Mehrzielentscheidungen in der industriellen Produktion

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Innozenz Schubert
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1 Mehrzielentscheidungen in der industriellen Produktion von Jutta Geldermann Universitätsverlag karlsruhe

2 Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG Ausgangslage und Problemstellung Zielsetzung und Lösungsweg 3 2 UMWELTRECHTLICHE ANFORDERUNGEN AN DEN BETRIEB INDUSTRIELLER ANLAGEN.' Internationale Verpflichtungen UNECE Konvention über den grenzüberschreitenden Ferntransport von Luftschadstoffen und ihre Folgeprotokolle Richtlinie über nationale Emissionshöchstmengen (NEC-Richtlinie 2001/81/EG) Richtlinie über die Integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung (IVU-Richtlinie 96/61/EG) Lösemitte irichtlinie(1999/13/eg) ' Richtlinie zur VOC-Begrenzung in Farben und Lacken (2004/42/EG) Chemikalienpolitik der EU Rechtsgrundlagen in Deutschland Bundes-lmmissionsschutzgesetz(BlmSchG) Kreislaufwirtschafts-und Abfallgesetz (KrW-/AbfG) Wasserhaushaltsgesetz (WHG) Konsequenzen für die Errichtung und den Betrieb von industriellen Anlagen 19 3 TECHNIKBEWERTUNG Ansätze zur integrierten Technikbewertung Technikfolgenabschätzung Technologiefrüherkennung Technikbewertung Schlussfolgerungen für die Technikbewertung in der industriellen Produktion Bewertung der Umweltauswirkungen von Techniken und industrieller Produktion Prinzip der Nachhaltigkeit Monetarisierung von Umweltschäden ökobilanzierung Wirkungsabschätzung Auswertung der Ökobilanz Stoffstrommanagement Ansätze zum produktionsintegrierten Umweltschutz Fazit für die industrielle Produktion 34

IV 3.3 Techno-ökonomische Bewertung von Emissionsminderungsmaßnahmen 34 3.3.1 Primäre und sekundäre Emissionsminderungsmaßnahmen 34 3.3.2 Abgrenzungsprobleme bei der Zuordnung von Emissionsminderungskosten 37 3.

3 IV 3.3 Techno-ökonomische Bewertung von Emissionsminderungsmaßnahmen Primäre und sekundäre Emissionsminderungsmaßnahmen Abgrenzungsprobleme bei der Zuordnung von Emissionsminderungskosten Erhebung der wirtschaftlichen Parameter zur Schätzung der Investitionen Schätzung der jährlichen Kosten einer Emissionsminderungsmaßnahme Der Referenzanlagenansatz zur Klassifizierung von Emissionsminderungsmaßnahmen Dokumentation der Referenzanlagen Emissionsfaktoren zur Maßnahmencharakterisierung Fallbeispiel 1: Der Einsatz der Clusteranalyse zur Definition von Referenzanlagen Auswahl eines geeigneten Verfahrens zur Klassenbildung Durchführung der Clusteranalysen Clusteranalyse nach Prozessen (qualitative Variablen) Clusteranalyse nach Kapazitäten (quantitative Variablen) Kritische Würdigung des Einsatzes der Clusteranalyse Zusammenfassung 52 4 BESTIMMUNG VON BESTEN VERFÜGBAREN TECHNIKEN Zur Bestimmung der relevanten Sektoren über die Verbrauchskapazität Fallbeispiel 2: BVT-Bestimmung in der Lack- und Klebstoffverarbeitung BVT-Kandidaten in Industriebereichen der Klebstoffanwendung BVT-Kandidaten in Industriebereichen der Lackanwendung Lacksysteme BVT-Kandidaten in ausgewählten Sektoren Schlussfolgerungen aus dem Fallbeispiel Medienübergreifende Technikbewertung zur Identifikation der besten verfügbaren Techniken Identifizierung der zu bewertenden Optionen und Stoff- und Energiebilanz Wirkungsabschätzung und Entscheidungsunterstützung Schlussfolgerungen Einsatz der Informationstechnologie zur Unterstützung des Informationsaustauschs nach Artikel 16(2) der IVU-Richtlinie Data Mining zur Auswertung der BVT-Merkblätter Graphische Modellierung Erstellung einer Entscheidungstabelle Schlussfolgerungen und Ausblick Zur Bedeutung der besten verfügbaren Techniken für die Betrachtung des technischen Fortschritts 79

