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C1.1

Beispiel Rührschüsseln (Fortsetzung 2)

2.2 Berechnung mit SolidWorks

Zur Veranschaulichung der verschiedenen Möglichkeiten, Umweltwirkungen von Produkten abzuschätzen, werden die Rührschüsseln neben dem Ecolizer auch mit dem CAD-Programm SolidWorks bzw. mit dessen Erweiterungsprogramm „Sustainability“ betrachtet. Die Modellierung entspricht nicht exakt den Annahmen im Beispiel oben, die für die Berechnungen mit dem Ecolizer getroffen wurden, ist jedoch so nah wie möglich angelehnt. Warum dies so ist, wird der weiteren Erläuterung des Beispiels offensichtlich. Außerdem werden im Folgenden lediglich die Rührschüsseln selbst betrachtet. Die Verpackung wird nicht berücksichtigt – diese können Sie jedoch im Selbststudium eigenständig modellieren. Das Hintergrundwissen zur Einschätzung der Ergebnisse dürften Sie sich nach Lektüre und Bearbeitung dieser Beispiele erarbeitet haben.

Für die Bearbeitung und das Verständnis dieses Beispiels mit SolidWorks wird vorausgesetzt, dass die Berechnung mit dem Ecolizer bereits durchgeführt wurde.

Im Vordergrund dieses Beispiels steht – wie auch bei der Berechnung mit dem Ecolizer – nicht die Feststellung von finalen Umweltkennzahlen, sondern das Vorgehen bei der Modellierung und die Übung im Umgang mit den entsprechenden Ergebnissen. Die ausgewiesenen Ergebnisse sind daher nicht als „richtig“ zu betrachten, die es im Eigenstudium ebenfalls zu erreichen gilt, sondern sie stellen lediglich die Auswertungsergebnisse der jeweils getroffenen Annahmen dar. Ziel dieser Modellberechnung soll es sein, die ermittelten Umweltauswirkungen für ausgewählte Materialien und Verfahren zu hinterfragen und zu interpretieren.

In „SolidWorks Sustainability“ werden die Umweltauswirkungen in vier Kategorien dargestellt: 1. Kohlendioxid-Fußabdruck, 2. Energieverbrauch, 3. Luftansäuerung (als Vorläufer der aquatischen und terrestrischen Versauerung) und 4. Überdüngung von Gewässern. Zu den Hintergründen dieser Kategorien ist die Lektüre der entsprechenden Themenpapiere zu empfehlen: B2.1 Die Ökobilanz und B2.2 Eindimensionale Methoden. Darüber hinaus ist die Erläuterung zu diesen Kategorien in der Dokumentation zur Software und in der Auswertung der Ergebnisse hinterlegt.

Es würde den Rahmen dieses Dokumentes sprengen, die Anwendung von SolidWorks zu erläutern. Einige Hinweise zu einzelnen Funktionen sind jedoch für das Verständnis der Beispiele und Auswertungsergebnisse nötig. Aufgrund von Versionsunterschieden der Software kann es bei eigenen Berechnungen zu Abweichungen von Darstellungen oder Ergebnissen kommen.

Zur Durchführung dieser Übung sind einfache Modelle der Schüsseln Voraussetzung. Hierbei ist zu beachten, dass die Schüsseln die gleiche Funktion zu erfüllen haben und die gleichen mechanischen Belastungen aushalten müssen. Für dieses Beispiel reichen ungefähre Abschätzungen.

2.2.1 Materialauswahl und Herstellung

Wenn die 3D Modelle fertig sind können die Materialien ausgewählt werden. Es können nur solche Materialien und Herstellungsverfahren ausgewählt werden, die originär von der Software angeboten werden. Für diese Materialien und Verfahren sind Umweltdaten aus der Datenbank „GaBi“ von PE International (s. Themenpapier B2.4 Datenbanken) hinterlegt. Die angebotene Auswahl der Materialien und Herstellungsverfahren unterscheidet sich stark von im Ecolizer vorhandenen Datensätzen, so dass eine direkte parallele Modellierung zum obigen Beispiel nicht möglich ist. Wie im obigen Beispiel gilt auch hier, dass dem Produktdesigner in der Praxis die genauen Materialien bekannt sein dürften. Für die Berechnung des Beispiels werden wir uns mit Annahmen behelfen müssen.

