Lebenszyklus einer Weissblechdose

Einführung in die Ökobilanz

Die ersten beiden Stunden dienen dazu, die Klasse ins Thema einzuführen, sowie Hintergrundinformationen zum Vorgehen bei der Oekobilanzierung zu vermitteln. Anschliessend lösen die Schüler/innen eine Aufgabe.

1. Stunde:	* Einstieg ins Thema 30 Min. * Methodik der Oekobilanz (Lehrervortrag) 1.Teil 15 Min.
2. Stunde:	* Methodik der Oekobilanz (Lehrervortrag) 2.Teil 15 Min. * Rechenbeispiel 20 Min. * Organisation der weiteren Stunden 10 Min.

1. Einstieg ins Thema

Ein möglicher Einstieg ins Thema ist die Frage nach der grundsätzlichen Umweltverträglichkeit von Weissblechdosenan die Klasse [1]:
Aufgabe: Entscheiden Sie sich für oder gegen die Verwendung von Weissblechdosen und begründen Sie Ihre Ansicht. (Zeit: etwa 10 Min.) [2]

In der anschliessenden Diskussion sollten folgende Fragen aufgeworfen werden:

* Welches sind die möglichen Alternativen zur Verwendung von Weissblechdosen?
Nach kurzer Diskussion (Frischprodukte, Tiefgekühlte Produkte) soll darauf hingewiesen werden, dass diese Frage in einem eigenen Gruppenmodul beantwortet und bei der Auswertung wieder aufgegriffen wird.

* Welches sind die Art der ökologischen Auswirkungen bei Verwendung von Weissblechdosen?
Die Antworten auf diese Frage werden an der Wandtafel gesammelt und nach folgenden Kriterien geordnet:

1. In welchem Abschnitt des Lebenszyklus treten Umwelteinwirkungen auf? (Rohstoffabbau, Dosenherstellung, Abfüllung, Konsum, Entsorgung)

2. Welche Art von Umwelteinwirkungen treten auf? (Verbrauch von Rohstoffen/ Energie, Schadstoffe in Luft/Wasser/Boden, Abfall)

Um die Frage nach der Umweltverträglichkeit beantworten zu können, muss somit der Lebenszyklus "von der Wiege bis zur Bahre" auf sämtliche Umwelteinwirkungen untersucht werden. Zu diesem Zweck wurde das Instrument der Oekobilanzierung entwickelt.

2. Das Instrument der Oekobilanzierung

Diese Kapitel sind Hintergrundinformationen für den anschliessenden Vortrag.

2.1. Historisches

Nachdem in den sechziger Jahren Projekte über globale Entwicklungsmodelle zeigten, dass fossile Energieträger knapp sind, wurden nach der Oelkrise von 1973-1975 Energieflussanalysen für verschiedene Industriezweige durchgeführt. Nach der Oelkrise sank das Interesse an dieser Art von Studien. Getragen durch das "Green Movement" geriet in den 80er Jahren vor allem die Verpackungsindustrie unter Beschuss. In den nachfolgenden Untersuchungen wurden die Energieanalysen durch detaillierte Massenbilanzen sowie Emissionen in Luft und Wasser ergänzt, und der Begriff Oekobilanz tauchte auf.

Grosse Beachtung fand insbesondere die an der EMPA erarbeitete Studie "Oekobilanz von Packstoffen" (BUS Schriftenreihe Umweltschutz Nr. 24), sowie die nachfolgende Studie "Methodik für Oekobilanzen auf der Basis ökologischer Optimierung (BUWAL SRU 133). In dieser Studie wurde der sog. "Ansatz der ökologischen Knappheit" vorgestellt, der es erlaubt, die Umweltbelastung in Form von sog. "Umweltbelastungspunkten" zusammenzufassen. Der dazu notwendige Aggregationsschritt - die vergleichende Bewertung der ökologischen Auswirkungen - ist allerdings nicht unumstritten.

Seit einigen Jahren gibt es Bemühungen, die methodischen Ansätze von verschiedenen Ländern zur Oekobilanzierung zu vereinheitlichen.

