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Modell zur ökologisch-technischen Lebenszyklusanalyse von Nahverkehrsbussystemen
(2006) Faltenbacher, Michael; Eyerer, Peter (Prof. Dr.-Ing.)
Die Verbesserung der Luftqualität und damit der Lebensqualität der Bürger, gemeinsam mit einer langfristig gesicherten Energieversorgung der Europäischen Union, sind vorrangige Ziele der Europäischen Umwelt- und Energiepolitik. Ein Hauptverursacher von luftbelastenden Schadstoffemissionen und Verbraucher von vorwiegend nicht erneuerbaren Ressourcen ist der Verkehrssektor. Gerade in Ballungsräumen mit ihrer dichten Bebauung und hohen Bevölkerungs- und Verkehrsdichte sind die Umweltbelastungen des Verkehrs spürbar. Um diese Verkehrsbelastungen zu senken, ist es erklärtes Ziel der Städte und Gemeinden, den ÖPNV auszuweiten. Da der Nahverkehrsbus das vorwiegend eingesetzte Transportmittel im ÖPNV ist, wird von den Kommunen der Einsatz verbrauchs- und emissionsarmer Omnibusse angestrebt. Mögliche Antriebskonzepte nutzen u.a. selbstzündende bzw. fremdgezündete Verbrennungsmotoren sowie Brennstoffzellen. Abhängig vom Antriebskonzept können verschiedene flüssige und gasförmige Kraftstoffe, wie z.B. Diesel, Erdgas oder Wasserstoff, eingesetzt werden. Nun haben Bushersteller wie Busbetreiber das Problem, dass sie den vollen Umfang der ökologischen Chancen und Risiken bekannter und neuer Busantriebstechnologien meist nicht oder nur unzureichend einschätzen können. Um eine Aussage über die Umweltfreundlichkeit der verschiedenen Antriebsformen treffen zu können, ist eine ganzheitliche Betrachtung der einzelnen Bussysteme aus umweltlicher Sicht durchzuführen. Wesentlich dabei ist die Berücksichtigung des gesamten Lebenszyklus des Systems Nahverkehrsbus und der lokalen Einsatzbedingungen. Basierend auf dem Ansatz der Ganzheitlichen Bilanzierung und den Erkenntnissen aus den von der Europäischen Kommission geförderten Demonstrationsprojekten CUTE (Clean Urban Transport for Europe) und ECTOS (Ecological City Transport System) wird in der vorliegenden Arbeit ein Instrumentarium zur ökologisch-technischen Analyse und Optimierung von Nahverkehrsomnibussen entwickelt. Der Ansatz des Modells beruht auf der Untersuchung der vier wesentlichen Lebenszyklusbestandteile eines Bussystems, der Busherstellung, der Kraftstoffbereitstellung, dem Busbetrieb und schließlich der Busentsorgung. Zunächst wird ein modulares Modell für die Herstellung und Entsorgung der betrachteten Bustypen erstellt. Die Kraftstoffbereitstellung wird einschließlich der Gewinnung und Verarbeitung der benötigten Energieträger län-derspezifisch analysiert. Für den Busbetrieb wurde ein Modell erstellt, das die standortspezifischen Randbedingungen des Betriebs, wie zum Beispiel Geschwindigkeit, Topographie und Beladung, bei der Bestimmung des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen berücksichtigt. Anhand der Ergebnisse, welche mit Hilfe des in MS-Excel und in der Ökobilanzsoftware GaBi 4 umgesetzten Modells ermittelt wurden, lassen sich die drei Antriebstechnologien Diesel, Erdgas und Brennstoffzelle ökologisch vergleichen. Die Szenariofähigkeit des entwickelten Modells erlaubt die Optimierung der Bussysteme hinsichtlich u.a. Gesamtenergieverbrauch, Minimierung der Emissionen etc. Ferner kann das Umweltprofil ganzer Busflotten in Abhängigkeit ihrer Zusammensetzung berechnet werden. Die Validierung der quantitativen Ergebnisse des Modells erfolgt anhand von Messfahrten, die auf mehreren Strecken durchgeführt wurden und detaillierten Emissionsmessungen auf Rollenprüfständen.