Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nhiên liệu thay thế từ các chất thải sinh học rừng cho ô tô chở khách - một đánh giá theo điều kiện khuôn khổ Đức
Tóm tắt
Do khối lượng có sẵn, các chất thải sinh học là một nguồn tài nguyên hứa hẹn cho nhiên liệu tái tạo cho ô tô chở khách nhằm giảm phát thải khí nhà kính (GHG). Trong nghiên cứu này, chúng tôi so sánh ba loại nhiên liệu từ chất thải rừng trong điều kiện khung pháp lý của Đức: điện sinh học, khí tự nhiên thay thế (SNG) và diesel Fischer-Tropsch (FT). Các nhiên liệu từ chất thải rừng được so sánh về hiệu suất kỹ thuật (được xác định ở đây là 'pkm mỗi kg sinh khối'), chi phí và tác động môi trường với trọng tâm là phát thải GHG. Chúng tôi đã xem xét các điều kiện lái xe thực tế và các phân loại ô tô tương ứng cũng như các kịch bản thâm nhập thị trường cho ô tô chạy điện và nhiên liệu khí. Kết quả của chúng tôi cho thấy hiệu suất kỹ thuật của điện sinh học là cao, trong khi các kết quả kinh tế và môi trường phụ thuộc mạnh mẽ vào kích thước xe và giả định về thâm nhập thị trường. Hơn nữa, việc định nghĩa rõ ràng mục tiêu chính của việc giới thiệu các nhiên liệu từ chất thải rừng là cần thiết. Nếu mục tiêu là giảm phát thải GHG với chi phí thấp nhất, SNG (và khí tự nhiên) ở những chiếc xe lớn là lựa chọn ưu tiên. Đối với việc giảm GHG ở mức cao nhất với mức tiêu thụ chất thải rừng thấp nhất, điện sinh học trong các loại ô tô đi lại nhỏ được tìm thấy là một giải pháp tốt. Điều này cũng đúng với điểm tác động môi trường tổng hợp ReCiPe Total. Việc bao gồm các mẫu di chuyển và định nghĩa rõ ràng mục tiêu khi so sánh các nhiên liệu sinh học là rất quan trọng. Tại Đức, điện sinh học, SNG và diesel FT có thể giảm phát thải GHG với chi phí giảm khoảng 100 €/t CO2-Eq nếu được sử dụng đúng cách.
Từ khóa
#khí nhà kính #chất thải sinh học #nhiên liệu tái tạo #điện sinh học #khí tự nhiên thay thế #diesel Fischer-Tropsch #hiệu suất kỹ thuậtTài liệu tham khảo
Tarancón Morán MÁ, del Río GP: Structural factors affecting land-transport CO2 emissions: a European comparison. Transp Res Part D: Transp Environ 2007, 12: 239–253. doi:10.1016/j.trd.2007.02.003
Kappler G: Systemanalytische Untersuchung zum Aufkommen und zur Bereitstellung von energetisch nutzbarem Reststroh und Waldrestholz in Baden-Württemberg: eine auf das Karlsruher bioliq-Konzept ausgerichtete Standortanalyse. Uni Freiburg, Freiburg; 2008.
International council on clean Transportation: European Vehicle Market Statistics – Pocketbook 2013. International council on clean Transportation, Berlin; 2013.
Pelkmans L, Debal P: Comparison of on-road emissions with emissions measured on chassis dynamometer test cycles. Transp Res Part D: Transp Environ 2006, 11: 233–241. doi:10.1016/j.trd.2006.04.001
Hausberger S: Fuel Consumption and Emissions of Modern Passenger Cars. TU Graz, Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft, Graz 2010.
Hurtig O: Techno-ökonomischer Vergleich des Einsatzes von Strom, SNG und Fischer-Tropsch-Kraftstoff aus Biomasse im Pkw-Bereich. Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe; 2013.
Wilms FEP: Szenariotechnik: vom Umgang mit der Zukunft. Haupt, Bern; 2006.
