Lebenszyklusbewertungen von technischen Prozessen - das ...€¦ · » interpreting the results to help making informed decisions. ... (Inventory Analysis) Wirkungsab- schätzung

26.03.2012

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Technische Universität BerlinInstitut für Technischen UmweltschutzFachgebiet Sustainable Engineering

Prof. Dr. Matthias Finkbeiner

30. Berliner Wasserwerkstatt: Wasser und Umwelt – alles ökologisch?Ökobilanzen in der Wasserwirtschaft

20. März 2012

Lebenszyklusbewertungen von technischen Prozessen - das Prinzip der LCA-Methode

Prof. Dr. Matthias Finkbeiner 30. Berliner Wasserwerkstatt

Themen

• Warum Ökobilanzen?

• Was ist eine Ökobilanz?

• Was kann man mit Ökobilanzen machen?

• Was wird noch aus Ökobilanzen?

26.03.2012

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Da Umweltschutz und Nachhaltigkeit als Fundament staatlicher Politik und unternehmerischer Strategien in weiten Kreisen angenommen ist, besteht die Herausforderung für viele Organisationen heute darin, das Konzept in die Praxis umzusetzen.

– Doch wie lässt sich Umweltverträglichkeit/ Nachhaltigkeit nun messen?

– Insbesondere bei Produkten oder technischen Prozessen?

Herausforderung


Gut für die Umwelt oder ….….nur gut fürs Gewissen?

Eine Kläranlange oder ein Luftfilter verbessern die Wasser- / Luftqualität. ABER: sie bedingen auch ökologische Neben-wirkungen wie Material-und Energieverbrauch oder die Erzeugung vonAbfall.

Wasser-/Luft-qualität

MaterialEnergie

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One of the top 10 ideas changing the world….

When it comes to going green,

intention can be easier than action.…But what if we could seamlessly calculate the full lifetime effect of our actions on the earth and on our bodies?…Industrial ecologists have been using a method called life-cycle assessment (LCA) to break down that web of connection. …

…


What is Life Cycle Assessment (LCA)?

„LCAs provide the best framework for assessing thepotential environmental impacts of products currentlyavailable.“

EU-Commission - Integrated Product Policy - COM/2003/0302 final

„LCA is a technique to assess the environmental aspectsand potential impacts associated with a product,process, or service, by:

» compiling an inventory of relevant energy and material inputs and environmental releases;

» evaluating the associated potential environmental impacts;

» interpreting the results to help making informed decisions.“

http://www.epa.gov/nrmrl/lcaccess/index.html

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Global LCA activities – stakeholder dialogue

International Standards of the ISO 14000 series, e.g. LCA (ISO 14040 and 14044), carbon footprinting, water footprinting


Einbettung der Ökobilanz in die ISO 14000er Familie

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Outline of the last revision

Structure of the previous ISO 14040-43 standards(all contain requirements)

2006

1997-

2000


Themen





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Ökobilanz:Elemente des Produktlebensweges

• Energie- elektrisch - mechanisch- thermisch

• Betriebsstoffe• Hilfsstoffe• Zusatzstoffe

• Abfall• Abwasser• Abwärme• Reststoffe• Nebenprodukte• Emissionen in- Luft- Wasser- Boden

• Abraum

NutzungRecycling

MaterialherstellungRohstoffgewinnungProduktion

Bilanzierungsgrenze

Input Output

Entsorgung


Ökobilanz:Methode nach ISO 14040/44

Ökobilanz (Life Cycle Assessment)

Anwendung (Application)

Zieldefinition (Goal & Scope

Definition)

Sachbilanz (Inventory Analysis)

Wirkungsab- schätzung

(Impact Assessment)

Interpretation

(Interpretation)

Technik Gesellschaft

Wirtschaft Politik

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Ökobilanz:Sachbilanz nach ISO 14040ff.

Lebensweg

Gewinnung

Halbzeug

Produktion

Nutzung

Recycling/Entsorgung

Produktion

Lackierung

Vormontage

Montage

PresseSpritz-Guß

...

... ...

...

Lackierung

Decklack

KTL

Füller

...

...

Grundlack

Trocknung

Entfettung

KTL

...

...

...

...

• Untersuchungstiefe hängt vom Untersuchungsobjekt und dem jeweiligen Erkenntnisinteresse ab.

• Anwendungen wie z.B. Optimierung erfordern eine größere Detaillierung (Simulation).

• Anwendungen wie z.B. Screening können auf Standardmodulen aufgebaut sein.


Ökobilanz:Sachbilanz nach ISO 14040ff.

Prozeß-stufe 3

Prozeß-stufe 2

Prozeß-stufe 1

Prozeß-stufe n

Rohstoffe

Betriebsstoffe

Sonstige

Emissionen in Luft, Wasser, Boden

Produkte

Reststoffe

Vorprodukte

Sonstiges

Energie(elektrisch,thermisch, Druckluft)

Abfall Abwasser

EmissionenLuft, Wasser, Boden

RohstoffeVorprodukteBetriebsstoffeSonstige

ProdukteKuppelprodukteReststoffeSonstige

Energieelektr., therm.,Druckluft)

AbwasserAbfall

Prozeßstufe3

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Wirkungsabschätzung

• Herstellung eines funktionalen Zusammenhangs zwischenden Daten der Sachbilanz und den Umweltauswirkungen.

