Development of a CO$_{2}$e quantification method and of solutions for reducing the greenhouse gas emissions of construction machines = Entwicklung einer CO$_{2}$e Quantifizierungsmethode und von Lösungen zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen in Baumaschinen

Motiviert durch die globale Erwärmung konzentriert sich diese Arbeit auf die Entwicklung einer Quantifizierungsmethode für Treibhausgas (CO$_{2}$e) Emissionen von Baumaschinen. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, welche identifizierte Forschungslücken schließt, die durch die Analyse von Maßnahmen aus unterschiedlichen Industrien und von existierenden CO$_{2}$ Quantifizierungsmethoden abgeleitet worden sind. Dabei berücksichtigt die Methode mit Hilfe von Einflussfaktoren aus sechs Säulen CO$_{2}$e Reduktionspotentiale, welche lauten: Maschineneffizienz, Prozesseffizienz, Energieträger, Betriebseffizienz, Materialeffizienz und CO$_{2}$e Abscheidung und Lagerung. ... mehrDurch den Einsatz der Methode auf repräsentative Bauanwendungen für Europa für drei Zeitschienen Vergangenheit-Gegenwart-Zukunft wird gezeigt, dass diese für beliebige Bauanwendungen und Zeitschienen anwendbar ist. Beim Vergleichen der Ergebnisse aus zwei Zeitschienen ist es möglich die Reduktion oder Steigerung an Treibhausgasemissionen zu erfassen. Am Beispiel von ausgewählten Baumaschinen wird gezeigt, dass die Methode gültig ist und damit Aussagen über bestimmten CO$_{2}$e Reduktionsmaßnahmen ermöglicht werden. Zum Schluss werden Transformationslösungen vorgeschlagen, um die Treibhausgasemissionen von Baumaschinen zu reduzieren. Dabei wird flüssiges Methan als alternativer Energieträger vorgeschlagen, der die CO$_{2}$e Emissionen bis zu 84 % reduzieren kann. Die zusätzliche Kombination mit einem Brennstoffzellenantrieb können die CO$_{2}$e Emission bis zu 89 % reduzieren. Als dritte Lösung wird der Einsatz eines CO$_{2}$ Abscheide- und Speichersystems vorgeschlagen, welches die CO$_{2}$e Emissionen von fossilen Diesel bis zu 82 % reduziert. Durch Kombination der drei vorgeschlagenen Lösungen wird aus der mobilen Arbeitsmaschine eine Maschine, welche die Atmosphäre von Treibhausgas reinigt, da negative CO$_{2}$e Emissionen damit entstehen.

Motivated by global warming, this thesis focuses on the development of a quantification method for greenhouse gas (CO$_{2}$e) emissions from construction equipment. This thesis presents a method that closes identified research gaps derived from the analysis of measures from different industries and from existing CO$_{2}$ quantification methods. The method considers CO$_{2}$e reduction potentials through influencing factors from six pillars: Machine efficiency, process efficiency, energy source, operating efficiency, material efficiency and CO$_{2}$e capture and storage. ... mehrApplying the method to representative construction applications for Europe in the timeline past - present - future, demonstrate that the method can be applied to any construction application and to any timeline. By comparing the results from two timelines, it is possible to quantify the reduction or increase of greenhouse gas emissions. On the example of selected construction machineries, it is shown that the method is valid and thus allows for making statements about certain CO$_{2}$e reduction measures. Finally, transformation solutions are proposed to reduce greenhouse gas emissions from construction machinery. Liquid methane is proposed as an alternative energy source, which is able to reduce CO$_{2}$e emissions by up to 84 %. Its combination with a fuel cell drive can reduce CO$_{2}$e emissions by up to 89 %. As a third solution, the use of a CO$_{2}$ capture and storage system is proposed, which reduces CO$_{2}$e emissions from fossil diesel up to 82 %. The combination of the three proposed solutions transforms mobile machines into machines that cleanse the atmosphere of greenhouse gases, as negative CO$_{2}$e emissions are generated.