KETENANALYSE HYBRIDE RANGEERLOCOMOTIEF; TOEPASSING BIJ RANGEERACTIVITEITEN

KETENANALYSE HYBRIDE RANGEERLOCOMOTIEF; TOEPASSING BIJ RANGEERACTIVITEITEN

Reference number 4957-10027/DIV/002

Project number xxx

Version : 2.1

Date : 15-10-2013

Utrecht, 15 oktober 2013 Auteur: Jolt Oostra (Alstom Transport BV/Technisch Projectleider) Nagezien door: Christine Wortmann (Primum/adviseur Primum) Erik Bronsvoort (De Groene Draad van Morgen/adviseur) Versie: 2.1

© ALSTOM Transport B.V. Alle rechten voorbehouden. Niets mag worden verveelvoudigd, opgeslagen, gebruikt of openbaar gemaakt zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van ALSTOM Transport B.V.

Page 1/31

TRANSPORT VERSIEBEHEER Author

Version

Date

§

F. van der Wind

1.0

09-12-2010

Alle

J. Oostra

2.0

08-05-2013

Alle

J. Oostra

2.1

15-10-2013

Alle

57-10027 V2.1

Remarks Update obv nieuw onderzoek Update obv nieuw onderzoek leverancier batterijen

Ketenanalyse Hybride rangeerlocomotief

Blz 2/31

TRANSPORT Table of Content 1 INLEIDING ........................................................................................................................ 4 1.1 HYBRIDE LOCOMOTIEF ............................................................................................................................................. 4 1.2 DOELSTELLING ....................................................................................................................................................... 5 1.3 LEESWIJZER ........................................................................................................................................................... 6

2 IDENTIFICEREN VAN PARTNERS BINNEN DE WAARDEKETEN ............................................................ 7 2.1 VASTSTELLEN SYSTEEMGRENZEN ............................................................................................................................... 7 2.2 KETENPARTNERS .................................................................................................................................................. 10

3 KWANTIFICEREN VAN DE CO2-EMISSIES ................................................................................. 11 3.1 DATAVERZAMELING ............................................................................................................................................... 11 3.2 KARAKTERISATIE METHODE ..................................................................................................................................... 11 3.3 UITGANGSPUNTEN ................................................................................................................................................ 11 3.4 PRODUCTIEFASE ................................................................................................................................................... 13 3.5 GEBRUIKERSFASE ................................................................................................................................................. 16 3.6 RESULTATEN ........................................................................................................................................................ 19 3.7 CO2-REDUCTIEMOGELIJKHEDEN .............................................................................................................................. 20

4 DISCUSSIE ...................................................................................................................... 22 5 CONCLUSIE ..................................................................................................................... 23 6 BRONVERMELDING ........................................................................................................... 24 BIJLAGE I: DATA UIT SIMAPRO .................................................................................................. 25

57-10027 V2.1


Blz 3/31

TRANSPORT

1 INLEIDING Alstom Transport is als leverancier van duurzame railoplossingen wereldwijd actief. Met rollend materieel producten zoals metro, tram en trein, en treinbeveiligingssystemen is Alstom Transport een promotor van duurzaam transport en heeft duurzaamheid in haar bedrijfsvoering verankerd. Onze innovatieve, milieuvriendelijke technologieën vormen een benchmark op het gebied van spoortransport. We zetten ons in om de meest energie-efficiënte producten en technologieën met zo laag mogelijk emissie te leveren. Tevens zetten we ons in om onze eigen bedrijfsvoering zo schoon en zuinig mogelijk te maken. Het CO2-management systeem van Alstom Transport is sinds 2010 gecertificeerd met een CO2-bewust certificaat niveau 4. Onderdeel van deze certificering is het inzicht krijgen in CO2-emissies in de waardeketen van het bedrijf en het realiseren van reducties in deze keten door samenwerking met ketenpartners en/of aanpassingen in de producten van Alstom. Dit zijn de zogenaamde Scope 3 emissies. Alstom Transport heeft hiervoor destijds twee onderwerpen gekozen: de vermogenselektronica module en de hybride rangeer locomotief. De afgelopen jaren is gewerkt aan het verbeteren van deze ketenanalyses door meer onderzoek te doen en is volgens de eisen voor de CO2-Prestatieladder versie 2.1 onderzoek gedaan naar de zogenaamde “Meest Materiële Emissies” in Scope 3 van het GHG-protocol, welke zijn verwerkt in de Memo “Alstom Transport MME”. Dit document laat zien dat de gebruiksfase van de producten van Alstom de belangrijkste bijdrage levert aan de Scope 3 emissies.

1.1

HYBRIDE LOCOMOTIEF

De hybride locomotief is een relatief nieuw product van Alstom, dat langzaam maar zeker aan marktaandeel wint. Sinds de eerste testen in 2009 zijn er inmiddels 7 locomotieven van dit type operationeel en zijn er orders om op korte termijn nog 4 locs te leveren, waarvan 2 in de periode oktober-november 2013. Daarnaast is er een nieuwe ontwikkeling van 3-assige locomotieven waarvoor Alstom Transport NL 10 modules gaat leveren. De proefritten met deze locomotieven starten in februari 2014. Op termijn is de verwachting dat hiervan 30-40 locomotieven per jaar zullen worden gebouwd. De markt laat dus zien dat deze ontwikkeling niet alleen een CO2-besparing oplevert, maar ook een goede investering is voor de vervoerders die de locomotief inzetten. In 2007 heeft Alstom voor het eerst een test uitgevoerd met een nieuw type locomotief die wordt aangedreven door een hybride motor. De daaropvolgende praktijktest die werd uitgevoerd in het Rotterdamse havengebied liet zien dat er een reductie in dieselverbruik en daarmee samenhangende CO2-emissies van ongeveer 40% kon worden gerealiseerd in de verbruiksfase. Om een goede vergelijking van de CO2-emissies te maken tussen een standaard diesel en een hybride aandrijving is het noodzakelijk om naar de hele levensduur van de locomotief te kijken en niet alleen de emissies in de gebruiksfase te vergelijken. Deze levenscyclus analyse is gedaan in versie 1.0 van deze Ketenanalyse in 2010. Sindsdien is er door overleg met ketenpartners en het uitvoeren van metingen tijdens gebruik meer inzicht verkregen in de emissies tijdens de levensduur, wat heeft geleidt tot deze versie 2.0 van de ketenanalyse. De belangrijkste wijziging is de toegenomen kennis over het verbruik van de locomotief. Sinds 2012 zijn er vier hybride locomotieven operationeel op de

57-10027 V2.1


Blz 4/31

TRANSPORT Mitteldeutsche Eisenbahn en wordt de performance van de locomotieven gemonitord. De resultaten van deze testen zijn meegenomen in de update van deze ketenanalyse.

