Beitrag zur Ökobilanz-Werkstatt 2007

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1 Beitrag zur Ökobilanz-Werkstatt 2007 Bitte schicken Sie das ausgefüllte Formular bis spätestens 16. Juli 2007 an Name: Stadtherr Vorname: Achim Organisation: Forschungszentrum Karlsruhe Organisationseinheit: ITC-ZTS Kontaktdaten: Strasse: Herrmann-von-Helmholtz-Platz 1 PLZ: Ort: Eggenstein-Leopoldshafen Telefon: / achim.stadtherr@itc-zts.fzk.de Titel: Relevanzgetriebene Modellierung von Prozessketten Abstract: (max Zeichen) Im Life Cycle Assessment werden die Umweltwirkungen eines Produktes oder Produktsystems von der "Wiege bis zur Bahre" untersucht. Um glaubwürdige Aussagen zu erzeugen, müssen alle relevanten Bereiche/Teile des Systems untersucht werden (DIN/ISO 14040). Das Hilfsmittel zur Bestimmung der Umweltwirkungen ist dei die Prozesskettenanalyse. Die Festlegung der Systemgrenzen und der Detaillierungstiefe von unterschiedlichen Teilbereichen der zugrunde liegenden Prozesskette erfolgt bisher durch Expertenwissen und eine eher unsystematische, iterative (Re-) Modellierung des Systems. Im Beitrag wird eine systematische Vorgehensweise zur Festlegung von Systemgrenzen und Detaillierungstiefe für eine effizientere und zielgenauere Modellierung vorgeschlagen. Beim schrittweisen Aufbau der Prozesskette wird dei von Anfang an der Beitrag (die Relevanz) der verschiedenen Teilbereiche (in Form von Vorketten) zum Gesamtergebnis für die ausgewählten Wirkungsindikatoren berücksichtigt. Möglich wird dies durch die steigende Verfügbarkeit von Daten und Datenquellen für den LCA-Bereich. Die Vorstellung der Vorgehensweise erfolgt anhand einer Beispielprozesskette aus dem Energiebereich. Stichwörter zum Anwendungsfeld: (hier müssen Sie genau drei Stichwörter angeben, wobei mindestens eins aus der vorgegebenen Liste ausgewählt werden muss; bis zu zwei Stichwörter können frei formuliert werden.) Gebäude und Bauprodukte Materialentwicklung Biomassenutzung Energieträger, Energiewandlung und distribution Konsumgüter Infrastrukturen und Investitionsgüter Transport und Verkehr chemische Grundstoffe und Erzeugnisse Abfallwirtschaft und Entsorgung metallische Roh- und Werkstoffe, Halbzeuge (eigene Stichworte): Stichwörter zur Methodik: (auch hier müssen sie genau drei Stichwörter angeben, wobei mindestens eins aus der vorgegebenen Liste ausgewählt werden muss; bis zu zwei Stichwörter können frei formuliert werden) Sachbilanz (LCI) Lebenszyklusbetrachtungen im betrieblichen Umfeld Wirkungsschätzung (LCIA) Ökobilanzen für Produktgestaltung und -auszeichnung Allokation / Systemraumerweiterung Lebenszykluskosten und Ökoeffizienz Datenqualität Datenintegration und Umgang mit Datenlücken Datenhaltung und Datenverarbeitung Szenarien (eigene Stichworte): Modellierung

2 Bad Urach, 27. September 2007 Relevanzgetriebene Modellierung von Prozessketten am Beispiel Energiemix, Deutschland Achim Stadtherr Forschungszentrum Karlsruhe Zentralteilung Technikbedingte Stoffströme am Institut für Technische Chemie (ITC-ZTS) Vortrag auf der Ökobilanzwerkstatt 2007 des Netzwerks Lebenszyklusdaten 1 Achim Stadtherr ITC-ZTS Modelliere die Prozesse, die wichtig* sind, genau! Für den Rest kannst Du geeignete Datensätze** verwenden! * Prozesse mit großen Beiträgen zu den relevanten Wirkungskategorien/ WA-Methoden ** Datensätze, die die Vorkette (Cradle-to-gate) des an der jeweiligen Stelle in der Prozesskette benötigten Vorproduktes repräsentieren 2 Achim Stadtherr ITC-ZTS

3 Wie finde ich die wichtigen Prozesse heraus? Wende die relevanzgetriebene Modellierung an! 3 Achim Stadtherr ITC-ZTS Vorgehensweise Schritt für Schritt 1. Beginn der Modellierung mit demjenigen Prozess, der das zu bilanzierende Produkt hervorbringt ( Initialprozess ) 4 Achim Stadtherr ITC-ZTS