• Verdichtung der Ergebnisse Interpretierbarkeit, Übersichtlichkeit

[Schebek 2006]

>> 100 Daten132478845814882485823452345242439924523499294529987756288i7477237458724852848528485823485823586544872842837427346722097986577572472347277234223452885258458248528582858284852845828458887766

ca. 10 Daten

234513242343

1 Datum8

Sachbilanz Wirkungsabschätzung


WirkungsabschätzungMid-Point vs. End-Point

• Wirkungsindikatoren können in der „Mitte“ oder am „Ende“ der Wirkungskette definiert werden.

• Mid-point: wissenschaftlich eher abgesichert, aber abstrakt: z.B. GWP: CO2-Äquivalente, HTP: 1,4-Dichlorbenzen-Äquivalente

• End-point: sehr unsicher, aber Wirkung als tatsächlicher Schaden z.B. Verlust menschlicher Gesundheit (YOLL: Years of Life Lost)

• Beides möglich, wenn man weiß und kritisch reflektiert, was man tut.

Aussagesicherheit

Aussagekraft

GWP9 t CO2e

Malaria-Häufigkeit+ 0,02 Fälle/ Einwohner

Sterblichkeit278 YOLLs

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Mid-Point vs. End-Point Methoden


Themen





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Anwendungsbereiche der Ökobilanz

Produkt(e)

Prozesse

bestehende(s) neue(s)

ein Optimierung Gestaltung

Optimierung

mehrere

gleicher

Zielfunktion

Auswahl

Optimierung

Gestaltung

Optimierung

Auswahl

• Produkte

• Unternehmen

• technische Prozesse und Verfahren


Anteil der LC Phasen beim PKWBeispiel E-Klasse

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Acidification Potential (AP)

Photochemical Oxidant Creation Potential (POCP)

Eutrophication Potential (EP)

Global Warming Potential (GWP 100 years)

Deposits

Water Demand

SO2 (50 ppm S-Gehalt; ab 11.2001)

CH4

NMVOC

NOx

CO

CO2

Primary Energy Demand

Production Phase Use Phase - Fuel Production

Use Phase - Tailpipe and Maintenance End - of - Life - Phase

Finkbeiner et al. (2002): „Life Cycle Design – Methods, Procedures and Examples for the Application of LCA in the Automotive Product Development Process”; 5th International Conference on ECOBALANCE, Japan

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-2,06

-0,56

-0,51

-0,50

-0,27

-0,20

0,00

0,06

0,21

1,14

1,48

1,51

2,02

-0,01

-1,94

-0,71

0,70

0,78

-1,83

-3,64

-1,56

3,89

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

body in white

doors

rear axle

front axle

hood/ fenders

fuel system

seats

powertrain

tires

E/ E

tools

steering

vacuum system

hydraulics

vehicle operation

transmission

add-on parts exterieur

cockpit

add-on parts interieur

engine/ transmission peripherals

engine

surface

Primary Energy Demand [GJ/car]

less more

requires compared to average

The reference line at zero is the product of mass and average primary

energy demand of the vehicle.

Ganzautobilanzierung C-Klasse -Primärenergiebedarf (relativ) Herstellung

Fin

kbei

ner

et

al. (

2002

): „

Lif

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iron

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pri

l 8-1

0, 2

002)

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tom

otiv

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ngi

nee

rs, G

raz


Bier oder Smoothie?

350ml

• Bier ist besser als Smoothies

• Sapporo B. ist besser als Innocent S.

• 1 Smoothie oder 735ml Bier

Finkbeiner (2009): The future of product carbon footprinting: where should we go from here? 2nd Product Carbon Footprinting World Summit - Berlin, 24th September 2009

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Themen






Maslowsche Pyramide der Umwelt-/ Nachhaltigkeitsbewertung

LCSA = Life Cycle Sustainability Assessment

LCSA

Ökoeffizienz

Ökobilanz

Carbon footprintWater footprint

Life Cycle Thinking

Ökoeffizienz

Ökobilanz


Life Cycle Thinking

Ökobilanz


Life Cycle Thinking


Life Cycle ThinkingLife Cycle Thinking

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MERKMAL „TRADITIONELLER“

UMWELTSCHUTZ„MODERNER“

UMWELTSCHUTZ

Politisches Grundpostulat: Kontrolle von Risiken, Gefahren Nachhaltigkeit („triple bottom line“)

Primäres Politikprinzip: Command & control Push & pull

Verantwortlicher Akteur: Regierung Gesellschaft („geteilte Verantw.“)

Art der Politik: Konfrontation Kooperation

Aufgaben: Trennung der Aufgaben, Bearbeitung einzelner Felder

Integration der Aufgaben, Systemlösungen

Verhaltensprinzip: Reaktiv Proaktiv

Regulationsprinzip: Staatliche Regulierung, staatliche Kontrolle

Selbstregulierung, Selbstkontrolle, Selbstorganisation

Regionale Ausprägung lokal, national international

Ansatzpunkt Produktion („Einzelprozesse“) Produkte („Prozessnetzwerke“)

Umwelt einzelne Kompartimente und Emissionen

medienübergreifende Gesamtsicht über den Lebenszyklus

Umwelt-Technologie nachgeschaltet, end-of-pipe integriert, Innovationen

Finkbeiner, ergänzt und modifiziert nach Rubik 2001

Typisierung von „traditionellem“ und „modernem“ Umweltschutz

Technische Universität BerlinInstitut für Technischen UmweltschutzFachgebiet Sustainable Engineering

Matthias Finkbeiner

Thank you and contribute to…

…scientific solutions for asustainable way of engineering!

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