Afbeelding 1: Alstom Hybride locomotieven in kleuren van de Mitteldeutsche Eisenbahn Dit document beschrijft de CO2-emissies gedurende de levensduur van de locomotief. Het is een vernieuwde versie van de ketenanalyse die in 2010 is uitgevoerd. In de ketenanalyse 2.0 zijn ten opzichte van versie 1.0 twee belangrijke aanpassingen gedaan, te weten het werkelijke verbruik van de hybride locomotieven op basis van metingen van het verbruik van 4 locomotieven gedurende de periode april – december 2012 en de emissies die worden veroorzaakt door de productie van de batterijen, welke een belangrijke component zijn in de productiefase. De uitgevoerde analyses leidde onder andere tot het inzicht dat de batterijen een belangrijke bijdrage leveren aan de CO2-uitstoot in de levenscyclus. Er was echter tot nu toe geen goede informatie beschikbaar over de exacte CO2uitstoot van de batterijen en de mogelijkheden om deze terug te dringen. Alstom Transport heeft daarom besloten om samen met de leverancier te werken aan het verbeteren van het inzicht in CO2-emissies van batterijen

gedurende de levensduur. Hiermee zijn sinds begin 2013 al enkele stappen gemaakt, wat heeft geleid tot een update van de ketenanalyse tot versie 2.1 om de nieuwe informatie te verwerken in de analyse. De ketenanalyse versie 2.1 is net als versie 1.0 en 2.0 in samenwerking met duurzaamheidsadviesbureau Primum opgesteld.

1.2

DOELSTELLING

De doelstelling van deze ketenanalyse is het verhogen van het inzicht in de CO2-uitstoot binnen de waardeketen van Alstom Transport. Met deze kennis kan vervolgens worden gewerkt aan het reduceren van CO2-emissies binnen de keten. De doelgroep van deze ketenanalyse bestaat uit Alstom Transport alsmede sectorgenoten die vanuit hun vergelijkbare activiteiten ook vergelijkbare CO2-emissies veroorzaken binnen de keten.

57-10027 V2.1


Blz 5/31

TRANSPORT 1.3

LEESWIJZER

Volgens het GHG-protocol dient een ketenanalyse de volgende stappen te doorlopen [GHG, 2004]: 1. 2. 3. 4.

Beschrijving van de waardeketen Bepalen van relevante scope 3 emissie categorieën Identificeren van de partners binnen de waardeketen Kwantificeren van de scope 3 emissies

Stap 1 en 2 zijn beschreven in de Memo “MME” en worden niet verder behandelt in dit document. Stappen 3 en 4 zijn hieronder terug te vinden.

57-10027 V2.1


Blz 6/31

TRANSPORT

2 IDENTIFICEREN VAN PARTNERS BINNEN DE WAARDEKETEN Ten eerste worden de systeemgrenzen vastgesteld om duidelijk te maken welke processen wel en niet meegenomen worden binnen de analyse. Hierna worden de activiteiten en de partners geïdentificeerd.

2.1 VASTSTELLEN SYSTEEMGRENZEN De hybride rangeerlocomotief wordt in de ketenanalyse vergeleken met een reguliere rangeerlocomotief. In een vergelijkende LCA is het van belang de verschillen tussen de twee producten te identificeren en te wegen. De onderdelen van de twee producten die gelijke orde grote zijn kunnen buiten beschouwing worden gelaten, dit heet stroomlijnen (Brask Klapwijk et al, 2009). Een hybride rangeerlocomotief wordt op dit moment vervaardigd uit een bestaande 4-ssige rangeerlocomotief tijdens het grootschalig onderhoud wat plaatsvindt na 40 jaar dienst. De rangeerlocomotief zal na dit grootschalig onderhoud nog 20 jaar dienst te doen. Tijdens de onderhoudsbeurt wordt de rangeerlocomotief omgebouwd tot een hybride rangeerlocomotief. Op dit moment wordt een 3-assige variant van de hybride locomotief ontwikkeld. Deze is in deze ketenanalyse buiten beschouwing gelaten omdat er nog onvoldoende gegevens beschikbaar zijn en de verwachting is dat de verschillen tussen de beiden typen klein zijn. De 4-assige hybride rangeerlocomotief maakt gebruik van dezelfde chassis. De chassis zal derhalve niet worden meegenomen binnen de systeemgrenzen. Tabel 2 presenteert de onderdelen die verschillend zijn tussen de twee typen locomotieven. Hybride locomotief Rangeerlocomotief Kleine dieselmotor Grote dieselmotor Batterijen Kleine tandwielkast + 2 elektromotoren Grote tandwielkast Ballast Ballast 1 brandstof tank à 1500 l 2 brandstof tanks à 1500 l Aux supply module Aux supply module Tabel 2 De verschillen tussen de hybride locomotief en de rangeerlocomotief In een interview met Alstom Transport is aangegeven dat de batterijen en de dieselmotoren de grootste verschillen bepalen tussen de twee locomotieven (Alstom Transport, 2010). Zo gaan er 5800kg batterijen in een Hybride locomotief en is de dieselmotor van de rangeerlocomotief 4900 kg zwaarder dan de kleinere variant in de hybride rangeerlocomotief. De brandstoftank en de aux supply module zijn qua massa veel kleiner dan de batterijen en de dieselmotoren. De brandstoftank betreft een hol lichaam waardoor het gewicht gering zal zijn in verhouding met haar inhoud van 1500 liter. De aux suppy module is ongeveer 3x zo klein als de IPM750 vermogenselektronica module. Het gewicht komt daarmee in de buurt van 20 kg en is daarmee verwaarloosbaar klein t.o.v. de andere onderdelen in de locomotieven. 57-10027 V2.1


