Methode der ökologischen Knappheit 2013 und deren ... · Scope Definition Sachbilanz Inventory Analysis Wirkungs-abschätzung Impact Assessment ... Struktur relativ einfach Erweiterung

Methode der ökologischen Knappheit 2013 und deren

Anwendung auf die Schweiz

Dr. Rolf Frischknecht

Vorlesung Ökologische Systemanalyse

Umweltingenieurwissenschaften, ETH Zürich

23. Mai 2016

Übersicht

Die Firma treeze

Einführung

Die Methode der ökologischen Knappheit

Ökofaktoren Schweiz 2013

NMVOC, Treibhausgase, Wassernutzung, und Landnutzung

Gesamtumweltbilanz Schweiz

Anwendungsbeispiel: Entwicklung Umweltbelastung Schweizer Konsum 1996-2011

1

treeze GmbH

gegründet 1.11.2012

MitarbeiterInnen

Annika Messmer

Philippe Stolz

Laura Tschümperlin

Rolf Frischknecht

Tätigkeitsgebiet: Ökobilanzen, Umweltberatung

2

Der Name treeze [triːz]

Hintergrund: «Prozessbäume» als wichtiges Element beim Erarbeiten einer Ökobilanz

treeze steht (auch) für: towards resource and energy efficiency and zero emissions

3

Ökobilanz-Dienstleistungen

Beratung

Produkt- und Betriebsökobilanzen

CO2- und Wasser-Fussabdrücke

Labelling

Gutachten

Kritische Prüfung nach ISO 14040/14044

Verifizierungen

Forschung

Schulung und Unterricht

Vorlesung Ökobilanzen ETH Zürich

4

Kunden (Auswahl)

Industrie und Gewerbe

International Aluminium Institute (IAI)

Geberit AG (Sanitärkomponenten)

öffentliche Hand (national, kantonal, kommunal)

Bundesämter für Umwelt, für Energie

Stadt Zürich

Nichtregierungsorganisationen

Schweizerische Energiestiftung SES, WWF

Verein für umweltgerecht erzeugte Energie («naturemade»)

5

Elektromobilität: Königsweg oder Sackgasse?

Page 6

Produktentwicklung bei Geberit: Urinalspülung

Produktentwicklung bei Geberit: Urinalspülung

Umweltmanagement: Ökoeffizienz der Geberit-Werke

Rahmen einer ÖkobilanzLife Cycle Assessment Framework

Auswertung

Interpretation

Festlegung desZiels und des Untersuchungs-rahmens

Goal and Scope Definition

Sachbilanz

Inventory Analysis

Wirkungs-abschätzung

ImpactAssessment

Direkte Anwendungen:

- Entwicklung und Ver- besserung von Produkten- strategische Planung- politische Entscheidungs- prozesse- Marketing- sonstige

ISO 14040 & 14044

Die 4 Phasen der Ökobilanz

Zweck:

Aggregation von Schadstoffen gemäss ihrer politisch

definierten Knappheit

Charakteristika:

Vollaggregierend

Vielfältige Umweltwirkungen (und Abfälle) berücksichtigt

basiert auf schweizerischen Umweltzielen

Methode der ökologischen Knappheit (MoeK 2013)

Grundschema der Methode

Die Bewertungs-Formel

Beispiel Treibhauseffekt

Fa Fk

quadratische „Schadensfunktion“ / Gewichtung

Normierungsfluss, aktueller und kritischer Fluss

Gesamtemissionen Schweiz pro Jahr

Normierungsfluss: - Emission Einzelsubstanz oder - charakterisierte Umweltwirkung

aktueller und kritischer Fluss: identische Einheit

aktueller Fluss ist NICHT gleich kumulierte Emissionen der Produktökobilanz!

