Übung 5 - Ökobilanz - EUUS

Übung 5 - Ökobilanz
1 Organisatorisches
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Einführung in den Umgang mit Umweltsystemen
Departement Umweltwissenschaften
Diese Übung ist nicht obligatorisch, aber wir empfehlen sie Euch in Hinblick auf das Seminar und
die Prüfung. Löst sie in 4er Gruppen (!).
Wir schätzen den Zeitrahmen für die Bearbeitung dieser Übung auf etwa 2 Stunden.
Übungskorrektur: Für das Lösen der Übung Nr. 5 habt ihr zwei Wochen Zeit.
Ab Donnerstag, 24.11.2011 ist die Musterlösung einsehbar unter:
http://www.euus.ethz.ch/euus/uebungen
Bei spezifischen Fragen, Unklarheiten und Hinweisen zur Übung kontaktiert
Barbara Schmied
Weiterführende Literatur: Zu finden auf der Homepage www.euus.ethz.ch/docs/2011.
2 Aufgaben
In dieser Übung könnt Ihr die im Skript in Kapitel 9.3 “Ökobilanz” beschriebene Methode vertiefen
und auf einen konkreten Fall anwenden.
Der Fall stammt aus dem Baugewerbe. Für den Bau einer Siedlung von Minergie-Häusern möchte
ein Bauunternehmer die Umweltauswirkungen von verschiedenen Isolationsmaterialien
vergleichen. Neben dem gebräuchlichsten Material, der Steinwolle, sind in den letzten Jahren
auch neue Isolationsmaterialien auf den Markt gekommen, welche aus biologischen Ressourcen
hergestellt wurden. Dazu zählt etwa die Papierwolle, welche aus alten Zeitungen hergestellt wird
oder Flachs, eine Pflanze die in Europa angebaut wird. Viele Leute denken, dass die biologischen
Alternativen umweltfreundlicher sind als ein Produkt, welches aus mineralischen Ressourcen
gewonnen wird. Mit einer Ökobilanz können die verschiedenen Isolationsmaterialien systematisch
untersucht werden.
Für den Vergleich der Isolationsmaterialien wird die funktionelle Einheit als thermische Resistenz
(R = m 2 * Kelvin/Watt) bestimmt. Die thermische Resistenz ist ein Mass für die Isolationsfähigkeit
verschiedener Materialien. In Tabelle 1 seht ihr, wie viele kg Isolationsmaterial gebraucht werden,
um eine thermische Resistenz von 1m 2 K/W über einen Zeitraum von 50 Jahren zu gewährleisten.
Tabelle 1: Funktionelle Einheit in kg die für R = 1 über einen Zeitraum von 50 Jahren benötigt wird
Isolationsmaterial Funktionelle Einheit (kg) Isolationsdicke (mm)
Steinwolle 1.184 37
Papierwolle 1.280 40
Flachs 1.260 42

2.1 Teilschritte einer Ökobilanz
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Einführung in den Umgang mit Umweltsystemen
Departement Umweltwissenschaften
Um den Ablauf der Methode der Ökobilanzierung nochmals in Erinnerung zu rufen, sollen die
einzelnen Schritte kurz besprochen werden.
Nennt und beschreibt zu diesem Zweck kurz die vier Schritte einer Ökobilanz am Beispiel der
Produktionsalternativen für Isolationsmaterialien.
2.2 Funktionelle Einheit
Die Wahl der Einheit ist für den Verlauf und die Resultate von Bewertungsverfahren sehr
entscheidend.
Erklärt deshalb warum für den Ökobilanzvergleich die funktionelle Einheit „thermische Resistenz“
besser geeignet ist, als die funktionelle Einheit „1kg Isolationsmaterial“.
2.3 Berechnung der potentiellen Umweltschäden
Zur Herstellung einer funktionellen Einheit eines Isolationsmaterials wird eine gewisse Menge
verschiedener Produktionsgüter gebraucht (z.B. Steine, Papier, Flachs, Erdöl,...). Die
Umwelteinwirkungen, die daraus entstehen (z.B. wie viel CO2 dabei freigesetzt wird oder wie viel
Energie gebraucht wird) sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Um die Umweltauswirkungen zu
berechnen, werden die Umwelteinwirkungen zu verschiedenen Wirkungskategorien
zusammengefasst.