2.2. Methodisches Vorgehen bei der Oekobilanzierung

Das nachfolgend beschriebene Vorgehen richtet sich nach der Studie Oekoinventare für Verpackungen, BUWAL Schriftenreihe Umwelt Nr. 250, 1996 und besteht aus den Schritten Zieldefinition, Inventarisierung, Bewertung und Interpretation.

1. Zieldefinierung

Für die Definierung der Ziele und Rahmenbedingungen der Oekobilanz sollen folgende Fragen beantwortet werden:

* Welche Fragestellung soll beantwortet werden?
z.B. Weissblechdose: Welches sind die stärksten Umwelteinwirkungen? Wie gross ist die Umweltbelastung im Vergleich mit Alternativen?

* Für welche Rahmenbedingungen soll die Studie gültig sein?
z.B. Weissblechdose: Woher stammt das verwendete Erz? Wie gross ist die Recyclingrate?

* Wie sind die Systemgrenzen?
z.B.: Weissblechdose: Wird die Oekobilanz für die Situation in der Schweiz oder in ganz Europa durchgeführt?

Zudem wird auch die Bezugsgrösse für die Oekobilanz, die sog. funktionale Einheit, festgelegt. In unserem Fall sind dies z.B. 100 1/2 l Konservendosen - was dem durchschnittlichen jährliche Konsum einer Person in der Schweiz entspricht. Meist wird auch der zu bilanzierende Lebensweg mit Fliessbildern präzisiert.

2. Inventarisierung

Die Inventarisierung wird folgendermassen durchgeführt:

* Zunächst wird festgelegt, welche Umwelteinwirkungen berücksichtigt werden:
z.B. Weissblechdose: Energie, Schadstoffe in Luft, Wasser und Boden, Abfälle

* Das System wird in einzelne Subsysteme aufgeteilt, für die Daten gesammelt und Datenlücken identifiziert werden
z.B. Weissblechdose: Rohstoffabbau, Stahlproduktion, Stahlverarbeitung, Verzinnung, Dosenproduktion, Verteilung, Konsum, Entsorgung, Recycling, Transportprozesse.

* Für jedes Subsystem werden Stoff- und Energiebilanzen erstellt.

* Die Subsysteme werden miteinander verknüpft und das gesamte Oekoinventar berechnet.
Als Ergebnis der Inventarisierung liegt also für die Bezugsgrösse (z.B. 100 1/2 l Weissblechdosen) das sogenannte Oekoinventar vor, d.h. Art und Menge aller Umwelteinwirkungen (Energie, Schadstoffe, Abfälle) .

3. Bewertung

Der entscheidende Schritt der Bewertung der Umwelteinwirkungen muss mit einer anerkannten Bewertungsmethode erfolgen. Die Methodik der Bewertungsmethoden wird weltweit stets weiterentwickelt, wobei bestehende von neueren Methoden abgelöst werden. So wird die sog. Methode der kritischen Belastung, die für Oekobilanzen im Verpackungsbereichvon der EMPA entwickelt worden war, heute nicht mehr verwendet.
Die in der Schweiz wohl (noch) bekannteste Bewertungsmethode ist der Ansatz der ökologischen Knappheit, auch Oekobilanz mit Belastungspunkten genannt. Folgende Annahmen liegen der Methode zugrunde:

1. Die Emissionsmenge einer Umwelteinwirkung (z.B. eines Schadstoffs) muss auf die aktuelle Belastungssituation sowie auf die maximale Belastbarkeit der Umwelt für diese Umwelteinwirkung bezogen werden

