ETH-NSSI. Nachhaltigkeitsanalyse der industriellen Zuckerproduktion. Projektbericht

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1 ETH-NSSI Projektbericht Autoren: Andy Spörri, Catharina Bening & Roland W. Scholz ETH Zürich, Institut für Umweltentscheidungen (IED), Natural and Social Science Interface (NSSI) Universitätstrasse 22, CH-8092 Zürich Nachhaltigkeitsanalyse der industriellen Zuckerproduktion Vergleich der Produktion von Schweizer Rübenzucker und Brasilianischem Rohrzucker

2 Nachhaltigkeitsanalyse der industriellen Zuckerproduktion Eckdaten zur vorliegenden Studie Auftraggeber Zuckerfabriken Aarberg und Frauenfeld AG (ZAF) Strategische Projektbegleitung Josef Arnold (Direktor) Fritz Blaser (Rübenmanagement) Thomas Frankenfeld (Werksleitung Aarberg) Dr. Joachim Pfauntsch (Werksleitung Frauenfeld) Andreas Brechbühl (Leitung Technisches Büro) Operative Begleitung Andreas Brechbühl Auftragnehmer ETH Zürich, Natural and Social Science Interface (NSSI) Vorsteher: Prof. Dr. Roland W. Scholz Strategische Projektleitung Dr. Andy Spörri (Oberassistent) Prof. Dr. Roland W. Scholz Projektbearbeitung Dr. Andy Spörri Dr. Catharina Bening Externe Begutachtung (Ökobilanz) Thomas Kägi (Carbotech AG, Basel)

3 Inhalt Inhalt 1 Einleitung Ausgangslage & Projekthintergrund Auftragsbeschreibung Bewertungskonzept Organisation der Projektbearbeitung Fallbeschreibung Versorgungskette Schweizer Rübenzucker Versorgungskette Brasilianischer Rohrzucker Ökologie Die Methode der Ökobilanz (LCA) Sachinventar (Ökoinventar/Datengrundlage) Resultate & Diskussion Kurzes Zwischenfazit Ökonomie Die Methode der Lebenszykluskosten (LCC) Datengrundlage Resultate Kurzes Zwischenfazit Soziales Die Methode der sozialen Lebenszyklusanalyse (S-LCA) Datengrundlage Resultate & Interpretation Kurzes Zwischenfazit Zusammenfassung & Gesamtfazit Zusammenfassung der einzelnen Module Schlussfolgerungen aus einer integrativen Nachhaltigkeitsperspektive Methodische Diskussion Weiterer Untersuchungsbedarf Literaturverzeichnis... 40

4 Nachhaltigkeitsanalyse der industriellen Zuckerproduktion

5 1 Einleitung 1 Einleitung 1.1 Ausgangslage & Projekthintergrund Die Produktion von Zucker hat eine lange historische Tradition. Bereits 600 n. Chr. wurde in Persien eine Methode entwickelt, welche die Herstellung von Zucker auf Basis des Zuckerrohrs ermöglichte. Zu dieser Zeit und auch lange Zeit danach war Zucker ein Luxusprodukt, welches hauptsächlich in Küchen der Oberschichten verwendet wurde. Gesüsste Speisen galten als Statussymbol, das es gestattete, an der Süsse der Tafel den gesellschaftlichen Rang abzulesen. Der Zucker verlor seine Exklusivität erst, als nach Entdeckung des hohen Zuckergehalts in der Runkelrübe (Andreas Sigismund Marggraf im Jahre 1747) und dem Bau der weltweit ersten Rübenzuckerfabrik in Cunern/Schlesien der Rübenzucker in Konkurrenz zum Rohrzucker trat. Der damit einhergehende Konkurrenzkampf sorgte für einen drastischen Preiszerfall, womit sich Zucker zu einem täglichen Bedarfsgut für die breite Bevölkerung entwickelte. Heutzutage werden jedes Jahr weltweit insgesamt rund 150 Mio. Tonnen Zucker produziert und auf den verschiedensten Märkten der Welt angeboten. Drei Viertel dieser Gesamtproduktion werden auf Basis des Zuckerrohrs als Ausgangsmaterial hergestellt. Die sechs grössten Zuckerproduzenten weltweit sind Brasilien (33.6 Mio. t), Indien (28.8 Mio. t), die EU (17.0 Mio. t), China (16.1 Mio. t), Thailand (8.1 Mio. t) und die USA (7.5 Mio. t). Auch in der Schweiz wird seit der Inbetriebnahme der Zuckerfabrik in Aarberg im Jahre 1913 und demjenigen in Frauenfeld (1963) Zucker auf Basis der Zuckerrübe produziert. Diese bewegte sich in den vergangenen Jahren im Bereich von jährlich 0.25 Mio. t. In der Schweiz steht die Zuckerproduktion (insbesondere der landwirtschaftliche Rübenanbau) im Spannungsfeld verschiedener gesellschaftlicher Ansprüche an die Landwirtschaft, die in Artikel 104 der Schweizerischen Bundesverfassung [1] und in den laufend aktualisierten Agrarpolitik festgehalten sind [2]. Gemäss diesen Vorgaben soll die Landwirtschaft durch eine nachhaltige und auf den Markt ausgerichtete Produktion einen wesentlichen Beitrag leisten zur:» Sicheren Versorgung der Bevölkerung;» Erhaltung der natürlichen Lebensgrundlagen und zur Pflege der Kulturlandschaft;» Dezentralen Besiedlung des Landes. Bis in die 1970er bzw. 1980er Jahre stand die Versorgungssicherheit der Schweizer Bevölkerung auf Basis von inländisch produzierten Agrargütern im Vordergrund. Infolge der zunehmenden Liberalisierung der Märkte für landwirtschaftliche Produkte seit den 90er Jahren und der Globalisierung des Handels steht Schweizer Zucker heute in verstärkter Konkurrenz mit ausländischem Rohrzucker aus Übersee, wodurch der öffentliche Druck auf die staatlich gestützte, inländische Zuckerproduktion massiv zunahm. Bis anhin gibt es jedoch keine umfassenden, vergleichenden Bewertungen zwischen der einheimischen Produktion von Rübenzucker und entsprechenden alternativen Rohrzuckerproduktionen in Übersee, welche adäquate Informationen über die Sinnhaftigkeit der einheimischen Zuckerproduktion im Vergleich zum Import von Übersee-Zucker liefern und zur Unterstützung von agrarpolitischen Entscheidungen herangezogen werden können. Für eine solche Bewertung ist es zentral, dass (i) äquivalent produzierte Zucker aus unterschiedlichen Gebieten, die potentiell auch einen bedeutenden Anteil zur Deckung der Schweizerischen Nachfrage ausmachen (d.h. umfangreiche, industrielle Produktion), (ii) neben klimawirksamen Emissionen bzw. Gesamtumweltbelastungen auch weitere wesentliche Bewertungsdimensionen der Nachhaltigkeit, und (iii) die Bewertungsresultate unter Berücksichtigung sowohl von Datenunsicherheiten und Sensitivitäten gegenüber unterschiedlich auslegbaren methodischen Annahmen, berücksichtigt werden. 1