5 BETRIEBLICHES STOFFSTROMMANAGEMENT 81 5.1 Prozessbezogenes Energie- und Stoffstrommanagement 82 5.2 Anforderungen an ein rechnergestütztes Instrument zur Modellbildung 83 5.2.1 Abbildung von Produktionssystemen mittels Stoffstromnetzen 84 5.

4 5 BETRIEBLICHES STOFFSTROMMANAGEMENT Prozessbezogenes Energie- und Stoffstrommanagement Anforderungen an ein rechnergestütztes Instrument zur Modellbildung Abbildung von Produktionssystemen mittels Stoffstromnetzen Weitere Möglichkeiten der Prozessmodellierung Spezifizierung der Stoffstromnetz-Transitionen durch Produktionsfunktionen Fallbeispiel 3: Innerbetriebliches Stoff- und Energiestrommanagement in der Industrielackierung zur Anlagenoptimierung Durchführung der Betriebs- und Prozessanalyse Beschreibung des Referenzfalls und Identifizierung der einsetzbaren VOC- Emissionsminderungsmaßnahmen Ergebnisse der umweltbezogenen Charakterisierung der identifizierten Maßnahmenkombinationen Besonderheiten des Energiestrommanagements Schlussfolgerungen aus dem Fallbeispiel Fallbeispiel 4: Erfüllung der Bilanzierungsverpflichtungen gemäß Lösemittel- Richtlinie Erstellung einer Lösemittelbilanz und eines Reduzierungsplans Entwicklung und Einsatz des Stoffflussmodells IMPROVE Entwicklung eines praxisorientierten Leitfadens zum verbesserten Einsatz von Wasserlacken Schlussfolgerungen aus dem Fallbeispiel Stoffstrommanagement als Basis für die operative Produktionsplanung Fallbeispiel 5: Planung des Arbeitsablaufs in der Autoreparaturlackierung anhand zeitbasierter Materialflüsse Durchführung der REFA-Zeitstudien Identifizierung zeitintensiver Arbeitsschritte Ablaufplanung und Ermittlung optimaler Auftragsreihenfolgen Schlussfolgerungen aus dem Fallbeispiel Zusammenfassung 116 V 6 MULTIKRITERIELLE ENTSCHEIDUNGSUNTERSTÜTZUNG Entscheidungstheoretische Modelle Aggregationsmodelle Spieltheoretische Modelle Taktische Gruppenentscheidungsmodelle MADM-Modelle zur Unterstützung von Gruppenentscheidungen Nutzwertanalyse Analytischer Hierarchie Prozess (AHP) PROMETHEE Vergleich der drei Methoden anhand des Fallbeispiels Schlussfolgerungen aus der Anwendung 134

