Grundzüge “Ökologisches Systemanalyse”...- Wie verhalten sich die emittierten optischen...

Ziel und Untersuchungsrahmen

Grundzüge Ökologische Systemanalyse

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Vorlesung:

Grundzüge “Ökologisches Systemanalyse”

Methodik Ökobilanz


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• Vorlesung und Übungen (zwei davon können wir korrigieren: Abgabe

24. April und 18. Mai Übungsblätter B und C sind bereits online

verfügbar); zusätzlich weitere Übungen (optionale Hausaufgaben)

• Vorlesungsunterlagen (Folien, Übungsblätter, Lösungen etc.) werden

weiterhin auf

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zur Verfügung gestellt

Literatur

• Skript zur Vorlesung aufgeschaltet

• Zusatzliteratur (bei Interesse): – Für den Themenbereich Sachbilanz auch Skript von R. Frischknecht geeignet:

http://www.esu-services.ch/cms/fileadmin/download/frischknecht-2006-skript-LCA.pdf

– W. Klöpffer, B. Grahl, Ein Leitfaden für Ausbildung und Beruf, Wiley VCH Verlag GmbH, April 2009

– The hitchhiker's guide to LCA - Baumann, Henrikke, ISBN: 9144023642

– Weitere Literatur wird auf der Homepage angegeben

Organisatorisches

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Lernziele für den Vorlesungsteil Ökobilanz

• Sie wissen, was eine Ökobilanz ist und können sie

anwenden.

• Sie erkennen bei technischen Prozessen die

umweltrelevanten Aspekte und

Verbesserungspotentiale.

• Sie können beurteilen, ob ein Produkt

umweltfreundlicher ist als ein anderes.

• Sie können bestehende Ökobilanzen verstehen und

kritisch einschätzen.

Lernziele

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Lernziele heute

• Wissen, für welche Problemstellungen sich eine

Ökobilanz eignet und wie sie sich von anderen

Instrumenten unterscheidet

• Aufbau einer Ökobilanz kennenlernen

• Wissen, wie die Definition des Ziels und der

Rahmenbedingungen einer Ökobilanz vorgenommen

wird; insbesondere

• Kenntnis über das Ziehen von Systemgrenzen

• Definition der funktionellen Einheit

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• Was ist das Ziel der Untersuchung? Warum wird die Studie

ausgeführt? Wer soll die Resultate verwenden? Geschichte der Ökobilanz

• Erste Lebenszyklus-Energiebilanzen und Materialbilanzen

bereits Ende des 19. Jahrhunderts (für Kohle)

• In den 1970er und 1980er Jahren erste umfassende Fallstudien

und Wirkungsabschätzungsmethoden (vor allem Europa)

• Seitdem Anstieg der Forschungsarbeiten und praktischen

Studien auf internationaler Ebene; internationale

Organisationen: SETAC, ISO, UNEP, EU ILCD, WBCS,

Sustainability Consortium

• Oekobilanzen befinden heute sich immer noch in methodischer

Weiterentwicklung

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Risikoanalyse Stoffflussanalyse

Ökobilanz (LCA)

Sachbilanz Umweltexposition

und toxische

Effekte

Umweltanalyseinstrumente

Instrumente ergänzen sich bezüglich der Fragestellungen, die sie

beantworten können.

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Umweltanalyseinstrumente – Beispiel Waschmittel

(optische Aufheller)

Beispiel Fragestellungen Materialflussanalyse:

- In welchen Mengen werden optische Aufheller von welchen

Akteuren verwendet?

- Welche Mengen werden über welche Wege in die Umwelt

abgegeben

z.B. hilfreich bei der Entwicklung von Massnahmen zur

Reduktion der Einträge dieser Stoffe in die Umwelt

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(optische Aufheller)

Beispiel Fragestellungen Risikoanalyse:

- Wie verhalten sich die emittierten optischen Aufheller in der Umwelt?

- Besteht ein Risiko?

z.B. hilfreich bei der Frage, ob und unter welchen Bedingungen

diese Stoffe zugelassen werden sollten

N H

N N

N N H

H N

N N

N H N

S O 3

N

O

N

O

O 3 S

PNEC

PEC Beck et al.

Köhler et al.

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Oekobilanz/Lebenszyklusanalyse

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Beispiel Fragestellungen Oekobilanz:

- Welches Waschmittel hat die geringsten Umweltwirkungen

z.B. hilfreich bei der Produktwahl oder bei der Frage, wie ein Produkt am

effektivsten unter ökologischen Gesichtspunkten optimiert werden kann.

