Grit Walther. Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke

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2 Grit Walther Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke

3 GABLER RESEARCH Produktion und Logistik Herausgegeben von Professor Dr. Wolfgang Domschke, Technische Universität Darmstadt, Professor Dr. Andreas Drexl, Universität Kiel, Professor Dr. Bernhard Fleischmann, Universität Augsburg, Professor Dr. Hans-Otto Günther, Technische Universität Berlin, Professor Dr. Stefan Helber, Universität Hannover, Professor Dr. Karl Inderfurth, Universität Magdeburg, Professor Dr. Thomas S. Spengler, Universität Braunschweig, Professor Dr. Hartmut Stadtler, Technische Universität Darmstadt, Professor Dr. Horst Tempelmeier, Universität zu Köln, Professor Dr. Gerhard Wäscher, Universität Magdeburg Kontakt: Professor Dr. Hans-Otto Günther, Technische Universität Berlin, H 95, Straße des 17. Juni 135, Berlin Diese Reihe dient der Veröffentlichung neuer Forschungsergebnisse auf den Gebieten der Produktion und Logistik. Aufgenommen werden vor allem herausragende quantitativ orientierte Dissertationen und Habilitationsschriften. Die Publikationen vermitteln innovative Beiträge zur Lösung praktischer Anwendungsprobleme der Produktion und Logistik unter Einsatz quantitativer Methoden und moderner Informationstechnologie.

4 Grit Walther Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke Überbetriebliche Planung und Steuerung von Stoffströmen entlang des Produktlebenszyklus Mit einem Geleitwort von Prof. Dr. Thomas S. Spengler RESEARCH

5 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über <http://dnb.d-nb.de> abrufbar. Habilitationsschrift Technische Universität Braunschweig, Auflage 2010 Alle Rechte vorbehalten Gabler Verlag Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2010 Lektorat: Ute Wrasmann Nicole Schweitzer Gabler Verlag ist eine Marke von Springer Fachmedien. Springer Fachmedien ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media. Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Umschlaggestaltung: KünkelLopka Medienentwicklung, Heidelberg Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Printed in Germany ISBN

6 Für Nieke

7 Geleitwort VII Geleitwort Die Habilitationsschrift von Frau Walther ordnet sich thematisch in das in Forschung und Praxis viel beachtete Gebiet der betriebswirtschaftlichen Nachhaltigkeitsforschung ein, das sich vor dem Hintergrund der aktuellen gesellschaftlichen und politischen Diskussion mit Themen wie Klimawandel und Ressourcenverknappung beschäftigt. Die Zielsetzung der von ihr durchgeführten Forschungsarbeiten besteht darin, Planungsansätze für eine nachhaltige Entwicklung bestehender Wirtschaftssysteme zu entwickeln, wobei speziell auf die einzelnen Phasen entlang des Produktlebenszyklus eingegangen wird. Die entwickelten Ansätze finden konkrete Anwendungen sowohl in fertigungs- als auch in verfahrenstechnischen Fallstudien der Elektronik- und Fahrzeugindustrie. Insgesamt greift Frau Walther in der vorliegenden Schrift einen äußerst anspruchsvollen Themenkomplex auf, der durch Aktualität, Interdisziplinarität und eine hohe Praxisnähe gekennzeichnet ist. Zur Erreichung der gesetzten Ziele wird zunächst der konzeptionelle Rahmen der Arbeit über die Grundsätze und Managementregeln einer nachhaltigen Entwicklung sowie über die Planungsaufgaben nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke hergeleitet. Im Anschluss daran erfolgt die Vorstellung und Anwendung von Ansätzen zur statischen sowie dynamischen Modellierung von Stoff- und Energieströmen in Wertschöpfungsnetzwerken und darauf aufbauend zur integrierten Bewertung dieser Stoff- und Energieströme unter Zugrundelegung ökonomischer, ökologischer und sozialer Kriterien. Im Anschluss daran werden konkrete Planungsmodelle entlang des Produktlebenszyklus entwickelt, wobei sowohl systemdynamische Simulationsmodelle, als auch lineare, kombinatorische und dynamische Optimierungsmodelle erstellt und im Rahmen von Fallbeispielen validiert werden. Abschießend erfolgt die Konzeption eines Ansatzes zur dezentralen Koordination von Wertschöpfungsnetzwerken auf Basis der Dekomposition eines zentralen Planungsmodells. Dieses legt die Grundlage zu einer unternehmensübergreifenden Zusammenarbeit von Recyclingunternehmen in der Praxis. Die Arbeit schließt mit Schlussfolgerungen sowie einer Zusammenfassung. Die vorliegende Schrift deckt eine äußerst anspruchsvolle Thematik ab, und dies sowohl in einer beeindruckenden thematischen Breite als auch wissenschaftlichen Eindringtiefe. Die von der Autorin herangezogenen und eigenständig weiterentwickelten Methoden zur Modellierung, Bewertung und Optimierung von Wertschöpfungsnetzwerken sind wissenschaftlich fundiert und innovativ. Insgesamt hat Frau Walther damit den Stand der Forschung im Themengebiet der betriebswirtschaftlichen Nachhaltigkeitsforschung einen entscheidenden Schritt vorangebracht und gleichzeitig beachtenswerte Erfolge im Hinblick auf die praxisgerechte Gestaltung und Koordination nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerken erzielt. Dem vorliegenden Buch sei daher eine weite Verbreitung in Wissenschaft und Praxis gewünscht. Prof. Dr. Thomas S. Spengler

