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Vergleich der Energiebilanz von PKW und Flugzeug

Referat (Ausarbeitung) 2007 23 Seiten

Umweltwissenschaften

Leseprobe

1 Einleitung und Zielsetzung

In der heutigen Zeit spielt die Bedeutung der Energieversorgung bzw. die des damit gekoppelten Aspekts des Klimaschutzes eine zentrale Rolle in unserer Gesellschaft. Damit die gesetzten Ziele sowohl auf nationaler als auch auf globaler Ebene erreicht werden können, bedarf es einer Umstrukturierung unserer Energieversorgungspolitik. Eine grundlegende Voraussetzung dafür ist, dass der Mensch zu allererst anfängt ein objektives Bewusstsein bezüglich seiner Energiepolitik zu entwickeln, was heute in unserer komplexen Welt nicht all zu einfach ist. Erst dadurch ist es dem Menschen möglich verschiedene Produkte und Verfahren hinsichtlich ihrer Umweltauswirkungen zu bewerten und zu vergleichen.

Im Jahr 2004 betrug der Endenergieverbrauch in der Bundesrepublik Deutschland 314,4 Mio. SKE bzw. 9.214 PJ. Diese Energiemenge verteilte sich auf die Verbraucher Haushalte (29,5 %), Handel und Gewerbe (16,2 %), Industrie (25,9 %) sowie Verkehr (28,4 %) [1]. Aus diesen Anteilen am „Energiekuchen“ wird ersichtlich welch hohe Bedeutung dem Sektor Verkehr in unserem Alltag zukommt. Hinsichtlich unserer Verkehrspolitik wird immer wieder darüber diskutiert, welches Verkehrsmittel wie z.B. Automobil, Bahn, Bus oder Flugzeug am günstigsten abschneidet in Punkto Umweltverträglichkeit- bzw. Energieverbrauch. Hierbei steht gerade die Flugverkehrspolitik stärker denn je in der Diskussion, da die „Billigflüge“ in immer größer Zahl angeboten werden, eine Kerosinsteuer derzeit noch nicht existiert und der Ausstoß an Emissionen in der oberen Atmosphäre ein viel stärkeres Klimaschädigungs- potential hat als in Bodennähe ausgestoßene Emissionen [17]. Hierbei reicht es allerdings nicht aus zu wissen wie viel das jeweilige Verkehrsmittel innerhalb der Nutzungsdauer an Ressourcen beansprucht, sondern es ist vielmehr wichtiger die gesamte Prozesskette zu betrachten und auszuwerten. Das fängt bei der Gewinnung und Verarbeitung der Roh-, Betriebs-, und Hilfsstoffe an und reicht bis hin zur Entsorgung bzw. bis zur Wiederverwertung der Endprodukte. Weil für die Herstellung, Nutzung und Verwertung zusätzliche Produkte und Anlagen erforderlich sind, muss eine Grenze vereinbart werden. Diese Grenze legt fest was dem betrachteten Produkt noch zugerechnet wird und was nicht.

In dieser Arbeit sollen daher zwei Szenarien gegenübergestellt werden, um am Ende vergleichen zu können, welches Szenario unter Berücksichtung der gesamten Prozesskette besser abschneidet hinsichtlich des Energieaufwands. Im Szenario 1 wird davon ausgegangen, das eine Familie aus Göttingen eine Urlaubsreise mit dem Flugzeug nach Mallorca unternimmt. Im Szenario 2 wird davon ausgegangen, dass die gleiche Familie mit dem PKW an die Ostsee fährt, dort aber aufgrund des schlechten Wetters zusätzlich die Ferienwohnung beheizen muss. Hierbei wird ausschließlich der kumulierte Energieaufwand berücksichtigt, d.h. dass der Ausstoß von Emissionen bzw. Abfällen und Abwässern in dieser Arbeit vernachlässigt wird.

2 Grundlegendes der Bilanzierung

2.1 Darstellung des Bilanzrahmens

In der folgenden Abbildung wird der Bilanzrahmen dargestellt, der anzeigt, welche Daten in der Berechnung des kumulierten Energieaufwands (KEA) des jeweiligen Szenarios zum Tragen kommen und welche nicht.

