Life Cycle Assessment als Werkzeug einer ökologisch orientierten Produktentwicklung

Diplomarbeit von Clemens Möltner

Einleitung:

Vor dem Hintergrund der derzeitigen öffentlichen und politischen Debatte über Nachhaltigkeit und umweltbezogene Themen wie den Klimawandel, Ressourcenknappheit und das Artensterben wird der Ruf nach der Entwicklung ökologischer Produkte1, immer lauter. Doch stellt sich in der Praxis die Frage: Wann ist ein Produkt eigentlich ökologisch?

Der Begriff des ökologischen Produktes kann aus unterschiedlichen Gesichtspunkten beschrieben werden: So kann beispielsweise argumentiert werden, dass ein Produkt ökologisch ist, wenn die Erzeugung und Bereitstellung des Produktes keine umweltrelevanten Auswirkungen verursacht, das Produkt in der Nutzungsphase energieeffizient ist und keine gefährlichen Stoffe emittiert, das Produkt auf umweltfreundliche Weise entsorgt werden kann.

Diese verschiedenen Ansichten stehen oft in Konflikt zueinander. Die Entwicklung von Produkten, die in allen Bereichen aus ökologischer Sicht sinnvoll sind, erfordert Kompromisse. Es müssen ausgetretene Pfade verlassen werden, um innovative Wege einzuschlagen. Für Produktneuentwicklungen oder ökologische Verbesserungen von Produkten sind ganzheitliche Konzepte gefordert, die das Produkt bereits in der Entwicklungsphase über dessen gesamten Lebensweg, also von der Wiege bis zur Bahre (Gradle to Grave), unter ökologischen Aspekten durchleuchten.

Die vorliegende Diplomarbeit hat zum Ziel, ein solches Instrument, die Methode der Ökobilanz bzw. des Life Cycle Assessments (LCA), vorzustellen, dieses auf seine praktische Tauglichkeit für eine Verwendung in der unternehmerischen Produktentwicklung zu überprüfen und die dadurch entstehenden Potenziale aufzuzeigen.

Aus der beschriebenen Zielsetzung lassen sich folgende Forschungsfragen formulieren die im Rahmen dieser Arbeit beantwortet werden:

(1) Ist das Life Cycle Assessment ein geeignetes Instrument um eine öko-logische Produktentwicklung in der unternehmerischen Praxis zu verwirklichen?

(2) Welche Rolle kann das Life Cycle Assessment in einer ökologie-orientierten Produktentwicklung einnehmen?

(3) Wie kann das Life Cycle Assessment organisatorisch verankert werden?

(4) Welchen Nutzen bietet die Anwendung von Life Cycle Assessments in der Produktentwicklung aus Sicht des Unternehmens?

(5) Welche Verbesserungspotenziale gibt es, um die Anwendung von Life Cycle Assessments in der Produktentwicklung zu erleichtern?

Um ein breites Verständnis für die Thematik zu schaffen und in weiterer Folge auf die Hauptforschungsfragen Antworten erlangen zu können, werden im Rahmen der Arbeit folgende Unterfragen erörtert: Worin besteht die Problematik des Wirtschaftsgeschehens aus öko-logischer Sicht? Welche Lösungsansätze gibt es? Was versteht man unter Life Cycle Assessment? Wie funktioniert die Methode des Life Cycle Assessments?

Gang der Untersuchung:

Basis dieser Arbeit bildet eine umfangreiche, zielgerichtete Recherche von vorhandener Literatur. Der praktische Teil besteht aus qualitativen Interviews mit ausgewählten Experten aus Wissenschaft und Industrie. Die Grundstruktur der Arbeit entsteht durch eine Gliederung in drei Hauptteile mit jeweils klar definierten Zielsetzungen: Teil I: Die Notwendigkeit ökologieorientierter Lebenswegbetrachtungen: Am Beginn dieses Teil I wird die Problemstellung verdeutlicht. So wird vorerst aufgezeigt, dass mit wirtschaftlichen Aktivitäten auch unerwünschte Effekte einhergehen können. In weiterer Folge wird die Sichtweise der traditionellen Betriebswirtschaftslehre untersucht und, vor dem Hintergrund der unerwünschten Effekte, deren Mängel verdeutlicht. Es wird ein dringender Handlungsbedarf aufgezeigt - also die Notwendigkeit ökologieorientierter Lebenswegbetrachtungen.

