Nachwachsende Energieträger: Grundlagen, Verfahren, ökologische Bilanzierung
Gespeichert in:
| Format: | Buch |
|---|---|
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Braunschweig [u.a.]
Vieweg
1997
|
| Schriftenreihe: | Umweltwissenschaften
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XXII, 527 S. graph. Darst. |
| ISBN: | 3528067780 |
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Titel: Nachwachsende Energieträger
Autor: Kaltschmitt, Martin
Jahr: 1997
XV
Inhaltsverzeichnis - Feingliederung
Vorwort des Generalsekretars der Deutschen Bundesstiftung Umwelt.V
Vorwort der Herausgeber.VII
Mitglieder des projektbegleitenden Ausschusses.IX
1 Einleitung und Zielsetzung.1
1.1 Biomasseim Kontext anderer CO2-Minderungsma6nahmen.1
1.2M6gliche Umwelteffekte der Biomassenutzung.2
1.3 Ziele und Umfang der Untersuchung.3
2 Biomasse als Energietrager.6
2.1 Zusammensetzung.6
2.2 Bestimmungsfaktoren der Biomasseproduktion.7
2.3 Biomasse zur Energiebereitstellung.12
2.3.1 Energiepflanzen.12
2.3.2 Ruckstande.14
2.4 Sekundarenergietrager aus Biomasse.16
2.4.1 Moglichkeiten der Gewinnung von Sekundarenergietragern.16
2.4.2 Abgrenzung der betrachteten Moglichkeiten.18
3 Feste Bioenergietrager.20
3.1 Bereitstellung.20
3.1.1 Systematisierung und grundlegender Aufbau.20
3.1.2 Holzer.23
3.1.2.1 Waldrestholz.23
3.1.2.2 Holz aus Kurzumtriebsplantagen.26
3.1.3 Halmgiiter.27
3.1.3.1 Stroh.28
3.1.3.2 Graser aus Anbau.30
3.1.3.3 Getreideganzpflanzen.31
3.1.3.4 Chinaschilf und Pfahlrohr.32
3.1.3.5 Grasschnitt aus der Pflegenutzung.33
3.2 Energetische Nutzung.34
3.2.1 Eigenschaften biogener Festbrennstoffe.34
3.2.2 Systematik der Feuerungsanlagen.36
3.2.3 Zentralheizungen.38
3.2.4 Heizwerke.38
3.2.5 Heizkraftwerke.40
3.2.6 Biomassezufeuerung in Kohlekraftwerken.42
XVI _Inhaltsverzeichnis - Feingliederung
4 Fliissige Bioenergietrager.45
4.1 Bereitstellung.45
4.1.1 Rapsol und RME.46
4.1.1.1 Kleintechnische Gewinnung von Rapsol.46
4.1.1.2 GroBtechnische Gewinnung von Rapsol und RME.47
4.1.2 Alkohol.52
4.2 Energetische Nutzung.57
4.2.1 Rapsol.59
4.2.2 Rapsolmethylester (RME).60
4.2.3 Ethanol.61
5 Methodik und Systemgrenzen.63
5.1 Okologische Bewertungsinstrumente.63
5.2 Produkt-Okobilanzen im Kontext dieser Untersuchung.66
5.3 Projektinformation und Rahmenbedingungen.69
5.3.1 Ziel der Untersuchung.70
5.3.2 BilanzierungsobjekteAoptionen.71
5.3.3 Funktionale Einheit.71
5.3.4 Allgemeine Systemannahmen.72
5.3.4.1 Kuppelprodukte.72
5.3.4.2 Definition und Ableitung der Referenzsysteme.74
5.3.4.3 Infrastruktur.77
5.3.4.4 Geographische Systemgrenzen.78
5.3.4.5 Zeitliche Systemgrenzen.78
