Computerunterstützung der produktbezogenen Ökobilanzierung:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Wiesbaden
Dt. Univ.-Verl.
1996
Wiesbaden Gabler |
| Schriftenreihe: | Gabler Edition Wissenschaft : Informationsmanagement und Computer-aided-Team
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| Beschreibung: | XIX, 300 S. graph. Darst. |
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Geleitwort V
Vorwort VII
Inhaltsverzeichnis IX
Abbildungsverzeichnis XIII
Tabellenverzeichnis XVII
Abkürzungsverzeichnis XIX
Einleitung 1
Teil I: Produktbezogene Ökobilanzen 5
1 Grundlagen 6
1.1 Begriffsklärung und Abgrenzung 7
1.2 Arbeitsschritte der produktbezogenen Ökobilanzierung 12
1.3 Zwei Sichtweisen der produktbezogenen Ökobilanz 16
1.3.1 Die produktbezogene Ökobilanz als Umweltinformationssystem 17
1.3.1.1 Urnweltinformationssysteme 17
1.3.1.2 Vier Thesen zur produktbezogenen Ökobilanz als
Umweltinformationssystem 24
1.3.2 Die produktbezogene Ökobilanz als Modell 27
1.3.2.1 Modellbegriff 27
1.3.2.1.1 Der konstruktivistische Modellbegriff nach Bretzke 27
1.3.2.1.2 Die systemtheoretische Interpretation nach Steinmüller ..28
1.3.2.2 Schlußfolgerungen 30
1.4 Einige produktionstheoretische Grundlagen der produktbezogenen Ökobilanz...32
1.4.1 Umweltorientierte Erweiterung der Produktionstheorie 34
1.4.2 Produktionsinput: Produktionsfaktoren 41
1.4.3 Produktionsthroughput: Transformationsprozesse 45
1.4.4 Produktionsoutput: Produkte 47
1.4.5 Ableitung von Anforderungen an die Sachbilanzierung 49
1.5 Zusammenfassung und Ergebnis 50
2 Alternativen der produktbezogenen Ökobilanzierung 53
2.1 Was ist Gegenstand der produktbezogenen Ökobilanzierung (Objekte der
Bilanzierung)? 55
2.1.1 Produkt und funktionale Äquivalenz 55
2.1.2 Produktmerkmale 58
2.1.3 Ökobilanzrelevante Produktmerkmale 59
2.1.4 Schlußfolgerungen 62
IX
2.2 Für wen und wozu kann bilanziert werden (Nutzer, Adressaten und deren Ziele
bei der Bilanzierung)? 64
2.2.1 Systematisierung der Nutzer in Nutzergruppen 66
2.2.2 Nutzergruppenbezogene Anwendungsmöglichkeiten und Bildung von
Oberbegriffen 70
2.2.3 Ableitung von Zielen der Nutzung 75
2.2.4 Bildung einer Ziele/Nutzer-Matrix 76
2.2.5 Schlußfolgerungen 77
2.3 Wie kann bilanziert werden (Verfahrensschritte und Methoden der
Bilanzierung)? 78
2.3.1 Zielfestlegung und Definition des Untersuchungsrahmens 79
2.3.2 Sachbilanz 81
2.3.2.1 Vertikalanalyse 82
2.3.2.1.1 Bilanzgrenzen und Abschneidekriterien 84
2.3.2.1.2 Prozeßabgrenzung 85
2.3.2.1.3 Transport 88
2.3.2.1.4 Energie 89
2.3.2.2 Horizontalanalyse 91
2.3.2.2.1 Beschreibung von Stoff-und Energieflüssen 91
2.3.2.2.2 Auswahl des Datenmaterials 93
2.3.2.3 Stoff-und Energiebilanz 95
2.3.2.3.1 Aggregation 95
2.3.2.3.2 Zurechnung (Allokation) 97
2.3.3 Wirkungsbilanz 99
2.3.3.1 Einflußgrößen 100
2.3.3.2 Zwei Ansätze der Wirkungsbilanzierung 105
2.3.3.2.1 SETAC 105
2.3.3.2.2 Der MIPS-Ansatz des Wuppertal-Institutes 110
2.3.4 Bilanzbewertung 113
2.3.4.1 Das Grundmodell der Bewertung 113
2.3.4.2 Bewertungsmodelle der Ökobilanzierung 117
2.3.4.2.1 Energieflußorientierte Ansätze 118
2.3.4.2.2 Stoffflußorientierte Ansätze 119
2.3.4.2.3 Schadensfunktionsorientierte Ansätze 120
2.3.4.2.4 Grenzwertorientierte Ansätze 121
2.3.4.2.5 Monetäre Ansätze 122
2.3.4.2.6 Risikoorientierte Ansätze 123
