Übungsprüfung Ökologische Systemanalyse Seite 1 von 13 Legi-Nr. Allgemeine Hinweise Lesen Sie zuerst alle Fragen durch. Schreiben Sie Ihren Namen auf alle Blätter. Die Rechnungen und Lösungen sind auf den Aufgabenblättern sowie gegebenenfalls auf den leeren Blättern am Schluss aufzuführen (diese können Sie abtrennen, müssen aber mit Ihrem Namen verzeichnet nach der Prüfung abgegeben werden). Schreiben Sie leserlich. Aluminiumhaushalt Schweiz (Aufgaben 1-5, 40 Punkte) Im Stoffflussschema des Beiblattes 1 (am Ende der Prüfungsunterlagen) ist der Aluminiumhaushalt Schweiz vereinfacht dargestellt. Bei den Angaben handelt es sich um grobe Abschätzungen. Aufgabe 1 (9 Punkte) Beschreiben und interpretieren Sie kurz den Aluminiumhaushalt Schweiz in Worten. Aufgabe 2 (2 Punkte) Insgesamt sind vier Konsumprozesse eingezeichnet. Nennen Sie für die Prozesse «Verkehr» und «Bauwesen» jeweils die wichtigsten Anwendungsbereiche.
Übungsprüfung Ökologische Systemanalyse Seite 2 von 13 Aufgabe 3 (8 Punkte) Der Primärenergieverbrauch für die Herstellung von Primäraluminium (Herstellung in Aluhütten) ist um ein Vielfaches höher als derjenige von Sekundäraluminium: Primärenergieaufwand für Herstellung von Primäraluminium: 170 GJ/t Primäraluminium Primärenergieaufwand für Herstellung von Sekundäraluminium: 20 GJ/t Sekundäraluminium a.) Mit welchen Massnahmen könnte Ihrer Meinung nach der Alu-Haushalt Schweiz energetisch optimiert werden? b.) Schätzen Sie das Potential dieser Massnahmen ab? c.) Nennen Sie Gründe, warum die von Ihnen vorgeschlagenen Massnahmen von der Aluminiumindustrie in der Schweiz heute nicht umgesetzt werden.
Übungsprüfung Ökologische Systemanalyse Seite 3 von 13 Aufgabe 4 (6 Punkte) Insgesamt werden heute in der Schweiz jährlich knapp 400 000 Personen- und Nutzfahrzeuge neu zugelassen und rund 250 000 Fahrzeuge werden ausser Verkehr gesetzt. Heute beträgt der durchschnittliche Alugehalt rund 100 kg pro Fahrzeug. Wie sieht der Aluminiumhaushalt in ca. 40 Jahren (d.h. ca. im Jahr 2050) unter den folgenden Voraussetzungen aus? Jährliche Neuzulassungen: 400 000 Fahrzeuge; Alugehalt 400 kg pro Fahrzeug. Die Inputflüsse in die anderen Konsumprozesse bleiben auf den heutigen Stand. Alle Konsumprozesse befinden sich im Fliessgleichgewicht. Die Recyclingquoten bleiben gleich. Treffen Sie weitere sinnvolle Annahmen und begründen Sie diese. Setzten Sie die neu berechneten Flüsse in das vorbereitete Beiblatt 2 ein (ebenfalls am Ende der Unteralgen). Sie müssen die Lager nicht berechnen. Beschreiben und interpretieren Sie das neue System.
Übungsprüfung Ökologische Systemanalyse Seite 4 von 13 Aufgabe 5 (15 Punkte): Verwenden Sie für diese Aufgabe die in der Aufgabe 4 aufgeführten Bedingungen. Für die Modellierung des Systems werden zusätzlich die folgenden Vereinfachungen gemacht: Zusammenfassung der Prozesse Aluhütte und Halbzeug- und Warenproduktion; Verteilung zu einem Prozess Zusammenfassung der Konsumprozesse zu einem Prozess. Der Prozess Deponie wird aus dem System genommen, wobei der Fluss in die Deponie bestehen bleibt. Das System hat nun noch drei Prozesse. Die Inputflüsse in den Produktions- und Verteilungsprozesse werden zu einem Fluss zusammengefasst. Die Input- und Outputflüsse des Prozesses Konsum werden ebenfalls zu einem Fluss zusammengefasst. a.) Beschreiben Sie dieses System mathematisch und erstellen Sie dazu die Bilanzgleichungen. b.) Modellieren Sie das System unter der Annahme, dass der Inputfluss in den Konsumprozess gegeben ist. Treffen Sie dazu weitere Annahmen und begründen Sie diese. (Sie müssen das System nicht numerisch lösen!)