Weiters findet in diesem Teil I die Betrachtung der Ausgangssituation zu dieser Untersuchung statt. Es wird der Lösungsansatz einer ökologieorientierten Sichtweise geschildert und es werden bereits entwickelte Konzepte und Instrumente vorgestellt. Vorerst wird dabei der Betrachtungsschwerpunkt auf das Prinzip einer umweltgerechten Produktentwicklung gelegt, um anschließend einen Überblick über bereits bestehende Konzepte und konkrete Instrumente zu geben.

Ziele Teil I: Allgemeine Sensibilisierung für die Problematik, Erläutern des Missstands der traditionellen Sichtweise und Ableitung eines Handlungsbedarfs, Vorstellen bestehender Lösungsansätze (State-of-the-Art) Teil II: Das Instrument ‚Life Cycle Assessment': Im Teil II wird auf das konkrete Instrument des Life Cycle Assessments eingegangen. Ziel ist es, ein grundsätzliches Verständnis zum Begriff ‚Life Cycle Assessment' zu bilden. Dazu wird vorerst Klarheit über in diesem Zusammenhang gängige Begriffe geschaffen. Darauf folgend wird die Methodik der ökologischen Bilanzierung in ihren Grundzügen dargestellt. Es ist allerdings festzuhalten, dass es sich hierbei in keiner Weise um einen vollständigen Leitfaden zur Erstellung eines LCAs handelt. Diesen Zweck erfüllen bereits eine Norm sowie im Handel erhältliche Fachliteratur.

Neben dem Schaffen des notwendigen Verständnisses für das Werkzeug der Ökobilanz, werden mögliche Anwendungsfelder des Instrumentes aufgezeigt, wobei hier noch nicht auf konkrete Anwendungen in der unternehmerischen Produktentwicklung eingegangen wird, da dies eine zentrale Thematik des Teil III bilden wird.

Zur Illustration der Durchführung eines LCAs werden in diesem Teil II neben der theoretischen Darstellung einige Sachverhalte auch anhand einer Fallstudie praktisch veranschaulicht. Bei dieser Fallstudie handelt es sich um ein Projekt an der Technischen Universität Wien an dem parallel zur Entstehung dieser theoretischen Abhandlung maßgeblich mitgearbeitet wurde. Thematik ist dabei eine Ökobilanz-Studie, mit deren Durchführung das Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Kraftfahrzeugbau im Rahmen eines umfangreichen Forschungsprojektes betraut wurde. Zentrales Analyseobjekt ist dabei ein synthetischer Diesel-Kraftstoff, BTL (Biomass to Liquid), der zur zweiten Generation von Biokraftstoffen zählt. Dieser wurde aus ökologischen Gesichtspunkten bewertet und dem konventionellen fossilen Diesel-Kraftstoff gegenübergestellt.

Ziele Teil II: Schaffen eines grundlegenden Verständnisses für das Instrument Life Cycle Assessment, Vorstellen möglicher Anwendungsbereiche, Illustration der Vorgehensweise zur Erstellung eines LCAs Teil III: LCA als Werkzeug einer umweltorientierten Produktentwicklung: In diesem Teil III wird das Augenmerk auf ein spezielles Anwendungsgebiet gelegt: Die umweltorientierte Produktentwicklung. Zentral dabei sind die Fragen nach den praktischen Gestaltungsmöglichkeiten einer Integration des LCAs in die Produktentwicklung, nach dem Nutzen, der durch eine Integration für das Unternehmen entstehen kann und nach notwendigen Verbesserungen am Instrument des LCAs für eine erleichterte Integration. Durch theoretische Untersuchungen zur möglichen Rolle des LCAs in der Produktentwicklung und der möglichen Gestaltung einer organisatorischen Verankerung der Methode werden Thesen entwickelt.