6 Nachhaltigkeitsanalyse der industriellen Zuckerproduktion 1.2 Auftragsbeschreibung Zielsetzungen der Studie Aus dem Hintergrund der obig skizzierten Situation wurde seitens der Zuckerfabriken Aarberg und Frauenfeld AG (ZAF) die folgende Hauptzielsetzung für die vorliegende Studie festgelegt:» Durchführung eines fairen Vergleichs der industriellen Produktion von weissem Schweizer Rübenzucker und aus Übersee importiertem, weissem Rohrzucker aus einer Nachhaltigkeitsperspektive unter Berücksichtigung der drei Dimensionen Ökologie, Ökonomie und Soziales. Bei der Analyse der ökologischen Nachhaltigkeitsdimension sind die folgenden Teilzielsetzungen von spezifischem Interesse:» Berücksichtigung von Unsicherheiten in der Datengrundlage und Ausweisung der Unsicherheitsbereiche in den Bewertungsresultaten.» Analyse von Sensitivitäten der Bewertungsresultate gegenüber methodischen Annahmen in der Ökobilanz (Allokationsmethode, Methode zur Wirkungsabschätzung) Untersuchungsgegenstand Gemäss Auftragsbeschreibung und Kick-off-Sitzung vom 2. Juli, 2010 wurde der Untersuchungsgegenstand für die vorzunehmende Analyse noch weiter abgegrenzt:» Cradle-to-gate -Perspektive: In der Analyse werden alle Prozesse von der Wiege (engl.: cradle), d.h. von der Rohstoffentnahme, bis zur Anlieferung des Zucker an der Eingangsrampe (engl.: gate) des Schweizerischen Detailhandels betrachtet. Diese Form von Cradle-to-gate -Analysen (d.h. Versorgungsketten- Analyse) wird oft im Zusammenhang mit ökologischen Produktdeklarationen durchgeführt.» Zeitlicher Bezug: Der Fokus der Nachhaltigkeitsanalyse ist auf die heutige Situation in den entsprechenden Ländern gerichtet. Zeitlich nicht mehr repräsentative (aus früheren Jahren herrührende) Daten sollen so gut wie möglich aktualisiert werden, um robuste Aussagen zur gegenwärtigen Situation machen zu können. Zusätzlich sollen Hinweise auf absehbare, für die Nachhaltigkeitsbewertung bedeutende Entwicklungen in der Zuckerproduktion beider Länder gegeben werden.» Geographische Referenz: Festlegung der für den Vergleich herangezogenen Zuckerproduktionen in der Schweiz bzw. in Übersee: - Schweiz: Mittelwert des landwirtschaftlichen Zuckerrübenanbaus im Schweizer Mittelland bzw. der Zuckerproduktion in den Werken in Aarberg und Frauenfeld (Ü Kapitel 2.1). - Übersee: Mittelwert des landwirtschaftlichen Rohranbaus und der Zuckerproduktion in der Region Center South in Brasilien (Ü Kapitel 2.2). 2

7 1 Einleitung 1.3 Bewertungskonzept Abb. 1 illustriert die prinzipielle Vorgehensweise zur Nachhaltigkeitsbewertung der Zuckerversorgungsketten. Es wird auf das gebräuchliche Drei-Säulen-Modell der Nachhaltigkeit zurückgegriffen, dass von der Vorstellung ausgeht, dass nachhaltige Entwicklung nur durch das gleichzeitige und gleichberechtigte Umsetzen von umweltbezogenen, wirtschaftlichen und sozialen Zielen erreicht werden kann [3]. Abb. 1. Der Studie zu Grunde liegendes Bewertungskonzept. Die drei Säulen der Nachhaltigkeit und entsprechende Bewertungsmethode. Jede dieser Nachhaltigkeitssäulen wurde separat unter Anwendung einer spezifischen Methodik bewertet, wobei die Auswirkungen der Zuckerversorgung jeweils unter Berücksichtigung des gesamten Produktlebenszyklus analysiert wurden. Die ökologische Bewertung erfolgte anhand der Ökobilanz (bzw. Life Cycle Assessment, LCA; [4]), einer international standardisierten Methodik zur Modellierung und Bewertung aller mit einem Produkt (bzw. Prozess, Dienstleistung) verbundenen Umweltbeeinträchtigungen (Ü Kapitel 3.1). Die wirtschaftliche Bewertung basierte auf der Lebenszykluskosten-Analyse (bzw. Life Cycle Costing, LCC; [5]), welche die wirtschaftlichen Aufwendungen und Erträge für alle Prozesse der Versorgungskette erfasst und im Rahmen einer Vollkostenrechnung bilanziert. Für den Vergleich der beiden Zuckerversorgungsketten wurden die Bilanzen in eine Reihe von wirtschaftlichen Kennzahlen zu den einzelnen Prozessen bzw. für die gesamte Versorgungskette überführt (Ü Kapitel 4.1). Für die Bewertung der sozialen Nachhaltigkeitsdimension wurde auf die Kriterien, die soziale Aspekte für die fünf wichtigsten Anspruchsgruppen abdecken, aus den aktuellsten Leitlinien für soziale Lebenszyklus-Analysen der Vereinten Nationen [6] zurückgegriffen (Ü Kapitel 5.1). Wie in Tab. 1 ersichtlich, werden bei der Bewertung der drei Nachhaltigkeitsdimensionen unterschiedliche Bezugs- bzw. Referenzgrössen verwendet. Die Umweltbewertung bezieht sich auf 1 kg Zucker, während bei der sozialen Bewertung der gesamte Sektor betrachtet wir. In der ökonomischen Bewertung werden die Kennzahlen bezogen auf beide Referenzgrössen vorgenommen. Was Referenzgrössen Tab. 1. Referenzgrössen in den drei 1 kg Zucker Sektor Bewertungsmodulen Ökobilanz x - Lebenszykluskosten-Analyse x x Soziale Lebenszyklusanalyse - x 3

8 Nachhaltigkeitsanalyse der industriellen Zuckerproduktion 1.4 Organisation der Projektbearbeitung Die Bearbeitung des Projekts fand im Rahmen einer Projektorganisation statt, wie sie in Abb. 2 dargestellt ist. Das Projekt wurde durch den Lehrstuhl Natural and Social Interface (NSSI) der ETH Zürich (Auftragnehmer) im Auftrag der Zuckerfabriken Aarberg und Frauenfeld AG durchgeführt. Das von der ETH Zürich geleitete Projekt wurde durch eine Steuerungsgruppe der ZAF strategisch begleitet. Für die operativen Projektarbeiten wurden im Rahmen von sogenannten Wissensintegrationssitzungen weiter ausgewiesene Experten aus unterschiedlichen Organisationen beigezogen, um die grundlegenden Modellierungsannahmen und Datenanpassungen in den beiden Ländern so gut wie möglich vornehmen zu können. Abb. 2. Übersicht über die Organisation der Projektbearbeitung. 4

9 2 Fallbeschreibung 2 Fallbeschreibung In diesem Kapitel werden die für den Vergleich herangezogenen Fälle, d.h. industrielle Produktion von weissem Zucker in der Schweiz bzw. in der Region Center South in Brasilien, in Form der wichtigsten Eckdaten und Hintergrundinformationen detaillierter beschrieben. 2.1 Versorgungskette Schweizer Rübenzucker Die Zuckerherstellung in der Schweiz auf Basis der Zuckerrübe hat eine lange Tradition. Seit dem Jahre 1912 werden in der Zuckerfabrik Aarberg im Bernischen Seeland Zuckerrüben zu weissem Zucker verarbeitet. Im Jahre 1963 wurde das Werk in Frauenfeld als zweite Schweizerische Zuckerfabrik in Betrieb genommen. Tab. 2 fasst die wichtigsten Eckdaten zum Rübenanbau bzw. Zuckerproduktion in den beiden Schweizer Werken zusammen. Tab. 2. Eckdaten zur Zuckerversorgungskette in der Schweiz in den Jahren : Bebaute Ackerfläche und geerntete Zuckerrübenmenge bzw. produzierte Zuckermengen in den Werken Aarberg, Frauenfeld und TOTAL [7, 8] Jahr Rübenanbau [t] Zuckerproduktion [kt] Ackerfläche [ha] Rübenernte [Mt] Werk Aarberg Werk Frauenfeld TOTAL Der Anbau der Zuckerrüben erstreckt sich übers gesamte Schweizer Mittelland - von Genf bis zum Bodensee und in die Föhntäler wie Rhone-, Aare-, und Rheintal und wird von ca. 7'000 Landwirtschaftsbetriebe betrieben. In den Jahren 2000 bis 2009 variierte die Anbaufläche für Zuckerrüben zwischen knapp 18'000 ha und rund 21'000 ha, was in 2009 rund 7% der Schweizerischen offenen Ackerfläche entsprach [9]. Die erzielten Jahresernten bewegten sich zwischen rund 1 Mio. t und knapp 1.5 Mio. t. Die erheblichen Unterschiede in den spezifischen Hektarerträgen (60 84 t/ha) erklären sich durch die unterschiedlichen Wetter- und Klimaverhältnisse in den berücksichtigen Jahren. Der Anbau von Zuckerrüben erfolgt in einer abgestimmten Fruchtfolge, d.h. im mehrjährigen Wechsel mit anderen Früchten, wobei die Zuckerrübe höchstens alle vier Jahre auf der gleichen Flächen stehen sollte. Damit ergänzen und bereichern sie die heute üblichen getreidereichen Fruchtfolgen, was einer einseitigen Selektion der Unkrautflora bzw. dem Auftreten von Pflanzenkrankheiten und Schädlingen entgegenwirkt. Innerhalb der Fruchtfolge kommt der Zwischenfrucht eine besondere Bedeutung zu, weil sie die saisonale Nährstoffauswaschung und die Bodenerosion in niederschlagsreichen Wintermonaten vermindert. Die Aussaat der Zuckerrüben erfolgt nach Abtrocknung und Erwärmung des Bodens im Frühling normalerweise Ende März/Anfang April. Nach ca. 180 Tagen können die zwischen 0.7 und 2 kg schweren Rüben geern- 5

