Entsorgung. The four Rs: Reduce-Reuse-Recycle-Recover oder Deponieren? Einführung in die Umweltwissenschaften VO WS 2010/11

Transkript

1 Entsorgung The four Rs: Reduce-Reuse-Recycle-Recover oder Deponieren?

2 Inhalt Problemstellung Ökobilanz Beispiele Luftemissionen Kernkraft Hausmüll

3 Problemstellung Langzeitige Akkumulation Problemstellung

4 Problemstellung Materialkreislauf führt zu Wechselwirkung mit natürlichen Kreisläufen Quelle: US Geological Survey: Water Science Basics Problemstellung

5 Ökobilanz - Life Cycle Assessment: Ansatz den gesamten Materialkreislauf eines Produkts zu erfassen Wirkungsbilanz - Life Cycle Impact Assessment: Ansatz die Auswirkungen eines Produkts bezüglich Ressourcen - Umweltverträglichkeit - Menschliche Gesundheit zu erfassen Phase 1 Phase 4 Phase 2 Phase 3 Ökobilanz

6 Die Zieldefinition (Phase 1) enthält die Beschreibung des Untersuchungsgegenstandes, der sogenannten funktionellen Einheit. Zudem werden diejenigen Umweltaspekte definiert, die bei der Interpretation berücksichtigt werden sollen. Der Untersuchungsrahmen wird abgesteckt, indem die Modellierungsweise und die für ein Produkt massgebenden Prozesse bestimmt und beschrieben werden. In der Sachbilanz (=Ökoinventar, Phase 2) werden die Umwelteinwirkungen und der Bedarf an Halbfabrikaten, Hilfsstoffen und Energie der am Produktlebenszyklus (= Produktsystem) beteiligten Prozesse erfasst und zusammengestellt. Diese Daten werden in Bezug gesetzt zum Untersuchungsgegenstand, der funktionellen Einheit. Zufuhr (input) Rohstoffe Energie Rohstoffgewinnung Herstellung Gebrauch/Wartung Recycle/Entsorgung Abfuhr (output) Atm. Emissionen Feststoff-Abfall Abwasser Nebenprodukte Andere (z.b. Wärme, Schall,..) Ökobilanz

7 Ausgehend von der Sachbilanz wird die Wirkungsabschätzung (Phase 3) durchgeführt. In ISO ist die Wirkungsabschätzung als ein einziger Schritt dargestellt. Sie wird aber in folgende sieben Teilschritte unterteilt (ISO 2000a): Begründung und Auswahl von Wirkungskategorien, Wirkungsindikatoren und Modellen: Hier werden jene Festlegungen spezifiziert, die in der Zieldefinition grob umrissen wurden. Zuordnung der Sachbilanz-Ergebnisse zu Umweltwirkungen (Klassifizierung): Dieser Schritt umfasst die Gruppierung der Umwelteinwirkungen (Emissionen und Ressourcenverbräuche) nach den durch sie verursachten Umweltwirkungen. Berechnung der Wirkungsindikator-Ergebnisse (Charakterisierung): Um verschiedene Substanzen mit gleicher Umweltwirkung vergleichen zu können, werden sie entsprechend ihrer Wirkung gewichtet. Dazu wird eine Referenzsubstanz bestimmt, bezüglich derer die Wirksamkeit der andern Schadstoffe ermittelt wird. Ökobilanz

8 Optional: Berechnung der Höhe der Wirkungsindikator-Ergebnisse im Verhältnis zu einem oder mehreren Referenzwert(en) (Normierung): Die Wirkungsindikator-Ergebnisse werden normiert. Dazu werden die Umweltwirkungen des Untersuchungsgegenstandes in Bezug gesetzt zu den gesamten Umweltauswirkungen einer Region absolut oder pro Kopf der Bevölkerung (z.b. der Welt, Europas oder eines Landes). Das Resultat der Normierung sind standardisierte, dimensionslose Wirkungsindikator-Ergebnisse. Die Gesamtheit der Indikatorergebnisse wird Wirkungsabschätzungsprofil genannt (ISO 2000a). Ordnung: Die normierten Auswirkungswerte pro Wirkungskategorie können nun sortiert und möglicherweise klassiert werden. Gewichtung: Das Wirkungsabschätzungsprofil wird weiter zusammengefasst (bewertet). Jedenfalls sollen in allen Fällen die vor der Gewichtung vorhandenen Daten verfügbar bleiben. Analyse der Datenqualität: Es wird untersucht, welchen Einfluss die identifizierten Unsicherheiten auf die Höhe der Wirkungsindikatorwerte pro Wirkungskategorie und damit auf die Aussagekraft der Ergebnisse haben. Ökobilanz

