Lebenswegorientierte Ressourcenbewertung

​Als Variablen können verschiedene Materialien und Fertigungsprozesse ausgewählt oder selbst definiert werden. Zusätzlich können Transportwege, Energieverbräuche und die Nutzungsdauer des Produktes bzw. seiner Komponenten angegeben werden. Die Datensätze (Sachbilanzdaten aus bereits bilanzierten Teilprozessen) entstammen aus den frei zugänglichen Lebenszyklusdatenbanken ProBas* Umweltbundesamt (2015): Prozessorientierte Basisdaten für Umweltmanagementsysteme (ProBas) (online) (abgerufen am: 15.09.2022). des Umweltbundesamtes und Idemat* Vogtländer, J. (2022): Idemat 2022RevA.xlsx - Data on Eco-costs 2022 V1.1. Sustainability Impact Metrics, (online) (abgerufen am: 15.09.2022). der Sustainability Impact Metrics Foundation sowie der wissenschaftlichen Literatur.* Allekotte, M.; Bergk, F.; Biemann, K.; Deregowski, C.; Knörr, W.; Althaus, H.-J.; Sutter, D. und Bergmann, T. (2020): Ökologische Bewertung von Verkehrsarten – Abschlussbericht (online). UBA-Texte 156/2020, Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau (abgerufen am 28.10.2022) * Giegrich, J.; Liebich, A.; Lauwigi, C. und Reinhardt, J. (2012): Indikatoren/Kennzahlen für den Rohstoffverbrauch im Rahmen der Nachhaltigkeitsdiskussion (online). UBA-Texte 01/2012. Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau (abgerufen am: 28.10.2022). * Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle BAFA (2021): Informationsblatt CO2-Faktoren - Bundesförderung für Energie- und Ressourceneffizienz in der Wirtschaft – Zuschuss (online) (abgerufen am: 20.09.2022)

Die Daten werden in regelmäßigen Abständen aktualisiert und erweitert.

Verfahrensschritte:

Schritt 1:            Definition der Produktentwürfe

Schritt 2:            Bilanzierung über den Lebensweg

Schritt 3:            Auswertung

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• Herstellungsphase: Primärenergie für Gewinnung, Verarbeitung, Herstellung und Entsorgung von Fertigungsstoffen (u. a. Rohstoffe, Halbzeuge; Klebstoffe, Lacke, Additive – außer Wasser und Luft), Betriebsstoffen (z. B. Betriebsenergie, Schmierstoffe, Reparaturmaterial) und Betriebsmitteln (z. B. Maschinen, Transportmittel, Gebäude), sowie für den Prozess der Verarbeitung dieser Stoffe zum Produkt (Produktherstellung – ggf. Kuppelprodukte), die Nutzung der Betriebsmittel und Transporte des Produkts
• Nutzungsphase: Primärenergie für Betriebsenergieverbrauch, Herstellung und Entsorgung von Verbrauchsmaterialien für Herstellung und Entsorgung von Ersatzteilen und für Herstellung und Entsorgung von Betriebsmitteln für Betrieb und Wartung
• Entsorgungsphase: Primärenergie für Entsorgungsprozess, für Herstellung und Entsorgung von für die Entsorgung erforderlichen Hilfs- und Betriebsstoffen sowie Betriebsmitteln, und für Transporte zur Entsorgungsstelle

Bestandteile des Kumulierten Energieaufwands nach Definition der VDI-Richtlinie 4600 sind:* VDI 4600:2012-01: Verein Deutscher Ingenieure e.V., Kumulierter Energieaufwand (KEA) – Begriffe, Berechnungsmethoden. Beuth Verlag GmbH, Berlin.