10 Nachhaltigkeitsanalyse der industriellen Zuckerproduktion tet werden, was von Ende September bis Mitte November dauert. Bei der Ernte wird darauf geachtet, dass Erdanhänge und das nährstoffhaltige Blattwerk möglichst auf dem Feld bleiben, was eine Optimierung der Nährstoffbilanz bzw. Verhinderung unnötiger Transporte mit sich bringt. Die Aussaat, die Ernte sowie die während dem Rübenwachstum durchgeführten Feldarbeiten (Bsp. Düngerausbringung) sind vollumfänglich mechanisiert. Die Anfuhr der Rüben wird von den Zuckerfabriken geregelt. Der Landwirt richtet seine Ernte so ein, dass die Rüben möglichst rasch in die Fabriken gelangen. Die Anbau- und Übernahmebestimmungen für die Zuckerrüben (Zuckerproduktionsmenge, Verteilung der Lieferrechte, Kriterien für die Qualitätsbezahlung, Preis- und Zahlungsbestimmungen) werden per Gesetz gemeinsam zwischen den Rübenpflanzern und der Zuckerfabrik ausgehandelt und in einer sogenannten Branchenvereinbarung festgehalten [10]. Der Anbau der Zuckerrüben in der Schweiz aber auch in Europa wird von staatlicher Seite unterstützt. Diese Unterstützung setzt sich aus sogenannten Flächenbeiträgen (bzw. Direktzahlungen) und Anbaubeiträgen zusammen. Die Direktzahlungen dienen der Abgeltung von durch die Landwirtschaft erzielten gemeinwirtschaftlicher Leistungen (Bsp.: dezentrale Besiedelung, Tierwohl, naturnahe Produktionsformen) und sind an die Erfüllung des ökologischen Leistungsnachweises gekoppelt [11, 12]. Zusätzlich wird in Form eines Anbaubeitrags eine kulturspezifische Unterstützungszahlung je Hektar und Jahr entrichtet [13]. Nach der Rübenannahme in der Fabrik und allfälliger Lagerung in Zwischensilos werden die Zuckerrüben in grossen Waschtrommeln gewaschen (Ü Reinigung) und anschliessend in Schnitzel geschnitten (Ü Zerkleinerung). Bei der Reinigung entstehende Reststoffe (Erde, Sand, Steine) werden nach jeweils einer Nachbehandlungsstufe als Ausgangsmaterial in der Produktion von Balkonerde (Ricoter AG) bzw. in der Betonherstellung (Bauwirtschaft) weiterverwendet. Im folgenden Prozessschritt wird den Schnitzel im Extraktionsturm über Diffusion der Zucker entzogen (Ü Extraktion), wodurch der Rohsaft (15% Zuckergehalt) entsteht. Die ausgelaugten Schnitzel werden abgepresst und als energiereiches Futter in der Viehzucht verwertet. Der Rohsaft wird anschliessend mittels der Kalk-Kohlesäure-Reinigung von Kristallisation behindernden Fremdstoffen befreit (Ü Saftreinigung). Dabei entstehender Kalk zusammen mit den Nicht-Zuckerstoffen gelangt als Carbokalk (Ricokalk) in die Landwirtschaft, wo er zur Regulierung des Boden-pH eingesetzt wird. Der aus der Saftreinigung hervorgehende Dünnsaft wird in der Verdampfstation unter Wasserentzug (Ü Saftkonzentration) zum sogenannten Dicksaft (65% Zuckergehalt) aufkonzentriert, welcher dann in den eigentlich letzten Prozessschritt der Zuckerproduktion gelangt (Ü Kristallisation). Dort wird aus dem Dicksaft in einem Kristallisationsprozess bei erhöhter Temperatur und unter Vakuum der Zucker gewonnen. Der dabei übrigbleibende zuckerhaltige Sirup wird noch mehrstufig nachkristallisiert, bis am Ende neben weissem Zucker die Melasse als letztes Nebenprodukt anfällt, aus welcher aufgrund des zu tiefen Zuckergehalts kein Zucker mehr kristallisiert werden kann. Die Melasse wird analog zu den Pressschnitzeln als Futtermittel der Viehzucht zugeführt. Im Werk Frauenfeld wird ein Teil des Dicksaftes direkt in die Hefeindustrie zur Stärkeproduktion abgegeben. Die jährliche Zuckerproduktion in den beiden Werken ist aufgrund schwankender Rübenmengen und Zuckergehalten nicht konstant und lag in den vergangenen Jahren mit Ausnahme von 2006 zwischen 216'000 und 278'000 t. Der Zuckerpreis in der Schweiz richtet sich nach dem Importpreis für Zucker. Dieser setzt sich zusammen aus dem Weltmarktpreis, einem Zuschlag (Bsp.: Transportkosten nach Basel) und den Grenzabgaben, welche wiederum aus dem Importzoll und einem Beitrag an die Pflichtlagerhaltung in der Schweiz der sogenannte Garantiefondsbeitrag besteht. Dieser Garantiefondsbeitrag entschädigt die Zuckerfabriken für den Unterhalt des vom Bundesamt für wirtschaftliche Landesversorgung (BWL) verlangten Pflichtlagers für Zucker, welches die Versorgung der Schweizer Bevölkerung in Krisenzeiten gewährleisten soll. 6

11 2 Fallbeschreibung Abb. 3. Systembild der Zuckerversorgungskette in der Schweiz (der Studie zu Grunde liegende Bilanzierungs/- Systemabgrenzung). 7

