Ökobilanz eines Brennstoffzellensystems zur Hausenergieversorgung

den zusätzlich geförderten Metallen zugeordnet. Die Bilanzierung des Platins bezieht sich auf den Herkunftsort Südafrika. Das Platinrecycling wird heute im Bereich des Autokatalysatorrecyclings bereits praktiziert. Der hohe monetäre Wert des Platins schafft Anreize für eine möglichst hohe Recyclingquote. Auf ökologischer Seite verringert sich durch den Einsatz von Sekundärplatin der Verbrauch an Primärenergie und die, mit der Platingewinnung verbundenen, Umweltwirkungen um ein Vielfaches. Für das Bezugsjahr 2010 wurde in der Bilanz, auf Grundlage heutiger Möglichkeiten, ein Sekundärplatinanteil von 90 % für stationäre Anlagen angenommen. Polyvinylidenfluorid Zur Herstellung von Polyvinylidenfluorid (PVDF) wird zunächst durch die Reaktion von Trichlorethylen mit Fluorwasserstoff und anschließender Umsetzung mit Zink das 1,1-Difluorethylen gewonnen. Dieses wird zu Polyvinylidenfluorid polymerisiert. In der Bilanz wird aufgrund der Datenlage auf die Herstellung von Polyvinylidenchlorid zurückgegriffen. Gold In dem betrachteten BZ-System wird Gold zum einen für das Vergolden der Stromabnehmer benötigt, zum anderen wird aus Gold und Titandioxid das Oxidationsmaterial zur Gasfeinreinigung hergestellt. Zur Goldgewinnung gibt es hauptsächlich zwei industrielle Verfahren, die Amalgamierung und die Cyanidlaugerei. Bei der Amalgamierung wird im ersten Schritt das goldhaltige Gestein zermahlen und anschließend mit Wasser und Quecksilber vermischt. Daraus bildet sich das Amalgam Die damit verbundenen Umweltwirkungen sind eine übermäßige Belastung der Gewässer und Böden durch den Einsatz von Quecksilber. Bei der Cyanidlaugerei wird das goldhaltige Erz zu einer Halde aufgeschüttet und mehrere Tage mit einer Cyanidlösung (Natrium- oder Kaliumcyanidlösung) berieselt, welche mit dem Gold eine komplexe Bindung eingeht und am Fuße der Halde aufgefangen wird. Es folgen die Verfahrenschritte Reduktion durch Zinkspäne, Filtrierung, Trocknung, Röstung, Einschmelzen und „ in Barren gießen“. Der Vorteil der Cyanidlaugerei ist, dass es einfach und kostengünstig ist. Die durch den Goldabbau mit Cyanid verbundenen Umweltprobleme sind hauptsächlich das Absenken des Grundwasserspiegels, welches durch das Abpumpen großer Wassermengen zur Trockenhaltung der Gruben erfolgt. Durch [...]

Herstellung des synthetischen Grafits basiert auf den Ausgangstoffe Petroleumkoks und Reststoffen der Rohölindustrie. Zur Kristallisierung müssen Temperaturen um 3000 °C erreicht werden, der Strombedarf, der zum Erreichen dieser Temperaturen benötigt wird liegt nach [3] zwischen 4,5 kWhel/kg und 10 kWhel/kg Material. Membran Die Membran der EME besteht aus einem protonenleitenden Polymer der als Elektrolyt verwendet wird. Die Herstellung der Membran besteht aus drei Hauptschritten, der Monomer Synthese (Herstellung des Monomers), der Polymerisation und dem Aufbringen des Ionomers auf den Träger. Als Träger für den Ionomer wird expandiertes PTFE (ePTFE) verwendet. ePTFE dient zur Verbesserung der mechanischen Stabilität der Membran, dadurch können Membranen mit der gleichen Funktonalität wie „reine Ionomer Membranen“ hergestellt werden, die jedoch wesentlich dünner sind. Durch das Strecken des PTFE wird es aufnahmefähiger für den Ionomer und die Membran weist außerdem eine poröse Charakteristik auf. Anschließend wird das ePTFE mehrmals in das Ionomerbad getaucht und jeweils anschließend getrocknet um die Membran protonenleitfähig zu machen. Die chemische Stabilität der Membran wird durch Verwendung perfluorierter Polymere erreicht. In der Ökobilanz wurde jedoch aufgrund der schlechten Datenlage seitens Gore, die Herstellung der Membran nach dem Ballard-Produktionsprozess bilanziert. In der Bilanz werden stoffliche Inputs und Energieaufwendungen zur Herstellung der Membran berücksichtigt. Pro m² Membran werden 40 g Polyethylen, 8,6 g Tetrafluorethylen, 37,7 g Styrol und 14,4 g Schwefeltrioxid benötigt. Der Energiebedarf liegt bei 9000 kJ/m². Platingruppenmetalle In der Referenzanlage verwendet man Platin (oder Platin-Ruthenium-Legierungen) aufgrund seiner katalytischen Eigenschaften in der EME, im Dampf-Reformer sowie in der Mitteltemperatur-Shiftstufe (MTS). Die Bilanzierung der Platingruppenmetalle ist in [3] ausführlich beschrieben. Daraus wird deutlich, dass die Versauerung durch Schwefeldioxid-Emissionen die dominierende Umweltwirkung bei der Platingewinnung ist. Zusätzlich werden beim Platinabbau Metalle wie Nickel, Kupfer, Rhodium und Palladium gefördert. Um die Kuppelprodukte angemessen zu berücksichtigen, werden die bei der Förderung entstehenden Emissionen durch eine Allokation nach dem Marktpreis [...]

4.1 Materialien 4.1.1 Bestimmung des Material-Inputs Um den Materialeinsatz für das Bezugsjahr 2010 zu bestimmen, wurden auf Basis des heutigen Materialeinsatzes die Inputs zur Herstellung des Systems erfasst und quantifiziert (Anhang E). Dabei ist zu berücksichtigen, dass es sich bei der in dieser Arbeit untersuchten Anlage lediglich um ein Demonstrationsobjekt handelt, welches als Einzelstück gefertigt wurde. Die Bilanzierung der einzelnen Komponenten berücksichtigt ein Einsparungspotenzial des Materials bezüglich der Fertigung in größeren Stückzahlen und eine erhöhte Leistungsfähigkeit der einzelnen Bauteile im Bezugsjahr 2010. So wurde beispielsweise eine Leistungssteigerung von 25 % bis 2010 für den Stack und den damit verbundenen Materialeinsparungen angenommen. Das ganze System wiegt derzeit ca. 222 kg. Als errechneter Wert ergaben sich ca. 125 kg Gesamtgewicht für das Jahr 2010. Bezogen auf die elektrische Leistung ergab sich eine Verbesserung des Leistungsgewichts der gesamten Anlage von 110 kg/kW auf 62 kg/kW. Es wurde eine obere und untere Abschätzung der Materialeinsätze für das Jahr 2010 vorgenommen (Anhang F). Durch den Vergleich mit Literaturdaten und Zielangaben verschiedener Hersteller von Brennstoffzellen-BHKWs wurde auf die untere Abschätzung in der Gesamtbilanz verzichtet, da sich die obere Abschätzung als durchaus realistische Annahme herausgestellt hat. [...]