• Kumulierter Energieverbrauch (KEV): primärenergetisch bewertete Endenergie für die Erzeugung von Wärme, Kraft, Licht und sonstige Elektrizität
• Nicht energetischer Verbrauch an Energieträgern (NEV): primärenergetisch bewerteter Energieinhalt des stofflichen Verbrauchs an nicht energetisch eingesetzten Energieträgern, die in der nationalen Energiestatistik als Energieträger ausgewiesen sind: u. a. Erdgas, Kohle, Kernenergie, Mineralöl, Wasserstoff Strom fossile Rohstoffe
• Stoffgebundener Energieinhalt aller anderen nicht energetisch eingesetzten brennbaren Einsatzstoffe (SEI): Energieinhalte aller anderen Brennstoffe, die außerhalb der nationalen Energiestatistiken liegen – z. B. als Werkstoff verarbeitete Biomasse; erfasst über den Heizwert (z. T. auch über Brennwert – dies ist jedoch bei vorhandenen Daten in der Praxis eine Ausnahme)

Hinweis 1: In Abgrenzung zur VDI-Richtlinie 4600 ist bei den Sekundärrohstoffen nicht der Heizwert mit eingerechnet (SEI). Der Sekundärrohstoff wird somit genauso wie bei Primärrohstoffen in der Lagerstätte energiefrei (mit Ausnahme des Aufbereitungsaufwands; siehe Frage zum Recycling unten) bewertet.

Hinweis 2: In Abgrenzung zur VDI-Richtlinie 4600 ist beim Strom aus Erneuerbaren Energien (Windkraft, Photovoltaik, Wasserkraft) nicht der "Energy harvestable"-Ansatz angewandt (Menge an erneuerbarer Energie, die benötigt wird, um die von der Energiesammelanlage gelieferte Energiemenge zu erzeugen). Diesem Werkzeug hingegen liegt der „Energy harvested“-Ansatz zugrunde (Energiemenge, die von der Energiesammelanlage geliefert wird).* Frischknecht, R. et al (2015): Cumulative energy demand in LCA: the energy harvested approach. In: The International Journal of Life Cycle Assessment, Ausgabe 7/2015. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, S. 959. Nach Einrechnung von Charakterisierungsfaktoren* Frischknecht, R. et al (2015): Cumulative energy demand in LCA: the energy harvested approach. In: The International Journal of Life Cycle Assessment, Ausgabe 7/2015. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, S. 964. in die hinterlegten Idemat-Datensätze zum KRA für eine Angleichung an die VDI 4600 würde der KRA-Datensatz im Vergleich zu fossil erzeugtem Strom höher ausfallen und so der falsche Anreiz zum Einsatz fossiler Energie erzeugt (siehe Katalog „Grund- und Prozessdaten zur Bilanzierung“).* VDI 4600:2012-01: Verein Deutscher Ingenieure e.V., Kumulierter Energieaufwand (KEA) – Begriffe, Berechnungsmethoden. Beuth Verlag GmbH, Berlin

Durch den Indikator THG werden jede in der jeweiligen Lebenswegphase durch die Ressourcenbeanspruchung verursachten klimarelevanten Treibhausgasemissionen berücksichtigt. Der Indikator wird ausgedrückt in der Einheit kg CO₂-Äquivalente (Klimawirkung hier bezogen auf Zeitraum von 100 Jahren). Dabei werden die klimarelevanten Treibhausgase äquivalent zum CO₂ gesetzt bzw. auf seine Klimawirkung normiert: Jedes Treibhausgas besitzt hier ein Treibhausgaspotenzial (Global Warming Potential, GWP), als Faktor der vielfachen Menge des CO₂. Das GWP drückt also den Beitrag des jeweiligen Treibhausgases zum Treibhauseffekt, in Bezug auf die Referenz CO₂, aus.* van Doorsselaer, K.; Koopmans, R. J. (2021): Ecodesign. A Life Cycle Approach for a Sustainable Future. München: Carl Hanser Verlag (Hanser eLibrary), S. 119. Das Kohlenstoffdioxid besitzt den Faktor 1. Methan hingegen besitzt den Faktor 25, also einen Treibhauseffekt wie die 25-fache Menge an CO₂.* van Doorsselaer, K.; Koopmans, R. J. (2021): Ecodesign. A Life Cycle Approach for a Sustainable Future. München: Carl Hanser Verlag (Hanser eLibrary), S. 119.