In einer anschließenden empirischen Erhebung werden im Rahmen von Interviews Expertenmeinungen aus Industrie und Wissenschaft gesammelt, mit dem Ziel, die entwickelten Thesen zu überprüfen. Anhand der daraus gewonnenen Erkenntnisse werden die Thesen weiterentwickelt bzw. präzisiert.

Ziele Teil III: Darstellung einer möglichen Rolle des LCAs als Bestandteil einer umweltorientierten Produktentwicklung. Darstellung von Möglichkeiten zur organisatorischen Einbindung, Schaffung eines Bewusstseins über den Nutzen von LCAs in der Produktentwicklung, Aufzeigen von notwendigen Verbesserungen des Instrumentes hinsichtlich der Anwendung in der Produktentwicklung Schlussbetrachtungen: Im abschließenden Abschnitt dieser Diplomarbeit werden die Folgerungen aus den Darlegungen der drei Teile gebündelt, um die eingangs formulierten Hauptforschungsfragen zu beantworten.

Inhaltsverzeichnis:

Textprobe:

Kapitel II.3.4, Auswertung: In der abschließenden Phase eines Life Cycle Assessments erfolgt die Auswertung und Verarbeitung der Ergebnisse zu einem Gesamturteil. Dieses umfasst folgende Bestandteile: Identifizierung signifikanter Parameter; Prüfung auf Vollständigkeit und Konsistenz; Sensitivitäts- und Unsicherheitsanalysen; Schlussfolgerungen, Einschränkungen und Empfehlungen; Signifikante Parameter sind Beiträge, die bedeutsamen Einfluss auf die gesamten Umweltwirkungen eines Produktsystems haben. Es kann sich dabei um Aktivitäten, Prozesse, Materialien, Komponenten oder ganze Lebenswegabschnitte handeln. Eine mögliche Methode zur Identifizierung der signifikanten Parameter besteht in der Berechnung relativer Beitragswerte. So können Aussagen darüber getroffen werden, welchen prozentualen Beitrag bestimmte Prozesse des Produktlebensweges an der Gesamtauswirkung des Systems auf die Klimaänderung hat.

Die Vollständigkeitsprüfung soll sicherstellen, dass alle relevanten, dem Untersuchungsziel entsprechenden Prozesse des Produktsystems vollständig erfasst wurden. Hier wird beispielsweise mit einfachen Checklisten gearbeitet, in denen alle Einzelprozesse aufgelistet werden, deren Vollständigkeit bewertet wird und ggf. notwendige Tätigkeiten zur Vervollständigung beschrieben werden. Die Kontrolle, ob Methoden, Verfahren und Annahmen für das gesamte LCA konsequent gleichartig angewandt wurden, wird ‚Konsistenzprüfung’ genannt.

Anhand von Sensitivitätsanalysen kann eine Einschätzung der Zuverlässigkeit der LCA-Ergebnisse erfolgen. Dabei wird der Einfluss verschiedener möglicher Unsicherheiten ermittelt, wie beispielsweise Unsicherheiten in den Daten, den Allokationsverfahren oder in der Berechnung der Wirkungsindikatoren. Oft werden die Unsicherheiten anhand von Bandbreiten oder anhand der Darstellung von Gut- und Schlecht-Szenarios veranschaulicht.

In einem abschließenden Bericht werden Schlussfolgerungen, Einschränkungen und Empfehlungen für die angesprochene Zielgruppe formuliert. Auch die Daten, Methoden und Annahmen, die zu den Ergebnissen führen, müssen transparent und mit ausreichender Ausführlichkeit geschildert werden. Zu beachten ist, dass der eigentliche Entscheidungsprozess nicht Bestandteil eines LCAs ist. Vielmehr ist die Methode als Werkzeug zur Entscheidungsunterstützung zu sehen, da hauptsächlich globale ökologische Gesichtspunkte fokussiert werden und ökonomische, soziale sowie lokale ökologische Belange im allgemeinen außerhalb der Betrachtung stehen. Aus diesem Grunde kann das LCA nicht als alleiniges Entscheidungswerkzeug verwendet werden.

