Effizienz und Nachhaltigkeit... mit besonderer Berücksichtigung der gebauten Umwelt

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1 Ringvorlesung Ökologie, VO Univ.-Prof. Dr. A. Mahdavi, Univ.-Prof. Dr. E. Panzhauser 19. April 2007 Effizienz und Nachhaltigkeit... mit besonderer Berücksichtigung der gebauten Umwelt Helmut Technische Universität Wien Institut für Wassergüte, Ressourcenmanagement und Abfallwirtschaft 1

2 Klärung der Begriffe Effizienz Effektivität Nachhaltigkeit 100 % 100 % Ziel Ziel A B 0 % A B A effektiver als B 0 % Aufwand 2 2

3 Klärung der Begriffe Effizienz Effektivität Nachhaltigkeit Effektivität ist das Verhältnis von erreichtem Ziel zu definiertem Ziel. Das Kriterium für das Vorhandensein von Effektivität ist ausschließlich die Frage, ob das definierte Ziel erreicht wurde oder nicht. Ein Verhalten ist dann effektiv, wenn es ein vorgegebenes Ziel erreicht. Dies ist im Unterschied zur Effizienz unabhängig vom zur Zielerreichung nötigen Aufwand. Effektiv arbeiten bedeutet, unter Einsatz aller Mittel ein Ziel zu erreichen, effizient Arbeiten hingegen bedeutet, ein Ziel mit möglichst geringem Mitteleinsatz zu erreichen. Effizienz setzt also Effektivität voraus und geht über diese noch hinaus. Effektivität ist ein Maß für die Zielerreichung (Wirksamkeit, Output) und Effizienz ist ein Maß für die Wirtschaftlichkeit (Kosten-Nutzen-Relation). Quelle: wikipedia.com 3 3

4 Klärung der Begriffe Effizienz Effektivität Nachhaltigkeit Nachhaltige Entwicklung ist eine Entwicklung, welche weltweit die heutigen Bedürfnisse zu decken vermag, ohne für künftige Generationen die Möglichkeit zu schmälern, ihre eigenen Bedürfnisse zu decken. (Brundtland-Report Our Common Future 1987) Ursprünglich stammt der Begriff der Nachhaltigkeit aus der Forstwirtschaft des 18. Jahrhundert: Nicht mehr Holz schlagen, als im gleichen Zeitraum nachwächst. ( Von den Zinsen leben. ) Dokumente der Agenda 21 der Konferenz von Rio de Janeiro 1992 (Begriff weitgehend akzeptiert). Starke und schwache Nachhaltigkeit 4 4

5 Globale Kupferbilanz Erz 2 Kupferproduktion Kathoden Kupfer 3 Produkte 4 Abfall 5 Güterproduktion Konsum Entsorgung Neuschrott Altschrott II Altschrott I Schlacke Gangart 150 deponierte Abfälle Lithosphäre Deponien Flüsse: t/a Lager: t Systemgrenze Welt 1994 Quelle: Graedel et al (ergänzt) 5 5

6 Die Grenzen der Kreislaufwirtschaft Aufwand Umweltschutz 0 % Recyclingrate 100 % 0 % Recyclingrate 100 % 6 6

7 Quoten und Ziele Emissionen Ressourcenschonung [ - ] stoffliche Verwertung (nicht brennbar) thermische oder stoffl. Verwertung thermische Verwertung Ressourcenschonung durch stoffliche Verwertung FCKW-Emissionen verbunden mit stofflicher Verwertung Ressourcenschonung durch thermische Verwertung FCKW-Emissionen verbunden mit thermischer Verwertung 0 Verwertungsquote [%] 100 Entsorgung 7 7

8 Charakteristik des anthropogenen SHH 1,0 Erdkruste Relative Statistische Entropie ,0 Güterproduktion Kupferproduktion Konsum Entsorgung Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Kupfer pur Lebenszyklus von Kupfer Quelle: & Graedel,

9 Effiziente Abfallwirtschaft <0.1 Systemgrenze KVA + Schmelze Abgas I Siedlungsabfall 100 KVA Abwasser Flugasche Filterkuchen < <0.1 Abgas II Schlacke Schlackenschmelze Kupferflüsse [%] Silikatschmelze Metallschmelze Quelle: Zeltner and Lichtensteiger,

10 Entropie und Stoffkonzentrierungseffizienz 1,0 Erdkruste Relative Statistische Entropie ,0 Güterproduktion Kupferproduktion Konsum Entsorgung Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 SKE = 100 % SKE < 0 SKE > 0 Kupfer pur Lebenszyklus von Kupfer Quelle: & Graedel,

11 Beispiel für Effizienz in der AWS Aufwand (z.b. Kosten) KVA Deponie KVA + Schmelze KVA + mech. Aufb. Rel. SKE Cu [%/ ] [%/kwh] Stoffkonzentrierungseffizienz SKE Cu Quelle:,