5.3.5 Auswahl der Wirkungskategorien und der zur Wirkungsabschatzung
und Auswertung verwendeten Methoden.78
6 Bilanzen fiber die gesamten Lebenswege.84
6.1 Festlegung der Bilanzierungsparameter.84
6.1.1 Ressourcenverbrauch.84
6.1.2 Treibhauseffekt.85
6.1.3 Stratospharischer Ozonabbau.86
6.1.4 Versauerung.87
6.1.5 Human- und Okotoxizitat.87
6.1.6 Zusammenstellung der Bilanzierungsparameter.87
6.2 Vorgehen bei der Parameterbilanzierung.88
6.2.1 Energie.89
6.2.2 Global wirksame Stoffe.90
6.2.3 Nicht global wirksame Stoffe.91
6.2.4 Zusammenstellung der Parameter fur die Wirkungsabschatzung.93
6.3 BezugsgroBen fur die Ergebnisinterpretation.94
Inhaltsverzeichnis - Feingliederung XVII
7 Zusatzliche Bilanzen fiir die Pflanzenproduktion.96
7.1 Emissionen in die Hydrosphare.96
7.1.1 Potentielle Nitratauswaschung in das Grundwasser.96
7.1.2 Austrag von Stickstoff und Phosphor in Oberflachengewasser.100
7.1.2.1 Partikularer Austrag.100
7.1.2.2 Geloster Austrag.102
7.1.3 PSM-Austrag in Grand- und Oberflachengewasser.103
7.1.3.1 Austrag in das Grundwasser.103
7.1.3.2 Austrag in Oberflachengewasser.105
7.2 Biodiversitat (Arten- und Biotopschutzaspekte).107
7.2.1 Definitionen und Bilanzziele.108
7.2.2 Bilanzierungsmerkmale.109
7.2.3 Vorgehensweise.109
7.2.3.1 Erfassung vorhandener Untersuchungen.110
7.2.3.2 Auswahl geeigneter Indikatoren.110
7.2.3.3 ErmittlungderEmpfindlichkeit.Ill
7.2.3.4 Naturschutzfachliche Bewertung.112
7.3 Bodenokologische Funktionen.113
7.3.1 Definitionen und Bilanzziele.113
7.3.2 Bilanzierungsmerkmale.114
7.3.3 Vorgehensweise.115
8 Festlegung der Lebenswege.117
8.1 Pflanzenproduktion.117
8.1.1 Landbauform.117
8.1.2Fruchtfolgegestaltung.118
8.1.3 Standorte und Ertragshohe.120
8.1.4 SchlaggroBe und Maschinenpark.121
8.1.5 Kulturpflanzen und Referenzsysteme.121
8.1.6Anbauintensitat.125
8.2 Feste Bioenergietrager und Aquivalenzprozesse.125
8.2.1 Allgemeine Festlegungen.125
8.2.2 Getreideganzpflanzen.128
8.2.3 Chinaschilf und Pfahlrohr.130
8.2.4 Holz aus Kurzumtriebsplantagen.131
8.2.5 Knaulgras.132
8.2.6 Stroh.133
8.2.7 Waldrestholz.135
8.2.8 Graser aus der Pflegenutzung.136
8.3 Fliissige Bioenergietrager und Aquivalenzprozesse.136
8.3.1 Rapsol.138
8.3.2 RME.139
8.3.3 Ethanol aus Zuckerruben.139
8.3.4 Ethanol aus Kartoffeln.141
8.3.5 Ethanol aus Winterweizen.142
8.4 Zusammenfiihrung.143
XVIII Inhaltsverzeichnis - Feingliederung
9 Basisdaten.146
9.1 Datenbasis und Datenqualitat.146
9.2 Bereitstellung von Endenergietragern.148
9.2.1 Energietrager auf Erdolbasis.148
9.2.1.1 Roholbereitstellung.149
9.2.1.2 RaffinerieprozeB.150
9.2.1.3 Transport.153