IANGV: 2011 Natural Gas Vehicle Statistics Published. 2012.http://www.iangv.org/2012/05/2011-natural-gas-vehicle-statistics-released/.
Iea EVI: Global EV outlook. Electric vehicles initiative of the clean energy. Ministerial, Paris; 2013.
OICA: 2011 statistics. 2012.http://oica.net/category/production-statistics/2011-statistics/.
Leible L, Kälber S, Kappler G, Lange S, Nieke E, Proplesch P, Wintzer D, Fürniß B: Kraftstoff, Strom und Wärme aus Stroh und Waldrestholz: eine systemanalytische Untersuchung. Forschungszentrum Karlsruhe, Karlsruhe; 2007.
Prognos AG, EWI GWS: Energieszenarien für ein Energiekonzept der Bundesregierung. Prognos AG, Basel/Köln/Osnabrück; 2010.
PIK, IIRM: Der Einstieg in den Ausstieg: Energiepolitische Szenarien für einen Atomausstieg in Deutschland. Potsdam: PIK; 2011.
EWI, EEFA: Energiewirtschaftliches Gesamtkonzept 2030. Berlin, Potsdam und Frankfurt am Main: Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft; 2008.
McKinsey: A portfolio of power-trains for Europe: a fact-based analysis. 2010.
Leible L, Kälber S, Kappler G, Eltrop L, Stenull M, Lansche J, Poboss N, Stürmer B, Kelm T, Köppel W: Perspektiven für Bio-Erdgas Teil I: Bereitstellung aus nasser und trockener Biomasse. BWK 2012, 64: 21–27.
Perlwitz H: Der Erdgasmarkt für den Kraftwerkssektor unter CO2-Minderungsverpflichtungen: eine modellgestützte Analyse des europäischen Energiemarktes. Universität Karlsruhe, Karlsruhe; 2007.
Matthes FC: Energiepreise für aktuelle Modellierungsarbeiten. Regressionsanalytisch basierte Projektionen, Teil 1: Preise für Importenergien und Kraftwerksbrennstoffe. Öko-Institut, Berlin; 2010.
EIA: Annual Energy Outlook 2011. EIA, Washington; 2011.
Schade B, Wiesenthal T: Biofuels: a model based assessment under uncertainty applying the Monte Carlo method. J Policy Model 2011, 33: 92–126. doi:10.1016/j.jpolmod.2010.10.008
Sunde K, Brekke A, Solberg B: Environmental impacts and costs of hydrotreated vegetable oils, transesterified lipids and woody BTL—a review. Energies 2011, 4: 845–877. doi:10.3390/en4060845
IEA: World Energy Outlook 2011. OECD/IEA, Paris; 2011.
IEA: World Energy Outlook 2010. OECD/IEA, Paris; 2010.
Wietschel M, Bünger U, Weindorf W: Vergleich von Strom und Wasserstoff als CO2-freie Endenergieträger. Fraunhofer ISI, LBST, Karlsruhe; 2010.
Hischier R, Weidema B, Althaus HJ, Bauer C, Doka G, Dones R, Frischknecht R, Hellweg S, Humbert S, Jungbluth N: Implementation of Life Cycle Impact Assessment Methods, Ecoinvent report No. 3, v2. 2. Swiss Centre for Life Cycle Inventories, Dübendorf, CH; 2010.
BEE AEE: Der Strommix im Jahr 2020: Erneuerbare Energien sichern 47% der Versorgung. Agentur für Erneuerbare Energien, Bundesverband Erneuerbare Energien; 2009.
BMWi, BMU: Energiekonzept für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung. BMWi, BMU, Berlin; 2010.
Bandivadekar A, Bodek K, Cheah L, Evans C, Groode T, Heywood J, Kasseris E, Kromer M, Weiss M: On the road in 2035: reducing transportation’s petroleum consumption and GHG emissions. MIT laboratory for energy and the environment, Cambridge; 2008.
