Allgemein

Life Cycle Assessment (LCA) eines Automobils mit optimierter Ölförderung und katalytischem Stripper

Veröffentlicht von dmelesse on

Ziel: Analyse der CO₂-Bilanz eines Verbrennungsmotorfahrzeugs unter Einbeziehung von:

  • Effizienteren Bohrköpfen (Reduktion des Energieaufwands in der Ölförderung).
  • Katalytischem Stripper (Abgasreinigung im Fahrzeug).
  • Kreislaufwirtschaftlicher Nutzung von Kohlenwasserstoffen.

1. Systemgrenzen & Methodik

  • Funktionelle Einheit: 1 km Fahrleistung (Benzinmotor, Verbrauch: 6 l/100 km).
  • Betrachtete Phasen:
    • Upstream: Ölförderung mit optimierten Bohrköpfen.
    • Midstream: Transport und Raffination.
    • Downstream: Verbrennung im Fahrzeug mit katalytischem Stripper.
  • Datenbasis: GREET-Modell, IPCC, Industriestudien (z. B. EagleBurgmann, Bosch).

2. Lebenszyklusphasen & Optimierungen

A. Upstream: Ölförderung mit effizienteren Bohrköpfen

Technologie:

  • Hochleistungs-Bohrköpfe (z. B. PDC-Bohrer, intelligente Steuerung):
    • Reduzierter Energiebedarf um 20–30% pro Barrel gefördertem Öl.
    • Weniger Methanleckagen durch präzisere Bohrlochabdichtung.

CO₂-Bilanz (pro kg Oktan):

  • Konventionell: ~0,5–1,0 kg CO₂-Äq.
  • Mit optimierten Bohrköpfen: 0,3–0,7 kg CO₂-Äq. (Einsparung: ~30%).

B. Midstream: Transport & Raffination

Optimierungen:

  • Carbon Capture (CCS) in Raffinerien.
  • Elektrische Pumpen mit Ökostrom.

CO₂-Bilanz (pro kg Oktan):

  • Konventionell: ~0,3–0,6 kg CO₂-Äq.
  • Mit CCS & Elektrifizierung: 0,2–0,4 kg CO₂-Äq.

C. Downstream: Fahrzeugbetrieb mit katalytischem Stripper

Technologie:

  • Katalytischer Stripper im Abgassystem:
    • Reduziert CO, NOₓ und unverbrannte Kohlenwasserstoffe um ~50%.
    • Senkt den Kraftstoffverbrauch um 3–5% durch verbesserte Verbrennungseffizienz.

Verbrennungsreaktion (C₈H₁₈):2 C8H18+25 O2→16 CO2+18 H2O2 C8​H18​+25 O2​→16 CO2​+18 H2​O

  • Stöchiometrisch: 1 kg Oktan → 3,09 kg CO₂.
  • Mit Stripper: ~2,9 kg CO₂-Äq. (durch geringeren Kraftstoffbedarf).

3. Gesamt-CO₂-Bilanz (Well-to-Wheel)

PhaseKonventionell (kg CO₂-Äq./kg Oktan)Optimiert (kg CO₂-Äq./kg Oktan)
Upstream0,5–1,00,3–0,7 (-30%)
Midstream0,3–0,60,2–0,4 (-30%)
Downstream3,09–3,22,9–3,0 (-5%)
Gesamt pro km*~240 g CO₂/km~190 g CO₂/km (-21%)
*Annahme: 6 l/100 km (Dichte Oktan: 0,75 kg/l).

4. Weitere CO₂-Reduktionsmaßnahmen

Kreislaufwirtschaftliche Nutzung von Kohlenwasserstoffen

  • Auffangen von CO₂ aus Abgasen (z. B. für E-Fuels oder Carbon2Chem).
  • Pyrolyse von Schweröl zu Kohlenstoffmaterialien (statt Verbrennung).

Alternative Kraftstoffe

  • Beimischung von E-Fuels (Power-to-Liquid):
    • Senkt Well-to-Wheel-Emissionen auf ~100 g CO₂/km (bei 100% Ökostrom).

5. Vergleich mit anderen Antriebsarten

AntriebsartCO₂-Emissionen (Well-to-Wheel)
Optimierter Verbrenner190 g/km
Batterieelektrisch (BEV)~50 g/km* (EU-Strommix 2023)
Wasserstoff (H₂)~40 g/km (grüner H₂)
*Abhängig vom Strommix.

6. Fazit & Empfehlungen

  • Effizientere Bohrköpfe + katalytischer Stripper reduzieren die CO₂-Bilanz eines Verbrenners um ~21%.
  • Kombination mit E-Fuels oder CCS kann Emissionen weiter auf <100 g/km drücken.
  • Langfristig: Batterieelektrische Antriebe sind effizienter, aber optimierte Verbrenner bleiben für Bestandsflotten relevant.

Handlungsempfehlungen:

  1. Umsetzung effizienter Bohrtechnologien in bestehenden Ölfeldern.
  2. Serienmäßiger Einbau katalytischer Stripper in Neufahrzeuge.
  3. Pilotprojekte für CO₂-Abscheidung in Raffinerien und Fahrzeugen.

Diese LCA zeigt, dass selbst konventionelle Verbrenner durch technologische Optimierungen signifikant nachhaltiger werden können.