Blz 7/31

TRANSPORT Tevens is het gezamenlijke gewicht van de kleine tandwielkast en de twee elektromotoren vergelijkbaar met het gewicht van de tandwielkast in de rangeerlocomotief. Deze relatief kleine verschillen worden niet meegenomen in dit onderzoek. De ballast wordt ingezet om de trekkracht van de locomotief zo efficiënt mogelijk in te kunnen zetten. De ballast voor een hybride rangeerlocomotief is 8177 kg tegen 7408 kg op een reguliere rangeerlocomotief. Dit geeft een verschil van 769 kg ballast. Tijdens het uitvoeren van de analyse bleek dat de CO2-uitstoot veroorzaakt door deze 769 kg stalen ballast tijdens de grondstofwinning- en productiefase relatief klein is t.o.v. de uitstoot van de batterijen en de verschillende dieselmotoren, rond de 1,3 ton CO2 [EcoInvent]. Aangezien het type staal dat als ballast wordt ingezet niet precies bekend is en het om een relatief kleine hoeveelheid gaat is deze niet verder binnen de analyse meegenomen. Het verschil in CO2-uitstoot tussen de twee locomotieven tijdens de productie fase wordt voornamelijk bepaald worden door de batterijen en de verschillende dieselmotoren. Deze twee grote verschillen tussen de hybride locomotief en de rangeerlocomotief vormen daarmee de basis voor het bepalen van het verschil in CO2-uitstoot tijdens de grondstofwinning- en productiefase. Figuur 2 geeft de systeemgrenzen weer. De productie van de componenten wordt meegenomen binnen de afbakening. De CO2-uitstoot ten gevolge van de transport activiteiten worden niet meegenomen omdat, zoals uit tabel 1 is op te maken, het energieverbruik gering zal zijn. De assemblage vindt plaats tijdens een groot onderhoud en er wordt verwacht dat de werkzaamheden vergelijkbaar zijn waarmee de assemblage van de producten en het transport van de producten naar de gebruiker niet worden meegenomen. Het gebruik van verschillende onderdelen leidt tot een verschil in brandstofgebruik tijdens de gebruikersfase. De emissies tijdens deze fase vormen dan ook onderdeel van de ketenanalyse. Na de gebruikersfase worden de producten verwerkt tot afval. Gezien de lange levensduur van de producten is hier nog geen data voor handen. Deze fase valt dan ook buiten de systeemgrenzen. De processen die binnen de gestippelde lijnen vallen worden meegenomen binnen de ketenanalyse.

57-10027 V2.1


Blz 8/31

TRANSPORT

Winning van grondstoffen

Winning van grondstoffen

transport

transport

Productie Batterijen

Productie dieselmotor transport

transport

Assemblage hybrid loc

transport

Gebruikersfase

transport

Afvalverwerking

Figuur 2: Afbakening van de ketenanalyse Het doel van deze ketenanalyse is nu als volgt te omschrijven: ‘Het verschil in CO2-uitstoot tussen een hybride- en een reguliere locomotief bepalen tijdens de toeleveringsketen van de voornaamste onderdelen en de gebruikersfase’.

57-10027 V2.1


Blz 9/31

TRANSPORT

2.2 KETENPARTNERS De ketenpartners van Alstom Transport bestaan uit leveranciers van componenten, gebruikers en tot slot de afvalverwerkers. Een gedeelte van de leveranciers zijn vestigingen van Alstom Transport. De leverancier van componenten heeft toeleveranciers van grondstoffen. Deze zijn onbekend en worden daarom niet in dit onderzoek genoemd. De afvalverwerkers zijn tevens onbekend en worden niet in dit onderzoek benoemd. Hoppecke Produceert en levert de batterijen voor de hybride rangeerlocomotief aan Alstom Transport. Hoppecke heeft ook andere verbintenissen met Alstom, die samen te vatten zijn als gezamenlijk zoeken naar een oplossing voor de vraag wat de exacte lading en conditie van een batterij is, zodat een kleiner batterij en één lader voor meer batterijen toegepast kan worden. Dit leidt tot energiebesparing, enerzijds omdat de lader afschakelt, wanneer de batterij vol is en anderzijds doordat er minder massa, van batterijcellen en laders, aan boord van de trein meegenomen moet worden. Kirsch (turbogenerator) Kirsch is een grote onafhankelijke producent van dieselgeneratoren, noodstroom aggregaten enz.. Kirsch produceert en levert het dieselaggregaat aan Alstom transport. Daarbij wordt gebruikgemaakt van een moderne dieselmotor, ontworpen voor het wegverkeer, die voldoet aan de EU rail emissie norm 2004/26 stage A. De generator heeft een hoog rendement door de permanent magneet bekrachtiging, (Potentiële) gebruikers De potentiële gebruikers bestaan uit spoorvervoerders, spoorbouwers en bedrijven met grote productielocaties. Potentiële gebruikers zijn grote industriële bedrijven als BASF (chemie, in Ludwigshafen), staalbedrijven als Corus (IJmuiden, VPS (Salzgitter), havenregio’s Rotterdam, Hamburg, Magdenburg en andere Rijnhavens), Autofabrikanten, vervoerders en rail-onderhoudsbedrijven (Strukton, VolkerRail). In totaal zijn er nu 7 hybride locs operationeel. In Duitsland zijn sinds begin 2012 vijf Hybride Locomotieven operationeel bij DB Schenker dochtermaatschappij “Mittendeutsche Eisenbahngesellschaft” (MEG), waar ze worden ingezet voor rangeerwerkzaamheden. Deze gebruiker heeft gedurende een lange periode het verbruik bijgehouden. Deze resultaten zijn gebruikt om deze ketenanalyse te verbeteren.