Synonym wird auch der Begriff „CO₂-Fußabdruck“ verwendet. Unterschiede in der Definition des CO₂‑Fußabdruck bzw. Carbon Footprint sind zu beachten: Die Norm DIN EN ISO 14067 und das GHG Protocol „Product Life Cycle Accounting and Reporting Standard“ beispielsweise schließen in den CO₂‑Fußabdruck eines Produkts neben den lebenswegbezogenen THG-Emissionen zusätzlich aus der Atmosphäre entzogene THG-Mengen (z. B. Speicherung von Kohlenstoff über längeren Zeitraum in Holz oder andere aus Biomasse gewonnene Materialien; Aufnahme und Umwandlung in Energie durch Photosynthese während Pflanzenwachstum; oder CO₂-Aufnahme durch Zement in der Nutzungsphase) ein.* DIN EN ISO 14067:2019-02: Deutsches Institut für Normung e. V., Treibhausgase - Carbon Footprint von Produkten - Anforderungen an und Leitlinien für Quantifizierung. Beuth Verlag GmbH, Berlin. * World Resources Institute (WIR) and World Business Council for Sustainable Development (WBCSD) (2011): Greenhouse Gas Protocol. Product Life Cycle Accounting and Reporting Standard. S. 27. Die im Werkzeug hinterlegten Datensätze zu den THGs beziehen sich hingegen nur auf die Emissionen in die Atmosphäre.

Bezogen auf den Ressourceneinsatz haben die THGs Einfluss auf die Inanspruchnahme der Ressource „Ökosystemleistungen“, im Sinne der Aufnahmefähigkeit der Natur (Senkenfunktion).

Hinweis: Die Abkürzung „THG“ steht innerhalb des Werkzeugs für das Wort „Treibhausgasemissionen“.

Bei Bewertung nur eines Entwurfs gilt: Die Nutzungsdauer ist die tatsächliche Zeit der Produktnutzung durch die Nutzenden bis zur Entsorgung und ist abhängig vom individuellen Nutzungsverhalten. Der Zusatz „Vergleichszeitraum“ in Klammern ist hierbei nicht weiter zu beachten. Sie sollten hier jedoch die Nutzungsdauer mit derselben Zahl wie die technische Nutzungsdauer angeben, da ansonsten der Entwurf entweder nicht vollständig oder mehrfach hergestellt oder entsorgt würde (sog. Allokation der Input- und Outputflüsse auf den Bezugszeitraum).

Bei Bewertung mehrerer Entwürfe gilt: Die Nutzungsdauer gilt hier als Zeitraum, auf den alle Entwürfe bezogen werden, damit ein Vergleich möglich wird (Vergleichszeitraum). Aus den Angaben der technischen Nutzungsdauer und dem Vergleichszeitraum berechnet sich für jeden Entwurf jeweils ein Allokationsfaktor - mittels Division des Vergleichszeitraum durch die technische Nutzungsdauer. Die berechneten Wirkungsindikatorwerte der Herstellungs- und Entsorgungsphase des vollständigen Entwurfs werden dann für die Auswertung mit dem Allokationsfaktor multipliziert. Die Input- und Outputströme werden demnach dem Bezugszeitraum bzw. dem quasi „vergleichenden Produktsystem“ anteilig zugeordnet.

Beispiel: Produktentwurf A hat eine technische Nutzungsdauer von 15 Jahren, Produkt B eine von 20 Jahren. Es wird der Vergleichszeitraum auf 20 Jahre festgelegt. Somit berechnet sich für Entwurf 1 ein Allokationsfaktor von 1,33, für Entwurf 2 ein Allokationsfaktor von 1,00. Dem Entwurf 1 würden demzufolge die vollständigen Umweltlasten der Herstellung und Entsorgung eines angeschafften Entwurfs (100 %), sowie zusätzlich die Umweltlasten von einem Drittel eines angeschafften Entwurfs (33 %) zugerechnet werden, um mit Entwurf 2 verglichen werden zu können. Die verbleibenden zwei Drittel liegen außerhalb der Systemgrenze: ihre Zurechnung entfällt auf die verbleibenden 10 Jahre technische Nutzungsdauer.

