4.4 PUIS und ihre Eigenschaften: Ökologische Produktbewertung - Lebenszyklusbasierte Methoden

In der Gruppe der lebenszyklusbasierten Methoden werden neben der eigentlichen ISO 14040 konformen LCIA (Life-Cycle-Impact Assessment) auch andere üblicherweise mit Lebenszyklusbetrachtung verwendeten Bewertungsmethoden zusammengefasst.

Lebenszyklusanalyse (LCA) bezeichnet den aus dem Englischen stammenden Begriff Life Cycle Assessment, häufig auch als Life Cycle Analysis bezeichnet. Gemeint ist damit ein Werkzeug, welches die allgemeingültigen Rahmenbedingungen und Regeln zur Durchführung einer ökologischen Beurteilung auf Basis einer lebenszyklusweiten Sachbilanz liefert.

Erste Ansätze derartig ganzheitlicher Bewertungsmethoden stammen aus den frühen 80er Jahren, vor allem in der Schweiz (Müller-Wenk) und England (Boustead). Seit 1990 sind sie in der Sektion LCA der SETAC (Society of Environmental Toxicology and Chemistry) institutionalisiert und zusammengeführt. Die Arbeiten zahlreicher Arbeitsgruppen schufen Ansatzpunkte für Standardisierung und Normierung. Jüngste Aktivitäten sind die Gründung der Life-Cycle-Initiative von der SETAC gemeinsam mit der UNEP, sowie die verstärkte Integration von Risikoaspekten.

Kernpunkt derartig umfassender Ökobilanzen ist die Verfolgung der einzelnen Stadien des Produktes "von der Wiege bis zur Bahre". LCAs zeigen, ob Änderungen in einem einzelnen Produktionsschritt die Umweltbelastung des Gesamtprozesses wirklich verringern. Die Einführung neuer Schritte in einem Herstellungsprozess kann die Umweltbelastung "upstream" zu den primären Produzenten oder Energielieferanten verschieben, oder auf die Stufe der Weiterverarbeitung oder auf den Entsorgungsprozess verlagern.

4.4.1 Life Cycle Inventory

4.4.1.1 Kürzel, Synonyme

LCI

4.4.1.2 Beschreibung

Eine LCA ist ein dynamischer und vernetzter Prozess, der aus vier ineinander greifenden Phasen besteht:

• Ziel- und Untersuchungsumfangdefinition
• Sachbilanz
• Bewertung des Umwelteinflusses
• Interpretation der Resultate

Die eigentliche LCI umfasst davon vor allem die ersten beiden Schritte, aus denen eine Interpretation abgeleitet wird, aber keine Bewertung oder Zusammenführung der Ergebnisse erfolgt.

4.4.1.3 Wertgrundlage und Basisdimension

Nach der ISO 14040 ist LCA definiert als Technik zur Bewertung von Umweltaspekten und Umwelteinflüssen, die mit einem Produkt während seines gesamten Lebensweges verbunden sind. Dabei wird in der Regel aber keine regionale Zuordnung von Belastungen vorgenommen.

Es wird aus der Sachbilanz ein Belastungsprofil, sinnvoller Weise strukturiert nach Prozessen erstellt, das in einem nachfolgenden Schritt interpretiert wird. Es erfolgt aber keine zusammenführende Aggregierung.

Die Integration des Vorsorge- und Vorsichtsprinzips ist gering, da nur Belastungen, die von Produktionsketten ausgehen, ohne ihre regionalen Implikationen betrachtet werden.

4.4.1.4 Anwendungsbereiche und Eignung

Mit umfassenden Lebenszyklusanalysen lässt sich feststellen, welcher Teil eines industriellen Prozesses den größten Umwelteinfluss hat. Unterschiedliche Produktionsvarianten und ?technologien lassen sich quantitativ miteinander vergleichen. Behörden könnten Lebenszyklusanalysen fördern, indem sie Prozesse nicht nur anhand der entstehenden Abfallmenge oder Abfallart beurteilen.