8 Vorwort IX Vorwort Globale und irreversible Probleme, wie der Klimawandel oder die Ressourcenverknappung, verdeutlichen die Notwendigkeit der Entwicklung nachhaltiger Wirtschaftssysteme. Erforderlich ist insbesondere die effiziente Nutzung und Kreislaufführung aller Materialien durch ein aufeinander abgestimmtes Zusammenwirken von Produzenten, Konsumenten und Recyclingunternehmen. Hieraus resultiert eine zunehmende Anzahl zu berücksichtigender Akteure und somit eine Steigerung der Komplexität der zu gestaltenden und zu koordinierenden Systeme. Vor diesem Hintergrund erfolgt in der vorliegenden Habilitationsschrift die Entwicklung von Konzepten zur Gestaltung und Koordination von Material-, Wert- und Informationsflüssen in nachhaltigen Wertschöpfungsnetzwerken. Hierbei werden sowohl stoffstrombasierte Planungs- und Entscheidungsmodelle über den gesamten Produktlebenszyklus, als auch Ansätze zur Koordination der beteiligten Akteure entlang dieser Prozesskette entwickelt. Die Validierung der Modelle erfolgt an Fallstudien der Elektronik- und Fahrzeugindustrie. Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als Leiterin der Arbeitsgruppe Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke am Lehrstuhl für Produktion und Logistik der Technischen Universität Braunschweig. Mein besonderer Dank gilt meinem akademischen Lehrer Herrn Prof. Dr. Thomas S. Spengler für die fachliche und vor allem auch persönliche Unterstützung, die er mir während der gesamten Zeit an seinem Lehrstuhl entgegengebracht hat. Herzlich bedanken möchte ich mich auch bei Prof. Dr. Karl Inderfurth (Otto-von- Guericke-Universität Magdeburg), Prof. Dr. Jo van Nunen (Erasmus Universität Rotterdam) sowie Prof. Dr. Otto Richter (Technische Universität Braunschweig) für die Übernahme der Korreferate sowie die wertvollen fachlichen Hinweise. Mein Dank gilt zudem allen Mitgliedern der Habilitationskommission. Danken möchte ich auch allen Partnern bei der Volkswagen AG, der Salzgitter AG, der ELPRO GmbH, der adp Gauselmann GmbH, der CCR Logistics Systems AG sowie der Systain Consulting GmbH für die gute Zusammenarbeit und Kooperationsbereitschaft. Erst durch die gemeinsamen Forschungsprojekte wurde die vorliegende Arbeit ermöglicht. Ein besonderer Dank gilt allen Kolleginnen und Kollegen des Lehrstuhls für Produktion und Logistik der TU Braunschweig und insbesondere der Arbeitsgruppe Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke für die fachlich und vor allem auch persönlich sehr gute Zusammenarbeit. Zu nennen sind hier Dr. Martin Ploog, Dr. Marcus Schröter, Dr. Wiebke Junge, Dr. Dolores Queiruga Dios, Dr. Eberhard Schmid, Dr. Grischa Meyer, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Anne Schatka, Dipl.-Math. Oec. Kerstin Schmidt, Dipl.-Kffr. Jenny Steinborn, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Jörg Wansart, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Karsten Kieckhäfer sowie Dipl.-Wirtsch.-Ing. Britta Engel. Herzlich danken möchte ich auch Prof. Dr. Jacqueline Bloemhof (Universität Wageningen) und Dr. Joao Quariguasi (Universität Bradford) für die gute und erfolgreiche Zusammenarbeit während meines Forschungsaufenthaltes an der Erasmus Universität Rotterdam. Meiner Familie möchte ich danken für ihre stetige Unterstützung, die mir neben vielem anderen auch die Erstellung dieser Arbeit ermöglicht hat. Mein ganz besonderer Dank gilt Michael für seinen Rückhalt, sein Verständnis und seine Unterstützung in allen Lebenslagen. Grit Walther