Als optionaler Bestandteil der Auswertungsphase kann das ‚kritische Review’ gesehen werden. Dies stellt eine kritische Prüfung der gesamten Studie durch interessierte Kreise, sowie interne oder externe Sachverständige dar, die das Ziel verfolgt, die Akzeptanz der Studienergebnisse zu erhöhen. Laut Norm ist diese Überprüfung dann zwingend durchzuführen, wenn die Ergebnisse für eine Veröffentlichung vergleichender Aussagen vorgesehen sind.

Kapitel II.4, Vereinfachung von LCAs: Wie die vorangegangene Darstellung des Instrumentes erahnen lässt, ist der Aufwand zur Erstellung eines LCAs beträchtlich. Besonders angesichts der immer schneller wechselnden Marktbedingungen, den damit einhergehenden kürzer werdenden Produkt-Marktzyklen und damit auch verkürzten Entwicklungszeiten, sind für Unternehmen kostengünstige und rasch anzuwendende Werkzeuge zur Entscheidungsunterstützung gefordert, die trotzdem eine hohe Akzeptanz erzielen. Aus diesem Grunde wurden Wege zur Vereinfachung von LCAs entwickelt. Eine Vereinfachung kann erzielt werden durch: Verkürzung des LCAs, Verwendung generischer Daten, Unterstützung durch LCA-Software; Kapitel II.4.1.1, Verkürzung von LCAs: Vollständige LCAs, also Analysen, bei denen alle Flüsse und Prozesse des Produktsystems komplett erfasst werden, erreichen zwar eine sehr hohe Aussagesicherheit, sind jedoch mit erheblichem finanziellen und zeitlichen Aufwand verbunden. Dem stehen verkürzte LCAs gegenüber, bei denen im allgemeinen eine Abkürzung des aufwändigsten Teils, der Erstellung der Sachbilanz, erfolgt.

Die Methoden zur Verkürzung von LCAs haben gemein, dass sie Teile des Produktsystems von der Betrachtung ausschließen. Durch die, mit einer solchen Verkürzung im allgemeinen einhergehenden Verringerung der Aussagesicherheit entsteht ein Zielkonflikt. Es gilt, einen Kompromiss zu finden, der bei vertretbarem Aufwand eine ausreichende Aussagesicherheit zulässt. Da die notwendige Aussagesicherheit auch vom Zweck der Studie abhängt, muss für die jeweilige Entscheidungsunterstützung ein optimales Verhältnis von Aufwand und Nutzen gefunden werden. Im Folgenden werden übliche Verkürzungsansätze vorgestellt:

Abschneiden von Lebenswegabschnitten (Restriktive LCAs); Ausblenden von Umweltwirkungen (Screening LCAs); Hybridvereinfachung von LCAs; Bei Restriktiven LCAs besteht die Vereinfachung in einer Elimination von Prozessen und mit diesen zusammenhängenden Stoff- und Energieströmen in der Lebenswegmodellierung. Die Erstellung solcher restriktiver LCAs erfolgt nach verschiedenen Verfahren, welche nach unterschiedlichen Kriterien eine Auswahl der auszugrenzenden Prozesse treffen. Untersuchungen zu den verschiedenen restriktiven Verfahren haben allerdings gezeigt, dass die ungeprüfte Ausgrenzung von Teilen des Produktsystems die Richtigkeit der Ergebnisse gefährdet.

Auch der Ausschluss von Stoff- oder Energieflüssen aus der Betrachtung bzw. eine Konzentration auf bestimmte Flüsse führt zu einer Vereinfachung. Man spricht in diesem Fall von Screening LCAs. Prinzipiell werden bei diesem Verfahren alle Prozesse des Produktsystems abgebildet, doch werden dabei nicht alle Massen- und Energieströme betrachtet. Als Beispiel für ein Screening LCA sei hier die Methode des ‚Kumulierten Energieaufwandes’ (KEA) genannt, die ausschließlich Energieströme betrachtet.