Negativ wird bei LCAs häufig der relativ große Aufwand angeführt. Dem wird zunehmend durch die Anwendung vereinfachter (streamlined) LCAs begegnet.

4.4.1.5 Kommunikationseigenschaften

Durch das Profil aus vielen Einzeldaten sind die Kommunizierbarkeit und die Aussage für Entscheidungen gering. Die Ergebnisse eigenen sich allerdings sehr gut für direkte, fachspezifische Information, sowie auch als Ansatzpunkt für Produktverbesserungen.

4.4.1.6 Literatur, Links

• ISO 14040 Goal and Scope (1997)
• ISO 14041 Life Cycle Inventory Analysis (1998)
• EDV Tools (Beispiele)
• SIMAPRO; PRe Consultants, NL, http://www.pre.nl/
• GABI; PE-Europe, http://www.environmental-expert.com/software/pr_eng/form.htm
• UMBERTO, IFU Hamburg, www.umberto.de
• TEAM Ecobalance, www.ecobalance.com

4.4.2 Life-Cycle-Impact-Assessment, Wirkungsanalyse

4.4.2.1 Kürzel, Synonyme

LCIA

4.4.2.2 Beschreibung

Die aus der Sachbilanz, aber auch aus anderen Methoden wie der betrieblichen I/O-Analyse erhaltenen Belastungen auf den einzelnen Stufen der Produktion, können mit der Wirkungsanalyse in Gruppen gleicher Wirkung zusammengefasst werden. Die diesbezüglich wesentlichste Methode wurde von der CML in Leiden entwickelt und fand Aufnahme in die ISO 14042. Im Rahmen der Bewertung sind die folgenden Schritte möglich:

• Klassifizierung: Zuordnung der Belastungen
• Charakterisierung: Zusammenführung der einzelnen Belastungen innerhalb der Wirkungskategorien auf naturwissenschaftlicher Basis
• Normalisierung: Bezug zu Referenzwerten zur Darstellung der Bedeutung dieser Belastungen
• Bewertung: sie baut auf den Ergebnissen der vorangegangenen Schritte auf und erfolgt unter Interpretation der Ergebnisse in Richtung der Ziele der Studie. Dabei können Prioritäten gesetzt werden, die aber angegeben werden müssen.

Die Wirkungsanalyse nach CML ist keine aggregierende Methode, dh es erfolgt keine gegenseitige Gewichtung der einzelnen Wirkungskategorien, die Ergebnisse bleiben auf dem Niveau eines Wirkungs-Profils.

4.4.2.3 Wertgrundlage und Basisdimension

Für die ermittelten Umwelteinwirkungen erfolgt eine Aggregation der Belastungen nach ihren Wirkungen in Wirkungskategorien. Diese Aggregation kann meist auf Basis von naturwissenschaftlichen Grundlagen über das Verhalten dieses Stoffes in der Umwelt und in Bezug auf die jeweilige Umwelteinwirkung erfolgen (zB CO2-Äquivalent, dh Klimarelevanz von Stoffen im Vergleich zu CO2). Die Stoffe werden damit hinsichtlich ihres Problembeitrages klassifiziert, sie haben nicht für jede der angeführten Umweltbeeinflussungen die gleiche Relevanz. Derartige Wirkungsbereiche (Kategorien) sind:

• Rohstoffe (Resources)
• Klimarelevanz (Global Warming)
• Versauerung (Acidification)
• Ozonabbau (Ozone Depletion)
• Bodennahes Ozon (Ozone Formation)
• Eutrophierung (Nutrification)
• Biodiversität (Biodiversity)
• Ökotoxikologie (Ecotoxicology)
• Humantoxikologie (Human toxicology)

Insgesamt liegen etwa 10 Wirkungskategorien vor, in denen die Ergebnisse zusammengefasst und dargestellt werden können.

Die Integration des Vorsorgeprinzips ist nur gering, da nur die von Produktionsketten ausgehenden Belastungen, ohne ihre regionalen Implikationen betrachtet werden.

