7. März 2014

Die Vermessung des ökologischen Fussbadrucks

Energie und Umwelt Umwelt

Mit ecoinvent betreibt das Paul Scherrer Institut zusammen mit Partnern an der ETH Zürich, der ETH Lausanne, der Empa und am Agroscope seit über 10 Jahren die weltweit führende Datenbank für Ökobilanzen. Eine solche Datenbank ist die Grundlage, um die Umweltbelastungen von Produkten und Dienstleistungen abzuschätzen. Die jüngst herausgegebene dritte Version von ecoinvent versammelt nun neue Daten in Bereichen wie Stromproduktion, Landwirtschaft, Verkehr, Bergbau und Chemikalien. Im für Lebenszyklusanalysen bedeutenden Stromsektor umfasst die Datenbank neu über 80 Prozent der globalen Produktion. Auch zuvor nicht berücksichtigte Technologien wie die Tiefengeothermie finden fortan in ecoinvent Berücksichtigung. Das Ergebnis sind präzisere ökologische Bewertungen von Produkten und Dienstleistungen.

Wieviel CO2-Emissionen verursacht ein in China hergestelltes Solarpanel im Vergleich zu einem aus Deutschland? Sind Gaskombikraftwerke wirklich umweltfreundlicher als andere fossile Technologien? Machen Elektrofahrzeuge ökologisch überhaupt Sinn? Entscheidungsträger aus Politik und Wirtschaft, aber auch private Konsumenten sind, soweit ihnen Klima- und Umweltschutz am Herzen liegen, tagtäglich mit solchen Fragen konfrontiert. Antworten liefert das Instrument der Lebenszyklusanalyse, auch als Ökobilanz bekannt, indem es Produkte über ihre gesamte Wertschöpfungskette – von der Beschaffung der Rohstoffe bis zur Entsorgung am Ende der Nutzungsdauer – auf ihren Einfluss auf die Umwelt beleuchtet. Datenbanken wie ecoinvent bilden die nötige Basis für eine solche Bilanzierung: sie enthalten für viele verschiedene Produkte und Dienstleistungen Angaben dazu, wie viele Materialien und Rohstoffe benötigt werden und welche Emissionen dazu gehören.

Voraussetzung für eine aussagekräftige Ökobilanz sind solch detaillierte und aktuelle Daten über einzelne Produktionsschritte, und zwar möglichst nach Produktionsort und Technologie aufgelöst. Beispielsweise hinterlässt die Produktion einer Kilowattstunde Strom aus einem Kohlekraftwerk ganz andere ökologische Spuren als die gleiche Strommenge aus einem Windpark. Andererseits trägt ein Kohlekraftwerk in Westeuropa nicht in gleichem Mass zur Umweltverschmutzung bei wie ein solches in China. Zuverlässige, regionale und nach Technologie aufgelöste Inventare für eine Vielzahl von Produkten und Dienstleistungen – genau das bietet die Datenbank ecoinvent. Als nicht-kommerzielle und völlig transparente Datenbank wird sie weltweit von über 4000 Nutzern in Anspruch genommen. Die Daten stammen aus der Fachliteratur, aus Statistiken, oder aus der Industrie – beispielsweise von internationalen Organisationen wie der Internationalen Energieagentur IEA und der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung OECD, oder aus sorgfältig begutachteten wissenschaftlichen Studien. Neben Transparenz wird damit auch höchste Qualität gewährleistet.

Starke regionale Unterschiede im Stromsektor

Forschende des PSI haben für die neuste, dritte Version von ecoinvent wie schon in der Vergangenheit die entsprechenden Inventardaten zur Stromproduktion überarbeitet und erweitert. Damit lassen sich nun Aspekte der ökologischen Bewertung dieses entscheidenden Wirtschaftssektors unter die Lupe zu nehmen.

In der Datenbank sind jetzt alle Länder erfasst, die einen Anteil von mindesten 1 Prozent an der globalen Stromerzeugung haben. Statt sich wie bisher auf Europa zu fokussieren, umfasst ecoinvent v3 nun 50 Länder auf allen Kontinenten. Damit deckt die Datenbank 83 Prozent der weltweiten Stromproduktion ab. Ausserdem sind die Daten aus den USA und Kanada nun auf regionalem Niveau erfasst, was den teilweise sehr unterschiedlichen regionalen Bedingungen in derart grossen Ländern Rechnung trägt. Somit kann neuerdings etwa die ökologische Bewertung eines aus der Provinz Québec stammenden Produktes mit realistischeren Daten vorgenommen werden als früher. Die neue, höhere geographische Auflösung ermöglicht es nicht zuletzt Konsumenten und Detailhändlern, pauschale, auf ungenauen Daten basierenden Aussagen durch präzisere, regionale zu ersetzen. Kanada liefert überhaupt ein gutes Beispiel für starke regionale Unterschiede in grossen Ländern. Hier finden sich Provinzen wie Québec, die sich beinahe zu 100 Prozent mit Erneuerbaren versorgen, während das kleine Territorium Nunavut den Stromverbrauch vollständig mit Erdöl bestreitet.