2. Als Mass für die maximale Belastbarkeit kann der gesetzliche Grenzwert einer Umwelteinwirkung verwendet werden.

Konkret werden auf der Grundlage der gesetzlichen Grenzwerte und der aktuellen Belstung für jede Umwelteinwirkung sog. Oekofaktoren festgelegt. Mit dem mathematischen Produkt der Emissionsmenge eines Schadstoffs in t/Jahr mit seinem Oekofaktor erhält man sogenannte Belastungspunkte. Die Summe aller Belastungspunkte eines Oekoinventars wird als Mass für die Umweltverträglichkeit des bilanzierten Systems betrachtet (z.B. Weissblechdose).
Der grosse Vorteil dieser Methode besteht in der Prägnanz des Ergebnisses in Form von Umweltpunkten, die beispielsweise leicht mit Alternativen verglichen werden können. Ein problematischer Aspekt besteht darin, dass Grenzwerte immer als Ergebnis eines politischen Prozesses festgelegt werden, die wissenschaftliche Objektivität des Ergebnisses somit angezweifelt werden kann. Zudem ist es schwierig, die Belastung verschiedener Umwelteinwirkungen zu vergleichen (Was ist schädlicher: Ein Stoff, der die Ozonschicht schädigt, oder ein Stoff, der für Fische giftig ist?)

Neuere Methoden enthalten eine differenziertere Bewertungsmethodik. Statt alle Umwelteinwirkungen gesamthaft zu einem Wert zusammenzufassen, werden Teilgebiete zu Belastungswerten verrechnet (z.B. Treibhauspotential, Bodenbelastung usw.). Der letzte Schritt, bei dem diese Teilbelastungen abwägend beurteilt werden, bleibt einer beurteilenden Person oder Personengruppe vorbehalten (Experte, Politiker, Firma, Bürgerpanel usw.).

4. Interpretation

In der Interpretationsphase werden die Ergebnisse interpretiert und Schlüsse für den Umweltbereich gezogen. Bei einem Vergleich verschiedener Alternativen beispielsweise werden die Umwelteinwirkungen verglichen und mit einer Begründung bewertet.

2.3. Die Aussagekraft von Oekobilanzen

Bei der Durchführung von Oekobilanzen tauchen meist folgende Probleme auf:

* Definition der Systemgrenzen: Es existieren beispielsweise mehrere Verfahren, wie Energie gewonnen werden kann (thermisch, nuklear oder durch Wasserkraft). Von welchen Verfahren geht man aus? Zudem reichen die Daten meist nicht aus, um jede Umwelteinwirkung bis in die kleinsten Verästelungen zu verfolgen.

* Fehlende Grundlagendaten für die Inventarisierung: Daten können aus Sicherheitsgründen nicht freigegeben werden oder noch nie erhoben worden sein. Wie geht man mit Datenlücken um?

* Bewertende Aggregation: Hier stehen sich grundsätzlich zwei verschiedene Ueberzeugungen gegenüber: Aggregiert man die Umweltbelastungen mit Einbezug von politisch definierten Grenzwerten quantitativ - unter Verlust der Datentransparenz - oder überlässt man die Beurteilung einem Experten - unter Verlust der Bewertungstransparenz? (vergleiche auch das Kapitel "Bewertung")

Oekobilanzen geben nicht - wie man auf den ersten Blick vielleicht denken könnte - abschliessend Auskunft über die Umweltverträglichkeit eines Produkts. Dazu ist die Methodik noch (?) zu sehr in Entwicklung. Sie sind aber in jedem Fall für folgende Zwecke geeignet:

* Zur ökologischen Optimierung eines Produktionsprozesses (siehe Abb. 1)

Bild in Originalgrösse

Abb. 1: Oekobilanz einer Waschmaschine.

Wie man sieht, sind die bei Produktion, Verteilung und Entsorgung anfallenden Umwelteinwirkungen vernachlässigbar im Vergleich zu den Auswirkungen beim Gebrauch der Maschine.

* Zum Auffinden von ökologischen Schwachstellen eines Produkts oder Verfahrens. Existieren im Vergleich zweier Produkte beispielsweise grosse Unterschiede der Umweltverträglichkeit, können diese in einer Oekobilanz auf jeden Fall aufgedeckt werden.

Im vorliegenden Lehrmittel geht es nicht etwa darum, die Verwendung von Weissblechdosen zu verurteilen oder ökologisch freizusprechen. Vielmehr soll aufgezeigt werden, wieviel technischer und energetischer Aufwand in einem Produkt wie einer Weissblechdose steckt, die auch nach dem Konsum noch "wertvoll" ist und darum nicht gedankenlos weggeworfen werden sollte. Analog der Herstellungsprozesse gilt es, ein Produkt in seine Teile zu zerlegen, um diese der Wiederverwertung zuführen zu können.

