Die Ökobilanzierung ist eine umfassende Methode zur Bewertung der Umweltwirkungen von Produkten. Sie bezieht den gesamten Produktlebensweg sowie alle Umweltmedien ein. Zur Wirkungsabschätzung in Ökobilanzen liegen jedoch verschiedene Methoden vor. Diese unterscheiden sich sowohl darin, wie die Umweltwirkungen operationalisiert werden, als auch darin, wie verschiedene Umweltwirkungen untereinander gewichtet werden. In der vorliegenden Arbeit werden vier Methoden zur Wirkungsabschätzung in Ökobilanzen verglichen: die vom Umweltbundesamt verwendete Methode, die Methode des Eco-indicator 99, die Materialintensitätsanalyse und der kumulierte Energieaufwand. Neben den Unterschieden zwischen den einzelnen Methoden werden jeweils ihre Stärken und Schwächen herausgearbeitet und Anwendungsempfehlungen abgeleitet. Der Methodenvergleich erfolgt anhand des Fallbeispiels der Herstellung von natürlichem Indigo aus Färberwaid und Färberknöterich sowie der Herstellung von synthetischem Indigo.

Johanna Wurbs
Wirkungsabschätzung in Ökobilanzen. Vergleich verschiedener Methoden am Beispiel von natürlichem und synthetischem Indigo
ISBN 10: 3-86573-045-0
ISBN 13: 978-3-86573-045-9
663 S. 70 EUR. 2005 (Diss.)


Abkürzungsverzeichnis . . . . . XV

Teil A: Grundlagen

1 Einleitung . . . . . 1

1.1 Methode: Ökobilanzen zur Bewertung der Umweltwirkungen von Produkten
1.2 Fallbeispiel: Herstellung von natürlichem und synthetischem Indigofarbstoff
1.3 Ziel und Aufbau der Arbeit

2 Natürlicher und synthetischer Indigo . . . . . 12
2.1 Eigenschaften und Bedeutung des Indigofarbstoffs
2.2 Vorkommen von natürlichem Indigo
2.3 Färberwaid
2.3.1 Botanik und Inhaltsstoffe der Waidpflanze
2.3.2 Geschichte des Waidanbaus
2.3.3 Historische Verfahren zur Farbstoffgewinnung und zum Färben mit Waidindigo
2.3.4 Aktuelle Verwendungsmöglichkeiten der Waidpflanze
2.4 Färberknöterich
2.4.1 Botanik und Inhaltstoffe der Knöterichpflanze
2.4.2 Geschichte des Knöterichanbaus
2.5 Geschichte des synthetischen Indigos
2.6 Vergleichbarkeit von natürlichem und synthetischem Indigo

3 Methode der Ökobilanzierung . . . . . 29
3.1 Aufbau einer Ökobilanz
3.1.1 Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens
3.1.1.1 Zieldefinition
3.1.1.2 Untersuchungsrahmen
3.1.2 Sachbilanz
3.1.3 Wirkungsabschätzung
3.1.4 Auswertung
3.2 Bewertungen im Rahmen der Wirkungsabschätzung
3.2.1 Die obligatorischen Bestandteile der Wirkungsabschätzung: Auswahl und Modellierung der Wirkungskategorien
3.2.2 Die fakultativen Bestandteile der Wirkungsabschätzung: Normierung, Ordnung und Gewichtung von Wirkungskategorien
3.3 Ausgewählte Methoden zur Wirkungsabschätzung
3.3.1 Methode des Umweltbundesamtes
3.3.2 Methode des Eco-indicator 99
3.3.3 Leitparameter
3.3.3.1 Methode des kumulierten Energieaufwands
3.3.3.2 Methode der Materialintensitätsanalyse


Teil B: Ökobilanzstudie von Indigo

4 Festlegung von Ziel und Untersuchungsrahmen der Ökobilanzstudie von Indigo . . . . . 84

4.1 Ziel der Studie
4.2 Untersuchungsrahmen der Studie
4.3 Anpassung der Methoden der Wirkungsabschätzung an das Fallbeispiel