57-10027 V2.1


Blz 10/31

TRANSPORT

3 KWANTIFICEREN VAN DE CO2-EMISSIES Nadat de bronnen, karakteristieke methode, afbakening en uitgangspunten zijn beschreven wordt er een kwantitatief overzicht gegeven van de scope 3 emissies in de verschillende ketenprocessen.

3.1 DATAVERZAMELING De data die is gebruikt is afkomstig van de volgende bronnen: •

Jolt Oostra, Project Manager, voor de informatie over de hybride rangeerlocomotief.

•

Rapportage: “Groen rangeren met een hybride locomotief; een pratijkproef in het Rijnmondgebied”, Havenbedrijf Rotterdam, Alstrom Transport, Rotterdam Rail Feeding, Bertschi. Jaar?

•

Presentatie 4+1 Hybride rangeerlomotives, Technical aspects, 4-11-2010.

•

ProRail CO2-prestatieladder handboek versie 1.1 [ProRail, 2010] en versie 2.1 [SKAO, 2012]

•

Mitteldeutsche Eisenbahn GmbH, Auswertung Hybtidlokeinsatz 04.-12.2012

•

Hoppecke, Abschätzung der Energiebilanz (CO2-footprint) von FNC-Zellen, 14-5-2013.

De aanwezige data is aangevuld d.m.v.: •

De EcoInvent 2.0 database [EcoInvent]

•

Argonne National Laboratory, A Review of Battery Life-Cycle Analysis: State of Knowledge and Critical Needs, 110-2010.

•

European Commission, Comparative Life-Cycle Assessment of nickelcadmium (NiCd) batteries used in Cordless Power Tools (CPTs) vs. their alternatives nickel-metal hydride (NiMH) and lithium-ion (Li-ion) batteries, 15-122011.

3.2 KARAKTERISATIE METHODE Er is waar mogelijk gebruik gemaakt van de CO2-uitstoot gegevens uit primaire bronnen. Waar conversie naar CO2emissie nodig was, bijvoorbeeld vanuit het aantal liters verbruikte diesel, zijn de conversiefactoren zoals genoemd in het Handboek CO2-Prestatieladder versie 2.1 van 18 juli 2012. Gegevens afkomstig uit de Ecoinvent database zijn omgerekend naar CO2-uitstoot door gebruik te maken van de Greenhouse Gas Protocol v1.00 / CO2 eq (kg) karakterisatie methode.

3.3 UITGANGSPUNTEN De resultaten worden gegeneerd vanuit een vergelijking tussen de Hybride rangeerlocomotief en een gewone rangeerlocomotief. De hybride rangeerlocomotief kan worden vervaardigd uit een bestaande locomotief. Tijdens deze renovatie wordt de trein omgebouwd tot een hybride rangeerlocomotief. Na de uitgebreide renovatie heeft de trein nog een gemiddelde levensduur van 20 jaar. Er wordt daarom uitgegaan van een gebruikersfase van 20 jaar. Een eerste stap is het in kaart brengen van de CO2-uitstoot voor de productie van de belangrijkste gebruikte onderdelen waarin de hybride rangeerlocomotief verschilt van de rangeer locomotief. Dit zijn respectievelijk de batterijen en de dieselmotor. 57-10027 V2.1


Blz 11/31

TRANSPORT Vervolgens wordt de hoeveelheid benodigde brandstoffen tijdens de gebruikersfase door de hybride rangeerlocomotief vergeleken met de benodigde brandstoffen voor een rangeer locomotief. Uit de vergelijking kan vervolgens een conclusie worden getrokken omtrent het productiepotentieel op bij de potentiële gebruikers.

57-10027 V2.1


Blz 12/31

TRANSPORT

3.4 PRODUCTIEFASE Productie Batterijen Het bedrijf Hoppecke levert de batterijen voor de Hybride rangeerlocomotief. Een hybride rangeerlocomotief heeft een installatie van 5800 kg nikkelcadmium (NiCd) batterijen nodig. Gestandaardiseerde informatie over de CO2-impact van NiCd batterijen is niet/nauwelijks beschikbaar. De NiCd batterij komt standaard niet voor in de EcoInvent database. In versie 1.0 en 2.0 is daarom uitgegaan van een NiMH batterij uit de EcoInvent database met vergelijkbare eigenschappen waarbij de positieve elektrode is vervangen door cadmium. Inmiddels is in samenwerking met leverancier Hoppecke meer informatie verzameld over de uitstoot van NiCd cellen. Aangezien deze informatie significant afwijkt van de gesimuleerde NiCd batterij uit de EcoInvent database 1

(gebaseerd op een NiMH batterij), is er aanvullend (literatuur)onderzoek gedaan naar beschikbare informatie over de uitstoot van NiCd batterijen om de aangeleverde informatie te verifiëren. Op basis van de huidige informatie zijn de volgende verklaringen voor de significant lagere uitstoot van de batterijcellen ten opzichte van de EcoInvent waarde waarschijnlijk: •

Ongeschikte waarde EcoInvent: De EcoInvent waarde is gebaseerd op een NiMH batterij voor toepassing in een laptop geproduceerd volgens de gemiddelde wereldwijde stand der techniek in 2005. Dit is niet een representatief en/of verouderd productieproces.

•

Recycling van batterijen: In de oorspronkelijke berekening met de EcoInvent waarde werd geen rekening gehouden met de mogelijkheid om batterijen te recyclen en is steeds uitgegaan van batterijen met nieuw gewonnen grondstoffen. De batterijen worden aan het einde van de levensduur verwerkt door erkende verwerkers zoals SNAM en Accurec. Hoppecke geeft aan dat 98% van de nikkel en cadmium uit de batterij wordt herwonnen, wat de CO2-uitstoot per batterij sterk beïnvloed. In de door Hoppecke aangeleverde informatie over de CO2-uitstoot van de batterij-cellen is deze recycling wel meegenomen.