4.4.2.4 Anwendungsbereiche und Eignung

Sehr breite Anwendung speziell bei wissenschaftlichen Studien. Teilweise auch Anwendung bei betrieblichen I/O-Bilanzen um die Ergebnisse zusammenzuführen.

4.4.2.5 Kommunikationseigenschaften

Die Wirkungsanalyse ermöglicht eine anschauliche, wirkungsorientierte Zusammenfassung von Einzelbelastungen. Bei Bezug auf Referenzbelastungen (Normalisierung) vermittelt sie die Bedeutung der einzelnen Wirkungsbereiche, gewichtet diese aber nicht gegeneinander.

4.4.2.6 Literatur, Links

• ISO 14040 Goal and scope (1997)
• ISO 14041 Life Cycle Inventory Analysis (1998)
• ISO 14042 Life Cycle Impact Assessment (2000)
• ISO 14043 Life Cycle Interpretation (2000)
• Integrating Impact Assessment into LCA, SETAC Report 1994
• EDV Tools (Beispiele)
• SIMAPRO; PRe Consultants, NL, http://www.pre.nl/
• GABI; PE-Europe, http://www.environmental-expert.com/software/pr_eng/form.htm
• UMBERTO, IFU Hamburg, www.umberto.de
• TEAM; Ecobalance, www.ecobalance.com, http://www.netid.com/html/team.html

4.4.3 Methode der ökologischen Knappheit, Umweltbelastungspunkte

4.4.3.1 Kürzel, Synonyme

UBP, Stoffflussmethode, Methode der kritischen Flüsse, Ökopunkte, Ökofaktoren, Ecological Scarcity

4.4.3.2 Beschreibung

Diese Bewertungsmethode wurde in den 80er Jahren in der Schweiz entwickelt. Das Modell betrachtet das Verhältnis zwischen den gegenwärtigen Umweltbelastungen (aktuellen Flüssen) und den als kritisch erachteten Belastungen (kritischen Flüssen). Die Emissionen verschiedener Substanzen in Luft, Wasser und Boden sowie für den Verbrauch von Energie-Ressourcen werden dabei zu Umweltbelastungspunkten (UBP) zusammengefasst.

In Analogie dazu entsprechen die kritischen Luft- oder Wasservolumina jenen Mengen an Umweltmedium, denen die ausgetragene Stoffmenge noch zuträglich ist. Ebenfalls ein dazu vergleichbarer Ansatz ist das Konzept der sogenannten geogenen Flüsse, das sind die natürlich gegebenen Flüsse innerhalb einer Region, welche den anthropogenen Flüssen gegenübergestellt werden. Es verzichtet dabei auf eine Bewertung im Sinne einer Subsummierung der Wirkungen, die durch verschiedene Stoffe verursacht werden, sondern sucht nach stoffspezifischen Handlungsprioritäten.

4.4.3.3 Wertgrundlage und Basisdimension

Der Ansatz geht davon aus, dass die "Umwelt" in einer Region nicht unbegrenzt ist und stellt letztlich dem regional vorhandenen "Verdünnungspotential" die realen Stoffflüsse gegenüber.

Der gegenwärtige Fluss F (oder Belastung) geteilt durch den kritischen Fluss (Fk), welcher die maximale Belastungsgrenze des Ökosystems darstellt, ergibt die Ökologische Knappheit dieser Belastung. Mit Hilfe eines dimensionslosen Faktors berechnet sich der Öko-Faktor für einen Schadstoff. Die Umweltbelastungspunkte (UBP) ergeben sich aus dem Öko-Faktor multipliziert mit der Emissionsmenge. Werden für alle Emissionen Öko-Faktoren bestimmt, kann leicht eine Gesamt-Aggregation durch Addieren der UBP der verschiedenen Stoffe durchgeführt werden.

