Ressourcenverbrauch entlang des Produktlebenszyklus

Lebenszyklen stellen idealtypische Abbildungen der zeitlichen und sachlichen Dimensionen unterschiedlicher Phasen dar [Sie-95]. Unter Phasen versteht man relativ stabile, aufeinanderfolgende Zeitabschnitte, die ihre besonderen Merkmale haben. Die Einteilung erfolgt nicht nach festen Regeln, sondern leitet sich aus den interessierenden Zusammenhängen und den zweckdienlichen Abgrenzungs-merkmalen ab. Daraus ergeben sich meist keine fest vorgegebene Phasenlänge und –anzahl, sondern eher eine vorgegebene Reihenfolge. Die technische Betrachtung des Produktlebenszyklus gliedert sich in die Produktentstehung mit Produktentwick-lung und Produktion, die Nutzung sowie die Entsorgung [VDI2243-93].

Ressourcenverbrauch während der Produktentstehung

Der Ressourcenverbrauch in der Produktentstehung wird maßgeblich von den gewählten Materialien und Produktionsprozessen bestimmt. Wesentliche Umwelt-einwirkungen aus der Materialbereitstellung bestehen beispielsweise in dem großen Abraum, den einige Rohstoffe wie z.B. Platin hervorrufen oder in dem hohen Ener-gieverbrauch beim Verarbeiten des Roh- zum Werkstoff (z.B. Aluminium). Müssen Rohstoffe unter hohem Ressourcenaufwand gewonnen werden, kann der Ressour-cenverbrauch größer sein als bei der Verwendung von Sekundärrohstoffen. Durch den Einsatz von Sekundäraluminium kann beispielsweise 95% der Energie für die Materialbereitstellung gespart werden [ALU-94]. Neben der Art der Materialien trägt die Menge der im Produkt eingesetzten Materialien direkt zum Ressourcenverbrauch bei.

Die Produktionsprozesse sind am Ressourcenverbrauch durch den Verbrauch von Energie und den Einsatz von Hilfs- und Betriebsstoffen beteiligt. Besonders energieintensiv erweisen sich z.B. Strahlverfahren. Bei Spanverfahren liegt der Materialverbrauch wesentlich höher als bei der Formgebung durch Umformen.

Einsparungen von Hilfs- und Betriebsstoffen können z.B. durch Minimalschmierung oder Trockenbearbeitung erreicht werden.

Ressourcenverbrauch während der Nutzung

Die Nutzung setzt sich aus Phasen des Gebrauchs und des Stillstandes zusammen.

Bezogen auf den Ressourcenverbrauch während der Nutzung werden aktive und passive Produkte unterteilt [Grü-98].

Für den Gebrauch von aktiven Produkten sind Betriebsstoffe in Form von Energie, Wasser, Öl etc. erforderlich. Dabei differiert der Anteil des Ressourcenverbrauches während der Nutzung am gesamten Produktlebenszyklus bei unterschiedlichen Produktklassen stark [Sel-97]. So beträgt bei Kraftfahrzeugen der Ressourcen-verbrauch während der Nutzung ein Vielfaches des Verbrauchs der Produktion und Entsorgung. Bei gewerblich genutzten Computern liegt das Verhältnis des Ressour-cenverbrauchs von Nutzung zu Produktion und Entsorgung bei eins zu drei [Gro-97].

Passive Produkte beeinflussen den Ressourcenverbrauch nur indirekt über die Prozesse, die eine Nutzung ermöglichen oder mit ihr verbinden. So beeinflussen Gewicht und Volumen von Einrichtungsgegenständen den Ressourcenverbrauch bei Transportprozessen oder die Geometrie von Rohrleitungen beeinflußt den Strö-mungswiderstand und damit die erforderliche Leistung von Pumpen zur Versorgung der Haushalte mit Trinkwasser.

Innerhalb der Produktklassen differiert der Ressourcenverbrauch bei unterschiedli-chen Modellgenerationen. Es werden zunehmend Produkte entwickelt, deren Ressourcenverbrauch in der Nutzung im Vergleich zu älteren Modellgenerationen sinkt. Beispielsweise verbrauchen moderne Waschmaschinen weniger als die Hälfte Wasser als Modelle aus den frühen achtziger Jahren (Bild 2-9).

