The link between product service lifetime and GHG emissions: A comparative study for different consumer products

The production, use, and final disposal of goods are directly linked to various environmental impacts caused along their supply chains and over their entire life cycles. When assessing these impacts for energy‐consuming products such as consumer electronics, not only the emissions caused during production but also the energy consumption during the use phase need to be taken into account in order to provide a holistic view on environmental impacts. However, the interplay between a product\u27s lifetime, reduction of demand through higher durability, energy consumption, and related greenhouse gas (GHG) emissions cannot be generalized but requires very specific analyses, which take into account product‐related aspects and their temporal changes as well as the (changing) properties of the energy and use system. This contribution provides a quantitative assessment of the interrelation between product lifetime and environmental impacts, particularly GHG emissions, using refrigerators and mobile phones as exemplary products with differing characteristics. Whereas in the case of refrigerators, the strongest impact is caused during the use phase because of high energy consumption and related emissions, mobile phones as representatives of classical consumer electronics have their highest environmental impact during production. To assess impacts for both product categories, two simulation models of product life cycles based on methods from dynamic material flow analysis (MFA) are linked with life cycle inventory (LCI) data and LCA results for the respective products, focusing on the impact category of global warming potential (GWP). By systematically evaluating different scenarios, we show major influences on the overall GHG emissions over a product\u27s lifetime capturing temporal developments and modifications within the target system at European scale. In the case of refrigerators, we show that there is a trend towards increasing optimum lifetimes and that current energy efficiency improvements of new devices do not justify early replacement of older devices and, hence, a reduction of service lifetime. This is also because the GHG emissions of electricity production have continuously decreased with an increasing share of renewable energy sources. Regarding mobile phones, we emphasize the counterproductive effect of unused storage time (hibernation) when taking efforts for increasing the service lifetimes aiming at a reduction of demand for new, resource‐consuming devices

Techno-Economic Analysis of Intermediate Pyrolysis with Solar Drying: A Chilean Case Study

Intermediate pyrolysis can be used to obtain high-quality biofuels from low-value residues such as sewage sludge or digestate. A major obstacle is the high water content of sludgy biomass, which requires an energy-intensive and expensive drying step before pyrolysis. Solar greenhouse drying is an efficient and sustainable alternative to a thermally heated belt dryer. In this study, a techno-economic assessment of intermediate pyrolysis with solar drying is carried out. Marketable products of the process are bio-oil, a substitute for diesel or heating oil, and bio-char with various possible applications. Chile is chosen as the setting of the study as its 4000 km long extension from north to south gives the opportunity to evaluate different locations and levels of solar irradiation. It is found that solar drying results in higher capital investment, but lower fuel costs. Depending on the location and solar irradiation, solar drying can reduce costs by 5–34% compared to belt drying. The break-even price of bio-char is estimated at 300–380 EUR/ton after accounting for the revenue from the liquid bio-oil

Supply of raw materials for High-tech german industries – specifying and further developing germany’s raw materials strategy. Summary

German industry is heavily dependent on imports of non-energy mineral raw materials. Many actors see the tense situation on the international raw material markets, especially the rise in raw material prices, the increasing competition for global access to raw materials as well as the concentration of production in a few countries, some of which are politically unstable, as threats to future supply stability. This has led to raw materials policy gaining in importance in recent years. The TAB report is dedicated to the current challenges of German raw materials policy, which arise primarily from technological change. The diffusion of new technologies can lead to an increasing demand for raw materials. Due to the low adaptability of the raw materials markets, negative repercussions on the development and production of high technologies may result, which would affect Germany as a high-tech location in a special way. Therefore, special attention is paid to the analysis of the vulnerability of German high-tech sectors to commodity supply risks. In addition to quantitative macroeconomic analyses, two case studies are used to show how individual companies are affected. A systematic examination of the various raw materials policy The aim is to further develop German raw materials policy

Assessing the Application-Specific Substitutability of Lithium-Ion Battery Cathode Chemistries Based on Material Criticality, Performance, and Price