9 Inhaltsübersicht XI Inhaltsübersicht 1 Einleitung Ausgangslage und Problemstellung Zielsetzung und Lösungsweg Charakteristika und Aufgaben nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke Grundlagen und Rahmenbedingungen eines nachhaltigen Wirtschaftens Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke Fallbeispiel: Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke in der Elektronikindustrie Fazit Stoffstrombasierte Modellierung und Bewertung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke Modellierung vernetzter Produktionssysteme Bewertung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke Multikriterielle Bewertung zur Integration der Nachhaltigkeitsindikatoren Fallbeispiel: Modellierung und Bewertung von Recyclingnetzwerken Fazit Lenkungssystem (Umwelt-)Politik Folgenabschätzung für Politikoptionen Dynamisch komplexe Systeme Fallbeispiel: Folgenabschätzung im Automobilsektor Fazit Produktentwicklung Produktlebenszyklus Life Cycle Costing Fallbeispiel: Lebenszykluskosten komplexer Elektronikgeräte Life Cycle Assessment Fallbeispiel: Umweltwirkungen komplexer Elektronikgeräte Fazit

10 XII Inhaltsübersicht 6 Produktion Planung von Produktionssystemen Modellierung von Produktionssystemen am Beispiel synthetischer Biokraftstoffe Fallbeispiel: Planung eines Produktionssystems zur Herstellung von BTL- Kraftstoffen Fazit Nutzung Nutzungsdauerverlängerung durch Aufarbeitung Planung der Aufarbeitung Integrierte Planung von Neuproduktion und Aufarbeitung Fallbeispiel: Kreislaufoptionen eines Automatenherstellers Fazit Entsorgung Begriffe und Grundlagen Charakterisierung von Behandlungsprozessen Modellierung von Behandlungsprozessen Modellierung integrierter Recyclingunternehmen Fallbeispiel: Feinplanung eines integrierten Recyclingunternehmens Fazit Koordination nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke Anforderungen an die Koordination nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke Koordination in Netzwerken Fallbeispiel: Koordination von Recyclingnetzwerken Fazit Schlussfolgerungen Zusammenfassung Literatur