Mischformen des ‚Screening LCAs’ und des ‚Restriktiven LCAs’ werden ‚Hybrid-vereinfachte LCAs’ genannt. Die beiden Ansätze werden dabei gleichzeitig angewandt.

Die Vorgehensweise, bei der anhand von vorgelagerten Screening Untersuchungen wichtige Prozesse ermittelt werden, und im Anschluss ein Restriktives LCA mit den relevanten Prozessen durchgeführt wird, hat in Untersuchungen zu Ergebnissen geführt, die vergleichbar zu denen aus voll-ständigen LCAs sind. Durch systematische Kombination mehrerer Screening Parameter bei schrittweiser Ausdehnung des Lebenswegmodells sowie Erhöhung der Datenqualität kann bei relativ geringem Aufwand eine gute Aussagesicherheit erreicht werden. Auch in der Praxis hat sich diese Vorgehensweise bereits bewährt.

Bei jeder der beschriebenen Methoden zur Verkürzung von LCAs ist höchste Vorsicht geboten. So erfordert die Wahl des anzuwendenden Vereinfachungsansatzes Expertenwissen, das eine richtige Abschätzung der Auswirkungen auf das Ergebnis ermöglicht.

Kapitel II.4.1.2, Verwendung von generischen Daten: Eine weitere Möglichkeit der Vereinfachung besteht in der Verwendung von generischen Daten anstatt von Daten, die für den spezifischen Fall eigens ermittelt werden müssten. Generische, also allgemeingültige Daten sind für eine Vielzahl von Prozessen bzw. Prozessarten aus öffentlichen, übers Internet zugänglichen Datenbanken erhältlich. Beispielsweise gibt es Datenbanken zur Gewinnung von Rohstoffen und Herstellung von Materialien, Halbzeugen und Bauteilen, Nutzungsphase (z.B. Kraftstoffverbrauch im Kraftfahrzeug), Recycling und Entsorgung.

Eine Kategorisierung von solchen Datenbanken findet sich in Abbildung 12.

Kapitel II.4.1.3, Unterstützung durch LCA-Software: Der große Informationsumfang sowie die Komplexität der Produktlebenszyklusmodelle, macht eine Unterstützung durch spezialisierte Softwaretools unumgänglich. Vor allem bei der Durchführung umfangreicher Analysen stellen Standardsoftwaresysteme keine adäquate Unterstützung dar. Es ist bereits eine große Anzahl von leistungsfähigen LCA-Softwaretools erhältlich, welche teilweise verschiedene Bedürfnisse abdecken und individuelle Vor- und Nachteile aufweisen. Zur Auswahl einer professionellen Software für die Anwendung in der betrieblichen Produktentwicklung ist darauf zu achten, dass die spezifischen Eigenschaften eines Tools den individuellen Anforderungen der Anwendung entsprechen. Folgende Kriterien sollten bei einer solchen Auswahl unbedingt beachtet werden: Benutzerfreundlichkeit bei der Modellierung von Produktlebenszyklen; Flexibilität bei der individuellen Benutzung der Software; Enthaltene Datenbanken und lieferbare Datensätze; Berechnungsfunktionen zur Auswertung der erstellten Bilanzen; Ergebnisdarstellung und Exportfähigkeit der Daten; Hard- und Softwareanforderungen.

Die Abbildung 12 zeigt eine Kategorisierung von LCA-Datenbanken sowie von LCA-Software. Bei den in der Abbildung angeführten Beispielen handelt es sich um gängige Werkzeuge, jedoch ist es keineswegs eine vollständige Auflistung. Für eine umfangreiche Analyse von LCA-Software wird an dieser Stelle auf eine Untersuchung der Sirii (Swedish Industrial Research Institutes’ Initiative) verwiesen.