The material use of lithium-ion batteries (LIBs) is widely discussed in public and scientific discourse. Cathodes of state-of-the-art LIBs are partially comprised of high-priced raw materials mined under alarming ecological and social circumstances. Moreover, battery manufacturers are searching for cathode chemistries that represent a trade-off between low costs and an acceptable material criticality of the comprised elements while fulfilling the performance requirements for the respective application of the LIB. This article provides an assessment of the substitutability of common LIB cathode chemistries (NMC 111, −532, −622, −811, NCA 3%, −9%, LMO, LFP, and LCO) for five major fields of application (traction batteries, stationary energy storage systems, consumer electronics, power-/garden tools, and domestic appliances). Therefore, we provide a tailored methodology for evaluating the substitutability of products or components and critically reflect on the results. Outcomes show that LFP is the preferable cathode chemistry while LCO obtains the worst rating for all fields of application under the assumptions made (as well as the weighting of the considered categories derived from an expert survey). The ranking based on the substitutability score of the other cathode chemistries varies per field of application. NMC 532, −811, −111, and LMO are named recommendable types of cathodes

Field Study and Multimethod Analysis of an EV Battery System Disassembly

In the coming decades, the number of end-of-life (EoL) traction battery systems will increase sharply. The disassembly of the system to the battery module is necessary to recycle the battery modules or to be able to use them for further second-life applications. These different recovery paths are important pathways to archive a circular battery supply chain. So far, little knowledge about the disassembling of EoL batteries exists. Based on a disassembly experiment of a plug-in hybrid battery system, we present results regarding the battery set-up, including their fasteners, the necessary disassembly steps, and the sequence. Upon the experimental data, we assess the disassembly duration of the battery system under uncertainty with a fuzzy logic approach. The results indicate that a disassembling time of about 22 min is expected for the battery system in the field study if one worker conducts the process. An estimation for disassembling costs per battery system is performed for a plant in Germany. Depending on the plant capacity, the disassembling to battery module level is associated with costs between EUR 80 and 100 per battery system

Return Rates and Recovery Options of Used Electric Vehicle Traction Batteries in Germany = Rücklaufmengen und Verwertungswege von Altbatterien aus Elektromobilen in Deutschland

Die Elektromobilität wird als Schlüsseltechnologie zur Senkung der CO$_{2}$-Emissionen im Straßenverkehr gesehen. In der Diskussion um die Klimabilanz der Elektromobilität wird allerdings der hohe ökologische Fußabdruck in der Herstellung batterieelektrischer Fahrzeuge wenig adressiert, der sich insb. durch die ressourcenintensive Traktionsbatterie ergibt. Neben der Bereitstellung von regenerativem Ladestrom ist eine effiziente Kreislaufführung der Batteriematerialien und eine möglichst lange Nutzung der Batteriesysteme und Komponenten Voraussetzung für die nachhaltige Gestaltung der Elektromobilität. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick zur kreislaufwirtschaftlichen Wertschöpfungskette von obsoleten Traktionsbatterien aus Elektromobilen. Mithilfe eines systemdynamischen und eines ereignisdiskreten Simulationsansatzes werden zukünftige Rücklaufmengen obsoleter Traktionsbatterien auf Basis aktueller Diffusionsszenarien abgeschätzt sowie unterschiedliche Verwertungsoptionen von 2nd-Life-Konzepten bis hin zu alternativen Recyclingverfahren dargestellt und diskutiert

Techno-ökonomische Bewertung der Produktion regenerativer synthetischer Kraftstoffe