5 Rahmenangaben zur Sachbilanz . . . . . 97
5.1 Modellierung des Systems
5.2 Formate der Sachbilanzdaten

6 Sachbilanz der Herstellung von synthetischem Indigo . . . . . 108
6.1 Herstellung der Vorprodukte von synthetischem Indigo
6.1.1 Förderung und Aufbereitung von Erdgas und Erdöl
6.1.2 Herstellung von Anilin
6.1.3 Herstellung von Formaldehyd
6.1.4 Herstellung von Blausäure
6.2 Technische Synthese von Indigofarbstoff
6.2.1 Indigosynthese nach Heumann/Pfleger
6.2.2 Handelsformen des Indigos
6.3 Sachbilanz der Synthesereaktion

7 Sachbilanz der Herstellung von natürlichem Indigo aus Färberwaid und Färberknöterich . . . . . 124
7.1 Eigenarten von Sachbilanzen landwirtschaftlich genutzter Flächen
7.1.1 Kenngrößen landwirtschaftlicher Produktion
7.1.2 Landbauformen
7.1.3 Referenzsysteme und Fruchtfolgen
7.1.4 Standorte und Nährstoffkreisläufe
7.2 Produktion der Färbepflanzen Waid und Knöterich
7.2.1 Rahmenparameter des Anbaus der Färbepflanzen
7.2.2 Düngemittel
7.2.2.1 Herstellung von Stickstoff-, Phosphat-, Kalium- und Magnesiumdünger
7.2.2.2 Emissionen von Düngemitteln während der Nutzung
7.2.3 Maschinelle Feldarbeit
7.2.4 Anbau von Färberwaid
7.2.5 Anbau von Färberknöterich
7.3 Sachbilanzen des Pflanzenanbaus
7.3.1 Sachbilanz für den Anbau der Waidpflanzen
7.3.2 Sachbilanz für den Anbau der Knöterichpflanzen
7.4 Gewinnung von Indigofarbstoff aus den Blättern der Färbepflanzen
7.4.1 Vorliegen von Indigo bzw. Indigovorstufen in den Blättern von Färberwaid und Färberknöterich
7.4.2 Wie soll der natürliche Indigo gewonnen werden?
7.4.3 Extraktion des Indigofarbstoffs aus den Waidblättern
7.4.4 Extraktion des Indigofarbstoffs aus den Knöterichblättern
7.5 Sachbilanzen der Farbstoffextraktion
7.5.1 Sachbilanz für die Extraktion der Waidblätter
7.5.2 Sachbilanz für die Extraktion der Knöterichblätter

8 Rahmenangaben zur Wirkungsabschätzung und Auswertung . . . . . 180
8.1 Struktur der Basis- und Sensitivitätsanalysen - Übersicht
8.2 Sensitivitätsanalysen zur Herstellung von Indigofarbstoff
8.2.1 Sensitivitätsanalysen zur Herstellung von Indigo aus Färberwaid
8.2.2 Sensitivitätsanalysen zur Herstellung von Indigo aus Färberknöterich
8.2.3 Sensitivitätsanalysen zur Herstellung von synthetischem Indigo
8.3 Festlegung ausgewählter Szenarien für den Vergleich von natürlichem und synthetischem Indigo

9 Wirkungsabschätzung und Auswertung mit der Methode des Umweltbundesamtes . . . . . 198
9.1 Wirkungsabschätzung mit der Methode des Umweltbundesamtes
9.1.1 Indikatorergebnisse der Wirkungskategorien - Übersicht
9.1.2 Graphische Darstellung der Indikatorergebnisse
9.1.2.1 Wirkungskategorie des Umweltbundesamtes: Verbrauch fossiler Ressourcen
9.1.2.2 Wirkungskategorie des Umweltbundesamtes: Treibhauseffekt
9.1.2.3 Wirkungskategorie des Umweltbundesamtes: Photooxidantienbildung
9.1.2.4 Wirkungskategorie des Umweltbundesamtes: Versauerung
9.1.2.5 Wirkungskategorie des Umweltbundesamtes: aqu. Eutrophierung
9.1.2.6 Wirkungskategorie des Umweltbundesamtes: ter. Eutrophierung
9.1.2.7 Wirkungskategorie des Umweltbundesamtes: Krebserkrankungen
9.1.2.8 Wirkungskategorie des UBA: Flächennutzung (Landwirtschaft)
9.1.3 Normierung und ökologische Priorität der Wirkungskategorien
9.1.4 Toxische Einzelparameter
9.2 Auswertung mit der Methode des Umweltbundesamtes
9.2.1. Identifizierung signifikanter Parameter; Diskussion der Sensitivitätsanalysen; Optimierungsmöglichkeiten
9.2.1.1 Herstellung von natürlichem Indigo
9.2.1.2 Herstellung von synthetischem Indigo
9.2.2 Vergleich von natürlichem und synthetischem Indigo in Tannenbaumdiagrammen