2.3.5 Schwachstellenanalyse 126
2.4 Zusammenfassung und Ergebnis 129
X
Teil II: Die Computergestützte Umweltorientierte
Produktbilanzierung (Cumpan) 133
3 Prototyping bei der Entwicklung von Cumpan 134
3.1 Exkurs: Prototyping 134
3.2 Vorgehensweise und Erfahrungen bei der Entwicklung von Cumpan 136
4 Das CuMPAN-Bilanzierungskonzept 141
4.1 Wichtige Begriffe 141
4.2 Sachbilanz 143
4.2.1 Lebenswegmodellierung 143
4.2.1.1 Der Produktpfad als Modell eines Produktlebensweges 143
4.2.1.1.1 Aufbau 143
4.2.1.1.2 Die Beziehungen des Produktpfades zu seiner Umwelt. 145
4.2.1.2 Stoff- und Energietransformationsprozesse und Flüsse 147
4.2.1.3 Gebrauchsphase 152
4.2.1.4 Transport 154
4.2.1.5 Energiebereitstellung 156
4.2.2 Stoff-und Energiebilanz 157
4.2.2.1 Struktur der Stoff-und Energiebilanz 157
4.2.2.2 Berechnung der Stoff- und Energiebilanz 159
4.2.2.2.1 Teilbilanzen 159
4.2.2.2.2 Behandlung der Zurechnungsproblematik 160
4.2.2.2.3 Berechnung der Grundbilanzen 162
4.2.2.2.4 Transport- und Energiebereitstellungsbilanzen 165
4.3 Wirkungsbilanz und Bewertung 166
5 Das objektorientierte Modell 169
5.1 Exkurs: Grundkonzepte der Objektorientierung 169
5.2 Sachbilanz 173
5.2.1 Lebenswegmodellierung 173
5.2.2 Stoff-und Energiebilanz 180
5.2.3 Teilmodell der Sachbilanz 182
5.2.4 Sachbilanzierung in der Software Cumpan 182
5.3 Wirkungsbilanz und Bewertung 192
5.3.1 Grunddaten: Wirkungskategorien, Standardisierungsfaktoren und
Relati vierungswerte 192
5.3.2 Wirkungsszenarien und Priorisierung 193
5.3.3 Teilmodell Wirkungsbilanz und Bewertung 194
5.3.4 Wirkungsbilanzierung und Bewertung in der Software Cumpan 194
5.4 Organisation des Materials 198
XI
5.4.1 Bilanzdaten 198
5.4.2 Stammdaten 200
5.4.3 Organisation des Materials in der Software Cumpan 201
5.5 Übersicht der Funktionen 210
6 Ein Anwendungsbeispiel 215
6.1 Sachbilanzierung 215
6.1.1 Lebenswegmodellierung 216
6.1.2 Berechnung von Stoff- und Energiebilanzen und Schwachstellenanalyse232
6.2 Wirkungsbilanzierung und Bewertung 238
7 Andere Unterstützungssysteme für die produktbezogene
Ökobilanzierung 243
Teil III: Situationsspezifische Gestaltung der
produktbezogenen Ökobilanzierung 251
8 Zwei Anwendungssituationen der produktbezogenen
Ökobilanzierung 253
8.1 Herleitung der Anwendungssituationen 253
8.2 Die produktbezogene Ökobilanz als Produktvergleichs- bzw.
-qualifizierungsinstrument 254
8.3 Die produktbezogene Ökobilanz als Optimierungswerkzeug 260
8.4 Vergleich der Anwendungssituationen 264
8.5 Schlußfolgerungen 266
9 Bewertung und Weiterentwicklungsmöglichkeiten von Cumpan ...269
10 Zusammenfassung und Ausblick 279
Literaturverzeichnis 287
XII
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Aufbau der Arbeit 3
Abb. 2: Grundschema zur Durchführung produktbezogener Ökobilanzen 13
Abb. 3: Bezugsrahmen eines BUIS 19
Abb. 4: Klassifikation von Umweltinformationssystemen nach der
Aufgabenerfüllung 22
Abb. 5: Modellsystem 29
Abb. 6: Mengen- und Wertbetrachtungen der produktbezogenen Ökobilanzierung 33
Abb. 7: Endogene Einflußfaktoren der Produktion 34
Abb. 8: Einfache Darstellung eines vorindustriellen Ökosystems 37
Abb. 9: Modell einer industriellen Produktionswirtschaft 38
Abb. 10: Aufbau der umweltorientierten Produktionstheorie 39
Abb. 11: Objektkategorien der umweltorientierten Produktionstheorie 40
