Messung von Ressourceneffizienz mit der ESSENZ-Methode

Eine belastbare Methode zu entwickeln, um den Ressourceneinsatz zu bewerten, ist das Ziel dieses Buches. Notwendig ist dies, da das starke Wirtschaftswachstum der letzten Jahrzehnte zu einer intensiven Beanspruchung natürlicher Ressourcen geführt hat. Mit ihrer steigenden Nutzung gehen auch zusätzliche Belastungen der Umwelt sowie Restriktionen der Verfügbarkeit von Ressourcen einher. Aus diesen Gründen ist ein effizienter Einsatz von Ressourcen als wichtiger Beitrag zu einer nachhaltigen Entwicklung erforderlich. Die ESSENZ-Methode (Integrierte Methode zur ganzheitlichen Berechnung/Messung von Ressourceneffizienz) wurde in einer Kooperation der Technischen Universität Berlin mit den Industriepartnern Daimler AG, Deutsches Kupferinstitut Berufsverband e. V., Evonik Industries AG, Siemens AG, ThyssenKrupp Steel Europe AG und Wissenschaftlicher Gerätebau Dr. Ing. Herbert Knauer GmbH entwickelt. Sie unterstützt die umfassende Messung und Bewertung von Ressourceneffizienz innerhalb der vier Dimensionen „Verfügbarkeit“, „Gesellschaftliche Akzeptanz“, „Umweltauswirkungen“ und „Nutzen“. Um diese vier Dimensionen wissenschaftlich abzubilden, werden 21 anwendbare Indikatoren entwickelt und vorgestellt. Die ESSENZ-Methode kann sowohl für die Analyse und Optimierung eines einzelnen Produktes als auch für den Vergleich mehrerer Produktalternativen verwendet werden. Ihre Anwendbarkeit ist für Metalle und fossile Rohstoffe bereits erprobt.BMBF, 033R094A-F, r³ - Strategische Metalle, Verbundvorhaben: Integrierte Methode zur ganzheitlichen Berechnung/Messung von Ressourceneffizienz - ESSEN

Integrated method to assess resource efficiency – ESSENZ

With increasing demand of abiotic resources also the pollution of natural resources like water and soil has risen in the last decades due to global industrial and technological development. Thus, enhancing resource efficiency is a key goal of national and international strategies. For a comprehensive assessment of all related impacts of resource extraction and use all three sustainability dimensions have to be taken into account: economic, environmental and social aspects. Furthermore, to avoid burden shifting life cycle based methods should be applied. As companies need operational tools and approaches, a comprehensive method has been developed to measure resource efficiency of products, processes and services in the context of sustainable development (ESSENZ). Overall 21 categories are established to measure impacts on the environment, physical and socio-economic availability of the used resources as well as their societal acceptance. For the categories socio-economic availability and societal acceptance new approaches are developed and characterization factors are provided for a portfolio of 36 metals and four fossil raw materials. The introduced approach has been tested on several case studies, demonstrating that it enhances the applicability of resource efficiency to assess product systems significantly by providing an overall framework that can be adopted across sectors, using indicators and methods which are applicable and can be integrated into existing life cycle assessment based schemes.BMBF, 033R094A-F, r³ - Strategische Metalle, Verbundvorhaben: Integrierte Methode zur ganzheitlichen Berechnung/Messung von Ressourceneffizienz - ESSEN

Holistic analysis of thermochemical processes by using solid biomass for fuel production in Germany