4 Vorgehensweise Schritt für Schritt 1. Beginn der Modellierung mit demjenigen Prozess, der das zu bilanzierende Produkt hervorbringt ( Initialprozess ) 2. Bilanzierung des Prozesses, u.a. Bestimmung der benötigten Vorprodukte Ressourcen x kg Eisenerz u kg v kg w kg Stiel Nagel Emissionen y kg CO 2 5 Achim Stadtherr ITC-ZTS Vorgehensweise Schritt für Schritt 1. Beginn der Modellierung mit demjenigen Prozess, der das zu bilanzierende Produkt hervorbringt ( Initialprozess ) 2. Bilanzierung des Prozesses, u.a. Bestimmung der benötigten Vorprodukte 3. Auswahl von Datensätzen, die geeignet sind, die Vorketten für die bilanzierten Vorprodukte zubilden Ressourcen schmieden Emissionen 6 Achim Stadtherr ITC-ZTS

5 Vorgehensweise Schritt für Schritt 4. Erstellung Gesamtbilanz der Prozesskette erster schmieden 300 g 7 Achim Stadtherr ITC-ZTS Vorgehensweise Schritt für Schritt 4. Erstellung Gesamtbilanz der Prozesskette erster 5. Bestimmung Relevanz der Beiträge 100% 10% 75% 12,5% 2,5% schmieden 300 g 8 Achim Stadtherr ITC-ZTS

6 Vorgehensweise Schritt für Schritt 4. Erstellung Gesamtbilanz der Prozesskette erster 5. Bestimmung Relevanz der Beiträge 6. Auswahl der relevantesten Vorkette 75% 100% 10% 12,5% 2,5% schmieden 300 g 9 Achim Stadtherr ITC-ZTS Vorgehensweise Schritt für Schritt 4. Erstellung Gesamtbilanz der Prozesskette erster 5. Bestimmung Relevanz der Beiträge 6. Auswahl der relevantesten Vorkette 7. Modellierung und Bilanzierung des Prozesses zur ausgewählten Vorkette 8. Auswahl von Datensätzen, für die Vorketten schmieden 100% 10% 12,5% 2,5% Stahl schmelzen Strom-Mix, D an Verbraucher 10 Achim Stadtherr ITC-ZTS

7 Vorgehensweise Schritt für Schritt 9. Erstellung Gesamtbilanz der Prozesskette zweiter 100% 10% 12,5% 2,5% 70 g schmieden 180 g Stahl schmelzen Strom-Mix, D an Verbraucher 11 Achim Stadtherr ITC-ZTS Vorgehensweise Schritt für Schritt 9. Erstellung Gesamtbilanz der Prozesskette zweiter 10.Bestimmung Relevanz der Beiträge 100% 10% 12,5% 2,5% 17,5% 70 g schmieden 180 g 45% 12,5% Stahl Strom-Mix, D schmelzen an Verbraucher 12 Achim Stadtherr ITC-ZTS

8 Vorgehensweise Schritt für Schritt 9. Erstellung Gesamtbilanz der Prozesskette zweiter 10.Bestimmung Relevanz der Beiträge 11.Auswahl der relevantesten Vorkette Wiederholung der Schritte 7 bis 11 bis gewünschte // erforderliche Genauigkeit erreicht! 17,5% 70 g schmieden 100% 180 g 45% 12,5% Stahl Strom-Mix, D schmelzen an Verbraucher 10% 12,5% 2,5% 13 Achim Stadtherr ITC-ZTS Vorgehensweise Schritt für Schritt 9. Erstellung Gesamtbilanz der Prozesskette zweiter 10.Bestimmung Relevanz der Beiträge 11.Auswahl der relevantesten Vorkette Wiederholung der Schritte 7 bis 11 bis gewünschte // erforderliche Genauigkeit erreicht! 17,5% 70 g schmieden 100% 180 g 45% 12,5% Stahl Strom-Mix, D schmelzen an Verbraucher 10% 12,5% 2,5% 14 Achim Stadtherr ITC-ZTS

9 Merkmale der Methode Systematische Vorgehensweise zur Modellierung von Prozessketten Erfassung aller relevanten Prozesse in einer Prozesskette Erfassung der Relevanz von Beginn der Erstellung der Prozesskette an Aufhebung der Trennung zwischen Sachbilanz und Wirkungsschätzung 15 Achim Stadtherr ITC-ZTS Vorteile der Methode Effiziente Erstellung der Prozesskette: Detaillierungsgrad der Vorkette in Abhängigkeit von der Relevanz keine Iteration der Modellierung über die gesamte Prozesskette Modellierung nur so weit bis erforderliche Genauigkeit erreicht ist 16 Achim Stadtherr ITC-ZTS

