Life Cycle Assessment für saisonale thermische Energiespeicher (Phasenwechselspeicher und Tankspeicher)

Abstract

In dieser Arbeit wird die ökologische Bewertung zweier Wärmespeichertechnologien durchgeführt: der sensiblen sowie der latenten Speicher. Ziel ist es, durch eine Lebenszyklusanalyse (LCA) die Umweltauswirkungen der Speichersysteme systematisch zu vergleichen und ihre Relevanz für eine nachhaltige Wärmewende zu bewerten.Die Untersuchung basiert auf einer Literaturrecherche und Modellierung in openLCA. Dabei wurden unterschiedliche funktionelle Einheiten, wie die Speicherkapazität oder die Masse der Speicher kritisch gegenübergestellt und die Ergebnisse mithilfe der Wirkungsabschätzungsmethoden ReCiPe 2016 und GHG Protocol (CO2-Äquivalente) ausgewertet. Da die Ergebnisse von LCA-Studien stark von den gewählten Parametern abhängen, werden im Rahmen der Arbeit die Relevanz und mögliche Ansatzpunkte für Sensitivitätsanalysen, wie z. B. Materialwahl, Dämmstärke oder Lebensdauer, diskutiert.Die Resultate verdeutlichen, dass der ökologische Fußabdruck maßgeblich von der Größe der Speicher bestimmt wird, wobei insbesondere die Herstellung große Auswirkungen hat. Gleichzeitig weisen innovative Speicher mit Phasenwechselmaterialien (PCM) ein günstigeres Verhältnis von Energieeinsatz zu Speicherkapazität auf, jedoch ist ihre ökologische Vorteilhaftigkeit stark vom eingesetzten Material und der Lebensdauer abhängig. Die Bewertung von Latentwärmespeichern stützt sich auf Ergebnisse aus der Literatur, die in dieser Arbeit eingeordnet und diskutiert werden. Für konventionelle Wasserspeicher konnte bestätigt werden, dass die Wahl der funktionellen Einheit maßgeblich die Vergleichbarkeit der Ergebnisse bestimmt.Insgesamt verdeutlicht die Arbeit, dass Wärmespeicher ein erhebliches Potenzial zur Reduktion von Treibhausgasemissionen beitragen können, die Aussagekraft von LCA-Studien jedoch stark von den gewählten Systemgrenzen, Annahmen und funktionellen Einheiten abhängt. Die Ergebnisse liefern daher nicht nur eine ökologische Einordnung aktueller Speichertechnologien, sondern auch methodische Hinweise für zukünftige LCA-Studien.

This thesis conducts an ecological assessment of two thermal storage technologies, with the focus on a sensible and a latent heat storage. The aim is to systematically compare the environmental impacts of storage systems through a life cycle assessment (LCA) and to evaluate their relevance for a sustainable energy transition.The study is based on a literature review and modeling in openLCA. Different functional units (e.g., storage capacity, mass) were critically compared, and the results were evaluated using the impact assessment methods ReCiPe 2016 and GHG Protocol (CO2 equivalents). Since the outcomes of LCA studies strongly depend on the chosen parameters, this thesis discusses the relevance and possible approaches for sensitivity analyses, e.g., material choice, insulation thickness, or lifetime.The results demonstrate that the ecological footprint is largely determined by the size of the storage units, with manufacturing in particular having significant impacts. At the same time, innovative storage systems using phase change materials (PCM) show a more favorable ratio of energy input to storage capacity; however, their ecological advantages strongly depend on the material used and their lifetime. The assessment of latent heat storage relies on results from the literature, which are contextualized and discussed in this work. For conventional water-based sensible storage, it was confirmed that the choice of functional unit crucially affects the comparability of results.Overall, this thesis highlights that thermal energy storage can make a significant contribution to reducing greenhouse gas emissions, but also shows that the informative value of LCA studies depends strongly on the selected system boundaries, assumptions, and functional units. The results therefore provide not only an ecological assessment of current storage technologies but also methodological insights for future LCA studies.