Biowerkstoffe im Fokus: Nachhaltigkeitsbewertung von … · 2018-04-03 · Methodik und Normen zur ökologischen Nachhaltigkeitsbewertung Seite 9 Umweltkennzeichnung Ökobilanzen

Biowerkstoffe im Fokus:Nachhaltigkeitsbewertung von biobasierten KunststoffenEin Webinarreihe der Forschernachwuchsgruppe an der Hochschule HannoverTeil 4 - 14. Dezember 2016 Venkateshwaran Venkatachalam M.Sc.,V.-Prof. Andrea Siebert-RathsHochschule Hannover │ IfBB – Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe │ www.ifbb-hannover.de Seite 1

© If

BB

1. FORSCHERNACHWUCHSGRUPPE AM IFBB

2. NACHHALTIGKEITSBEWERTUNG3. ÖKOBILANZ - DEFINITION4. METHODIK ZUR ÖKOBILANZIERUNG5. ÖKOBILANZ VON BIOBASIERTEN

KUNSTSTOFFEN6. ÖKOBILANZ DER FNG MATERIALIEN7. AUSBLICK8. ZUSAMMENFASSUNG

ForscherNachwuchsGruppe am IfBB

Hochschule Hannover │ IfBB – Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe │ www.ifbb-hannover.de

ForscherNachwuchsGruppe (FNG)„Systematische Identifizierung sowie praktische Umsetzung von Synergien im Bereich der Biopolymere, Biopolymerfasern und Naturfaserverbundwerkstoffe inklusive der Optimierung der zugehörigen Prozesstechnik und Verarbeitung zur anwendungsorientierten Weiterentwicklung und Marktetablierung neuartiger Bioverbundwerkstoffe“Phase I:• Laufzeit: 01.07.2012 – 30.06.2015 Phase II: Umsetzung in die Praxis!• Laufzeit: 01.07.2015 – 30.06.2017

Projektträger: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

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ForscherNachwuchsGruppe am IfBB II


Phase II – Unternehmerische Umsetzung

Ökologische und ökonomische Produktabschätzung • Ökobilanz (LCA) von FNG Materialien• Lebenszykluskostenrechnung (LCC) der Wertschöpfungskette

Produktkommunikation• Durchführung von Leitfadengesprächen und

Gruppendiskussionen sowie weitere Analysen• Handlungsempfehlungen zur Umsetzung in die Praxis • Zielgerichtete Kommunikationsstrategie

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Nachhaltigkeitsbewertung


Nachhaltig ist eine Entwicklung,

„die den Bedürfnissen derheutigen Generation entspricht, ohne die Möglichkeiten

künftiger Generationen zu gefährden, ihre eigenenBedürfnisse zu befriedigen und ihren Lebensstil zu wählen.“

[Brundtland Report 1987]

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Nachhaltigkeitsbewertung II

Hochschule Hannover │ IfBB – Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe │ www.ifbb-hannover.de Seite 7

Ökonomie

Soziales

Ökologie

• Kinderarbeit• Unfallrisiko• Qualifikation

• Kosten• Preise• Perspektive

(Kunden/Produzenten)

• Klimawandel• Ressourcen verbrauch• Wasserverbrauch• Versauerung• Eutrophierung• Sommersmog• Landnutzung/Biodiversität• Toxizität

Nachhaltigkeitsbewertung III


LCSA =

Ökologie Ökonomie Soziales

Life Cycle Assessment

Life Cycle Costing

Social Life Cycle

Assessment

Life Cycle Sustainability Assessment

Ökobilanz Lebenszyklus-kostenrechnung Sozialbilanz

LCA LCC SLCA+ +

Nachhaltigkeitsbewertung IV


Methodik und Normen zur ökologischen Nachhaltigkeitsbewertung

Seite 9

Umweltkennzeichnung Ökobilanzen

DIN EN ISO 14020, DIN EN ISO 14025 (EPD) DIN EN ISO 14040/14044

Produktkategorie-regeln

Öko-Profil

CPC 374

ILCD Handbuch

Product Environmental Footprint

DIN EN 16760Biobasierte Produkte

EPD

PCR

LCA

PEF




Ökobilanz - Definition


„Eine Ökobilanz ist ein Umweltmanagement Instrument zur Bestimmung der potentiellen Umwelteffekte, die mit einem Produkt oder einem Prozess unter Einbezug des gesamten Lebenszyklus verbunden sind.“

