Lebenszyklusanalyse

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Veranschaulichung der allgemeinen Phasen einer Ökobilanz, wie in der ISO 14040 beschrieben ⓘ

Die Ökobilanz (auch Lebenszyklusanalyse genannt) ist eine Methode zur Bewertung der Umweltauswirkungen, die mit allen Phasen des Lebenszyklus eines kommerziellen Produkts, Prozesses oder einer Dienstleistung verbunden sind. Bei einem hergestellten Produkt beispielsweise werden die Umweltauswirkungen von der Rohstoffgewinnung und -verarbeitung (Wiege) über die Herstellung, den Vertrieb und die Verwendung des Produkts bis hin zum Recycling oder zur endgültigen Entsorgung der Materialien, aus denen es besteht (Grab), bewertet. ⓘ

Eine LCA-Studie umfasst eine gründliche Bestandsaufnahme der Energie und der Materialien, die in der gesamten industriellen Wertschöpfungskette des Produkts, des Prozesses oder der Dienstleistung benötigt werden, und berechnet die entsprechenden Emissionen in die Umwelt. Die Ökobilanz bewertet also die kumulativen potenziellen Umweltauswirkungen. Ziel ist es, das gesamte Umweltprofil des Produkts zu dokumentieren und zu verbessern. ⓘ

Weithin anerkannte Verfahren zur Durchführung von Ökobilanzen sind in der Reihe 14000 der Umweltmanagementnormen der Internationalen Organisation für Normung (ISO) enthalten, insbesondere in ISO 14040 und ISO 14044. ISO 14040 enthält die "Grundsätze und den Rahmen" der Norm, während ISO 14044 einen Überblick über die "Anforderungen und Leitlinien" gibt. Im Allgemeinen wurde die ISO 14040 für ein Management-Publikum und die ISO 14044 für Praktiker geschrieben. Im einleitenden Abschnitt der ISO 14040 wird LCA wie folgt definiert:

Die Ökobilanz untersucht die Umweltaspekte und potenziellen Auswirkungen während des gesamten Lebenszyklus eines Produkts (d. h. von der Wiege bis zur Bahre), von der Beschaffung der Rohstoffe über die Produktion bis hin zur Nutzung und Entsorgung. Zu den allgemeinen Kategorien von Umweltauswirkungen, die berücksichtigt werden müssen, gehören der Ressourcenverbrauch, die menschliche Gesundheit und die ökologischen Folgen.

Gegen den LCA-Ansatz sind sowohl allgemein als auch in Bezug auf spezifische Fälle Kritikpunkte vorgebracht worden (z. B. in Bezug auf die Konsistenz der Methodik, insbesondere im Hinblick auf Systemgrenzen, und die Anfälligkeit bestimmter LCAs für die Voreingenommenheit der Praktiker im Hinblick auf die Entscheidungen, die sie zu informieren versuchen). Ohne formale Anforderungen und Leitlinien kann eine Ökobilanz auf der Grundlage der Ansichten und Methoden eines Praktikers erstellt werden. Eine Ökobilanz, die von 10 verschiedenen Parteien erstellt wurde, könnte wiederum 10 verschiedene Ergebnisse liefern. Die ISO-Norm für Ökobilanzen zielt darauf ab, dies zu normalisieren; die Richtlinien sind jedoch nicht zu restriktiv, und es können immer noch 10 verschiedene Ergebnisse erzielt werden. ⓘ

Eine Lebenszyklusanalyse (auch bekannt als Umweltbilanz, Ökobilanz oder englisch life cycle assessment bzw. LCA) ist eine systematische Analyse der potenziellen Umweltwirkungen und der Energiebilanz von Produkten während des gesamten Lebensweges. Vor jeder Analyse werden die Systemgrenzen (z. B.: „from cradle to grave“‚ „cradle to gate“) festgelegt, denn je nach Produkt und Ziel der Analyse sind unterschiedliche Grenzen sinnvoll. ⓘ

Zur Lebenszyklusanalyse gehören sämtliche Umweltwirkungen während der Produktion, der Nutzungsphase und der Entsorgung des Produktes sowie die damit verbundenen vor- und nachgeschalteten Prozesse (z. B. Herstellung der Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe). Zu den Umweltwirkungen werden sämtliche umweltrelevanten Entnahmen aus der Umwelt (z. B. Erze, Rohöl) sowie die Emissionen in die Umwelt (z. B. Abfälle, Kohlendioxidemissionen) gezählt. Der Begriff der Bilanz wird bei der Ökobilanz im Sinne von einer Gegenüberstellung verwendet. Sie ist nicht mit der Bilanz innerhalb der Buchhaltung zu verwechseln. ⓘ

Definition, Synonyme, Ziele und Zweck

Ökobilanzierung (LCA) wird in der wissenschaftlichen Literatur und in Berichten von Behörden manchmal synonym als Lebenszyklusanalyse bezeichnet. Aufgrund des allgemeinen Charakters einer Ökobilanzstudie, die die Auswirkungen des Lebenszyklus von der Rohstoffgewinnung (Wiege) bis zur Entsorgung (Grab) untersucht, wird sie manchmal auch als "Cradle-to-Grave-Analyse" bezeichnet. ⓘ

Wie das National Risk Management Research Laboratory der EPA erklärt, ist die Ökobilanz eine Technik zur Bewertung der Umweltaspekte und potenziellen Auswirkungen eines Produkts, eines Prozesses oder einer Dienstleistung durch:

  • Zusammenstellung eines Inventars relevanter Energie- und Materialinputs und Umweltfreisetzungen
  • Bewertung der potenziellen Umweltauswirkungen im Zusammenhang mit den identifizierten Inputs und Freisetzungen
  • Interpretation der Ergebnisse, um eine fundiertere Entscheidung treffen zu können". ⓘ
Beispiel für ein Stufendiagramm der Lebenszyklusanalyse (LCA) ⓘ

Es handelt sich also um eine Technik zur Bewertung der Umweltauswirkungen, die mit allen Phasen des Lebenszyklus eines Produkts verbunden sind, von der Rohstoffgewinnung über die Materialverarbeitung, die Herstellung, den Vertrieb, die Nutzung, die Reparatur und Wartung bis hin zur Entsorgung oder zum Recycling. Die Ergebnisse helfen den Entscheidungsträgern bei der Auswahl von Produkten oder Prozessen, die die geringsten Auswirkungen auf die Umwelt haben, indem sie das gesamte Produktsystem berücksichtigen und Suboptimierungen vermeiden, die bei der Verwendung nur eines einzigen Prozesses auftreten könnten. ⓘ

Ziel der Ökobilanz ist es daher, die gesamte Bandbreite der Umweltauswirkungen von Produkten und Dienstleistungen zu vergleichen, indem alle Inputs und Outputs von Materialflüssen quantifiziert und bewertet werden, wie sich diese Materialflüsse auf die Umwelt auswirken. Diese Informationen werden verwendet, um Prozesse zu verbessern, die Politik zu unterstützen und eine solide Grundlage für fundierte Entscheidungen zu schaffen. ⓘ

Der Begriff Lebenszyklus bezieht sich auf die Vorstellung, dass eine faire, ganzheitliche Bewertung die Beurteilung der Rohstoffproduktion, der Herstellung, des Vertriebs, der Nutzung und der Entsorgung einschließlich aller dazwischen liegenden Transportschritte, die für das Produkt notwendig sind oder durch seine Existenz verursacht werden, erfordert. ⓘ

Trotz der Versuche, die Ökobilanz zu standardisieren, ist es nicht realistisch anzunehmen, dass Ökobilanzen ein eindeutiges, objektives Ergebnis liefern. Folglich sollte sie nicht als eine einzige, einzigartige Methode betrachtet werden, sondern eher als eine Familie von Methoden, die versuchen, die Ergebnisse aus einem anderen Blickwinkel heraus zu quantifizieren. Unter diesen Methoden gibt es zwei Haupttypen: Attributional LCA und Consequential LCA. Bei attributiven Ökobilanzen wird versucht, die mit der Herstellung und Nutzung eines Produkts oder einer bestimmten Dienstleistung oder eines Prozesses verbundenen Belastungen für einen bestimmten Zeitraum zuzuordnen. Konsequente Ökobilanzen zielen darauf ab, die Umweltfolgen einer Entscheidung oder einer vorgeschlagenen Änderung in einem untersuchten System zu ermitteln, sind also zukunftsorientiert und erfordern die Berücksichtigung von Markt- und Wirtschaftsimplikationen. Mit anderen Worten: Die attributive Ökobilanz "versucht zu beantworten, wie die Dinge (d. h. Schadstoffe, Ressourcen und der Austausch zwischen Prozessen) innerhalb des gewählten Zeitfensters fließen, während die konsequente Ökobilanz zu beantworten versucht, wie sich die Ströme über das unmittelbare System hinaus als Reaktion auf die Entscheidungen verändern werden." ⓘ