Übungsprüfung Ökologische Systemanalyse Seite 5 von 13
Übungsprüfung Ökologische Systemanalyse Seite 6 von 13 Aufgabe 6 (3 Punkte) Welche Umweltanalyseinstrumente würden Sie für die folgenden Problemstellungen anwenden? a) Für die Standortwahl einer Kehrichtverbrennungsanlage möchten Sie die möglichen Umweltauswirkungen in Bezug auf die lokale Umgebung untersuchen. Umweltanalyseinstrument: b) Ein langlebiges Insektizid wird in der Landwirtschaft eingesetzt. Sie wollen wissen, ob Effekte für die menschliche Gesundheit oder für Ökosysteme zu erwarten sind. Umweltanalyseinstrument: Aufgabe 7 (3 Punkte) a) Definieren Sie eine passende funktionelle Einheit für den Vergleich des unten aufgelisteten Produktsystems im Rahmen einer Ökobilanz. Vergleichssysteme: Kabeltelefon oder Natel Funktionelle Einheit:... b) Gibt es Aspekte, die Sie mit Ihrer funktionellen Einheit nicht erfassen können?...
Übungsprüfung Ökologische Systemanalyse Seite 7 von 13 Aufgabe 8 (23 Punkte) Sie planen ein neues Gebäude und sollen zwei Fassadenvarianten miteinander vergleichen. Beide Fassaden haben die gleiche Dämmwirkung. Variante 1: Konventionelle Dämmung aus Mineralwolle mit Metallaussenhaut Die Fassade wird aus Aluminium für die Aussenhaut sowie der Dämmung hergestellt. Die Dämmung besteht aus einer Folie aus Polyethylen, Holzfaserplatten sowie einer Mineralfaserdämmung. Sie nehmen an, dass das Aluminium nach Gebrauch der Fassade zu 90% als verwertbarer Aluminiumschrott anfällt und nach Aufbereitung wieder in der Herstellung von Aluminium eingesetzt wird. Das Holz wird nach Gebrauch der Fassade in einer KVA verbrannt, die übrigen Materialien auf einer Inertstoffdeponie abgelagert (Annahme: keine Emissionen). Variante 2: Vakuumisolationspaneelen Bei der Produktion der Paneelen wird Isolationsmaterial in eine Edelstahlhülle gefüllt. Für die Herstellung von Edelstahl wird Roheisen und/oder Schrott sowie Kohle, Ferronickel und Ferrochrom benötigt. Kohle, Ferronickel und Ferrochrom müssen vor der Verwendung aufbereitet werden (vereinfachte Annahme für die Aufbereitung: keine Verluste und Emissionen). Roheisen wird aus Eisenerz und Kohle hergestellt. Nach dem Gebrauch werden die Paneele zerlegt. 98% des in den Paneelen enthaltenen Edelstahls wird aufbereitet und einer Verwertung zugeführt (vereinfachende Annahme: 1 kg Edelstahlschrott kann 1 kg Roheisen bei der Produktion von Edelstahl ersetzen). Das Isolationsmaterial und die 2% Stahlreste werden auf einer Inertstoffdeponie entsorgt (Annahme: keine Emissionen). a) Zeichnen Sie die Flowcharts für beide Systeme. Bitte verzichten Sie auf eine ausführliche Prozessbeschreibung in diesem Flowchart. Materialflüsse sollten Sie mit Pfeilen darstellen, Aktivitäten mit Boxen. [7 Punkte]
Übungsprüfung Ökologische Systemanalyse Seite 8 von 13 Inventartabelle (fiktive Daten) Herstellung Fassade mit konventioneller Dämmung [m 2 ] Herstellung VIP Paneele [m 2 ] Herstell ung Edelstahl pro Zerlegung VIP [m 2 ] Herstellun g Roheisen Inputs (Zwischenprodukte und Ressourcen) Aluminium 7,0 Polyethylene 1,0 Holzfaserplatten 12,8 Mineralfaserdämmung 18,0 Edelstahl 32 Isolationsmaterial 8 Summe Roheisen und Schrott 1,1 VIP Paneele [m 2 ] 1 Eisenerz 1,5 Kohle 0,1 0,5 Ferrochrom 0,2 Ferronickel 0,3 Outputs (Emissionen / Produkte) Konventionelle Dämmung [m 2 ] 1 VIP Paneele [m 2 ] 1 Edelstahl 1 Roheisen 1 Isolationsmaterial/Schrott 8,64 Gemisch (Edelstahl-)Schrott 31,36 Aluminiumschrott 6.3 CO 2 -Emission 0,0001 0,08 0,9 0,004 0,5 VIP: Vakuumisolationspaneelen Bezüglich der Vorkette der Zwischenprodukte und der Entsorgung von Holz in der KVA haben Sie folgende Angaben zu den CO 2 -Emissionen: Prozess CO 2 - Emissionen Herstellung Primäraluminium Herstellung Aluminium aus Schrott Herstellung Mineralfaserdämmung Herstellung Holzfaserplatten 3 0.3 1.5-2 2.2 Entsorgun g Holzfaserp latten Die CO 2 -Emissionen der Herstellungsprozesse für Polyethylen und Isolationsmaterial können Sie vernachlässigen.