Grundlage Gewichtung

Politische Zielsetzung:

Erfüllen der Schweiz. Umweltziele und -gesetze

Grundlage Umweltschutzgesetz: keine Schäden an Mensch, Flora und Fauna

Politische Ziele berücksichtigten nicht nur Umwelt, sondern auch technische Machbarkeit, Finanzierbarkeit, gesellschaftliche Akzeptanz

Vertiefung: VOC

Kohlenwasserstoff Emissionen führen zu Sommersmog

Auswirkungen auf menschliche Gesundheit, Ernteerträge

Kohlenwasserstoffe haben unterschiedliches Sommersmog bildendes Potenzial:

Methan: 0.006 kg C2H4-eq/kg

Propanol: 0.561 kg C2H4-eq/kg

Ethylen: 1.000 kg C2H4-eq/kg

o-Xylol: 1.050 kg C2H4-eq/kg

Charakterisierung versus Umweltpolitik

Schweizer Gesetzgebung macht keinen Unterschied bezüglich Wirksamkeit der VOC: VOC Abgabe für jedes emittierte kg VOC CHF 3.-

Bewusster Verzicht auf Charakterisierung gemäss ozonbildendem Potenzial

politische Ziele gehen vor wissenschaftlichen Erkenntnissen

Ökofaktor: Kohlenwasserstoffe (NMVOC)

2005gegenüber Reduktion % 30 bis 20

Schweiz, Emissionen NMVOC Ziel:Fluss kritischer

2010 Schweiz Emissionen NMVOC :Flussaktueller

: Gewichtung

2010 Schweiz Emissionen NMVOC :Normierung

keine :sierungCharakteri

[UBP/kg]in NMVOCÖkofaktor :w

UBP/kg14'000

10000'000'81

000'025'89

000'025'89

111

i

Konstante

12

Gewichtung

2

Normierung

sierungCharakteri

NMVOC

NMVOC

w

UBPw

Vertiefung: Klimawandel

Gesetzliche Grundlagen:

CO2 Gesetz

„Strategie Nachhaltige Entwicklung 2012-2015“ des Bundesrates

CO2-Gesetz:

minus 20 % gegenüber 1990 bis 2020

Strategie Nachhaltige Entwicklung:

Einhalten 2⁰C Ziel (Erkenntnis der Wissenschaft):

80 % bis 95 % Reduktion durch Industriestaaten erforderlich

(Politisches) Ziel Schweiz:

Reduktion um 50 % bis 85 %; in UBP-Methode: minus 80 %

Charakterisierung / Normierung

Unterschiedliche Klimawirksamkeit der Gase berücksichtigen

Treibhauspotenzial (Global warming potential) 100 Jahre

Faktoren gemäss IPCC 2007

Referenzsubstanz: CO2 Methan: 25 kg CO2-eq / kg Lachgas: 298 kg CO2-eq / kg SF6: 22'800 kg CO2-eq / kg

Normierung: Treibhausgas-Emissionen Schweiz 2009: 53‘040‘000 Tonnen CO2-eq / Jahr

Gewichtung / Ökofaktor

[1'000 Tonnen]Edition

2013

Normierungsfluss 53'040

Aktueller Fluss 53'040

Kritischer Fluss 10'766

Gewichtungsfaktor [-] 24.3

Ökofaktor [UBP'13/kg] 460

Beispiel: Schwefelhexafluorid

2050 Schweiz Emissionen CO :Fluss kritischer

2009 Schweiz Emissionen CO :Flussaktueller

: Gewichtung

2009 Schweiz Emissionen-asTreibhausg :Normierung

eq/kg]-CO [kgin SF von otenzialTreibhausp :sierungCharakteri

[UBP/kg]in SFÖkofaktor :w

UBP/kg'000'00001

10000'766'10

000'040'53

000'000'040'53

1800'221

2

2

26

6i

Konstante

12

Gewichtung

2

Normierung

sierungCharakteri

6

6

SF

SF

w

UBPw

Vertiefung: Frischwassernutzung

Trinkwasser wird in vielen Weltregionen knapp

grosse regionale und lokale Unterschiede

Bedarf an regionalisierten Ökofaktoren

Knappheit relativ definiert mit „Wasserstress“ Index: Wasserkonsum / Wasserressourcen

Bewertet wird die verbrauchende Nutzung (consumptive use)

Informationsquellen:

Konzept: OECD 2004: Key environmental indicators

Daten: FAO 2011: Aquastat database

Normierung / Charakterisierung

Methode angewendet auf Schweizer Situation

Frischwassernutzung in der Schweiz: 2.61 km3 pro Jahr (= Normierungsfluss)

Keine Charakterisierung

Gewichtung

Kritischer Fluss = „medium Wasserstress“

„Medium Wasserstress“:

Konsum = 20% der erneuerbaren Wasserressourcen

2

2

20% A)· (Reg.sourcen Wasserreserneuerb.