Een scan van literatuur op het gebied van de levenscyclus van NiCd en NiMH batterijen laat bovendien zien dat: •

de waarde in de Ecoinvent database voor NiMH batterijen relatief hoog is

•

hoge recyclingpercentages worden behaald voor de nikkel en cadmium componenten

•

NiCd batterijen waarschijnlijk in verhouding minder CO2-uitstoot veroorzaken dan NiMH batterijen. De geadapteerde waarde die in de oorspronkelijke analyse is gehanteerd voor NiCd is echter hoger dan de NiMH waarde uit de Ecoinvent database. Dit zou erop kunnen wijze dat de gemaakte aannames in de geadapteerde waarde voor NiCd niet kloppen en/of dat de NiMH waarde niet een goed uitgangspunt is geweest.

Gezien het bovenstaande en het feit dat de informatie van de leverancier specifieker, recenter en geografisch relevanter is dan de EcoInvent gegevens, is besloten om vanaf nu de informatie van de leverancier als basis te hanteren voor de analyse.

1

De oude waarde resulteerde in een uitstoot van 945 ton CO2.

57-10027 V2.1


Blz 13/31

TRANSPORT

De productie van cellen voor cadmium nikkel batterijen veroorzaakt volgens de leverancier 63 kg CO2 per kWh. De productie van 6220 kg batterijen inclusief omkisting veroorzaakt een totale uitstoot van 6,5 ton CO2.

kg CO2 per Aantal

kWH/cel

totaal ton CO2 uitstoot

Brandstofcellen

102 kWh

63

6,508

Koper

330 kg

x

0,001

Staal

1000 kg

x

0,003

Totaal

6,5

Tabel

3:

Totale

CO2-uitstoot

batterijen De levensduur van de batterijen ligt tussen de 6 & 7 jaar. De totale gebruikersfase duurt 20 jaar, tijdens deze periode moeten de batterijen 2 keer worden vervangen. In totaal is 17400 kg NiCd batterijen benodigd tijdens de gebruikersfase van de hybride rangeerlocomotief. De totale uitstoot voor de benodigde batterijen is 19,5 ton CO2 over de gehele levensduur gemeten. Tabel 3 en 4 geven een samenvatting van de berekeningen.

ton CO2 totale kg batterijen

totaal CO2 uitstoot

vervangingsratio

gebruikersfase

6200

6,5

2

19,5

Hybride rangeerlocomotief

Tabel 4: Totale CO2-uitstoot batterijen

57-10027 V2.1


Blz 14/31

TRANSPORT Productie dieselmotor De dieselmotor die wordt gebruikt in de hybride rangeerlocomotief is kleiner dan de dieselmotor die wordt gebruikt in reguliere rangeerlocomotieven. Dit vertaalt zich in een lager vermogen (236 kW en 900 kW) en een lager gewicht van de motor ( 1400 kg om 6300 kg). De hoofdbestanddelen in een dieselmotor voor de trein zijn: gietijzer, koper en aluminium. De database van Ecoinvent geeft een indicatie voor de uitstoot die vrijkomt bij de productie van het materiaal en de uitstoot die vrijkomt tijdens de bewerking van het materiaal tot een product. Tabel 4 geeft de uitstoot van de productie en bewerking van koper, aluminium en gietijzer. In bijlage 2 wordt de achterliggende data van EcoInvent getoond. Productie

Bewerking

Totaal

Gietijzer (kg CO2 per kg)

1,5

1,82

3,3

Aluminium (kg CO2 per kg)

1,9

1,8

3,7

8,5

3,3

11,8

Koper (kg CO2 per kg)

Tabel 5 totale CO2-uitstoot productie en bewerking materialen (EcoInvent, 2010) De waardes uit EcoInvent representeren een mondiaal gemiddelde uitstoot. De database van Ecoinvent geeft aan dat er per kg bewerkt gietijzer gemiddeld 3,3 kg CO2 wordt uitgestoten, voor koper is dit 3,7 kg CO2 en voor aluminium 11,9 kg CO2. Alstom Transport (2010) heeft aangegeven dat in een gemiddelde kleine dieselmotor 100 kg koper en 26 kg aluminium zit verwerkt. Vermenigvuldigd met de waardes uit Ecoinvent geeft dit een CO2-uitstoot van 4,8 ton CO2 veroorzaakt door de productie van de dieselmotor voor de hybride rangeerlocomotief. De dieselmotor van de rangeerlocomotief is in verhouding 4,5 keer zo zwaar als de kleine dieselmotor van de hybride rangeerlocomotief. Er wordt uitgegaan dat de verhouding van de primaire materialen hetzelfde blijft. De CO2-uitstoot van de productie van de dieselmotor voor de rangeerlocomotief is 21,8 CO2. Dit is 17 ton CO2 meer dan de hoeveelheid CO2 die vrijkomt met de productie van kleine dieselmotor. Tabel 5 presenteert de berekeningen.

Gietijzer Koper Aluminium Totaal

kg onderdelen EcoInvent kgCO2 per kg totale ton CO2 Kleine dieselmotor totale ton CO2 dieselmotor 1274 3,3 4,2 18,7 100 3,7 0,4 1,7 26 11,9 0,3 1,4 1400 4,8 21,8

Tabel 6: CO2-uitstoot tijdens de productie van de motoren.

2 De bewerking van gietijzer was niet aanwezig in de database van EcoInvent. Derhalve is is uitgegaan van de uitstoot voor de bewerking van staal. Deze bewerking is in grote lijnen vergelijkbaar met die van gietijzer. 57-10027 V2.1


Blz 15/31

TRANSPORT

3.5 GEBRUIKERSFASE De activiteiten van de hybride rangeerlocomotief bestaat tijdens de gebruikersfase met name uit trekwerkzaamheden en stationair draaien. Tijdens het stationair draaien wordt er gebruik gemaakt van de hybride applicatie waardoor er geen brandstof wordt verbruikt. Figuur 3 geeft een voorbeeld van een cyclus van een hybride locomotief die 5 keer een vracht van 600 ton vervoerd.