IEA: Technology Roadmap: Electric and plug-in hybrid electric vehicles. OECD/IEA, Paris; 2011.
Kalhammer FR, Kopf BM, Swan D, Roan VP, Walsh MP: Status and Prospects for Zero Emissions Vehicle Technology. State of California Air Resources Board. Sacramento, California; 2007.
Kromer M, Heywood J: Electric Powertrains: Opportunities and Challenges in the U.S. Light-Duty Vehicle Fleet. Sloan Automotive Laboratory, MIT, Cambridge; 2007.
Mayer T, Kreyenberg D, Wind J, Braun F: Feasibility study of 2020 target costs for PEM fuel cells and lithium-ion batteries: a two-factor experience curve approach. Int J Hydrog Energy 2012, 37: 14463–14474. doi:10.1016/j.ijhydene.2012.07.022 doi:10.1016/j.ijhydene.2012.07.022 10.1016/j.ijhydene.2012.07.022
Öko-Institut, DLR: RENEWBILITY Stoffstromanalyse nachhaltige Mobilität im Kontext erneuerbarer Energien bis 2030. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Berlin; 2009.
Competence E: Projekt Competence E. 2011.http://www.competence-e.kit.edu/index.php.
Schmid S: Marktperspektiven zukünftiger Fahrzeugkonzepte - Wettbewerb technischer Lösungen, der Kunde und die Rahmenbedingungen. 2012.
Eckstein L, Schmitt F, Hartmann B: Leichtbau bei Elektrofahrzeugen. ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 2010, 112: 788–795. doi:10.1007/BF03222207
Goede M, Stehlin M, Rafflenbeul L, Kopp G, Beeh E: Super light car — lightweight construction thanks to a multi-material design and function integration. Eur Transp Res Rev 2008, 1: 5–10. doi:10.1007/s12544–008–0001–2 doi:10.1007/s12544-008-0001-2
Held M: LCA E-Mobility: Current results of the Fraunhofer System Research for Electromobility (FSEM) and need for further research. 2011.
Kloess M, Weichbold A, Könighofer K: Technical, Ecological and Economic Assessment of Electrified Powertrain Systems for Passenger Cars in a Dynamic Context (2010 to 2050). 2009.
TNO, IEEP, LAT: Review and analysis of the reduction potential and costs of technological and other measures to reduce CO2-emissions from passenger cars. TNO, Delft; 2006.
Weiss M, Heywood J, Drake E, Schafer A, Auyeung F: On The Road In 2020 - A life-cycle analysis of new automobile technologies. MIT Laboratory for Energy and the. Environment, Cambridge; 2000.
Holmberg K, Andersson P, Erdemir A: Global energy consumption due to friction in passenger cars. Tribol Int 2012, 47: 221–234. doi:10.1016/j.triboint.2011.11.022
Kushnir D, Sandén BA: Multi-level energy analysis of emerging technologies: a case study in new materials for lithium ion batteries. J Clean Prod 2011, 19: 1405–1416. doi:10.1016/j.jclepro.2011.05.006 doi:10.1016/j.jclepro.2011.05.006 10.1016/j.jclepro.2011.05.006
Linssen J, Bickert S, Hennings W, Schulz A, Marker S, Waldowski P, Schindler V, Mischinger S, Schmidt A, Abbasi E, Strunz K, Maas H, Schmitz P, Günther C, Schott B, Danzer M, Weinmann O, Lindwedel E: Netzintegration von Fahrzeugen mit elektrifizierten Antriebssystemen in bestehende und zukünftige Energieversorgungsstrukturen. Forschungszentrum Jülich, Jülich; 2012.
Parker: Electric and Hybrid Electric Drivetrain Solutions. 2010. doi:
Spicher U: Analyse der Effizienz zukünftiger Antriebssysteme für die individuelle Mobilität. MTZ Motortechnische Zeitschrift 2012, 02(2012):98–105.
