Lebenszyklusanalyse fossiler, nuklearer und regenerativer Stromerzeugungstechniken

Abstract

Die Verfügbarkeit von elektrischer Nutzenergie hat in vielen Bereichen dazu beigetragen, die Lebensqualität der Menschen zu verbessern und sowohl natürliche als auch zivilisatorische Risiken zu mindern. Andererseits ist die Bereitstellung von Nutzenergie mit unerwünschten Auswirkungen auf Mensch und Umwelt verbunden. Diese können nicht nur durch den Prozess der End- oder Nutzenergiebereitstellung, sondern auch durch vor- und nachgelagerte Prozesse wie beispielsweise Brennstoffgewinnung, Transport und Umwandlung von Energieträgern oder auch den Bau und den Abriß der Energiewandlungsanlagen verursacht werden. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, mit dem Instrument der Lebenszyklusanalyse (Ökobilanz) für verschiedene fossile, nukleare und regenerative Stromerzeugungstechniken die durch Stoff- und Energieströme verursachten Gesundheits- und Umweltauswirkungen abzuschätzen. Zur Quantifizierung von Energie- und Stoffströmen über den gesamten Lebensweg wird im Allgemeinen die Prozesskettenanalyse verwendet, die eine detaillierte Beschreibung der Prozessstufen des betrachteten Energiesystems ermöglicht. Aufgrund der Verflechtung innerhalb einer Volkswirtschaft und auch der verschiedenen Volkswirtschaften untereinander ist es jedoch nicht möglich, alle dem Bau, dem Betrieb und der Entsorgung eines Energiewandlungssystems vor- und nachgelagerten Prozessketten detailliert zu beschreiben. In dieser Arbeit wird daher die Prozesskettenanalyse durch eine sektorale Analyse (Input-Output-Analyse) ergänzt. Auf diese Weise ist die Erstellung von Gesamtbilanzen möglich, die alle Vorleistungen erfassen. Im Rahmen der Wirkungsabschätzung von Lebenszyklusanalysen findet gegenwärtig die Methode der Wirkungspotenziale Anwendung. Diese Methode faßt Stoffströme mit ähnli-cher Wirkung über ort- und zeitunabhängige Gewichtungsfaktoren zu Wirkungs-potenzialen zusammen, um mögliche Wirkungen auf Mensch und Umwelt abzuschätzen. In dieser Arbeit werden mit dieser Methode der Beitrag zum Treibhauseffekt sowie die Versauerung und Eutro-phierung von Ökosystemen betrachtet. Darüber hinaus wird hier die Berechnung von Schäden mit dem Wirkungspfadansatz durchgeführt, mit dem Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und Schäden in der vom Menschen geschaffenen Umwelt in Form von Materialschäden und Feldpflanzenschäden quantifiziert werden. Abschließend erfolgt eine monetäre Bewertung der in der Wirkungsabschätzung ermittel-ten Auswirkungen. Als Endergebnis liegen damit Schadenskosten für die Wirkungskategorien menschliche Gesundheit, Materialschäden und Feldpflanzenschäden sowie Vermeidungskosten für die Wirkungskategorien Treibhauseffekt und Ökosystemschäden vor.

The availability of electricity enables the improvement of quality of life in many fields and results in a decrease of natural and civilizing risks. However, the provision of electricity is attended with undesirable impacts on human health and the environment. These impacts stem not only from the process of electricity generation, but also from up- and downstream proces-ses such as fuel extraction, transport and conversion of energy carriers or the construction and dismantling of the power plant. The intention of the present dissertation is to assess the impacts caused by mass and energy flows of fossil, nuclear and renewable energy systems using the method of life cycle assessment. In general, a process chain analysis is used to perform the life cycle inventory analysis. This approach allows a detailed description of the process steps an energy system consists of. But because of the interactions within an economy, it is not possible to describe all up- and downstream processes related to the construction, operation, maintenance and dismantling of a power plant. Therefore, the process chain analysis is supplemented by a sectoral analysis (input/output analysis). With this approach, it is possible to establish a life cycle inventory covering all up- and downstream processes. The impact assessment is usually done by aggregating mass flows which have similar impacts with non-site specific and non-time specific weighting factors in order to estimate the impacts on human health and the environment. In the present work this method is used to quantify the contribution to the greenhouse effect and the acidification and the nutrification of ecosystems. Furthermore, the calculation of damages is performed using the impact pathway approach for impacts on human health, material damages and plant damages. Finally, a monetary valuation of the impacts is performed. As a final result, the damage costs for the impact categories human health, material damages and plant damage and avoidance costs for the impact categories greenhouse effect and ecosystem damage caused by acidifying and nutrify-ing substances are determined.