Figuur 3 de cyclus van een hybride locomotief De blauwe lijn geeft de capaciteit van de batterijen weer. De roze grafiek geeft het gebruik van de dieselmotor aan. De dieselmotor wordt gebruikt voor het op snelheid brengen van de trein. Tijdens het gebruik laden de batterijen zich op. Als de batterijen zijn opgeladen stopt de dieselmotor en daarmee ook de CO2-uitstoot. De batterijen leveren genoeg vermogen om de trein driekwart uur draaiende te houden. Tijdens deze periode legt de hybride locomotief hetzelfde traject af en blijft actief in stationaire toestand.

57-10027 V2.1


Blz 16/31

TRANSPORT Na een proef in 2009 in het Rotterdamse havengebied zijn er in 2012 langdurige metingen uitgevoerd over het brandstofverbruik van 4 hybride locomotieven in operatie. Hieronder zijn de resultaten van deze metingen terug te vinden. Werkelijke verbruiken Hybride en Diesel Locomotieven Testlocatie

Datum

Rotterdam

Mitteldeutsche Eisenbahn

April-Mei 2009

April-December 2012 Hybride

Aantal gemeten uren

5,67

9.147,00

Totaal Verbruik (L)

47,60

68.939,00

Verbruik/uur (L/u)

8,40

7,54 Diesel

Langjarig gem (L/u)

14,71

Aantal gemeten uren

5,17

Totaal Verbruik (L)

95,00

Verbruik/uur (L/u)

18,39 Verschillen

Reductie Bron:

54,32% SGS - Results of comparative emission measurement carried out on the Alstom hybrid lcomotive and a regualr dieselhydraulic locomotive April- May 2009

48,76%

Mitteldeutsche Eisenbahn GmbH Auswertung Hybtidlokeinsatz 04.12.2012

Rotterdam Gedurende deze proeven werden diverse metingen uitgevoerd, onder andere van het brandstofverbruik van de hybride rangeerlocomotief en een standaard locomotief. De proeven gaven een dieselverbruik van gemiddeld 8,43 liter/uur voor de hybride rangeerlocomotief en 18,60 liter/uur voor de rangeerlocomtief (SGS, 2009). Tijdens de proeven is er uitgegaan van een standaard rangeeropdracht waarin dagelijks 4 beladen en samengestelde goederentreinen over een vast traject moest worden gerangeerd (SGS, 2009). In totaal is er per voertuig een kleine 6 uur metingen uitgevoerd, waardoor de metingen relatief onbetrouwbaar zijn. Mitteldeutsche Eisenbahn Naar aanleiding van de proef zijn er 4 locomotieven in gebruik genomen door vervoerder “Mitteldeutsche Eisenbahn” die de locomotieven inzet voor rangeerwerk.

57-10027 V2.1


Blz 17/31

TRANSPORT Deze locomotieven zijn gedurende de periode april – december 2012 nauwkeurig gemonitord, waardoor dit een reëel beeld geeft van het daadwerkelijke verbruik van de hybride locs (Mitteldeutsche Eisenbahn, 2012). In totaal is er ruim 9.000 uur gemeten. Het daadwerkelijke verbruik van de Hybride locomotief komt hier nog lager uit dan tijdens de proef in Rotterdam, namelijk 7,54 liter/uur. Het langjarig gemiddelde verbruik van diesel locomotieven van dezelfde vervoerder komt echter ook duidelijk lager uit, namelijk 14,71 liter/uur.

Verbruik per jaar Het aantal draaiuren van een gemiddelde rangeerlocomtief is 4500 uur per jaar (CE 2006). Aangenomen wordt dat een locomotief een gebruiksfase van 20 jaar totdat een volledige revisie plaats vindt. Onderstaande tabel maakt een vergelijking tussen het dieselverbruik en de CO2 uitstoot van de Hybride Locomotief en de Diesellocomotief. Hierbij is het gemeten verbruik van de Mitteldeutsche Eisenbahn aangehouden. Totale gebruiksfase Jaarlijks

(20 jaar)

Totaal aantal draaiuren

4.500

90.000

g CO2 per liter Diesel

3.135

3.135

33.915

678.310

106

2.127

66.195

1.323.900

208

4150

32.279

645.589

101

2.024

Hybride Dieselverbruik hybride rangeerlocomotief Totale ton CO2-uitstoot hybride rangeerlocomotief Diesel Dieselverbruik rangeer locomotief Totale ton CO2-uitstoot rangeer locomotief Verschillen Verschil in liters Verschil totaal ton CO2 Percentage CO2-reductie

48,8%

Tabel 7 de CO2-uitstoot tijdens de gebruikersfase De hybride locomotief heeft een 48% lager dieselverbruik dan de standaard diesel uitvoering. Op de totale levensduur van 20 jaar bespaart de hybride loc daarmee 645.589 liter diesel en ruim 2.000 ton CO2.

57-10027 V2.1


Blz 18/31

TRANSPORT

3.6 RESULTATEN De CO2-uitstoot tijdens de productie van de specifieke onderdelen van de hybride rangeerlocomotief en het verbruik tijdens de gebruikersfase, is in kaart gebracht. Nu is het mogelijk om een vergelijking tussen de hybride rangeerlocomotief en de rangeer locomotief uit te voeren. Tabel 7 presenteert de vergelijking.