2.2.1.1 Die Rührschüssel aus Edelstahl

Rührschüssel 1 besteht nach den Festlegungen des Beispiels (siehe Kapitel 2) aus poliertem Edelstahl. In Unkenntnis einer Herstellerangabe stellt uns dies bereits vor erste Schwierigkeiten, da SolidWorks eine Auswahl von vier verschiedenen Edelstahlsorten anbietet. Welche soll für unser Beispiel gewählt werden? Ein Material, welches nach kurzer Recherche in Frage käme, ist jedoch nicht dabei (AISI Typ 430).

Abbildung 2: Auswahl von Materialen (Stahlsorten) im Programm SolidWorks Sustainability

Bei der Berechnung mit dem Ecolizer sind wir davon ausgegangen, dass wir Elektrostahl verarbeiten, wobei es sich um ein Sekundärmaterial (Recyclingmaterial) handelt. Bei der Durchsicht der angebotenen Edelstähle in „Sustainability“ stellen wir jedoch fest, dass diese Stähle bis auf eine Ausnahme lediglich über 18 % Recyclinganteil verfügen.

Die Ausnahme (201 gehärteter Edelstahl SS) verfügt zwar über 67 % Recyclinganteil, liegt jedoch bei einem Vergleich in den Umweltwirkungen über denen der anderen Edelstähle, die zu über 80 % aus Primärmaterial bestehen, jedenfalls was die Umweltkategorien CO2-Fußabdruck, Energieverbrauch und die Luftansäuerung betrifft (wie solche Vergleichsdaten ermittelbar sind, wird weiter unten gezeigt). Dieses Ergebnis widerspricht allem, was in den hier zur Verfügung gestellten Hintergrunddokumenten erläutert wurde: Sekundärmaterial bedarf üblicherweise weniger Energie zur Herstellung als Primärmaterial, daher entwickelt es auch weniger Schadwirkungen in die Luft und Gewässer, als auch weniger Klimawirkung. Für diese Abweichung kann es nun verschiedene Erklärungen geben, z. B.:

  1. Die erhöhte Umweltwirkung ist tatsächlich mit Besonderheiten im Herstellungsverfahren oder Energiemix zu erklären. Dies könnte durch einen intensiven Blick in die Hintergründe des Datensatzes ermittelt werden. Leider ist der Hintergrund der hier zur Verfügung stehenden Datensätze nicht zugänglich (s. Themenpapier B2.4 Datenbanken). Auch ein Vergleich der Herstellungsverfahren durch intensive Recherche könnte klären, ob sich die Antwort wirklich in Besonderheiten des Herstellungsverfahrens verbirgt. Dies ist an dieser Stelle jedoch zu zeitintensiv.
  2. Die Datensätze sind in sich nicht konsistent und daher nicht vergleichbar oder die Datensätze sind fehlerhaft in „SolidWorksSustainability“ integriert. Auch diese These kann nicht überprüft werden, da die Dokumentation der Datensätze nicht zugänglich ist.

Die Frage bleibt an dieser Stelle unbeantwortet und wir entscheiden uns für die weiteren Berechnungen für AISI Typ 316L Edelstahl, mit 18 % Recyclinganteil. Ob dies in der Praxis absolut korrekt ist, ist für die Weiterführung des Beispiels nicht relevant. Unsere Rührschüssel wiegt dadurch 1124,46 g (je nach 3 D-Modell kann dieses Gewicht natürlich abweichen). Die weiteren Angaben wurden zunächst wie folgt ausgewählt bzw. durch den Datensatz vorgegeben: 

Als Angaben wurden nun ausgewählt:

Material:
AISI Typ 316L Edelstahl (18 % Recyclinganteil)

Region der Herstellung:
Europa (eigene Auswahl)

Geplante Lebensdauer:
20 Jahre (eigene Festlegung, wie im Ecolizer Beispiel festgelegt)

Verarbeitung:
Gestanztes/Geformtes Blech (eigene Auswahl, erscheint als sinnvollste Bearbeitungsalternative)

Energiebedarf für die Herstellung (Strom):
0,19 kWh/kg (vom Datensatz vorgegeben, aber veränderbar)

Wärmeenergiebedarf für die Herstellung (Gas):
1476,60 BTU/kg (vom Datensatz vorgegeben, aber veränderbar)

Ausschussrate:
9,67 % (vom Datensatz vorgegeben, aber veränderbar)

Region der Verwendung:
Europa (eigene Auswahl)

Transport:
3.114,85 km mit LKW (vom Datensatz vorgegeben, aber km veränderbar. Die Auswahl anderer Verkehrsmittel ist in dieser geographischen Konstellation NICHT möglich!)

