Beitrag aller erneuerbaren Energie- und Stofftrger, wie z.B. direkte und indirekte Erscheinungsformen der Sonnenenergie, Geothermie und Gezeitenenergie.

Um eine Vergleichbarkeit zu gewhrleisten sowie die mglichen Grundlagen fr Emissionsbilanzen bereitzustellen, kann der KEA auch weiter differenziert nach einzelnen Primrenergietrgern, also dem Energietrgermix, angegeben werden.

KEA = KNRA + KRA

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Beispiel: Bereitstellung elektrischer Energie

18 18

Bruttostromerzeugung in Deutschland 2010

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Ganzheitliche Bewertung im Energiesystem

20 20 2

21 21 2

23 23

Schema eines Materialstammbaumes fr die Herstellung

Endprodukt

Baugruppe

Bauteil

Werkstoffe, Halbzeuge

Rohstoffe

Stoffeinsatz Fertigungsebene

..

..

..

Rohstoffe in der Lagersttte

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Schema von Stoff- und Energieflssen fr einen Prozess Primrenergietrger Primre und sekundre Rohstoffe

Bereitstellung der betrieblichen Produktionsfaktoren

Fertigungsstoffe: Betriebsstoffe: Betriebsmittel:Rohstoffe,Kreislaufmaterial,Teile, Gruppenz.B. Stahl, l (Nichtenerge- tischer Aufwand), Bleche, Motoren

Betriebsenergie,rckgefhrteEnergie,Ersatzteile,Schmierstoffe

Maschinen,Transportmittelz.B. Drehbank, Stanzmaschine, Ofen, Flieband

Gebude, nicht-produktionstech-nische Anlagenz.B. Werksgelnde, F&E-Bereich, Kantine, Verwaltung

Proze

Kuppel-produkte

Zielprodukt Fortwrme Abflle Emissionen

z.B. Maschinenbeschickung von Hand

z.B. Nhrwert von Lebensmitteln

z.B. natrliche Beleuchtung oder Beheizung durch passive Solarenergienutzung

z.B. Verbrennungsluft

z.B. Khlwasser

z.B. Flchenbedarf fr Anlagen, Gebude

Menschliche Arbeit

Metabolische Energie

Umweltenergie

Luft

Wasser

Boden

Nicht Bestandteil der energetischen Bilanzierung:

: genutzt : nicht genutzt

vdibi1a.cdrStand: 11/97

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Ermittlung von Kennzahlen

Die Ermittlung und Dokumentation von Kennzahlen zum spezifischen Energieverbrauch dient folgenden Zwecken: Beurteilung der energetischen Effizienz von Anlagen und Herstellungsverfahren Bewertung des Ressourcenaufwands und der Emissionen Erkennen von Potenzialen zur Senkung von Energieverbrauch und Emissionen durch

Vergleich mit hnlichen Anlagen bzw. Prozessen im eigenen oder in anderen Unternehmen

Basisdaten fr Energienutzungskonzepte, die innerhalb des Unternehmens eine Aufschlsselung bis auf Prozessebene zulassen und Ansatzpunkte fr anlagen- und prozessbezogene Kostenreduzierungen geben.

Basisdaten fr eine ganzheitliche Bilanzierung von Produkten (KEA, ko-Bilanz, Lebenszyklusanalyse) und fr ein Energie- und Umweltmanagement im Betrieb (ko-Audit).

26 26

Energie- und Stoffstrme

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Einflussgren auf Energiekennzahlen

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Spezifischer Massenbedarf verschiedener Energietrger fr die Erzeugung einer kWh (Heizwert)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450Masse je Heizwert, in g/kWh

0,6 mg

2. Kumulierter Energieaufwand (KEA) IAufbau der VL Umweltmanagement und ko-Auditierungbersicht: Werkzeuge der NachhaltigkeitInhalte der heutigen Vorlesung1. KEA - GrundlagenDer Kumulierte Energieaufwand (KEA)Historische Entwicklung des Kumulierten EnergieverbrauchsDer Kumulierte Energieaufwand (KEA)KEA - Basis kologischer BewertungFormelzeichenFoliennummer 11Foliennummer 122. BerechnungsanstzeFoliennummer 14VDI 4600 Formeln Kumulierter EnergieaufwandFoliennummer 16Beispiel: Bereitstellung elektrischer EnergieBruttostromerzeugung in Deutschland 2010Ganzheitliche Bewertung im EnergiesystemFoliennummer 20Foliennummer 21Schema eines Materialstammbaumes fr die HerstellungSchema von Stoff- und Energieflssen fr einen ProzessErmittlung von KennzahlenFoliennummer 26Einflussgren auf EnergiekennzahlenSpezifischer Massenbedarf verschiedener Energietrger fr die Erzeugung einer kWh (Heizwert)