11 Inhaltsverzeichnis XIII Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Ausgangslage und Problemstellung Zielsetzung und Lösungsweg Charakteristika und Aufgaben nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke Grundlagen und Rahmenbedingungen eines nachhaltigen Wirtschaftens Konzept Nachhaltigkeit Lenkungssystem (Umwelt-)Politik Abfall- und schadstofforientierte Richtlinien Medienübergreifender Umweltschutz Freiwillige Instrumente Integrierte Produktpolitik Stoffstrommanagement zur Umsetzung einer nachhaltigen Entwicklung Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke Wertschöpfungsnetzwerke Charakteristika nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke Planung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke Planungsrahmen Planungsaufgaben entlang des Produktlebenszyklus Fallbeispiel: Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke in der Elektronikindustrie Umweltwirkungen von Elektro(nik)geräten Umweltrechtliche Rahmenbedingungen Stoffstrommanagement entlang des Produktlebenszyklus Zusammenarbeit in Wertschöpfungsnetzwerken Fazit Stoffstrombasierte Modellierung und Bewertung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke Modellierung vernetzter Produktionssysteme Ermittlung der Input-Output-Relationen Betriebswirtschaftliche Produktionsfunktionen Aktivitätsanalyse Approximation einer Technik durch Prozesssimulation... 45

12 XIV Inhaltsverzeichnis Ansätze zur dynamischen Modellierung Dynamisches Grundmodell Dynamische Input-Output-Grafen und Petri-Netze Bewertung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke Ziele und Zielhierarchien Ökonomische Bewertung Verfahren der Umweltkostenrechnung Ansatz der stoffflussbasierten Umweltkostenrechnung Ökologische Bewertung Kumulierter Primärenergieaufwand KEA Bewertungsverfahren nach UBA Soziale Bewertung Multikriterielle Bewertung zur Integration der Nachhaltigkeitsindikatoren Indikatorensysteme zur Bewertung der Nachhaltigkeit Klassifikation multikriterieller Entscheidungsverfahren Multi Objective Decision Making MODM-Verfahren Bestimmung aller effizienten Lösungen Zielprogrammierung Multi Attribute Decision Making MADM-Verfahren Outrankingverfahren PROMETHEE Fallbeispiel: Modellierung und Bewertung von Recyclingnetzwerken Stoffstrommodell des Recyclingnetzwerks Stoffflussbasierte Umweltkostenrechnung zur Bewertung von Recyclingnetzwerken MODM-Verfahren zur Bewertung von Recyclingnetzwerken Zielfunktionen Effiziente Lösungen Zielprogrammierung MADM-Verfahren zur Bewertung von Recyclingnetzwerken Zielsystem und Attribute Anwendung von PROMETHEE Fazit Lenkungssystem (Umwelt-)Politik Folgenabschätzung für Politikoptionen... 93

13 Inhaltsverzeichnis XV Vorgehen im Rahmen der Folgenabschätzung Anforderungen an die Wirkungsanalyse Dynamisch komplexe Systeme Verhaltensmuster dynamisch komplexer Systeme Systemdynamische Modellierung dynamisch komplexer Systeme Problemdefinition Erstellung einer dynamischen Hypothese Formulierung eines Simulationsmodells Modellanalyse Entwicklung und Bewertung von Politikoptionen Fallbeispiel: Folgenabschätzung im Automobilsektor Planungsproblem Modell Daten und Szenarien Ergebnisse und Handlungsempfehlungen Fazit Produktentwicklung Produktlebenszyklus Bedeutung der Produktentwicklung Modellierung des Produktlebenszyklus Life Cycle Costing Mengengerüst Wertgerüst Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Fallbeispiel: Lebenszykluskosten komplexer Elektronikgeräte Entscheidungsalternativen Stoffströme Zahlungsströme Ergebnisse und Handlungsempfehlungen Life Cycle Assessment Vorgehensweise Vereinfachtes Life Cycle Assessment Fallbeispiel: Umweltwirkungen komplexer Elektronikgeräte Life Cycle Assessment eines Personal Computers Lebenszyklusweite Umweltwirkungen weiterer Elektronikgeräte Fazit