12 Nachhaltigkeitsanalyse der industriellen Zuckerproduktion 2.2 Versorgungskette Brasilianischer Rohrzucker Brasilien ist der weltweit grösste Produzent von Zuckerrohr, Zucker und Bioethanol. Der Anbau des Zuckerrohrs und die nachfolgende industrielle Verarbeitung des Rohrs zu Zucker bzw. Bioethanol finden hauptsächlich im Nordosten und im Zentralen Süden des Landes statt. Während die Zuckerproduktion traditionell vorwiegend im Nordosten des Landes (Rio Grande do Norte, Paraiaba, Pernambuco, Alagoas) lokalisiert war, hat sich bis heute im Zentral Süden (Sao Paulo, Parana, Minas Gerais, Mato Grosso do Sul) eine moderne Zuckerrohrindustrie entwickelt, die Zuckerrohr im grossen Stil zu Zucker und vor allem auch Bioethanol verarbeitet und in 2009 zwischen 86 und 91% der Brasilianischen Gesamtproduktion von Zuckerrohr, Zucker und Bioethanol ausgemacht hat (Ü Tab. 3). Dazu wurde auf einer Fläche von 6.3 Mio. ha rund 300 mal die Schweizerische Anbaufläche für Zuckerrüben eine Jahresernte von rund 500 Mio. t Rohr erzielt (spezifischer Hektarertrag von ca. 80t/ha). Daraus wurden beinahe 27 Mio. t Zucker bzw. rund 25 Mio. m 3 Bioethanol hergestellt. Tab. 3. Eckdaten zur Zuckerversorgungskette in Brasilien in den Jahren : Bebaute Ackerfläche und geerntete Zuckerrohrmenge bzw. produzierte Zucker- und Ethanol-Mengen in Brasilien, Center South. Die Angaben in Klammern entsprechen dem Anteil am Brasilianischen TOTAL [14] Jahr Rohranbau Produktion Zucker & Ethanol Fläche [10 6 ha] Menge [Mt] Zucker [Mt] Ethanol [Gl] (86%) 16.9 (87%) 11.7 (89%) (80%) 12.6 (78%) 9.1 (86%) (83%) 16.0 (83%) 10.2 (88%) (84%) 18.8 (83%) 11.2 (88%) (83%) 20.4 (82%) 13.1 (88%) (85%) 22.1 (83%) 13.6 (88%) (87%) 22.1 (85%) 14.4 (90%) (87%) 25.8 (86%) 16.0 (90%) (87%) 26.2 (84%) 20.3 (90%) (89%) 26.7 (86%) 25.1 (91%) Der Anbau von Zuckerrohr erfolgt in Monokulturen und basiert im Fall von Brasilien auf einem 6-jährigen Anbauzyklus. Innerhalb des 6-jährigen Zyklus werden 5 Ernten vorgenommen: das erste mal wird 12 bis 18 Monate nach der Aussaat geerntet; dann jeweils über 4 Jahre je einmal pro Jahr, wobei die Erntemengen von Jahr zu Jahr leicht abnehmen [15, 16]. Danach erfolgt eine tiefgründige, schwermechanische Bodenbearbeitung, bevor mit der Aussaat des Rohrs für den nächsten 6-jährigen Erntezyklus begonnen wird. Traditionell wurde in Brasilien manuell geerntet, wobei die Felder vorgängig abgebrannt wurden, um die Ernte zu erleichtern (Zugänglichkeit, Schnittverletzungen, gefährliche Tiere). Auf der Grundlage einer vom führenden Industrieverband signierten Absichtserklärung (des sogenannten Green Protocol ) soll dieses Ernteverfahren bis 2017 flächendeckend eliminiert werden [17]. Aktuell werden etwa 50% des Zuckerrohrs mechanisch geerntet und in knapp 70% der Fälle werden die Felder nach wie vor vorgängig zur Ernte abgebrannt. Die Verarbeitung des Rohrs zum Zucker in Brasilien erfolgt grundlegend nach den gleichen Prozessschritten wie in den Schweizer Fabriken, weshalb hier nur noch kurz auf die Unterschiede eingegangen wird:» Die Extraktion des Rohsaftes wird traditionellerweise über eine Pressextraktion in Mühlen durchgeführt, wobei aber die in der Schweiz eingesetzte Diffusionsextraktion immer häufiger zum Einsatz kommt.» Die Energieproduktion (Strom, Prozesswärme) erfolgt auf dem Fabrikgelände über die energetische Verwertung der Bagasse, die analog zum Rübenfleisch bei der Saftextraktion anfällt.» Der Dicksaft kann neben dem Rohrzucker (Kristallisation & Zentrifugation) auch zu Bioethanol (Fermentation, Destillation, Dehydration) prozessiert werden. 8

13 2 Fallbeschreibung Abb. 4. Systembild der Zuckerversorgungskette in Brasilien, Center South (der Studie zu Grunde liegende Bilanzierungs/-Systemabgrenzung). 9

14 Nachhaltigkeitsanalyse der industriellen Zuckerproduktion 3 Ökologie 3.1 Die Methode der Ökobilanz (LCA) Die Ökobilanzierung (bzw: Life Cycle Assessment, LCA) ist eine Methode zur quantitativen Abschätzung von Umweltbeeinträchtigungen, die mit einem beliebigen Produkt bzw. Dienstleistung verbunden sind. Die Methode basiert auf einem Lebenszyklus-Ansatz, was die Berücksichtigung und Bewertung von Umweltauswirkungen von der Wiege bis zur Bahre ( cradle-to-grave ) ermöglicht. Die Vorgehensweise in einer Ökobilanz ist in Normen der Internationalen Organisation für Normierung standardisiert [18-21] und unterscheidet prinzipiell die folgenden vier Phasen: 1. Zieldefinition: Enthält die präzise Beschreibung (i) des Untersuchungsgegenstandes, der sogenannten funktionellen Einheit (bzw. Bezugsgrösse für die Bewertung), (ii) von in der Bewertung zu berücksichtigenden Umweltaspekten, und (iii) der anzuwendenden methodischen Konzepte. Tab. 4 fasst die Eckpunkte für die vorliegende Studie zusammen (Ü Kapitel 1.2, 2). Tab. 4. Eckpunkte der Phase 1 Zieldefinition im Rahmen der Ökobilanz Was Funktionelle Einheit Berücksichtigte Prozesse Modellierungsannahmen Beschreibung Vergleich der durchschnittlichen, gegenwärtigen industriellen Produktion ( cradle-to-gate ) von 1kg - weissem Rübenzucker aus der Schweiz (Ü Abb. 3) - weissem Rohrzucker aus Brasilien, Region Center South (Ü Abb. 4) Vom Rohstoffabbau bis Anlieferung des Zuckers an der Eingangsrampe Detailhandel ( cradle-to-gate ) Art der Allokation - Ökonomisch - Modellierung von Gutschriften (Substitution, Systemerweiterung) Methode zur Wirkungsabschätzung - Methode der Ökologischen Knappheit Ökofaktoren Eco-indicator 99 Als Bewertungsmethode für die Gewichtung der einzelnen Wirkungen wurde die Methode der ökologischen Knappheit sowie Eco-indicator 99 gewählt. Dieses Vorgehen ist nicht ISO konform, da die ISO Norm eine solche Gesamtaggregation für die Kommunikation nicht empfiehlt. Da gerade aus Nachhaltigkeitssicht eine Aussage über die gesamten ökologischen Auswirkungen vom Auftraggeber klar erwünscht ist, wurde dieses Vorgehen anstelle der ISO konformen Auflistung aller einzelnen Wirkungsabschätzungen gewählt. Dabei wird der Standpunkt vertreten, dass eine Gewichtung anhand gesellschaftlich akzeptierter Werte (Methode der ökonomischhen Knappheit) allemal besser ist als eine isolierte Betrachtung ausgewählter einzelner Wirkungen, wie z.b. das Treibhauspotential, da hier implizit die Gewichtung aller anderen Wirkungen auf Null gesetzt wird, was sicher falsch ist. Alle Wirkungen ISO konform aufzulisten und die Gewichtung damit dem Leser zu überlassen, wäre kaum adäquater (denn spätestens bei anstehenden Entscheidungen werden die Wirkungen nach subjektivem Gutdünken gewichtet). 2. Sachbilanz (Ökoinventar): Im Sachinventar wird die für die Bewertung notwendige Datengrundlage erhoben und zusammengestellt. Dabei werden Daten über alle benötigten natürlichen Ressourcen, den gesamten Bedarf an Halbfabrikaten, Hilfsstoffen und Energie sowie alle in der Prozesskette entstehenden Schadstoffemissionen über den gesamten Lebenszyklus erfasst. Diese werden schliesslich auf die zuvor definierte funktionelle Einheit normiert. Eine Übersicht über die verwendete Datengrundlage und die wichtigsten Modellie- 10