Beispiele für funktionelle Einheiten sind

• Autonomes Fahrzeug für den Transport von 100 Personen
• Bereitstellung von mechanischer Energie für den Antrieb eines Förderbands durch elektrische Motoren mit einer definierten Nennleistung (1,1 kW) in drei Effizienzklassen (IE2, IE3, IE4) über einen festgelegten Zeitraum (5.000 Stunden pro Jahr über 15 Jahre) in einem bestimmten Lastpunkt* Herrmann, C.; Saraev, A.; Busa, A. (2018): VDI ZRE-Publikationen: Ökologische und ökonomische Bewertung des Ressourcenaufwands - Effiziente Elektromotoren in der industriellen Produktion. VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH, Berlin, S. 18.
• Zahnrad zur Übertragung eines Drehmoments von 200 Nm
• Dämpfergabel für Pkw, ausgelegt für eine Standzeit über die angenommene Gesamtfahrleistung des Fahrzeugs von 150.000 km* Bierdel, M. et al. (2019): VDI ZRE-Publikationen: Ökologische und ökonomische Bewertung des Ressourcenaufwands - Additive Fertigungsverfahren in der industriellen Produktion. VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH, Berlin, S. 14.
• Ausgelegtes Rohr für den Durchfluss eines bestimmten Volumens eines Fluids innerhalb einer bestimmten Zeit
• Kabel zum Übertragen einer bestimmten Energiemenge über eine bestimmte Strecke

Primärdaten sind quantifizierte Werte eines Prozesses, die sich aus einer direkten Messung oder aus einer Berechnung auf der Grundlage direkter Messungen ergeben.* DIN EN ISO 14067:2019-02: Deutsches Institut für Normung e. V., Treibhausgase - Carbon Footprint von Produkten - Anforderungen an und Leitlinien für Quantifizierung. Beuth Verlag GmbH, Berlin. Die Erfassung solcher Primärdaten für einen Teilprozess im Produktsystem ist ein aufwändiges Verfahren und bedarf je nach Teilprozess auch einer Nachfrage von Primärdaten bei den Zulieferern oder Recyclern. Für die Erfassung sei auf die DIN EN ISO 14044, die Beispiel-Datenerhebungsblätter für die Sachbilanz enthält, verwiesen.* DIN EN ISO 14044:2006: Deutsches Institut für Normung e. V., Umweltmanagement – Ökobilanz –Anforderungen und Anleitungen. Beuth Verlag GmbH, Berlin. Die Primärdaten müssen aber nicht zwingend aus dem untersuchten Produktsystem stammen, falls sie einem vergleichbaren Produktsystem entstammen.* DIN EN ISO 14067:2019-02: Deutsches Institut für Normung e. V., Treibhausgase - Carbon Footprint von Produkten - Anforderungen an und Leitlinien für Quantifizierung. Beuth Verlag GmbH, Berlin.

Sekundärdaten sind hingegen Daten, die die Anforderungen an Primärdaten nicht erfüllen. Sie beinhalten unter anderem Daten aus Datenbanken und veröffentlichter Literatur, Standard-Emissionsfaktoren aus nationalen Sachbilanzen, oder berechnete Daten, Schätzwerte oder andere repräsentative Daten, die zuständige Behörden ausgewertet haben.

Bei im Produkt eingesetztem Sekundärmaterial (Herstellungsphase) hingegen ist das Materialrecycling inklusive möglicher Gutschriften eingerechnet. Hierbei werden die Aufwände der Sammlung, Aufbereitung und der Transporte eingerechnet. Dieser Ansatz wird als „Cut-off-Ansatz“ oder „Recycled-Content-Ansatz“ bezeichnet: Aufbereitungsaufwände werden dem Produkt angelastet, in welchem das recycelte Material eingesetzt wird.* Frischknecht, R. (2020): Lehrbuch der Ökobilanzierung. Springer Spektrum, Berlin, S. 202.

Das ursprüngliche Primärmaterial ist ansonsten frei von Ressourceneinsätzen (Energie und Primärrohstoffeinsatz) und Umweltbelastungen der Gewinnung und Herstellung aus dem früheren Produktsystem (Hinweis: In Abgrenzung zur VDI-Richtlinie 4600 wird beim KEA nicht der Heizwert auf das neue Produktsystem übertragen.* VDI 4600:2012-01: Verein Deutscher Ingenieure e.V., Kumulierter Energieaufwand (KEA) – Begriffe, Berechnungsmethoden. Beuth Verlag GmbH, Berlin )

