Ökobilanzen bei der unweltgerechten Produktentwicklung unter besonderer Berücksichtigung toxisch wirkender Stoffströme von Rana Pant 1. Auflage Ökobilanzen bei der unweltgerechten Produktentwicklung unter besonderer Berücksichtigung toxisch wirkender Stoffströme Pant schnell und portofrei erhältlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG Thematische Gliederung: Angewandte Umweltwissenschaften ibidem 2000 Verlag C.H. Beck im Internet: www.beck.de ISBN 978 3 89821 051 5
Gliederung I Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung und Motivation... 1 1.1 Problembeschreibung... 1 1.2 Zielsetzung... 4 1.3 Vorgehensweise... 5 2 Grundlagen... 7 2.1 Grundlagen der Produktentwicklung... 7 2.1.1 Ablauf der Produktentwicklung... 7 2.1.2 Integriertes Produkt- und Prozeßmodell... 9 2.1.3 Bedeutung und Grenzen der ökologischen Bewertung in unterschiedlichen Produktentwicklungsphasen... 10 2.1.3.1 Bedeutung des Zeitpunktes der ökologischen Bewertung... 10 2.1.3.2 Probleme der ökologischen Bewertung in der Produktentwicklung... 12 2.2 Grundlagen der Ökobilanzierung... 12 2.2.1 Prinzipien und allgemeine Anforderungen... 14 2.2.2 Festlegung von Ziel und Untersuchungsrahmen sowie Sachbilanz... 15 2.2.2.1 Festlegung des Untersuchungsrahmens der Ökobilanz... 16 2.2.2.1.1 Funktion und funktionelle Einheit... 16 2.2.2.1.2 Systemgrenzen... 16 2.2.2.1.3 Anforderungen an die Datenqualität... 17 2.2.2.2 Sachbilanz... 17 2.2.2.2.1 Abschneidekriterien... 18 2.2.2.2.2 Allokationsverfahren... 19
II 2.2.3 Wirkungsabschätzung... 20 2.2.4 Auswertung der Ergebnisse... 23 2.3 Grundlagen der Ausbreitung und Wirkung toxischer Stoffe... 24 2.3.1 Überblick über die Risikoabschätzung von Chemikalien... 24 2.3.2 Ausbreitung in der Umwelt und Exposition... 26 2.3.3 Persistenz und Abbau... 28 2.3.4 Aufnahme und Akkumulation in Organismen... 28 2.3.5 Wirkung und Bewertung von Schadstoffen... 29 3 Entwicklung von Anforderungen an eine Ökobilanz-Methode zur Berücksichtigung toxischer Stoffe in der Produktentwicklung... 31 3.1 Allgemeine Anforderungen... 32 3.2 Anforderungen an Zielfestlegung und Sachbilanz... 33 3.3 Anforderungen an die Wirkungsabschätzung... 34 3.3.1 Allgemeine Anforderungen aus der Risikoabschätzung von Chemikalien... 36 3.3.2 Einbeziehung der Höhe und Art der Emissionsquelle... 40 3.3.3 Einbeziehung ortsspezifischer Informationen... 41 3.3.4 Aggregation der Ergebnisse innerhalb der Wirkungsabschätzung... 43 3.4 Anforderungen an die Auswertung der Ergebnisse... 48 3.5 Zusammenfassung... 49 4 Defizitanalyse bestehender Herangehensweisen und Methoden hinsichtlich der entwickelten Anforderungen... 51 4.1 Defizitanalyse der Berücksichtigung toxischer Stoffströme in Zielfestlegung und Sachbilanz... 51 4.1.1 Zielfestlegung sowie Festlegung der Wirkungskategorien... 52 4.1.2 Systemgrenzen... 53 4.1.3 In der Sachbilanz berücksichtigte Parameter... 54