Somit besteht das Ziel des Lehrmittels darin, exemplarisch aufzuzeigen, welche ökologischen Auswirkungen bei der Produktion von Gütern des alltäglichen Lebens vorkommen können, um damit beizutragen, ein ökologisches Bewusstsein zu entwickeln - als Grundlage für die Fähigkeit, eine eigene begründete Meinung zu ökologischen Themen bilden zu können.

3. Berechnungsbeispiel

Nach dem Vortrag lösen die Schüler/innen für sich oder in Zweiergruppen eine Aufgabe, in der es darum geht, die Umweltbelastungspunkte (UBP) einer Polyethylen- mit einer Papiertragetasche zu berechnen und das Ergebnis zu interpretieren. [3]

In der anschliessenden Diskussion können wichtige Inhalte des Vortrags nochmals diskutiert werden (Struktur einer Oekobilanz, Vor- und Nachteile der Methode der ökologischen Knappheit usw.)

Aufgabe zur Oekobilanzierung

Bitte lösen Sie folgende Aufgaben:

1. Welches Material ist für Tragetaschen weniger umweltbelastend : Polyethylen oder Papier?
Notieren Sie zunächt ihre Vermutung aufgrund ihres Vorwissens.

2. Berechnen Sie nun die Gesamtbelastung, indem Sie die fehlenden Umweltbelastungen mit folgenden Angaben berechnen:
1 MJ Energie = 1 UBP
1 g CO₂ = 0,036 UBP
1 g Abfall, Schlacke, Filterreste = 0,22 UBP

Addieren Sie alle Umweltbelastungspunkte.

4. Kann Die Bilanz durch das "Abfall-Verhalten" verbessert werden? Berechnen Sie dazu das Verhältnis der Umweltbelastung durch die Entsorgung zur Gesamtbelastung.

Vereinfachte Oekobilanz pro kg Material	Polyethylen		Papier ungebleicht
	Physikal. Einheiten	Umweltbelastungspunkte	Physikal. Einheiten	Umweltbelastungspunkte
^Herstellung
^{Rohstoffe und Chemikalien}	^{1035 g}	⁴⁴	^{2075 g}	³⁰
^{Fossile Energie (Gas, ...l, Kohle etc.)}	^{600 g}	¹⁹	^{215 g}	¹⁰
^{Elektrische Energie}	^{5 MJ}	. . . . . . .	^{14 MJ}	. . . . . . .
^{Abgegebene Luftschadstoffe}	^{18 g}	²⁰⁴	^{59 g}	⁵⁵⁴
^{Abgegebenes CO2 (fossil)}	^{1528 g}	. . . . . . .	^{1369 g}	. . . . . . .
^{Abgabe Wasserschadstoffe}	^{25 g}	¹	^{37 g}	⁹⁷
^Abfall	^{4 g}	. . . . . . .	^{150 g}	. . . . . . .
Entsorgung (in der Schweiz)
^{KVA-Rauchgase}	^{6 g}	¹⁸⁵	^{2 g}	⁶⁵
^{CO2 aus KVA (fossil)}	^{2517 g}	. . . . . . .	^{0 g}	. . . . . . .
^{KVA-Energierückgewinnung}	^{- 21 MJ}	. . . . . . .	^{- 7 MJ}	. . . . . . .
^{KVA-Schlacke und Filterstaube}	^{21 g}	. . . . . . .	^{61 g}	. . . . . . .
^{Deponierter Anteil Abfall (800 g verbrannt, 200 g deponiert)}	^{200 g}	. . . . . . .	^{200 g}	. . . . . . .
_Total		. . . . . . .		. . . . . . .