Eine dritte Art der Ökobilanz, die so genannte "soziale Ökobilanz", befindet sich ebenfalls in der Entwicklung und ist ein eigenständiger Ansatz zur Bewertung potenzieller sozialer und sozioökonomischer Auswirkungen und Folgen. Die soziale Ökobilanz (Social Life Cycle Assessment, SLCA) ist ein nützliches Instrument für Unternehmen, um potenzielle soziale Auswirkungen entlang des Lebenszyklus eines Produkts oder einer Dienstleistung auf verschiedene Interessengruppen (z. B. Arbeitnehmer, lokale Gemeinschaften, Verbraucher) zu ermitteln und zu bewerten. Die SLCA stützt sich auf die 2009 in Quebec veröffentlichten UNEP/SETAC-Leitlinien für die soziale Lebenszyklusbewertung von Produkten. Das Instrument baut auf den ISO 26000:2010-Leitlinien für soziale Verantwortung und den Leitlinien der Global Reporting Initiative (GRI) auf. ⓘ

Die Beschränkung der Ökobilanz auf die ökologischen Aspekte der Nachhaltigkeit und nicht auf die wirtschaftlichen oder sozialen Aspekte unterscheidet sie von der Produktlinienanalyse (PLA) und ähnlichen Methoden. Diese Einschränkung wurde bewusst vorgenommen, um eine Überfrachtung mit Methoden zu vermeiden, erkennt aber an, dass diese Faktoren bei Produktentscheidungen nicht ignoriert werden sollten. ⓘ

Einige weithin anerkannte Verfahren für LCA sind in der ISO 14000-Reihe von Umweltmanagementnormen enthalten, insbesondere in ISO 14040 und 14044. Bewertungen des Produktlebenszyklus im Hinblick auf Treibhausgase (THG) können auch Spezifikationen wie der Publicly Available Specification (PAS) 2050 und dem GHG Protocol Life Cycle Accounting and Reporting Standard entsprechen. ⓘ

Neben der Ökobilanz (produktbezogene Ökobilanz, Produktökobilanz) kann eine Stoffstromanalyse der Bestimmung weiterer Stoff- und Energiebilanzen dienen: Betriebliche Umweltbilanzen und Prozessökobilanzen. Diese unterscheiden sich von der Ökobilanz dadurch, dass sie einen Periodenbezug haben (oft Bilanzjahr genannt) und dass ihnen das Verursachungsprinzip nicht zugrunde liegt (Welche Stoff- und Energieströme hat das Produkt über den gesamten Lebensweg verursacht?). Die betriebliche Umweltbilanz findet sich beispielsweise oft in Umwelt- und Nachhaltigkeitsberichten von Unternehmen. ⓘ

Mit der Norm ISO 14040 ist der Begriff Ökobilanz zwar ausschließlich auf produktbezogene Ökobilanzen anwendbar. Allerdings definiert diese Norm „Product“ als „any goods or services“ und beinhaltet ausdrücklich auch Dinge wie Transporte, die Reparatur eines Fahrzeuges oder die Bereitstellung von Information im Kontext von Wissensvermittlung. Damit ist die Methodik einer Ökobilanz auch für die (ökologische) Untersuchung von Verfahren und Prozessen anwendbar und wird dafür auch genutzt. ⓘ

Im betriebswirtschaftlichen Umfeld kann die Ökobilanz zu den ökologieorientierten Planungsinstrumenten des Controlling gezählt werden. Größere Bedeutung jedoch findet sie in der (Umwelt-)Politik und der Gesetzgebung. ⓘ

Die wichtigsten ISO-Phasen der Ökobilanz

Gemäß den Normen ISO 14040 und 14044 wird eine Ökobilanz in vier verschiedenen Phasen durchgeführt, wie in der Abbildung oben rechts (zu Beginn des Artikels) dargestellt. Die Phasen sind oft voneinander abhängig, da die Ergebnisse einer Phase die Ausführung der anderen Phasen beeinflussen. Daher sollte keine der Phasen als abgeschlossen betrachtet werden, bevor nicht die gesamte Studie fertiggestellt ist. ⓘ

Ziel und Umfang

Die ISO-Norm für Ökobilanzen verlangt, dass eine Reihe von Parametern quantitativ und qualitativ ausgedrückt werden, die gelegentlich als Parameter des Studiendesigns (SPDs) bezeichnet werden. Die beiden wichtigsten SPDs für eine LCA sind das Ziel und der Umfang, die beide ausdrücklich angegeben werden müssen. Es wird empfohlen, dass eine Studie die in der Norm dargestellten Schlüsselwörter verwendet, wenn sie diese Details dokumentiert (z. B. "Das Ziel der Studie ist..."), um sicherzustellen, dass es keine Verwirrung gibt und dass die Studie für den beabsichtigten Zweck interpretiert wird. ⓘ

Im Allgemeinen beginnt eine LCA-Studie mit einer ausdrücklichen Erklärung des Ziels, die den Kontext der Studie darlegt und erklärt, wie und an wen die Ergebnisse kommuniziert werden sollen. Gemäß den ISO-Richtlinien muss das Ziel die folgenden Punkte eindeutig festlegen:

  1. Die beabsichtigte Anwendung
  2. Gründe für die Durchführung der Studie
  3. die Zielgruppe
  4. ob die Ergebnisse in einer vergleichenden Aussage verwendet und öffentlich gemacht werden sollen ⓘ

Das Ziel sollte auch mit dem Auftraggeber der Studie definiert werden, und es wird empfohlen, vom Auftraggeber eine detaillierte Beschreibung zu erhalten, warum die Studie durchgeführt wird. ⓘ

Im Anschluss an das Ziel muss der Umfang definiert werden, indem die qualitativen und quantitativen Informationen, die in der Studie enthalten sind, umrissen werden. Im Gegensatz zum Ziel, das nur wenige Sätze umfassen kann, sind für den Umfang oft mehrere Seiten erforderlich. Er soll den Detailgrad und die Tiefe der Studie beschreiben und zeigen, dass das Ziel innerhalb der angegebenen Grenzen erreicht werden kann. Nach den Leitlinien der ISO-Norm für Ökobilanzen sollte der Umfang der Studie Folgendes umfassen:

