Kreislauffähige Energiewende

Durch den Ausbau von erneuerbaren Energien, Speichern und Netzkomponenten wird die Energiewende ermöglicht. Allerdings werden dadurch auch wertvolle Ressourcen verbraucht. Wie kann die Kreislaufwirtschaft (Circular Economy (CE)) dazu beitragen, den Ressourcenverbrauch zu minimieren und so eine nachhaltige Umsetzung der Energiewende gewährleisten? Welche Methoden werden benötigt, um konsistent die Einsparungen von Emissionen und Rohstoffen über den gesamten Lebenszyklus zu bilanzieren? Mit diesen Fragen beschäftigt sich das Projekt „Kreislauffähige Energiewende“.

Motivation

Die Umsetzung der Energiewende erfordert einen Ausbau von Erneuerbaren Energien, Speichertechnologien und Netzinfrastruktur. Diese Transformation hin zu einem emissionsarmen Energiesystem ist mit einem hohen Materialbedarf verbunden. Neben konventionellen Materialien wie Kupfer und Stahl werden hierfür auch kritische Materialien, wie beispielsweise seltene Erden, benötigt. Beim Abbau, Transport, der Verarbeitung und Entsorgung dieser Rohstoffe und Materialien werden Treibhausgas- (THG)-Emissionen ausgestoßen. Dieser Ausstoß kann durch die Umsetzung einer Kreislaufwirtschaft reduziert werden. Weiterhin können durch kreislaufwirtschaftliche Maßnahmen wie Recycling, Verlängerung der Lebensdauer, Vermeidung von Abfall oder Wiederverwendung auch Ressourcen eingespart werden.

Voraussetzung hierfür ist, dass Unternehmen solche kreislaufwirtschaflichen Maßnahmen vermehrt umsetzen. Als Bestandteil des Green Deals hat die EU den Aktionsplan Kreislaufwirtschaft beschlossen. Dieser fordert von Unternehmen ein Reporting von Treibhausgasen, was zukünftig auch Effekte von kreislaufwirtschaftlichen Maßnahmen beinhalten soll. Schon heute gibt es Methoden, wie beispielsweise das Life Cycle Assessment (kurz: LCA, im Deutschen auch Ökobilanz genannt) mithilfe dessen Emissionen über den ganzen Lebensweg berechnet werden können oder einfache Tools für Unternehmen, die bei der Emissionsberechnung im Bereich Ressourceneffizienz unterstützen (Projekt ESTEM).

Zielsetzung

Abbildung 1 zeigt beispielhaft, welche kreislaufwirtschaftlichen Maßnahmen im Lebenszyklus einer Photovoltaikanlage angewendet werden können.

Aber welche Treibhausgasemissionen und Materialien können durch die Umsetzung der Maßnahmen eingespart werden?

Dieser Frage wird im Projekt „Kreislauffähige Energiewende: Bilanzierung der Minderung von Treibhausgasen durch zukünftige Materialkreisläufe im Lebenszyklus energietechnischer Anlagen und Komponenten“ (kurz: Kreislauf E-Wende) nachgegangen. Dabei werden zukünftige Entwicklungen sowohl des Energiesystems selbst als auch der Kreislaufwirtschaft, z. B. hinsichtlich der Entwicklung neuer Recyclingtechnologien, berücksichtigt. Dabei liegt der Fokus auf folgenden Aufgabenstellungen:

• Erarbeitung von Vorgehensweisen zu methodischen Fragestellungen des LCA für die Bilanzierung der Treibhausgasemissionen in zukünftigen Materialkreisläufen der Circular Economy
• Analyse der zukünftigen Implementierung von Komponenten und Anlagen in das Energiesystem vor dem Hintergrund der Transformation zu erneuerbaren Energien
• Entwicklung von Szenarien zukünftiger Recyclingtechnologien und Analyse der daraus resultierenden Substitutionspotentiale für Primärrohstoffe

Die entwickelten Methoden werden in einer Pilotanwendung des Projektpartners Siemens Energy erprobt und evaluiert, wobei dessen Expertise und Datenbestände zu ausgewählten energietechnischen Anlagen in die Entwicklung von Datensätzen einfließen.

Als Ergebnis des Projekts entstehen praxisrelevante Methoden für die Bilanzierung der Wirkungen von Maßnahmen der Circular Economy. Das Instrumentarium hat eine hohe praktische Relevanz sowohl für Unternehmen, beispielswiese im Hinblick auf die kommenden Anforderungen der Taxonomie-Verordnung der EU, als auch für die Politik, beispielsweise hinsichtlich der Ermittlung von sogenannten Break-Even-Points für die Erneuerung bzw. Aufwertung von Anlagenbeständen im Energiesystem. Darüber hinaus werden im Vorhaben selbst Berechnungen umgesetzt, um erste inhaltliche Erkenntnisse zur Klimarelevanz von Maßnahmen der Circular Economy im Energiesystem bereitzustellen.

Projektstruktur

Die Aufgaben gliedern sich in vier inhaltliche Arbeitspakete, welche federführend durch jeweils einen Konsortialpartner bearbeitet werden:

• AP1: Maßnahmen Circular Economy (SuR der TU Darmstadt)
• AP2: Zukünftiges Energiesystem (FfE)
• AP3: Ex-Ante LCA von Materialien (INEC der Hochschule Pforzheim)
• AP4: CO₂-Bewertungstool/generische Bewertungsbeispiele (Siemens Energy Global GmbH & Co. KG)

Förderung und Projektpartner

Das Projekt startete im Januar 2022, läuft bis Ende 2024 und wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert (Förderkennzeichen 03EI5002C). Projektpartner sind das Fachgebiet SuR der Universität Darmstadt (Konsortialführung), die Hochschule Pforzheim und die Siemens Energy AG.

Literatur

[1] Deng, Rong (2021): End-of-life recycling of silicon photovoltaic modules: towards a circular economy; https://doi.org/10.26190/unsworks/22807

[2] P. Lacy, J. Keeble, R. McNamara, J. Rutqvist, K. Eckerle, T. Haglund, P. Buddemeier, M. Cui, A. Sharma, A. Cooper, T. Senior and C. Pettersson. Circular Advantage – Innovative 116 Business Models and Technologies to Create Value in a World without Limits to Growth. Dublin: Accenture, 2014