Ende der Lebensdauer:
Recyclingquote: 25 % (vom Datensatz vorgegeben, aber veränderbar)
Verbrennung: 24 % (vom Datensatz vorgegeben, aber veränderbar)
Deponie: 51 % (vom Datensatz vorgegeben, aber veränderbar)

Nutzungsdauer:
20 Jahre (eigene Festlegung)

Die kritische Auseinandersetzung mit den vom Datensatz vorgegebenen Kriterien und deren Änderung erfolgt in den entsprechenden Kapiteln weiter unten. Die schließlich verwendeten Kriterien finden Sie zusammengefasst im Kapitel 2.2.5).

2.2.1.2 Die Rührschüssel aus Glas

Rührschüssel 2 besteht nach den Festlegungen des Beispiels (siehe Kapitel 2) aus Weißglas. Hier fällt die Auswahl nicht schwer, da nur ein Glasmaterial zur Verfügung steht. Die Schüssel wiegt in unserem Modell 1104,04 g. Auch diese Rührschüssel soll in Europa hergestellt und verwendet werden.

Anders als bei Edelstahl stehen hier keine Herstellungsverfahren zur Auswahl, allerdings können benutzerdefinierte Daten eingegeben werden. Wir stehen daher vor derselben Herausforderung wie bei der Berechnung mit dem Ecolizer. Allerdings haben wir dort bereits einen Wert für das Glasformverfahren ermittelt: er lag bei 1100 kJ/kg. Unbekannt ist uns jedoch, ob es sich dabei um Strom oder Wärmeenergie handelt. Wir treffen die Annahme, dass beim Glasformverfahren mindestens 2/3 der Energie aus Wärmeenergie besteht. Daher tragen wir 366,7 kJ/kg (bzw. 0,1 kWh/kg) als Strombedarf in die Eingabemaske ein sowie 694,4 BTU/kg als Wärmeenergiebedarf.7

Als Ausschussrate werden automatisch 5 % angenommen. Genauere Werte können dem BREF (Erläuterung s. Kapitel 2.1.1.2) entnommen werden. Für das Beispiel gehen wir jedoch von einer Ausschussrate von mindestens 10 % aus.

7 Die Umrechnung des Energiebedarfes verliert spätestens dann ihren Schrecken, sobald diverse Einheitenrechner im Internet ermittelt wurden, die diese Umrechnungen schnell und problemlos übernehmen, z.B. http://www.unitjuggler.com

2.2.1.3 Die Rührschüssel aus HDPE

Rührschüssel 3 besteht nach den Festlegungen des Beispiels (siehe Kapitel 2) aus High Density Polyethylen. Auch hier wird nur ein Material zur Auswahl angeboten, das aus 100 % Primärmaterial besteht, d. h. keinen Recyclinganteil enthält. Das Gewicht der modellierten Rührschüssel beträgt 953,63 kg.

Als geographischer Bezug wird Europa ausgewählt. Als Verarbeitung kommt Spritzguss in Frage und als Lebensdauer werden aus den oben genannten Gründen 5 Jahre angenommen. Als Ausschussrate werden vom Datensatz 2 % vorgegeben, die so akzeptiert werden können.

Als Angaben wurden nun ausgewählt:

Material:
PE hochdicht

Region der Herstellung:
Europa (eigene Auswahl)

Geplante Lebensdauer:
5 Jahre (eigene Festlegung, wie im Beispiel oben festgelegt)

Verarbeitung:
Spritzguss

Energiebedarf für die Herstellung (Strom):
1,85 kWh/kg (vom Datensatz vorgegeben, aber veränderbar)

Wärmeenergiebedarf für die Herstellung (Gas):
0,00 BTU/kg (vom Datensatz vorgegeben, aber veränderbar)

Ausschussrate:
2 % (vom Datensatz vorgegeben, aber veränderbar)

Region der Verwendung:
Europa (eigene Auswahl)

Transport:
3.114,85 km mit LKW (vom Datensatz vorgegeben, aber km veränderbar. Die Auswahl anderer Verkehrsmittel ist in dieser geographischen Konstellation NICHT möglich!)