Abb. 12: Materielle und immaterielle Wirtschaftsgüter in der Gütersystematik 43
Abb. 13: Materielle und immaterielle Bestandteile eines Produktsystems 44
Abb. 14: Outputkategorien 47
Abb. 15: Generische Auffassung des Produktes 56
Abb. 16: Bedürfnis, Dienstleistung, materielle Produkte und funktionale Äquivalenz ..58
Abb. 17: Klassifikation von Produkten nach ihrer Stellung in der
Wertschöpfungskette 61
Abb. 18: Vorgehensweise der „Hohenheimer Studie 66
Abb. 19: Ziele/Nutzer-Matrix der Hohenheimer Studie 76
Abb. 20: Aufgaben des Arbeitsschrittes „Zielfestlegung und Definition des
Untersuchungsrahmens 79
Abb. 21: Aufgaben der Sachbilanzierung 82
Abb. 22: Mögliche Aggregationsstufen unterschiedlicher Untersuchungsgegenstände
einer Schadschöpfungsrechnung 83
Abb. 23: Produktsystem, Bilanzgrenze und Systemumwelt 84
Abb. 24: Zwei Beispiele für Wirkungsketten 104
Abb. 25: Beispiele für Stressor-Kategorien 106
Abb. 26: Charakterisierungsmethoden mit Orts- und Situationsbezug 107
Abb. 27: Schema der Wirkungsbilanzierung nach den Vorschlägen der SETAC 110
Abb. 28: Grundmodell der Bewertung 114
Abb. 29: Elemente der Bewertung 115
Abb. 30: Nutzer- und adressatenbezogene Alternativen der produktbezogenen
Ökobilanzierung 129
Abb. 31: Alternative Ziele der produktbezogenen Ökobilanzierung 130
Abb. 32: Ökobilanzierungsrelevante Charakteristika von Produkten und mögliche
Ausprägungen 130
Abb. 33: Aufbau eines Produktpfades in Cumpan 144
Abb. 34: Die Einbettung des Produktpfades in seine Umwelt 146
XIII
Abb. 35: Beziehungen des Produktpfads zum Rest der Technosphäre und der
natürlichen Umwelt 147
Abb. 36: Aufbau eines Stoff- und Energietransformationsprozesses in Cumpan 148
Abb. 37: Aufbau eines Reduktionsprozesses inCuMPAN 151
Abb. 38: Gebrauchsprozeß in Cumpan 153
Abb. 39: Flußbeziehungen eines Teilaspektes des Gebrauchs in Cumpan 153
Abb. 40: Transportprozesse im Produktpfad 155
Abb. 41: Aufbau eines Transportprozesses in Cumpan 156
Abb. 42: Systematik der Energiebereitstellungsformen in Cumpan 157
Abb. 43: Aufbau der Stoff- und Energiebilanz in Cumpan 159
Abb. 44: Teilbilanzen in Cumpan 160
Abb. 45: Zurechnung der Umweltbelastung in Cumpan 161
Abb. 46: Produktionsprozeß mit Produktionskoeffizienten 162
Abb. 47: Mengenberechnung auf der Produktionsseite 164
Abb. 48: Zurechnung durch Gewichte 165
Abb. 49: Wirkungsbilanzierung und Bewertung in Cumpan 166
Abb. 50: Klasse 170
Abb. 51: Abstrakte Klasse 170
Abb. 52: GenSpec-oder Isa-Beziehung 170
Abb. 53: Ganzes-Teil-Beziehung 171
Abb. 54: Instanzenbeziehung 171
Abb. 55: Nachrichtenbeziehung 172
Abb. 56: Stoff- und Energietransformation und Fluß als Klassen 173
Abb. 57: Stoff- und Energietransformationen und Flüsse als Teile des Ganzen
„Produktpfad 174
Abb. 58: Hierarchie der Stoff- und Energietransformationen im CUMPAN-Modell 174
Abb. 59: Instanzbeziehungen der Klassen Produktion und Reduktion zu sich selbst... 175
Abb. 60: Instanzbeziehung zwischen den Klassen „Transport und „Fluß 175
Abb. 61: Transporte im CuMPAN-Modell 176
Abb. 62: Der „Gebrauch im CUMPAN-Modell 177
Abb. 63: Die Klassen „Fluß und „Flußtyp 177
Abb. 64: Die Klassen „Fluß und „Flußobjekttyp 178
Abb. 65: Hierarchie und Beziehungen der Flußobjekttypen 178
Abb. 66: Modellierungsalternative für „Material 179