Productie onderdelen (ton CO2) Uitstoot gebruiksfase (ton CO2) Totaal Scope 3 emissies (ton CO2)

Hybride rangeerlocomotief

Rangeerlocomotief

Totale gebruikersfase

Totale gebruikersfase

Verschil

20

22

-2

2.127

4.150

-2.024

2.147

4.172

-2.025

Tabel 8: Overzicht CO2-uitstoot van al de verschillende fases van de keten van de hybride rangeerlocomotief. Het nieuwe inzicht in de uitstoot tijdens de winning en productie van batterijen laat zien dat de ordergrootte van de uitstoot in deze fase ongeveer gelijk is bij de hybride rangeerlocomotief en de rangeerlocomotief. De hybride rangeerlocomotief stoot minder uit tijdens de gebruikersfase in vergelijking met de rangeerlocomotief. Dit wordt veroorzaakt door de brandstofbesparingen. Bij de berekeningen is uitgegaan het gebruik van de Mitteldeutsche Eisenbahn. In totaal wordt er over de gehele levensduur van de hybride rangeerlocomotief 2.025 ton CO2 bespaard.

57-10027 V2.1


Blz 19/31

TRANSPORT

3.7 CO2-REDUCTIEMOGELIJKHEDEN Productie batterijen De productie van de NiCd batterijen veroorzaakt CO2-uitstoot. Er kan op dit moment nog geen gebruik worden gemaakt van andere typen batterijen zonder dat de prestaties van het product omlaag gaan. In 2013 zijn belangrijke stappen gezet om meer inzicht te krijgen in de uitstoot tijdens de winning en productie. De huidige informatie is een eerste inventarisering door de leverancier en kan nog verbeterd en aangevuld worden. Alstom Transport voert de dialoog met Hoppecke om meer informatie over het productie en recycling proces van de batterijen te krijgen om indien mogelijk alternatieven toe te passen.

Reductiedoelstelling: 1. In 2013 verbeteren inzicht in CO2-emissies van batterijen gedurende de levensduur in samenwerking met de leverancier.

2. In 2014 de uitstoot CO2-uitstoot van benodigde batterijen voor de hybride rangeerlocomotief met 5% te verlagen. Product Rangeerlocomotief Uit de resultaten bleek dat over de gehele gebruikersfase gezien de hybride rangeerlocomotief een reductiepotentieel heeft van ruim 1.000 ton CO2 per loc. Op dit moment zijn er in Nederland 200 locs actief waarvan 40 activiteiten uitvoeren die tevens door hybride rangeerlocomotieven kunnen worden uitgevoerd [Alstom Transport, 2010]. Een grote concentratie van deze rangeerlocomotieven is actief in de Rijnmond (20 stuks). Dit wordt veroorzaakt door de bedrijfsactiviteiten in deze regio. Tijdens een inventarisatie bleek dat 8 locs in de Rijnmond regio konden worden vervangen door een hybride rangeerlocomotief. Over de gehele gebruikersfase leidt dit tot een reductie van 15568 ton CO2. Doorvertaald naar de situatie in Nederland zouden er totaal 20 locs kunnen worden vervangen door de hybride rangeerlocomotief. Dit leidt tot een potentiële besparing van 38920 ton CO2. Tabel 8 presenteert de berekeningen. Proef R’dam

Proef MDE

Rijnmond

Nederland

aantal locs

1

5

8

20

Potentiele CO2 reductie (ton)

1.946

10.120

16.192

40.480

Tabel 9: CO2-reductie.

Reductiedoelstelling: De reductie doelstelling in 2010 was dat Alstom Transport in Europa voor 2014 vijf rangeerlocomotieven zou vervangen door hybride rangeerlocomotieven. Dit doel is bereikt omdat sinds begin 2012 zijn er 5 hybride locomotieven ingezet bij de Mitteldeutsche Eisenbahn.

57-10027 V2.1


Blz 20/31

TRANSPORT Product Spoorwegmaterieel De technologie die wordt toegepast in de hybride rangeerlocomotief is mogelijk ook toepasbaar in andere krachtvoertuigen die worden gebruikt voor bijvoorbeeld spooronderhoud. Net als bij rangeer locomotieven zijn dit soort krachtvoertuigen niet de volledige tijd aan het werk, maar staan ze regelmatig stationair te draaien. Het gaat om bijvoorbeeld: •

Ballastafwerk Machines

•

Stopmachines

•

Meettreinen

•

MFS-wagons

•

Kettinghor

•

Krol (Spoorkraan)

•

Overige speciale werkvoertuigen

Deze potentiële kans dient verder onderzocht te worden. Dit zou bijvoorbeeld kunnen door aan te sluiten bij het initiatief van VolkerRail om binnen de branche samen te werken om de CO2-emissie van dit type voertuigen te reduceren.

Reductiedoelstelling: In 2013 onderzoek doen naar de mogelijkheid om hybride technologie toe te passen in andere krachtvoertuigen dan rangeer locomotieven.