  • Produktsystem, d. h. eine Sammlung von Prozessen (Aktivitäten, die Inputs in Outputs umwandeln), die zur Erfüllung einer bestimmten Funktion erforderlich sind und innerhalb der Systemgrenzen der Studie liegen. Es ist repräsentativ für alle Prozesse im Lebenszyklus eines Produkts oder Prozesses.
  • Funktionale Einheit: Sie definiert genau, was untersucht wird, quantifiziert die vom System erbrachte Leistung, bietet einen Bezugspunkt, auf den die Inputs und Outputs bezogen werden können, und liefert eine Grundlage für den Vergleich/die Analyse alternativer Güter oder Dienstleistungen. Die funktionelle Einheit ist eine sehr wichtige Komponente der Ökobilanz und muss klar definiert werden. Sie wird als Grundlage für die Auswahl eines oder mehrerer Produktsysteme verwendet, die die Funktion erfüllen können. Die funktionelle Einheit ermöglicht es daher, verschiedene Systeme als funktionell gleichwertig zu behandeln. Die definierte funktionale Einheit sollte quantifizierbar sein, Einheiten enthalten, den zeitlichen Umfang berücksichtigen und keine Inputs und Outputs des Produktsystems enthalten (z. B. kg CO2-Emissionen). Eine andere Möglichkeit der Betrachtung ist die Berücksichtigung folgender Fragen:
    1. Was?
    2. Wie viel?
    3. Für wie lange / wie oft?
    4. Wo?
    5. Wie gut?
  • Referenzfluss, d. h. die Produkt- oder Energiemenge, die zur Realisierung der Funktionseinheit erforderlich ist. Normalerweise ist der Referenzfluss für verschiedene Produkte oder Systeme bei gleichem Referenzfluss qualitativ und quantitativ unterschiedlich; es gibt jedoch Fälle, in denen sie gleich sein können.
  • Systemgrenze, die festlegt, welche Prozesse in die Analyse eines Produktsystems einzubeziehen sind, einschließlich der Frage, ob das System Kuppelprodukte erzeugt, die durch Systemerweiterung oder Allokation berücksichtigt werden müssen. Die Systemgrenze sollte in Übereinstimmung mit dem erklärten Ziel der Studie festgelegt werden.
  • Annahmen und Einschränkungen, d. h. alle Annahmen oder Entscheidungen, die während der Studie getroffen wurden und die Endergebnisse beeinflussen können. Es ist wichtig, dass diese Annahmen und Beschränkungen übermittelt werden, da die Auslassung zu einer Fehlinterpretation der Ergebnisse führen kann. Zusätzliche Annahmen und Beschränkungen, die für die Durchführung des Projekts erforderlich sind, werden häufig im Laufe des Projekts getroffen und sollten bei Bedarf aufgezeichnet werden.
  • Anforderungen an die Datenqualität, die angeben, welche Arten von Daten mit welchen Einschränkungen einbezogen werden sollen. Gemäß ISO 14044 sollten die folgenden Überlegungen zur Datenqualität im Projektumfang dokumentiert werden:
    1. Zeitliche Abdeckung
    2. Geografische Abdeckung
    3. Technologische Abdeckung
    4. Präzision, Vollständigkeit und Repräsentativität der Daten
    5. Konsistenz und Reproduzierbarkeit der in der Studie verwendeten Methoden
    6. Quellen der Daten
    7. Informationsunsicherheiten und erkannte Datenlücken
  • Allokationsverfahren, das zur Aufteilung der Inputs und Outputs eines Produkts verwendet wird und für Prozesse erforderlich ist, die mehrere Produkte oder Nebenprodukte erzeugen. Dies wird auch als Multifunktionalität eines Produktsystems bezeichnet. ISO 14044 stellt eine Hierarchie von Lösungen für den Umgang mit Fragen der Multifunktionalität vor, da die Wahl der Zuordnungsmethode für Nebenprodukte die Ergebnisse einer Ökobilanz erheblich beeinflussen kann. Die Methoden der Hierarchie lauten wie folgt:
    1. Allokation durch Unterteilung vermeiden - bei dieser Methode wird versucht, den Einheitsprozess in kleinere Unterprozesse aufzuteilen, um die Herstellung des Produkts von der Herstellung des Nebenprodukts zu trennen
    2. Allokation durch Systemerweiterung (oder Substitution) vermeiden - bei dieser Methode wird versucht, den Prozess des Kuppelprodukts um die wahrscheinlichste Möglichkeit zu erweitern, die Sekundärfunktion des bestimmenden Produkts (oder Referenzprodukts) zu erfüllen. Mit anderen Worten, durch Erweiterung des Systems des Kuppelprodukts auf die wahrscheinlichste alternative Art und Weise der unabhängigen Herstellung des Kuppelprodukts (System 2). Die Auswirkungen, die sich aus der alternativen Art der Herstellung des Kuppelprodukts (System 2) ergeben, werden dann vom bestimmenden Produkt subtrahiert, um die Auswirkungen in System 1 zu isolieren.
    3. Allokation (oder Partition) auf der Grundlage physikalischer Beziehungen - bei dieser Methode wird versucht, Inputs und Outputs zu unterteilen und sie auf der Grundlage physikalischer Beziehungen zwischen den Produkten (z. B. Masse, Energieverbrauch usw.) zuzuordnen.
    4. Allokation (oder Partition) auf der Grundlage anderer (nicht-physikalischer) Beziehungen - bei dieser Methode wird versucht, Inputs und Outputs auf der Grundlage nicht-physikalischer Beziehungen (z. B. wirtschaftlicher Wert) aufzuteilen und zuzuordnen.
  • Folgenabschätzung, die einen Überblick über die für die Studie interessanten Folgenkategorien und die gewählte Methode zur Berechnung der jeweiligen Folgen enthält. Insbesondere werden die Daten der Sachbilanz in Werte für die Umweltauswirkungen übersetzt, die Kategorien wie Humantoxizität, Smog, globale Erwärmung und Eutrophierung umfassen können. Im Rahmen des Umfangs muss nur ein Überblick gegeben werden, da die Hauptanalyse der Wirkungskategorien in der Phase der Umweltverträglichkeitsprüfung (LCA) der Studie behandelt wird.
  • Datendokumentation, d. h. die explizite Dokumentation der in der Studie verwendeten Inputs/Outputs (Einzelströme). Dies ist notwendig, da bei den meisten Analysen nicht alle Inputs und Outputs eines Produktsystems berücksichtigt werden, so dass dem Publikum eine transparente Darstellung der ausgewählten Daten geboten wird. Außerdem wird transparent, warum die Systemgrenze, das Produktsystem, die funktionelle Einheit usw. gewählt wurde. ⓘ

Lebenszyklus-Inventarisierung (LCI)

Ein Beispiel für ein Lebenszyklus-Inventarisierungsdiagramm (LCI) ⓘ

Die Analyse der Lebenszyklusinventur (LCI) umfasst die Erstellung eines Inventars der Ströme von und zur Natur (Ökosphäre) für ein Produktsystem. Es handelt sich um den Prozess der Quantifizierung des Rohstoff- und Energiebedarfs, der atmosphärischen Emissionen, der Bodenemissionen, der Wasseremissionen, des Ressourcenverbrauchs und anderer Freisetzungen während des Lebenszyklus eines Produkts oder Prozesses. Mit anderen Worten, es handelt sich um die Zusammenfassung aller elementaren Ströme im Zusammenhang mit jedem einzelnen Prozess innerhalb eines Produktsystems. ⓘ

Für die Erstellung des Inventars wird häufig empfohlen, mit einem Flussmodell des technischen Systems zu beginnen, das Daten über Inputs und Outputs des Produktsystems enthält. Das Flussmodell wird in der Regel durch ein Flussdiagramm veranschaulicht, das die zu bewertenden Aktivitäten in der betreffenden Lieferkette enthält und ein klares Bild der Grenzen des technischen Systems vermittelt. Im Allgemeinen gilt: Je detaillierter und komplexer das Flussdiagramm ist, desto genauer sind die Studie und die Ergebnisse. Die für die Erstellung des Modells erforderlichen Input- und Outputdaten werden für alle Aktivitäten innerhalb der Systemgrenzen, einschließlich der Lieferkette, erfasst (als Inputs aus der Technosphäre bezeichnet). ⓘ

Gemäß ISO 14044 sollte eine AKI anhand der folgenden Schritte dokumentiert werden:

  1. Vorbereitung der Datenerhebung auf der Grundlage von Ziel und Umfang
  2. Datenerhebung
  3. Datenvalidierung (auch wenn die Daten einer anderen Arbeit verwendet werden)
  4. Datenzuordnung (falls erforderlich)
  5. Beziehen der Daten auf den Einheitsprozess
  6. Beziehen der Daten auf die Funktionseinheit
  7. Datenaggregation ⓘ

Wie in der ISO-Norm 14044 erwähnt, müssen die Daten mit der funktionalen Einheit sowie mit dem Ziel und dem Anwendungsbereich in Verbindung gebracht werden. Da die LCA-Phasen jedoch iterativer Natur sind, kann die Phase der Datenerfassung dazu führen, dass sich das Ziel oder der Anwendungsbereich ändert. Umgekehrt kann eine Änderung des Ziels oder des Umfangs im Laufe der Studie dazu führen, dass zusätzliche Daten erhoben oder bereits erhobene Daten aus der AKI entfernt werden. ⓘ

Das Ergebnis einer AKI ist ein kompiliertes Verzeichnis der Elementarströme aller Prozesse in dem/den untersuchten Produktsystem(en). Die Daten werden in der Regel in Diagrammen detailliert dargestellt und erfordern aufgrund ihrer Komplexität einen strukturierten Ansatz. ⓘ

Bei der Erfassung der Daten für jeden Prozess innerhalb der Systemgrenzen verlangt die ISO-Norm für Ökobilanzen, dass die Daten gemessen oder geschätzt werden, um jeden Prozess im Produktsystem quantitativ darzustellen. Idealerweise sollte ein Praktiker bei der Datenerhebung darauf abzielen, Daten aus primären Quellen zu sammeln (z. B. durch Messung der Inputs und Outputs eines Prozesses vor Ort oder durch andere physische Mittel). Für die Datenerhebung vor Ort werden häufig Fragebögen verwendet, die sogar dem jeweiligen Hersteller oder Unternehmen zum Ausfüllen übergeben werden können. Die zu erfassenden Punkte auf dem Fragebogen können sein

  1. Produkt für die Datenerhebung
  2. Datenerfasser und Datum
  3. Zeitraum der Datenerhebung
  4. Detaillierte Erläuterung des Prozesses
  5. Inputs (Rohstoffe, Hilfsstoffe, Energie, Transport)
  6. Outputs (Emissionen in Luft, Wasser und Boden)
  7. Menge und Qualität der einzelnen Inputs und Outputs ⓘ

