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KIT – University of the State of Baden-Württemberg andNational Large-scale Research Center of the Helmholtz Association
Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse –Zentralabteilung Technikbedingte Stoffströme (ITAS-ZTS)
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Life Cycle AssessmentProf. Dr. Liselotte SchebekDr. Andreas Patyk
Prof. Dr. Liselotte Schebek, ITAS-ZTS Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse –Zentralabteilung Technikbedingte Stoffströme (ITAS-ZTS)
2 24.03.2010
Überblick
Der Lebenszyklus von Produkten
Life Cycle Assessment (LCA)
LCA in der Technologieentwicklung: ITAS-ZTS-Projekte
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3 24.03.2010
Der Lebenszyklus von Produkten –die Marketing-Perspektive
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Der Lebenszyklus von Produkten –die Stoffstromperspektive
Entsorgung von Abfällen in der Natur
Rohstoffentnahme aus der Natur
Recycling
Herstellung Nutzung
Technosphäre
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"Life Cycle Thinking" (LCT)
Lebenszyklusansatz in ...Integrierter ProduktpolitikRessourcenpolitikChemikalienpolitikTechnologiepolitikNachhaltiges Bauen
"Life cycle thinking implies that everyone in the whole chain of a product's life cycle, from cradle to grave, has a responsibilityand a role to play, taking into account all the relevant external effects."
Klaus Toepfer
ExecutiveDirector
UNEP
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LCT-Umsetzung
Randbedingung Globalisierung der Produktion und des gesamten Lebenszyklus' Herstellung –Nutzung – Entsorgung i.S. von weltweiter Verteilung lokaler Einzelprozesse Globalisierung von Wirkungen i.S. von
weltweit verteilten lokalen und regionalen Wirkungen lokaler Einzelprozesse und per se globaler Wirkungen (z.B. Klimawandel)
Instrumente zur
quantitativen Beschreibung von Ursachen-Wirkungszusammenhängen zwischen lokalen Handlungen und globalen (Umwelt)Wirkungen
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Überblick
Der Lebenszyklus von Produkten
Life Cycle Assessment (LCA)
LCA in der Technologieentwicklung: ITAS-ZTS-Projekte
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Methode: Life Cycle Assessment
LCAs (Ökobilanzen) sind Zusammenstellungen und Interpretationen
der In- und Outputflüsse und potentiellen Umweltwirkungen eines Produktsystemsentlang seines gesamten Lebensweges.
Norm-LCA DIN EN ISO 14040/14044
Festlegung des Ziels und desUntersuchungsrahmens
Wirkungsabschätzung
Sachbilanz Auswertung
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ModuleSystemgrenze
Gewinnung
Produktflüsse Referenzflüsse Produktflüsse(z.B. Vorketten) (primäre & sekundäre Vorstoffe) (z.B. Koppelprodukte)
Aufbereitung
Referenzfluß(Zwischenprodukt)
VerarbeitungElementarflüsse Elementarflüsse
(z.B. Wasser) funkt. Einheit (z. B. Luftemission)(Produkt)
Nutzung Recycling
Entsorgung
Sachbilanz: Prozesskettenmodell, Quantifizierung
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Herstellung eines funktionalen Zusammenhangs zwischen
• den Daten der Sachbilanz und
• den Umweltauswirkungen
CH4
CO2
SO2
NH3
NOx
Kohle...
Sachbilanz Wirkungskategorien
Ressourcenverbrauch
Klimaänderung
Versauerung
...
Wirkungsindikator
Verstärkung der Infrarotstrahlung (W/m2)
Freisetzung von Protonen (H+ aq)
...
CharakterisierungKlassifizierung
Ressourcen
Menschliche Gesundheit
Ökosystem
Wirkungsendpunkt
...
