Transcript Rainer Züst

Umweltmanagement
Rainer Züst
Dr. sc. techn., Gastprofessor an der TU Wien,
Schweizerisches Institut für Systems Engineering
E-Mail: [email protected]
Homepage: www.swissinstitute.ch
Schweizerisches Institut für Systems Engineering
Rainer Züst
Rainer Züst
•
Dr. sc. techn., Dipl. Masch. Ing. ETH
•
1993 – 1999 Assistenzprofessor für Betriebswissenschaften an der ETH Zürich,
seit 2000 Gastprofessor an der TU Wien
•
2001 – 2004 Mitglied der Geschäftsleitung der
ETHags – Center for Sustainability at ETH Zurich
•
Mitinhaber „Schweizerisches Institut für Systems
Engineering“ (www.swissinstitute.ch)
•
Autor diverser Bücher
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Beispiele von aktuellen
Projekten
Reorganisation der kantonalen Verwaltung
Ausbildung Gesamtprojektleiter Bereich Haustechnik
Ecodesign für eine Business-Area
Ecodesign sowie WEEE & RoHS-Umsetzung
Ecodesign-Workshops
Ecodesign-Implementierung und Schulung
Umsetzung EUP bei Agfa HealthCare
Diverse Vorlesungen und Kurse
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Arbeitsbereich „Systems
Engineering“
Systems Engineering ist
eine systematische Denkweise
und Methodik zur Lenkung
von Problemlöseprozessen im
Kontext anspruchsvoller soziotechnischer Fragestellungen.
(io Verlag 2004)
Vorlesung u.a. an der ETH Zürich
Kurse für Wirtschaft, Methodikberatung in der Wirtschaft
Schweizerisches Institut für Systems Engineering
(io Verlag 2002)
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Arbeitsbereich „Ecodesign“
ECODESIGN (umweltgerechte Produktentwicklung;
- Buch mit CD-ROM, Umsetzungsleitfaden, eLearning;
- Tools auf www.ecodesign.at
(io Verlag 2001)
Vorlesung ETH Zürich,
Kurse für die Wirtschaft,
Beratung von Unternehmen
Schweizerisches Institut für Systems Engineering
(Kluwer 2002)
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Arbeitsbereich
„Produktentwicklung“
Produktentwicklung- und
Innovationsprozesse,
Prozessmanagement,
Integration von Ecodesign
Diverse Mandate
in der Wirtschaft,
Beratung von Unternehmen
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(Springer 2004)
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Einstieg: Wachstumsfalle
• Bevölkerungswachstum
• Steigender Ressourcenverbrauch
• Zunahme an sozialen und gesellschaftlichen
Konflikten
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Bevölkerungswachstum
weltweit
16
Billion people
14
12
weak
middle
high
constant
10
8
6
4
2
0
2000
2010
2020
2030
2040
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2050
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Getreideproduktion weltweit
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Prod./P. kg
Worldprod. T
1950
1960
1970
1980
Schweizerisches Institut für Systems Engineering
1990
1998
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Verfügbares Trinkwasser pro
Person weltweit
Available drinking water/person
world average
25000
25000
23500
22000
m3/Pers.
20000
20000
17500
16000
15000
13500
11500
9000
10000
8000
6500
5000
0
1900
1910
1920
1930
1940
1950
1960
1970
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1980
1990
2000
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Energieverbrauch weltweit
250
History
Projections
Oil
200
Natural Gas
150
Coal
100
Renewables
50
Nuclear
0
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
[Source: EIA, International Energy Outlook 1999]
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Weitere Zahlen
•
jährlich Ausgaben, damit alle Menschen Zugang zu
sauberem Wasser haben: 9‘000‘000‘000 US$
•
Jährliche Ausgaben für Zigaretten/Tabak im EURaum: 50‘000‘000‘000 US$
•
Jährliche Ausgaben für Verteidigung weltweit:
780‘000‘000‘000 US$
•
Wert der täglichen Geldtransaktionen an weltweiten
Kapitalmärkten: 1‘100‘000‘000‘000 US$
[Basis: UNDP Development Report 1998]
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Ziel einer Nachhaltigen
Entwicklung
Nachhaltige Entwicklung hat zum Ziel, mit einem
intelligenten Einsatz der verfügbaren Ressourcen
einen möglichst großen Nutzen für alle beteiligten
Akteure (entlang der Wertschöpfungskette) und
Zufriedenheit der Kunden und Konsumenten sowie
der Gesellschaft bei minimaler Umweltbelastung und
unter sozial fairen Bedingungen zu erzielen.
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„Die Falle der zu engen
Systemgrenzen“
[Quelle: Luttropp & Züst 1998]
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Ziel von Ecodesign
Legalität: Einhaltung relevanter Gesetze / Verordnungen (z.B. WEEE, RoHS, ISPM 15, …)
Legitimität: Firmen-Image, Produkt-Image, ..