Seite 11

Que

lle: M

odifiz

iert

nach

LBP

–Un

ivers

ität S

tuttg

art 2

015

Herstellung

Verarbeitung

Nutzung

Entsorgung

Verwertung

Rohstoffbereitstellung

Ökobilanz


2. NACHHALTIGKEITSBEWERTUNG3. ÖKOBILANZ – DEFINITION 4. METHODIK ZUR ÖKOBILANZIERUNG5. ÖKOBILANZ VON BIOBASIERTEN


Methodik zur Ökobilanzierung


Direkte Anwendungen

• Verbesserung von Produkten

• Strategische Planung

• Öffentliche Entscheidungen

• Politische Entscheidungen

• Marketing

• Sonstiges

Festlegung des Zieles und

Untersuchungsrahmens

Sachbilanz

Wirkungsabschätzung

Ausw

ertu

ng

Rahmen der Ökobilanz (nach DIN EN ISO 14040)

Methodik zur Ökobilanzierung II


Systemgrenzen - Ökobilanz

Seite 14

Que

lle: M

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iert

nach

LBP

–Un

ivers

ität S

tuttg

art 2

015

Methodik zur Ökobilanzierung III


Menschliche Gesundheit

Biotische &abiotische

natürliche Umwelt

Biotische & abiotische natürliche

Ressourcen

Biotische & abiotische

Kulturlandschaft

Humantoxizität

Unfälle

Lärm

Bildung von Photooxidantien

Ozonzerstörung

Klimaänderung

Versauerung

Eutrophierung

Ökotoxizität

Flächeninanspruchnahme

Biotische Ressourcenzerstörung

Abiotische Ressourcenzerstörung

Zerstreuung von Spezies und Organismen

Sachbilanz Ergebnisse

SachbilanzCH4CO2SO2NH3Nox

Que

lle: M

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Wirkungskategorien Midpoint Wirkungskategorien Umweltschadenkategorien




Ökobilanz von biobasierten Kunststoffen


Wertschöpfungskette – Biobasierte Kunststoffe

Seite 17

Rohstoffbereitstellung und Herstellung Verarbeitung Nutzung End of Life

BiomasseBio-inter-

mediates

Bio-polymer

Bio-Kunststoff

Bio-Kunststoff Produkt

Umw

elta

usw

irkun

gen

Rezyklat

Ökobilanz von biobasierten Kunststoffen II


Wertschöpfungskette - Konventionelle Kunststoffe

Seite 18

Rohstoffbereitstellung und Herstellung Verarbeitung Nutzung End of Life

Erdöl Inter-mediates Polymer Kunststoff Kunststoff

Produkt

Umw

elta

usw

irkun

gen

Rezyklat

Ökobilanz von biobasierten Kunststoffen III


‐3,12

‐3,50

‐4,60

0,16 0,15 0,10 0,18

‐5

‐4

‐3

‐2

‐1

0

1

Mais (PLA) Zuckerrübe (PLA) Zuckerrohr (PLA) Erdöl (ABS) Erdöl (PE) Erdöl (PP) Erdöl (PS)

Treibh

ausgaspo

tential (GWP) kg CO

2 Äq

/kg Po

lymer

Treibhausgaspotential (GWP) [kg CO2‐Äquiv.]

Ökobilanz von biobasierten Kunststoffen IV


3,22

1,70

2,21 2,22

0,59

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

Acrylonitrile‐Butadiene‐Styrene (ABS) Polypropylene (PP) Polystyrene (PS) Polyvinylchloride (PVC) Polylactide (PLA)

Treibh

ausgaspo

tential (GWP) kg CO

2 Äq/kg Polym

er


Ökobilanz von biobasierten Kunststoffen V


-6.00

-4.00

-2.00

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

kgCO

2Äq .

/kg

Biop

olym

er

Treibhausgaspotential (Wiege bis zur Bahre)

Konventionelle Polymere. Daten aus PlasticsEurope

Ökobilanz von biobasierte Kunststoffe VI


Charakterisierungsfaktor Tendenz zu Biopolymeren

Begründung seitens der Biopolymere

Begründung seitens der konventionellen Polymere

Energieverbrauch Unterschiedlicher Energieverbrauch für verschiedene Biopolymere

Unterschiedlicher Energieverbrauch für verschiedene konventionelle Polymere

Treibhausgaspotential Hohe CO2 Aufnahme während des Pflanzenwachstums

Hohe CO2 Emission während thermischer Verwertung

AbiotischeRessourcenverbrauch

Bio-basierte (erneuerbar) Erdöl-basierte (endlich)

