Ansatz zur Operationalisierung ökologischer Aspekte von "Nachhaltigkeit" am Beispiel der Produktion und Nutzung von Triticale- (x-Triticosecale-Wittmack)-Ganzpflanzen unter besonderer Berücksichtigung der luftgetragenen N-Freisetzungen:
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Stuttgart
IER
2000
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| Schriftenreihe: | Forschungsbericht / Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung
75 |
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis I
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis - ...III
Tabellenverzeichnis ...............................................................................................................IV
Abkürzun?svei zeichnis«.....................................«...................................»....................».**..VI
Kurzfsissunfi.*..*. .«..«...»».«***»..»«.. .»»..»H...*. «..**»»- »...*. « •••..•¦••¦¦•¦¦¦»¦»•.•.••¦¦¦¦»¦•¦•..••••¦.•• VXX
Abstract . VDI
1 Einleitung und Zielsetzung 1
1.1 „Nachhaltigkeit 1
1.1.1 Begriffsinhalte 2
1.1.2 Operationalisierung von „Nachhaltigkeit 8
1.2 Ziel und Aufbau der Arbeit 9
2 Herangehensweisen zur Operationalisierung von „Nachhaltigkeit ............................ 13
2.1 Zielbestimmung 15
2.2 Festlegung von Indikatoren 17
2.3 Bewertung 24
2.4 Ableitung eines Handlungsrahmens 28
2.5 Fazit 31
3 Methodischer Ansatz......................................................................................................... 33
3.1 Grundüberlegungen 33
3.1.1 Definition „Nachhaltige Produktion und Nutzung nachwachsender
Energieträger ...33
3.1.2 Methodische Kernpunkte 34
3.2 Vorgehensweise 35
3.3 Methodische Teilschritte 37
3.3.1 Charakterisierung des Systems der Produktion und Nutzung 38
3.3.1.1 Systemannahmen und Systemgrenzen 38
3.3.1.2 Festlegung zu betrachtender Freisetzungen : 39
3.3.1.3 Quantifizierung der Freisetzungen 41
3.3.2 Beschreibung des Luftpfades 43
3.3.2.1 Global wirksame Stoffe 43
3.3.2.2 Lokal/regional wirksame Stoffe 44
3.3.3 Erfassung der Belastbarkeit tangierter Ökosysteme 48
3.3.4 Ermittlung der Umweltrelevanz des Systems der Produktion und Nutzung 50
3.3.4.1 Beeinträchtigung tangierter Ökosysteme 50
3.3.4.2 Kontingentierung 52
Inhaltsverzeichnis 3.3.5 Ableitung eines Handlungsrahmens 56
3.3.5.1 Maximal tolerierbare Freisetzungen 57
3.3.5.2 Produktions- und Nutzungsindikatoren 57
3.3.5.3 Handlungsrahmen 59
3.3.6 Zusammenfassung 60
Fallbeispiel . . . 61
4.1 Rahmenannahmen und Datengrundlagen 62
4.1.1 System der Produktion und Nutzung 62
4.1.1.1 Nutzung 62
4.1.1.2 Bereitstellung 66
4.1.1.3 Produktion 67
4.1.1.4 Vorgelagerte Ketten 71
4.1.2 Ausbreitung und Deposition 71
4.1.2.1 Modellrechnung 72
4.1.2.2 Zuordnung 75
4.1.3 Belastungsgrenzen von Waldökosystemen.: 76
4.1.4 Kontingentierung 77
4.1.4.1 Voraussetzungen 77
4.1.4.2 Kontingentierung, .Emission 78
4.1.4.3 Kontingentierung „Endenergieverbrauch 81
4.2 Ergebnisse 82
4.2.1 Freisetzungen 82
4.2.2 Depositionen 84
4.2.2.1 Modellrechnung 84
4.2.2.2 Zuordnung 88
4.2.3 Umweltrelevanz des Systems der Produktion und Nutzung . 89