Oftmals ist die Erhebung von Primärdaten schwierig und wird vom Eigentümer als urheberrechtlich geschützt oder vertraulich angesehen. Eine Alternative zu Primärdaten sind Sekundärdaten, d. h. Daten, die aus LCA-Datenbanken, Literaturquellen und anderen früheren Studien stammen. Bei sekundären Quellen findet man oft Daten, die einem Prozess ähnlich sind, aber nicht exakt (z. B. Daten aus einem anderen Land, einem leicht anderen Prozess, einer ähnlichen, aber anderen Maschine usw.). Daher ist es wichtig, die Unterschiede in solchen Daten ausdrücklich zu dokumentieren. Sekundärdaten sind jedoch nicht immer schlechter als Primärdaten. So kann beispielsweise auf die Daten einer anderen Arbeit verwiesen werden, in der der Autor sehr genaue Primärdaten verwendet hat. Wie bei den Primärdaten sollten auch bei den Sekundärdaten die Quelle, die Zuverlässigkeit sowie die zeitliche, geografische und technologische Repräsentativität dokumentiert werden. ⓘ

Bei der Identifizierung der Inputs und Outputs, die für jeden einzelnen Prozess innerhalb des Produktsystems einer AKI zu dokumentieren sind, kann ein Praktiker auf den Fall stoßen, dass ein Prozess mehrere Inputströme hat oder mehrere Outputströme erzeugt. In einem solchen Fall sollte der Praktiker die Ströme auf der Grundlage des im vorhergehenden Abschnitt "Ziel und Umfang" dieses Artikels beschriebenen "Zuweisungsverfahrens" zuordnen. ⓘ

Ein Bereich, in dem der Datenzugang schwierig sein dürfte, sind die Ströme aus der Technosphäre. Die Technosphäre ist einfacher definiert als die vom Menschen geschaffene Welt. Diese Ressourcen, die von Geologen als sekundäre Ressourcen betrachtet werden, sind theoretisch zu 100 % wiederverwertbar; in der Praxis ist das primäre Ziel jedoch die Bergung. Für eine AKI sind diese Produkte der Technosphäre (Produkte der Lieferkette) solche, die von Menschen hergestellt wurden, und leider können diejenigen, die einen Fragebogen über einen Prozess ausfüllen, der ein von Menschen hergestelltes Produkt als Mittel zum Zweck verwendet, nicht angeben, wie viel eines bestimmten Inputs sie verwenden. In der Regel haben sie keinen Zugang zu Daten über Inputs und Outputs für frühere Produktionsprozesse des Produkts. Das Unternehmen, das die Ökobilanz durchführt, muss dann auf sekundäre Quellen zurückgreifen, wenn es nicht bereits über diese Daten aus seinen eigenen früheren Studien verfügt. Nationale Datenbanken oder Datensätze, die mit LCA-Praktiker-Tools geliefert werden oder auf die leicht zugegriffen werden kann, sind die üblichen Quellen für diese Informationen. Dabei ist darauf zu achten, dass die sekundäre Datenquelle die regionalen oder nationalen Gegebenheiten angemessen widerspiegelt. ⓘ

Zu den LCI-Methoden gehören "prozessbasierte LCAs", wirtschaftliche Input-Output-LCAs (EIOLCA) und hybride Ansätze. Die prozessbasierte LCA ist ein Bottom-up-LCI-Ansatz, bei dem eine LCI auf der Grundlage von Kenntnissen über industrielle Prozesse innerhalb des Lebenszyklus eines Produkts und der sie verbindenden physischen Ströme erstellt wird. EIOLCA ist ein Top-Down-Ansatz für LCI und verwendet Informationen über elementare Flüsse, die mit einer Einheit wirtschaftlicher Aktivität in verschiedenen Sektoren verbunden sind. Diese Informationen stammen in der Regel aus nationalen Statistiken von Regierungsbehörden, die den Handel und die Dienstleistungen zwischen den Sektoren verfolgen. Die hybride Ökobilanz ist eine Kombination aus prozessbasierter Ökobilanz und EIOLCA. ⓘ

Die Qualität von LCI-Daten wird in der Regel mit Hilfe einer Stammbaummatrix bewertet. Es gibt verschiedene Stammbaummatrizen, die jedoch alle eine Reihe von Datenqualitätsindikatoren und eine Reihe von Qualitätskriterien pro Indikator enthalten. Es gibt einen weiteren hybriden Ansatz, der den weit verbreiteten, halbquantitativen Ansatz, der eine Stammbaummatrix verwendet, in eine qualitative Analyse integriert, um die Qualität von AKI-Daten für ein nichttechnisches Publikum, insbesondere für politische Entscheidungsträger, besser zu veranschaulichen. ⓘ

Lebenszyklus-Folgenabschätzung (LCIA)

Auf die Analyse der Lebenszyklusinventare folgt eine Bewertung der Auswirkungen auf den Lebenszyklus (LCIA). Diese Phase der Ökobilanz zielt darauf ab, die potenziellen Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit zu bewerten, die sich aus den in der AKI ermittelten Elementarströmen ergeben. Die Normen ISO 14040 und 14044 schreiben die folgenden obligatorischen Schritte für die Durchführung einer LCIA vor: Obligatorisch

  • Auswahl von Belastungskategorien, Kategorieindikatoren und Charakterisierungsmodellen. Die ISO-Norm verlangt, dass eine Studie mehrere Auswirkungen auswählt, die "eine umfassende Reihe von Umweltfragen" umfassen. Die Auswirkungen sollten für die geografische Region der Studie relevant sein, und für jede ausgewählte Auswirkung sollte eine Begründung angegeben werden. In der Praxis wird dies oft durch die Wahl einer bereits existierenden LCIA-Methode (z.B. TRACI, ReCiPe, AWARE, etc.) erreicht.
  • Klassifizierung der Inventarisierungsergebnisse. In diesem Schritt werden die AKI-Ergebnisse auf der Grundlage ihrer bekannten Umweltauswirkungen den gewählten Wirkungskategorien zugeordnet. In der Praxis wird dies oft mit Hilfe von LCI-Datenbanken oder LCA-Software durchgeführt. Zu den üblichen Wirkungskategorien gehören globale Erwärmung, Ozonabbau, Versauerung, Humantoxizität usw.
  • Charakterisierung, bei der die AKI-Ergebnisse innerhalb jeder Wirkungskategorie mit Hilfe von "Charakterisierungsfaktoren" (auch Äquivalenzfaktoren genannt) quantitativ umgewandelt werden, um "Wirkungskategorie-Indikatoren" zu erstellen. Mit anderen Worten, in diesem Schritt geht es um die Beantwortung der Frage: "Wie viel trägt jedes Ergebnis zur Wirkungskategorie bei?" Ein Hauptzweck dieses Schritts besteht darin, alle klassifizierten Ströme für eine Auswirkung zu Vergleichszwecken in gemeinsame Einheiten umzuwandeln. Für das Treibhauspotenzial beispielsweise wird die Einheit in der Regel als CO2-equiv oder CO2-e (CO2-Äquivalente) definiert, wobei CO2 den Wert 1 erhält und alle anderen Einheiten entsprechend ihrer jeweiligen Auswirkung umgerechnet werden. ⓘ

In vielen Ökobilanzen schließt die Charakterisierung die LCIA-Analyse ab, da sie die letzte obligatorische Stufe gemäß ISO 14044 ist. Die ISO-Norm sieht jedoch die folgenden optionalen Schritte vor, die zusätzlich zu den vorgenannten obligatorischen Schritten durchgeführt werden können: Optional

  • Normalisierung der Ergebnisse. Dieser Schritt zielt darauf ab, die Frage "Ist das viel?" zu beantworten, indem die LCIA-Ergebnisse in Bezug auf ein gewähltes Referenzsystem ausgedrückt werden. Häufig wird für jede Auswirkungskategorie ein separater Referenzwert gewählt, um eine zeitliche und räumliche Perspektive zu schaffen und die Validierung der LCIA-Ergebnisse zu unterstützen. Standardreferenzen sind typische Auswirkungen pro Auswirkungskategorie pro: geografische Zone, Einwohner der geografischen Zone (pro Person), Industriesektor oder ein anderes Produktsystem oder Referenzszenario.
  • Gruppierung der LCIA-Ergebnisse. In diesem Schritt werden die LCIA-Ergebnisse (je nach den vorhergehenden Schritten entweder charakterisiert oder normalisiert) in eine oder mehrere Gruppen, die im Rahmen des Ziels und des Anwendungsbereichs definiert wurden, sortiert oder eingestuft. Die Einteilung in Gruppen ist jedoch subjektiv und kann von Studie zu Studie uneinheitlich sein.
  • Gewichtung der Wirkungskategorien. Dieser Schritt zielt darauf ab, die Bedeutung jeder Kategorie zu bestimmen und wie wichtig sie im Vergleich zu den anderen ist. Er ermöglicht es den Studien, die Bewertungen der Auswirkungen zu einem einzigen Indikator zusammenzufassen und zu vergleichen. Die Gewichtung ist in hohem Maße subjektiv und wird oft nach den ethischen Vorstellungen der Beteiligten vorgenommen. Es gibt drei Hauptkategorien von Gewichtungsmethoden: die Panelmethode, die Monetarisierungsmethode und die Zielmethode. Die ISO-Norm 14044 rät generell von einer Gewichtung ab und besagt, dass eine Gewichtung in Ökobilanzstudien, die für vergleichende Aussagen verwendet werden sollen, die der Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden sollen, nicht verwendet werden darf. Wenn sich eine Studie für eine Gewichtung der Ergebnisse entscheidet, dann sollten die gewichteten Ergebnisse aus Gründen der Transparenz immer zusammen mit den nicht gewichteten Ergebnissen angegeben werden. ⓘ