Eutrophierungspotential Verbrauch von Düngemittel und Pflanzenschutzmittel

Nicht notwendig

Versauerungspotential Verbrauch von Düngemittel und Pflanzenschutzmittel

Nicht notwendig

Landnutzung Agrarfläche notwendig Keine Agrarfläche notwendig

Wasserverbrauch Prozesswasser und Wasser für die Bewässerung

Nur Prozesswasser

Ökobilanz von biobasierten Kunststoffen VII


0,0233

0,0071

0,01070,0122

0,0300

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

0,035

Acrylonitrile‐Butadiene‐Styrene(ABS)

Polypropylene (PP) Polystyrene (PS) Polyvinylchloride (PVC) Polylactide (PLA)

Eutrop

hierun

gspo

tential (EP

) Mole of N Äq./kg Po

lymer

Eutrophierungspotential (EP) [Mole of N‐Äquiv.]




Ökobilanz der FNG Materialien


Ziel: Ökologische Bewertung der FNG-Materialien (im Vergleich zu konventionellen Materialien)

Systemgrenze der Studie:Wiege bis zur Bahre (Cradle to Grave). Berücksichtigte Stufen des Lebensweges sind:• Rohstoffbereitstellung (Biomasse Biopolymer)• Herstellung des Biokunststoffprodukts (Biopolymer Biokunststoff Produkt)• Verarbeitung des Biokunststoffprodukts (Biokunststoffprodukt Endprodukt (Computermaus))• Verwertung/Entsorgung des Endprodukts (Endprodukt Recycling, Verbrennung usw.)

Funktionelle Einheit: 1 kg biobasierter Kunststoff (Blend), der für die Herstellung von verschiedenen Produkten wie z.B. Computermäuse, Schreibgeräte oder Sportartikel verwendet wird.

Wirkungsabschätzungsmethode: ILCD/PEF Recommendation

LCA Software: GaBi Software (thinkstep AG) Version 6

Datenbank: GaBi, Ecoinvent, Literatur und gemessene Daten

Seite 25

Ökobilanz der FNG Materialien II


Auswahl der Wirkungskategorien

Seite 26

Kategorie Indikator-ergebnis Charakterisierungsfaktor

Klimaänderung kg. CO2 Äq Treibhausgaspotential (GWP)

Versauerung Mol H+ Äq Versauerungspotential (AP)

Eutrophierung Mol. N Äq Eutrophierungspotential (EP) (Salzwasser,Frischwasser, Terrestrische)

Sommersmog kg. NMVOC Photooxidantien-Bildungspotential (POCP)

Ökotoxizität CTUe Ökotoxizität (Frischwasser)

Ressourcenverbrauch m3 Äq Ressourcenverbrauch - Wasser

Ozonabbau Kg CFC-11 Äq Ozonabbaupotential

Ökobilanz der FNG Materialien III


Rohstoff-BereitstellungBiopolymer

Herstellungbiobasierter Kunststoff

Verarbeitung und Nutzung End of Life

Wertschöpfungskette - FNG Materialien

Ökobilanz der FNG Materialien IV


Wiege bis zum Fabriktor – Prozessroute (Rohstoffbereitstellung, Herstellung)

Zuckerrohr

Zuckerrübe

Zuckerfabrik

Zuckerfabrik

Milchsäure Polylactide (PLLA)

Milchsäure PDLA

Additiven

Hilfstoffe

Herstellung von Biokunststoffen

(IfBB)

Transport

Transport

Transport

Transport

Reststoffe

Farbe

Transport

Transport

Rohstoffbereitstellung

Ökobilanz von FNG Materialien VI


Additiv 1a

Additiv 1b

Additiv 1

Additiv 2Additiv 2a

Additiv 3Additiv 3a

Additiv 4

Rohstoffe Transport Rohstoffbereitstellung

Ökobilanz der FNG Materialien VII


Fabriktor bis zur Bahre - Prozessroute

Verarbeitung(Gehäuse)

Nutzung End of Life (Recycling, Verbrennung,

Kompostierung)

Einflussfaktoren• Energieverbrauch• Verpackung• Transport

Einflussfaktoren• Lebensdauer/Abnutzung• Stromverbrauch• Ergonomie/Design

Einflussfaktoren• Rezyklatqualität• Energieverbrauch• Transport

Ökobilanz der FNG Materialien VIII


0,455

?

0,020

0,006

?