Generell werden Gutschriften für die Verbrennung biogenen Kohlenstoffs (pflanzlichen oder tierischen Ursprungs) erteilt - beispielsweise bei der Verbrennung von Baumwolle, Holz oder biologisch abbaubaren Kunststoffen mit Wärmerückgewinnung oder Stromerzeugung -, da bei der Verbrennung nicht auf fossile Brennstoffe zurückgegriffen wird und die Umweltbelastung der Verbrennung (Natur nimmt auf, was sie emittiert; CO₂-Neutralität) geringer ist als die vermiedene Energienutzung.* Sustainability Impact Metrics (2020): EoL (End of Life) and Recycling in LCA (online) (abgerufen am 09.06.2023)

Hinweis: Bei den Idemat-Datensätzen gilt der Grundsatz des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), dass biogene CO₂-Emissionen aus der Verbrennung nicht berücksichtigt werden (sog. Kurzzyklus-CO₂, im Gegensatz zu fossil basierten Emissionen), es sei denn, das Produkt ist mehr als 100 Jahre im Einsatz.* Sustainability Impact Metrics (2022): IDEMAT Calculation Rules (online) (abgerufen am 09.06.2023)

Bei dem hier zugrunde gelegten Verfahren handelt es sich hingegen um eine vereinfachte Lebenswegbewertung (Cradle-to-Grave) zur vergleichsweise schnellen Quantifizierung des Ressourcenaufwands und der Treibhausgasemissionen eines Produkt-Systems. Die Methode basiert entsprechend auf dem Simplified LCA-Ansatz* Pigosso, D. C. A.; Sousa, S. R. (2011): Life Cycle Assessment (LCA): Discussion on full-scale and simplified assessments to support the product development process. In: 3rd International workshop on advances in cleaner production. . Die Quantifizierung des Ressourcenaufwands erfolgt über die umweltrelevanten Indikatoren Kumulierter Rohstoffaufwand (inputbezogen), Kumulierter Energieaufwand (Primärenergieeinsatz, inputbezogen) und Treibhausgasemissionen (outputbezogen), ökobilanziell auch Umwelt-Wirkungsindikatoren genannt. Die mit den Indikatoren angesprochenen Umwelt-Wirkungskategorien sind der Ressourcenverbrauch (Indikatoren KRA und KEA; Hinweis: Der KEA wird in Ökobilanzen auch als Wirkungskategorie verstanden* Frischknecht, R. (2020): Lehrbuch der Ökobilanzierung. Springer Spektrum, Berlin, S. 104. ) des Produktentwurfs und sein Beitrag zum Klimawandel (Indikator THG). Die einzelnen Teilsysteme des Lebenswegs wie Materialgewinnung, Weiterverarbeitung etc. werden nacheinander durchlaufen.

In Abgrenzung zur Ökobilanz gilt:

• Weitgehender Rückgriff auf bestehende Sachbilanzdaten aus frei zugänglichen Datenbanken – somit wird im Gegensatz zur Ökobilanz auf eine umfängliche Datenerhebung zur Quantifizierung der Input- und Outputflüsse jeweiliger Teilprozesse verzichtet (Teil der Sachbilanz einer Ökobilanz). Die Sachbilanzdaten selbst sind nach der Methodik einer Ökobilanz erhoben. Nicht im Werkzeug hinterlegte Daten und Datensätze können selbstverständlich selbst erhoben oder aus kommerziellen Datenbanken entnommen und manuell eingetragen werden.
• Es erfolgt keine Wirkungsabschätzung (Abschätzung der potenziellen Wirkungen des Rohstoff- und Energieeinsatzes sowie der Treibhausgasemissionen auf die Umwelt). Es lassen sich zwar die Wirkungsindikatoren mit den Wirkungskategorien verknüpfen, es werden jedoch nicht die resultierenden potenziellen Umweltwirkungen erkannt. Zudem entfallen Schritte wie die Klassifizierung und Charakterisierung der Sachbilanzergebnisse, die Normierung der berechneten Indikatorwerte (z. B. THG des Produktentwurfs in Bezug zu den jährlichen Treibhausgasemissionen Deutschlands setzen) und eine Analyse der Datenqualität. Die Indikatoren dienen hingegen als Ansatzpunkte und Informationsgröße für die Bewertung von Umweltauswirkungen des jeweiligen Produktentwurfs.
• Die Auswertung im Werkzeug (Schritt 3) entspricht nicht der Auswertung einer Ökobilanz, in welcher Vollständigkeits-, Sensitivitäts- und Konsistenzprüfungen sowie abgeleitete Schlussfolgerungen und Empfehlungen, beispielsweise zur Ressourceneinsparung, vorgelegt werden.