Die Emissionen des Mobilitätssektors basieren derzeit maßgeblich auf der Nutzung fossiler flüssiger Energieträger . Trotz zunehmender Elektrifizierung, spielen flüssige und gasförmige Kraftstoffe kurz und mittelfristig noch eine bedeutende Rolle und werden voraussichtlich in einigen Bereichen auch in längerfristiger Zukunft benötigt. Um dennoch eine Minderung der THG Emissionen zu erreichen, stehen mehrere Technologien und Verfahrenskonfigurationen zur Erzeugung regenerativer synthetischer Kraftstoffe zur Verfügung. Im Rahmen einer techno ökonomischen Analyse werden potenzielle Herstellungsverfahren identifiziert, sowie deren charakteristische Merkmale zusammengetragen. Für die anschließende technische Analyse wurde eine Prozesssimulation in Aspen Plus ® erstellt, woraus die Bestimmung charakteristischer technischer Kenngrößen erfolgte. Anhand der Simulationsergebnisse wurde anschließend eine ökonomische Bewertung des Verfahrens durchgeführt . Die Wahl fiel auf ein Power to Liquid Verfahren unter Nutzung von CO 2 Emissionen eines Zementwerks. Die Konversion zu Kraftstoffen erfolgt durch eine Fischer Tropsch Synthese und teilweiser Veredelung in einem Hydrocracking Verfahren in die Zielprodukte einer Diesel und einer Benzinfraktion. Im Rahmen dieser Arbeit wird das beschriebene Verfahren für drei Produktionskapazitäten untersucht. Unter den getroffenen Annahmen beträgt die Kohlenstoffeffizienz der gewählten Prozessroute 92%, der Wasserstoffwirkungsgrad 63%, sowie der energetische Wirkungsgrad 37%. Die spezifischen Herstellungskosten liegen für den Basisfall bei 3,26 €, für eine Anlage geringerer Produktionskapazität bei 3,51 € und für eine Anlage höherer Kapazität bei 3,11 € pro Liter Kraftstoff. Die Kosten der elektrischen Energie und der Investitionsbedarf der PEM Elektrolyse sind dabei die maßgeblichen Kostenfaktoren

Die Versorgung der deutschen Wirtschaft mit Roh- und Werkstoffen für Hochtechnologien – Präzisierung und Weiterentwicklung der deutschen Rohstoffstrategie. Innovationsreport