Übungsprüfung Ökologische Systemanalyse Seite 9 von 13 b) Wieviel Primäraluminium brauchen Sie für ein Gebäude mit 700 m 2 Fassadenfläche, wenn aus 1 kg Aluminiumschrott 0,99 kg Aluminium wiedergewonnen und gutgeschrieben werden? Wieviel Roheisen wird für ein Gebäude mit 700 m 2 Fassadenfläche VIP netto gebraucht, wenn der entstehende Stahlschrott nach dem Gebrauch der Paneele mit dem Gutschriftenverfahren berücksichtigt wird? Wieviel Kohle wird unter diesen Bedingungen benötigt? (8 Punkte) c) Die VIP Paneelen müssen über 1000 km zur Baustelle transportiert werden, die Materialien für die konventionelle Dämmung über 50 km. Pro Tonnenkilometer LKW- Transport werden 0.1 kg CO 2 -Emissionen freigesetzt. Gewicht pro m 2 Fassadenfläche: Vakuumisolationspaneelen: 40 kg/m 2 Konventionelle Dämmung: 56 kg/m 2 Berechnen Sie mit Hilfe dieser und der obigen Angaben die kumulierten CO 2 -Emissionen pro 700 m 2 Fassadenfläche für beide Varianten. (8 Punkte)
Übungsprüfung Ökologische Systemanalyse Seite 10 von 13 Aufgabe 9 (10 Punkte) Sie wollen eine Ökobilanz für Chlor erstellen. Dieses wird durch die Chlor-Alkali Elektrolyse (Diaphragma-Verfahren) hergestellt. Bei diesem Verfahren werden neben Chlor auch Natronlauge und Wasserstoff entsprechend der folgenden Reaktionsgleichung hergestellt: 2H 2 O + 2NaCl 2NaOH + Cl 2 + H 2 Zusatzinformationen: Molgewichte (g/mol) Preise (fiktiv) H 1 g/mol Natronlauge (NaOH) 0,50 Fr/kg O 16 g/mol Chlor (Cl 2 ) 30,00 Fr/kg Na 23 g/mol Wasserstoff (H 2 ) 0.0001 Fr/kg Cl 35.5 g/mol Für den Multioutput Prozess Chlor-Alkali Elektrolyse haben Sie bereits alle Inventardaten berechnet und diese mit einer aggregierenden Wirkungsabschätzungsmethode bewertet. Nehmen wir an, dass dieser Prozess mit 500 Ökopunkten pro kg NaCl Input bewertet wurde. a) Welche Allokationsverfahren können Sie anwenden, um die Ökopunkte pro kg Chlor zu berechnen. Gehen Sie davon aus, dass es kein kommerziell machbares Verfahren gibt, in dem Natronlauge als Einzelprodukt (ohne Koppelprodukt Chlor und Wasserstoff) hergestellt werden kann. (2 Punkte) b) Berechnen Sie die Ökopunkte pro kg Chlor nach zwei Allokationsverfahren (8 Punkte)
Übungsprüfung Ökologische Systemanalyse Seite 11 von 13 Aufgabe 10 (4 Punkte) a) Nennen Sie die prinzipiellen Unterschiede zwischen der Wirkungsabschätzung des Ressourcenverbrauchs nach Recipe und CML. (2 Punkte) Ressourcenverbrauch:........ b) Die folgende Matrix stellt die Technosphärenmatrix A dar. Warum ist hier das Matrixinversionsverfahren besonders sinnvoll (gegenüber dem sukzessiven Verfahren)? Für die Lösung der Aufgabe ist keine Rechnung notwendig. (2 Punkte) 0 0.01 0 0 0 2 0 2 1.05 0 0 0.16 0.1 0 0.6 0 0.02 0.002 0 0.01 0 2 0 1 0.05 0 0.17 0 0 0 3 0
Übungsprüfung Ökologische Systemanalyse Seite 12 von 13 Beiblatt 1 vom SFA-Teil 160 Exporte 10 Gebrauchte Ware 55 Aluschrott 50 Verkehr 25 500 + 15 45 Aluhütte 45 Halbzeugund Warenproduktion; Verteilung 65 45 Maschinen-/ Elektroindustrie, Möbel, Büro 500 + 43 Bauwesen 22 12 Sammeln, Sortierung, KVA 12 Deponie 600 + 33 15 Verpackung, Diverses 70 + 7 8?? + 12 290 Importe Abbildung 1: System Metallischer Aluminiumhaushalt Schweiz heute. Angaben in 1000 t/a
Übungsprüfung Ökologische Systemanalyse Seite 13 von 13 Beiblatt 2 vom SFA-Teil Exporte Gebrauchte Ware Aluschrott Verkehr nicht berechnen Aluhütte Halbzeugund Warenproduktion; Verteilung Maschinen-/ Elektroindustrie, Möbel, Büro nicht berechnen Bauwesen Sammeln, Sortierung, KVA Deponie nicht berechnen Verpackung, Diverses nicht berechnen Importe Abbildung 1: System Metallischer Aluminiumhaushalt Schweiz im Jahr 2050. Angaben in 1000 t/a