Vorlesung: Grundzüge Ökologisches Systemanalyse

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1 Vorlesung: Grundzüge Ökologisches Systemanalyse Methodik Ökobilanz Ziel und Untersuchungsrahmen 1

2 Organisatorisches Vorlesung und Übungen (zwei davon können wir korrigieren: Abgabe 24. April und 18. Mai Übungsblätter B und C sind bereits online verfügbar); zusätzlich weitere Übungen (optionale Hausaufgaben) Vorlesungsunterlagen (Folien, Übungsblätter, Lösungen etc.) werden weiterhin auf /education/bachelorstudium/grundlagenosa zur Verfügung gestellt Literatur Skript zur Vorlesung aufgeschaltet Zusatzliteratur (bei Interesse): Für den Themenbereich Sachbilanz auch Skript von R. Frischknecht geeignet: W. Klöpffer, B. Grahl, Ein Leitfaden für Ausbildung und Beruf, Wiley VCH Verlag GmbH, April 2009 The hitchhiker's guide to LCA - Baumann, Henrikke, ISBN: Weitere Literatur wird auf der Homepage angegeben 2

3 Lernziele Lernziele für den Vorlesungsteil Ökobilanz Sie wissen, was eine Ökobilanz ist und können sie anwenden. Sie erkennen bei technischen Prozessen die umweltrelevanten Aspekte und Verbesserungspotentiale. Sie können beurteilen, ob ein Produkt umweltfreundlicher ist als ein anderes. Sie können bestehende Ökobilanzen verstehen und kritisch einschätzen. 3

4 Lernziele heute Wissen, für welche Problemstellungen sich eine Ökobilanz eignet und wie sie sich von anderen Instrumenten unterscheidet Aufbau einer Ökobilanz kennenlernen Wissen, wie die Definition des Ziels und der Rahmenbedingungen einer Ökobilanz vorgenommen wird; insbesondere Kenntnis über das Ziehen von Systemgrenzen Definition der funktionellen Einheit 4

5 Was ist das Ziel der Untersuchung? Warum wird die Studie Geschichte der Ökobilanz ausgeführt? Wer soll die Resultate verwenden? Erste Lebenszyklus-Energiebilanzen und Materialbilanzen bereits Ende des 19. Jahrhunderts (für Kohle) In den 1970er und 1980er Jahren erste umfassende Fallstudien und Wirkungsabschätzungsmethoden (vor allem Europa) Seitdem Anstieg der Forschungsarbeiten und praktischen Studien auf internationaler Ebene; internationale Organisationen: SETAC, ISO, UNEP, EU ILCD, WBCS, Sustainability Consortium Oekobilanzen befinden heute sich immer noch in methodischer Weiterentwicklung 5

6 Umweltanalyseinstrumente Stoffflussanalyse Risikoanalyse Sachbilanz Umweltexposition und toxische Effekte Ökobilanz (LCA) Instrumente ergänzen sich bezüglich der Fragestellungen, die sie beantworten können. 6

7 Umweltanalyseinstrumente Beispiel Waschmittel (optische Aufheller) Beispiel Fragestellungen Materialflussanalyse: - In welchen Mengen werden optische Aufheller von welchen Akteuren verwendet? - Welche Mengen werden über welche Wege in die Umwelt abgegeben z.b. hilfreich bei der Entwicklung von Massnahmen zur Reduktion der Einträge dieser Stoffe in die Umwelt 7

8 Umweltanalyseinstrumente Beispiel Waschmittel (optische Aufheller) Beispiel Fragestellungen Risikoanalyse: - Wie verhalten sich die emittierten optischen Aufheller in der Umwelt? - Besteht ein Risiko? PEC Beck et al. O N H N N N N N H S O 3 O 3 S H N N N N O N H N PNEC Köhler et al. z.b. hilfreich bei der Frage, ob und unter welchen Bedingungen diese Stoffe zugelassen werden sollten 8

9 Umweltanalyseinstrumente Beispiel Waschmittel Oekobilanz/Lebenszyklusanalyse 9

10 Eco-indicator points Umweltanalyseinstrumente Beispiel Waschmittel Beispiel Fragestellungen Oekobilanz: - Welches Waschmittel hat die geringsten Umweltwirkungen Pulverwaschmittel A Flüssigwaschmittel B Zuliefer- Hers Handel Kon- Ent- Total kette steller sument sorgung z.b. hilfreich bei der Produktwahl oder bei der Frage, wie ein Produkt am effektivsten unter ökologischen Gesichtspunkten optimiert werden kann. 10