JEC, Joint Research Centre, EUCAR, CONCAWE: Well-to-Wheels study Version 3c. 2011.
Berggren C, Magnusson T: Reducing automotive emissions—the potentials of combustion engine technologies and the power of policy. Energy Policy 2012, 41: 636–643. doi:10.1016/j.enpol.2011.11.025
Mahr B, Taylor J, Bassett M: Kraftstoffverbrauchsvorteile im realen Fahrbetrieb durch Abgasrückführung bei modernen Downsizing-Motoren. 2012.
Pischinger S: Antriebsentwicklung der Zukunft. ATZ 2011, 2011–03: 136–141.
Schmuck-Soldan S, Cloos LK, Cleary DJ, Santoso H: Aufladekonzepte für den Ottomotor der Zukunft. 2012.
Tilagone R, Venturi S, Monnier G: Natural gas - an environmentally friendly fuel for urban vehicles: the smart demonstrator approach. Oil and Gas Science and Technology 2006, 61: 155–164. 10.2516/ogst:2006010x
Wallentowitz H, Freialdenhoven A, Olschewski I: Strategien in der Automobilindustrie: Technologietrends und Marktentwicklungen. Vieweg + Teubner, Wiesbaden; 2008.
Wang MQ: Mobile source emission control cost-effectiveness: issues, uncertainties, and results. Transp Res Part D: Transp Environ 1997, 2: 43–56. doi:10.1016/S1361–9209(96)00017-X
Wright TP: Factors affecting the cost of airplanes. JANS 1936, 3: 122–128.
Remer DS, Nieto AP: A compendium and comparison of 25 project evaluation techniques. Part 1: net present value and rate of return methods. Int J Prod Econ 1995, 42: 79–96. doi:10.1016/0925–5273(95)00104–2
KBA: Alter der Fahrzeuge. 2011.
IPCC: Fourth Assessment Report: Climate Change 2007 (AR4), Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Cambridge University Press, New York; 2007.
Goedkoop M, Heijungs R, Huijbregts M, De Schryver A, Struijs J, Van Zelm R: ReCiPe 2008: a life cycle impact assessment method which comprises harmonised category indicators at the midpoint and the endpoint level, Report I: Characterisation. Ministerie van VROM, Den Haag; 2009.
Hauschild M, Potting J: Spatial differentiation in life cycle impact assessment-the EDIP-2003 methodology. Guidelines from the Danish EPA. Danish Environmental Protection Agency, Copenhagen; 2004.
Querini F, Morel S, Boch V, Rousseaux P: USEtox relevance as an impact indicator for automotive fuels. Application on diesel fuel, gasoline and hard coal electricity. The International Journal of Life Cycle Assessment 2011, 16: 829–840. doi:10.1007/s11367–011–0319–1 doi:10.1007/s11367-011-0319-1 10.1007/s11367-011-0319-1
Rosenbaum RK, Bachmann TM, Gold LS, Huijbregts MAJ, Jolliet O, Juraske R, Koehler A, Larsen HF, MacLeod M, Margni M, McKone T, Payet J, Schuhmacher M, Meent D, Hauschild M: USEtox—the UNEP-SETAC toxicity model: recommended characterisation factors for human toxicity and freshwater ecotoxicity in life cycle impact assessment. The International Journal of Life Cycle Assessment 2008, 13: 532–546. doi:10.1007/s11367–008–0038–4
Guinée JB, Gorrée M, Heijungs R, Huppes G, Kleijn R, de Koning A, van Oers L, Wegener Sleeswijk A, Suh S, Udo de Haes HA, de Bruijn H, van Duin R, Huijbregts MAJ: Handbook on life cycle assessment. Operational guide to the ISO standards. Kluwer Academic Publishers, New York, Boston, Dordrecht, London, Moscow; 2002.