10 Wirkungsabschätzung und Auswertung mit der Methode des Eco-indicator 99 . . . . . 261
10.1 Wirkungsabschätzung mit dem Eco-indicator 99
10.1.1 Indikatorergebnisse der Wirkungskategorien - Übersicht
10.1.2 Graphische Darstellung der Indikatorergebnisse
10.1.2.1 Kategorien für Schäden an der menschlichen Gesundheit
10.1.2.1.1 Wirkungskategorie des Eco-indicator 99: Krebserkrankungen
10.1.2.1.2 Wirkungskategorie des Eco-indicator 99: Atemwegserkrankungen durch organische Schadstoffe
10.1.2.1.3 Wirkungskategorie des Eco-indicator 99: Atemwegserkrankungen durch anorganische Schadstoffe
10.1.2.1.4 Wirkungskategorie des Eco-indicator 99:Treibhauseffekt
10.1.2.1.5 Wirkungskategorie des Eco-indicator 99: Ionisierende Strahlung
10.1.2.2 Kategorien für Schäden an der Qualität von Ökosystemen
10.1.2.2.1 Wirkungskategorie des Eco-indicator 99: Ökotoxizität
10.1.2.2.2 Wirkungskategorie des Eco-indicator 99: Versauerung/Eutrophierung
10.1.2.2.3 Wirkungskategorie des Eco-indicator 99: Flächennutzung (Landwirtschaft)
10.1.2.3 Kategorie für Schäden an den Ressourcen - Wirkungskategorie des Eco-indicator 99: Verbrauch fossiler Ressourcen
10.1.3 Normierung und Gewichtung der Indikatorergebnisse und Zusammenführung zum Eco-indicator 99
10.1.3.1 Normierte und gewichtete Ergebnisse der Wirkungskategorien - Übersicht
10.1.3.2 Graphische Darstellung des Eco-indicator 99
10.1.4 Ergebnisse der Wirkungsabschätzung aus der hierarchischen, der egalitären und der individualistischen Bewertungsperspektive
10.2 Auswertung mit der Methode des Eco-indicator 99
10.2.1 Identifizierung signifikanter Parameter; Diskussion der Sensitivitätsanalysen; Optimierungsmöglichkeiten
10.2.1.1 Herstellung von natürlichem Indigo
10.2.1.2 Herstellung von synthetischem Indigo
10.2.2 Vergleich des Eco-indicator 99 von natürlichem und synthetischem Indigo

11 Wirkungsabschätzung und Auswertung mit den Methoden des kumulierten Energieaufwands und der Materialintensitätsanalyse . . . . . 323
11.1 Wirkungsabschätzung mit der Methode des kumulierten Energieaufwands
11.1.1 Ergebnisübersicht
11.1.2 Graphische Darstellung des kumulierten Energieaufwands
11.2 Auswertung mit der Methode des kumulierten Energieaufwands
11.2.1 Identifizierung signifikanter Parameter; Diskussion der Sensitivitätsanalysen; Optimierungsmöglichkeiten
11.2.1.1 Herstellung von natürlichem Indigo
11.2.1.2 Herstellung von synthetischem Indigo
11.2.2 Vergleich des kumulierten Energieaufwands von natürlichem und synthetischem Indigo
11.3 Wirkungsabschätzung mit der Methode der Materialintensitätsanalyse
11.3.1 Ergebnisübersicht
11.3.2 Graphische Darstellung der Materialintensität
11.4 Auswertung mit der Methode der Materialintensitätsanalyse
11.4.1 Identifizierung signifikanter Parameter; Diskussion der Sensitivitätsanalysen; Optimierungsmöglichkeiten
11.4.1.1 Herstellung von natürlichem Indigo
11.4.1.2 Herstellung von synthetischem Indigo
11.4.2 Vergleich der Materialintensität von natürlichem und synthetischem Indigo