Die Auswirkungen auf den Lebenszyklus können auch in die verschiedenen Phasen der Entwicklung, Produktion, Verwendung und Entsorgung eines Produkts unterteilt werden. Grob gesagt können diese Auswirkungen in erste Auswirkungen, Nutzungsauswirkungen und Auswirkungen am Ende des Lebenszyklus unterteilt werden. Zu den ersten Auswirkungen gehören die Gewinnung von Rohstoffen, die Herstellung (Umwandlung von Rohstoffen in ein Produkt), der Transport des Produkts zu einem Markt oder Standort, die Konstruktion/Installation und der Beginn der Nutzung oder Belegung. Zu den Auswirkungen der Nutzung gehören die physischen Auswirkungen des Betriebs des Produkts oder der Anlage (z. B. Energie, Wasser usw.) sowie alle Wartungs-, Renovierungs- oder Reparaturarbeiten, die für die weitere Nutzung des Produkts oder der Anlage erforderlich sind. Zu den Auswirkungen am Ende der Lebensdauer gehören der Abriss und die Verarbeitung von Abfällen oder wiederverwertbaren Materialien. ⓘ

Auswertung

Die Interpretation des Lebenszyklus ist eine systematische Technik zur Identifizierung, Quantifizierung, Überprüfung und Bewertung von Informationen aus den Ergebnissen der Sachbilanz und/oder der Wirkungsabschätzung des Lebenszyklus. In der Interpretationsphase werden die Ergebnisse der Sachbilanzanalyse und der Wirkungsabschätzung zusammengefasst. Das Ergebnis der Interpretationsphase ist eine Reihe von Schlussfolgerungen und Empfehlungen für die Studie. Gemäß ISO 14043 sollte die Interpretation Folgendes umfassen:

  • Identifizierung der wesentlichen Punkte auf der Grundlage der Ergebnisse der LCI- und LCIA-Phasen einer LCA
  • Bewertung der Studie unter Berücksichtigung von Vollständigkeits-, Sensitivitäts- und Konsistenzprüfungen
  • Schlussfolgerungen, Einschränkungen und Empfehlungen ⓘ

Ein Hauptzweck der Lebenszyklusinterpretation besteht darin, den Grad des Vertrauens in die Endergebnisse zu bestimmen und sie auf faire, vollständige und genaue Weise zu kommunizieren. Die Interpretation der Ergebnisse einer Ökobilanz ist nicht so einfach wie "3 ist besser als 2, daher ist Alternative A die beste Wahl". Die Interpretation beginnt damit, die Genauigkeit der Ergebnisse zu verstehen und sicherzustellen, dass sie dem Ziel der Studie entsprechen. Dies wird erreicht, indem die Datenelemente identifiziert werden, die wesentlich zu jeder Auswirkungskategorie beitragen, die Empfindlichkeit dieser wesentlichen Datenelemente bewertet wird, die Vollständigkeit und Konsistenz der Studie beurteilt wird und Schlussfolgerungen und Empfehlungen auf der Grundlage eines klaren Verständnisses der Durchführung der Ökobilanz und der Entwicklung der Ergebnisse gezogen werden. ⓘ

Wie von M.A. Curran ausgeführt, besteht das Ziel der LCA-Interpretationsphase darin, die Alternative zu ermitteln, die von der Wiege bis zur Bahre die geringsten negativen Umweltauswirkungen auf die Ressourcen Land, Meer und Luft hat. ⓘ

LCA-Anwendungen

Bei einer Umfrage unter Ökobilanz-Praktikern im Jahr 2006 wurde die Ökobilanz zur Unterstützung der Unternehmensstrategie und der Forschung und Entwicklung eingesetzt (jeweils 18 % aller befragten Anwendungen); weitere Verwendungszwecke waren die Ökobilanz als Beitrag zum Produkt- oder Prozessdesign (15 %), die Verwendung in der Ausbildung (13 %) und die Verwendung zur Kennzeichnung oder Produktdeklaration (11 %). ⓘ

Es wurde vorgeschlagen, dass die Ökobilanzierung durch die Entwicklung und Umsetzung geeigneter Instrumente - z. B. die europäischen ENSLIC-Gebäudeprojektrichtlinien - kontinuierlich in die Baupraxis integriert wird, um Praktiker bei der Anwendung von LCI-Datenmethoden für Planung, Design und Bau anzuleiten. ⓘ

Große Unternehmen auf der ganzen Welt führen entweder selbst Ökobilanzen durch oder geben Studien in Auftrag, während Regierungen die Entwicklung nationaler Datenbanken zur Unterstützung von Ökobilanzen fördern. Besonders erwähnenswert ist die zunehmende Verwendung von Ökobilanzen für ISO-Typ-III-Kennzeichnungen, so genannte Umweltproduktdeklarationen, die definiert sind als "quantifizierte Umweltdaten für ein Produkt mit vorgegebenen Parameterkategorien auf der Grundlage der ISO-Normenreihe 14040, die jedoch zusätzliche Umweltinformationen nicht ausschließen". Die Zertifizierung durch Dritte spielt in der heutigen Industrie eine wichtige Rolle, und von Dritten zertifizierte LCA-basierte Kennzeichnungen bieten eine zunehmend wichtige Grundlage für die Bewertung der relativen Umweltvorteile konkurrierender Produkte. Insbesondere wird eine solche unabhängige Zertifizierung als Zeichen dafür gewertet, dass sich ein Unternehmen dafür einsetzt, seinen Kunden sichere und umweltfreundliche Produkte zu liefern. ⓘ

Die Ökobilanz spielt auch eine wichtige Rolle bei der Bewertung der Umweltauswirkungen, der integrierten Abfallbewirtschaftung und der Untersuchung der Umweltverschmutzung. Zu den wichtigen neueren Studien zur Anwendung von LCA gehören:

  • Eine Studie zur Bewertung der Ökobilanz einer Anlage im Labormaßstab zur Herstellung von mit Sauerstoff angereicherter Luft in Verbindung mit einer wirtschaftlichen Bewertung unter dem Gesichtspunkt des Ökodesigns.
  • Eine Bewertung der Umweltauswirkungen von Instandhaltungs-, Reparatur- und Sanierungsarbeiten an Straßenbelägen. ⓘ

Datenanalyse

Eine Lebenszyklusanalyse ist nur so genau und gültig wie ihre Datengrundlage. Es gibt zwei grundlegende Arten von LCA-Daten - Prozessdaten und Umwelt-Input-Output-Daten (EIO). Prozessdaten werden aus direkten Erhebungen bei Unternehmen oder Anlagen abgeleitet, die das betreffende Produkt herstellen, und zwar auf der Ebene der Prozesseinheit, die durch die Systemgrenzen für die Studie definiert ist. Die EIO-Daten basieren auf nationalen wirtschaftlichen Input-Output-Daten. ⓘ

Die Datenvalidität ist ein ständiges Anliegen bei Lebenszyklusanalysen. Wenn die Schlussfolgerungen einer Ökobilanz stichhaltig sein sollen, müssen die in der Ökobilanz verwendeten Daten genau und gültig sein, d. h., sie müssen aktuell sein. Beim Vergleich von Ökobilanzpaaren für unterschiedliche Produkte, Prozesse oder Dienstleistungen ist es außerdem entscheidend, dass für das zu vergleichende Paar Daten von gleichwertiger Qualität zur Verfügung stehen. Wenn eines der Paare, z. B. ein Produkt, über eine viel höhere Verfügbarkeit genauer und gültiger Daten verfügt, kann es nicht mit einem anderen Produkt verglichen werden, für das solche Daten weniger verfügbar sind. ⓘ