11 Anwendungsbereich Die Ökobilanz ist geeignet für: a) Auffinden von Verbesserungspotentialen innerhalb des Lebenszykluses von Produkten oder Prozessen (Produkt- und Prozessdesign, Schwachstellenanalyse) b) Vergleich von Umweltauswirkungen verschiedener Produkte/Aktivitäten innerhalb derselben Funktion Unterstützung bei Kaufentscheidungen (Ökolabels, ökologisches Marketing) c) Szenarienvergleiche zur Identifizierung von optimalen Strategien (Politik) 11

12 Anwendungsbereich Die Ökobilanz ist nicht/nur bedingt geeignet für: a) Störfallbedingte Einwirkungen auf die Umwelt b) Unterstützung bei der Standortwahl c) Beurteilung des Umweltmanagements eines einzelnen Unternehmens 12

13 Definition Die Ökobilanz ist eine systematische Methode zur Untersuchung der Umwelteinflüsse von Produkten und Prozessen während des gesamten Lebenszykluses. Ressourcenaufbereitung Ressourcen Entsorgung Transport Herstellung Emissionen Gebrauch 13

14 Ökobilanz = Lebensweg-Ansatz => Hinter pkm Transport steht ein Produktsystem pkm Transport Quelle: Frischknecht, Vorlesungsunterlagen Umweltverträgliche Technologien 14

15 Aufbau Ökobilanz 1.Ziel und Rahmenbedingungen Was ist der Zweck der Ökobilanz? Was sind die Funktionen des Systems und wo werden die Systemgrenzen gezogen? Welche Annahmen werden getroffen? 2. Sachbilanz (LCI) Welche Produkte/Hilfsstoffe werden gebraucht/produziert? Welche Rohstoffe/Schadstoffe werden gebraucht/emittiert? Wie werden diese Inputs und Outputs den verschiedenen Funktionen des Systems zugeordnet? 3. Wirkungsbilanz (LCIA) Welche Wirkungskategorien werden berücksichtigt? Welche Umweltwirkungen haben die Ressourcenverbräuche und Emissionen des Systems? Wird eine Gewichtung vorgenommen und wie? nach ISO Auswertung Welche Schlussfolgerungen können gezogen werden? Welche Schwachpunkte hat die Studie? Wie zuverlässig sind die Resultate? Welche Empfehlungen kann man ableiten? 15

16 Inhalt Was ist das Ziel der Untersuchung? Warum wird die Studie ausgeführt? Wer soll die Resultate verwenden? Firmenintern oder öffentlich? Werden Produktvergleiche vorgenommen? Zur Dokumentation oder zur Entscheidungsunterstützung? Geographischer, zeitlicher und technologischer Geltungsbereich? Was sind die Funktionen des Systems und wo werden die Systemgrenzen gezogen? Welche Allokationsverfahren werden angewendet? Welche Vereinfachungen und Annahmen werden getroffen? Welche Umweltauswirkungen werden berücksichtigt und warum? 16

17 Beispiel Beispiel Gebäudeheizung 17

18 Beispiel "Die Ökobilanz-Studie hat zum Ziel, die Umweltauswirkungen eines neuen Heizsystems für die Wohnsiedlung X am Standort Y zu quantifizieren. Die Ergebnisse dienen als Entscheidunterstützung bei der im nächsten Jahr anstehenden System- und Geräteevaluation. Sie sind nicht zur Veröffentlichung vorgesehen. Die Daten sind generisch für die Energieträgerbereitstellung und gerätespezifisch für die zur Diskussion stehenden Heizungsanlagen. Die funktionelle Einheit ist die Produktion von kwh Nutzwärme (jährlicher Nutzwärmebedarf für 10 Wohneinheiten). Quelle: R. Frischknecht, Vorlesungsunterlagen Umweltverträgliche Technologien 18

19 Funktionelle Einheit Funktionelle Einheit: Referenzgrösse, auf die alle In- und Outputs bezogen werden Beispiele für Ziele und funktionelle Einheiten 1. Vergleich von Getränkeverpackungen: Ein Stück Verpackung mit einem bestimmten Volumen (nicht 1 kg Verpackung) 2. Vergleich von Energiesparlampe mit konventioneller Glühbirne: z.b Stunden Licht mit einer definierten Helligkeit 3. Vergleich des Personentransports mit dem Auto und der Bahn z.b. 1 Personenkilometer 19

20 Funktionelle Einheit Einkaufstaschen Auftraggeber: Carrefour 4 Alternativen: Plastiksack (14 Liter, 1-Weg) Papiersack (20 Liter, 1-Weg) Biologisch abbaubarer Sack, aus 50% Pflanzen- Stärke und 50% biol. abbaubarem Polyester (25 Liter, 1-Weg) Plastikkorb (37 Liter, Mehrweg, 2 20 Zyklen) Funktionelle Einheit: 9000 Liter verpacken (jährliches Einkaufsvolumen) 20