Ende der Lebensdauer:
Recyclingquote: 25 % (vom Datensatz vorgegeben, aber veränderbar)
Verbrennung: 24 % (vom Datensatz vorgegeben, aber veränderbar)
Deponie: 51 % (vom Datensatz vorgegeben, aber veränderbar)

Nutzungsdauer:
5 Jahre (eigene Festlegung)

Die kritische Auseinandersetzung mit den vom Datensatz vorgegebenen Kriterien erfolgt in Kapitel 2.2.5.

2.2.2 Transportwege

Die Rührschüssel wird gemäß unseren Wünschen in Europa gefertigt und verwendet. Der Datensatz gibt für alle Materialien automatisch eine Transportentfernung von 3.144,85 km aus, die mit dem LKW zurückgelegt wird. Die Kilometerangabe ist veränderbar, während das Transportmittel durch den Datensatz vorausgewählt ist. Wie diese durchschnittliche Strecke ermittelt wird, bleibt unklar. Wird der geographische Bezug verändert, so verändern sich sowohl die vorgegebene Transportstrecke als auch die auswählbaren Verkehrsmittel.

Eine Mischung der Transportmittel, wie in der Berechnung mit dem Ecolizer, ist in diesem Beispiel daher nicht möglich. Da durch diese Einschränkung eine realitätsnahe Modellierung dadurch ohnehin nicht möglich ist, belassen wir es für die spätere Berechnung des Beispiels bei den ermittelten Transportwegen des Datensatzes.

Aus Neugierde experimentieren wir noch ein wenig mit diesen Daten und lassen die Schüssel in Südamerika fertigen und weiterhin in Europa verwenden. Dabei stellen wir fest, dass nunmehr nur noch der Seeweg als Auswahl in Frage kommt, der mit 9.495,13 km angegeben wird. Das Ergebnis: die Umweltwirkungen sinken!

Ein solches Ergebnis ist fatal, denn die Auswahl des geographischen Bezugsrahmens verfälscht durch eine Vereinfachung der Transportwege das Ergebnis in erheblichem Ausmaß. Zwar sind die erfassten Emissionen auf dem Seeweg pro km tatsächlich geringer als mit dem LKW. Während jedoch bei einer Fertigung in Europa die Transportwege inkl. Distribution insgesamt mehr als 3.000 km ausmachen, entfallen im Programm die Distributionswege per LKW innerhalb Europas bei einem Import aus Südamerika völlig! Da auch von Übersee importierte Güter in Europa transportiert werden müssen, ist diese Annahme fragwürdig. Diese Erkenntnis muss bei einer Interpretation der Ergebnisse unbedingt berücksichtigt werden. Abhilfe schafft eventuell die Maßnahme, die Transportwege insgesamt auf Null zu setzen und die Transporte nach der Auswertung der reinen Material- und Fertigungskalkulation gesondert zu berücksichtigen.

Erstaunlich ist auch, dass der Transport per LKW innerhalb Europas mehr als 3.100 km ausmacht, während ein Transport innerhalb Nordamerikas laut Programm lediglich mit 2.574,95 km zu Buche schlägt.

2.2.3 Nutzenphase

Wie auch in der Berechnung mit dem Ecolizer wird die Nutzenphase nicht berücksichtigt, alle Rührschüsseln werden in der gleichen Art und Häufigkeit benutzt und auch die Reinigung erfolgt gleich.

Anders jedoch als in der manuellen Berechnung mit dem Ecolizer kann im Programm SolidWorks die Auswirkung der Lebensdauer auf die Umweltwirkung automatisch berechnet werden. Dabei wird die geplante Lebensdauer im Verhältnis zur tatsächlichen Nutzungsdauer in Bezug gesetzt. Dies macht sich in den Auswertungen bemerkbar, wenn z. B. die Glasschüssel wie oben beschrieben nur 10 Jahre (roter Balken) der angesetzten Basisnutzungsdauer der Edelstahlschüssel von 20 Jahren (schwarzer Balken) hält.

Eine Grafik soll dies verdeutlichen, in der eine Edelstahlschüssel, bei ansonsten gleichen Bedingungen, lediglich mit 10 statt mit 20 Jahren Nutzungsdauer angesetzt wird (siehe rot eingekreiste Werte):

Abbildung 3: Vergleich der Umweltwirkung bei unterschiedlicher Lebensdauer desselben Produktes

Die Grafik bestätigt, dass die Relevanz der Lebensdauer im Programm korrekt berücksichtigt wird. Natürlich muss die Umweltwirkung um jeweils 100 % steigen, wenn die Lebensdauer bei sonst gleichen Verhältnissen um die Hälfte reduziert wird.

