Ökobilanzierung von Fahrrädern und Elektrofahrrädern ... - Eurobike
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Welcome<br />
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<strong>Ökobilanzierung</strong> <strong>von</strong> <strong>Fahrrädern</strong> <strong>und</strong> <strong>Elektrofahrrädern</strong><br />
Life Cycle Assessment of conventional and electric<br />
bicycles<br />
<strong>Eurobike</strong> 2011<br />
Friedrichshafen, 2. September 2011<br />
Andrea Del Duce
Outline<br />
Empa <strong>und</strong> LCAM<br />
Life Cycle Assessment - <strong>Ökobilanzierung</strong><br />
Einführung in die Studie<br />
Die Lithium-Ionen Batterie <strong>und</strong> der elektrische Antriebsstrang<br />
Sachbilanz (Life Cycle Inventory) <strong>von</strong> Zweirädern<br />
Ergebnisse<br />
Schlussfolgerungen
The Empa<br />
ETHZ<br />
Eidgenössische Technische<br />
Hochschule Zürich<br />
EPFL<br />
École polytechnique<br />
Eawag<br />
fédérale de Lausanne WSL<br />
Empa<br />
PSI
LCAM – Life Cycle Assessment and<br />
Modelling Group
LCAM: elektrische Mobilität<br />
Analyse des Beitrags <strong>von</strong> Lithium-Ionen Batterien zu den<br />
Umweltauswirkungen <strong>von</strong> elektrischen Autos.<br />
Vergleich der Umweltauswirkungen <strong>von</strong> einem virtuellen Elektro-<br />
VW-Golf mit Benzin-, Diesel-, Biofuel- <strong>und</strong> Hybrid-Version. (Axpo<br />
Studie)<br />
Da 2-Räder eine praktische Alternative zu Autos darstellen, wurden<br />
auch die Umweltauswirkungen <strong>von</strong> <strong>Fahrrädern</strong>, <strong>Elektrofahrrädern</strong>,<br />
eScooters <strong>und</strong> Scooters ermittelt.<br />
THELMA Projekt: Analyse der potentiellen Auswirkungen einer weit<br />
verbreiteten Benutzung <strong>von</strong> Elektrofahrzeugen in der Schweiz.
Life Cycle Assessment<br />
e-Car<br />
Produktion <strong>von</strong> Elektrizität Entsorgung/Recycling<br />
Verlagerung <strong>von</strong><br />
Umweltproblemen<br />
kein Motor = keine Emissionen<br />
(Problem-shifting)<br />
keine<br />
Produktion <strong>von</strong> Materialien Bergbau<br />
Auswirkungen
Life Cycle Assessment 2<br />
Ressourcen:<br />
Metalle,<br />
Plastik,<br />
Elektrizität,<br />
Öl,<br />
……<br />
Produktion<br />
Nutzung<br />
Entsorgung/<br />
Recycling<br />
Emissionen:<br />
CO2,<br />
NOX,<br />
SO2,<br />
radioaktive<br />
Abfälle,<br />
……<br />
Indikatoren: Treibhauseffekt,<br />
Verbrauch <strong>von</strong> Ressourcen, Toxizität, etc.
Fahrrad (Bike)<br />
Elektrofahrrad (eBike) Scooter mit<br />
Verbrennungsmotor<br />
LCA<br />
Golf VI (Car) Elektro-Golf VI (eCar)<br />
Elektroscooter<br />
(eScooter)
Ziel der Studie<br />
Heutige elektrische <strong>und</strong> konventionelle 2-Räder zu vergleichen <strong>und</strong><br />
die Ergebnisse auch im Kontext <strong>von</strong> Autos zu betrachten.<br />
Schwerpunkt auf die Schweiz (e.g. Schweizer Strom-Mix)<br />
Die potentiellen Vorteile <strong>und</strong> Nachteile <strong>von</strong> elektrischen 2-Räder zu<br />
identifizieren um einen Beitrag in der Debatte zur individuellen<br />
Mobilität zu leisten.