9.2.1.4 Emissionen.153
9.2.2 Stein- und Braunkohle.154
9.2.3 Erdgas.155
9.2.4 Uran.156
9.2.5 Strom.157
9.3 Transport.160
9.3.1 Lastkraftwagen.161
9.3.1.1 Spezifischer Kraftstoffverbrauch.161
9.3.1.2 Emissionen.162
9.3.2 Bahn.163
9.3.2.1 Spezifischer Endenergieverbrauch.163
9.3.2.2 Emissionen.163
9.3.3 Schiffe.164
9.3.3.1 Treibstoffverbrauch von Binnenschiffen.164
9.3.3.2 Treibstoffverbrauch von Seeschiffen.164
9.3.3.3 Emissionen.165
9.3.4 Pipeline.165
9.4 Daten zur Pflanzenproduktion.167
9.4.1 Festlegung der untersuchten Standorte.167
9.4.1.1 Wasserhaushalt und Bodencharakteristik.167
9.4.1.2 Faktoren fur die Allgemeine Bodenabtragsgleichung.167
9.4.1.3 OberflachenabfluB.170
9.4.1.4 Stickstoff-und Phosphor-Gehalte der Boden.170
9.4.2 Fruchtfolgen.171
9.4.2.1 Referenzlandbau.171
9.4.2.2 Fruchtfolgen des Landbaus mit Viehhaltung.172
9.4.2.3 Fruchtfolgen des Extensivlandbaus.172
9.4.3 Ertrage.174
9.4.4 Diingungshohen: Stickstoff.177
9.4.4.1 Stickstoffzufuhr.177
9.4.4.2 Stickstoffentzug.180
9.4.5 Dungungshohen: Phosphor, Kalium und Calcium.183
9.4.6 Maschinelle Feldarbeit.184
9.4.6.1 Methodik und Datengrundlagen.184
9.4.6.2 Zeitbezogener Energieaufwand.185
9.4.6.3 Emissionsfaktoren.187
9.4.6.4 Flachenbezogener Zeitaufwand.189
9.4.6.5 Maschinenpark.191
9.4.6.6 Kulrurspezifische Feldarbeiten.192
Inhaltsverzeichnis - Feingliederung XIX
9.4.7 Diingemittel.196
9.4.7.1 Energieeinsatz der Dungemittelproduktion.196
9.4.7.2 Emissionen der Dungemittelproduktion.207
9.4.7.3 Transport von Dungemitteln.208
9.4.7.4 Zusammenfiihrung.209
9.4.7.5 Produktions- und ausbringungsunabhangige Emissionen.214
9.4.8 Pflanzenschutzmittel.217
9.4.8.1 Produktion.217
9.4.8.2 Energieeinsatz und Rohstoffbedarf.218
9.4.8.3 Emissionen.219
9.4.8.4 Zusammenfassung - Energie und Emissionen.220
9.4.8.5 Pflanzenschutzmittelmengen.220
~ 9.4.9 Saatgut.223
f 9.5JDaten zur Bereitstellung fester Bioenergietra'ger.226
^9.5.1 Maschinenpark.226
9.5.2 Technische Trocknung.226
9.6 Daten zur Bereitstellung fliissiger Bioenergietrager.230
9.6.1 Rapsol.230
9.6.2 RME.232
9.6.3 Ethanol aus Zuckerriibe.238
9.6.4 Ethanol aus Kartoffeln.243
9.6.5 Ethanol aus Weizen.246
9.7 Daten zur energetischen Nutzung.248
9.7.1 Stationare Feuerungsanlagen.248
9.7.1.1 Energetische KenngroBen.249
9.7.1.2 Emissionsentstehung bei der Biomasseverbrennung.254
9.7.1.3 Emissionsmodell fur Biomassefeuerungen.256
9.7.1.4 Emissionsfaktoren.258
9.7.2 Verbrennungskraftmaschinen.268
9.7.2.1 Ethanol-Mischkraftstoff versus Ottokraftstoff.273
9.7.2.2 Rapsol versus Dieselkraftstoff.277
9.7.2.3 Rapsolmethylester versus Dieselkraftstoff.278
9.7.2.4 Resumee.279