Kannan R, Leong KC, Osman R, Ho HK: Life cycle energy, emissions and cost inventory of power generation technologies in Singapore. Renew Sust Energ Rev 2007, 11: 702–715. doi:10.1016/j.rser.2005.05.004
Halsnæs K, Mackenzie GA, Swisher JN, Villavicencio A: Comparable assessment of national GHG abatement costs. Energy Policy 1994, 22: 925–934. doi:10.1016/0301–4215(94)90040-X
McKinsey: Impact of the financial crisis on carbon economics - Version 2.1 of the Global Greenhouse Gas Abatement Cost Curve. McKinsey, New York; 2010.
dena: Erdgas und Biomethan im künftigen Kraftstoffmix. Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena), Berlin; 2011.
Dry ME: High quality diesel via the Fischer-Tropsch process - a review. J Chem Technol Biotechnol 2002, 77: 43–50. doi:10.1002/jctb.527
KBA: Monatliche Neuzulassungen 2009–2012. 2012.http://www.kba.de/DE/Statistik/Fahrzeuge/Neuzulassungen/MonatlicheNeuzulassungen/monatl_neuzulassungen_node.html
infas, DLR: Mobilität in Deutschland 2008. Datensätze, Bonn und Berlin; 2010.
André M: The ARTEMIS European driving cycles for measuring car pollutant emissions. Sci Total Environ 2004, 334–335: 73–84. doi:10.1016/j.scitotenv.2004.04.070
infras: Handbuch Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs (HBEFA), Version 3.1. Umweltbundesamt, Berlin; 2010.
Bach C, Lienin S: Emissionsvergleich verschiedener Antriebsarten in aktuellen Personenwagen. EMPA, Dübendorf; 2007.
Faria R, Moura P, Delgado J, de Almeida AT: A sustainability assessment of electric vehicles as a personal mobility system. Energy Convers Manag 2012, 61: 19–30. doi:10.1016/j.enconman.2012.02.023
Sharma R, Manzie C, Bessede M, Brear MJ, Crawford RH: Conventional, hybrid and electric vehicles for Australian driving conditions – part 1: technical and financial analysis. Transportation Research Part C: Emerging Technologies 2012, 25: 238–249. doi:10.1016/j.trc.2012.06.003 doi:10.1016/j.trc.2012.06.003
Hawkins T, Gausen O, Strømman A: Environmental impacts of hybrid and electric vehicles—a review. The International Journal of Life Cycle Assessment 2012, 17: 997–1014. doi:10.1007/s11367–012–0440–9
Bright RM, Strømman AH: Life cycle assessment of second generation bioethanols produced from Scandinavian boreal forest resources. J Ind Ecol 2009, 13: 514–531. doi:10.1111/j.1530–9290.2009.00149.x
Hill J, Nelson E, Tilman D, Polasky S, Tiffany D: Environmental, economic, and energetic costs and benefits of biodiesel and ethanol biofuels. PNAS 2006, 103: 11206–11210. doi:10.1073/pnas.0604600103
Lechon Y, Cabal H, Sáez R: Life cycle greenhouse gas emissions impacts of the adoption of the EU Directive on biofuels in Spain. Effect of the import of raw materials and land use changes. Biomass Bioenergy 2011, 35: 2374–2384. doi:10.1016/j.biombioe.2011.01.036 doi:10.1016/j.biombioe.2011.01.036 10.1016/j.biombioe.2011.01.036
Fargione J, Hill J, Tilman D, Polasky S, Hawthorne P: Land clearing and the biofuel carbon debt. Science 2008, 319: 1235–1238. doi:10.1126/science.1152747
RL 70/220/EWG: Richtlinie 70/220/EWG des Rates vom 20. März 1970 zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über Maßnahmen gegen die Verunreinigung der Luft durch Abgase von Kraftfahrzeugmotoren mit Fremdzündung. 1970.
Deutsche Bundesbank: Abzinsungszinssätze gemäß § 253 Abs. 2 HGB. 2013.
De Neufville R: Choice of discount rate, Part of the MIT course ‘Engineering Systems Analysis for Design’. 2007.