Gliederung III 4.1.4 Abschneidekriterien... 56 4.1.5 Allokation... 58 4.1.6 Auswirkung unterschiedlicher Sachbilanzdaten auf die Ergebnisse der Wirkungsabschätzung... 60 4.2 Defizitanalyse bestehender Wirkungsabschätzungsmethoden bezüglich der Behandlung toxischer Stoffströme... 62 4.2.1 Kurzdarstellung der untersuchten Methoden zur Wirkungsabschätzung... 63 4.2.1.1 Wirkungsbilanz nach Umweltbundesamt (UBA 95)... 64 4.2.1.2 Centre voor Milieukunde Leiden, Niederlande (CML 92)... 64 4.2.1.3 Centre voor Milieukunde Leiden / National Institute of Public Health and Environmental Protection, Niederlande (CML/RIVM 96)... 66 4.2.1.4 Toxizitätsäquivalente nach GEBLER (ToxÄq)... 66 4.2.1.5 Critical Surface-Time 95 (CST 95)... 67 4.2.1.6 Eco-Indicator 95 (Eco-Ind 95)... 68 4.2.1.7 Kritische Volumina (krit. Vol. (B) und krit. Vol. (H))... 69 4.2.1.8 Umweltbelastungspunkte (UBP 97)... 70 4.2.1.9 Kumulierter Energieaufwand (KEA)... 71 4.2.1.10 Materialinput pro Serviceeinheit (MIPS)... 72 4.2.2 Analyse der Methoden zur Wirkungsabschätzung... 73 4.2.2.1 Zusammenfassende Darstellung der Ergebnisse... 73 4.2.2.2 Vergleich der Methoden bezüglich einzelner Anforderungen... 75 4.2.3 Auswirkung der Anwendung unterschiedlicher Wirkungsabschätzungsmethoden... 77 4.3 Defizitanalyse bestehender Methoden zur Auswertung... 79 4.4 Zusammenfassung... 84
IV 5 Methodenentwicklung zur Berücksichtigung toxischer Stoffströme in Zielfestlegung und Sachbilanz... 87 5.1 Abschneidekriterien... 87 5.2 Ermittlung von Prozessen und Anwendungen mit krebserzeugenden Emissionen... 89 5.3 Berechnung von Schadstofffrachten anhand gemessener Hallenluftkonzentrationen.. 93 5.4 Zusammenfassung... 95 6 Methodenentwicklung zur Wirkungsabschätzung toxischer Stoffe... 97 6.1 Entwicklung und Integration einer Methode zur Berücksichtigung von Art und Höhe der Emissionsquelle... 97 6.1.1 Emissionsquellenspezifische Modellierung der Schadstoffausbreitung... 97 6.1.1.1 Ausbreitungsrechnung nach TA Luft... 98 6.1.1.2 Das Gaußsche Ausbreitungsmodell... 99 6.1.2 Das verwendete Softwareprogramm Austal PC 3.0... 100 6.1.3 Durchführung der Ausbreitungsrechnung... 101 6.1.3.1 Allgemeine Vorgehensweise... 101 6.1.3.2 Modellparameter... 101 6.1.4 Ergebnisse der Ausbreitungsrechnung... 103 6.1.5 Einteilung von Emissionsquellen aufgrund der verursachten Immissionsbelastung... 105 6.1.5.1 Auswertung der Ergebnisse nach Emissionstemperaturen... 105 6.1.5.2 Auswertung der Ergebnisse nach Quellhöhe... 106 6.1.5.3 Definition von Quellgruppen ähnlicher Immissionsbelastung... 107 6.1.6 Diskussion der Ergebnisse... 109 6.1.7 Gültigkeitsbereich der durchgeführten Berechnungen... 110 6.1.8 Fehlerabschätzung... 114
Gliederung V 6.2 Einbindung der Wirkungsabschätzung toxischer Stoffströme in eine umfassende Abschätzung ökologischer Auswirkungen... 118 6.3 Zusammenfassung... 122 7 Methodenentwicklung zur Auswertung der Umweltauswirkungen toxischer Stoffe nach Darmstädter Modell... 125 7.1 Aufbau einer Bibliothek verschiedener Wirkungsabschätzungsmethoden... 126 7.1.1 Grundlagen der formalen Begriffsanalyse... 126 7.1.2 Anwendung der formalen Begriffsanalyse auf die Auswahl der Wirkungsabschätzungsmethoden... 129 7.1.2.1 Bestimmung der Merkmale für eine vergleichende Untersuchung von Wirkungsabschätzungsmethoden... 129 7.1.2.2 Ergebnisse der Auswahl... 132 7.2 Aggregation der Ergebnisse unterschiedlicher Wirkungsabschätzungsmethoden... 136 7.2.1 Diskussion verschiedener Aggregationsmöglichkeiten... 137 7.2.2 Aggregation durch gewichtete Mittelwertbildung... 138 7.3 Beispielhafte Umsetzung des Darmstädter Modells... 141 7.4 Zusammenfassung... 144 8 Ausblick... 145 8.1 Einbeziehung endokriner Wirkungen in die Abschätzung toxischer Wirkungen... 145 8.2 Einbeziehung toxischer Wirkungen in frühe Phasen der Produktentwicklung... 146 8.3 Änderung der Anforderungen an die Ausbildung von Produktentwicklern... 147