In Deutschland müssen Biokraftstoffe nach der Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung ab 2011 eine CO2eq-Einsparung gegenüber dem fossilen Vergleichskraftstoff (83,8 g CO2eq/MJKS /Richtlinie 98/70/EG/) von mindestens 35 % und in Anlagen, die nach dem 31.12.2016 in Betrieb gehen von 50 % im Jahr 2017 bzw. 60 % im Jahr 2018 aufweisen /Biokraft-NachV/. Die in dieser Arbeit betrachteten Anlagen zur Produktion von Biokraftstoffen (Rapsmethyles-ter, Bioethanol und Biomethan) halten die geforderte Einsparung für Neuanlagen nicht ein. Um die Emissionen gezielt zu senken, müssten somit neue Verfahren zum Einsatz kommen. Alternativ könnten thermochemisch erzeugte Kraftstoffe produziert und genutzt werden. Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, anhand einer technischen, ökologischen und ökonomischen Analyse (Well-to-Wheel) zu bewerten, ob und unter welchen Bedingungen die thermochemische Produktion von Fischer-Tropsch-Diesel bzw. Benzin, Wasserstoff (H2) und Substitute Natural Gas (SNG) die genannten Ziele einhält. Es werden dabei vier verschiedene Verfahren (Schnellpyrolyse bzw. Torrefizierung mit Flugstromvergaser, CHOREN Carbo-V®-Vergaser, Absorption Enhanced Reforming (AER-) Vergaser) betrachtet, in denen neben Reststoffen wie Winterweizenstroh und Waldrestholz noch Weiden aus Kurzumtriebs-plantagen eingesetzt werden. Die technische Analyse hat gezeigt, dass auf gegenwärtigem Stand der Technik (2010) zwei und im Jahr 2050 sechs Anlagen stromautark betrieben werden können. Der energetische Nutzungsgrad der Verfahren beläuft sich dabei auf 41,5 (Fischer-Tropsch-Diesel bzw. Benzin) bis 59,4 % (H2). Weiterhin wurde festgestellt, dass heute (2010) fast alle thermochemisch erzeugten Kraftstoffe die gesetzlich geforderte CO2eq-Einsparung von 60 % bereits einhalten. Ausge-nommen hiervon ist die H2-Produktion aus Weiden aus Kurzumtriebsplantagen in dezentralen bzw. zentralen Schnellpyrolysen sowie in einer dezentralen Torrefizierung mit Flugstromver-gaser. Im Jahr 2050 wird die geforderte CO2eq-Einsparung von allen thermochemisch erzeug-ten Kraftstoffen unterboten. Die CO2eq-Einsparungen liegen dabei zwischen 72 (H2) und 95 % (Fischer-Tropsch-Diesel bzw. Benzin). Vergleicht man die spezifischen Produktionskosten thermochemisch erzeugter Kraft-stoffe Stand 2010, so wird deutlich, dass sie noch über den der fossilen Kraftstoffe liegen. Die Bandbreite der Kosten frei Tankstelle beläuft sich zwischen 27,1 (Fischer-Tropsch-Diesel bzw. Benzin) bis 70,7 €2010/GJKS (H2). Mit steigenden Rohöl-, Erdgas sowie CO2eq-Preisen ergeben sich zukünftig Perspektiven für thermochemisch erzeugte Kraftstoffe.According to the German act “Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung“, biofuels must show a CO2eq-reduction compared to the fossil reference fuel (83.8 g CO2eq/MJfuel /Richtlinie 98/70/EG/) of 35 % beginning with 2011. In new plants, which go into operation after the 31.12.2016 the CO2eq-savings must be higher than 50 % in 2017 and higher than 60 % in 2018 /Biokraft-NachV/. The biofuels (methyl ester of rapeseed, bioethanol and biomethane) considered in this study do not meet these requirements for new plants. To comply with these rules new processes must be deployed. Alternative thermochemical generated fuels could be an option. The aim of this work is to evaluate through a technical, ecological and economic analysis (Well-to-Wheel) whether and under what conditions the thermochemical production of Fischer-Tropsch-diesel or gasoline, hydrogen (H2) and Substitute Natural Gas (SNG) complies with the targets. Four different processes are considered (fast pyrolysis and torrefac-tion with entrained flow gasifier, CHOREN Carbo-V®-gasifier, Absorption Enhanced Re-forming (AER-) gasifier). Beside residues such as winter wheat straw and residual forest wood, wood from short-rotation plantations is taken into account. The technical analysis showed that at present status (2010) two and in 2050 six plants can be operated energy-self-sufficient. The overall efficiency of the processes is in the range of 41.5 (Fischer-Tropsch-diesel or gasoline) and 59.4 % (H2). Furthermore, it was found that for 2010, all thermochemical produced fuels except the H2-production from wood from short-rotation plantations in decentralised or central fast py-rolysis and in decentralised torrefactions with entrained flow gasifier keep the required CO2eq-saving of 60 %. In 2050, all thermochemical produced fuels will reach these limits. The CO2eq-saving is between 72 (H2) and 95 % (Fischer-Tropsch-diesel or gasoline). When the production costs of the thermochemical produced fuels for 2010 are com-pared, it becomes evident, that they are not competitive with fossil fuels. The range of costs at the petrol station are between 27.1 (Fischer-Tropsch-diesel- or gasoline) and 70.7 €2010/GJfuel (H2). With rising CO2eq-costs as well as crude oil and natural gas prices future prospects are getting better for the thermochemical produced fuels

Enhancement of the ESSENZ Method and Application in a Case Study on Batteries

With a growing awareness of the impact of resource exploitation, issues such as mine site certification and recyclate use in products come to the fore. These aspects are incorporated into the ESSENZ method which assesses resource criticality. Moreover, the method is enhanced by addressing further shortcomings and considering the SCARCE method. The resultant so-called ESSENZ+ method is tested in a case study on batteries involving a data update concerning the characterization factors of eight raw materials. The comparison of the results, using the original ESSENZ versus the updated ESSENZ+ characterization factors, shows significant changes regarding the demand growth (an increase of four times due to the inclusion of future trends) and price fluctuations (an increase of fourteen times due to a data update). The impact of the introduction of the aspects of mine site certification and recyclate use are examined via sensitivity analyses showing a reduced supply risk, yet to different extents in the different categories. A comparison of nickel-manganese-cobalt (NMC) batteries with different NMC ratios shows a decreasing supply risk per kWh, along with technological advancement, due to lower material requirements and smaller cobalt shares. ESSENZ+ enables users to include relevant developments in their assessment such as increasing mine site certifications and recyclate use

Resource Efficiency Assessment—Comparing a Plug-In Hybrid with a Conventional Combustion Engine

The strong economic growth in recent years has led to an intensive use of natural resources, which causes environmental stress as well as restrictions on the availability of resources. Therefore, a more efficient use of resources is necessary as an important contribution to sustainable development. The ESSENZ method presented in this article comprehensively assesses a product’s resource efficiency by going beyond existing approaches and considering the pollution of the environment as well as the physical and socio-economic availability of resources. This paper contains a short description of the ESSENZ methodology as well as a case study of the Mercedes-Benz C-Class (W 205)—comparing the conventional C 250 (petrol engine) with the C 350 e Plug-In Hybrid (electric motor and petrol engine). By applying the ESSENZ method it can be shown that the use of more and different materials for the Plug-In-Hybrid influences the dimensions physical and socio-economic availability significantly. However, for environmental impacts, especially climate change and summer smog, clear advantages of the C 350 e occur due to lower demand of fossil energy carriers. As shown within the case study, the when applying the ESSENZ method a comprehensive evaluation of the used materials and fossil energy carriers can be achieved

Messung von Ressourceneffizienz mit der ESSENZ-Methode: Integrierte Methode zur ganzheitlichen Bewertung

Natural resource

Messung von Ressourceneffizienz mit der ESSENZ-Methode: Integrierte Methode zur ganzheitlichen Bewertung

Natural resource