Dombret-Promotionspreis für Arbeit über Entwicklungen von klimaschonenden Technologien
Dr. Moritz Gutsch erhielt im Mai für seine Dissertation „Co-Assessment of Costs and Environmental lmpacts for Low and Negative Carbon Dioxide Technologies“ den Dr. Andreas Dombret Promotionspreis. Die mit 2.000€ dotierte Auszeichnung würdigt in besonderer Weise die Verbindung theoretischen Wissens und wirtschaftlicher Praxis. In seiner Arbeit am Institut für betriebswirtschaftliches Management im Fachbereich Chemie und Pharmazie entwickelte Moritz Gutsch Methoden zur kombinierten Bewertung von Kosten, CO2 Emissionen und weiteren Umweltkategorien von Lithium-Ionen-Batterien sowie Direct Air Carbon Capture System. Hiermit leistet er einen wertvollen Beitrag zur Entwicklung von klimaschonenden Technologien.
Wir freuen uns, dass wir nach dem Interview mit Stifter Dr. Andreas Dombret nun auch Dr. Moritz Gutsch für einen Beitrag gewinnen konnten. Darin fasst er für uns zusammen, worum es in seiner ausgezeichneten Arbeit geht:
Die Begrenzung des Klimawandels, der durch die Emission von Treibhausgasen wie Kohlendioxid (CO2) verursacht wird, ist aus wirtschaftlichen, ökologischen und sozialen Gründen entscheidend. Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) spielen eine zentrale Rolle bei der Elektrifizierung des Mobilitätssektors und bei der Energiespeicherung von erneuerbaren Energiequellen wie Windkraft und Photovoltaik (PV). Die Nachfrage nach LIBs in stationären und Mobilitätsanwendungen hat rapide zugenommen, nicht ohne Umweltprobleme. Damit eine kohlenstoffarme Zukunft gelingen kann, sollten mehrere Technologien gleichzeitig entwickelt und eingeführt werden. Die direkte Kohlenstoffabscheidung und -speicherung in der Luft (Direct Air Carbon Capture and Storage, DACS), eine Technologie, bei der CO2 aus der Umgebungsluft abgesaugt und unterirdisch mineralisiert wird, verspricht einen (teilweisen) Ausgleich der aktuellen und eine Umkehrung der historischen CO2-Emissionen. Um strategische Entscheidungen zu treffen und Technologien zu verbessern, sollten Technologien durch eine kombinierte Bewertung von Kosten und Umweltauswirkungen untermauert werden. Bei Produkten oder Dienstleistungen können Kostenmodelle über wirtschaftliche Aspekte informieren, während Lebenszyklusanalysen (LCA) zur Quantifizierung der Umweltauswirkungen verwendet werden.
Die Arbeit schließt mehrere Lücken in der Literatur und liefert eine kombinierte Kosten- und Ökobilanz für die gesamte LIB-Wertschöpfungskette, von der Synthese des aktiven Kathodenmaterials bis zur Zellherstellung und dem Recycling. Darüber hinaus wird eine kombinierte Kosten- und Ökobilanz für ein netzunabhängiges DACS, dass durch ein PV-System mit LIB-Speicher betrieben wird, erstellt. Die Kosten- und Umweltbewertung wird verwendet, um die optimale PV-Leistung und LIB-Speicherkapazität für die niedrigsten Kosten oder Umweltauswirkungen auszuwählen.
Die Arbeit zeigt, dass die Herstellung von LIB-Zellen mit hochnickelhaltigem Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC811) als aktivem Kathodenmaterial $ 94,4 je kWh kostet, einen Kohlenstoff-Fußabdruck von 74,4 kg CO2eq je kWh hat. Der Materialverbrauch trägt am meisten zu den Kosten und globalen Umweltauswirkungen bei. Der Energiebedarf ist für einen Großteil der CO2-Emissionen verantwortlich. Das Recycling von LIBs erhöht die Kosten und Umweltauswirkungen um 5-10%. Einschließlich der Gutschriften für recyceltes Material reduziert das Recycling jedoch die globalen Umweltauswirkungen und Kosten um 50 %. Die Verwendung von kohlenstoffarmer Energie bei der Herstellung von LIBs verringert den CO2-Fußabdruck. Recycling ist hingegen am effektivsten, um Kosten und globale Umweltauswirkungen zu reduzieren.
Für ein DACS mit einer Auslegungskapazität von 100.000 tCO2 je Jahr in Arizona (USA) werden die niedrigsten Nettokosten für die dauerhafte Entfernung von 1 tCO2 aus der Atmosphäre mit einem 90 MWp-PV-System und 300 MWh LIB-Speicher erzielt. Die Kosten belaufen sich auf $ 717 netto entfernter Tonne CO2. Die Effizienz der CO2-Entfernung liegt bei 87,6 % und die DACS-Auslastung bei 91 %. In einem optimierten Szenario werden mit einem 50 MWp-PV-System und 160 MWh LIB-Speicher Kosten von weniger als 300 $ je tCO2 netto erzielt.
Eine Ausweitung der gemeinsamen Bewertung von Kosten und Umweltauswirkungen auf andere schnell wachsende Technologien mit niedrigen oder negativen Emissionen, z. B. Offshore-Wind und Wasserstoff, sollte durch die vorliegende Arbeit angeregt werden. Darüber hinaus könnte die vorliegende Arbeit als Ausgangspunkt für die Verankerung der gemeinsamen Bewertung von Kosten und Umweltauswirkungen in der strategischen Managementlehre dienen.
Links zur Meldung:
Dr. Andreas Dombret Promotionspreis
Interview mit Prof. Dr. Dombret
Der aktuelle Dombret-Promotionspreisträger Dr. Moritz Gutsch
Stifter Dr. Andreas Dombret (links) war persönlich vor Ort, um gemeinsam mit dem Dekan Prof. Dr. Thomas Langer (rechts) zu gratulieren.
Fotos: Victoria Hoch