12 Vergleich der Ergebnisse aller Methoden der Wirkungsabschätzung . . . . . 368
12.1 Ergebnisübersicht
12.2 Herstellung von natürlichem Indigo
12.2.1 Herstellung von Indigo aus Färberwaid: Signifikante Parameter
12.2.2 Herstellung von Indigo aus Färberknöterich: Signifikante Parameter
12.2.3 Herstellung von Indigo aus Färberwaid und Färberknöterich: Sensitivitätsanalysen zu methodischen Festlegungen
12.2.4 Herstellung von Indigo aus Färberwaid und Färberknöterich: Optimierungsmöglichkeiten
12.3 Herstellung von synthetischem Indigo
12.3.1 Herstellung von Indigo-Granulat: Signifikante Parameter
12.3.2 Herstellung von Indigo-Granulat: Sensitivitätsanalysen zu methodischen Festlegungen
12.3.3 Herstellung von Indigo-Granulat: Optimierungsmöglichkeiten
12.4 Vergleich der Herstellung von natürlichem und synthetischem Indigo
12.4.1 Vergleich der Herstellung von Indigo aus Färberwaid und synthetischem Indigo-Granulat
12.4.2 Vergleich der Herstellung von Indigo aus Färberknöterich und synthetischem Indigo-Granulat
12.4.3 Vergleich der Herstellung von Indigo aus Färberwaid und Indigo aus Färberknöterich
12.5 Schlussfolgerungen und Empfehlungen
12.6 Beurteilung der Datenqualität


Teil C: Einschätzung der verschiedenen Methoden

13 Vergleich der Methoden zur Wirkungsabschätzung . . . . . 419

13.1 Methoden des Umweltbundesamtes und des Eco-indicator 99: Vergleich der obligatorischen Bestandteile der Wirkungsabschätzung
13.1.1 Einbezogene Wirkungskategorien, Klassifizierung und Charakterisierung
13.1.2 Exkurs: Behandlung von Human- und Ökotoxizität in Ökobilanzen
13.1.3 Die unterschiedliche Gewichtung der Wirkungskategorien beim Eco-indicator 99 aufgrund ihrer potenziellen Schädlichkeit
13.1.4 Fazit: Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den Wirkungskategorien des Umweltbundesamtes und des Eco-indicator 99
13.2 Methoden des Umweltbundesamtes und des Eco-indicator 99: Vergleich der fakultativen Bestandteile der Wirkungsabschätzung
13.2.1 Normierung
13.2.2 Ordnung und Gewichtung
13.2.3 Fazit: Gemeinsamkeiten und Unterschiede bei der Wichtung der Wirkungskategorien zwischen den Methoden des Umweltbundesamtes und des Eco-indicator 99
13.3 Methoden des kumulierten Energieaufwands und der Materialintensitätsanalyse
13.3.1 Zusammenhänge zwischen den Leitparametern und den Wirkungskategorien des Umweltbundesamtes bzw. des Eco-indicator 99
13.3.2 Übereinstimmung der Ergebnisse der Indigo-Fallstudie bei den Leitparametern und den Methoden des Umweltbundesamtes bzw. des Eco-indicator 99
13.3.3 Fazit: Eignung von kumuliertem Energieaufwand und Materialintensität als Leitparameter
13.4 Abschließende Beurteilung der vier Methoden
13.4.1 Beschreibung ausgewählter Kriterien zur Beurteilung
13.4.2 Schematische Darstellung aller vier Methoden
13.4.3 Methode des Umweltbundesamtes
13.4.4 Methode des Eco-indicator 99
13.4.5 Methode des kumulierten Energieaufwands
13.4.6 Methode der Materialintensitätsanalyse

14 Zusammenfassung . . . . . 477


Anhang

Inhaltsverzeichnis des Anhangs . . . . . 491

A Glossar . . . . . 493

B Umrechnungsfaktoren . . . . . 499

C Hintergrundmaterial zu den einzelnen Modulen . . . . . 502

D Sachbilanzen ausgewählter Lebenswegabschnitte und Subsysteme . . . . . 551

E Hintergrundmaterial zu den Methoden der Wirkungsabschätzung . . . . . 573

F Abbildungsverzeichnis . . . . . 618

G Tabellenverzeichnis . . . . . 622

H Literaturverzeichnis . . . . . 630