Abb. 1 Darstellung des Bilanzrahmens

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

In den folgenden Schritten werden im wesentlichen die ersten zwei Punkte in der Formel berücksichtigt und für die Berechnung herangezogen. Das ist zum einem der KEA für die Herstellung des Flugzeugs bzw. des PKW und zum anderen der Nutzungszeitraum. Die Herstellung des Flugzeugs bzw. des PKW sowie der Ölheizung beinhaltet die Prozesse der Rohstoffgewinnung, der Halbzeugproduktion sowie die Weiterverarbeitung zum Endprodukt. Der Nutzungszeitraum beinhaltet ausschließlich den Energieverbrauch des Verkehrsmittels, der während der Urlaubszeit anfällt. In beiden Fällen wird jeweils der Primärenergieaufwand angegeben, d.h., dass hierbei auch die Bereitstellung der Energieträger sowie der Wirkungsgrad des entsprechenden Verfahrens mitberücksichtigt ist. Der Energieverbrauch, der z.B. bei Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten anfällt, wird nicht in die Bilanzierung mit einbezogen. Der 3. Punkt in der Formel des KEA wird nur teilweise berücksichtigt, indem nur die Wiederverwertung von Aluminium und Stahl (siehe Anhang) herangezogen wird. Der Energieaufwand für Transporte per Schiff, Bahn und LKW wird dagegen aufgeführt.

2.2 Die Familie

Die Familie, die in dieser Arbeit als Beispiel fungiert, hat ihren Wohnsitz in Göttingen, von wo aus sie ihre Urlaubsreise beginnt. Die Familie setzt sich aus vier Personen zusammen, bestehend aus Vater und Mutter sowie aus zwei Kindern. Die Urlaubszeit soll sich in dieser Arbeit auf zwei Wochen belaufen.

2.3 Die Autofahrt

Die Familie startet von Göttingen mit einem VW Golf A4 (Otto-Motor) und fährt an die Ostsee bis nach Rügen, wo sie ihren Urlaub macht. Die Distanz zwischen Göttingen und Rügen beträgt rund 550 km [2]. Es wird davon ausgegangen das die Familie das Auto auf Rügen zwei Wochen lang nicht nutzt. Im zweiten Szenario wird ebenfalls davon ausgegangen, dass die Familie zwei Wochen lang kein Auto fährt, welches sie sich auf Mallorca mieten könnte. Die zu fahrende Distanz beträgt also mit Hin- und Rückfahrt 1.100 km.

2.4 Die Heizung der Ferienwohnung

Im Szenario 2 beheizt die Familie aufgrund des schlechteren Wetters die Ferienwohnung an der Ostsee mit einer Ölheizung mit einer Leistung von 10 kW. Der Nutzungsgrad liegt laut GEMIS bei 85 %, die Lebensdauer bei 15 Jahren und die Auslastung bei 1.600 h/a.

2.5 Die Flugreise

Im Szenario 2 startet die Familie aus Göttingen und fährt zunächst mit dem Auto, ebenfalls mit einem VW Golf A4 (Otto-Motor), bis nach Hannover/Flughafen. Die Distanz zwischen Göttingen und Hannover/Flughafen beträgt in etwa 140 km [2]. Von Hannover aus fliegt die Familie dann mit dem Flugzeug (hier das Modell Airbus A-320) nach Palma de Mallorca. Für dieses Fallbeispiel wurde der Airbus A 320 ausgewählt, da dieser Typ für Kurz- bis Mittelstreckenflüge wie etwa nach Mallorca konstruiert ist sowie einer der am meisten eingesetzten Flugzeugtypen ist. Der Airbus A 320 hat unbetankt ein Gewicht von rund 57 t, fasst 23.860 l Kraftstoff, bietet für 150 Passagiere Platz und hat eine Reichweite von bis zu 5.000 km [18]. Die Flugdistanz zwischen Hannover und Palma de Mallorca/Flughafen beträgt rund 1.530 km [3]. Zusätzliche Autofahrten auf Mallorca wie z.B. die Taxifahrt vom Zielflughafen bis an den Urlaubsort werden hierbei vernachlässigt. Die zu fliegende Distanz mit Hin- und Rückflug beträgt 3.060 km. Die zu fahrende Strecke mit dem Auto beläuft sich auf 280 km mit Hin- und Rückfahrt.