Wirkungsabschätzung
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Beispiel: vergleichende LCA PLA- vs. PS-Trinkbecher
Quelle: Nutzungsmöglichkeiten nachwachsender Rohstoffe: ökobilanzieller Vergleich ausgewählter ProdukteS. Ehrenberger, Diplomarbeit, Karlsruhe 2006
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Modellierung
Ausschnitt umberto®-Stoffstromnetz zur Produktion von PLA-Trinkbechern: Herstellung von Maisstärke
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Ergebnis: PLA-Becher
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Ergebnis: PS-Becher
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Vergleich PLA-/PS-Becher
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Überblick
Der Lebenszyklus von Produkten
Life Cycle Assessment (LCA)
LCA in der Technologieentwicklung: ITAS-ZTS-Projekte
Prof. Dr. Liselotte Schebek, ITAS-ZTS Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse –Zentralabteilung Technikbedingte Stoffströme (ITAS-ZTS)
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Projekte KIT-interne Kooperationen
Biomassevergasung in überkritischem Wasser (SCWG; ITC-CPV) Heißgasreinigung (ITC-TAB/-CPV) Pyrolyse von Elektronikschrott (ITC-TAB) FRANKA (ITC/IHM) MVT-GTL (IMVT)Algen-Photo-Bio-Wasserstoff (BLT, EBI + externe)
Externe Kooperationen Beschichtungsverfahren (PVD, Nanokeramik für Energieprozesse)Carbon Nanotubes und Carbon Nanotube-Papier (Bucky Paper) Geopolymere Thermoelektrik
Methoden: LCA, LCC, Exergieanalyse, Potentialabschätzungen, Ressourcenanalysen, Lernkurven, thermodynamische Modelle
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Beispiel: Umsetzung von Biomasse in überkrit. Wasser (SCWG)
Systemrahmen und Prozesse
Identifizierung der relevanten Lebenswegabschnitte für unterschiedliche Wirkungskategorien
Gasafi/Meyer/Schebek: Using LCA in Process Design. Journal of Industrial Ecology
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Pts/
s]Y_k (mPts/s]B_D (mPts/s)
Beispiel: Exergoökologische Analyse
Problem: Trade-Off zwischen der Erhöhung der thermodynamischen Effizienz von Energiewandlungsprozessen und negativen Umwelteffekten durch erhöhten Materialaufwand für die Anlagentechnik
Lösungsansatz Exergoökologische Analyse:Kopplung von Exergieanalyse und Life Cycle Assessment (LCA)
Ergebnis:Anteile von thermodynamischen Ineffizienzen (orange) und Materialien(grün) an den Umweltwirkungen auf Komponentenebene
Beispiel:Gaserzeugung aus Biomasse + Verstromung in SOFC
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Beispiel: Energetischen Effizienz von Vakuum-Isolationspaneelen
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Lebensdauer in Jahren
Ern
tefa
ktor
GEDTWDVS
Erntefaktoren-Vergleich (Bezug: Kumulierter Energieaufwand) GEDT-Element mit Vakuumdämmung EPS-Wärmedämmverbundsystems (WDVS)
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Helmholtz-Programm TIG Technologie, Innovation und Gesellschaft
Laufzeit: 2010 – 2014
Unterprogramm (Topic): Effiziente Energieumwandlung und Nutzung
Themen (Sub-Topics) :
Zukünftige Kraftwerke für fossile und Mix-Brennstoffe (ITC-TAB)Neue Querschnittstechnologien (extern) Energieeffiziente industrielle Prozesse (IMVT) Technologien für Energieeffizienz im Bausektor (IAI)
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Systemanalyse zu Energieeffizienten Technologien
Forschungsfragen:
Lebenszyklusbetrachtungen z.B. Netto-Reduktionen von Treibhausgasenz.B. Life Cycle Costs
Zielkonflikte z.B. Wirtschaft - Umwelt z.B. Energie - Materialressourcen
Systemintegrationz.B. Konkurrenztechnologienz.B. Interaktion mit der Makroökonomie
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Beiträge der Mikroverfahrenstechnik zu nachhaltiger Energieversorgung und -nutzung Dissertation Eva Zschieschang
Laufzeit: 06.2009 - 05.2012 Partner: KIT IMVT
Technischer Gegenstand:GTL-Produktion (FT) mit MVT; versch. Anlagengrößen und Systemeinbin-dungen, u.a. Off-Shore; zum Vergleich: GTL-Produktion mit konv. Technik
Methodenentwicklung:social LCA; Indikatorenentwicklung; Integration in LCA und LCC
Methoden:LCA, LCC, Potentialabschätzungen, Ressourcenanalysen, Lernkurven, thermodynamische Modelle
Ziele:- Identifikation der Nachhaltigkeitspotenziale - Umwelt- und sozio-ökonomische Optimierung der untersuchten Anwendungen - Identifikation optimaler Einsatzfelder - sLCA-Methodik
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HydroMicPro - Wasserstoff aus Mikroalgen: mit Zell- und Reaktordesign zur wirtschaftlichen Produktion" (BMBF) Teilprojekt "Nachhaltigkeitsbewertung und -optimierung"
Dissertation Annika Weiss
Laufzeit: Projekt 10.2009 - 09.2012; Diss. 04.2010 - 03.2013 Partner: KIT BLT und EBI, weitere externe
Technischer Gegenstand:mikrostrukturierte Photobioreaktoren; Algenbiomasseaufbereitung; H2-Abtrennung; versch. Anlagengrößen und Systemeinbindungen; Konkurrenztechnologien (Ressourcen, Funktion)
Methoden:LCA, LCC, sLCA, Potentialabschätzungen, Ressourcenanalysen, Lernkurven,
Ziele:- Identifikation der Nachhaltigkeitspotenziale - Umwelt- und sozio-ökonomische Optimierung der untersuchten Technik - Identifikation optimaler Einsatzfelder