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Designing pathways for net-zero greenhouse gas emission plastics with life cycle optimization = Wege für klimaneutrale Kunststoffe auf Basis der Lebenszyklusoptimierung
2022
Dissertation, RWTH Aachen University, 2022
Druckausgabe: 2022. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak04
Hauptberichter/Gutachter
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Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2022-08-22
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2022-09465
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/854314/files/854314.pdf
Einrichtungen
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
chemicals (frei) ; circular economy (frei) ; life cycle assessment (frei) ; net-zero greenhouse gas emissions (frei) ; plastics (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
Kunststoffe erobern immer mehr Bereiche des modernen menschlichen Lebens, führen aber zu einer zunehmenden Verschmutzung der Natur, einem enormen Ölverbrauch und einem massiven Ausstoß von Treibhausgasemissionen. Um den Temperaturanstieg von mehr als 1,5 Grad Celsius zu verhindern, müssen deshalb in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts ”net-zero” Kunststoffe ermöglicht werden. Um Treibhausgasemissionen von Kunststoffen zu reduzieren, können die neuen Kreislauftechnologien (1) chemisches oder mechanisches Recycling, (2) Kohlenstoffabscheidung und -nutzung und (3) Biomassenutzung eingesetzt werden. Die derzeitige Literatur, die diese Kreislauftechnologien bewertet, konzentriert sich jedoch auf einzelne oder nur teilweise kombinierte Kreislauftechnologien, ist regional begrenzt, oder wendet oft inkonsistente Methoden an. Daher ist es derzeit unklar, ob ”net-zero” Emissionen bei Kunststoffen mit den neuen Kreislauftechnologien tatsächlich erreicht werden können. Um die Möglichkeit von ”net-zero” Kunststoffen zu analysieren, wird in dieser Arbeit das erste globale, branchenweite und systematische ”bottom-up” Modell für die Produktion und die Abfallbehandlung von Kunststoffen entwickelt und verwendet. Dieses Modell deckt die globalen Treibhausgasemissionen von 90% der weltweiten Kunststoffe ab. Die Anwendung zeigt, dass Kunststoffe mit ”net-zero” Emissionen durch die Kombination von Biomasse- und CO2-Nutzung mit einer effektiven Recyclingrate von 70% erreicht werden können, während bis zu 53% Energie und 288 Milliarden USD im Vergleich zu einem fossilen Benchmark mit groß angelegter Kohlenstoffabscheidung und -speicherung eingespart werden können. Um das volle Potenzial an Energie- und Kosteneinsparungen auszuschöpfen und gleichzeitig ”net-zero” Emissionen zu erreichen, muss die Versorgung mit Biomasse und CO2 zu niedrigen Kosten erfolgen, während die Kosten für die Ölförderung und -bereitstellung erhöht werden müssen. Dazu müssen die Investitionsbarrieren für alle verfügbaren Kreislauftechnologien gesenkt werden, indem konsequente Emissionspreisregelungen eingeführt werden, Pfandsysteme für Kunststoffe gefördert werden, und die Subventionierung fossiler Ressourcen eingestellt wird. Diese Arbeit zeigt also, dass das Problem der Treibhausgasemissionen von Kunststoffen mit bereits heute verfügbaren Technologien und Ansätzen gelöst werden kann.Plastics are on the rise to conquer every area of modern human life but lead to increased pollution of nature, enormous oil consumption, and large-scale greenhouse gas emissions. Thus, to avoid climate change above 1.5◦C, net-zero greenhouse gas emission plastics are needed by the second half of this century. To reduce the greenhouse gas emissions associated with plastics, three circular technologies can be used: (1) chemical or mechanical recycling, (2) carbon capture and utilization, and (3) biomass utilization. However, current environmental assessments of these circular technologies focus solely on individual or partly combined circular technologies, are limited to regional scopes, and often apply inconsistent methodologies. Thus, it is currently unclear if net-zero emission plastics can actually be achieved with the current set of circular technologies. Furthermore, shifting from the linear to a circular economy is regarded as energy-intensive and costly, hindering strong policy implementation from fostering the transition to a circular economy. To assess if net-zero emission plastics can actually be achieved, this thesis builds and uses the first global, industry-wide and systematic bottom-up model for plastics production and waste treatment, representing the global life cycle greenhouse gas emissions of 90% of global plastic production. Using that model reveals that net-zero emission plastics can be achieved by combining biomass and CO2 utilization with an effective recycling rate of 70% while saving up to 53% of energy and 288 billion USD compared to a fossil-based benchmark applying large-scale carbon capture and storage. Achieving the full potential of energy and cost savings while achieving net-zero emissions requires the supply of biomass and CO2 at a low cost, while the cost of oil supply must be increased. To incentivize this shift, investment barriers for all available circular technologies have to be lowered by implementing consistent emission pricing schemes, using deposit systems for plastics to increase recyclability and stopping to subsidize fossil resources. Thus, this thesis shows that the greenhouse gas emission problem of plastics can be solved with technologies and solutions already available today.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book
Format
online, print
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT021574648
Interne Identnummern
RWTH-2022-09465
Datensatz-ID: 854314
Beteiligte Länder
Germany
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