Ökobilanz einer mobilen brennstoffzellenelektrischen Ladestation für BEV

Abstract

Die Auswirkungen auf die Umwelt, welche durch den Einsatz einer mobilen Wasserstoff-Energieerzeugungseinheit (MHP) zur Pannenhilfe für BEV, welche aufgrund einerentladenen Hochvoltbatterie liegengeblieben sind, werden anhand einer Ökobilanz nach DIN EN ISO 14040 aufgezeigt. Die MHP erzeugt elektrische Energie mittels einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEMFC) und kann von einem PKW zur Einsatzstelle transportiert werden. Das BEV kann entweder über die PEMFC oder über die verbaute Hochvoltbatterie geladen werden. Es werden Ladeleistungen bis zu 22 kW erreicht. Die Masse der MHP beträgt 1008 kg. Die Ökobilanz der MHP gliedert sich in drei Hauptphasen: Herstellung, Nutzung und Lebensende. Für die Bilanzierung der Herstellung werden die Transportdistanzen, sowiedie Verpackung der Rohstoffe, der Komponenten und der fertigen MHP abgeschätzt. DieCO2-Äquivalente, welche bei der Herstellung der Komponenten entstehen, werdenanhand vorliegender Ökobilanzen erfasst. Die CO2-Äquivalente der Rohstoffe werdenaus der Datenbank GEMIS 4.9 entnommen. Für die Bilanzierung der Nutzung wirdangenommen, dass der Wasserstoff zum Betrieb der MHP dem aktuellem europäischenWasserstoffmix entspricht. Für den Transport der MHP zur Einsatzstelle wird einDieselfahrzeug angenommen. Der Bedarf an Wasserstoff wird anhand desGesamtwirkungsgrades der MHP errechnet. Die zu erwartete Anzahl an auf Pannenhilfeangewiesene BEV, welche aufgrund einer entladenen Hochvoltbatterie liegengebliebensind entstammt einer Experten-Zukunftsprognose. Für die Prozesse am Lebensende wirdein „quasi-closed-loop System“ für das Recycling verwendet. Alle Ergebnisse werden dabei auf die funktionelle Einheit, von einer Kilowattstunde elektrische Energie (kWhe), normiert. Der Einfluss der einzelnen Prozesse an dengesamten CO2-Äquivalenten des Lebensweges wird anhand einer Sensitivitätsanalyse überprüft. Aus den Ergebnissen der Ökobilanz geht hervor, dass die gesamten CO2-Äquivalenteder MHP 3,14 kg/kWhe betragen, und zu 85,54% während der Nutzung entstehen. Wird statt dem aktuellen europäischen Wasserstoffmix, jedoch Wasserstoff zum Betrieb verwendet, welcher durch Elektrolyse aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt wird, und anstelle eines Dieselfahrzeuges ein HFCV zum Transport der MHP eingesetzt, reduzieren sich die CO2-Äquivalente auf 0,94 kgCO2e/kWhe. Bei der Gegenüberstellung dieser CO2-Äquivalente, führt der Einsatz der MHP im Gegensatz zu einem Dieselgenerator mit einem Diesel-PKW zu einer Reduktion der CO2-Äquivalente für den gesamten Lebensweg von 65,74%.

The effects on the environment caused by the use of a mobile hydrogen power generationunit (MHP) for breakdown assistance for BEVs that have broken down due to adischarged high-voltage battery are shown using a life cycle assessment in accordancewith DIN EN ISO 14040.The MHP generates electrical energy by means of a polymer electrolyte membrane fuelcell (PEMFC) and can be transported to the scene by a car. The BEV can be chargedeither via the PEMFC or via the built-in high-voltage battery. Charging capacities of up to22 kW can be achieved. The mass of the MHP is 1008 kg.The MHP's life cycle assessment is divided into three main phases: production, use andend of life. For the accounting of the production, the transport distances as well as thepackaging of the raw materials of the components and the finished MHP are estimated.The CO2 equivalents that arise during the manufacture of the components are recordedon the basis of available life cycle assessments. The CO2 equivalents of the raw materialsare taken from the GEMIS 4.9 database. For the usage, it is assumed that the hydrogenused to operate the MHP corresponds to the current European hydrogen mix. A dieselvehicle is assumed for the transport of the MHP to the breakdown site. The demand forhydrogen is calculated based on the overall efficiency of the MHP. The expected numberof BEVs requiring breakdown assistance that have broken down due to a dischargedhigh-voltage battery comes from an expert forecast. For the processes at the end of life,a "quasi-closed-loop system" is used for recycling.All results are standardized to the functional unit of one kilowatt hour of electrical energy(kWhe). The influence of the individual processes on the total CO2 equivalents of the lifecycle is checked using a sensitivity analysis.The results of the life cycle assessment show that the total CO2 equivalents of the MHPare 3.14 kg/kWhe, in which 85.54% are generated during usage. If instead of the currentEuropean hydrogen mix, hydrogen is used for operation, which is generated byelectrolysis from renewable energy sources, and an HFCV is used instead of a dieselvehicle to transport the MHP, the CO2 equivalents are reduced to 0.94 kgCO2e/kWhe.When comparing these CO2 equivalents, the use of the MHP, in contrast to a dieselgenerator with a diesel car, leads to a reduction in CO2 equivalents of 65,74% for theentire life cycle.