Auf eines soll jedoch hingewiesen werden, obwohl dies eigentlich selbstverständlich ist (da besonders Selbstverständliches im Eifer des Gefechts schnell übersehen wird): Für einen Vergleich der Umweltwirkung können Materialien im selben Produktmodell nicht einfach ausgetauscht werden! Wird das Material „Edelstahl“ im selben Modell einfach durch das Material „Glas“ ersetzt, entsteht eine Rührschüssel, die weder praktisch (weil aufgrund der dünnen Wände nicht überlebensfähig) noch theoretisch (weil kein funktionales Äquivalent) mit der Edelstahlschüssel verglichen werden kann. Das Bezugsmodell Rührschüssel aus Glas muss daher separat modelliert und dann in den Vergleich importiert werden.

2.2.4 Die Entsorgung

Für die Entsorgung gilt das bereits oben in der Berechnung mit dem Ecolizer Genannte: die tatsächlichen Entsorgungswege sind gründlich zu recherchieren. Für unser Beispiel reichen jedoch gut begründete Annahmen. Die von den Datensätzen in „SolidWorks Sustainability“ vorgegebenen und angenommenen Verteilungsquoten am Ende des Lebens zwischen Recycling, Verbrennung und Deponie, die für viele Materialien dieselben sind, dürfen jedoch mit Fug und Recht angezweifelt werden und können so nicht belassen werden.

Aus Konsistenzgründen sollte in diesem Beispiel versucht werden, der Methodik des Ecolizers zu folgen, was jedoch aufgrund der sehr unterschiedlichen Herangehensweise des Ecolizer und „SolidWorks Sustainability“ nicht zielführend ist.

Es würde zu weit führen, die möglichen unterschiedlichen Allokationsmethoden für Gutschriften aus Recycling zu erläutern, da diese ohnehin beständigen Diskussionen unterliegen und je nach Material unterschiedlich zu betrachten sind. „SolidWorks Sustainability“ macht es dem Anwender einfach, indem lediglich die Anteile für Recycling, Verbrennung und Deponie angegeben werden müssen. Die notwendigen Annahmen werden in SolidWorks vorgegeben. Die Ermittlung der Recyclinganteile reicht hier aus.

Zum End of Life wurden bereits in der Berechnung mit dem Ecolizer umfassende Hinweise geliefert, daher wird im Folgenden lediglich in Kürze kommentiert, wie in diesem Beispiel mit „SolidWorks Sustainability“ vorgegangen wurde.

2.2.4.1 Entsorgung der Rührschüssel aus Edelstahl (End of Life)

Der Edelstahl aus Rührschüsseln ist theoretisch zu 100 % rezyklierbar; auf Deponien und in der Verbrennung landet nur wenig. Zwar kann sich die durchschnittliche europäische Praxis hier unterscheiden, dennoch gehen wir in Anlehnung an die deutschen Statistiken von einer Recyclingquote von 100 % aus (was nicht bedeutet, dass die Schüssel zu 100 % aus Recyclingmaterial besteht!)

2.2.4.2 Entsorgung der Rührschüssel aus Glas (End of Life)

Aus den Erfahrungen der Berechnungen mit dem Ecolizer können wir von einer Recyclingquote von Glas in Europa von 58 % ausgehen. In einer „echten“ Berechnung sollte dieser Wert überprüft werden, für unsere Zwecke ist eine Festlegung auf diesen Wert jedoch sinnvoll. Zwar wird Glas auch in Müllverbrennungsanlagen verfeuert, sofern es sich im Abfallgemisch befindet. Nach dem Verbrennungsprozess befindet sich das Glas jedoch in der Regel als Inertstoff in der Schlacke wieder und landet letztlich in Deponien oder deponieähnlichen Verwendungen. Daher können gleich 42 % als Deponieanteil eingetragen werden.

2.2.4.3 Entsorgung der Rührschüssel aus HDPE (End of Life)

Wie in der Berechnung mit dem Ecolizer bereits erläutert, werden viele Kunststoffe der Abfallbehandlung zugeführt. Sofern ein Recycling nicht möglich ist, wird bei Kunststoffen die Verbrennung als Ersatzbrennstoff gewählt, da sie einen besonders hohen Heizwert haben. Wir geben daher beim Ende der Lebensdauer „100 % Verbrennung“ an.