Abb. 67: Stoff- und Energiebilanzen als Klassen im CUMPAN-Modell 180
Abb. 68: Instanzbeziehungen der Stoff-und Energiebilanzen 181
Abb. 69: Analysemodell der Sachbilanz 182
Abb. 70: Lebenswegmodellierung mit Cumpan 183
Abb. 71: Bearbeiten von Prozessen mit dem Prozeßmenü 183
Abb. 72: Anzeige- und Sichtmöglichkeiten im Produktpfadeditor mit dem
Seitenmenü 184
Abb. 73: Sicht „Prozeßnamen 184
Abb. 74: Sicht „Stückliste !84
Abb. 75: Sicht „Transportentfernungen 185
YIV
Abb. 76: Sicht „Normierte Differenzen der Massenbilanzen 185
Abb. 77: Modellierung der Gebrauchsphase 186
Abb. 78: Auswahlmenü für Gebrauchsaspekte 186
Abb. 79: Bearbeiten von Flüssen 187
Abb. 80: Modellierung von Transportprozessen 188
Abb. 81: Stoff- und Energiebilanz in Cumpan 189
Abb. 82: Einstellung der Bilanzoptionen 190
Abb. 83: Teilmodell Grunddaten für Wirkungsbilanz und Bewertung 193
Abb. 84: Teilmodell Wirkungsszenarien und Priorisierung 194
Abb. 85: Analysemodell „Wirkungsbilanz und Bewertung 194
Abb. 86: Wirkungskategorien und Relativierungswerte in Cumpan 195
Abb. 87: Standardisierungsfaktoren zuordnen 195
Abb. 88: Wirkungsszenarien in Cumpan 196
Abb. 89: Visualisierung von Wirkungsbilanz und Bewertung 197
Abb. 90: Zusammenhang zwischen Bilanzgruppen, Bilanzobjekten und
Produktpfaden 199
Abb. 91: Modell zur Organisation der Bilanzdaten in Cumpan 200
Abb. 92: Datenbanken zur Verwaltung der Stammdaten in Cumpan 201
Abb. 93: Der Daten-Manager 202
Abb. 94: Materialdatenbank 203
Abb. 95: Energieträgerdatenbank 204
Abb. 96: Energiedatenbank am Beispiel einer Energiegrundform 205
Abb. 97: Energiedatenbank am Beispiel eines Energiemixes 206
Abb. 98: Transportmitteldatenbank 207
Abb. 99: Moduldatenbank 208
Abb. 100: Generieren eines Moduls 209
Abb. 101: Auswahlmenü für Modularten 209
Abb. 102: Menübaum des CUMPAN-Hauptfensters 211
Abb. 103: Erfassen von Bilanzgruppe, Bilanzobjekten und Produktpfaden im Daten-
Manager 215
Abb. 104: Neuanlegen eines Bilanzobjektes 216
Abb. 105: Neu angelegter Produktpfad „Standard in der Produktionssicht 217
Abb. 106: Modellierung der Produktionsphase in der Ansicht „Produktion 218
Abb. 107: Modellierung der Reduktionsphase in der Ansicht „Reduktion 218
Abb. 108: Festlegen von Hauptprodukt und Bezugsgröße eines Stoff- und
Energietransformationsprozesses 219
Abb. 109: Flußobjekttyp „Rad in der Materialdatenbank 220
Abb. 110: Einfügen des Moduls „Rohstahlherstellung 221
Abb. 111: Festlegen von Produktionskoeffizienten im Flußeditor 222
Abb. 112: Sicht „Stückliste zur Kontrolle der mengenmäßigen
Produktionsbeziehungen 223
Abb. 113: Erfassen und bearbeiten von Flüssen im Flußeditor 224
Abb. 114: Flußtypenauswahl im Flußeditor 224
Abb. 115: Angabe eines Senkenprozesses bei internen Kuppelprodukten 225
XV
Abb. 116: Rohstofffluß in der Inputliste 225
Abb. 117: Modellieren eines Transportprozesses 226
Abb. 118: Rohstoffinput mit zugeordnetem Transportprozeß 226
Abb. 119: Sicht „Transportentfernungen zur Analyse der Transportentfernungen 227
Abb. 120: Kontrolle der Massenbilanzen des Produktpfades 228
Abb. 121: Verteilung der Materialflußtypen 229
Abb. 122: Reduktionspfad 229
Abb. 123: Gebrauchsaspekt „Nutzung 230
Abb. 124: Gebrauchsaspekt „Reinigung 230
Abb. 125: Erfassen eines Flusses für die Gebrauchsphase 231
Abb. 126: Stoff-und Energiebilanz „Mountain Light 232