Eco

-indic

ato

r poin

ts Pulverwaschmittel A

Flüssigwaschmittel B

Zuliefer- Hers Handel Kon- Ent- Total

kette steller sument sorgung

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Die Ökobilanz ist geeignet für:

a) Auffinden von Verbesserungspotentialen innerhalb

des Lebenszykluses von Produkten oder Prozessen

(Produkt- und Prozessdesign,

Schwachstellenanalyse)

b) Vergleich von Umweltauswirkungen verschiedener

Produkte/Aktivitäten innerhalb derselben Funktion

Unterstützung bei Kaufentscheidungen

(Ökolabels, ökologisches Marketing)

c) Szenarienvergleiche zur Identifizierung von

optimalen Strategien (Politik)

Anwendungsbereich

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Die Ökobilanz ist nicht/nur bedingt geeignet für:

a) Störfallbedingte Einwirkungen auf die Umwelt

b) Unterstützung bei der Standortwahl

c) Beurteilung des Umweltmanagements eines

einzelnen Unternehmens

Anwendungsbereich

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Ressourcen Emissionen

Ressourcen-

aufbereitung

Herstellung

Gebrauch

Entsorgung Transport

Die Ökobilanz ist eine systematische Methode zur Untersuchung der

Umwelteinflüsse von Produkten und Prozessen während des gesamten

Lebenszykluses.

Definition

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1‘000 pkm Transport

=> Hinter 1‘000 pkm Transport

steht ein Produktsystem

Quelle: Frischknecht, Vorlesungsunterlagen Umweltverträgliche Technologien

Ökobilanz = Lebensweg-Ansatz

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4. Auswertung

• Welche Schluss-

folgerungen

können gezogen

werden?

• Welche Schwach-

punkte hat die

Studie?

• Wie zuverlässig

sind die Resultate?

• Welche Empfeh-

lungen kann man

ableiten?

1.Ziel und Rahmenbedingungen

• Was ist der Zweck der Ökobilanz?

• Was sind die Funktionen des Systems und wo werden die

Systemgrenzen gezogen?

• Welche Annahmen werden getroffen?

2. Sachbilanz (LCI)

• Welche Produkte/Hilfsstoffe werden gebraucht/produziert?

• Welche Rohstoffe/Schadstoffe werden gebraucht/emittiert?

• Wie werden diese Inputs und Outputs den verschiedenen

Funktionen des Systems zugeordnet?

3. Wirkungsbilanz (LCIA)

• Welche Wirkungskategorien werden berücksichtigt?

• Welche Umweltwirkungen haben die Ressourcenver-

bräuche und Emissionen des Systems?

• Wird eine Gewichtung vorgenommen und wie?

Aufbau Ökobilanz

nach ISO 14040

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• Was ist das Ziel der Untersuchung? Warum wird die Studie

ausgeführt? Wer soll die Resultate verwenden?

• Firmenintern oder öffentlich? Werden Produktvergleiche

vorgenommen? Zur Dokumentation oder zur

Entscheidungsunterstützung?

• Geographischer, zeitlicher und technologischer

Geltungsbereich?



• Welche Allokationsverfahren werden angewendet?

• Welche Vereinfachungen und Annahmen werden getroffen?

• Welche Umweltauswirkungen werden berücksichtigt und

warum?

Inhalt

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Beispiel

Beispiel Gebäudeheizung

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"Die Ökobilanz-Studie hat zum Ziel, die Umweltauswirkungen eines neuen

Heizsystems für die Wohnsiedlung X am Standort Y

zu quantifizieren.

Die Ergebnisse dienen als Entscheidunterstützung bei der im nächsten

Jahr anstehenden System- und Geräteevaluation.

Sie sind nicht zur Veröffentlichung vorgesehen.

Die Daten sind generisch für die Energieträgerbereitstellung und

gerätespezifisch für die zur Diskussion stehenden Heizungsanlagen.