A)(Region ahmeWasserentn

ARegion in Fluss Kritischer

ARegion in FlussAktueller A)(Region Gewichtung

Regionalisierung „Wasserstress“ mit Archetypen

Kategorie Bandbreite

Wasserstress

Gewichtungs-

faktor

tief <0.1 0.0625

moderat 0.1 to <0.2 0.563

medium 0.2 to <0.4 2.25

hoch 0.4 to <0.6 6.25

sehr hoch 0.6 to <1.0 16.0

extrem ≥1 56.3

Gruppierung von Ländern

Kategorie

Wasserstress

Gewichtungs-

faktor

Länder

tief 0.0625 Österreich, Island, Russland, Schweiz

moderat 0.563 Argentinien, Frankreich, Mexiko, USA

medium 2.25 Japan, Albanien, Deutschland, Spanien

hoch 6.25 Algerien, Marokko, Sudan, Tunesien

sehr hoch 16.0 China, Kuba, Moldawien, Thailand

extrem 56.3 Israel, Jemen, Kuwait, Saudi-Arabien

Verbrauchende Wassernutzung

30

Bewertet wird nicht die Wasserentnahme, sondern nur die verbrauchende Wassernutzung

In Produkt eingebundenes Wasser

Verdampfen/verdunsten des Wassers

Einleitung in anderes Einzugsgebiet

Begründung: Wasser steht im entsprechenden Einzugsgebiet nicht mehr zu Verfügung

Beispiel: Landwirtschaftliche Produkte

angebaut in

- Schweiz

- Andalusien

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

No

n-i

rrig

ated

Irri

gati

on

in S

wit

zerl

and

Irri

gati

on

in A

nd

alu

sia

No

n-i

rrig

ated

Irri

gati

on

in S

wit

zerl

and

Irri

gati

on

in A

nd

alu

sia

Asparagus Tomatoes

Water resources

Energy resources

Mineral resources

Land use

Global warming

Ozone layer depletion

Main air pollutants and PM

Carcinogenic substances into air

Heavy metals into air

Water pollutants

POP into water

Heavy metals into water

Pesticides into soil

Heavy metals into soil

Radioactive substances into air

Radioactive substances intowaterNoise

Non radioactive waste to deposit

Radioactive waste to deposit

Differenzierung nach Wasser-Einzugsgebieten

S. Pfister, ETHZ/ESD

WSI <0.1

0.1-0.2

0.2-0.4

0.4-0.6

0.6-1.0

>1.0

Regionale Differenzierung in Google Earth

WSI <0.1

0.1-0.2

0.2-0.4

0.4-0.6

0.6-1.0

>1.0

Credits to S. Pfister, ETHZ/ESD

Vertiefung: Landnutzung

Nutzungsarten der Fläche der Schweiz:

7.3 % Siedlungsfläche

36.2 % landwirtschaftliche Fläche

30.9 % bestockte Fläche (Wald, Gehölze)

25.5 % unproduktive Fläche (Fels, Eis, Seen)

Siedlungsfläche Schweiz wächst mit 1 m2/s

meist auf Kosten von Landwirtschaftsfläche

berücksichtigte Umweltwirkung:

Biodiversitätsverluste

Vertiefung: Landnutzung

Gesetzliche Grundlagen:

Raumplanungsgesetz (RPG)

„Strategie Nachhaltige Entwicklung 2012-2015“ des Bundesrates

Raumplanungsgesetz:

haushälterischer Umgang mit Boden

Strategie Nachhaltige Entwicklung 2012-2015:

Beschränkung auf 400 m2 Siedlungsfläche pro Einwohner

Bestimmung Ökofaktor für Siedlungsfläche

Konstante

12

Gewichtung

2

Normierung

sierungCharakteri

10000'000'535'3

000'000'027'3

000'000'437'2

111

UBPwSF

wSF: Ökofaktor Siedlungsfläche in UBP/(m2*a) SF-eq

wSF = 300 UBP/m2*a SF-eq

Charakterisierung: Faktoren nach de Baan & Olson

(1 für Siedlungsfläche)

