Project

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Sustainability assessment of the CO2 methanation value chain: environmental impacts and socio-economic drivers and barriers

English title Sustainability assessment of the CO2 methanation value chain: environmental impacts and socio-economic drivers and barriers
Applicant Carabias Vicente
Number 153944
Funding scheme NRP 70 Energy Turnaround
Research institution Institut für Nachhaltige Entwicklung Zürcher Hochschule Winterthur ZHAW
Institution of higher education Zurich University of Applied Sciences - ZHAW
Main discipline Other disciplines of Environmental Sciences
Start/End 01.11.2014 - 31.01.2018
Approved amount 212'286.00
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All Disciplines (3)

Discipline
Other disciplines of Environmental Sciences
Science of management
Sociology

Keywords (7)

Sustainability Assessment; CO2 Methanation; Production of Hydrogen; Power to Gas; System Models; Multi-Criteria-Decision-Analysis MCDA; Life Cycle Assessment LCA

Lay Summary (German)

Lead
In diesem Projekt wird die Methanisierung von Kohlendioxid (CO2) in Bezug auf Nachhaltigkeitsaspekte analysiert und beurteilt. Dabei wird die ganze Wertschöpfungskette untersucht: von der Wasserstoffherstellung aus photochemischer Wasserspaltung (Partnerprojekt 1), durch die katalytische Methanisierung von CO2 aus der Zementindustrie mit erneuerbarem Wasserstoff (Partnerprojekt 2), bis zur Anwendung des generierten Methans als Brennstoff für die Strom- und Wärmeerzeugung in neuartigen stationären und mobilen Brennstoffzellen (Partnerprojekte 3 und 4).
Lay summary

Ziele des Forschungsprojekts

Das Ziel dieses Projekts ist eine umfassende Nachhaltigkeitsbeurteilung der CO2-Methanisierung über die gesamte Wertschöpfungskette. Folgende Fragen sollen beantwortet werden:

  • Wie gross ist das CO2-Reduktionspotenzial durch Methanisierung des in der Zementindustrie anfallenden CO2?

  • Welches sind die ökonomischen und ökologischen Vor- und Nachteile der Nutzung von synthetisch hergestelltem Wasserstoff/Methan im Vergleich zu anderen Brennstoffen?

  • Wie kann die Akzeptanz der Wasserstoffproduktion sichergestellt werden?

  • Wie unterscheidet sich die Nutzung von methanisiertem CO2 gegenüber der direkten Anwendung von Solarstrom?

Die Technologiebeurteilung wird anhand ökologischer, sozialer und ökonomischer Nachhaltigkeitsindikatoren erfolgen. Die Umweltauswirkungen werden mit einer Ökobilanz (LCA) gemäss ISO 14040 quantifiziert und mit einem Set an Wirkungsabschätzungsmethoden, wie z.B. derjenigen der ökologischen Knappheit oder dem Treibhauspotenzial gemäss IPCC 2013, beurteilt. Dabei fliessen die Ergebnisse aus den vier Partnerprojekten in die Nachhaltigkeitsmodellierung mit ein.

 

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Das Projekt bietet eine integrative Perspektive zur Nachhaltigkeit der vier Partnerprojekte. Es wird die Potenziale der Methanisierung von CO2 aufzeigen, aber auch technische, wirtschaftliche, ökologische und gesellschaftliche Herausforderungen dieser Technologie.

Die Resultate dieser Studie werden es Entscheidungsträgern ermöglichen, sich eine Meinung zu den untersuchten Technologien hinsichtlich potenzieller Beiträge an eine nachhaltige Entwicklung sowie an die Energiewende zu bilden.