9 In der Auswertung (Phase 4) werden die Resultate der Sachbilanz und der Wirkungsabschätzung entsprechend dem festgelegten Ziel und dem Untersuchungsrahmen der Ökobilanz zusammengefasst (ISO 2000b). Es werden Schlussfolgerungen gezogen und Empfehlungen formuliert. Die wesentlichen Eigenschaften der Ökobilanz lassen sich folgendermassen zusammenfassen. Die Ökobilanz - basiert auf quantitativen Modellen, - macht Aussagen über potenzielle (und nicht tatsächlich beobachtete oder beobachtbare) Umweltbelastungen, - kann das Überschreiten von Grenzwerten nicht kontrollieren. Ökobilanz

10 Atmosphärische Emissionen Technisch aufwendig zu kontrollieren Reduce. Die Verteilung in der Luft rasch und großräumig erfolgt Eine Vielzahl von zum Teil mobilen Quellen beitragen (Verkehr) Wechselwirkungen und Reaktionen verschiedener Quellen stattfinden können Wechselwirkungen mit der Umwelt in Form von bodennahen Prozessen chemisch (saurer Regen) oder physiklisch (Feinstaub) oder als Global Warming Potential (Treibhauseffekt) Atmosphärische Emissionen

11 Antropogene Emissionen und Global Warming Potential 2/3 davon aus fossiler Verbrennung Industrie & Verkehr Quellen: Jucundus Jacobeit, Augsburg und IPCC Antropogene Emissionen

12 IPCC Synthesis Report 2007 on Global Warming 2007: 31,2Gt Kyoto - Abkommen Quelle: IPCC Antropogene Emissionen

13 Kohlendioxid und das Kyoto - Protokoll der UNFCCC UN Framework Convention on Climate Change. Von 169 Staaten unterzeichnet. U.a. von den USA und Australien nicht ratifiziert. In Kraft seit : Bis 2012 soll der CO 2 Ausstoß (+ 5 weitere GHGs) in den Industriestaaten um durchschnittlich 5% unter dem Wert von 1990 liegen (Es wurden individuelle Raten festgelegt wie z.b. für EU -8%). Im Vergleich dazu ist das Abkommen aus dem Montreal - Protokoll (1987) zur Verminderung der Emissionen von Ozon - Verarmenden - Substanzen (Ozone - Depleting - Substances) 5 mal wirksamer in Bezug auf das Global Warming Potential. Quelle: WMO Greenhouse Gas Bulletin 2007 Kyoto Protokoll

14 CO 2 Emissionen und Wirtschaftsentwicklung Antropogene Emissionen

15 Lösung: CO 2 Deponieren? Antropogene Emissionen

16 Lösung: Verbrennungsantriebe durch Kernenergie ersetzen? Isotop 238 U 235 U 234 U Häufigkeit 99.27% 0.72% 0.055% Halbwertsbreite 4.47?10 9 a 7?10 8 a 2.46?10 5 a Sachbilanz eines KKW: Nutzung in thermischen Reaktoren Quelle: Jan Willem Storm van Leeuwen Antropogene Emissionen

17 Simple Sachbilanz mit öffentlichen Firmenangaben Mine: Olympic Dam Kupfer & Uranbergbau, Südaustralien Aufbereitung: Areva, Tricastin Südfrankreich. Reaktor: Temelin 1 (0.98GWe), Tschechien Versorgt Österreicher (29.7GJ/Kopf a) mit Strom. Entzieht Menschen die Minimalversorgung (1000m 3 /Kopf a) mit Wasser Antropogene Emissionen

18 In einer Ökobilanz kann der Uranbergbau oft als Koppelprozess (Mehrproduktprozess) versteckt werden. Zur Wirkungsabschätzung auf die menschliche Gesundheit: Disability-Adjusted Life Years DALY = YLL + YLD Years of Life Lost Years Lived with Disability Antropogene Emissionen

19 Nuclear power the energy balance Jan Willem Storm van Leeuwen, Ceedata Consultancy, Chaam, Netherlands Basis: thermischer Leichtwasser Reaktor mit 1GW e Nennkapazität Antropogene Emissionen

20 Zukunfts - Szenarien Jan Willem Storm van Leeuwen, Ceedata Consultancy, Chaam, Netherlands 0: 0 Reaktoren/Jahr: Ausstieg 1: 3-4 Reaktoren/Jahr: Unveränderte Nukleare Kapazität 2: Reaktoren/Jahr: Konstanter Anteil von ca. 15% 3: 35 neue Reaktoren/Jahr Antropogene Emissionen