Was die Aktualität der Daten betrifft, so wurde festgestellt, dass die Gültigkeit der Daten im Widerspruch zu der Zeit stehen kann, die für die Datenerfassung benötigt wird. Aufgrund der Globalisierung und des Tempos von Forschung und Entwicklung werden ständig neue Materialien und Herstellungsmethoden auf den Markt gebracht, was es sowohl wichtig als auch schwierig macht, aktuelle Informationen zu ermitteln und anzuwenden. Im Bereich der Unterhaltungselektronik beispielsweise werden Produkte wie Mobiltelefone alle 9 bis 12 Monate überarbeitet, so dass eine schnelle und kontinuierliche Datenerfassung erforderlich ist. ⓘ

Wie bereits erwähnt, werden bei der Bestandsaufnahme im Rahmen der Ökobilanz in der Regel mehrere Phasen berücksichtigt: Materialgewinnung, Verarbeitung und Herstellung, Produktnutzung und Produktentsorgung. Wenn die umweltschädlichste dieser Phasen ermittelt werden kann, lassen sich die Auswirkungen auf die Umwelt effizient reduzieren, indem man sich auf Änderungen in dieser Phase konzentriert. Die energieintensivste Phase in der Ökobilanz eines Flugzeug- oder Automobilprodukts ist beispielsweise die Nutzungsphase, die sich aus dem Kraftstoffverbrauch während der Lebensdauer des Produkts ergibt. Eine wirksame Methode zur Steigerung der Treibstoffeffizienz ist die Verringerung des Fahrzeuggewichts; daher können Flugzeug- und Automobilhersteller die Umweltauswirkungen verringern, indem sie schwerere Materialien durch leichtere ersetzen (z. B. Aluminium oder kohlefaserverstärkte Elemente), wobei alle Spezifikationen und sonstigen Kosten gleich bleiben. ⓘ

Bei den in Ökobilanzen verwendeten Datenquellen handelt es sich in der Regel um große Datenbanken. Es ist nicht sinnvoll, zwei Optionen miteinander zu vergleichen, wenn für die Daten unterschiedliche Datenquellen verwendet wurden. Gängige Datenquellen sind unter anderem:

  • soca
  • EuGeos' 15804-IA
  • NEEDS
  • ecoinvent
  • PSILCA
  • ESU Welternährung
  • GaBi
  • ELCD
  • LC-Inventare.ch
  • Soziale Hotspots
  • ProBas
  • bioenergiedat
  • Agribalyse
  • USDA
  • Ökobaudat
  • Agrar-Fußabdruck
  • Umfassendes Umweltdatenarchiv (CEDA) ⓘ

Die Auswirkungsberechnungen können dann von Hand durchgeführt werden, aber es ist üblicher, den Prozess durch den Einsatz von Software zu rationalisieren. Diese kann von einer einfachen Tabellenkalkulation, in die der Benutzer die Daten manuell eingibt, bis hin zu einem vollautomatischen Programm reichen, bei dem der Benutzer die Quelldaten nicht kennt. ⓘ

Varianten

Von der Wiege bis zur Bahre

Cradle-to-Grave ist die vollständige Ökobilanz von der Ressourcengewinnung ("Wiege") über die Nutzungsphase bis zur Entsorgungsphase ("Grab"). Aus Bäumen wird beispielsweise Papier gewonnen, das zu einer energiesparenden Zellulosedämmung (faserverstärktes Papier) recycelt werden kann, die dann 40 Jahre lang als energiesparende Vorrichtung in der Decke eines Hauses verwendet wird, wodurch das 2.000-fache der bei der Herstellung verwendeten Energie aus fossilen Brennstoffen eingespart wird. Nach 40 Jahren werden die Zellulosefasern ersetzt und die alten Fasern entsorgt, möglicherweise verbrannt. Alle Inputs und Outputs werden für alle Phasen des Lebenszyklus berücksichtigt. ⓘ

Von der Wiege bis zur Bahre

Cradle-to-Gate ist eine Bewertung eines partiellen Produktlebenszyklus von der Ressourcengewinnung (Cradle) bis zum Werkstor (d. h. vor dem Transport zum Verbraucher). Die Nutzungsphase und die Entsorgungsphase des Produkts werden in diesem Fall ausgelassen. Cradle-to-Gate-Bewertungen sind manchmal die Grundlage für Umweltproduktdeklarationen (EPD), die als Business-to-Business-EPDs bezeichnet werden. Eine der wichtigsten Anwendungen des Cradle-to-Gate-Ansatzes ist die Erstellung der Sachbilanz (LCI) unter Verwendung des Cradle-to-Gate-Ansatzes. Dies ermöglicht es der Ökobilanz, alle Auswirkungen zu erfassen, die zum Kauf von Ressourcen durch die Einrichtung führen. Sie können dann die Schritte hinzufügen, die mit dem Transport zum Werk und dem Herstellungsprozess verbunden sind, um ihre eigenen Cradle-to-Gate-Werte für ihre Produkte einfacher zu erstellen. ⓘ

Cradle-to-Cradle oder geschlossene Kreislaufproduktion

Cradle-to-Cradle ist eine spezielle Art der Cradle-to-Grave-Bewertung, bei der der Entsorgungsschritt am Ende des Lebenszyklus des Produkts ein Recyclingprozess ist. Es handelt sich um eine Methode zur Minimierung der Umweltauswirkungen von Produkten durch den Einsatz nachhaltiger Produktions-, Betriebs- und Entsorgungspraktiken und zielt darauf ab, die soziale Verantwortung in die Produktentwicklung einzubeziehen. Aus dem Recyclingprozess entstehen neue, identische Produkte (z. B. Asphaltbelag aus ausrangiertem Asphaltbelag, Glasflaschen aus gesammelten Glasflaschen) oder andere Produkte (z. B. Glaswolle-Dämmung aus gesammelten Glasflaschen). ⓘ

Die Zuordnung der Belastung für Produkte in offenen Produktionskreisläufen stellt eine große Herausforderung für die Ökobilanz dar. Verschiedene Methoden, wie z. B. der Ansatz der vermiedenen Belastung, wurden vorgeschlagen, um die damit verbundenen Probleme zu bewältigen. ⓘ

Tor-zu-Tor-Ansatz

Gate-to-Gate ist eine partielle Ökobilanz, die nur einen Wertschöpfungsprozess in der gesamten Produktionskette betrachtet. Gate-to-Gate-Module können auch später in der entsprechenden Produktionskette miteinander verbunden werden, um eine vollständige Cradle-to-Gate-Bewertung zu erhalten. ⓘ

Von der Wiege bis zum Rad

Well-to-wheel ist die spezifische Ökobilanz, die für Kraftstoffe und Fahrzeuge verwendet wird. Die Analyse wird häufig in die Stufen "Well-to-Station" oder "Well-to-Tank" und "Station-to-Wheel" oder "Tank-to-Wheel" oder "Plug-to-Wheel" unterteilt. Die erste Stufe, die die Rohstoff- oder Kraftstoffherstellung und -verarbeitung sowie die Kraftstofflieferung oder den Energietransport umfasst, wird als "vorgelagerte" Stufe bezeichnet, während die Stufe, die sich mit dem eigentlichen Fahrzeugbetrieb befasst, manchmal als "nachgelagerte" Stufe bezeichnet wird. Die Well-to-Wheel-Analyse wird in der Regel zur Bewertung des Gesamtenergieverbrauchs oder der Energieumwandlungseffizienz und der Emissionsauswirkungen von Schiffen, Flugzeugen und Kraftfahrzeugen, einschließlich ihrer Kohlenstoffbilanz, sowie der bei diesen Verkehrsträgern jeweils verwendeten Kraftstoffe verwendet. Die WtW-Analyse ist nützlich, um die unterschiedlichen Wirkungsgrade und Emissionen von Energietechnologien und Kraftstoffen sowohl in den vorgelagerten als auch in den nachgelagerten Phasen widerzuspiegeln und so ein vollständigeres Bild der tatsächlichen Emissionen zu erhalten. ⓘ

Die Well-to-Wheel-Variante hat einen wesentlichen Anteil an einem vom Argonne National Laboratory entwickelten Modell. Das Modell Greenhouse gases, Regulated Emissions, and Energy use in Transportation (GREET) wurde entwickelt, um die Auswirkungen von neuen Kraftstoffen und Fahrzeugtechnologien zu bewerten. Das Modell bewertet die Auswirkungen des Kraftstoffverbrauchs anhand einer Well-to-Wheel-Bewertung, während ein traditioneller Cradle-to-Grave-Ansatz verwendet wird, um die Auswirkungen des Fahrzeugs selbst zu bestimmen. Das Modell erfasst den Energieverbrauch, die Treibhausgasemissionen und sechs weitere Schadstoffe: flüchtige organische Verbindungen (VOC), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NOx), Feinstaub mit einer Größe von weniger als 10 Mikrometern (PM10), Feinstaub mit einer Größe von weniger als 2,5 Mikrometern (PM2,5) und Schwefeloxide (SOx). ⓘ