14 XVI Inhaltsverzeichnis 6 Produktion Planung von Produktionssystemen Techno-ökonomisches Planungskonzept Strategische Produktionsplanung Betriebswirtschaftliche Systemgestaltung Schnittstelle zur technischen Systemgestaltung Berücksichtigung von Unsicherheiten Modellierung von Produktionssystemen am Beispiel synthetischer Biokraftstoffe Synthetische Biokraftstoffe als Technologieinnovation Charakterisierung des Produktionssystems Informationen aus der technischen Systemgestaltung Integrierte Standort-, Kapazitäts- und Technologieplanung Systembeschreibung Stoffströme Zielfunktion Robuste Erweiterung Fallbeispiel: Planung eines Produktionssystems zur Herstellung von BTL- Kraftstoffen Daten Szenarien Ergebnisse und Handlungsempfehlungen Fazit Nutzung Nutzungsdauerverlängerung durch Aufarbeitung Aufarbeitungsoptionen Integration in den Produktlebenszyklus Umsetzung in Closed Loop Supply Chains Planung der Aufarbeitung Strategische Planung Taktische Planung Operative Planung Integrierte Planung von Neuproduktion und Aufarbeitung Planungssituation Modell zur integrierten Produktions- und Aufarbeitungsplanung Fallbeispiel: Kreislaufoptionen eines Automatenherstellers

15 Inhaltsverzeichnis XVII Planungsumfeld und -aufgabe Aufarbeitungsoptionen des Automatenherstellers Ergebnisse und Handlungsempfehlungen Fazit Entsorgung Begriffe und Grundlagen Systemstufen und Aktivitäten Akteure Charakterisierung von Behandlungsprozessen Charakteristika der Demontage und mechanischen Aufbereitung Demontage und Aufbereitung als Kuppelproduktionsprozesse Modellierung von Behandlungsprozessen Modellierung der Demontage Modellierung der mechanischen Aufbereitung Modellierung integrierter Recyclingunternehmen Allgemeines Stoffstrommodell Hierarchisches Planungskonzept für integrierte Recyclingunternehmen Fallbeispiel: Feinplanung eines integrierten Recyclingunternehmens Daten Ergebnisse Fazit Koordination nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke Anforderungen an die Koordination nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke Kooperationen entlang des Produktlebenszyklus Anforderungen an die Koordination Koordination in Netzwerken Überbetrieblicher Leistungsaustausch Koordination in Wertschöpfungsnetzwerken Koordinationsmechanismen Koordination durch Kontrakte Koordination von mathematischen Optimierungsmodellen Fallbeispiel: Koordination von Recyclingnetzwerken Charakterisierung der Koordinationssituation Aktivitäten und Stoffströme Akteure, Zielsetzungen und Informationen

16 XVIII Inhaltsverzeichnis Weitere Präzisierung der Koordinationssituation Koordinationsansatz Zentrales Modell Dezentrales Modell Koordinationsmechanismus Prototypische Umsetzung als Multi-Agentensystem Ergebnisse Fazit Schlussfolgerungen Zusammenfassung Literatur