15 3 Ökologie rungsannahmen zur Beschreibung der Schweizerischen und Brasilianischen Zuckerproduktion ist im folgenden Kapitel zu finden (Ü Kapitel 3.2). 3. Wirkungsabschätzung: In der Wirkungsabschätzung findet der eigentliche Bewertungsschritt innerhalb einer Ökobilanz statt. Basierend auf den Daten der Sachbilanz werden die mit der funktionellen Einheit verbundenen Umweltauswirkungen modelliert und bewertet. Gemäss ISO [20] wird die Wirkungsabschätzung in sieben Teilschritte unterteilt, wovon im Folgenden die grundlegendsten kurz beschrieben werden:» Klassifizierung: Zuordnung der Sachbilanz-Ergebnisse zu Umweltwirkungen, z.b. Kohlendioxid und Methan zur Klasse Treibhauseffekt.» Charakterisierung: Berechnung der Wirkungsindikator-Ergebnisse, indem unterschiedlicher Substanzen mit gleicher Wirkung, z.b. Kohlendioxid und Methan, entsprechend ihrem Wirkungspotential gewichtet und damit vergleichbar gemacht werden.» Analyse der Datenqualität: Quantifizierung von aus Datenunschärfen herrührenden Unsicherheitsbereichen für die einzelnen Wirkungskategorien. Dazu werden die Datenunschärfen anhand des Pedigree - Ansatzes (u.a. Reliabilität, zeitl. & geogr. Referenz) bestimmt und in eine Wahrscheinlichkeitsverteilung übersetzt, auf deren Basis über eine Monte Carlo Analyse die Unsicherheitsbereiche quantifiziert werden. 4. Interpretation: In der vierten und letzten Phase der Ökobilanz werden die Bewertungsresultate schliesslich interpretiert, indem diese zur Zielsetzung und dem Untersuchungsrahmen aus Phase in Beziehung gesetzt werden. 3.2 Sachinventar (Ökoinventar/Datengrundlage) Schweizer Rübenzucker Tab. 5 fasst die wichtigsten Grössen des Sachinventars der Schweizerischen Zuckerversorgungskette zusammen. Dabei sind für alle Hauptprozesse die wichtigsten Input- (Material- und Energiebedarf) und Output- Flüsse (Emissionen in die Umwelt bzw. Nebenprodukte) dargestellt. Der landwirtschaftliche Anbau ist für die Modellierung und Bewertung der herausforderndste Prozess der Versorgungskette. Dies liegt einerseits daran, dass die Zuckerrübe im Schweizerischen Zuckerrübenbau in eine Fruchtfolge eingebettet ist und die im Rahmen der Betriebsführung anfallenden tierischen Nebenprodukte (Miste, Güllen) als Hofdünger im Zuckerrübenbau verwendet werden, was relativ aufwendige Nährstoffbilanzen zur Folge hat. Abb. 5 zeigt schematisch, welche Prozesse des landwirtschaftlichen Betriebs in die Umweltbewertung des Zuckerrübenbaus Eingang finden. Andererseits sind die mit der Bewirtschaftung verbundenen Emissionen aus dem Feld in die Umwelt aufgrund der komplexen bodenchemischen bzw. physikalischen Prozesse schwer abschätzbar. Die wichtigsten Annahmen seien im Folgenden kurz aufgelistet:» Die mit der Hofdüngerproduktion verbundene Viehwirtschaft wird in der Bewertung der Zuckerrübe nicht berücksichtigt; die Lagerung der bei der Zuckerrübe applizierten Hofdünger-Mengen hingegen schon.» Beim Feldanbau werden alle direkten und indirekten Emissionen in die Umweltkompartimente Wasser, Boden, Luft abgeschätzt und bewertet (z.b. Stickstoffverflüchtigung in Form von Ammoniak beim Ausbringen der Hofdünger, Phosphor-Emissionen in Oberflächengewässer infolge Bodenerosion, Kohlendioxid-Emissionen nach Harnstoff-Ausbringung, etc.).» Die im Rahmen der Fruchtfolge im Schweizerischen Zuckerrübenbau angebaute Zwischenkultur zur saisonalen Stickstofffixierung wird der Zuckerrübe angelastet, da diese Nährstoffe der darauf folgenden Zuckerrübe zur Verfügung stehen und damit dort eingespart werden.» Die Nährstoffe des bei der Ernte auf dem Feld belassenen Rüben-Blattwerks (Ernterückstände) werden der Zuckerrübe durch eine Reduktion der in den Düngungsnormen [22] empfohlenen Nährstoffmengen gutgeschrieben. 11

16 Nachhaltigkeitsanalyse der industriellen Zuckerproduktion Unberücksichtigt bleiben (i) Transfer von toxischen Substanzen ins Nahrungsmittel und tierischen Futtermitteln, z.b. Schwermetalle oder Pestizide in die Zuckerrübe, (ii) Einfluss der Bewirtschaftungsweise auf Bodenqualität und Bodenfruchtbarkeit, z.b. Bodenverdichtung durch mechanische Bewirtschaftung, (iii) Effekte auf die Biodiversität, (iv) Geruchs- und (v) Lärmbelästigungen. Tab. 5. Ausgewählte Größen im Sachinventar der Schweizer Zuckerversorgungskette mit Literaturangaben Was Einheit Wert Literaturangabe Anbau Zuckerrüben (pro ha) Ertrag t [7] Feldarbeiten [23, 24] Rübenvollernter ha 1.00 Feldspritze (Spritzmittel) ha 4.40 Düngemittel [22, 24-26] N gesamt kg 100 P2O5 gesamt kg 85 K2O gesamt kg 465 Pestizide Total kg 3.34 [24, 27] Luftemissionen [24] Ammoniak (NH3) kg 32.5 Distickstoffmonoxid (Lachgas, N2O) kg 3.85 Emissionen ins Wasser [24] Nitrat (NO3) kg 35.6 Anlieferung Zuckerrüben (pro kg Rüben) Traktor bzw. Bahn km (%) 12 (50%) bzw. 82 (50%) [28] Zuckerfabrik (pro kg Zucker) Erdgas MJ 3.28 [29] Strom kwh 0.06 [29] Kalkstein kg 0.14 [29] Steinkohlekoks MJ 0.29 [29] Nebenprodukte [29] Pressschnitzel (à Viehzucht) kg 1.31 Melasse (à Viehzucht) kg Carbokalk (à Ackerbau) kg Distribution Zucker (pro kg Zucker) Lastkraftwagen bzw. Bahn km (%) 71 (64%) bzw. 58 (36%) [28] Um den Anbau der Zuckerrüben möglichst in Bezug auf die aktuell vorherrschende Situation durchzuführen (Ü 1.2.2), wurden die sensitiven Grössen im bestehenden Anbauinventar aus der ecoinvent-datenbank angepasst, falls aktuelle, aber auch akkurate Grundlagen dazu vorlagen:» Erhöhung des durchschnittlichen Feldertrags anhand der Mittelwerte aus den Jahren von 72.3 auf 76.3 t pro Hektare.» Anpassung der applizierten Düngermengen an die neuen, im Jahre 2009 erschienenen Grundlagen für die Düngung im Acker- und Futterbau [22, 25].» Neuberechnung der direkten und indirekten Feldemissionen (Ammoniak, NH 3 ; Lachgas, N 2 O; Stickoxide, NO x ; Kohlendioxid, CO 2 ; Nitrat, NO 3 ; Phosphor, P; Phosphat, PO 4 ; diverse Schwermetalle wie z.b Cadmium, 12