Die quantitativen Werte der Treibhausgasemissionen, die mit der WTW- und der LCA-Methode berechnet werden, können sich unterscheiden, da die LCA mehr Emissionsquellen berücksichtigt. Bei der Bewertung der Treibhausgasemissionen eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs im Vergleich zu einem Fahrzeug mit konventionellem Verbrennungsmotor zeigt die WTW-Methode (bei der nur die Treibhausgasemissionen für die Herstellung der Kraftstoffe berücksichtigt werden), dass ein Elektrofahrzeug 50-60 % der Treibhausgasemissionen einsparen kann, während eine hybride LCA-WTW-Methode, bei der auch die Treibhausgasemissionen für die Herstellung und das Ende der Lebensdauer der Batterie berücksichtigt werden, im Vergleich zur WTW-Methode 10-13 % weniger Treibhausgasemissionen ergibt. ⓘ

Ökonomische Input-Output-Ökobilanz

Bei der ökonomischen Input-Output-Ökobilanz (EIOLCA) werden aggregierte Daten auf Sektorebene verwendet, die Aufschluss darüber geben, wie viele Umweltauswirkungen den einzelnen Wirtschaftssektoren zugeschrieben werden können und wie viel jeder Sektor von anderen Sektoren einkauft. Eine solche Analyse kann lange Ketten berücksichtigen (z. B. der Bau eines Autos erfordert Energie, aber die Energieerzeugung erfordert Fahrzeuge, und der Bau dieser Fahrzeuge erfordert Energie usw.), was das Problem des Umfangs der Prozess-LCA etwas mildert; EIOLCA stützt sich jedoch auf Durchschnittswerte auf Sektorebene, die für die spezifische Teilmenge des Sektors, die für ein bestimmtes Produkt relevant ist, repräsentativ sein können oder auch nicht, und ist daher nicht für die Bewertung der Umweltauswirkungen von Produkten geeignet. Außerdem ist die Umrechnung von wirtschaftlichen Größen in Umweltauswirkungen nicht validiert. ⓘ

Ökologisch basierte LCA

Während eine konventionelle LCA viele der gleichen Ansätze und Strategien wie eine Ökobilanz verwendet, berücksichtigt letztere ein viel breiteres Spektrum an ökologischen Auswirkungen. Sie wurde entwickelt, um einen Leitfaden für ein kluges Management menschlicher Aktivitäten zu bieten, indem die direkten und indirekten Auswirkungen auf ökologische Ressourcen und umliegende Ökosysteme berücksichtigt werden. Die vom Ohio State University Center for Resilience entwickelte Eco-LCA-Methode berücksichtigt quantitativ die regulierenden und unterstützenden Leistungen während des Lebenszyklus von Wirtschaftsgütern und Produkten. Bei diesem Ansatz werden die Dienstleistungen in vier Hauptgruppen eingeteilt: unterstützende, regulierende, versorgende und kulturelle Dienstleistungen. ⓘ

Exergie-basierte Ökobilanz

Die Exergie eines Systems ist die maximal mögliche Nutzarbeit während eines Prozesses, der das System mit einem Wärmereservoir ins Gleichgewicht bringt. Wall verdeutlicht den Zusammenhang zwischen Exergieanalyse und Ressourcenbilanzierung. Diese von DeWulf und Sciubba bestätigte Intuition führte zur Exergiebilanzierung und zu speziell für die Ökobilanzierung entwickelten Methoden wie dem exergetischen Materialinput pro Leistungseinheit (EMIPS). Das Konzept des Materialinputs pro Leistungseinheit (MIPS) wird im Sinne des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik quantifiziert und ermöglicht die Berechnung sowohl des Ressourceninputs als auch des Leistungsoutputs im Sinne der Exergie. Dieser exergetische Materialinput pro Dienstleistungseinheit (EMIPS) wurde für die Verkehrstechnik entwickelt. Die Leistung berücksichtigt nicht nur die zu transportierende Gesamtmasse und die Gesamtdistanz, sondern auch die Masse pro Einzeltransport und die Lieferdauer. ⓘ

Lebenszyklus-Energieanalyse

Die Lebenszyklus-Energieanalyse (LCEA) ist ein Ansatz, bei dem alle Energieeinträge in ein Produkt berücksichtigt werden, nicht nur die direkten Energieeinträge während der Herstellung, sondern auch alle Energieeinträge, die für die Herstellung von Komponenten, Materialien und Dienstleistungen benötigt werden, die für den Herstellungsprozess erforderlich sind. Eine frühere Bezeichnung für diesen Ansatz war Energieanalyse. Bei der LCEA wird der gesamte Energieaufwand während des Lebenszyklus ermittelt. ⓘ

Energieerzeugung

Es ist bekannt, dass bei der Produktion von Energierohstoffen wie Kernenergie, photovoltaischem Strom oder hochwertigen Erdölprodukten viel Energie verloren geht. Der Nettoenergiegehalt ist der Energiegehalt des Produkts abzüglich des Energieinputs, der der bei der Gewinnung und Umwandlung direkt oder indirekt verbraucht wird. Ein umstrittenes frühes Ergebnis der LCEA besagt, dass die Herstellung von Solarzellen mehr Energie erfordert, als bei der Nutzung der Solarzelle zurückgewonnen werden kann. Das Ergebnis wurde widerlegt. Derzeit liegt die energetische Amortisationszeit von photovoltaischen Solarmodulen zwischen einigen Monaten und mehreren Jahren. Durch das Recycling der Module könnte die energetische Amortisationszeit weiter auf etwa einen Monat reduziert werden. Ein weiteres neues Konzept, das sich aus den Lebenszyklusanalysen ergibt, ist der Energiekannibalismus. Energiekannibalismus bezieht sich auf einen Effekt, bei dem das schnelle Wachstum einer ganzen energieintensiven Branche einen Energiebedarf schafft, der die Energie bestehender Kraftwerke nutzt (oder kannibalisiert). Während des schnellen Wachstums produziert die Industrie als Ganzes also keine Energie, weil neue Energie dazu verwendet wird, die Energie künftiger Kraftwerke zu verbrauchen. Im Vereinigten Königreich wurden Arbeiten durchgeführt, um die Auswirkungen einer Reihe von Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien auf den Lebenszyklus zu ermitteln (neben einer vollständigen Ökobilanz). ⓘ

Energierückgewinnung

Wenn Materialien während des Entsorgungsprozesses verbrannt werden, kann die bei der Verbrennung freigesetzte Energie für die Stromerzeugung genutzt werden. Dies stellt eine umweltfreundliche Energiequelle dar, insbesondere im Vergleich zu Kohle und Erdgas. Zwar entstehen bei der Verbrennung mehr Treibhausgasemissionen als bei der Deponierung, doch sind die Abfallverbrennungsanlagen gut mit vorgeschriebenen Umweltschutzeinrichtungen ausgestattet, um diese negativen Auswirkungen zu minimieren. Eine Studie, in der der Energieverbrauch und die Treibhausgasemissionen von Deponien (ohne Energierückgewinnung) mit denen der Verbrennung (mit Energierückgewinnung) verglichen wurden, ergab, dass die Verbrennung in allen Fällen überlegen ist, außer wenn das Deponiegas zur Stromerzeugung genutzt wird. ⓘ

Kritik

Die Energieeffizienz ist wohl nur eine Überlegung bei der Entscheidung für ein alternatives Verfahren und sollte nicht als einziges Kriterium für die Bestimmung der Umweltverträglichkeit herangezogen werden. Eine einfache Energieanalyse berücksichtigt zum Beispiel nicht die Erneuerbarkeit von Energieströmen oder die Toxizität von Abfallprodukten. Die Einbeziehung "dynamischer LCAs", z. B. im Hinblick auf erneuerbare Energietechnologien - die Sensitivitätsanalysen nutzen, um zukünftige Verbesserungen bei erneuerbaren Systemen und deren Anteil am Stromnetz zu prognostizieren - kann dazu beitragen, diese Kritik zu entkräften. ⓘ

In den letzten Jahren hat die Literatur zur Ökobilanzierung von Energietechnologien begonnen, die Wechselwirkungen zwischen dem derzeitigen Stromnetz und zukünftigen Energietechnologien zu berücksichtigen. Einige Arbeiten haben sich auf den Lebenszyklus von Energie konzentriert, während andere sich auf Kohlendioxid (CO2) und andere Treibhausgase konzentrierten. Die wesentliche Kritik, die in diesen Quellen geäußert wird, lautet, dass bei der Betrachtung der Energietechnologie die wachsende Natur des Stromnetzes berücksichtigt werden muss. Geschieht dies nicht, kann eine bestimmte Energietechnologie über ihre Lebensdauer mehr CO2 ausstoßen, als ursprünglich angenommen wurde, was im Fall der Windenergie am besten dokumentiert ist. ⓘ