Lösungshinweise:

UBP (Herstellung)		UBP (Entsorgung)
PE-Tragetasche	Papier-Tragetasche	PE-Tragetasche	Papier-Tragetasche
44	30	185	65
19	10	91	0
5	14	-21	-7
204	554	5	14
55	50	44	44
1	97
1	33

Insgesamt weist die PE-Tragetasche somit 633 UBP auf, während es bei der Papier-Tragetasche 904 UBP sind. Dieses vielleicht überraschende Ergebnis muss mit folgenden zwei Zusammenhängen ergänzt werden:

1. Herstellung und Entsorgung sollten getrennt dargestellt werden. Damit erfahren die Schüler/innen, dass sie auf die Gesamtbilanz Einfluss nehmen können, und zwar durch ihr Verhalten bei der Entsorgung. Papier, das zu 47% (Schweizer Durchschnitt) separat gesammelt wird, hat im Entsorgungsteil noch 55 UBP aufzuweisen statt 116, wenn es vollumfänglich in den Kehrichtsack gelangt. Wenn 1 Kilogramm Papier separat gesammelt wird, kann die Umwelt um 116 UBP entlastet werden. Polyethylen kann im Haushalt nicht separat gesammelt werden, weil es nicht von anderen Kunststoffen unterschieden werden kann. Das Recycling von Kunststoffen funktioniert nur, wenn sie sortenrein gesammelt werden können.

2. Bei Holz, das der wichtigsten Rohstoff für die Herstellung von Papier ist, handelt es sich im Gegensatz zu Erdöl, das zur Herstellung von Polyethylen dient, um einen nachwachsenden Rohstoff.
Die Aufgabe soll einen Eindruck vermitteln, dass Oekobilanzen wichtige Werkzeuge zur Beurteilung der Umweltverträglichkeit sind, dass deren Ergebnisse aber immer geprüft und interpretiert werden müssen.

4. Organisation der weiteren Stunden

Nach dem Lösen der Aufgabe sollte den Schüler/innen der Ablauf der weiteren Stunden erklärt werden.
Es geht darum, die Umwelteinwirkungen im Lebenszyklus einer Weissblechdose zu untersuchen, herauszuarbeiten, welches die schwerwiegendsten Belastungen sind und was getan werden kann, um diese Belastungen zu verringern.
Zu diesem Zweck wird der gesamte Zyklus in folgende Teilschritte aufgeteilt:

1. Modul: Vom Erz zum Feinblech (Erzabbau, Eisen- und Stahlproduktion, Stahlverarbeitung bis zum Feinblech)

2. Modul: Vom Feinblech zur Weissblechdose (Verzinnung des Feinblechs, Dosenherstellung und
Dosenabfüllung)

3. Modul: Verteilung, Konsum und Entsorgung (Transport vom Hersteller zum Verteiler, Dosenkauf und Konsum, Entsorgung der Dosen via Abfallsack und via Recycling, Vergleich der beiden Entsorgungswege)

4. Modul: Alternativen zur Verwendung von Weissblechdosen (Vor- und Nachteile verschiedener Alternativen für den Konsumenten und die Umwelt)

Die Schüler/innen sollten nun Zweier- bzw. Dreiergruppen bilden, die je eines der vier Module während der nächsten zwei Stunden bearbeiten werden, wobei mehrere Gruppen dasselbe Modul verwenden können. In den folgenden zwei Stunden tragen die einzelnen Gruppen ihre Ergebnisse im Klassenverband vor.

Die letzten beiden Stunden dienen der Auswertung und Analyse der Ergebnisse unter Leitung des Lehrers oder der Lehrerin.

Je nach Vorwissen der Schüler/innen kann es sinnvoll sein, die Herstellung einer Weissblechdose übersichtsmässig aufzuzeigen. Zu diesem Zweck könnten bespielsweise Folien der Uebersichtsschematas, die jedem Modul beiliegen, angefertigt werden.

[1] Der Begriff sollte mit Beispielen von Konservendosen und einer kurzen Erklärung erläutert werden.
[2] Dieselbe Frage wird nach den Gruppenarbeiten bei der Auswertung als Erfolgskontrolle nochmals gestellt. Damit die Schüler/innen ihre Antworten vergleichen können, soll diese erste Antwort aufbewahrt werden.
[3] Die Aufgabe stammt aus der Publikation Oekobilanzen - Eine Unterrichtseinheit (BUWAL 1992)