Die funktionelle Einheit ist die Produktion von 160‘000 kWh Nutzwärme

(jährlicher Nutzwärmebedarf für 10 Wohneinheiten).“

Quelle: R. Frischknecht, Vorlesungsunterlagen Umweltverträgliche Technologien

Beispiel

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Beispiele für Ziele und funktionelle Einheiten

1. Vergleich von Getränkeverpackungen:

Ein Stück Verpackung mit einem bestimmten Volumen

(nicht 1 kg Verpackung)

2. Vergleich von Energiesparlampe mit konventioneller Glühbirne:

z.B. 1000 Stunden Licht mit einer definierten Helligkeit

3. Vergleich des Personentransports mit dem Auto und der Bahn

z.B. 1 Personenkilometer

Funktionelle Einheit: Referenzgrösse, auf die alle In- und

Outputs bezogen werden

Funktionelle Einheit

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Einkaufstaschen

• Auftraggeber: Carrefour

• 4 Alternativen: – Plastiksack (14 Liter, 1-Weg)

– Papiersack (20 Liter, 1-Weg)

– Biologisch abbaubarer Sack, aus 50% Pflanzen-Stärke und 50% biol. abbaubarem Polyester (25 Liter, 1-Weg)

– Plastikkorb (37 Liter, Mehrweg, 2 – 20 Zyklen)

• Funktionelle Einheit:


9000 Liter verpacken (jährliches Einkaufsvolumen)

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Gebäude

• Vergleich verschiedener Wohngebäude



z.B. 100 Quadratmeter

über 50 Jahre

bewohnen

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Abwasserbehandlung in der chemischen Industrie

• Auftraggeber: Ciba SC

• 2 Alternativen: – Nassoxidation

– Membrantechnologie


Behandlung des Abwassers

eines Produktes (oder einer

Niederlassung)


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Systemgrenzen: Flussdiagramm (Flowcharts)

Flowcharts & Systemgrenzen

• Zu Beginn einer Oekobilanz empfiehlt es sich, ein Flussdiagramm zu skizzieren

• Prozesse in Boxen

• Produkte als Pfeile (oft nicht angeschrieben)

Beispiel: PVC Fenster

Klöpffer & Grahl 2007

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Verbrennung und

Energierückgewinnung NH4

Deponie (Schlacke, FA)

Abfalltransport

Trans-

port

Rauchgas

reinigung

Abwasserbehan

dlung

Infra-

struktur

HCl

NaOH

Chemikalien

Infra-

struktur

Beispiel KVA: vereinfachtes Flussdiagramm

Systemgrenze 1

Systemgrenze 2

Flowcharts & Systemgrenzen

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4. Auswertung

• Welche Schluss-

folgerungen

können gezogen

werden?

• Welche Schwach-

punkte hat die

Studie?


sind die Resultate?

• Welche Empfeh-

lungen kann man

ableiten?






2. Sachbilanz (LCI)










Aufbau Ökobilanz

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4. Aus-

wertung

1. Ziel und

Rahmen

2. Sachbilanz

3. Wirkungsbilanz

Ergebnis der Sachbilanz Sachbilanz

Emission Ein- Kompar- Menge pro

heit timent FU

CO2 kg Luft 0.5

CH4 kg Luft 1.0

N2O kg Luft 0.01

NOx kg Luft 0.5

PO4 kg Wasser 0.5

Cd2+ kg Wasser 0.0001

Fe kg Boden 0.5

Kupfer kg Ressour. 3

...

Wirkungsbilanz

Klimawandel

Emission Äquivalenz- Ref.stoff

faktor CO2

CO2 1 0.5

CH4 23 23.0

N2O 296 2.96

Summe 26.46

Eutrophierung PO4

NOx 0.1 0.05

PO4 1 0.5

Summe 0.55

Humantoxizität 1,4 Dichlor-

benzol

NOx 1.4 0.07

Cd2+ 23 0.0023

Summe 0.0723

Sach- und Wirkungsbilanz:

Vereinfachtes Beispiel

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Ausblick Wirkungsbilanz

Überblick über die Phasen einer Ökobilanz

Quelle Bild: Science, Juni 2014

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4. Auswertung

• Welche Schluss-

folgerungen

können gezogen

werden?

• Welche Schwach-

punkte hat die

Studie?


sind die Resultate?

• Welche Empfeh-

lungen kann man

ableiten?






2. Sachbilanz (LCI)










Aufbau Ökobilanz

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Ausblick Interpretation

Auswertung / Interpretation

1. Identifikation der signifikanten Parameter auf der

Grundlage der Ergebnisse der Sachbilanz- und

Wirkungsabschätzung

2. Beurteilung mit Vollständigkeits-, Sensitivitäts- und

Konsistenzprüfung

3. Schlussfolgerungen und Empfehlungen

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