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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)
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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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MJ/kg Brennwert (HO) Heizwert (HU)
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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
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Bruttostromerzeugung in Deutschland 2010
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Ganzheitliche Bewertung im Energiesystem
20 20 2
21 21 2
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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).
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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)