Life Cycle Assessment - kit.edu · LCA, LCC, Potentialabschätzungen, Ressourcenanalysen, Lernkurven, thermodynamische Modelle Ziele: - Identifikation der Nachhaltigkeitspotenziale

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)

www.kit.edu

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


3 24.03.2010

Der Lebenszyklus von Produkten –die Marketing-Perspektive


4 24.03.2010

Der Lebenszyklus von Produkten –die Stoffstromperspektive

Entsorgung von Abfällen in der Natur

Rohstoffentnahme aus der Natur

Recycling

Herstellung Nutzung

Technosphäre


5 24.03.2010

"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


6 24.03.2010

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


7 24.03.2010

Überblick





8 24.03.2010

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


9 24.03.2010

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


10 24.03.2010

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


12 24.03.2010

Modellierung

Ausschnitt umberto®-Stoffstromnetz zur Produktion von PLA-Trinkbechern: Herstellung von Maisstärke


13 24.03.2010

Ergebnis: PLA-Becher


14 24.03.2010

Ergebnis: PS-Becher


15 24.03.2010

Vergleich PLA-/PS-Becher


16 24.03.2010

Überblick





17 24.03.2010

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


18 24.03.2010

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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0,000

0,200

0,400

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1,400

1,600

Ver

gase

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Mix

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n g [m

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


20 24.03.2010

Beispiel: Energetischen Effizienz von Vakuum-Isolationspaneelen

0

1

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Lebensdauer in Jahren

Ern

tefa

ktor

GEDTWDVS

Erntefaktoren-Vergleich (Bezug: Kumulierter Energieaufwand) GEDT-Element mit Vakuumdämmung EPS-Wärmedämmverbundsystems (WDVS)


21 24.03.2010

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)


22 24.03.2010

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


23 24.03.2010

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


24 24.03.2010

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

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