21 Entwicklung der Produktmasse in den USA Hausmüll

22 Hausmüllaufkommen in den USA Die Hausmüllmasse von 1,37Mg/Kopf und Jahr? 1/10 der Herstellungsmasse Bevölkerungswachstum: +1,3%/a Energieverbrauch: +1,1%/a Abfallmenge: +3,4%/a Hausmüll

23 3R: wiederverwenden - aufbereiten - zurückgewinnen? Der Kupfergehalt der USA (Erz - Produkte - Abfall) teilt sich zu etwa gleichen Teilen auf. Hausmüll

24 Wasser Bei dem Rohstoff Wasser ist die technische, wirtschaftliche und politische Umsetzung des 4R Prinzips (Verringerung - Wiederverwendung - Aufbereitung und Weiternutzung) am klarsten erkennbar. Verteilung der Umweltschutzausgaben % 1% 6% 9% 5% 24% 39% 9% Luftreinhaltung und Klimaschutz Gewässerschutz Boden und Grundwasserschutz Abfallbehandlung und vermeidung Lärmschutz Landschaftsschutz F&E und Strahlenschutz Sonstiges Österreich Quelle: Statistik Austria, Statistisches Jahrbuch 2006 Wasser Kanada Kostenanteile für Erschließung 33%, Aufbereitung 13.6%, Kreislauf 14.2% Entsorgung 39.2%

25 Aerosolbegriff Aerosole - Feinstaub (engl.: Particulate Matter) Fein- bzw. Schwebstaub (Particulate Matter) oder Aerosole: Rein physikalisch definiert. Kann flüssig oder fest sein. Die Teilchendurchmesser können von ~nm - 100µm variieren. Ab einem Durchmesser von 0.1µm wird der aerodynamische Durchmesser definiert = Durchmesser einer Kugel mit einer Dichte von 1gcm -3 die in ruhender Luft dieselbe Sinkgeschwindigkeit besitzt die das Teilchen aufweist. Auf den aerodynamischen Durchmesser bezieht sich die Einteilung der Teilchen in: Ultrafein: < 0.1µm, Fein: < 2.5µm (PM 2.5 ) und Grob: >2.5µm (Achtung! die EU Richtlinie 1999/30/EG legt die Unterscheidung zwischen Fein und Grob mit 10µm PM 10 fest) Aerosolbegriff

26 Beispiel: Die Wirkungskategorie 'Treibhauseffekt' wird ausgewählt, da sie sowohl Schäden an der menschlichen Gesundheit wie auch Ökosystemschäden verursacht. Ausserdem wird festgelegt, dass die Modelle des IPCC4 verwendet werden sollen und der Indikator "kg CO2-Äquivalente" gewählt werden soll (und nicht z.b. Strahlungsveränderung oder Temperaturveränderung). IPCC: Intergovernmental Panel on Climate Change Beispiele Wirkungsanalyse

27 Beispiel zur Klassifizierung: Da die Substanzen CO 2 und CH 4 treibhauswirksam sind, werden beide der Klasse Treibhauseffekt zugeordnet. Methan fördert zudem die Photooxidantenbildung und wird deshalb zusätzlich der Wirkungsklasse "Sommersmog" zugeordnet. Beispiel zur Charakterisierung: Die Umweltwirkung Treibhauseffekt wird auf der Basis der Treibhaus-potenziale (global warming potential, GWP) quantifiziert. Referenzsubstanz ist CO 2. GWP hat deshalb die Dimension [kg CO 2 -Äquivalent]. Methan hat gemäss (Albritton et al. 2001) eine 23-mal grössere Treibhauswirkung als CO 2. 1'000t Methan beispielsweise, die entlang des Lebenswegs eines Produktes emittiert werden, haben somit ein Treibhauspotential von 23'000t CO 2 -Äquivalenten. 1g Halon H1301 hat seinerseits neben einem Treibhauspotenzial auch ein ozonschichtabbauendes Potenzial von 10g FCKW R11-Äquivalenten. Beispiele Wirkungsanalyse

28 Beispiel zur Normierung: Die Treibhausgasemissionen pro Kopf und Jahr in Westeuropa 1995 (Kyoto Referenzjahr) betrugen 14'600 kg CO 2 -Äquivalente. Die Emission von 23'000t CO 2 -Äquivalenten (1'000t Methan) entspricht somit einem normierten Wirkungsindikatorwert von 1.58 Beispiele Wirkungsanalyse

29 Beziehung zwischen Emission und Auswirkung SO 2 NO x Stressor Wirkung 1. Ordnung Saurer Regen Wirkung 2. Ordnung Saure Seen Wirkung 3. Ordnung Tote Fische Wirkung 4. Ordnung Verlust an Biodiversität Beispiel Emissionen