Emissionen aus dem Betrieb der Stromnetze

Die Datenbank ermöglicht im Übrigen auch die Quantifizierung der Stromverluste sowie der Emissionen, die jenseits der Kraftwerke mit der Übertragung und Verteilung des Stroms bis zum Endkunden verbunden sind. So wird die ökologische Bedeutung der Stromnetze deutlich. Man kann zum Beispiel Buch führen über die Lachgas- und Ozonemissionen, die in der Umgebung von Hochspannungsoberleitungen entstehen. Ebenso erfasst wird etwa der Ausstoss an Schwefelhexafluorid, einer Substanz, die vor allem in Schaltanlagen als Flammschutzmittel Einsatz findet und gemäss dem Weltklimarat das Treibhausgas mit dem grössten Klimaerwärmungspotanzial darstellt. Schwefelhexafluorid ist aufgrund seiner sehr geringen Konzentration in der Atmosphäre kein bedeutender Treiber des Klimawandels. Direkte atmosphärische Messungen deuten aber auf eine starke Zunahme der globalen Emissionen dieses langlebigen Gases hin.

Eine wichtige Unterscheidung in der Datenbak, die interessante Erkenntnise zutage fördert, ist jene zwischen Stromerzeugung und Strommarkt. Erstere bezeichnet die in einer geographischen Region produzierte Elektrizität, während Letzterer sich auf den in derselben Region tatsächlich konsumierten Strom bezieht. Durch den Einfluss von Stromimporten können sich mitunter erhebliche Unterschiede zwischen Erzeugungsmix und Verbrauchsmix einer Region ergeben. So zum Beispiel in der kleinen kanadischen Provinz Prince Edward Island, in der rund 40 Prozent Kohlestrom aus der Steckdose kommen, obwohl auf der Insel kein einziges Kohlekraftwerk steht. Die Kohlestromimporte machen aus dieser Region, deren Stromproduktion zu 74 Prozent aus Erneuerbaren besteht, auf der Verbrauchsseite zur fossilen Hochburg. Umgekehrt ist die Situation in Dänemark, wo der inländische Stromproduktionsmix zu 70 Prozent auf fossilen Energieträgern basiert, der Stromverbrauchsmix aber nur zu 53 Prozent. Diese „Vergrünung“ ihres Strommixes verdanken die Dänen vor allem Stromimporten aus den Wasserkraftwerken des benachbarten Norwegen.

Bessere Einschätzung von Technologien

Nicht nur die geographische Auflösung hat sich bei ecoinvent v3 verbessert. Auch wenn es darum geht, die Technologien zur Stromerzeugung zu bewerten, kann der Nutzer nun differenzierter vorgehen.

Beispielsweise sind für Windkraft und Photovoltaik in der jüngsten Version von ecoinvent detailliertere und regional besser aufgelöste Daten enthalten, die sichtbar machen, wie der Standort eines Windparks oder Solarkraftwerkes die Ökobilanz beeinflussen kann. Denn dort, wo oft Flaute oder Nebel herrscht, lassen sich weniger Kilowattstunden ins Netz speisen. Ähnliches gilt für Wasser- oder Kohlekraftwerke, die – je nach lokalem Klima im Fall der Wasserkraft oder nach technologischer Aufrüstung im Dienste der Effizienz bzw. des Umweltschutzes im Fall der Kohlekraftwerke – mehr oder weniger die Natur belasten.

Wie „Hotspots“ der Umweltbelastung entdeckt werden

Mit den Resultaten einer Ökobilanz lässt sich auch feststellen, wo genau im Lebenszyklus die meisten Belastungen für die Umwelt entstehen. Während beispielsweise fast alle Emissionen an Treibhausgasen bei der Stromproduktion mit Kohle direkt während der Produktion aus dem Kamin kommen, stammen diese Emissionen bei den Erneurbaren praktisch ausschliesslich vom Bau der Kraftwerke und dem damit verbundenen Material- und Energieverbrauch. Weiter zeigt die Ökobilanz von Strom aus fossilen Brennstoffen zum Beispiel auf, dass die Belastung der Luft mit Feinstaub in vielen Fällen nicht - wie oft vermutet- hauptsächlich auf direkte Partikelemissionen aus den Schornsteinen zurückzuführen ist. Vielmehr steuert hier die verzögerte Feinstaubbildung durch die Umwandlung von Stickoxiden und Schwefeldioxid in der Atmospähre einen bedeutenden Anteil bei. Das gilt vor allem, wenn die Kraftwerke mit guten Filtern ausgestattet sind, wie es etwa in Europa der Fall ist.

Text: Paul Scherrer Institut/Leonid Leiva
Kontakt / Ansprechpartner
Christian Bauer, Labor für Energiesystemanalyse, Paul Scherrer Institut,
Telefon: +41 56 310 23 91, E-Mail: christian.bauer@psi.ch [Deutsch, Englisch]

Karin Treyer, Labor für Energiesystemanalyse, Paul Scherrer Institut,
Telefon: +41 56 310 57 45, E-Mail: karin.treyer@psi.ch [Deutsch, Englisch]
Originalveröffentlichung
Life cycle inventories of electricity generation and power supply in version 3 of the ecoinvent database—part I:electricity generation
Karin Treyer, Christian Bauer,
Int J Life Cycle Assess
DOI: 10.1007/s11367-013-0665-2

Life cycle inventories of electricity generation and power supply in version 3 of the ecoinvent database—part II:electricity markets
Karin Treyer, Christian Bauer,
Int J Life Cycle Assess
DOI: 10.1007/s11367-013-0694-x