Direct link to Lay Summary Last update: 23.10.2014

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
A Cost Estimation for CO2 Reduction and Reuse by Methanation from Cement Indus-try Sources in Switzerland
Baier Jens, Schneider Gabriel, Heel Andre (2018), A Cost Estimation for CO2 Reduction and Reuse by Methanation from Cement Indus-try Sources in Switzerland, in Front. Energy Res., 6(5), 1-9.
Report: Definition of Indicators and Evaluation of Reference Values
Roth Raoul (2015), Report: Definition of Indicators and Evaluation of Reference Values, ZHAW, Winterthur.
Student Thesis: A Social Life Cycle Analysis in the Subproject 1
Podzorski Urs (2015), Student Thesis: A Social Life Cycle Analysis in the Subproject 1, ZHAW, Winterthur.
Student Thesis: Social LCA für die Brennstoffzelle der Hexis AG (in German)
Mühlematter Fabian, Fusina Stefan (2015), Student Thesis: Social LCA für die Brennstoffzelle der Hexis AG (in German), ZHAW, Winterthur.
Student Thesis: Social-LCA of NRP70: Subprojects PEC hydrogen production and PEM fuel cell
Schwarz Jean-Marc (2015), Student Thesis: Social-LCA of NRP70: Subprojects PEC hydrogen production and PEM fuel cell, ZHAW, Winterthur.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
ZHAW Institute of Sustainable Development (INE) Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Industry/business/other use-inspired collaboration
ecoinvent Centre Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Industry/business/other use-inspired collaboration
SVGW Schweiz. Verein des Gas- und Wasserfaches Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Industry/business/other use-inspired collaboration
ZHAW Institute of Natural Resource Sciences (IUNR) Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Industry/business/other use-inspired collaboration
Prof. Dr. Markus Friedl / University of Applied Sciences Rapperswil Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
ZHAW Centre for Product and Process Development (ZPP) Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Industry/business/other use-inspired collaboration
Holcim (Schweiz) AG Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Industry/business/other use-inspired collaboration

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
Life Cycle Management Conference 2017 Talk given at a conference Synthetic Power-to-Gas Methane as Fuel for Transportation - Life Cycle Environmental Impacts of the PtG Methane Supply Chain Powered by Renewable Electricity 04.09.2017 Luxembourg, Luxembourg Stucki Matthias; Kreuzer Sarah;
66. LCA Discussion Forum «Mobility Solutions» Talk given at a conference Environmental impacts of the CO2 methanation value chain 30.08.2017 Zürich, Switzerland Stucki Matthias; Kreuzer Sarah;
Site Visit Steering Committee of NRP70 Talk given at a conference NRP70, Sustainability assessment of the CO2 methanation value chain: environmental impacts, and socio-economic drivers and barriers 26.11.2015 Winterthur, Switzerland Stucki Matthias; Zipper Christian; Kreuzer Sarah; Schneider Gabriel; Lopez de Obeso Luis; Burri Adrian; Carabias Vicente;
NRP70 Kick-off Meeting Poster Joint project: CO2 Reduction & Reuse – Renewable Fuels for Efficient Electricity Production 24.04.2015 Lucerne, Switzerland Carabias Vicente; Stucki Matthias; Anniballo Rino;
Umbrella Meeting March 2015 Talk given at a conference Umbrella Meeting, Subproject 5 Sustainability assessment of the CO2 methanation value chain: environmental impacts and socio-economic drivers and barriers 03.03.2015 Winterthur, Switzerland Carabias Vicente; Burri Adrian; Kreuzer Sarah; Zipper Christian; Schneider Gabriel; Stucki Matthias; Anniballo Rino; Lopez de Obeso Luis;
Umbrella Pre-Meeting: 26.2.2014 Talk given at a conference Umbrella Meeting, Subproject 5 Sustainability assessment of the CO2 methanation value chain: environmental impacts and socio-economic drivers and barriers 03.03.2015 Winterthur, Switzerland Burri Adrian; Kreuzer Sarah; Zipper Christian; Anniballo Rino; Stucki Matthias; Carabias Vicente;


Knowledge transfer events



Self-organised

Title Date Place
Sustainability Assessment of the CO2-Methanation Value Chain 31.01.2018 Winterthur, Switzerland

Communication with the public

Communication Title Media Place Year
Media relations: print media, online media Das Klimaschutz-Potenzial von synthetischem Methan als Treibstoff IUNRintern German-speaking Switzerland 2017

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
178679 The Art of Living the Good Life: A Personalized Exhibition Presenting the Impact of Individual Lifestyles on the Environment 01.04.2018 Agora

Abstract

This project aims at evaluating the sustainability of the joint project’s “Reduction and reuse of CO2” value chain, i.e. the carbon dioxide methanation value chain - from the production of hydrogen through photoelectrochemical (PEC) water splitting (partner project 2), through the methanation of carbon dioxide from the cement industry with renewable hydrogen using a catalyst (partner project 1), to using the methane generated as fuel for electricity generation in novel stationary and mobile fuel cells (partner projects 3 and 4). Achieving the potential benefits of such a hydrogen/methane system requires careful integration of production, storage and end-use components with minimised cost and maximised efficiency, and a strong understanding of environmental impacts and opportunities. System models combined with comprehensive sustainability assessments, including life cycle assessments and technology assessments, provide a platform for comparisons of energy systems for specific applications. Environmental, economic and social benefits and drawbacks will be demonstrated for the different technologies mentioned above along the value chain.
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