2.2.5 Zusammenfassung der ausgewählten Produkt- und Materialparameter

Einige der zunächst ausgewählten Parameter wurden im Verlauf der Diskussion auf den letzten Seiten verändert. Daher gibt diese Tabelle einen Überblick über die tatsächlich ausgewählten Kriterien. Die folgenden Berechnungen und Auswertung der Umweltwirkungen basieren auf der Eingabe dieser Parameter.

Tabelle 9: Die für SolidWorks Sustainability ausgewählten Materialien und Parameter
2.2.6 Berechnung der Umweltwirkung

Die Umweltwirkung wird in „SolidWorks Sustainability“ in verschiedenen Grafiken ausgegeben. Beispielsweise kann bei der Erstellung des Produktes direkt in zeitgleich dargestellten Grafiken beobachtet werden, welche Wirkung eine bestimmte Veränderung der Parameter hat. Dazu im folgenden Kapitel mehr.

In diesem Kapitel sollen die endgültigen Ergebnisse betrachtet werden. Hierzu ist es in „SolidWorks Sustainability“ möglich, auf Knopfdruck Berichte anfertigen zu lassen. Da es uns in diesem Dokument um den Vergleich der verschiedenen Rührschüsseln geht, werden hier Teile aus den Berichten entnommen und in neuer Konstellation dargestellt. Dabei müssen wir jedoch aufpassen: in Tabelle 10 ist im ersten Teil noch nicht die jeweilige Lebensdauer der Produkte berücksichtigt8, im zweiten Teil schon.

Tabelle 10: Übersicht der Auswertungsergebnisse für die Rührschüssel aus Edelstahl, Glas und Kunststoff

Beim Vergleich zeigt sich, dass Edelstahl und Glas in etwa gleichauf sind, wobei die Rührschüssel aus Glas weniger Energie benötigt. Die Differenzen in den anderen Kategorien sind minimal. Man könnte daher sagen, dass die Glasschüssel insgesamt etwas besser abschneidet.

Die Rührschüssel aus Plastik hat in allen Kategorien die schlechteste Umweltwirkung. Dies ist natürlich zum einen auf die kurze Lebensdauer zurückzuführen. Aber bereits im direkten Vergleich, ohne Berücksichtigung der Lebensdauer, schneidet sie trotz der geringeren Materialmenge (die Schüssel aus HDPE ist die leichteste) sehr schlecht ab. In der Praxis wäre vermutlich eine größere Materialeinsparung durch besseres Design möglich.

Diese Ergebnisse lassen sich nicht einfach erklären. Vor allem, da die Berechnungen mit dem Ecolizer andere Ergebnisse lieferten (siehe Kapitel oben, Tabelle 8), in der die Reihenfolge ganz klar Edelstahl, Glas und dann HDPE war. Ein tieferer Blick in die Daten könnte Aufschluss bringen. Daher betrachten wir nun Abbildung 4 und Abbildung 5:

Abbildung 4: Auswertung von Kohlenstoff-Fußabdruck sowie Gesamtenergieverbrauch aller drei Rührschüsselmodelle ohne Berücksichtigung der Lebensdauer
Abbildung 5: Auswertung der Luftansäuerung (Versauerungspotential) sowie Überdüngung von Gewässern aller drei Rührschüsselmodelle ohne Berücksichtigung der Lebensdauer

Die Grafiken zeigen die Verteilungen der einzelnen Produktlebenszyklen an der gesamten Umweltwirkung. Diese kann nicht im Detail analysiert werden, da die Daten nicht transparent sind. Allerdings erscheinen die Verteilungen für Edelstahl und Glas durchaus sinnvoll. Je weniger Anteil das Material an der Umweltwirkung hat, desto prominenter treten natürlich die anderen Herstellungsphasen hervor.

Die Annäherung der Endergebnisse zwischen der Glas- und Edelstahlrührschüssel im Vergleich zum den Ecolizer-Ergebnissen können mit der Unterschiedlichkeit der dahinter liegenden Daten und unterschiedlichen Allokationsmethoden erklärt werden. Wie in diesem und auch anderen Dokumenten immer wieder widerholt wird, können Vergleiche nur innerhalb derselben Datensysteme angestellt und in diesen „Kurzanalysen“ nur Trends dargestellt werden. Eine Entscheidung über die (ökologische) Bevorzugung eines der Systeme kann daher nicht allein auf Basis der hier ermittelten Daten getroffen werden.