17 3 Ökologie Cd) aufgrund des veränderten Dünger- bzw. Nährstoffinputs ins Feld. Dabei mussten die Ammoniak- Emissionen mehr als verdoppelt werden, weil bei der ursprünglichen Bestimmung dieses ecoinvent- Wertes der wesentliche Beitrag des Gülle- bzw. Mistausbringens untergegangen war (vgl. [24]).» Korrektur der Transporte zur Hilfsmittel-Anlieferung aufgrund der veränderten Mengen an Hilfsmittel. Abb. 5. Systemabgrenzung für den landwirtschaftlichen Prozess des Schweizerischen Anbaus von Zuckerrüben (nach [26]). Bei der Zuckerfabrik stand die zeitliche Aktualisierung und inhaltliche Spezifizierung des Dateninventars (Material- und Energieinputs, Emissionen) für die beiden Werke in Aarberg und Frauenfeld und die Erfassung aller Nebenprodukte sowie deren Verwertungswege für die Modellierung der Gutschriften im Vordergund. Die Anpassung des Dateninventars wie auch die Erfassung der Nebenprodukte beruhten auf Mittelwerten aus der Periode , die von der ZAF übermittelt wurden. Tab. 6 zeigt die anfallenden Nebenprodukte und die Grundlagen für die Modellierung der Gutschriften. Bei den für die Viehzucht bestimmten Nebenprodukten (Pressschnitzel, Melasse) wurde das entsprechende Mengenanalogon für die Maissilage anhand des NEL-Wertes (Netto-Energie-Milch) der beiden Futtermittel vorgenommen (NEL(PS)=7.25; NEL(Me)=7.00; NEL(MS)=6.4 MJ/kg TS). Die Werte für die Abbildung der Transporte zur Rübenanlieferung und Zuckerdistribution (d.h. Distanz, Transportmittelanteile) beziehen sich auf konkrete Angaben aus den vergangenen Jahren der ZAF. 13

18 Nachhaltigkeitsanalyse der industriellen Zuckerproduktion Tab. 6. Nebenprodukte der Rübenzuckerfabriken mit Mengen, Weiterverwertung und Gutschriftsprozessen Nebenprodukte Einheit Wert Verwertung Gutschriftsprozess Erde kg 0.13 Material für Blumenerde keine 1 Steine/Sand kg Betonherstellung Herstellung von gebrochenem Kies Biogas* kwh Raumwärme Nutzwärme aus Erdgas Pressschnitzel kg 1.31 Futtermittel Viehzucht Herstellung von Maissilage Carbokalk kg 0.23 Kalkung von Ackerflächen Herstellung von Kalkdünger Fernwärme MJ Raumwärme Nutzwärme aus Heizöl Strom* kg Netzeinspeisung Stromproduktion CH-Mix Dicksaft 2 kg Substrat Hefeindustrie Herstellung von Maisstärke Melasse kg 0.2 Futtermittel Viehzucht Herstellung von Maissilage *Gutschrift über Korrektur beim Energiebedarf der Zuckerfabrik 1 Die in den Werken anfallende Rübenerde für die Produktion von Blumenerde bei der Ricoter AG müsste in Abwesenheit dieses Nebenproduktes aus einem anderen Boden entnommen werden. 2 Der Dicksaft aus dem Werk Frauenfeld ist kein eigentliches Nebenprodukt, da aus diesem im nachfolgenden Prozess- 2 Der Dicksaft aus dem Werk Frauenfeld ist kein eigentliches Nebenprodukt, da aus diesem im nachfolgenden Prozessschritt das Hauptprodukt Zucker erzeugt wird. Bei den angenommenen Zuckerausbeuten (benötigte Rübenmenge für 1kg Zucker) ist dieser Mehrbedarf für den Dicksaft nicht berücksichtigt, so dass für den Dicksaft keine Gutschrift gemacht wurde. 14

19 3 Ökologie Brasilianischer Rohrzucker In Tab. 7 ist eine Auswahl der bedeutendsten Grössen des Sachinventars für die Brasilianische Zuckerversorgungskette dargestellt, d.h. die Input- (Bedarf an Material, Energie, natürlichen Ressourcen) und Output- Flüsse (Emissionen in die Umwelt und Nebenprodukte) für die fünf Hauptprozesse Anbau Zuckerrohr, Anlieferung Zuckerrohr, Zuckerfabrik, Zuckerdistribution und Endverarbeitung. Tab. 7. Ausgewählte Größen im Sachinventar der Brasilianischen Zuckerversorgungskette mit Literaturangaben Was Einheit Wert Literaturangabe 1. Anbau Zuckerrohr (pro ha) Ertrag t [16] Feldarbeiten Mechanische Ernte ha 1.00 Feldspritze (Spritzmittel) ha 4.40 Düngemittel [16] N gesamt (% Hofdünger) kg 60 [15] P2O5 gesamt (% Hofdünger) kg 37 K2O gesamt (% Hofdünger) kg 100 Pflanzenschutzmittel Total kg 2.36 [16, 31] Luftemissionen [16] Ammoniak (NH3) kg 6.14 [15] Distickstoffmonoxid (N2O) kg 3.05 [32] Methan (CH4) biogen kg Kohlenmonoxid (CO) biogen kg 1826 Grobstaub (> 10µm) kg Emissionen ins Wasser Nitrat (NO3) kg 22.1 [33] 2. Anlieferung Zuckerrohr (pro kg Rohr) Lastkraftwagen, LKW km 20 [30, 34] 3. Zuckerfabrik (pro kg Zucker) Kalkstein kg 0.20 Steinkohlekoks kg Wasser kg 8.23 Nebenprodukte [16, 30] Strom (à Netzeinspeisung) kg 0.25 Bioethanol (à Treibstoff) kg Endverarbeitung (Nachtrocknung) Heizöl Extraleicht MJ [35] 5. Distribution Zucker (pro kg Zucker) [30] Übersee-Tanker km 9710 [35, 36] Binnenschiff km 840 [35, 36] Lastkraftwagen, LKW km 47 [37] Eisenbahn, Cargo (Anteil) km 77 [37] 3 Die Berücksichtigung der Stecklings-Herstellung (12t alle 5 Jahre) wurde gemäss Jungbluth et al. [30] über eine Reduktion des jährlichen Hektar-Ertrags um 2t vorgenommen. 15

20 Nachhaltigkeitsanalyse der industriellen Zuckerproduktion Wie auch im Fall des Schweizer Zuckers ist der landwirtschaftliche Anbau des Zuckerrohrs der am schwierigsten adäquat zu beschreibende Prozess in der Brasilianischen Zuckerversorgungskette. Die Gründe und entsprechenden Modellierungsannahmen sind in etwa dieselben wie bei der Zuckerrübe mit der Ausnahme, dass in Brasilien keine Fruchtfolgen und Tierhaltungssysteme mit Hofdünger-Anfall mit den entsprechenden Implikationen zu berücksichtigen sind (Ü Abb. 5, 2.2, 3.2.1). Die folgenden Anpassungen des ecoinvent- Dateninventars für den Zuckerrohranbau wurden vorgenommen, um die aktuelle, industrielle Zuckerproduktion in Brasilien möglichst genau wiederzugeben:» Erhöhung des durchschnittlichen Rohrertrags auf Basis der durchschnittlichen Industrie-Mittelwerte aus den Jahren 2005/2006 [16].» Anpassung der applizierten Düngermengen unter Berücksichtigung von Nährstoffgutschriften, die mit der Rückführung des Filterkuchens und der Vinasse (Schlempe) aufs Zuckerrohrfeld zusammenhängen [16, 32].» Korrektur der direkten und indirekten Feldemissionen (Ammoniak, NH 3 ; Lachgas, N 2 O; Kohlendioxid, CO 2 ; Stickoxide, NO x ; Nitrat, NO3; ) aufgrund geänderter Düngerapplikation und aktuelleren Studien zum Rohranbau in Brasilien [15, 16, 32, 33, 38, 39]» Reduktion der applizierten Insektizid-Mengen von 2.4 kg auf 0.2 kg anhand aktuellen Angaben [16, 31].» Reduktion der Luftemissionen aus dem Abbrennen der Felder vor der Ernte (Methan, Kohlenmonoxid, Grobstaub) um rund 10% an die aktuellste Form der Bewirtschaftungsweise [16, 40].» Unberücksichtigt bleiben dieselben Zusammenhänge wie bei der Modellierung des Schweizer Falls. Dabei ist aber insbesondere die Vernachlässigung des langfristigen Einflusses der monokulturellen Bewirtschaftungsweise auf die Biodiversität, Bodenqualität und Bodenfruchtbarkeit zu erwähnen. Allerdings sind bis anhin zumindest bezogen auf die Bodenfruchtbarkeit auch in langjährig bepflanzten Gebieten keine Ertragsrückgänge verzeichnet worden. Die Brasilianische Rohrzuckerfabrik, in der aus dem Dicksaft sowohl Rohrzucker wie auch Bioethanol produziert werden können, da beide Infrastrukturen vorhanden sind, wurde ebenfalls mit einer angepassten ecoinvent-datengrundlage modelliert. Der Betriebsführung ist dabei auf die Produktion von Zucker ausgelegt, wobei das Bioethanol aus der Fermentation der Melasse als Nebenprodukt anfällt (Ü Abb. 4). Analog zur Schweizer Situation ging es auch bei der Rohrzuckerfabrik darum, das Dateninventar bezogen auf Energie- /Materialinputs, Emissionen und anfallende Nebenprodukte im Center South zu aktualisieren, um die gegenwärtig vorherrschenden Produktionsbedingungen möglichst gut zu repräsentieren. Aufgrund des schwierigen Datenzugangs wurde neben einigen geringfügigen Anpassungen vor allem der ins Netz eingespiesene Strom aus der Bagasseverwertung nach oben korrigiert, da dort in den vergangenen Jahren erhebliche Effizienzsteigerungen vorgenommen wurden. Tab. 8 zeigt die berücksichtigten Nebenprodukte und die Grundlagen für die Modellierung der Gutschriften. Weiter wurden die Transporte zur Rohranlieferung angepasst, um die von Macedo [16] ausgewiesenen aktuellen Emissionswerte wiederzugeben. Die Daten zur Modellierung der Rohrzucker-Distribution wurden ebenfalls korrigiert. Die Basis dafür bildeten eine von der International Sugar Organisation (ISO) veröffentlichten Studie zur weissen Rohrzucker-Verschiffung [41] sowie aktuellen Angaben zu Emissionen unterschiedlicher Schiffstypen [42]. Tab. 8. Nebenprodukte der Rohrzuckerfabrik mit Mengen, Weiterverwertung und Gutschriftsprozessen Nebenprodukte Einheit Wert Verwertung Gutschriftsprozess Strom kwh 0.25 Netzeinspeisung Stromproduktion Brasilien Bioethanol kg 0.08 Treibstoff Benzinherstellung Beim Bioethanol wurde das entsprechende Mengenanalogon für Benzin anhand der Brennwerte der beiden Treibstoffe (Benzin: MJ/kg; Bioethanol: MJ/kg) bestimmt. 16