3 Stoffbilanz der betrachteten Verkehrsmittel

Damit bei der Erstellung der Energiebilanz auch die ganze Prozesskette berücksichtigt wird, ist es wichtig nicht nur den Nutzungszeitraum eines Produktes zu bewerten, sondern auch die vorgelagerten Prozessschritte wie die Gewinnung der Rohmaterialien, die Weiterverarbeitung sowie den Transport der benötigten Stoffe. Damit man allerdings diese Teilprozesse bezüglich des energetischen Verbrauchs quantifizieren kann, bedarf es einer detaillierten Bedarfsermittlung der eingesetzten Stoffe, die für die Produktion des Flugzeugs bzw. des PKW benötigt werden. Daher soll im nächstem Abschnitt dargestellt werden, welche Materialien im welchem Verhältnis im Endprodukt enthalten sind.

3.1 Materialeinsatz beim Flugzeug

Beim Airbus A 320 ist hinsichtlich der Masse das am häufigsten eingesetzte Material das Aluminium. Wichtigster Rohstoff für die Aluminiumerzeugung ist Bauxit, ein Mineral, dass das Metall in Form von Aluminiumoxiden enthält. Der größte Teil des weltweit gewonnenen Bauxits stammt aus Australien (36 %), Guinea (14 %), Jamaika (10 %) sowie aus Brasilien (9%) [4]. Die folgende Abb. 2 zeigt die prozentualen Anteile der Materialien, die im Airbus A 320 eingesetzt werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2 Werkstoffverteilung des Airbus A 320 [7]

Die Extraktion des Aluminiumoxids aus dem Bauxit erfolgt in einem chemischen Aufschlussverfahren (Bayer Verfahren) und liefert Tonerde (Al2O3) als Zwischenprodukt. Aus der Tonerde wird in einem elektrolytischen Reduktionsprozess (Hall-Herault-Verfahren) Aluminium mit einem Reinheitsgrad von über 95 % abgetrennt. Dieser Prozess ist durch den sehr großen Strombedarf für die Elektrolyse gekennzeichnet. Bei der getrennt abgebildeten Anodenfertigung (Abb. 3) ist neben Strom und Brennstoffen insbesondere der stoff- gebundene Energieinhalt der Kohlenstoffanoden zu berücksichtigen, der einen wichtigen Energieeintrag für die Aluminiumhütte darstellt [4]. Die Energieeinsätze weisen meist erhebliche Bandbreiten in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern auf. Beispielsweise variiert der Strombedarf der Elektrolyse in Abhängigkeit von der eingesetzten Technik zwischen 12,9 und 18,3 MWh pro Tonne Aluminium bzw. 46,44 GJ/t und 65,88 GJ/t [4]. Im Mittel ist das ist nahezu die Hälfte der Energiemenge, die für die Gesamtproduktion des Aluminiums benötigt wird. Bezieht man sich auf die in Abb. 3 dargestellten Energie- aufwendungen und bildet jeweils das Mittel aus dem höchsten und dem niedrigsten Wert eines Prozesses, so erhält man am Ende einen Energieaufwand von rund 125 GJ pro Tonne Aluminium. Vergleicht man diesen Wert mit dem Primärenergieverbrauch in Abb. 4, so lässt sich in etwa der selbe Wert im Diagramm (rund 120 GJ/t) ablesen. Laut GEMIS wird Aluminium zu 75 % aus der Karibik (9.000 km) und zu 25 % aus Australien nach Deutschland importiert. Berücksichtigt man nun einen Primärenergieaufwand (PEV) für Hochseetransporte von 0,12 MJ/tkm und die Tatsache, dass für eine Tonne Aluminium ca. 4 Tonnen Bauxit benötigt werden, so erhält man die erforderliche Energiemenge für den Transport per Schiff von ca. 5,8 GJ/t Aluminium [4,5,9]. Da dieser Betrag jedoch schon in den Wert von Abb. 4 mit eingeflossen sein müsste, wird der Energieaufwand für den Transport nicht noch einmal hinzugerechnet. Angesetzt wird daher ein Wert von 125 MJ/kg.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3 Darstellung des Energieaufwand der Aluminiumproduktion [4]

[...]

Details

Seiten
23
Jahr
2007
ISBN (eBook)
9783638882248
ISBN (Buch)
9783638883030
Dateigröße
858 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v81414
Institution / Hochschule
HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst - Fachhochschule Hildesheim, Holzminden, Göttingen – Fakultät Ressourcenmanagement Göttingen
Note
1,3
Schlagworte
Vergleich Energiebilanz Flugzeug Energie- Umweltbilanzen

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