Ökobilanz: Holzgas-Blockheizkraftwerk mit Fokus auf Herstellung und End-of-Life

Abstract

Ein Holzgas-Blockheizkraftwerk (BHKW) stellt eine Technologie dar, welche durch die Nutzung des Prinzips der Kraft-Wärme-Kopplung die gekoppelte Bereitstellung von thermischer und elektrischer Energie ermöglicht. In einem Holzgas-BHKW wird mit Hilfe eines Gaserzeugers aus Biomasse (Hackschnitzel) Holzgas hergestellt und in einem Gas-Otto-Motor umgesetzt. Die entstehende Wärme wird über Wärmetauscher an ein Wärmenetz weitergegeben. Ein Generator wandelt die erzeugte mechanische Energie in elektrischen Strom um. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist das Ermitteln der Umweltauswirkungen des Holzgas-BHKW GG-CHP 2.7 der Firma GLOCK ecotech GmbH, gemäß dem methodischen Rahmen der Ökobilanz laut DIN EN ISO 14040 und 14044. Die Untersuchung wird mit Fokus auf Herstellung und Entsorgung (End-of-Life) der Anlage durchgeführt. Die Ergebnisse der Ökobilanz werden für die Bereitstellung von 1 kWhfE Energie in Form von Strom und Wärme am Betriebsstandort der Anlage ermittelt. Mit Hilfe der Sachbilanz werden alle relevanten Energie- und Stoffflüsse des Produktsystems erfasst. Die Umweltauswirkungen, die mit dem Einsatz von Roh- und Betriebsstoffen verbundenen sind, werden aus Datenbanken übernommen. Für das GLOCK GG-CHP 2.7 wurden die Wirkungskategorie Klimaänderung sowie der Kumulierte Energieaufwand untersucht. Dabei wurden ein spezifisches Treibhaus¬potenzial von 25,24 gCO2eq./kWhfE und ein spezifischer Primärenergieeinsatz von 1,33 kWh/kWhfE ermittelt. Der Großteil des bestimmten Treibhauspotenzials entfällt auf die Emissionen durch die Bereitstellung der Hackschnitzel und die durchgeführten Wartungen. Die Rohstoffe und Herstellprozesse des GLOCK GG-CHP 2.7 tragen ca. 4,6% zu den Gesamt-Treibhausgasemissionen bei. Aufgrund des hohen Anteils an verwendeten metallischen Rohstoffen ergibt sich ein großes Potenzial für Recycling. Durch das Recycling im End-of-Life und der verrechneten Gutschrift für vermiedene Emissionen wird das Treibhauspotenzial der Herstellung des BHKW um 38,1% reduziert (unter Annahme eines quasi-closed loop recycling). Mit Hilfe der durchgeführten Sensitivitätsanalysen der identifizierten signifikanten Systemparameter, wie dem Wartungsintervall, dem elektrischen Wirkungsgrad des BHKW sowie der Hackschnitzellogistik, wurden Potenziale für die Reduzierung der Treibhausgasemissionen des GLOCK GG-CHP 2.7 von mehr als 50% aufgezeigt.

A wood gas Combined Heat and Power plant (CHP) represents a technology that enables the coupled provision of thermal and electrical energy by using the principle of cogeneration. In a wood gas CHP, wood gas is produced from biomass (wood chips) using a gasifier and is then converted by a gas engine. The generated heat is transferred to the heating grid via a heat exchanger. A generator converts the generated mechanical energy into electrical power. The aim of this paper is to determine the environmental impact of the wood gas CHP GG-CHP 2.7 of the company GLOCK ecotech GmbH, with the methodological framework of the Life Cycle Assessment (LCA) in accordance with DIN EN ISO 14040 and 14044. The investigation is carried out with a focus on the production and disposal (End-of-Life) of the plant. The results of the LCA are determined for the provision of 1 kWhfE of energy in the form of electricity and heat at the plant’s operating location. The Life Cycle Inventory is used to record all relevant energy and material flows across the system boundary of the product system. The environmental impacts associated with the use of raw materials and operational materials are taken from databases. For the GLOCK GG-CHP 2.7, the impact category Climate Change and the Cumulative Energy Demand were investigated. The study determines a specific Global Warming Potential of 25,24 gCO2eq./kWhfE and a specific Primary Energy Input of 1,33 kWh/kWhfE. The majority of the identified Global Warming Potential is attributed to emissions from the supply of wood chips and the conducted maintenances. The raw materials and manufacturing processes of the GLOCK GG-CHP 2.7 contribute approx. 4,6% to the total greenhouse gas emissions. Due to the high proportion of metallic raw materials used, there is a significant potential for recycling. Through recycling at End-of-Life and the offset credit for avoided emissions, the Global Warming Potential of the CHP’s production is reduced by 38,1% (assuming a quasi-closed loop recycling). The conducted sensitivity analyses of the identified significant system parameters, such as maintenance intervals, the electrical efficiency of the CHP, and wood chip logistics, reveal potentials for reducing the greenhouse gas emissions of the GLOCK GG-CHP 2.7 by more than 50%.