0,224

0,461

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Rohstoffbereitstellung Herstellung Verarbeitung und Nutzung End of Life

Treibh

ausgaspo

tential (GWP) kg CO

2Äq

/kg Ku

nststoffe


HomopolymerAdditivenTransportRest

Extrusion

Spritzgieß

Ökobilanz der FNG Materialien IX


Herausforderungen der Ökobilanz von FNG Materialien• Einstellung und Auswahl der Systemgrenze• Datenqualität (Primär- und Sekundärdaten)• Datenverfügbarkeit (Eingeschränkte Verfügbarkeit der Primär- und Sekundärdaten

für bio-basierte Kunststoffe gegenüber konventionellen Kunststoffen)• Abschneidekriterien und Allokationsverfahren (Umweltrelevanz)• Systemerweiterung (Recycling)• Zeitliche und räumliche Änderungen (Daten aus verschiedenen Ländern,

Zeiträumen)• Auswertung der Ergebnisse und Produkt-Kommunikation (ausführlich, transparent)

Seite 32


2. NACHHALTIGKEITSBEWERTUNG3. ÖKOBILANZ - DEFINITION4. METHODIK UND NORMEN ZUR

ÖKOBILANZIERUNG5. ÖKOBILANZ VON BIOBASIERTEN


Ausblick


• Aufnahme von Primärdaten in betrachtetes Produktsystem, um die Datenqualität zu erhöhen

• Abschätzung der Umweltwirkungskategorien entlang der ganzen Wertschöpfungskette

• Hot-Spot Analyse, um die Signifikanz/Relevanz ausgewählter Wirkungsindikatoren zu ermitteln

• Daten für Zwischenprodukte werden kostenlos zur Verfügung gestellt (ILCD Format).

• Szenarienanalyse der verschiedenen Prozessparameter• Ökologische Abschätzung der biobasierten Kunststoffe im Vergleich zu

konventionellen Kunststoffen• Lebenszykluskostenrechnung (LCC) der Herstellung von biobasierten Kunststoffen

Seite 34


2. NACHHALTIGKEITSBEWERTUNG3. ÖKOBILANZ - DEFINITION4. METHODIK UND NORMEN ZUR

ÖKOBILANZIERUNG5. ÖKOBILANZ VON BIOBASIERTEN


Zusammenfassung


• Für die Analyse und Optimierung des Produktsystems aus ökologischer, ökonomischer und sozialer Sicht ist eine Nachhaltigkeitsbewertung erforderlich

• Die Ökobilanz ist eine standardisierte Methode, um die potenziellen Umweltauswirkungen des Produktsystems zu ermitteln

• Die Ökobilanz kann für die interne und externe Kommunikation der ökologischen Leistung des Produktsystems verwendet werden

• Die Herausforderung liegt jedoch in der Auswertung und Kommunikation der Ergebnisse aus der Wirkungsabschätzung in einer Ökobilanz-Studie

• Sind biobasierte Kunststoffe ökologischer? Keine Ja/Nein-Antwort möglich. Produktbetrachtung notwendig und methodische Lücken noch vorhanden.

• Die FNG wird versuchen unter Berücksichtigung der allgemeinen Herausforderungen in der Ökobilanzierung eine Bewertung der FNG-Materialien durchzuführen

Seite 36

Zusammenfassung


Überblick und aktuelle Heraus-

forderungen

Kommunikation

Verarbeitung von biobasierten Kunststoffen

Biowerkstoffe im Einsatz

April 2016

September 2016 Heute

Juni 2016

Mai 2017

Thank you for your attention!! From the FNG team

Hochschule Hannover │ IfBB – Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe │ 83 etieSed.revonnah-bbfi.www

Dr.-Ing. AndreaSiebert-Raths

Leitung

DanielaJahn

Co-ordination andMaterial development

JessicaRutz

Processing and Simulation

MiriamJaspersen

Communication

JacekLecinski

Potential-analysis

Eva Maria MentzelPublic relations

Venkateshwaran Venkatachalam

Life Cycle Assessment

Felix SchweerMechanical Testing

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Kontakt


Hochschule Hannover – Fakultät IIIfBB – Institut für Biokunststoffe und BioverbundwerkstoffeHeisterbergallee 1230453 HannoverTel 0511 / 9296 – 22 68Fax 0511 / 9296 – 99 22 68Mail [email protected] http://fng.ifbb-hannover.de/

• Andrea Siebert-Raths, - 22 [email protected]

• Daniela Jahn, - 22 [email protected]

• Jessica Rutz, - 22 [email protected]

• Jacek Lecinski, - 22 [email protected]

• Eva Maria Mentzel, - 22 [email protected]

• Venkateshwaran Venkatachalam, - 22 51 [email protected]

• Felix Schweer, - 22 [email protected]

• Miriam Jaspersen, - [email protected]

Hochschule Hannover – Fakultät IIIExpo Plaza 1230359 Hannover

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