Die sehr hohen Einzelwerte für HDPE sowie die Verteilungen sind durch die Grafiken jedoch nicht erklärbar. Es gibt keine augenscheinliche Erklärung für den hohen Gesamtenergieverbrauch von HDPE im Vergleich zu den anderen Systemen. Auch der hohe Anteil Luftansäuerung bei der Herstellung (Spritzguss) ist nicht offensichtlich. Die Luftansäuerung wird vor allem durch die benötigte Energie verursacht, die jedoch im Vergleich zum Transport oder der Materialherstellung sehr hoch erschient. Gleiches gilt für die anderen Wirkungskategorien. Die Autoren müssen hier eine Erklärung schuldig bleiben.9

Da es in diesem Dokument jedoch auch bzw. vor allem darum geht, den Umgang mit solchen Ergebnissen zu üben, betrachten wir weitere Beispiele.

8 Dies mag in SolidWorks möglich sein, wurde jedoch für unsere Zwecke nicht genutzt. Dies ist bei der eigenständigen Verwendung von SolidWorks zu berücksichtigen.

9 Eine mögliche Erklärung ist eine dahinterliegende Datenbank, die in sich nicht kompatibel ist. Dies ist möglich und stellt keinen Mangel der Datenbank dar. Weshalb ein Vergleich zwischen Datensätzen so schwierig sein kann, wird im Themenpapier B2.4 Datenbanken erläutert. 

Eine andere Erklärung kann jedoch die Ungeübtheit der Autoren im Umgang mit dem CAD-Programm sein. Sollten im Verlaufe der Studienübungen Fehler durch Dozenten oder Studenten entdeckt werden bitten die Autoren um Rückmeldung, so dass die Dokumente korrigiert werden können.

2.2.7 Materialvergleich für HDPE mit Alternativen

Im folgenden Beispiel wurde das Material HDPE im Vergleich mit Melaminharz und mit Low Density Polyethylene (LDPE) betrachtet. Der schwarze Balken in den Grafiken spiegelt die Umweltwirkung von HDPE wider, der Balken darüber, rot oder grün, zeigt die Abweichung des Alternativmaterials auf.

In beiden Fällen schneidet HDPE besser ab. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass es sich bei aller vermeintlichen Genauigkeit (die Angabe der Prozentwerte suggeriert dies) doch nur um die Abbildung von Trends handelt.

Während der Trend beim Melaminharz (Abbildung 6) eindeutig zu wesentlich höheren Umweltwirkungen geht, ist es beim Vergleich zwischen HDPE und LDPE (Abbildung 7) nicht ganz so deutlich. Die Abweichungen liegen bei maximal 9 % (für Kohlenstoff), sonst jedoch bei 3 % und kleiner. Diese minimalen Abweichungen sind keinesfalls „spielentscheidend“.

Abbildung 6: Vergleich HDPE mit Melaminharz
Abbildung 7: Vergleich HDPE mit LDPE

Der Unterschied zwischen HDPE und Melamin dürfte (bzw. müsste) sich schnell durch eine Recherche beim Herstellungsprozess erklären lassen. Dies muss im Zweifel für eine schnelle Abschätzung jedoch nicht weiter verfolgt werden, da die Ergebnisse für sich sprechen.

Die Unterschiede zwischen HDPE und LDPE sind jedoch irrelevant. Muss wirklich eine ökologische Entscheidung zwischen HDPE und LDPE getroffen werden, kann dies nur auf ganz konkreten Umständen basieren. Beispielsweise ist einer der möglichen Lieferanten bekannt dafür, energieeffizientere Technik einzusetzen als ein anderer. Vielleicht arbeitet er auch mit einer anderen, ggf. neueren Verfahrenstechnik, die eine höhere Polymerisierungsrate erreicht. Oder er ist näher gelegen, so dass geringere Transportwege zurückgelegt werden müssen. Dies dürfte in den meisten Fällen jedoch reine Spekulation sein, so dass eine sinnvolle ökologische Entscheidung zwischen HDPE und LDPE aufgrund üblicherweise vorhandenen Daten hier nicht getroffen werden könnte.