10 Beispiel Strommix, D Entwicklung einer Prozesskette gemäß der Methode Verwendung des es Strom, aus Ecoinvent Ecoinvent ist gebildet aus Einzel-Prozessen (Unit-Prozesse), die miteinander vernetzt sind Durch Anwendung der linearen Algebra (Erstellung von Matrizen + Invertierung) ist Erstellung der Sachbilanz über die Prozesskette für jeden der Einzel-Prozesse möglich alle Prozesse liegen als Unit-Prozesse mit direkten Emissionen vor für jeden Prozess liegt die Sachbilanz des Gesamtsystems vor, zusätzlich auch bewertet Für Fallbeispiel Bewertung der direkten Emissionen der Unit- Prozesse vorgenommen Verwendung Ecoindicator 99 (H,A) zur Bewertung 17 Achim Stadtherr ITC-ZTS Beispiel Strommix, D 1. Beginn der Modellierung mit demjenigen Prozess, der das zu bilanzierende Produkt hervorbringt ( Initialprozess ) 2. Bilanzierung des Prozesses, u.a. Bestimmung der benötigten Vorprodukte 3. Auswahl von Datensätzen, die geeignet sind, die Vorketten für die bilanzierten Vorprodukte zubilden 4. Erstellung Gesamtbilanz der Prozesskette erster 5. Bestimmung Relevanz der Beiträge 6. Auswahl der relevantesten Vorkette Strom, in 18 Achim Stadtherr ITC-ZTS

11 Beispiel Strommix, D Strom, in in Chlor, flüssig, Produktionsmix, Werk, SOx zurückgehalten, in Rauchgasentschwefelung, Mix, Heizöl EL, Entsorgung. Asche, 0, Entsorgung, Rückstand aus Kühlturmtassen, 30, CH Wasser, vollentsalzt, Werk, Wasser, entkarbonisiert, Werk 19 Achim Stadtherr ITC-ZTS Beispiel Strommix, D Strom, in Mix, 20 Achim Stadtherr ITC-ZTS

12 Beispiel Strommix, D Strom, in Mix, 21 Achim Stadtherr ITC-ZTS Beispiel Strommix, D 22 Achim Stadtherr ITC-ZTS

13 Beispiel Strommix, D Strom, in Mix, EEU ZA Frachter, Übersee, OCE Bergwerk, 23 Achim Stadtherr ITC-ZTS Beispiel Strommix, D Mix, Strom, in EEU ZA Frachter, Übersee, OCE Mix, Bergwerk, Untertagbau, Strom, Hochspannung, Produktion, Netz, UCTE 24 Achim Stadtherr ITC-ZTS

14 Beispiel Strommix, D Mix, Strom, in EEU ZA Frachter, Übersee, OCE Strom, Hochspannung, Produktion, Netz, UCTE Unterhalt, Hafenanlage, Betrieb, Frachter, Übersee, OCE Mix, Bergwerk, Untertagbau, 25 Achim Stadtherr ITC-ZTS Beispiel Strommix, D Mix, Strom, in EEU ZA Frachter, Übersee, OCE Unterhalt, Hafenanlage, Mix, Betrieb, Frachter, Übersee, OCE Bergwerk, Direkte Emissionen: 74,2% Untertagbau, Strom, Hochspannung, Produktion, Netz, UCTE Entsorgung, Bilgenöl, 90 Heizöl S, 26 Achim Stadtherr ITC-ZTS

15 Offene Fragen Wann sind Datensätze geeignet? Ein Ansatz: Semantik? Wie sind die Zusammenhänge bzgl. der Genauigkeit (Abbruchkriterium)? Angestrebt: Mindestrelevanz der genauen Prozesse (mind. 80%) er geringerer Einzelfehler bei Festlegung Höchstrelevanz pro einzelner unsicherer Vorkette (max. 1%) kombiniertes Abbruchkriterium: Die Gesamtrelevanz der genauen Prozesse muss mindestens 80% betragen und keine der ungenauen Vorketten darf eine Relevanz von größer als 1% aufweisen Vorgehen bei mehreren Wirkungsindikatoren / Wirkungsschätzungsmethoden? Erfüllung kombiniertes Abbruchkriterium für jeden Indikator / jede Methode 27 Achim Stadtherr ITC-ZTS Offene Fragen Ist die Methode praxistauglich? nur möglich wegen Ecoinvent? Was fehlt zur Praxistauglichkeit? mehr Daten, bessere IT-Unterstützung? 28 Achim Stadtherr ITC-ZTS