10 Lebenswegvergleiche: Energie und Emissionen in die Atmosphare.282
10.1 ExemplarischeErgebnisdarstellung.282
10.1.1 Win tenveizen-Ganzpflanze.282
10.1.1.1 Pflanzenproduktion.282
10.1.1.2 Bereitstellung.285
10.1.1.3 Nutzung.288
10.1.1.4 Fossiler AquivalenzprozeB und Vorkette.289
10.1.1.5 Lebenswegvergleich.291
10.1.2 RME als Substitut fiir Dieselkraftstoff.291
10.1.2.1 Pflanzenproduktion.292
10.1.2.2 Bereitstellung.293
10.1.2.3 Nutzung.296
10.1.2.4 Fossiler AquivalenzprozeB und Vorkette.297
10.1.2.5 Lebenswegvergleich.297
XX Inhaltsverzeichnis - Feingliederung
10.2 Ergebnisdiskussion der Lebenswegvergleiche.299
10.2.1 ErschopflichePrimarenergietrager.301
10.2.2 CO2-Aquivalente.304
10.2.3 Distickstoffoxid.307
10.2.4 SO2-Aquivalente.309
10.2.5 Schwefeldioxid.311
10.2.6 Stickstoffoxide.313
10.2.7 Emissionsortsklassen.315
10.2.8 Chlorwasserstoff.316
10.2.9 Ammoniak.318
10.2.10 Kohlenstoffmonoxid.320
10.2.11 Nichtmethan-Kohlenwasserstoffe.320
10.2.12 Dieselpartikel.322
10.2.13 Staub.325
10.2.14 Formaldehyd.327
10.2.15 Benzol.327
10.2.16 Benzo(a)pyren.329
10.2.17 TCDD-Aquivalente.332
10.3 EinfluB der ,,Pflanzenproduktion".334
10.3.1 Landbauform.334
10.3.2 SchlaggroBe.338
10.3.3 Ertragshohe.342
10.3.4 Feldarbeit.345
10.3.5 N2O-Emissionen aus dem Boden.351
10.3.6 Phosphor-, Kalium- und Calcium-Dungung.354
10.3.7 Bewirtschaftung des Referenzsystems.357
10.4 EinfluB der JBereitstellung".360
10.4.1 Wassergehalt bei Festbrennstoffen.360
10.4.2 Transportfahrzeuge und -entfernungen bei Festbrennstoffen.364
10.4.3 Materialverluste bei Festbrennstoffen.367
10.4.4 Rapsol und RME.370
10.4.5 Ethanol aus Zuckerriiben.376
10.4.6 Ethanol aus Kartoffeln.383
10.4.7 Ethanol aus Winterweizen.389
10.5 EinfluB der ,,Energetischen Nutzung".394
10.5.1 Emissionsfaktoren bei der motorischen Nutzung von Kraftstoffen.394
10.5.2 Anlagenkonzepte und substituierte fossile Energietrager.395
10.5.3 Netzstrombezug.399
10.5.4 Gutschrift durch Ascheriickfiihrung.400
10.5.5 Wirkungsgrade der Feuerungsanlagen.403
10.5.6 Emissionen aus Feuerungsanlagen.407
10.6 Zusammenfuhrung und Bewertung.411
10.6.1 Zusammenfuhrung.411
10.6.2 Biogene versus fossile Energietrager.419
10.6.3 Vergleich der Bioenergietrager untereinander.421
10.7 Andere BezugsgroBen.423
Inhaltsverzeichnis - Feingliederung XXI
11 Emissionen in die Hydrosphare.430
11.1 Grundwasserbelastung mitNitrat.430
11.1.1 Ergebnisse.430
11.1.1.1 Stickstoff-Bilanzen.430
11.1.1.2 Unterschiede zum Referenzsystem.432 .
11.1.2 Diskussion.433
11.1.2.1 EinfluB der Landbauform.433
11.1.2.2 EinfluB unterschiedlicher Referenzsysteme.436