Ergänzt nun die fehlenden Zeilen der Umwelteinwirkungen in Tabelle 3 für die Wirkungskategorien
„Klimawandel“, „Fossile Energieträger“ und „Gesamter Energieverbrauch“. Die Informationen dazu
findet ihr in Tabelle 2 und 4 (Angaben zur Energie und zu CO2-Äquivalenten verschiedener
Treibhausgase).
2.4 Schadensmodellierung
In der Tabelle 5 sind für jede Wirkungskategorie die spezifischen Charakterisierungsfaktoren
aufgeführt, welche angeben, wie stark die Schutzgüter geschädigt werden.
Berechnet für jedes Isoliermaterial die Schäden an den drei Schutzgütern mineralische und
fossile Ressourcen, menschliche Gesundheit und Ökosystemqualität und fügt sie direkt in Tabelle
6 ein.
Berechnet auch die Schäden für den Fall, dass gar nicht isoliert wird. Aufgeführt ist die
Umweltauswirkung, welche die Menge Heizöl hätte, die in 50 Jahren mit einer Einheit thermischer
Resistenz eingespart werden kann.

2.5 Berechnung des potentiellen Gesamtschadens
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Einführung in den Umgang mit Umweltsystemen
Departement Umweltwissenschaften
Um am Ende die vier Optionen (keine Isolation, Isolation mit je einem der 3 Materialtypen) anhand
je eines Wertes direkt vergleichen zu können, braucht es eine Berechnung des Gesamtschadens.
Dieser setzt sich aus den Teilschäden an den einzelnen Schutzgütern zusammen, welche mittels
einer Gewichtung miteinander verrechnet werden.
Berechnet nun also den gewichteten Gesamtschaden für die drei Materialtypen und das Heizöl (für
den Fall, dass nicht isoliert würde). Geht davon aus, dass mineralische und fossile Ressourcen
20%, menschliche Gesundheit 40% und Ökosystemqualität 40% zum Gesamtschaden beitragen.
Tragt die Resultate ebenfalls direkt in Tabelle 6 ein.
2.6 Wichtigkeit der Wirkungsbilanz
Neben der Sachbilanz wird jeweils auch eine Wirkungsbilanz erstellt.
Warum ist es wichtig die Ergebnisse der Sachbilanz in einer solchen Wirkungsbilanz zu
analysieren?
2.7 Interpretation
Nun kommt noch der vierte und letzte Schritt einer Ökobilanz – die Interpretation der Ergebnisse.
Welches der drei Isolationsmaterialien ist nach der Berechnung aus Teilschritt 2.5 am
umweltfreundlichsten? Ist das Ergebnis eindeutig? Wie sieht der Schaden aus, wenn gar nicht
isoliert wird? Was sind eure Schlüsse, die ihr daraus zieht?
2.8 Fossiler Energieverbrauch
Der Verbrauch fossiler Energie ist für die verschiedenen Isolationsmaterialien unterschiedlich.
Diskutiert die möglichen Gründe für diese Unterschiede bei den Verbrauchswerten der fossilen
Energie für Steinwolle, Flachs und Papierwolle. Weshalb ist bei Flachs der Verbrauch deutlich
höher?
3 Bemerkungen
Habt ihr Bemerkungen oder Fragen zur Übung, zum Zeitaufwand, etc? Lasst es uns wissen!

4 Tabellen
Tabelle 2: Umwelteinwirkungen pro Funktionelle Einheit für 3 verschiedene Isolationsmaterialien (Auszug aus
Schmidt et al. 2004)
Umwelteinwirkungen pro Funktionelle Einheit Masseinheit Steinwolle Flachs Papierwolle
Energie Fossile Energieträger MJ 16.61 27.84 6.75
Erneuerbare Energieträger MJ 1.07 15.31 15.35
Elektrizität MJ 3.07 6.58 4.14
Ressourcenverbrauch Wasser g 3907 5771 822
Biomasse (inkl. Holz) g 42 945 1259
Mineralien g 920 210 205
Erdgas g 131 341 61
Erdöl g 77 293 106
Kohle g 564 471 101
Ammoniak (NH3) g 5 0 0
Emissionen (Luft) CO2 g 1421 2142 805
CO g 105 2 1
SOx g 6.08 11.57 2.88
NOx g 2.47 7.44 3.74
N2O g 0.02 0.41 0.01
Methan (CH4) g 1.04 4.19 0.57
HCl g 0.06 0.04 0.00
HF g 0.01 0.00 0.00
Ammoniak (NH3) g 2.37 0.02 0.00
Kohlenwasserstoffe g 0.21 2.20 1.22
Flüchtige organische
Verbindungen g 0.70 0.85 0.39
Feinstaub (PM10) g 1.19 1.54 5.08
Emissionen (Wasser) Gelöste Feststoffe g 0.02 0.09 0.82
BOD g 0.00 0.19 0.84
COD g 0.05 0.37 6.66
N-haltige Verbindungen g 0.01 0.56 0.09
Phosphate g 0.00 0.00 0.00
Abfälle (fest) Gefährliche Abfälle g 0.5 0.4 1.7
Ungefährliche Abfälle g 53 122 30
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Tabelle 3: Umwelteinwirkungen von Isolationsmaterialien pro funktionelle Einheit (Auszug aus Schmidt et al.