21 Funktionelle Einheit Gebäude Vergleich verschiedener Wohngebäude Funktionelle Einheit: z.b. 100 Quadratmeter über 50 Jahre bewohnen 21

22 Funktionelle Einheit Abwasserbehandlung in der chemischen Industrie Auftraggeber: Ciba SC 2 Alternativen: Nassoxidation Membrantechnologie Funktionelle Einheit: Behandlung des Abwassers eines Produktes (oder einer Niederlassung) 22

23 Flowcharts & Systemgrenzen Systemgrenzen: Flussdiagramm (Flowcharts) Zu Beginn einer Oekobilanz empfiehlt es sich, ein Flussdiagramm zu skizzieren Prozesse in Boxen Produkte als Pfeile (oft nicht angeschrieben) Beispiel: PVC Fenster Klöpffer & Grahl

24 Flowcharts & Systemgrenzen Beispiel KVA: vereinfachtes Flussdiagramm Abfalltransport Infrastruktur NaOH NH 4 Rauchgas reinigung HCl Verbrennung und Energierückgewinnung Chemikalien Abwasserbehan dlung Systemgrenze 2 Infrastruktur Transport Deponie (Schlacke, FA) Systemgrenze 1 24

25 Aufbau Ökobilanz 1.Ziel und Rahmenbedingungen Was ist der Zweck der Ökobilanz? Was sind die Funktionen des Systems und wo werden die Systemgrenzen gezogen? Welche Annahmen werden getroffen? 2. Sachbilanz (LCI) Welche Produkte/Hilfsstoffe werden gebraucht/produziert? Welche Rohstoffe/Schadstoffe werden gebraucht/emittiert? Wie werden diese Inputs und Outputs den verschiedenen Funktionen des Systems zugeordnet? 3. Wirkungsbilanz (LCIA) Welche Wirkungskategorien werden berücksichtigt? Welche Umweltwirkungen haben die Ressourcenverbräuche und Emissionen des Systems? Wird eine Gewichtung vorgenommen und wie? 4. Auswertung Welche Schlussfolgerungen können gezogen werden? Welche Schwachpunkte hat die Studie? Wie zuverlässig sind die Resultate? Welche Empfehlungen kann man ableiten? 25

26 Sach- und Wirkungsbilanz: Vereinfachtes Beispiel Ergebnis Sachbilanz der Sachbilanz Emission Ein- Kompar- Menge pro heit timent FU CO 2 kg Luft 0.5 CH 4 kg Luft 1.0 N 2 O kg Luft 0.01 NO x kg Luft 0.5 PO 4 kg Wasser 0.5 Cd 2+ kg Wasser Fe kg Boden 0.5 Kupfer kg Ressour Wirkungsbilanz Klimawandel Emission 1. Ziel und Rahmen 2. Sachbilanz Äquivalenz- 3. Wirkungsbilanz Ref.stoff faktor CO 2 CO CH N 2 O Summe Eutrophierung PO 4 NO x PO Summe 0.55 Humantoxizität 1,4 Dichlorbenzol NO x Cd Summe Auswertung 26

27 Ausblick Wirkungsbilanz Überblick über die Phasen einer Ökobilanz Quelle Bild: Science, Juni

28 Aufbau Ökobilanz 1.Ziel und Rahmenbedingungen Was ist der Zweck der Ökobilanz? Was sind die Funktionen des Systems und wo werden die Systemgrenzen gezogen? Welche Annahmen werden getroffen? 2. Sachbilanz (LCI) Welche Produkte/Hilfsstoffe werden gebraucht/produziert? Welche Rohstoffe/Schadstoffe werden gebraucht/emittiert? Wie werden diese Inputs und Outputs den verschiedenen Funktionen des Systems zugeordnet? 3. Wirkungsbilanz (LCIA) Welche Wirkungskategorien werden berücksichtigt? Welche Umweltwirkungen haben die Ressourcenverbräuche und Emissionen des Systems? Wird eine Gewichtung vorgenommen und wie? 4. Auswertung Welche Schlussfolgerungen können gezogen werden? Welche Schwachpunkte hat die Studie? Wie zuverlässig sind die Resultate? Welche Empfehlungen kann man ableiten? 28

29 Ausblick Interpretation Auswertung / Interpretation 1. Identifikation der signifikanten Parameter auf der Grundlage der Ergebnisse der Sachbilanz- und Wirkungsabschätzung 2. Beurteilung mit Vollständigkeits-, Sensitivitäts- und Konsistenzprüfung 3. Schlussfolgerungen und Empfehlungen 29