Deliverable D6.4 - Environmental Assessment Report
ēQATOR project reports
Autor*innen: Sonja Haertlé, Nils Rettenmaier, Guido Reinhardt, Heiko Keller
Erneuerbares Methanol (MeOH) gilt als wichtiger Kraftstoff für schwer zu dekarbonisierende Verkehrssektoren und als zentrale Plattformchemikalie für die Defossilisierung von Produkten und Dienstleistungen. Das ēQATOR-Konzept ermöglicht die Herstellung von erneuerbarem MeOH aus Biogas (CH₄ + CO₂), das aus Biomasse-Reststoffen und biogenen Abfällen gewonnen wird. Das Biogas wird zunächst in elektrisch beheizten katalytischen Reaktoren durch eine Reformierungsreaktion in Synthesegas (CO + H₂) umgewandelt, worauf in einem zweiten Schritt die eigentliche MeOH-Synthese folgt. Die Reformierungsreaktion erfordert eine hohe Wärmezufuhr bei erhöhten Temperaturen, die üblicherweise durch die Verbrennung von Methan (in der Regel in Form von Erdgas, aber auch Biomethan wäre möglich) bereitgestellt wird.
Zur Unterstützung fundierter Entscheidungen sowohl hinsichtlich der Technologieentwicklung als auch der politischen Rahmenbedingungen wird eine umfassende, integrierte Nachhaltigkeitsbewertung über den gesamten Lebenszyklus durchgeführt. Die Bewertung basiert auf drei separaten Analysen der klassischen Säulen der Nachhaltigkeit: ökologische, soziale und wirtschaftliche Aspekte. Die vorliegende Studie befasst sich speziell mit der Umweltleistung des ēQATOR-Konzepts. Im Rahmen einer prospektiven Lebenszyklusbewertung (LCA) im Screening-Verfahren wurde untersucht, inwieweit das ēQATOR-Konzept zu einer nachhaltigeren MeOH-Versorgung beitragen kann. Die Bewertung folgt den Normen ISO 14040 und 14044 und wendet eine „Cradle-to-Grave“-Perspektive an. Wichtige Kategorien von Umweltauswirkungen werden für die Jahre 2030 und 2050 unter Verwendung prognostizierter europäischer Strommixe, Verbrauchsmaterialien und Infrastruktur analysiert. Umweltkritische Bereiche, Optimierungspotenziale und Unterschiede zwischen den verschiedenen ēQATOR-Konfigurationen wurden identifiziert. Die Produktion von ēQATOR-MeOH wird mit der von aus fossilen Brennstoffen gewonnenem MeOH und von erneuerbarem MeOH aus alternativen Verfahren verglichen, darunter die Aufbereitung von Biogas, andere hybride Reformierungsoptionen sowie vollständig synthetisches MeOH aus der direkten CO₂-Abscheidung aus der Luft und der Wasserelektrolyse. Weitere Analysen berücksichtigen die Verfügbarkeit erneuerbarer Ressourcen im Verhältnis zum zukünftigen MeOH-Bedarf sowie die Einstufung und die Treibhausgasbilanz (THG) von ēQATOR-MeOH im Rahmen der EU-Rechtsvorschriften (Erneuerbare-Energien-Richtlinie).
Die Ergebnisse zeigen, dass alle Verfahren zur Herstellung von MeOH aus erneuerbaren Quellen – einschließlich Hybridkonzepten wie ēQATOR – im Vergleich zur MeOH-Produktion aus fossilen Brennstoffen erhebliche Umweltvorteile bieten, insbesondere bei Verwendung von kohlenstoffarmem Strom. Hybride Verfahren, die biogenen Kohlenstoff aus Biogas aus Abfällen und Reststoffen mit erneuerbarem Strom kombinieren, nutzen den verfügbaren Kohlenstoff effizienter als rein biobasierte Verfahren. Im Vergleich zu vollständig synthetischem MeOH benötigen hybride Verfahren weniger erneuerbaren Strom. Angesichts der begrenzten Verfügbarkeit nachhaltiger Kohlenstoffquellen und erneuerbaren Stroms stellen diese hybriden Verfahren daher die effizienteste langfristige Option dar. Dennoch werden alle erneuerbaren Verfahren benötigt, um den zukünftigen Bedarf zu decken, ergänzt durch Maßnahmen zur Reduzierung des gesamten MeOH-Verbrauchs.
Sowohl bei hybriden als auch bei synthetischen Verfahren bestimmt die Kohlenstoffintensität der Stromversorgung die Umweltbilanz, während die Wahl der Verfahren (z. B. Heiztechnik und Reformerkonfiguration), der Infrastruktur und der Materialien nur eine untergeordnete Rolle spielt. Auch die Wahl des Biomasse-Ausgangsmaterials ist von untergeordneter Bedeutung, wenn man bedenkt, dass es derzeit bereits genutzt wird. Zusätzliche Umweltvorteile lassen sich durch die Nutzung bisher ungenutzter Gülle erzielen. Insbesondere bei der Nutzung von vollständig erneuerbarem Strom liegt eine weitere Optimierungsmöglichkeit in der Reduzierung der Methanemissionen aus Biogasanlagen, der Minderung von Wasserstoffemissionen und dem sorgfältigen Umgang mit den mit dem Einsatz erneuerbarer Energien verbundenen ökologischen Nebenwirkungen. Während ēQATOR-MeOH als Nebenprodukt der Herstellung fortschrittlicher Biokraftstoffe und erneuerbarer Kraftstoffe nicht-biologischen Ursprungs eingestuft werden kann, hängt das Erreichen der erforderlichen Einsparungen bei den Treibhausgasemissionen stark von der Art der verwendeten Biomasse-Reststoffe oder biogenen Abfälle sowie von der Emissionsintensität der Stromversorgung ab.