Abb. 127: Einstellung der Bilanzoptionen (Standardoptionen) 233
Abb. 128: Bilanzoption „pro Dienstleistungseinheit 233
Abb. 129: Stoff- und Energiebilanz für 1000 km Radfahren bei insgesamt 5000 km
Gesamtleistung 234
Abb. 130: Schwachstellenanalyse: Verteilung der Bleiemissionen im Lebensweg
„Mountain Light-Standard 235
Abb. 131: Schwachstellenanalyse: Finden von Bleiemissionen 236
Abb. 132: Auswahl der Vergleichsobjekte und -aspekte der Datenanalyse 237
Abb. 133: Ergebnis der Datenanalyse 237
Abb. 134: Wirkungsszenario „Fahrradökobilanz 238
Abb. 135: Priorisierte Wirkungsbilanz 239
Abb. 136: Darstellungsmöglichkeiten der Wirkungsbilanz 239
Abb. 137: Äquivalente 240
Abb. 138: Produktvergleich bzw. -qualifizierung und Produktoptimierung als
grundlegende Ziele der produktbezogenen Ökobilanzierung 253
Abb. 139: Vergleich der Anwendungssituationen nach relativer Bedeutung der
Arbeitsschritte 265
Abb. 140: Gesamtbewertung des Cumpan für zwei Anwendungssituationen 276
Abb. 141: CuMPAN-Analysemodell „Sachbilanz 282
Abb. 142: CUMPAN-Oberfläche zur Lebenswegmodellierung 283
Abb. 143: CuMPAN-Analysemodell „Wirkungsbilanzierung und Bewertung 283
XVI
Tabellenverzeichnis
Tab. 1: Klassifikation der Umweltinformationssysteme nach der erreichten
Auswertungsstufe 21
Tab. 2: Mögliche Funktionen von Umweltinformationssystemen 23
Tab. 3: Systematisierungskriterien für elementare Produktionsfaktoren 45
Tab. 4: Produktmerkmale 59
Tab. 5: In der Hohenheimer Studie untersuchte Nutzer von produktbezogenen
Ökobilanzen 70
Tab. 6: Zusammengefaßte Anwendungsmöglichkeiten von produktbezogenen
Ökobilanzen 71
Tab. 7: Ziele bei der Nutzung von produktbezogenen Ökobilanzen 75
Tab. 8: Beispiele für Betrachtungsgrenzen 80
Tab. 9: Korrespondierende Aufgaben der Kostenstellenrechnung und der
prozeßbezogenen Lebenswegbeschreibung 86
Tab. 10: Mögliche Beschreibungsmerkmale von Stoff- und Energieflüssen 91
Tab. 11: Aggregationsmöglichkeiten der Stoff- und Energiebilanz 95
Tab. 12: Wirkungskategorien der SETAC und Beispiele für spezifische
Wirkungen 102
Tab. 13: Vorgeschlagene Wirkungsbereiche des Umweltbundesamtes
und Beispiele für Aggregationsgrößen 103
Tab. 14: Vergleichende Gegenüberstellung von Bewertungsansätzen 125
Tab. 15: Verfahrensschritte, wichtige Themenbereiche und
Entscheidungspunkte der produktbezogenen Ökobilanz 131
Tab. 16: Historie der CUMPAN-Entwicklung 137
Tab. 17: Flußbeschreibung in Cumpan 151
Tab. 18: Aggregation der Stoff- und Energiebilanz in Cumpan 158
Tab. 19: Funktionen des CUMPAN - Teil I 212
Tab. 20: Funktionen des Cumpan - Teil II 213
Tab. 21: Funktionen des Cumpan - Teil III 214
Tab. 22: Unterstützungssysteme für die produktbezogene Ökobilanzierung 243
Tab. 23: Einordnung der Unterstützungssysteme für die produktbezogene
Ökobilanzierung 244
Tab. 24: Nachteile der manuellen, spreadsheet- und datenbankorientierten
Produktökobilanzierung 245
Tab. 25: Produktbezogene Ökobilanz als Produktvergleichs- bzw.
-qualifizierungsinstrument 255
Tab. 26: Produktbezogene Ökobilanz als Optimierungswerkzeug 260
Tab. 27: Umsetzung von Aufgaben der produktbezogenen Ökobilanzierung in
Cumpan 270
Tab. 28: Verfahrensschritte, wichtige Themenbereiche und
Entscheidungspunkte der produktbezogenen Ökobilanz 281
XVII
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