17 Abbildungsverzeichnis XIX Abbildungsverzeichnis Abbildung 1-1: Zielsetzung und Vorgehensweise im Rahmen der Arbeit... 8 Abbildung 2-1: Unternehmensumfeld (Wagner 1997) Abbildung 2-2: Maßnahmen des Integrierten Umweltschutzes (Spengler/Schröter 2001) Abbildung 2-3: Wertschöpfungsnetzwerk (übersetzt nach Chopra/Meindl 2007) Abbildung 2-4: Produktlebenszyklus Abbildung 2-5: Komplexität der Beziehungen in nachhaltigen Wertschöpfungsnetzwerken Abbildung 2-6: Planungsrahmen nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke Abbildung 2-7: Rechtliche Rahmenbedingungen über den Lebenszyklus von Elektro- (nik)geräten Abbildung 2-8: Optionen des Produkt- und Materialrecyclings (verändert nach Thierry et al. 1995) Abbildung 2-9: Vertikale Wertschöpfungsnetzwerke in der Elektronikindustrie (Spengler et al. 2001) Abbildung 2-10: Planungsumfeld und Aktivitäten eines Demontagenetzwerks (Walther 2005) Abbildung 2-11: Partner des horizontalen Recyclingnetzwerks RENE (RENE 2008b) Abbildung 2-12: Recyclingpass, Seite 3: Demontagehinweise zu Stoffen und Komponenten, die Recyclingprozesse stören könnten, sowie zu Stoffen und Komponenten, mit denen sich evtl. Erlöse erzielen lassen (Spengler et al. 2004) Abbildung 2-13: Konzept für die Gestaltung des überbetrieblichen Informationsflusses (Spengler/Herrmann 2004) Abbildung 2-14: Kapitel der vorliegenden Arbeit eingeordnet in den Planungsrahmen nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke Abbildung 3-1: Beschreibung eines vernetzten Produktionssystems mit Hilfe eines gerichteten Digrafen (verändert nach Penkuhn 1997) Abbildung 3-2: Überblick über wichtige Klassen von Produktionsfunktionen (Spengler 1994, Penkuhn 1997) Abbildung 3-3: Synthesekreislauf des AMV-Verfahrens zur Ammoniaksynthese mit Grundaktivitäten und approximierter Gutenberg-Produktionsfunktion (Penkuhn 1997)... 46

18 XX Abbildungsverzeichnis Abbildung 3-4: Elementtypen eines Petri-Netzes Abbildung 3-5: Elementtypen im Stoffstromanalyseprogramm Umberto (ifu & ifeu 2005, ifu 2008) Abbildung 3-6: Maßnahmen des betrieblichen Umweltschutzes nach VDI 3800 (VDI 2001) Abbildung 3-7: Struktur des Bewertungsansatzes (Walther 2005) Abbildung 3-8: Wirkungsabschätzung im Rahmen des UBA-Verfahrens (Äquivalenzfaktoren nach UBA 2007b) Abbildung 3-9: Ausgangsbasis für die verbal-argumentative Bewertung nach UBA- Verfahren (UBA 2000b) Abbildung 3-10: Indikatorensystem zur Nachhaltigkeitsberichterstattung der Global Reporting Initiative (GRI 2006) Abbildung 3-11: Gliederung der MODM-Verfahren (verändert nach Zimmermann/Gutsche 1991) Abbildung 3-12: Eingrenzung des Lösungsraumes und Berechnung der Parteoeffizienten Lösungen bei fixierter (isoparametrischer) Zielfunktion 1 und zu minimierenden Zielfunktionen 2 und 3 (Quariguasi et al. 2009b) Abbildung 3-13: Klassifikation von MADM-Verfahren (Geldermann 1999), Klassische Verfahren nach (Zimmermann/Gutsche 1991, Chen et al. 1992, Götze/Bloech 2002) Abbildung 3-14: Verallgemeinerte Präferenzfunktionen (Zimmermann/Gutsche 1991) Abbildung 3-15: Charakteristika alternativer Recyclingnetzwerke (Walther/Spengler 2005) Abbildung 3-16: Stoffstrommodell für das Recyclingunternehmen u (Walther 2005) Abbildung 3-17: Bestimmung der effizienten Lösungen und Trade-Offs zwischen den drei Zielfunktionen (Quariguasi et al. 2009b) Abbildung 3-18: Kriterienhierarchie zur Bewertung nachhaltiger Recyclingnetzwerke Abbildung 3-19: Sensitivitätsanalyse der Gewichtung der ökonomischen Ziele (ceteris paribus) Abbildung 4-1: Analyseschritte im Rahmen der Folgenabschätzung (verändert nach Europäische Kommission 2005c) Abbildung 4-2: Schritte der Wirkungsanalyse als Teil der Folgenabschätzung (verändert nach Europäische Kommission 2005c)... 96