150

125

72

55 49 49

0 20 40 60 80 100 120 140 160

1973 1983 1988 1995 1997 1998 [l]

Wasser-verbrauch

Jahr

Bild 2-9: Sinkender Wasserbrauch pro 5kg Kochwäsche [BSH-98]

Zusätzlich ist der Ressourcenverbrauch abhängig von den Nutzungsbedingungen und -gewohnheiten unterschiedlicher Nutzer [Sel-97b]. Beim Wäschewaschen in Haushalten unterliegt der Ressourcenverbrauch auf Grund unterschiedlicher Wä-schemengen pro Jahr und nutzerspezifischer Temperaturwahl, Waschmittel-dosierung sowie Befüllung pro Waschzyklus starken Schwankungen [Sel-97b]. Das Verschleißverhalten und damit der Ressourcenverbrauch von Komponenten in Kraftfahrzeugen ist stark von Nutzungsbedingungen wie Stadt- oder Überlandver-kehr sowie Nutzungsgewohnheiten wie individuellem Fahrverhalten abhängig.

Untersuchungen zum Nutzerverhalten [Dan-98] sollen konstruktive Einflußmöglich-keiten identifizieren. So kann das Fehlverhalten der Nutzer durch konstruktive Maßnahmen wie z.B. Grenzwertkontrollen (Drehzahlmesser) oder Grenzwert-beschränkungen (elektronische Geschwindigkeitsbegrenzungen) reduziert werden.

Wenn der Wert des Produktes eine bestimmte Grenze unterschreitet, erlischt das Interesse des Nutzers an einer weiteren Nutzung und das Ende einer Nutzungs-phase ist erreicht. Gründe für das Ende einer NutzungsNutzungs-phase lassen sich wiederum aus dem Wertesystem der Technikbewertung [VDI3780-91] ermitteln. Am Ende jeder Nutzungsphase steht die Entscheidung über die weitere Behandlung des Produkts an. Bei entsprechender Qualität kann das Produkt direkt einem anderen Nutzer zur erneuten Nutzung weitergegeben werden. Häufig können das Produkt oder enthal-tene Komponenten jedoch erst nach einer Behandlung einer weiteren

Nutzungs-phase oder der Produktion zugeführt werden. Bei einer erforderlichen Behandlung können z.B. Demontage, Reinigung, Bearbeitung oder Remontage zu zusätzlichen Ressourcenverbräuchen führen. Eine Einsparung von Ressourcen ist Produktion und Nutzung durch den erneuten Einsatz von Produkten und Komponenten möglich.

Die Entsorgung des Produktes oder von Komponenten wird verzögert.

Ressourcenverbrauch während der Entsorgung

Im Falle einer Entsorgung variiert der Ressourcenverbrauch hinsichtlich verschiede-ner Produktklassen und der Art des angewandten Entsorgungsverfahrens. Produkt-bezogen wird er unter anderem von der Komplexität der Produktstruktur, den Verbindungen und der Materialzusammensetzung beeinflußt.

Das Entsorgungsverfahren ist abhängig vom Entsorgungsziel. Entscheidend ist nicht der Entsorgungsaufwand allein, sondern das Verhältnis aus Entsorgungsaufwand und -nutzen. Die Entsorgung durch Deponieren erfordert keine kapitalintensiven Anlagen und es entstehen vergleichsweise geringe Betriebskosten. Der Aufwand des Deponierens ist zwar gering, es kann aber kein weiterer Nutzen aus dem Deponiegut gezogen werden. Gleichzeitig kann mit der Deponierung ein hoher Flächenverbrauch verbunden sein. Eine Verbrennung nutzt die thermische Energie der Produkte. Die in Kunststoffen gespeicherte Energie des enthaltenen Rohöls kann bei thermischer Verwertung größtenteils zurückgewonnen werden. Bei vertret-barer Umweltbelastung ist die thermische Verwertung dem Deponieren vorzuziehen [VDI2243]. Die nichtbrennbaren Reste erfordern weniger Deponievolumen. Die Verbrennung führt zwar zu einer energetischen Verwertung aber nicht zu einer Senkung der zur Produktion erforderlichen Rohmaterialien.

Die Entsorgung durch Recycling wird je nach Verfahren einen höheren Ressourcen-verbrauch erfordern als das Deponieren oder die thermische Verwertung. Dem höheren Ressourcenverbrauch beim Recycling von Materialien steht ein verringerter Ressourcenverbrauch in der Produktentstehung neuer Produkte und der dazu notwendigen Materialgewinnung gegenüber.

Die beschriebenen Prozesse detaillieren die Phasen des Produktlebenszyklus Produktentstehung, Nutzung und Entsorgung (Bild 2-10). Die Nutzung wird dabei durch die Distribution und Rückführung in den Zyklus eingebunden.

Produktentstehung Entsorgung

Auf-bereitung

Beseitigung

Distribution

Rück-führung

Nutzungs-phasen

Resourcenstrom Demontage

Produktion

Produktent-wicklung

Reinigen, Prüfen,

Bearbeiten,...

Remontage

Nutzung

Bild 2-10: Produktlebenszyklus nach [Sel-97b]