21 3 Ökologie 3.3 Resultate & Diskussion Schweizer Rübenzucker Abb. 6a-c zeigt die Gesamtumweltbelastung für die verschiedenen Prozesse der Versorgungskette von industriell produziertem, weissem Schweizer Rübenzucker nach der Methode der ökologischen Knappheit für die beiden unterschiedlichen Arten der Allokation von Nebenprodukten (d.h. Allokation über Gutschrift bzw. Systemerweiterung und ökonomische Allokation). a b c d Abb. 6. Umweltbelastungen (Methode der ökologischen Knappheit, UBP 06) der Versorgungskette von Schweizer Rübenzucker differenziert nach den Hauptprozessen (CH-01: Rübenanbau; CH-02: Rübenanlieferung; CH-03.1: Belastungen der Fabrik; CH-03.2: Gutschriften der Fabrik; CH-04: Endverarbeitung; CH-05: Zuckerdistribution) und den entsprechenden Beiträgen der unterschiedenen Wirkungskategorien. Allokation über Gutschrift (a); Gutschriften für die Nebenprodukte (b); ökonomische Allokation (c). 17

22 Nachhaltigkeitsanalyse der industriellen Zuckerproduktion Wie aus Abb. 6a,c deutlich wird, trägt der landwirtschaftliche Anbau der Zuckerrüben unabhängig von der gewählten Allokationsmethode mit 1233 bzw UBP oder beinahe 85% den mit Abstand grössten Anteil zu den Gesamtumweltbeeinträchtigungen in der Schweizerischen Zuckerversorgungskette bei. Auf der Inputseite sind dabei vor allem die ins Feld eingebrachten Mengen an Dünge- und Pflanzenschutzmittel entscheidend, deren Herstellung insbesondere bei den Mineraldüngern mit erheblichen energetischen und materiellen Aufwendungen wie auch Umweltemissionen verbunden ist. Die eindeutig grössten Umweltbelastungen im Rübenbau rühren aber her aus den direkten und indirekten Feldemissionen in die verschiedenen Umweltkompartimente (Boden, Grund- und Oberflächengewässer, Luft), die direkt mit den applizierten Mengen an Dünge- und Pflanzenschutzmittel in Verbindung stehen. Die in den Boden gelangenden Pflanzenschutzmittel und Schwermetalle, in die Luft austretende Stickstoffverbindungen aus der Umwandlung und Verflüchtigung von Nährstoffen (v.a. Ammoniak, NH3, Stickoxide, NOx; Lachgas. N2O) und aus der Harnstoff-Anwendung herrührendes Kohlendioxid (CO2), sowie letztlich ins Grund- bzw. Oberflächengewässer austretende Stickstoff- und Phosphorverbindungen und Schwermetalle sind für diese umfangreichen Umweltbeeinträchtigungen ausschlaggebend (Ü Tab. 7). Hinsichtlich der Umweltbeeinträchtigungen vergleichsweise unbedeutend sind die Feldarbeiten (z.b. Düngen, Bodenbearbeitung) mit Ausnahme des Rübenvollernters, dessen Luftemissionen während der Ernte den überwiegenden Anteil der Umweltbeeinträchtigungen aus den Feldarbeiten beisteuern. Die Verarbeitung der Zuckerrüben zum weissen Rübenzucker in den Schweizer Werken in Aarberg und Frauenfeld (165 UBP bei Allokation über Gutschrift bzw. 151 UBP bei ökonomischer Allokation) macht einen Anteil von rund 11% an der Gesamtumweltbelastung aus und fällt im Vergleich zum landwirtschaftlichen Anbau der Zuckerrüben sehr gering aus. Der bedeutende Anteil der Umweltbelastungen der Rübenzuckerfabrik wird bewirkt durch die Bereitstellung von Prozesswärme (Erdgas) und Strom (Schweizer Strommix), was im Falle der Erdgas-Nutzung mit erheblichen Luftemissionen verbunden ist, während bei der Stromherstellung zusätzlich die Berücksichtigung der Endlagerung von radioaktiven Abfällen eine wesentliche Rolle spielen. Die sechs Ko-Produkte führt zu beträchtlichen Umweltbelastungs-Gutschriften von rund 430 UBP für die Schweizer Zuckerfabrik (Ü Abb. 6a). Stellt man die Gutschriften den Umweltbelastungen der Fabrik gegenüber, so führen die Ko-Produkte zu einer negativen Umweltbelastung (d.h. Umweltentlastung, Umweltnutzen) von beinahe 270 UBP. Wie aus Abb. 6b ersichtlich, rühren die wesentlichen Gutschriften von den zwei in der Viehzucht als Futtermittel verwendeten Ko-Produkten Pressschnitzel (±290 UBP) und Melasse (±140 UBP) her, während die anderen Ko-Produkte mit einer Gutschrift von insgesamt knapp 5 UPB vernachlässigbar sind. Dies ist auf die aus ökologischer Sicht aufwendige Primärproduktion von Futtermitteln (hier: Maissilage) zurückzuführen, die durch Verwertung der Pressschnitzel und der Melasse substituiert wird, und die vergleichsweise geringen Mengen der anderen Ko-Produkte (Ü Tab. 6). Die durch die Transporte verursachten Umweltbeeinträchtigungen sind im Vergleich zu denjenigen aus den anderen Prozessen der Versorgungskette gering. Die Anlieferung der Zuckerüben zur Fabrik ist mit einem Beitrag von rund 40 UBP bzw. rund 3% an den Gesamtbelastungen aufgrund der grösseren Transportmenge (6.4 kg Rüben) insgesamt unbedeutend, während die Distribution des 1 kg Zuckers ins Zentrallager des Detailhandels mit rund 8 UBP bzw. 0.6% ganz vernachlässigbar ist. Der Beitrag der Endverarbeitung (d.h. hier nur Nachtrocknung) fällt beim Rübenzucker weg, während dies beim Zucker aus Zuckerrohr in der Regel noch gemacht wird. Die Resultate der Umweltbewertung erwiesen sich als robust gegenüber den zwei unterschiedlichen Methoden zur Wirkungsabschätzung (Ü Abb. 6a,d), d.h. die Anteile der verschiedenen Phasen der Versorgungskette an der Gesamtumweltbelastung sind in beiden Fällen gleich. 18