57-10027 V2.1


Blz 21/31

TRANSPORT

4 DISCUSSIE Er zijn ook in deze versie 2.1 van de ketenanalyse nog onzekerheden in de gebruikte data. De metingen die bij de Mitteldeutsche Eisenbahn zijn uitgevoerd hebben er voor gezorgd dat de grootste bron van de emissies, het brandstofverbruik tijdens de gebruiksfase, een stuk betrouwbaarder zijn geworden. De bronnen van de overige emissiebronnen zijn nog steeds beperkt, en de informatie is in veel gevallen gebaseerd op waardes vanuit de EcoInvent 2.0 database en interviews. De data onzekerheden, oftewel de onzekerheden binnen de gebruikte gegevens van EcoInvent is relatief laag, aangezien de kengetallen binnen de EcoInvent database gebaseerd zijn op relatief betrouwbare literatuur. Echter zijn er in sommige gevallen zijn er noodgedwongen schattingen gemaakt: Voor de productie van de batterijen wordt er gebruik gemaakt van informatie van de leverancier. De leverancier geeft aan dat de informatie gebaseerd is op kleine enkele cellen en dat randprocessen niet zijn meegenomen. Er is uitgegaan van een productie in Duitsland met een hoge mate van hergebruik. Om het inzicht in de productie van de batterijen te blijven verbeteren zal Alstom Transport blijven samenwerken met de leverancier om deze gegevens aan te vullen. De informatie over de batterij-cellen is aangevuld met een inschatting van de overige materialen in de batterij-trays. De invloed hiervan is verwaarloosbaar ten opzichte van de uitstoot van de cellen en eventuele onzekerheden in deze inschatting heeft naar verwachting geen invloed op de uitkomst van de analyse. Voor de productie van de dieselmotoren is er gebruik gemaakt van een schatting in de gebruikte materialen van de dieselmotor. Op basis van deze schatting is er data uit de EcoInvent database gebruikt voor de berekeningen. De werkelijke CO2-uistoot kan dan ook afwijken van de gekozen waarde. Echter, aangezien de belangrijkste conclusies gebaseerd zijn op de ‘orde van grootte’ van de resultaten en niet op zeer specifieke CO2-uitstoot gegevens hebben de onder??? zekerheden naar verwachting geen invloed op de conclusies van deze analyse. Met betrekking tot het reductiepotentieel zijn schattingen gemaakt voor het vervangingspotentieel van de hybride rangeerlocomotieven. Dit is omdat het onbekend was hoeveel rangeerlocomotieven waren te vervangen door hybride rangeerlocomotieven doordat de activiteiten niet 100% duidelijk zijn. Tot slot zijn niet alle processen binnen de keten meegenomen. De afvalverwerking fase viel niet onder het bereik van dit onderzoek. Hier kan een verschil in uitstoot zitten tussen de verwerking van de verschillende onderdelen. In een vervolg onderzoek zou hier inzicht in kunnen worden gegeven.

57-10027 V2.1


Blz 22/31

TRANSPORT

5 CONCLUSIE Het doel van dit onderzoek is om meer inzicht te krijgen in de CO2-uitstoot die in scope 3 valt. Dit is gedaan door een vergelijking te trekken tussen een hybride- en een reguliere locomotief tijdens de toeleveringsketen van de voornaamste onderdelen en de gebruikersfase. Over de gehele levensduur genomen stoot de hybride rangeerlocomotief 2.000 ton CO2 minder uit dan de reguliere rangeerlocomotief. De uitstoot van Alstom Transport BV bedroeg 1.315 ton CO2 in 2009. De gerealiseerde reductie in scope 3 emissies door de productie van 1 rangeerlocomotief ligt daarmee in de orde grootte van de scope 1 en 2 emissies van een geheel jaar en is daarmee significant te noemen. Alstom Transport heeft het doel om 5 hybride rangeerlocomotieven voor 2014 op de markt te hebben gebracht reeds gehaald. Dit brengt een reductie van 10.000 ton CO2 in scope 3. De komende jaren zullen er meer hybride locomotieven worden geleverd en zal deze Scope 3 reductie verder oplopen. Door actief te communiceren over de reductiepotentie van de hybride locomotief richting opdrachtgevers wordt het bewustzijn in de keten over de mogelijke besparingen verhoogd. Door samen met de producent van de batterijen te zoeken naar meer informatie over de uitstoot van de productiefase van de loc en te zoeken naar alternatieven zal Alstom Transport de uitstoot ten gevolge van de productie van batterijen naar verwachting met 5% verminderen in 2014. Het nieuwe inzicht in de uitstoot tijdens productie van batterijen laat zien dat onder andere het recyclen van materialen uit de batterijen en het toepassen van een efficiënt productieproces waarschijnlijk een zeer grote positieve invloed heeft op de CO2-uitstoot. Verdere verbetering van het productieproces, door recycling en gebruik van duurzame energie, kan deze uitstoot nog verder terugdringen.

57-10027 V2.1


Blz 23/31

TRANSPORT

6 BRONVERMELDING [GHG, 2004] The Greenhouse Gas Protocol, A corporate Accounting and Reporting Standard, revised edition. [SKAO, 2012] Handboek CO2-prestatieladder, versie 2.1, SKAO, 18 juli 2012, [Simapro, 2008] M. Goedkoop, A. de Schrijver, M. Oele ‘Introduction to LCA with SimaPro 7’, Pré Consultants, februari 2008 [Brask-Klapwijk et al] http://www.vssd.nl/hlf/b002.htm / druk Heruitgave (digitaal boek) R.M. Bras-Klapwijk, R. Heijungs & P. van Mourik Nederlands - Levenscyclusanalyse voor onderzoekers, ontwerpers en beleidsmakers, 2009 [EcoInvent, 2010] Ecoinvent database, 2010 [Alstom Transport, 2010] Interviews met de project manager. [Argonne, 2010] Argonne National Laboratory, A Review of Battery Life-Cycle Analysis: State of Knowledge and Critical Needs, 1-10-2010. [Europese Commissie, 2011] European Commission, Comparative Life-Cycle Assessment of nickelcadmium (NiCd) batteries used in Cordless Power Tools (CPTs) vs. their alternatives nickel-metal hydride (NiMH) and lithium-ion (Liion) batteries, 15-12-2011.

57-10027 V2.1


Blz 24/31

TRANSPORT

BIJLAGE I: DATA UIT SIMAPRO Figuur 1 CO2-uitstoot tijdens de productie van gietijzer.

57-10027 V2.1


Blz 25/31

TRANSPORT

Figuur 2: CO2-uitstoot tijdens de bewerking van staal

57-10027 V2.1


Blz 26/31

TRANSPORT

Figuur 3: CO2-uitstoot tijdens de productie van koper 57-10027 V2.1


Blz 27/31

TRANSPORT

57-10027 V2.1


Blz 28/31

TRANSPORT

Figuur 4: CO2-uitstoot tijdens de bewerking van koper

57-10027 V2.1


Blz 29/31

TRANSPORT Figuur 5: CO2-uitstoot tijdens de productie van aluminium

57-10027 V2.1


Blz 30/31

TRANSPORT

Figuur 6: CO2-uitstoot tijdens de bewerking van aluminium

57-10027 V2.1


Blz 31/31

KETENANALYSE HYBRIDE RANGEERLOCOMOTIEF; TOEPASSING BIJ RANGEERACTIVITEITEN

Recommend Documents