Die deutsche Industrie ist stark von Importen nichtenergetisch genutzter mineralischer Rohstoffe abhängig. Die angespannte Situation der internationalen Rohstoffmärkte, insbesondere der Anstieg der Rohstoffpreise, die steigende Konkurrenz um globale Rohstoffzugänge sowie die Konzentration der Förderung auf wenige, teils politisch instabile Länder sehen viele Akteure als Gefahren für die zukünftige Versorgungsstabilität. Dies führte dazu, dass die Rohstoffpolitik in den letzten Jahren an Bedeutung gewann. Der TAB-Bericht widmet sich den aktuellen Herausforderungen der deutschen Rohstoffpolitik, die sich vor allem aus dem technologischen Wandel ergeben. Die Diffusion neuer Technologien kann zu einer steigenden Rohstoffnachfrage führen. Aufgrund der geringen Anpassungsfähigkeit der Rohstoffmärkte können sich negative Rückwirkungen auf die Entwicklung und Produktion von Hochtechnologien ergeben, die Deutschland als Hochtechnologiestandort in besonderer Weise treffen würden. Deshalb wird der Analyse der Verwundbarkeit der deutschen Hochtechnologiesektoren gegenüber Rohstoffversorgungsrisiken besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Neben quantitativen makroökonomischen Analysen wird auch anhand von zwei Fallstudien die Betroffenheit einzelner Unternehmen aufgezeigt. Eine systematische Betrachtung der verschiedenen rohstoffpolitischen Steuerungsansätze soll der Weiterentwicklung der deutschen Rohstoffpolitik dienen. INHALT ZUSAMMENFASSUNG 5 I. EINLEITUNG 19 II. ROHSTOFFPOLITIK: EIN POLITIKFELD IM WANDEL 23 1. Grundlegende Herausforderungen der Rohstoffpolitik 23 1.1 Anpassungsprozesse auf den Rohstoffmärkten 24 1.2 Grundlegende Probleme der Rohstoffmärkte 26 2. Das Spannungsfeld der Rohstoffpolitik 28 3. Die Rohstoffstrategie der Bundesregierung 32 4. Aktuelle gesellschaftliche Diskussion über rohstoffpolitische Ziele 34 4.1 Diskussion in den politischen Parteien 34 4.2 Diskussion in den Wirtschaftsverbänden 37 4.3 Diskussion in der Zivilgesellschaft 38 4.4 Fazit zur rohstoffpolitischen Zieldiskussion in Deutschland 40 III. DIE DEBATTE ÜBER DIE KRITIKALITÄT VON ROHSTOFFEN 43 1. Historische Vorläufer der Debatte über kritische Rohstoffe 44 2. Ursachen für die Renaissance der Debatte über kritische Rohstoffe 45 2.1 Globale Konkurrenz um den Zugang zu Rohstoffen 46 2.2 Konzentration der Kontrolle über Rohstoffe 48 2.3 Hohe Bedeutung von Rohstoffen für den technologischen Fortschritt 53 2.4 Einfluss gesellschaftlicher Entwicklungen 55 3. Kritikalitätskonzeption 58 IV. ANSÄTZE ZUR MESSUNG DER KRITIKALITÄT VON ROHSTOFFEN 61 1. Analysierte Kritikalitätsstudien 62 1.1 USA: Minerals, Critical Minerals, and the U.S. Economy 62 1.2 Europäische Union: Critical raw materials for the EU 67 1.3 UK: Material Security. Ensuring resource availability for the UK Economy 71 1.4 Bayern: Rohstoffsituation Bayern 74 1.5 Deutschland: kritische Rohstoffe für Deutschland 77 2. Gesamtbewertung 80 3. Grundzüge für die methodische Weiterentwicklung von Kritikalitätsstudien 84 V. BEWERTUNG DER ÖKONOMISCHEN AUSWIRKUNGEN STEIGENDER ROHSTOFFPREISE AUF DEN HOCHTECHNOLOGIESEKTOR 87 1. Grundlegende Definitionen 88 1.1 Rohstoffdefinition 88 1.2 Definition Hochtechnologiesektor 91 2. Wahrnehmung von Versorgungsrisiken bei Rohstoffen aus Unternehmenssicht 95 3. Differenzierte Analyse der Auswirkungen steigender Rohstoffpreise 97 4. Schlussfolgerungen 101 VI. FALLSTUDIEN AUS DEM DEUTSCHEN HOCHTECHNOLOGIESEKTOR 103 1. Versorgungssituation bei Wolfram 105 1.1 Einleitung 105 1.2 Beschreibung der Wertschöpfungskette 107 1.3 Kritikalität der Versorgungssituation 109 1.4 Wahrnehmung des Versorgungsrisikos 121 1.5 Maßnahmen zur Erhöhung der Versorgungssicherheit 122 1.6 Fazit 123 2. Versorgungssituation bei Neodym 125 2.1 Einleitung 125 2.2 Beschreibung der Wertschöpfungskette 127 2.3 Kritikalität der Versorgungssituation 131 2.4 Wahrnehmung des Versorgungsrisikos 143 2.5 Maßnahmen zur Erhöhung der Versorgungssicherheit 144 2.6 Fazit 145 3. Schlussfolgerungen 146 VII. ANSATZPUNKTE FÜR DIE WEITERENTWICKLUNG DER DEUTSCHEN ROHSTOFFPOLITIK 149 1. Typologie staatlicher Steuerungsansätze 149 2. Rohstoffpolitische Steuerungsansätze 151 2.1 Staatliche Hoheitsrechte 151 2.2 Staatliches Angebot von Dienstleistungen 158 2.3 Ordnungsrechtliche Vorgaben 161 2.4 Ökonomische Anreize 176 2.5 Information, Beratung und Vernetzung 189 3. Ausgestaltung der rohstoffpolitischen Ziele 193 VIII. SCHLUSSFOLGERUNGEN FÜR DIE DEUTSCHE ROHSTOFFPOLITIK 197 LITERATUR 205 ANHANG 219 1. Tabellenverzeichnis 219 2. Abbildungsverzeichnis 220 3. Workshop 22