23 3 Ökologie Brasilianischer Rohrzucker In Abb. 7a-d sind die Resultate der Umweltbewertung für den industriell produzierten, weissen Brasilianischen Rohrzucker dargestellt. a b c d Abb. 7. Umweltbelastungen (a-c: Methode der ökologischen Knappheit, UBP 06; d: Eco-indicator 99) von Brasilianischem Rohrzucker differenziert nach den Prozessen in der Versorgungskette und den entsprechenden Beiträgen der Wirkungskategorien. Allokation über Gutschrift (a); Gutschriften für die Nebenprodukte (b); ökonomische Allokation (c); Allokation über Gutschrift (d). Der überwiegende Anteil der gesamten Umweltbeeinträchtigungen in der Brasilianischen Zuckerversorgungskette rührt unabhängig von der gewählten Allokationsmethode aus dem landwirtschaftlichen Anbau des Zuckerrohrs her (± 55% bzw. 760/900 UPB, Ü Abb. 6a,c). Dabei sind grundlegend dieselben Grössen bzw. Flüsse bestimmend wie beim Schweizerischen Zuckerrübenbau. Die prinzipiellen Unterschiede bestehen darin, dass in Brasilien aufgrund des monokulturellen Anbaus keine Gründüngung mitbewertet wird und dass die öko- und humantoxischen Luftemissionen aus dem Abbrennen der Felder vor der Ernte (Kohlenmonoxid, CO; Methan, CH 4 ; Grobstaub) hinzukommen (Ü Tab. 7). 19

24 Nachhaltigkeitsanalyse der industriellen Zuckerproduktion Die Verarbeitung des geernteten Rohrs zum weissem Rohrzucker in der Rohrzuckerfabrik (306 UBP bei ökonomischer Allokation bzw. 280 UPB bei Allokation über Gutschrift) ist mit einem Anteil von rund 20% an der Gesamtumweltbelastung ökologisch weit weniger bedeutend als der landwirtschaftliche Anbau und bewegt sich in derselben Grössenordnung wie die Distribution des Rohrzuckers (299 UBP) von Brasilien ins Zentrallager des Schweizerischen Detailhandels (via Santos Antwerpen Basel). In beiden Phasen der Versorgungskette machen die Luftemissionen den überwiegenden Anteil aus. Diese beziehen sich hauptsächlich auf Emissionen von Treibhausgasen (z.b. CO 2, CH 4, N 2 O) und Luftschadstoffen (z.b. Feinstaub, CO, polyzyklische aromatische Verbindungen) aus der energetischen Nutzung der Bagasse zur Strom- und Wärmeerzeugung (Zuckerfabrik) bzw. aus der Umwandlung der Treibstoffe in Transportenergie (Fracht- und Binnenschiff, LKW, Bahn). Die Berücksichtigung der beiden Ko-Produkte aus der Rohrzuckerfabrik Strom und Bioethanol führt zu einer Gutschrift bzw. Reduktion von 81 UBP (31 UBP für Strom; 50 UBP für Bioethanol; Ü Abb. 6b). Die Anlieferung des Zuckerrohrs von den Feldern zur Rohrzuckerfabrik ist mit einem Anteil von 5% an der Gesamtumweltbelastung relativ unbedeutend. Die Nachtrocknung (d.h. Endverarbeitung) von 1kg Rohrzucker in der Schweiz ist aufgrund des sehr geringen Erdölbedarfs vernachlässigbar (<< 1% der Gesamtumweltbelastung bzw. rund 2 UBP). Wie aus dem Vergleich von Abb. 7a und 7d ersichtlich wird, sind die Resultate der Ökobilanz für den Brasilianischen stark sensitiv gegenüber den gewählten Methoden zur Wirkungsabschätzung. Bei der Bewertung mittels Eco-indicator 99 führen die stark gewichteten kanzerogenen Emissionen dazu, dass hauptsächlich dem Anbau des Zuckerrohrs, aber auch der Rohrzuckerfabrik vergleichsweise sehr hohe Umweltbelastungen attribuiert werden. Neben den Emissionen aus der heute noch relativ weit verbreiteten Praxis des Abbrennens der Felder vor der manuellen Ernte (Rohranbau) bzw. aus der energetischen Verwertung der Bagasse (Rohrzuckerfabrik; vgl. obige Ausführungen), ist die Hauptursache hierfür im stark Arsen-haltigen Pestizid Daconate zu finden, welches nur im Inventar des Zuckerrohr-Anbaus Berücksichtigung findet und bei der Beurteilung mit Eco-indicator 99 aufgrund einer überaus starken Gewichtung zu hohen Werten bei der Ökotoxizität führt [43, S. VII] Vergleich der Zuckerproduktion in Schweiz und Brasilien Abb. 8a,b zeigt den Vergleich der Umweltbelastungen der Versorgungsketten von Schweizer Rüben- und Brasilianischem Rohrzucker. Generell weist die Schweizer Rübenzuckerproduktion bei beiden Allokationsmethoden die bessere Ökobilanz auf als die Brasilianische Rohrzuckerproduktion, d.h. geringere Umweltbeeinträchtigungen entlang der Schweizer Zuckerversorgungskette als in Brasilien. Allerdings ist die Höhe des Unterschieds relativ stark abhängig von der gewählten Allokationsmethode. Werden die Ko-Produkte über eine ökonomische Allokation behandelt, zeigt der Schweizer Rübenzucker eine nur leicht bessere Umweltbewertung als der Brasilianische Rohrzucker (1335 UBP vs UBP). Bei der Allokation über Gutschriften für die Ko-Produkte fällt der Vergleich weitaus stärker zugunsten des Rübenzuckers aus (1017 UBP vs UBP). Dies ist einerseits darin begründet, dass in der Schweiz mit der Verwertung von Pressschnitzel und Melasse als Viehfutter die umweltintensive Produktion von Futtermitteln (hier: Maissilage) substituiert wird, was im Vergleich zum Strom und dem Bioethanol aus der Brasilianischen Werken umfangreiche Gutschriften mit sich bringt (433 UBP vs. 81 UBP). Andererseits erzielen die Brasilianischen Ko-Produkte vergleichsweise höhere Erlöse auf dem Markt, was sich bei der ökonomischen Allokation vergleichsweise positiv auf die Umweltbelastung der Brasilianischen Zuckerfabrik auswirkt. Diese Sachverhalte erklären die Sensitivität der Resultate gegenüber der gewählten Allokationsmethode. Es wird ersichtlich, dass der ökonomische Marktwert eines (Neben-)Produkts insbesondere bei produktionsintensiven und relativ günstigen Agrarprodukten nicht positiv mit den Umweltbelastungen korreliert, die im Verlaufe der Herstellung verursacht werden. Wie die in Abb. 8 ausgewiesenen 95%-Konfidenzintervalle zeigen, sind die Resultate mit erheblichen Unsicherheiten behaftet. Diese sind aufgrund des schwierigeren Zugangs zu repräsentativen Daten in Brasilien beinahe doppelt so hoch wie im Schweizer Fall, wo generell und über die enge Kooperation mit den Zuckerfabriken und den Rübenpflanzern eine solide Datenbasis mit relativ geringen Unsicherheiten vorhanden war. 4 Alternativ könnte dieses Pestizid in der Studie durch ein anderes nicht Arsen-haltigen Mittel ersetzt werden, was die Umweltauswirkungen in dieser Wirkungskategorie signifikant reduzieren würde. 20