Normierung: charakterisierte Siedlungsfläche Schweiz

Gewichtung:

Aktueller Fluss: Siedlungsfläche Schweiz

kritischer Fluss: 400 m2 SF pro Einwohner im Jahr 2035

Charakterisierung

Charakterisierungsbasis: Biodiversitätsverlust

Verhältnis der erwarteten und tatsächlich vorgefundenen Artenzahl (biodiversity damage potential, BDP)

Doktorarbeit von Laura de Baan et al. (ETHZ)

Als «Referenz-Substanz» dient die Siedlungsfläche in der Schweiz (Biom 5)

37

Ökofaktoren für die Schweiz

Charakterisierungsfaktoren in m2a SF-eq/m2a

Ökofaktor für Schweizer Siedlungsfläche in UBP/m2a SF-eq

Ökofaktoren für verschiedene Landnutzungs-typen in der Schweiz

38

Extrapolation zu weltweit gültigen Ökofaktoren

Konzept der 14 Biome

39 Olson et al. 2001

Extrapolation

Ratio to

Biome 5

Biom 1 Tropical and subtropical moist broadleaf forests 1.968

Biom 5 Temperate coniferous forests 1.0

Biom 7 Tropical and subtropical grasslands, savannas and shrublands 0.788

Biom 10 Montane grasslands and shrublands 0.839

Biom 11 Tundra 0.209

Biom 12 Mediterranean forests, woodlands and scrub 1.440

Biom 13 Deserts and xeric shrublands 0.526

Extrapolation der Charakterisierungsfaktoren auf 14 Biome (basierend auf Anzahl Pflanzenarten) gemäss (Kier et al. 2005)

Als Referenz-Biom dient Biom 5 (Schweiz)

40

Ökofaktoren in Abhängigkeit von Biomen

41

CORINE+ Landnutzung Biom 1

(UBP/m2a)

Biom 4

(UBP/m2a)

Biom 5

(UBP/m2a)

Biom 10

(UBP/m2a)

Biom 12

(UBP/m2a)

Tropical and

subtropical

moist

broadleaf

forests

Temperate

broadleaf

and mixed

forests

Temperate

coniferous

forests

Montane

grasslands

and

shrublands

Mediterrane

an forests,

woodlands

and scrub

Siedlungsfläche

111 Siedlung, zusammenhängend 600 330 300 250 420

112 Siedlung, unterbrochen 360 190 180 150 250

121a Industrieareal, zusammenhängend

>80% versiegelt

600 330 300 250 420

121b Industrieareal, unterbrochen <80%

versiegelt

360 190 180 150 250

Landwirtschaftliche Nutzflächen

211b Ackerland, unbewässert,

konventionell

810 420 420 330 600

221 Dauerkultur, Wein 570 300 290 240 420

231a Wiesen und Weiden, intensiv 450 240 230 190 330

Wald

244 Agro-forstwirtschaftliche Flächen 270 140 140 110 200

311a Wald, Laubwald, Plantagen 240 130 120 100 180

312 Wald, Nadelwald 60 33 30 26 45

Unterschied generische – biomspezifische Bewertung

42

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

Pal

mfr

üch

te,

MY

Pal

mfr

üch

te,

MY

,B

iom

-sp

ezi

fisc

h

Soja

bo

hn

en,

BR

Soja

bo

hn

en,

BR

,B

iom

-sp

ezi

fisc

h

Auswirkungen der Bewertung der Landnutzung mit Biomen

Landnutzung Andere Umweltbelastungen

Umweltbilanz Schweiz 2013 und Zielwerte (in UBP’13)

51

Entwicklung der Anteile der Umwelt-belastung an der Gesamtbelastung (UBP)

52

1. gen

2. gen

3. gen

4. gen

Entwicklung der Ökofaktoren ausgewählter Substanzen

53

Entwicklung der Gesamtbelastung Schweiz (UBP)

54

Vorteile der Methode

Entwicklung und Anwendung durch übersichtliche Struktur relativ einfach

Erweiterung der Methode ebenfalls relativ einfach

direkte Anbindung an Zielsetzungen der Schweizerischen Umweltpolitik

Für Behörden geeignet, da massgeschneidert auf eine nationale oder regionale Umweltpolitik

