Hanesch, Susanne (2024)
Erweiterung der Ökobilanzierung zur Bewertung zukünftiger Umweltauswirkungen von neuartigen Transporttechnologien am Beispiel elektrifizierter Flugzeuge.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00027572
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

Im Verkehrssektor sind neuartige Technologien als sog. Transport-Transformationslösungen (TTS) zu entwickeln und in ihrer Umweltleistung zu bewerten, um u.a. eine Reduktion der Treibhausgase (THG) zu gewährleisten und für den Zielzustand einer nachhaltigen Mobilität Transportvarianten sicherzustellen. Jedoch fehlen besonders im Flugsektor dekarbonisierte Alternativen und zur Durchführung der Sachbilanz (LCI) im Rahmen der Ökobilanzierung (LCA) existieren Herausforderungen für das Erfassen von Daten in Entwicklung befindlicher Technologien und die Berücksichtigung von zukünftigen Entwicklungen. Das Ziel der Arbeit ist eine systematische Vorgehensweise für vergleichbare LCA-Ergebnisse zwischen etablierten und neuartigen Fahrzeugen mit einer zweifachen Erweiterung der LCI als neues Framework für Ökobilanzierer. Die Methodenentwicklung umfasst erstens die ex-ante Sachbilanz (eLCI) für vollständige Modelle der Technologieänderung von TTS als erstes Veränderungslevel und zweitens die prospektive Sachbilanz (pLCI) für passgenaue Modelle mittels Zukunftsbetrachtung unter technologischem und zeitlichem Fortschritt als zweites und drittes Veränderungslevel. Die technologische Änderung des Fahrzeugs im Status Quo ist strukturiert darzulegen, um alle Parameter der LCA im Referenzzustand zu generieren. Daraus sind ausgewählte Parameter für das Upscaling des Reifegrads bis zum industriellen Maßstab und die Systemumgebung zu Zukunftsszenarien unterschiedlicher Zeithorizonte für die LCA im Zukunftszustand zu modifizieren, um künftige Änderungen zu berücksichtigen. Mit einer schrittweisen Anleitung in je drei Stufen lassen sich TTS über den Lebensweg nachbilden und mit selektiven Zukunftsverbesserungen anpassen, um ermittelte potenzielle Umweltwirkungen dem konventionellen Transport vergleichend gegenüberzustellen. In einer Fallstudie wird das Vorgehen auf zwei elektrifizierte Flugzeuge angewendet und die Alternativen aus Computersimulationsdaten von Konstruktion und Betrieb sowie weiteren Datengenerierungstechniken für vollständige Flugzeugmodelle generiert zur Bewertung in der retrospektiven LCA. Die Flugzeugmodelle im Labormaßstab werden für die nahe Zukunft bis 2025 und entfernte Zukunft bis 2050 modifiziert, indem nicht nur die elektrifizierten Flugzeuge auf den Markt kommen und sich das konventionelle Flugzeug weiterentwickelt, sondern auch die umgebenden Märkte. Die prospektiven LCA-Ergebnisse zeigen, dass unter Einbeziehung der Entwicklungspfade bereits für das konventionelle Flugzeug nennenswerte THG-Emissionsminderungen erzielbar sind, während für die elektrifizierten Alternativen die Entwicklung von Strommix und Wasserstoffproduktion einen signifikanten Einfluss auf die Umweltwirkungen hat. Mit der methodischen Erweiterung der LCA können Daten höherer Vollständigkeit im frühen Entwicklungsstand zur Identifizierung von Optimierungspotenzial und gesicherter Weiternutzung unveränderter Daten sowie eine größere Passgenauigkeit der Daten aufgrund höherer technologischer und zeitlicher Repräsentativität für die potenziellen Umweltwirkungsergebnisse auf Basis entwickelter Zukunftsszenarien erreicht werden. Als Resultat der Forschung entsteht für neuartige und zukunftsgerichtete Technologien ein Framework zur Modellnachbildung für eine zielgerichtete Umweltbewertung, das auf neue Flugzeugalternativen angewendet wird und THG-Minderungspotenziale für das elektrische Fliegen aufzeigt. Die ökobilanzielle Nachbildung zur Bewertung von TTS in einem strukturierten Framework verbessert die Entscheidungsunterstützung für politische und wirtschaftliche Akteure, indem frühzeitig Handlungsempfehlungen für die weitere Erforschung neuartiger Verkehrsmittel auf dem Weg zur Marktreife bereitgestellt werden. Darüber hinaus ist das Framework auf andere Zukunftstechnologien zur Umweltbewertung anwendbar, um bereits jetzt Sektoren wie den Verkehrssektor im Transformationsprozess mit umweltrelevanten Maßnahmen für die Zukunft zu unterstützen.

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