Life Cycle Modell<br />
Hintergr<strong>und</strong> System: ecoinvent<br />
Materialien<br />
Rohstoffe<br />
Strasseninfrastruktur<br />
Produktion<br />
<strong>von</strong> Energie<br />
(Treibstoff/<br />
Elektrizität)<br />
….<br />
eBike<br />
eScooter<br />
Bike<br />
Scooter<br />
eCar<br />
Car<br />
Vordergr<strong>und</strong> System<br />
Neue Modelle die<br />
ecoinvent Datensätze<br />
integrieren<br />
ecoinvent Datensätze<br />
AXPO Studie<br />
Systemerweiterung <strong>und</strong> Substitution<br />
Funktionelle Einheit:<br />
1 Vehikel Kilometer
Methoden der Wirkungsabschätzung<br />
(Impact factors)<br />
Treibhauseffekt (Global warming): IPPC 2007<br />
Humantoxizität (Human toxicity): CML01 HTP<br />
Photochemische Oxidation (Photochemical oxidation): CML01 POCP<br />
Landnutzung (Land competition): CML01 LUC<br />
Eutrophierung (Eutrophication): CML01 EP<br />
Kumulierter Energieaufwand (Cumulative energy demand):CED fossil, nuklear<br />
Kumulierter Exergieaufwand (Cumulative exergy demand): CExD Metalle,<br />
Mineralien<br />
Ecoindicator 99 (H/A)<br />
Ges<strong>und</strong>heit<br />
Ökosystem<br />
Ressourcen<br />
Aggregiert verschiedene Auswirkungen zu<br />
einem einzelnen Indikator: Ecoindicator Points
Der elektrische Antriebsstrang<br />
(DC energy)<br />
Regler<br />
(AC energy)<br />
Li-Ionen Batterie<br />
(Controller)<br />
Ladegerät<br />
(Charger)<br />
Gleichstrom Wechselstrom<br />
Motor
Lithium-Ionen Batterie 1<br />
Salar de Atacama, Chile, Picture: Google Earth Eigenschaften <strong>von</strong> Lithium<br />
■ Leichtestes Metall<br />
■ Höchstes elektrochemisches Potential<br />
■ Ungiftig (Anwendung als Heilmittel)<br />
■ Nicht knapp (Mit 0.17 ppm in Meerwasser<br />
häufiger als Kupfer)<br />
■ Als Metall sehr reaktiv (brennt)<br />
Produktion<br />
■ Gewinnung vor allem aus Salzseen in<br />
den Anden (Chile, Bolivien) oder in China<br />
(Tibet)<br />
■ Vor allem Solarenergie für Produktion<br />
■ Aufarbeitung zu Lithiumcarbonat (Li 2 CO 3 )<br />
nahe der Saline
Lithium Ion Battery 2<br />
Kathode: LiMn 2 O 4 beschichtete<br />
Aluminiumfolie<br />
LiMn 2 O 4 <strong>von</strong> Li 2 CO 3 <strong>und</strong> Mn 2 O 3<br />
Anode: Graphit beschichtete<br />
Kupferfolie<br />
Nur etwa 1% einer Li-Ionen Batterie ist<br />
Lithium<br />
Etwa 40% der Zellen ist Alu (Al~23%) <strong>und</strong><br />
Kupfer (Cu~13%)<br />
Etwa 40% der Zelle ist Aktives Material<br />
(Kathode: LiMn2O4 ~24%, Anode: Graphit<br />
~16%)<br />
Etwa 20% ist der Elektrolyt (Lithium Salz)
Der Elektromotor<br />
Induktionsspulen<br />
(Induction coils)<br />
Wechselstrom 1<br />
(AC current 1)<br />
Wechselstrom 3<br />
(AC current 3)<br />
N<br />
S<br />
Wechselstrom 2<br />
(AC current 2)
Der Regler<br />
Batterie:<br />
Gleichstrom<br />
Battery:<br />
DC Energy<br />
Regler (Controller)<br />
Hochspannungsteil/<br />
Wechselrichter<br />
High Power unit:<br />
DC/AC conversion<br />