Die Bilanzierung (Schritt 2) in der Lebenswegorientierten Ressourcenbewertung ist hierbei konform mit der Sachbilanz-Definition der DIN EN ISO 14044, wonach eine Sachbilanz die Inputs und Outputs des Produkts über seinen Lebensweg zusammenstellt und quantifiziert.* DIN EN ISO 14044:2006: Deutsches Institut für Normung e. V., Umweltmanagement – Ökobilanz –Anforderungen und Anleitungen. Beuth Verlag GmbH, Berlin. Die Datensätze bzw. Sachbilanzdaten beinhalten dabei die Inputs (Rohstoffe, Materialien, Energie) und Outputs (Emissionen, Abfall) innerhalb der Systemgrenze des jeweils berechneten Teilprozesses – beispielsweise zur Gewinnung und Herstellung eines Gusseisens, bei Wahl von Gusseisen unter „Materialien/Rohstoffe“. Diese Datensätze werden dann mit den Eingaben zum Produkt multipliziert.

Generell existieren verschiedene Standards zur Berechnung des CO₂-Fußabdrucks eines Produkts, sodass es für Unternehmen schwierig ist, einen passenden Standard zu wählen. Folgende Standards sind am verbreitetsten:* van Doorsselaer, K.; Koopmans, R. J. (2021): Ecodesign. A Life Cycle Approach for a Sustainable Future. München: Carl Hanser Verlag (Hanser eLibrary), S. 120.

• Greenhouse Gas (GHG) Protocol „Product Life Cycle Accounting and Reporting Standard“ des World Resources Institute (WRI) und des World Business Council for Sustainable Development (WBCSD), auch abgekürzt als „Product Standard“
• DIN EN ISO 14067:2019
• Publicly Available Specification (PAS) 2050

Die Komplexität der Bilanzierung obliegt den Anwendenden und ist abhängig von dem eigenen Anspruch des Detailgrads, von der Datenverfügbarkeit und dem zeitlichen Aufwand der Durchführung. Die Bilanzierungsregeln einer Ökobilanz erlauben beispielsweise die Vernachlässigung von bestimmten Komponenten des Produktsystems, wobei die Auswirkungen einer Vernachlässigung auf die Ressourceneffizienz selbst durch Plausbilitätsüberlegungen zu prüfen wäre.* VDI 4800 Blatt 1:2016-02: Verein Deutscher Ingenieure e.V., Ressourceneffizienz - Methodische Grundlagen, Prinzipien und Strategien. Beuth Verlag GmbH, Berlin, S. 29f. In der gängigen Literatur wird die Möglichkeit genannt, dass die Vorketten von Einsatz- und Hilfsstoffen vernachlässigbar sind, wenn sie weniger als 1 % des gesamten Inputstoffstroms darstellen. Diese Stoffströme können jedoch auch relevante Ressourcenaufwände mit sich bringen (z. B. Gefahrstoffe, Edelmetalle).* VDI 4800 Blatt 1:2016-02: Verein Deutscher Ingenieure e.V., Ressourceneffizienz - Methodische Grundlagen, Prinzipien und Strategien. Beuth Verlag GmbH, Berlin, S. 29f.

Zur Kommunikation umweltrelevanter Produktinformationen an die Kundschaft bieten sich anerkannte Umweltkennzeichnungen und ‑deklarationen an, dessen Quantifizierung von Daten nach den gängigen Standards erfolgt (z. B. DIN EN ISO 14025 für Typ III Umweltdeklarationen).* DIN EN ISO 14025:2011-10: Deutsches Institut für Normung e. V., Umweltkennzeichnungen und -deklarationen - Typ III Umweltdeklarationen - Grundsätze und Verfahren. Beuth Verlag GmbH, Berlin Hierzu sind die Anforderungen der Quantifizierung in den Standards zu befolgen.