4.2.3.1 Kontingentierung „Emission 90
4.2.3.2 Kontingentierung „Endenergieverbrauch 97
4.2.4 Handlungsrahmen 99
4.2.4.1 Maximal tolerierbare Freisetzungen 100
4.2.4.2 Produktions- und Nutzungsindikatoren 101
4.2.4.3 Schlussfolgerungen für die Produktion und Nutzung von Triticale ...103
Schlussbetrachtung............................................................................................ ..........107
5.1 Zusammenfassende Betrachtung und Diskussion 107
5.1.1 Gesamtansatz 107
5.1.2 Methodische Aspekte 111
5.1.2.1 Festlegung von Indikatoren 111
5.1.2.2 Bewertung 113
5.1.2.3 Ableitung eines Handlungsrahmens 116
5.2 Ausblick 117
i Zusamnienfassung...............„.....„...„„...„„„„„„..„............„.„„„. ................................121
Literaturverzeichnis ........ . 125
Abbildungsverzeichnis Hl
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1-1: Dimensionen und Aspekte von „Nachhaltigkeit 3
Abb. 2-1: Methodische Aspekte zur Operationalisierung von „Nachhaltigkeit 15
Abb. 2-2: Pressure(Driving-Force)-State-Response-Modell 18
Abb. 2-3: Amoebendarstellung 24
Abb. 2-4: Ansätze zur Bewertung 25
Abb. 3-1: Methodische Grundüberlegungen 34
Abb. 3-2: Vorgehensweise im Rahmen des Gesamtkonzeptes 35
Abb. 3-3: Teilbereiche des Systems der PuN nachwachsender Energieträger 38
Abb. 3-4: Transport-, Transformations- und Depositionsprozesse 45
Abb. 3-5: Schematischer Überblick über die mögliche Rolle des Systems der PuN
als ein Verursacher an der Überschreitung des Critical Load tangierter
Ökosysteme 52
Abb. 3-6: Ermittlung der Umweltrelevanz des Systems der PuN (als ein Verursacher)
bezüglich der durch den Critical Load erfassten Wirkung 53
Abb. 3-7: Ableitung eines Handlungsrahmens 56
Abb. 3-8: Zusammenfassende Darstellung der methodischen Teilschritte 60
Abb. 4-1: Methodische Teilschritte und für das Fallbeispiel gewählte Instrumente 61
Abb. 4-2: Geordnete Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs einer Wohnsiedlung sowie
Aufteilung der Wärmebereitstellung auf das mit Biomasse befeuerte
Heizwerk und die mit leichtem Heizöl befeuerten Spitzenlastkessel 63
Abb. 4-3: Stickstoffemissionen aus dem System der PuN von Triticale 83
Abb. 4-4: Stickstoffdeposition: Flächenquelle und Punktquelle 85
Abb. 4-5 Deposition in Abhängigkeit der Entfernung von der Feuerungsanlage 85
Abb. 4-6: Ferntransport: Deposition an NOx-N und NH3-N in Abhängigkeit der Ent¬
fernung von der Feuerungsanlage bzw. dem 5 ha-Ackerschlag 87
Abb. 4-7: Kontingentierung „Emission zur Ermittlung der Umweltrelevanz des
Systems der PuN bezüglich NOx-N-Freisetzungen 91
Abb. 4-8: Kontingentierung „Emission zur Ermittlung der Umweltrelevanz des
Systems der PuN bezüglich NH3-N-Freisetzungen 93
Abb. 4-9: Kontingentierung „Emission zur Ermittlung der Umweltrelevanz des
Systems der PuN bezüglich N2O-N-Freisetzungen aus Böden infolge
Mineraldüngung 95
Abb. 4-10: Kontingentierung „Emission zur Ermittlung der Umweltrelevanz des
Systems der PuN bezüglich N2O-N-Freisetzungen aus der Feuerungsanlage. 96