19 Abbildungsverzeichnis XXI Abbildung 4-3: Charakteristische Verhaltensmuster dynamischer Systeme aufgrund von Rückkopplungen, Zeitverzögerungen und Nichtlinearitäten (übersetzt nach Sterman 2000) Abbildung 4-4: Kausalmodell eines einfachen Produktdiffusionsmodells mit einer positiven und einer negativen Rückkopplung Abbildung 4-5: Flussdiagramm eines einfachen Produktdiffusionsmodells unter Verwendung sprechender Variablen (a) sowie unter Verwendung von Variablenkürzeln (b) Abbildung 4-6: Entwicklung von Absatz, Produktbestand und bestandsabhängiger Absatzrate im Rahmen der Produktdiffusion Abbildung 4-7: Module des Modells zur Bewertung von Politikoptionen im Automobilsektor Abbildung 4-8: Marktmodul zur Abbildung der Marktanteile einzelner Fahrzeugvarianten unter Berücksichtigung von Fahrzeugattributen sowie der Marktdiffusion neuer Antriebstechnologien Abbildung 4-9: Struktur der Alterskohorten Abbildung 4-10: Fahrzeugvarianten mit einsetzbaren Kraftstoffen Abbildung 4-11: Flussdiagramm: Emissionen der in Alterskohorte 1 befindlichen Fahrzeuge Abbildung 4-12: Politiksimulator zur Steuerung des Einsatzes der umweltpolitischen Instrumente (Meyer 2009; in Anlehnung an Ford 1999) Abbildung 4-13: Überblick über die Module und Verknüpfungen des Modells zur Bewertung von Politikoptionen im Automobilsektor Abbildung 4-14: Neuwagenverkäufe bei Homogenisierung der Kaufpreise (Szenario 11) Abbildung 4-15: Bestand der Antriebstechnologien bei Homogenisierung der Kaufpreise (Szenario 11) Abbildung 4-16: Entwicklung der Emissionen bei Homogenisierung der Kaufpreise (Szenario 11) Abbildung 4-17: Maluszahlungen für konventionelle und Bonuszahlungen für alternative Technologien bei Homogenisierung der Kaufpreise (Szenario 11) Abbildung 5-1: Modellierung der Lebensperioden eines Produktprojektes (Stölting 2006) Abbildung 5-2: Modellierung der Lebensphasen eines Produktindividuums während der Marktperiode (verändert nach Stölting 2006)