Für Umweltbeauftragte von Firmen mit grossem Heimmarkt geeignet, da massgeschneidert auf nationale Umweltpolitik

Einschränkungen

Fokus weitgehend auf Umweltproblemen der Schweiz

Schweizer Ausprägung

nichtreglementierte Schadstoffe unberücksichtigt

Mehrfachwirkung nicht berücksichtigt, (z.B. Ozonabbau und Treibhauseffekt) nur die jeweils „stärkste“ Wirkung

Eigenschaften Version 2013

Vollaggregation (eindimensionales Ergebnis)

Erfüllt Kriterien des Bundes eines «true and fair view»

Aggregation teilweise in einem Schritt

ISO konform

Schadensausmass bleibt unberücksichtigt (Ziel: Emissionen so, dass «kein» Schaden entsteht)

Politische (d.h. wertende) mit naturwissenschaftlichen Aspekten vermischt => Implizite Wertung

Anwendung UBP’13: Entwicklung Umweltbelastung Schweiz

Zielsetzung des Bundesrates: «Grüne Wirtschaft» Wirtschaftsweise, welche die Knappheit begrenzter Ressourcen und die Regenerationsfähigkeit erneuerbarer Ressourcen berücksichtigt, die Ressourceneffizienz verbessert und damit die Leistungsfähigkeit der Wirtschaft und die Wohlfahrt insgesamt stärkt

Quantifizieren der Entwicklung der konsumbedingten Umweltbelastung der Schweiz von 1996 bis 2011

Eine Grundlage für die Erfolgskontrolle der Massnahmen auf dem Weg zu einer «grünen Wirtschaft»

Produktionsperspektive, Aussen-handel und Konsumperspektive

59

Umweltbelastung im Ausland

verursacht durchImporte

+

Umweltbelastung im Inland

verursacht durchinländische Endnachfrage

und Exporte

+

Umweltbelastung im In- und Ausland

verursacht durchExporte

-

Gesamte Umweltbelastung durch die inländische Endnachfrage (Konsumperspektive)

(Konsumperspektive = Blau + Rot - Orange)

Umweltbelastung im Inland (Produktionsperspektive)

UmweltbelastungAussenhandel(Rot – Orange)

Berechnung konsumbedingte Umweltbelastung Schweiz

60

5

10

15

20

25

imInland

durch Importe

durch Exporte

durch CH Konsum

0

Ökonomische

Daten

Daten zu

Emissionen

und Ressour-

cennutzung

Statistiken für

die Schweiz

(BAFU, BFE, BFS,

etc.)

Waren: Aussenhandelsstatistik (EZV)

Dienstleistungen: DL-Handel (SNB),

IOT 2001, 2005, 2008

Waren: Ökobilanz-Daten ecoinvent v2.2

und treeze Ltd. Datenbank

Dienstleistungen: Daten aus Pilotstudie

(Jungbluth et al 2011)

Berechnung in

dieser Studie

Verursacht:

Mill

ione

n U

mw

eltb

elas

tung

s-

punk

te 2

013

pro

Per

son

im J

ahr

2010

Datengrundlage:

0

20'000

40'000

60'000

80'000

100'000

120'000

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Mia

. U

BP

Lärm

AbiotischeRessourcenBoden

Bodenqualität

Wasser

Wasserqualität

Luftqualität

Ozonschicht-abbauKlimawandel

Entwicklung der Inlandbelastung Schweiz (in UBP’13)

61

Entwicklung der Gesamt-belastung Schweiz (in UBP’13)