2004).
Wirkungskategorie Einheit Steinwolle Flachs Papierwolle Heizöleinsparung
Klimawandel g CO2-Äquivalente 1 ................. ................... ................... 460625
Versauerung g SO2- Äquivalente 2 12.3 17 5.5 218.75
Eutrophierung g PO4 3- - Äquivalente 3 1.16 1.22 0.7
Photochemische Ozonbildung g C2H4- Äquivalente 4 4.6 0.5 0.2
Fossile Energieträger MJ ................... ................... ................... 6250
Erneuerbare Energieträger MJ 1.1 15.3 15.4
Gesamter Energieverbrauch MJ ................... ................... ...................
Wasserverbrauch g Wasser 3907 5771 822
Feste Abfälle g Abfälle 53 122 30
Gefährliche Abfälle g Abfälle 0.5 0.4 1.7
Tabelle 4: Treibhauspotential verschiedener Treibhausgase. Das Treibhauspotential gibt an, wie stark ein Gas
zum Treibhauseffekt beiträgt, verglichen mit CO2. (IPCC, 2001)
Chemische Verbindung Formel Treibhauspotential (in
CO2-Äquivalenten)
Kohlendioxid CO2 1
Methan CH4 23
Lachgas N2O 296
Perfluormethan CF4 5700
Perfluorethan C2F6 11900
Schwefelhexafluorid SF6 22200
HFC-23 CHF3 12000
HFC-134a CF3CH2F 1300
HFC 152a CH3CHF2 120
CFC-11 CFCl3 4600
Kohlenmonoxid CO -
Tabelle 5: Charakterisierungsfaktoren in Ecoindicator-Punkten für den Schaden pro Wirkungskategorie und
Schutzgut (Goedkoop and Spriensma 1999). Charakterisierungsfaktoren geben an welches Schadenspotenzial
eine Einheit einer spezifischen Wirkungskategorie für ein Schutzgut hat.
Schutzgut mineralische und Schutzgut menschliche
Schutzgut
Wirkungskategorie
fossile Ressourcen
Gesundheit
Ökosystemqualität
Klimawandel – 1.40E-02 –
Versauerung – 3.64E+00 2.03E-01
Eutrophierung – – 1.11E+00
Photochemische Ozonbildung – 5.53E-03 –
Fossile Energieträger 1.78E-05 – –
Erneuerbare Energieträger – – –
Gesamter Energieverbrauch – – –
Wasserverbrauch – – –
Feste Abfälle – – –
Gefährliche Abfälle – – –
Bemerkung: Für erneuerbare Energieträger, Gesamter Energieverbrauch, Wasserverbrauch und Abfälle sind keine
Charakterisierungsfaktoren verfügbar.
1
Bezeichnung für die Wirkung einer für den Treibhauseffekt relevanten (Gas-) Emission, zur äquivalenten Wirkung einer
Menge CO2. Andere Gase als CO2 (z. B. CH4, CO) werden so auf CO2 umgerechnet.
2
Versauerungspotenzial, ausgedrückt in wirkungsäquivalenten Menge SO2. In das Versauerungspotenzial gehen z.B. die
Luftschadstoffe NOx, HCl, HF, NH3 und H2S mit ihrer auf SO2 bezogenen Wirkung ein.
3
Phosphat-Äquivalent auch Eutrophierungs- oder Überdüngungspotential. Die Bezugsgröße für das Eutrophierungspotenzial
ist Phosphat (PO4 3- )
4
Photochemisches Oxidantienbildungspotential in kg C2H4-Äquivalent, ist das massebezogenes Äquivalent der Bildung
von bodennahem (troposphärischen) Ozon durch Vorläufersubstanzen, die für die bodennahe O3-Bildung verantwortlich
sind und so zum Sommersmog beitragen
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