20 XXII Abbildungsverzeichnis Abbildung 5-3: Integriertes, kreislauforientiertes Produktlebenszyklusmodell (Walther et al. 2007c, Stölting 2006) Abbildung 5-4: Lebenszykluskurve neuer und zurückzunehmender Produkte (verändert nach Spengler 1998) Abbildung 5-5: Stoffstrommodell des Produktlebenszyklus mit Aufarbeitung und Mehrfachnutzung (Spengler/Stölting 2008, Stölting 2006) Abbildung 5-6: Antizipierte Stoffströme bei Implementierung des Anreizsystems S3 Rückkauf (Walther et al. 2007c, Stölting 2006) Abbildung 5-7: Diskontierte Zahlungsreihen der Strategiealternativen (Walther et al. 2007c, Stölting 2006) Abbildung 5-8: Sensitivität des erwarteten Kapitalwertes für unterschiedliche Aufarbeitungsraten (Stölting 2006) Abbildung 5-9: Phasen einer Ökobilanz nach DIN EN ISO (DIN 2006a) Abbildung 5-10: Lebenszyklusphasen eines PC (übersetzt nach Choi et al. 2006) Abbildung 5-11: Wirkungsabschätzung über den Lebenszyklus eines PC (verändert nach Choi et al. 2006) Abbildung 5-12: KEA verschiedener Elektronikgeräte über den Lebenszyklus (verändert nach Quariguasi et al. 2009a; Daten: Behrendt 1998, Williams 2003, Gotthardt et al. 2005, Choi et al. 2006, BUWAL 1996) Abbildung 6-1: Hierarchisches Konzept für die Planung von Produktionssystemen am Beispiel der verfahrenstechnischen Produktion (verändert nach Walther et al. 2007a) Abbildung 6-2: Generisches Flussdiagramm eines Produktionssystems für BTL- Kraftstoffe (in Anlehnung an Hamelinck/Faaij 2006) Abbildung 6-3: Grundfließbild der Batelle Biomasse-Vergasungsanlage mit Fischer- Tropsch-Synthese (U.S. Department of Energy 1998) Abbildung 6-4: Ableitung von Entkopplungspunkten (EP) am Beispiel der FZK- Technologie Abbildung 6-5: Aspen Flowsheeting-Modell für die Fischer-Tropsch-Synthese zur Umwandlung von Synthesegas in ein flüssiges Kohlenwasserstoffgemisch (U.S. Department of Energy 1998) Abbildung 6-6: BTL-Produktionssystem Abbildung 6-7: Linearisierung der betriebsbedingten Zahlungen für unterschiedliche Kapazitätsklassen eines Moduls Abbildung 6-8: Struktur- und Kontrollvariablen des robusten Planungsproblems

21 Abbildungsverzeichnis XXIII Abbildung 6-9: Optimales Produktionssystem unter Zugrundelegung verschiedener Entscheidungskriterien Abbildung 7-1: Potenzial der Produkt- und Komponentenaufarbeitung (Walther et al. 2009a) Abbildung 7-2: Überblick über Verwendungs- und Verwertungsoptionen im Lebenszyklus Abbildung 7-3: Integration von Aufarbeitung, Produktion und Absatz Abbildung 7-4: Modellbeschreibung Abbildung 7-5: Gleichteile (1-19) in den Produkten des Automatenherstellers (adp Gauselmann 2004) Abbildung 7-6: Aktuelle Aufarbeitungsoptionen des Automatenherstellers Abbildung 7-7: Potenzielle Aufarbeitungsoptionen des Automatenherstellers Abbildung 7-8: Rücklaufallokation mit und ohne Komponentenaufarbeitung Abbildung 8-1: Aktivitäten der Demontage und der mechanischen Aufbereitung und resultierende Materialfraktionen am Beispiel der Elektro(nik)altgeräte (verändert nach Nathani 1998) Abbildung 8-2: Einordnung der Begriffe und Definitionen zur Entsorgung von Geräten (verändert nach Walther 2005, Schmid 2009) Abbildung 8-3: Wertschöpfungsnetzwerke zur Erfassung, Behandlung und Entsorgung komplexer Geräte Abbildung 8-4: Klassifikation der Kuppelproduktion (nach Oenning 1997, Spengler 1994) Abbildung 8-5: Demontagegraf eines elektrischen Steckers (Spengler 1994) Abbildung 8-6: Demontagegraf eines einfachen Beispiels zur Modellierung der Produktdemontage (Spengler 1994) Abbildung 8-7: Fließbild einer mechanischen Aufbereitungsanlage (Ploog 2004) Abbildung 8-8: Modellierung der Abtrennung in Prozessstufe k in einem Fließsystem mit K Prozessstufen (Ploog 2004) Abbildung 8-9: Allgemeines Stoffstrommodell eines integrierten Recyclingunternehmens (Ploog 2004) Abbildung 8-10: Schemata der Demontage- und Aufbereitungsbereiche der Electrocycling GmbH (Spengler/Herrmann 2004) Abbildung 8-11: Materialflussbilanz der Electrocycling GmbH (Spengler/Herrmann 2004, Ploog 2004)

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