Die Festlegung der kritischen Flüsse ist der Kernpunkt dieser Methode. Meist kommen in der Praxis umweltpolitische Vorgaben zur Anwendung, demzufolge sind die kritischen Flüsse nur selten wissenschaftlich begründet, sie sollten aber Grundsätze des Vorsorgeprinzips beinhalten. In die Beurteilung gehen gesellschaftliche Wertevorstellungen insofern ein, als die Berechnung der kritischen Flüsse über Grenzwerte usw erfolgt. Nachteile können sich dort ergeben, wo natürliche Vorgänge völlig anders verlaufen als es der lineare Ökofaktor berücksichtigt.

4.4.3.4 Anwendungsbereiche und Eignung

Sind die kritischen Flüsse der bedeutendsten Schadstoffe bekannt, ist diese Methode recht einfach durchzuführen. Daher hat sie breite Anwendung in Unternehmen erfahren, vor allem auch als Auswertemethode für Ergebnisse von Sachbilanzen und Input/Output-Analysen von Betrieben.

4.4.3.5 Kommunikationseigenschaften

Die Methode der ökologischen Knappheit stellt eine der Möglichkeiten dar, die Bewertung transparent und nachvollziehbar nach einem einheitlichen Prinzip vorzunehmen.

4.4.3.6 Literatur, Links

• Braunschweig, A., R. Müller-Wenk (1993): Ökobilanzen für Betriebe. Verlag Paul Haupt, Bern.
• Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft (BUWAL) (Hg.) (1998): Bewertung in Ökobilanzen mit der Methode der ökologischen Knappheit. BUWAL-Schriftenreihe Umwelt Nr. 297: Ökobilanzen, Bern.
• Lutz, U, M. Nehls-Sahabandu (2001): Integriertes Produktmanagement, Teil Betriebliche ÖkobilanzenSymposion Verlag.
• Staber,W., M. Hofer (1999): Stoffstrommanagement nach IPPC. Grazer Umweltamt.
• Staber, W., M. Hofer (1999): Bewertung von Umweltauswirkungen im Rahmen der EMAS, der ISO 14001 und der IPCC: Ökopunkte Österreich, Schriftenreihe des Instituts für Entsorgungs- und Deponietechnik, Montanuniversität Leoben.
• Bundesministerium für Umwelt, Jugend und Familie (1999): Ökobilanzen in Unternehmen, Anpassung der ÖBU-Methode auf österreichische Verhältnisse. Schriftenreihe des BMUJF Band 23.

4.4.4 Kritische Volumina

4.4.4.1 Kürzel, Synonyme

krV

4.4.4.2 Beschreibung

Die Methode wurde am BUWAL (CH) für die aggregierende Auswertung von Umweltbelastungsdaten entwickelt. Dabei wird die Umwelt, die es zu schützen gilt, in die drei Kompartimente Luft, Wasser, Boden aufgeteilt. Pro Schadstoff wird errechnet, welches Volumen pro Umweltmedium bis zum Grenzwert belastet wird. Durch Summieren erhält man den aggregierten Wert je Umweltmedium.

Das Ergebnis sind die kritischen Volumina für Luft (m3), Wasser (l) und Boden (kg). Sie sind insofern nur theoretisch, als das Medium rechnerisch nur mit einem Schadstoff belastet wird. Eine Vollaggregation ist nach Jolliet (1993) mit Hilfe sogenannter Mischvolumina möglich.

4.4.4.3 Wertgrundlage und Basisdimension

Das Konzept der kritischen Belastungen geht von den Überlegungen aus, dass eine Naturressource, ein Umweltmedium (Luft, Wasser und Boden) bis zu einem definierten, gesetzlichen oder nach wissenschaftlichen Erkenntnissen bestimmten Grenzwert mit einem Schadstoff belastet werden kann, ohne dass sein Regenerationspotential bzw seine Aufnahmefähigkeit dauerhaft geschädigt wird.