11.1.2.3 EinfluB unterschiedlicher Standorte.437
11.1.2.4 SchluBfolgerungen.437
11.2 Belastung von Oberflachengewassern mit Stickstoff und Phosphor.438
11.2.1 Ergebnisse.438
11.2.1.1 Stickstoff.438
11.2.1.2 Phosphor.44]
11.2.1.3 Exkurs: Extensivlandbau.442
11.2.2 Diskussion.443
11.2.3 SchluBfolgerungen.448
11.3 Belastung von Grund- und Oberflachengewassern mit
Pflanzenschutzmitteln (PSM).450
11.3.1 PSM-Austrage in das Grundwasser.450
11.3.1.1 Ergebnisse und Diskussion.450
11.3.1.2 SchluBfolgerungen.451
11.3.2 PSM-Austrag in Oberflachengewasser.452
11.3.2.1 Potentielle Austragsgefahrdung verschiedener Kulturen.452
11.3.2.2 Eigenschaften und Vorkommen der PSM.454
11.3.2.3 SchluBfolgerungen.455
12 Biodiversitat und bodenokologische Funktionen.456
12.1 Biodiversitat (Arten- und Biotopschutzaspekte).456
12.1.1 Ausgangssituation und Empfindlichkeit der Indikatorgruppen.456
12.1.1.1 Ackerbegleitflora.456
12.1.1.2 Bliitenbesuchende Hautfliigler.459
12.1.1.3 Phytophage Wanzen.459
12.1.1.4 DoppelfiiBer (Diplopoda).459
12.1.1.5 Regenwurmer.459
12.1.1.6 Laufkafer.460
12.1.1.7 Spinnen.460
12.1.1.8 Schwebfliegen.461
12.1.1.9 Ausgangssituation und Empfindlichkeit: Zusammenfassung.462
12.1.2 Gegenuberstellung der Energietragerkulturen und Referenzsysteme.462
12.1.2.1 Winterweizen, Ganzpflanze.462
12.1.2.2 Winterweizen, Ethanol.463
12.1.2.3 Wintergerste.463
12.1.2.4 Winterraps.464
12.1.2.5 Triticale.465
12.1.2.6 Zuckerriibe.465
12.1.2.7 Winterroggen.466
12.1.2.8 Kartoffel.467
12.1.2.9 Energietragerim Extensivlandbau.468
XXII Inhaltsverzeichnis - Feingliederung
12.1.2.10 Chinaschilf.468
12.1.2.11 Pappel und Weide im Kurzumtrieb.(^^
12.1.3 Bewertung.
12.1.3.1 Annuelle Energietrager.469)
12.1.3.2 Perennierende Energietrager.^K
12.1.4 Zusammenfassung und Diskussion.471
12.2 Bodenokologische Funktionen.472
12.2.1 Potentielle Wirkungen der Wirkfaktoren auf die bodenokologischen
Funktionen.473
12.2.2 Gegeniiberstellung der Kulturen und Referenzsysteme.474
12.2.3 Zusammenfassung und Diskussion.475
13 Zusammenfassung und Ausblick.476
13.1 Methodische Vorgehensweise.477
13.2 Betrachtete Lebenswege.480
13.2.1 Standard-Lebenswegvergleiche.480
13.2.2 Sensitivitatsanalysen.482
13.3 Ergebnisse der Bilanzen.483
13.3.1 Energie- und Emissionsbilanzen.483
13.3.2 Bilanzen in der Pflanzenproduktion.489
13.3.3 Zusammenfiihrung nach Bioenergietxagern.490
13.4 Giiltigkeit und Aussagekraft der Ergebnisse.492
13.5 Ergebnisse im Kontext von Okobilanzen.493
13.6 Ausblick.495
Literarur.497 |
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Inhaltsverzeichnis
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