5 VI 6.3 Sensitivitätsanalysen Sensitivitätsanalysen für multiattributive Entscheidungsmodelle Sensitivitätsanalysen für PROMETHEE Grafische Sensitivitätsanalyse für einzelne Gewichtungsfaktoren Erweiterung der Sensitivitätsanalyse zum Optimierungsmodell zur Ermittlung des Stabilitätsintervalls f Sensitivitätsanalysen zur Untersuchung weiterer Modellparameter Zusammenfassung der vorgestellten Sensitivitätsanalysen Konzeption eines integrierten multikriteriellen Entscheidungsunterstützungssystems Praktische Anwendung der multikriteriellen Entscheidungsunterstützung Entscheidungstheoretische Aspekte in der Ökobilanzierung Moderierte Workshops zur Entscheidungsunterstützung Schlussfolgerungen und Ausblick STOFFFLÜSS- UND OPTIMIERMODELLE ZUR ANALYSE DER AUSWIRKUNGEN NEUER UMWELTGESETZLICHER REGELUNGEN Erstellung von Kostenfunktionen und deren Verwendung in internationalen Protokoll-Verhandlungen Struktur und wesentliche Eigenschaften von Energie- und Stoffflussmodellen Anforderungen an VOC-Kostenfunktionen Aufbau des Stofffluss- und Optimiermodells ARGUS Graphische Darstellung des Stoffflussmodells Verknüpfung länderspezifischer und techno-ökonomischer Daten Mathematische Modellformulierung Zielfunktion Nebenbedingungen Implementierung des Stofffluss-und Optimiermodells ARGUS Bestimmung der länderspezifischen Daten für die Anwendung von ARGUS Bestimmung der Aktivitäten auf Sektorebene Darstellung des gegenwärtigen Implementierungsstandes von VOC- Emissionsminderungsmaßnahmen Anwendungen des Stofffluss- und Optimiermodells ARGUS Fallbeispiel 6: Erarbeitung eines Maßnahmenplans zur Umsetzung der NEC- Richtlinie in Österreich Modellierung der Szenarien und Übergangsfristen ' Exemplarische Ermittlung der Emissionsentwicklung Referenzanlagen im Sektor Metallentfettung in Österreich Modellergebnisse Unsicherheitsbetrachtungen Schlussfolgerungen aus dem Fallbeispiel 184

6 VII 7.5 Fallbeispiel 7: Einsatz von ARGUS für das betriebliche Informationsmanagement in der Lackindustrie Vorgehensmodell zur Produktprogrammplanung Informationsbeschaffung Einsatz von ARGUS zur Analyse der zukünftigen Entwicklungen auf dem Lackanwendermarkt Ausgewählte Ergebnisse für die Produktprogrammplanung von Autoreparaturiacken Schlussfolgerungen aus dem Fallbeispiel Kritische Diskussion des Modells ARGUS Unsicherheiten bei der Stoffflussmodellierung Modellerweiterungen zur simultanen Betrachtung von mehreren Schadstoffen Kombinierte Kostenfunktionen für VOC und NO X für den Verkehrssektor Modellerweiterung für die gemeinsame Betrachtung von Versauerung und Eutrophierung Monetarisierung der potentiellen Umweltauswirkungen Einsatz von Mehrzielentscheidungsmodellen Fallbeispiel 8: Anwendung der Szenario-Technik für den Sektor der Metalloberflächenlackierung Zusammenfassung INTEGRIERTE ANLAGENPLANUNG AUF DER GRUNDLAGE DER PINCH-ANALYSE Integrierte Optimierung von Energie- und Stoffstromnetzen Pinch-Analyse für Wärmeströme Pinch-Analyse für Wasserströme Pinch-Analyse für VOC-Ströme Betriebsübergreifende Ansätze Die Pinch-Analyse als Transportproblem Fallstudie 9: Anwendung der Pinch-Analyse zur Optimierung der Serienlackierung von Personenwagen Beschreibung des Trocknungsprozesses Modellbeschreibung Ergebnisse der Berechnungen Schlussfolgerungen aus dem Fallbeispiel Multi Objective Pinch Analysis (MOPA) Metrik zum Vergleich der Ressourceneffizienz 215

7 VIII 8.5 Fallbeispiel 10: Dynamische Technikanpassung mit Hilfe von BVT Zustand und Schutz der Umwelt in industriellen Schwellenländern Industriestrukturen China Chile Politische Rahmenbedingungen und Möglichkeiten der Finanzierung Dynamische Kapazitätsplanung Zusammenfassung ZUSAMMENFASSUNG LITERATUR 229

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