Technical assistance to assess the potential of renewable liquid and gaseous transport fuels of non-biological origin (RFNBOs) as well as recycled carbon fuels (RCFs), to establish a methodology to determine the share of renewable energy from RFNBOs as well as to develop a framework on additionality in the transport sector

This report is a summary of the work conducted in Task 1 of the technical assistance to assess the potential of renewable fuels of non-biological origin (RFNBOs) and recycled carbon fuels (RCFs) to establish a methodology to determine the share of renewable energy from RFNBOs as well as to develop a framework on additionality in the transport sector. The goal of Task 1 within the entire project was the assessment of the deployment potential of RFNBOs and RCFs over the period from 2020 to 2050 in the EU transport sector. All relevant transport sub-sectors and modalities are considered: road transport, maritime and inland shipping, aviation, and railway. Furthermore, the competition for RFNBOs and RCFs between the transport sectors and other sectors and applications of RFNBOs is considered. A central result is the potential gross final consumption of RFNBOs and RCFs that would count towards the RES target in the transport sector. In addition, the needed resources and the arising costs for this deployment as well as the impacts on greenhouse gas emissions and local environments are analyzed. Finally, barriers to the deployment and options to overcome these are outlined

Die Versorgung der deutschen Wirtschaft mit Roh- und Werkstoffen für Hochtechnologien – Präzisierung und Weiterentwicklung der deutschen Rohstoffstrategie. Innovationsreport