2.2.8 Alternativen für die Rührschüssel aus Edelstahl

Für die Rührschüssel aus Edelstahl betrachten wir die Relevanz des Transportes, da es sich ja mit 1,1 kg um ein durchaus schweres Produkt handelt. Auch hier setzen wir in SolidWorks die Baseline für das ursprüngliche Szenario und korrigieren nun den Transportweg von über 3.000 km auf 500 km.

Das Ergebnis: Der Transport spielt eine minimale Rolle im gesamten System. Das war zwar durch die obere Auswertung bereits bekannt (siehe Abbildung 4 und Abbildung 5). Allerdings können wir es in dieser Ansicht direkt bei der Modellierung der Rührschüssel überprüfen. Außerdem bestätigt es die Konsistenz der Berechnungen – eine solche Überprüfung ist sinnvoll, wenn der Blick „hinter die Datenkulissen“ verwehrt bleibt.

Abbildung 8: Vergleich der Edelstahlrührschüssel für über 3.000 km Transportweg mit 500 km Transportweg per LKW

Wir rechnen eine weitere Alternative, in der dem Stoffkreislauf 70 % entzogen werden, d. h. nur 30 % des Metalls wird recycelt und der Rest deponiert. Das kann aufgrund geringer Sammeleffizienz durchaus der Fall sein. Gründe können ein mangelhaftes Sammelsystem in manchen Ländern sein, aber auch im Produkt begründet liegen. Rührschüsseln lassen sich leicht aus anderen Abfällen heraustrennen. Bei sehr kleinen Metallstücken ist dies jedoch nicht der Fall. Beispielsweise können kleine Umverpackungen aus Aluminium (Bonbonpapiere, Kapseln, etc.) nicht sortiert werden und werden verbrannt.

Aus Neugierde betrachten wir daher das Ergebnis bei einer Recyclingquote von 30 %:

Abbildung 9: Vergleich der Edelstahlrührschüssel mit 100 % und 30 % Recyclingquote

Wie vermutet, verschlechtern sich die Ergebnisse, allerdings verschlechtern sie sich weniger als erwartet. Der Energiebedarf steigt lediglich um 1 %. Auch hier müssen die Autoren die Erklärung schuldig bleiben, welches Allokationssystem wohl hinter der Berechnung der Datensätze liegen mag (ohne dadurch die Korrektheit der Daten in Frage stellen zu wollen).

Die Bedeutung des Recycling in der Realität liegt jedoch weit über den hier angezeigten Ergebnissen. Es steht daher zu vermuten, dass die wissenschaftliche Fragestellung und die gezogene Systemgrenze, die bei der Erstellung der Datensätze leitend war, möglicherweise der praktischen Anwendung dieses Datensatzes nicht ganz gerecht wird (s. Themenpapier B2.4 Datenbanken).

Diese Beispiele zeigen, dass es angebracht ist, verschiedene Szenarien mit seinem Modell und den gewählten Materialalternativen durchzuspielen. So bekommt man ein Gefühl für die Datenqualität und mögliche Auswirkungen der Alternativen.

2.2.9 Interpretation der Ergebnisse

Wie auch der Ecolizer kommt die Berechnung mit SolidWorks zu dem Ergebnis, dass die Verwendung von Kunststoff die schlechteste der drei Alternativen ist. Da wir die Vergleichbarkeit dieses Datensatzes in SolidWorks jedoch anzweifeln, ist dieses letzte Ergebnis nicht im gleichen Maße belastbar.

Während der Ecolizer der Schüssel aus Edelstahl den Vorzug gibt, kann bei der Berechnung mit SolidWorks keine eindeutige Präferenz zwischen Edelstahl und Glas ermittelt werden. Sollte zwischen diesen Materialen entschieden werden müssen, sind weitere Informationen des Herstellers einzuholen. Dabei ist zu empfehlen, für die darauf folgende „Bewertungsrunde“ zusätzlich zu SolidWorks weitere Instrumente der ökologischen Produktbewertung heranzuziehen.

2.3 Fazit

Sowohl SolidWorks als auch der Ecolizer sind hervorragende Tools für Produktdesigner zur ersten Abschätzung von Umweltwirkungen. Wer dies jedoch ernsthaft zur Kommunikation mit Kunden verwenden und auf das Design ökologischerer Produkte hinwirken möchte, sollte sich zwingend mit der dahinterliegenden Theorie befassen, damit er die Ergebnisse für die Argumentation mit dem Kunden interpretieren kann.

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