Ein Problem, das die Energieanalysemethode nicht lösen kann, besteht darin, dass verschiedene Energieformen - Wärme, Elektrizität, chemische Energie usw. - aufgrund der beiden Hauptsätze der Thermodynamik eine unterschiedliche Qualität und einen unterschiedlichen Wert haben. Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik sollten alle Energieinputs mit gleichem Gewicht berücksichtigt werden, während nach dem zweiten Hauptsatz die verschiedenen Energieformen mit unterschiedlichen Werten berücksichtigt werden sollten. Dieser Konflikt kann auf verschiedene Weise gelöst werden: Die Wertunterschiede zwischen den Energieinputs können ignoriert werden, ein Wertverhältnis kann willkürlich zugewiesen werden (z. B. dass ein Joule Strom 2,6-mal wertvoller ist als ein Joule Wärme oder Kraftstoff), die Analyse kann durch eine Wirtschafts-/Kostenanalyse ergänzt werden, oder Exergie, ein thermodynamisches Maß für die Qualität von Energie, kann als Metrik für die Ökobilanz verwendet werden (anstelle von Energie). ⓘ

Integration in Systeme und Systemtheorie

Ökobilanzen können als Routineprozesse von Systemen, als Input für modellierte zukünftige sozioökonomische Pfade oder im weiteren Sinne in einen größeren Kontext (wie qualitative Szenarien) integriert werden. ⓘ

In einer Studie wurde beispielsweise der Umweltnutzen von mikrobiellem Eiweiß oder die Schädigung von Rindfleisch im Rahmen eines künftigen sozioökonomischen Pfads geschätzt. Dabei zeigte sich, dass die Entwaldung erheblich reduziert (56 %) und der Klimawandel abgefedert wird, wenn bis 2050 nur 20 % des Pro-Kopf-Rindfleischs durch mikrobielles Eiweiß ersetzt wird. ⓘ

Lebenszyklusanalysen, auch in Form von Produkt-/Technologieanalysen, können auch in Analysen von Potenzialen, Hindernissen und Methoden zur Umstellung oder Regulierung von Konsum oder Produktion integriert werden. ⓘ

Die Lebenszyklusperspektive ermöglicht auch die Berücksichtigung von Verlusten und Lebensdauern seltener Güter und Dienstleistungen in der Wirtschaft. So wurde beispielsweise festgestellt, dass die Nutzungsdauer von oft knappen, technologiekritischen Metallen ab 2022 kurz ist. Solche Daten könnten mit konventionellen Lebenszyklusanalysen kombiniert werden, um z. B. Material- und Arbeitskostenanalysen über den gesamten Lebenszyklus und eine langfristige wirtschaftliche Lebensfähigkeit oder ein nachhaltiges Design zu ermöglichen. Einer Studie zufolge wird die Ressourcenverfügbarkeit in Lebenszyklusanalysen (Stand 2013) "mit Hilfe von Modellen bewertet, die auf Erschöpfungszeiten, überschüssiger Energie usw. basieren". ⓘ

Im Großen und Ganzen könnten verschiedene Arten von Ökobilanzen (bzw. die Beauftragung solcher) auf unterschiedliche Weise für verschiedene Arten gesellschaftlicher Entscheidungen genutzt werden, insbesondere weil die Finanzmärkte der Wirtschaft in der Regel keine Lebenszyklusauswirkungen oder induzierte gesellschaftliche Probleme in der Zukunft und Gegenwart berücksichtigen - die "externen Effekte" der heutigen Wirtschaft. ⓘ

Kritische Anmerkungen

Die Ökobilanz ist ein leistungsfähiges Instrument zur Analyse der messbaren Aspekte von quantifizierbaren Systemen. Nicht jeder Faktor lässt sich jedoch auf eine Zahl reduzieren und in ein Modell einfügen. Starre Systemgrenzen erschweren die Berücksichtigung von Veränderungen im System. Dies wird manchmal als Kritik an den Grenzen des Systemdenkens bezeichnet. Auch die Genauigkeit und Verfügbarkeit von Daten kann zur Ungenauigkeit beitragen. So können beispielsweise Daten aus allgemeinen Prozessen auf Durchschnittswerten, nicht repräsentativen Stichproben oder veralteten Ergebnissen beruhen. Dies gilt insbesondere für die Nutzungs- und End-of-Life-Phasen in der Ökobilanz. Außerdem fehlen in Ökobilanzen in der Regel die sozialen Auswirkungen von Produkten. Vergleichende Lebenszyklusanalysen werden häufig verwendet, um ein besseres Verfahren oder Produkt zu ermitteln. Aufgrund von Aspekten wie unterschiedlichen Systemgrenzen, unterschiedlichen statistischen Informationen, unterschiedlichen Produktverwendungen usw. können diese Studien jedoch leicht zugunsten eines Produkts oder Prozesses in einer Studie und im Gegenteil in einer anderen Studie auf der Grundlage unterschiedlicher Parameter und unterschiedlicher verfügbarer Daten ausfallen. Es gibt Richtlinien, die dazu beitragen sollen, solche Konflikte bei den Ergebnissen zu verringern, aber die Methode lässt dem Forscher immer noch viel Spielraum, um zu entscheiden, was wichtig ist, wie das Produkt typischerweise hergestellt wird und wie es typischerweise verwendet wird. ⓘ

Eine eingehende Überprüfung von 13 LCA-Studien über Holz- und Papierprodukte ergab, dass die Methoden und Annahmen zur Erfassung des Kohlenstoffs während des Produktlebenszyklus nicht einheitlich sind. Es wurde eine Vielzahl von Methoden und Annahmen verwendet, die zu unterschiedlichen und potenziell gegensätzlichen Schlussfolgerungen führten - insbesondere im Hinblick auf die Kohlenstoffbindung und die Methanbildung in Deponien sowie auf die Kohlenstoffbilanzierung während des Waldwachstums und der Produktnutzung. ⓘ

Darüber hinaus kann die Genauigkeit von Ökobilanzen erheblich variieren, da verschiedene Daten nicht berücksichtigt werden, insbesondere in frühen Versionen: So können Ökobilanzen, die regionale Emissionsdaten nicht berücksichtigen, die Umweltauswirkungen des Lebenszyklus unterbewerten. ⓘ

Zweck

Gemeinsames Ziel der verschiedenen Unternehmens-Ökobilanzmethoden ist es, das betriebliche Geschehen auf mögliche ökologische Risiken und Schwachstellen systematisch zu überprüfen und Optimierungspotenziale aufzuzeigen. Ausgangspunkt hierfür ist die Überlegung, dass der jährliche Input (in Kilogramm und Kilowattstunden), der in das Unternehmen eingeht, mengenmäßig dem Output und den Bestandsveränderungen entsprechen muss. Wichtig für diese Gleichung ist vor allem, dass Input, Output und Bestandsveränderungen vollständig gemessen werden (also beispielsweise inklusive des hinzufließenden Regenwassers, der Verdampfung, Leckagen des Zwischenlagers o. Ä.). Aufbauend auf dieser Sachbilanz werden die jeweiligen In- und Outputstoffe hinsichtlich ihrer Wirkungen auf die Umwelt analysiert, und schließlich wird die Gesamtzahl an Stoffen und ihre Wirkungen bewertet. Die Erstellung von Sachbilanzen wird auch als Stoffstromanalyse bezeichnet. ⓘ

Software

Zumeist werden Ökobilanzen mit Hilfe von Software erstellt. Das EU Joint Research Center hat eine Liste zusammengestellt. ⓘ

Stellungnahme

In einer Studie zu Emissionen in der Landwirtschaft legen die Autoren dar, herkömmliche Lebenszyklusanalysen zögen bis dato lediglich die direkten Treibhausgasemissionen in Betracht. Gerade bei landwirtschaftlichen Produkten spiele allerdings auch die Flächennutzung eine große Rolle. So haben die Autoren auf das Ergebnis der Ökobilanz das missed carbon sink potential addiert, das heißt nicht realisiertes CO2-Speicherpotenzial, mit der Begründung, dass landwirtschaftlich genutzte Flächen weit weniger CO2 aus der Atmosphäre binden als die natürliche Vegetation. Sie kamen zum Ergebnis, dass die indirekten Emissionen durch die Landnutzung zur Tierhaltung im Schnitt genauso groß seien wie alle übrigen Emissionen der Tierhaltung und damit wesentlich höher als durch die LCA angegeben. ⓘ

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