Die deutsche Industrie ist stark von Importen nichtenergetisch genutzter mineralischer Rohstoffe abhängig. Die angespannte Situation der internationalen Rohstoffmärkte, insbesondere der Anstieg der Rohstoffpreise, die steigende Konkurrenz um globale Rohstoffzugänge sowie die Konzentration der Förderung auf wenige, teils politisch instabile Länder sehen viele Akteure als Gefahren für die zukünftige Versorgungsstabilität. Dies führte dazu, dass die Rohstoffpolitik in den letzten Jahren an Bedeutung gewann. Der TAB-Bericht widmet sich den aktuellen Herausforderungen der deutschen Rohstoffpolitik, die sich vor allem aus dem technologischen Wandel ergeben. Die Diffusion neuer Technologien kann zu einer steigenden Rohstoffnachfrage führen. Aufgrund der geringen Anpassungsfähigkeit der Rohstoffmärkte können sich negative Rückwirkungen auf die Entwicklung und Produktion von Hochtechnologien ergeben, die Deutschland als Hochtechnologiestandort in besonderer Weise treffen würden. Deshalb wird der Analyse der Verwundbarkeit der deutschen Hochtechnologiesektoren gegenüber Rohstoffversorgungsrisiken besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Neben quantitativen makroökonomischen Analysen wird auch anhand von zwei Fallstudien die Betroffenheit einzelner Unternehmen aufgezeigt. Eine systematische Betrachtung der verschiedenen rohstoffpolitischen Steuerungsansätze soll der Weiterentwicklung der deutschen Rohstoffpolitik dienen. INHALT ZUSAMMENFASSUNG 5 I. EINLEITUNG 19 II. ROHSTOFFPOLITIK: EIN POLITIKFELD IM WANDEL 23 1. Grundlegende Herausforderungen der Rohstoffpolitik 23 1.1 Anpassungsprozesse auf den Rohstoffmärkten 24 1.2 Grundlegende Probleme der Rohstoffmärkte 26 2. Das Spannungsfeld der Rohstoffpolitik 28 3. Die Rohstoffstrategie der Bundesregierung 32 4. Aktuelle gesellschaftliche Diskussion über rohstoffpolitische Ziele 34 4.1 Diskussion in den politischen Parteien 34 4.2 Diskussion in den Wirtschaftsverbänden 37 4.3 Diskussion in der Zivilgesellschaft 38 4.4 Fazit zur rohstoffpolitischen Zieldiskussion in Deutschland 40 III. DIE DEBATTE ÜBER DIE KRITIKALITÄT VON ROHSTOFFEN 43 1. Historische Vorläufer der Debatte über kritische Rohstoffe 44 2. Ursachen für die Renaissance der Debatte über kritische Rohstoffe 45 2.1 Globale Konkurrenz um den Zugang zu Rohstoffen 46 2.2 Konzentration der Kontrolle über Rohstoffe 48 2.3 Hohe Bedeutung von Rohstoffen für den technologischen Fortschritt 53 2.4 Einfluss gesellschaftlicher Entwicklungen 55 3. Kritikalitätskonzeption 58 IV. ANSÄTZE ZUR MESSUNG DER KRITIKALITÄT VON ROHSTOFFEN 61 1. Analysierte Kritikalitätsstudien 62 1.1 USA: Minerals, Critical Minerals, and the U.S. Economy 62 1.2 Europäische Union: Critical raw materials for the EU 67 1.3 UK: Material Security. Ensuring resource availability for the UK Economy 71 1.4 Bayern: Rohstoffsituation Bayern 74 1.5 Deutschland: kritische Rohstoffe für Deutschland 77 2. Gesamtbewertung 80 3. Grundzüge für die methodische Weiterentwicklung von Kritikalitätsstudien 84 V. BEWERTUNG DER ÖKONOMISCHEN AUSWIRKUNGEN STEIGENDER ROHSTOFFPREISE AUF DEN HOCHTECHNOLOGIESEKTOR 87 1. Grundlegende Definitionen 88 1.1 Rohstoffdefinition 88 1.2 Definition Hochtechnologiesektor 91 2. Wahrnehmung von Versorgungsrisiken bei Rohstoffen aus Unternehmenssicht 95 3. Differenzierte Analyse der Auswirkungen steigender Rohstoffpreise 97 4. Schlussfolgerungen 101 VI. FALLSTUDIEN AUS DEM DEUTSCHEN HOCHTECHNOLOGIESEKTOR 103 1. Versorgungssituation bei Wolfram 105 1.1 Einleitung 105 1.2 Beschreibung der Wertschöpfungskette 107 1.3 Kritikalität der Versorgungssituation 109 1.4 Wahrnehmung des Versorgungsrisikos 121 1.5 Maßnahmen zur Erhöhung der Versorgungssicherheit 122 1.6 Fazit 123 2. Versorgungssituation bei Neodym 125 2.1 Einleitung 125 2.2 Beschreibung der Wertschöpfungskette 127 2.3 Kritikalität der Versorgungssituation 131 2.4 Wahrnehmung des Versorgungsrisikos 143 2.5 Maßnahmen zur Erhöhung der Versorgungssicherheit 144 2.6 Fazit 145 3. Schlussfolgerungen 146 VII. ANSATZPUNKTE FÜR DIE WEITERENTWICKLUNG DER DEUTSCHEN ROHSTOFFPOLITIK 149 1. Typologie staatlicher Steuerungsansätze 149 2. Rohstoffpolitische Steuerungsansätze 151 2.1 Staatliche Hoheitsrechte 151 2.2 Staatliches Angebot von Dienstleistungen 158 2.3 Ordnungsrechtliche Vorgaben 161 2.4 Ökonomische Anreize 176 2.5 Information, Beratung und Vernetzung 189 3. Ausgestaltung der rohstoffpolitischen Ziele 193 VIII. SCHLUSSFOLGERUNGEN FÜR DIE DEUTSCHE ROHSTOFFPOLITIK 197 LITERATUR 205 ANHANG 219 1. Tabellenverzeichnis 219 2. Abbildungsverzeichnis 220 3. Workshop 22