VI 9 Zusammenfassung... 149 10 Literatur... 153 Anhang 1: Äquivalenzfaktoren der Wirkungsabschätzungs- methoden... 171 Anhang 1.1: Äquivalenzfaktoren nach CML 1992 [Heijungs et al 1992a+b]... 171 Anhang 1.2: Äquivalenzfaktoren nach CML/RIVM 1996 [Guinee et al 1996]... 171 Anhang 1.3: Äquivalenzfaktoren der Toxizitätsäquivalente [Gebler 1992]... 172 Anhang 1.4: Äquivalenzfaktoren nach CST 1995 [Jolliet, Crettaz 1997]... 173 Anhang 1.5: Äquivalenzfaktoren nach Eco-Indicator 95 [Goedkoop 1996]... 174 Anhang 1.5.1: Emissionen in Luft... 174 Anhang 1.5.2: Emissionen in Wasser... 175 Anhang 1.6: Äquivalenzfaktoren kritische Volumina [BUWAL 1991, HLfU 1994]... 175 Anhang 1.6.1: Wasserpfad... 175 Anhang 1.6.2: Luftpfad... 176 Anhang 1.7: Äquivalenzfaktoren der Umweltbelastungspunkte [BUWAL 1998]... 176 Anhang 1.7.1: Wasseremissionen... 176 Anhang 1.7.2: Luftemissionen... 177 Anhang 2: Vergleich der Sachbilanzdaten HLFU 1994 Schwing 1999... 178 Anhang 2.1: Emissionen der Deponie, Wasserpfad... 178 Anhang 2.2: Emissionen der Deponie, Luftpfad... 178 Anhang 2.3: Emissionen der Müllverbrennungsanlage, Wasserpfad... 179 Anhang 2.4: Emissionen der Müllverbrennungsanlage, Luftpfad... 180
Gliederung VII Anhang 3: Toxizität der Emissionen von Deponie und MVA nach unterschiedlichen Sachbilanzen... 181 Anhang 4: Humantoxizität der Luftemissionen einer MVA nach verschiedenen Wirkungsabschätzungsmethoden... 182 Anhang 5: Wirkungsabschätzung toxischer Emissionen mit verschiedenen Wirkungsabschätzungsmethoden... 183 Anhang 6: Mehrbelastungen im Vergleich MVA-Deponie nach [HLFU 1994]... 184 Anhang 7: Liste I der relevanten hochtoxischen Stoffe... 186 Anhang 8: Prozesse und Anwendungen mit Emissionen kanzerogener Stoffe... 188 Anhang 9: Gesamttoxizität unter Berücksichtigung der Immissionsfaktoren... 192 Anhang 9.1: Sachbilanz HLFU 1994 mit Immissionsfaktoren nach CML/RIVM 96... 192 Anhang 9.2: Sachbilanz HLFU 1994 unmodifiziert nach CML/RIVM 96... 193 Anhang 9.3: Sachbilanz Schwing 99 mit Immissionsfaktoren nach CML/RIVM 96... 193 Anhang 9.4: Sachbilanz Schwing 99 unmodifiziert nach CML/RIVM 96... 194 Anhang 10: Daten zur Ausbreitungsrechnung mit Austal... 195 Anhang 10.1: Kennung und Parameter der simulierten Punktquellen (PQ)... 195 Anhang 10.2: Kennung und Parameter der simulierten Flächenquellen (FQ)... 196 Anhang 10.3: Berechnete Immissionswerte von Punktquellen (PQ)... 197 Anhang 10.4: Berechnete Immissionswerte von Flächenquellen (FQ)... 198
VIII Anhang 11: Wirkungsabschätzungsmethoden mit separater Betrachtung toxischer Stoffe... 199 Anhang 11.1: Methode nach Umweltbundesamt (UBA)... 199 Anhang 11.2: Methode des Centre voor Milieukunde, Leiden (CML92)... 200 Anhang 11.3: Methode nach CML/RIVM (CML/RIVM 96)... 207 Anhang 11.4: Verfahren der Toxizitätsäquivalente (ToxÄq)... 210 Anhang 11.5: Methode der Critical Surface Time (CST 95)... 212 Anhang 11.6: Eco-Indicator 95 (Eco-Ind 95)... 217 Anhang 12: Glossar... 219