Für die Emissionen von Schadstoffen werden mit Hilfe des jeweiligen Grenzwertes die notwendigen Aufnahmemengen (Verdünnungsmengen) errechnet und innerhalb eines Mediums zu einem Gesamtvolumen addiert. Dieses Gesamtvolumen stellt das kritische Volumen dar.

Jeder Einzelanteil Luft, Liter Wasser und Kilogramm Boden wird bei diesem Vorgehen nur mit einem einzigen Schadstoff belastet. Wechselwirkungen zwischen einzelnen Schadstoffen werden dadurch überbewertet. Andererseits ergeben sich daraus erhöhte Sicherheiten. Problematisch erscheint speziell bei Vorsorgebetrachtungen das Fehlen von wesentlichen Bereichen, wie Ressourcenverbräuche, Strahlung, Lärm und Treibhauswirkung.

Es handelt sich bei den kritischen Volumina daher um reine Rechengrößen, die keine wissenschaftlichen bzw physikalischen Sachverhalte verkörpern. Darüber hinaus ist die Festlegung der Grenzwerte problematisch, da diese das Ergebnis politischer Abwägungen sind. Sie weichen international zum Teil erheblich voneinander ab. Eine weltweit einheitliche Bewertung der Emission ist somit nicht möglich.

4.4.4.4 Anwendungsbereiche und Eignung

Die Methode wurde aufgrund ihrer Einfachheit und Logik von vielen Anwendern unter deren Namen, allerdings mit teilweise deutlichen Modifikationen verwendet. Am besten geeignet erwies sich die Methode nach BUWAL.

4.4.4.5 Kommunikationseigenschaften

Das Ergebnis ist relativ anschaulich, allerdings fehlen bei der Bewertung sowohl bei der "erweiterten Methode" als auch bei der "klassischen Methode" wesentliche Belastungen.

4.4.4.6 Literatur, Links

Börning, J. (1994): Methoden betrieblicher Ökobilanzierung. Metropolis, Marburg.

4.4.5 Environmental Priority Strategies

4.4.5.1 Kürzel, Synonyme

EPS

4.4.5.2 Beschreibung

Das in Schweden für den Produktentwicklungsprozess entwickelte EPS-Modell erfasst die Auswirkungen auf die Schutzgüter "Menschliche Gesundheit", "Biodiversität", "Produktionskapazität des Ökosystems", "abiotische Ressourcen" und "ästhetische Werte". Es drückt diese als monetarisierte Werte von Marktpreisen, der "willingness to pay" (zB für die Erhaltung von Arten oder Naturräumen), sowie der Kosten für eine nachhaltige Nutzung von Energie und Ressourcen aus.

Bei der Quantifizierung werden zum Teil auch analoge Ansätze wie bei der Wirkungsanalyse (CML Methode) verwendet, danach folgt jedoch eine Umrechnung in Kosten.

4.4.5.3 Wertgrundlage und Basisdimension

Die Auswirkungen auf Schutzgüter werden mit Marktpreisen erfasst. Bei der Vollaggregation erhält man Umweltbelastungseinheiten (ELUs), die dem Wert eines Euros entsprechen. Das Vorsorgeprinzip ist über die einzelnen Schutzgüter enthalten.

4.4.5.4 Anwendungsbereiche und Eignung

Prinzipiell ist die Methode erweiterbar und bringt neuere wissenschaftliche Erkenntnisse mit ein. Es ist eine geringe Objektivität gegeben, da es nur wenige methodische Bausteine gibt und gesellschaftlichen Wertvorstellungen viel Platz eingeräumt wird. Weiterhin ist für ausreichende Praktikabilität – wie bei den meisten Ökobilanzierungsmethoden – EDV-Unterstüzung hilfreich.

4.4.5.5 Kommunikationseigenschaften

sehr anschaulich, bei Aggregation aber geringer Informationsgehalt des Ergebnisses

4.4.5.6 Literatur, Links

• Chalmers University of Technology, Technical Environmental Planning, Centre for Environmental Assessment of Products and Material Systems.
• Bengt, S. (1999): A systematic approach to environmental strategies in product development (EPS). Version 2000 - General system characteristics. CPM report 1999:4.
• Bengt, S. (1999): A systematic approach to environmental strategies in product development (EPS). Version 2000 - Models and data of the default methods. CPM report 1999:5.