Logik<br />
Fahrer/<br />
Driver’s Input<br />
AC1<br />
AC2<br />
AC3<br />
Motor<br />
Feedback<br />
Elektromotor
Der Regler 2<br />
~63% ist Aluminium vom Gehäuse
Fahrrad <strong>und</strong> Elektrofahrrad<br />
Standard ecoinvent Fahrrad<br />
Fahrrad - Bike:<br />
Gewicht 17kg<br />
Lebensdauer 15000km<br />
Wartung 50% Plastik<br />
5% Stahl<br />
Reifen jede<br />
4000km<br />
Elektrofahrrad – eBike:<br />
Rahmen (Frame) Wie Fahrrad<br />
Regler (Controller) 0.4kg<br />
Ladegerät (Charger) 0.5 kg<br />
0.25 kW Elektromotor 2.7kg<br />
Li-Ionen Batterie 2.6kg<br />
Gesamtgewicht ~23kg<br />
Lebensdauer 15000km<br />
Verbrauch 0.01kWh/km<br />
Wartung 50% Plastik<br />
5% Stahl<br />
Reifen jede<br />
4000km<br />
2.75 Li-Ionen<br />
Batterien
eScooter <strong>und</strong> Scooter<br />
eScooter<br />
Gewicht ~140kg<br />
Li-Ionen Batterie 32kg<br />
Regler (Controller) 1.3kg<br />
2.7kW Elektromotor 5.8kg<br />
Ladegerät (Charger) ~3kg<br />
Verbrauch 0.057kWh/km<br />
Lebensdauer 50000km<br />
Wartung 23% Plastik<br />
10% Stahl<br />
10% Aluminium<br />
Reifen jede<br />
5000km<br />
1 Li-Ionen Batterie<br />
Scooter<br />
Gewicht ~90kg<br />
Motorisierung Durchschnitt 2- <strong>und</strong><br />
4-Takt<br />
Verbrauch ~2.8l/100km<br />
Lebensdauer 50000km<br />
Wartung 23% Plastik<br />
10% Stahl<br />
10% Aluminium<br />
Reifen jede 5000km
Electric and conventional cars<br />
eCar<br />
Gewicht 1484kg<br />
Li-Ionen Batterie 400kg<br />
Verbrauch 0.2kWh/km<br />
Lebensdauer 150000km<br />
Car<br />
Gewicht 1234kg<br />
Motorisierung Benzin<br />
Verbrauch 0.068l/km<br />
Lebensdauer 150000km
Ecoindicator 99 (H/A)
Ecoindicator 99 (H/A): Bike vs eBike<br />
∆ Elektrizität<br />
CH-mix UCTE
Ecoindicator 99
Treibhauseffekt GWP – IPPC 2007 1
Treibhauseffekt GWP – IPPC 2007 2
Humantoxizitätspotential <strong>und</strong><br />
Photochemische Oxidation
Landnutzung <strong>und</strong> Eutrophierung
Kumulierter Energieaufwand fossil <strong>und</strong><br />
nuklear
Kumulierter Exergieaufwand, Metalle <strong>und</strong><br />
Mineralien
Schlussfolgerungen<br />
Ein Elektrofahrrad verursacht wegen der zusätzlichen Komponenten<br />
<strong>und</strong> Ressourcen (Batterie, Elektrizität, Elektronik) grössere<br />
Umweltauswirkungen als ein konventionelles Fahrrad.<br />
Die Batterie hat bei verschiedenen Indikatoren einen deutlichen<br />
Einfluss (Kupfer Produktion) -> Recyclingprogramme für Batterien<br />
(<strong>und</strong> Elektronik)!<br />
Die Umweltauswirkungen in der Nutzungsphase können durch den<br />
Gebrauch <strong>von</strong> nachhaltiger Elektrizität stark reduziert werden.<br />
Bei den meisten Indikatoren verursachen eBikes geringere<br />
Umweltauswirkungen als andere motorisierte Fahrzeuge.
Thank you very much for your attention!<br />
Questions?<br />
Thanks to:<br />
Fabienne Habermacher, Hans-Jörg Althaus, Marcel Gauch, Rolf<br />
Widmer.
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