62

0

50'000

100'000

150'000

200'000

250'000

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Mia

. UB

P

Inländischer Anteil der konsumbedingten Belastung

Ausländischer Anteil der konsumbedingten Belastung

Entwicklung weiterer Umweltindikatoren

63

0

20

40

60

80

100

120

140

19

96

19

97

19

98

19

99

20

00

20

01

20

02

20

03

20

04

20

05

20

06

20

07

20

08

20

09

20

10

20

11

Mio

. t

CO

2-e

q

Treibhausgas-Emissionen



0

50

100

150

200

250

300

199

6

199

7

199

8

199

9

200

0

200

1

200

2

200

3

200

4

200

5

200

6

200

7

200

8

200

9

201

0

201

1

1000

t P

M10

-eq

Luftverschmutzung



0

20

40

60

80

100

120

140

19

96

19

97

19

98

19

99

20

00

20

01

20

02

20

03

20

04

20

05

20

06

20

07

20

08

20

09

20

10

20

11

10

00

t N

-eq

Eutrophierung



0

500'000

1'000'000

1'500'000

2'000'000

2'500'000

199

6

199

7

199

8

199

9

200

0

200

1

200

2

200

3

200

4

200

5

200

6

200

7

200

8

200

9

201

0

201

1

TJ Ö

l-eq

Primärenergieaufwand

Inländisch, nicht erneuerbar Inländisch, erneuerbar

Ausländisch, nicht erneuerbar Ausländisch, erneuerbar

0

5'000

10'000

15'000

20'000

25'000

30'000

35'000

199

6

199

7

199

8

199

9

200

0

200

1

200

2

200

3

200

4

200

5

200

6

200

7

200

8

200

9

201

0

201

1

km2

Sied

lun

gsfl

äch

e-e

q

Landnutzung



0

500

1'000

1'500

2'000

2'500

3'000

199

6

199

7

199

8

199

9

200

0

200

1

200

2

200

3

200

4

200

5

200

6

200

7

200

8

200

9

201

0

201

1

Mio

. m3

Was

ser-

eq

Wassernutzung



Entwicklung der Umweltbelastung pro Person

64

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

ILCD ökol. Fussabdruck ReCiPe UBP 13

Aktuelle Belastung und «natur-verträgliches» Mass

65

0

20'000

40'000

60'000

80'000

100'000

120'000

140'000

160'000

180'000

Ko

nsum

per

spek

tive

201

1

aktu

elle

r Fl

uss

(U

BP

13)

nat

urv

ertr

äglic

he

s M

ass,

krit

isch

er F

luss

(U

BP

13

)

Mia

. UB

P

Abiotische Ressourcen

Boden

Bodenqualität

Wasser

Wasserqualität

Luftqualität

Ozonschichtabbau

Klimawandel

70%

42%

Folgerungen: Entwicklung Umweltbelastung Schweiz

Umweltbelastung Inland nimmt ab Erfolge der nationalen Umweltpolitik

(Über-)Kompensiert durch Zunahme Konsum und Zunahme Umweltbelastung im Ausland

Konsumbedingte Treibhausgasemissionen haben zwischen 1996 und 2011 zugenommen

Starke Schwankungen von Jahr zu Jahr, Trends über ein Jahrzehnt aber signifikant

Höhe des «naturverträglichen» Masses der konsumbedingten Umweltbelastung noch zu bestimmen

Weitergehende Informationen

Bericht Methode der ökologischen Knappheit - Ökofaktoren 2013

online verfügbar

www.bafu.admin.ch/publikationen/

Bewertungsfaktoren für Ökobilanz-Softwaretools

online unter:

http://treeze.ch/de/projects/methodology-development/life-

cycle-impact-assessment/ecological-scarcity-method-2013/

http://treeze.ch/de/projects/methodology-development/life-cycle-impact-assessment/ecological-scarcity-method-2006/
















Übungsbeispiel: Eletroauto versus Dieselauto


Bestimmen eines Ökofaktors für Partikelemissionen

Vereinfachter Vergleich Elektroauto versus

Dieselauto auf Basis UBP 2013

Schadstoffe: Treibhausgasemissionen und

Partikelemissionen

Systemumfang: Herstellung und Entsorgung Auto (und

Batterie), Autofahren, Infrastruktur (Strasse)

Ökofaktor Partikel

Aktuelle Emissionen Schweiz

20’470 Tonnen PM10 pro Jahr

Zielsetzung Schweiz

12’000 Tonnen PM10 pro Jahr


Documents

Methode der ökologischen Knappheit 2013 und deren ... · Scope Definition Sachbilanz Inventory Analysis Wirkungs-abschätzung Impact Assessment ... Struktur relativ einfach Erweiterung