4.4.6 Eco-Indicator

4.4.6.1 Kürzel, Synonyme

Eco-Indicator 95/99

4.4.6.2 Beschreibung

Der Eco-Indicator wurde in den Niederlanden von PRe Consultants für DesignerInnen und ProduktmanagerInnen entwickelt. Schadstoffemissionen werden Wirkungskategorien (nach ISO 14040 ff) zugewiesen und mittels Division durch das durchschnittliche europäische Gesamtwirkungspotenzial normiert. Die Umwelteffekte werden den sog. Schadenskategorien:

• Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit
• Qualität des Ökosystems
• fossile und mineralische Ressourcen

zugeordnet.

4.4.6.3 Wertgrundlage und Basisdimension

Die Wertgrundlage des Ecoindicator 99 basiert auf Schadenshäufigkeiten (Damage Oriented Impact Assessment) anstelle des bisherigen "Distance-to-target" Konzepts (in EcoIndicator95). Ausgehend von der Sachbilanz erfolgt die CML-analoge Zusammenfassung der Belastungen in Wirkungsbereichen, (Exposure and Effect Analysis) welche anschließend Schadenskategorien zugeordnet werden. Die Zusammenführung innerhalb dieser Schadenskategorien "Gesundheit", "Ökosystemqualität" und "Ressourcen" erfolgt schadensorientiert (Damage Analysis). Nunmehr wurden auch Wirkungskategorien für Ionisierende Strahlung, Karzinogene, Landverbrauch, Fossile und Mineralische Ressourcen und Globale Erwärmung eingeführt.

Die letztliche Aggregierung der Schadenskategorien erfolgt auf Grund der Ergebnisse eines ExpertInnen-Panels, bei dem "Gesundheit" und "Ökosystemqualität" gleiche Gewichtung erhielten, während "Ressourcen" etwa als halb so bedeutend eingeschätzt wurde.

Basisdimension der Bewertung sind sogenannte Ökopunkte, welche auf Schadenshäufigkeiten beruhen. Durch die Betrachtung der Schadenshäufigkeiten und die Einbeziehung der Werthaltungen ist das Vorsorgeprinzip enthalten. Bei der Methode werden grundsätzlich drei Modelle verwendet:

• Technosphärenmodell bei der Sachbilanz
• Ecosphärenmodell mit Schadenshäufigkeiten beim Impact Assessment
• ein Wertungsmodell für die Aggregation der Schadenskategorien

Das Ergebnis (Damage Score) kann sowohl für die drei Kategorien einzeln angegeben als auch aggregiert werden.

4.4.6.4 Anwendungsbereiche und Eignung

Die Methode wurde mit dem Ecoindicator 95 erstmals dem Fachpublikum vorgestellt. Sie ist heute ebenso wie die Methode der ökologischen Knappheit eine der wenigen "Life Cycle Assessment"-Methoden, die ein vollaggregiertes Resultat liefern; d.h. die Methode beinhaltet die gesamte Agggregation der Ergebnisse über alle Umwelteinwirkungen.

4.4.6.5 Kommunikationseigenschaften

Da die Wahl zwischen dem Totalaggregat und Einzelwerten für die drei Schadenskategorien besteht, ist das Ergebnis flexibel wählbar. Die Basiseinheit ist im Grunde anschaulich, durch seine Komplexität in seiner Aussage allerdings nicht wirklich verständlich.

4.4.6.6 Literatur, Links

• Eco-indicator 99 Methodology report, PRe Consultants, download under www.pre.nl
• Goedkoop, M. (1995): The Eco-Indicator 95. Amersfoort, NL.
• ECO-it, PRe Consultants, NL.
• SIMAPRO; PRe Consultants, NL, http://www.pre.nl/