Abb. 4-11: Kontingentierung „Endenergieverbrauch zur Ermittlung der Umwelt¬
relevanz des Systems der PuN bezüglich NOx-N-Freisetzungen 97
Abb. 4-12: Kontingentierung „Endenergieverbauch zur Ermittlung der Umwelt¬
relevanz des Systems der PuN bezüglich N2O-N-Freisetzungen aus der
Feuerungsanlage 99
™ Tabellenveizeichnis
Tabellenverzeichnis
Tabelle 2-1: Überblick über die betrachteten Ansätze 14
Tabelle 3-1: Wirkungskategorien und stoffliche Freisetzungen 40
Tabelle 3-2: Zuordnung luftgetragener Freisetzungen zu dem System der PuN 41
Tabelle 3-3: Steuerbare Größen und Standortfaktoren 42
Tabelle 3-4: Mittlere Lebensdauer emittierter Stoffe und Wirkradius der Stoffe 43
Tabelle 3-5: Theoretische Transportentfernung ausgehend von der jeweiligen mittleren
t i~,i ic Lebensdaaer voA einer mitueren Windgeschwindigkeit von 5 m s1 „. 44
Tabelle 3-6: Instrumente zur Ermittlung der Depositionen 46
Tabelle 4-1: Kenngrößen der Biomassefeuerung 63
Tabelle 4-2: Kenngrößen der Spitzenlastkessel... 64
Tabelle 4-3: Emissionsfaktoren der Biomassefeuenm g ^nd der Spiteenlittessel für Stickstoffverbindungen 65
Tabelle 4A: Spezifischer Dieselverbrauch und dtate Emissionen des unterteilten Lastkraftwagens mit 20,5 t Nutzlast 66
Tabette- vT^rtK?erBi eV°mZwiScM^^
£2£t£ ^1UStebelderBereitsteUungvonTriticale-Ganzpflanzen 67
IZutj ^ahmenannahme° Teilsystem, .Produktion« 67
Tabee4-8: Feldarbeiten beim Anbau von Triticale 68
™ l m !*triebsmittelaufw*Ki beim Anbau von Tritta^ZIIII ~ 68
TabeUe 4-10: Ernte von Triticale-Ganzpflanzen 69
Tabelle 4-11: Spezifische Dieselverbräuche und direkte Emissionen AckerscWepper
und Erntemaschinen.... 70
Tabelle4-12: Emissio.Kfaktoren im Zu^^
Tabelle4-13: Emiss.onen für die Bereitstellung von Düngemitteln, Saatgut, Pflanzen-
Tah,!, a ia ^hutZmtteln-Heizö1. Dieselkraftstoff, Strom 71
SSit:^mTder^dnUteUn8im^P°sitionsmodeU 72
TaSlet i« ^ete°r?l0^CheEin8Mgsdaten nd Annahmen für das DeposiüonsmodeU 73
™ 1 f ^aSSenbÜanz ftr N°x und NH3 für Deutschland Z 75
laoeiie 4-17: Empinsch ermittelte Critical Loads für Waldökosysteme und Stickstoff¬
einträge 76
Tabelle 4-18: Critical Loads für Waldököiystemein DeMandllllZIIIII 76
T^ZT 7ln berschreitung der Critical Loads für Waldökosysteme und Stickstoff 77
tZ7 7o?: ^mSSi0nen m N°x-N und NH3-N nach Sektoren in Deutschland 79
tkT8 7, Emissionen •» N2° nach Sektoren in Deutschland 80
ThÜn t Bnden0I»fav«»» «* nach Energiesektoren 81
aoeue 4-23: Depositionsgeschwindigkeiten von NH3 und NOX über Wald und offenem
Land „0
T^H61T AnteU Emissionen irimN^reichdep^m ert wkd ! !!! . !; ! 86
aoeue 4-^3: MitÜere Stickstoffdeposition ausgehend von den Emissionen der Produktion
und Nutzung von Triticale 88
Tabelle 4-26: Höhe der NOx-N- und der NH3-N-Deposition in Abhängigkeit te^Ent- fernung vom Emittenten 89
Tabellenverzeichnis V
Tabelle 4-27: Maximal tolerierbare NOx-, NH3- und N2O-Emissionen des definierten
Systems der PuN und hieraus resultierende erforderliche Emissionsmin¬
derungen 101
Tabelle 4-28: PuN-Indikatoren für die Produktion und Nutzung von Triticale 102
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