12 Umsatz fester Güter: heute Flüsse [t/(e.a)] Lager [t/e] 0,5-1 Versorgung & Konsum Entsorgung 1-2 Lager 400 Deponie 50 Quelle: Baccini, 2002 (adaptiert)

13 Kreislaufwirtschaft Flüsse [t/(e.a)] Lager [t/e] 4-6 Versorgung & Konsum Entsorgung Lager >400 Deponie>50 Quelle: Baccini, 2002 (adaptiert)

14 Effizienz der Produktion Blast furnace fuel rate [GJ/t Cu] 100 Thermodynamic limit Year Quelle: Gordon,

15 Effizienz der Produktion Entwicklung der Energieeffizienz [kj/kg Klinker] Datengrundlage: Hackl & Mauschitz Brennstoffenergiebedarf Theoretischer Brennstoffenergiebedarf Trocknung Jahr Quelle: Nachhaltigkeitsbericht der Zementindustrie

16 Effizienz der Produktion Consumption of reducing agents [kg/t HM] 1,200 1, Ore benefication Input of over seas rich ores Blast temperature >1200 C O2-enrichment Top pressure Burden distribution Gas flow control Improvement of Fe burden Improvement of coke Small coke in Fe burden Thermodynamic optimum Oil+others Coke (dry) Coal Year Source: VDEh Blast Furnace Committee

17 Effizienz der Produktion vöestalpine: kg/t RE

18 Maßnahmen und Effizienz Kupfererz 630 Reststoffe Rohstoffproduktion Kupfer Sekundärkupfer Energiebereitstellung Güterproduktion RP-Abfälle GP-Abfälle 130 Alt WM Waschmaschinen gesammelt Konsum Alt WM Recycl. Entsorgung +Sammlung ? Nutzung: 10 Jahre Recycling Aufbereitung 85% Recyclingeffizienz Systemgrenze "Bewirtschaftung von Waschmaschinen ohne Wiederverwendung, 15 Jahre Sekundärkupfer Recycling Aufbereitung Kupfererz Kupfer 420 Rohstoffproduktion Energiebereitstellung Güterproduktion Waschmaschinen GP-Abfälle Konsum Konsum gebrauchte Ware RP-Abfälle Entsorgung +Sammlung Alt WM gesammelt-nnd? Alt WM-WV Alt WM-VND Reststoffe Alt WM Recycl Nutzung: 15 Jahre 85% Recyclingeffizienz Systemgrenze "Bewirtschaftung von Waschmaschinen mit Wiederverwendung, 15 Jahre [kg Cu/Nutzung von 1000 WM]

19 Maßnahmen und Effizienz Kupfererz 630 Reststoffe Rohstoffproduktion Kupfer Sekundärkupfer Energiebereitstellung Güterproduktion RP-Abfälle GP-Abfälle 130 Alt WM Waschmaschinen gesammelt Konsum Alt WM Recycl. Entsorgung +Sammlung ? Güterproduktion Nutzung: 10 Jahre Recycling Aufbereitung 85% Recyclingeffizienz Systemgrenze "Bewirtschaftung von Waschmaschinen ohne Wiederverwendung, 15 Jahre Sekundärkupfer Recycling Aufbereitung Kupfererz Kupfer 630 Rohstoffproduktion Energiebereitstellung Waschmaschinen GP-Abfälle Konsum Konsum gebrauchte Ware RP-Abfälle Entsorgung +Sammlung Alt WM gesammelt-nnd? Alt WM-WV Alt WM-VND Reststoffe Alt WM Recycl Nutzung: 15 Jahre 75% Recyclingeffizienz Systemgrenze "Bewirtschaftung von Waschmaschinen mit Wiederverwendung, 15 Jahre [kg Cu/Nutzung von 1000 WM]

20 Maßnahmen und Effizienz 600 Ressourcenverbrauch [%] Schwankung der Recyclingeffizienz Beispiel: 25 % Reduktion des Ressourcenverbrauchs entweder durch 1) Zunahme der Recyclingeffizienz +5 % (ohne Wiederverwendung) oder 2) Verlängerung der Produktlebenszeit +34 % (85% Recyclingeffizienz) 200 Basisszenario: % 85 % Recyclingeffizienz 0 % Verlängerung der Produktlebenszeit -25 % Verlängerung der Produktlebenszeit +5 % +34 % Recyclingeffizienz [%] Verlängerung der Produktlebenszeit [%] Quelle: Truttmann &

21 Effizienz von Verhaltensänderung vs. Technologie Emissionen ohne RGR Grenzwerte AVV 2002 Quantit. Vermeidung: -20% Emissionen mit RGR Masse/Zeit 1 0,1 0,01 0,001 0,0001 Staub NOx SOx HCl Cd Hg Pb Dioxine x

22 Zusammenfassung Nachhaltigkeit: Ziele und Ansätze/Instrumente Produktion: effizient, effektiv Konsum, Nutzung: Lebensdauer, Rohstoffe der Zukunft Entsorgung: Nachholbedarf, reagiert Fokus: Bauwerke