Innovation: andere und breitere Sichtweise (Querdenken), umfassendere Analyse, neue Ideen /
umfassendere Lösungssynthese
Kostenstruktur: Umweltmanagement als Ressourcenmanagement
Motivation Mitarbeitende: Wahrnehmen von
Verantwortung, effizientere Prozesse
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Attraktive Handlungsfelder
Legalität: Einhaltung relevanter Gesetze / Verordnungen (z.B. WEEE, RoHS, ISPM 15, …)
Legitimität: Firmen-Image, Produkt-Image, ..
Innovation: andere und breitere Sichtweise (Querdenken), umfassendere
Analyse,
neue Ideen
/
(Querdenken),
umfassendere
Analyse,
neue Ideen
/
umfassendere Lösungssynthese
Kostenstruktur: Umweltmanagement als Ressourcenmanagement
Ressourcenmanagement
Motivation Mitarbeitende: Wahrnehmen von
Verantwortung, effizientere Prozesse
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Sozialverträgliche und
umweltschonende Produkte
Verbesserungsmassnahmen, wie sie im Folgenden
diskutiert werden, sollen primär zur Sicherung von
Wettbewerbsvorteilen beitragen.
Im Zentrum stehen:
- neue (innovativere) Produktideen (d.h. auch
„Product-Service-Systems),
- Rationalisierungspotenziale und
- Kostenreduktionen.
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Verfügbare Tools /
Methoden
• ECODESIGN
PILOT: Buch, in englisch und deutsch
(demnächst in japanisch), mit CD-ROM (inkl. Lernteil) oder online: www.ecodesign.at/pilot (5 Sprachen)
• Assistent – Umweltorientierte Bewertung von
Produkten; online: www.ecodesign.at/assistent
• Umsetzungsleitfaden (ECODESIGN Implementation, Springer Verlag, 2004)
• eLearning-Kurs: Universitätslehrgang der TU Wien
www.ecodesign.at/ulg
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Ecodesign - Beispiele
-
Stellmotoren (Sonnenstoren, Klimaanlagen)
Waschmaschine
Spülkasten
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Beispiel Belimo
[Quelle: Belimo]
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Hebelwirkung Ecodesign
Skalierung: 700'000 LM vs. KEZO-Energie
(betriebliche Umweltmassnahme vs. ökologische Produktgestaltung)
5'000'000
Liter ÖL
4'000'000
3'000'000
2'000'000
[Quelle: Belimo]
1'000'000
0
Öl-Einsparung:
Absenkung bei LM-Linie pro Jahr
Einsparung durch
(Eco-)Design
Öl-Einsparung:
Bezug von KEZO-Wärme pro Jahr
Wärmebedarf am
Standort
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Life-Cycle-Thinking
und Bewertung
- Lebensphasen eines Produkts: Rohmaterialien,
Herstellung, Distribution, Nutzung, Entsorgung
- Umweltorientierte Bewertung, z.B. kumulierter
Energieanalyse oder „screening LCA“: GAP-Analyse
- Einflüsse von Beteiligten und Betroffenen,
insbesondere in der Nutzung: Modellierung eines
„sozio-technischen“ Systems (Nutzungsszenarien!!)
- ausserordentliche Betriebszustände, Ausfälle,
Störfälle, Schäden, …: Risiko-Betrachtungen
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Life-Cycle-Thinking
und Bewertung
- Lebensphasen eines Produkts: Rohmaterialien,
Herstellung, Distribution, Nutzung, Entsorgung
- Umweltorientierte Bewertung, z.B. kumulierter
Energieanalyse oder „screening LCA“: GAP-Analyse
- Einflüsse von Beteiligten und Betroffenen,
insbesondere in der Nutzung: Modellierung eines
„sozio-technischen“ Systems (Nutzungsszenarien!!)
Kostenabschätzungen
- ausserordentliche Betriebszustände, Ausfälle,
Störfälle, Schäden, …: Risiko-Betrachtungen
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Life-Cycle-Costing:
Beispiel Waschmaschine
Ein Waschmaschine kostet 3‘000.- Sfr. und ermöglicht
10‘000 Waschzyklen (in 15 Jahren). Für einen Waschzyklus werden ca. 50 l Wasser, 1 kWh Strom und 50 g
Waschpulver benötigt:
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Life-Cycle-Costing:
Beispiel Waschmaschine
Ein Waschmaschine kostet 3‘000.- Sfr. und ermöglicht
10‘000 Waschzyklen (in 15 Jahren). Für einen Waschzyklus werden ca. 50 l Wasser, 1 kWh Strom und 50 g
Waschpulver benötigt:
 500‘000 Liter Wasser, respektive ca. 2‘500.- Sfr.
 10‘000 kWh Strom, respektive ca. 2‘000.- Sfr.
 500 kg Waschpulver, respektive ca. 2‘000.- Sfr.
 plus Service / Unterhalt im Umfang von 1‘500.- Sfr.
Lösungsansatz: effizienterer Waschprozess
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Beispiel V ZUG:
Waschmaschinen
[Quelle: V ZUG]
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Life-Cycle-Costing:
Beispiel Spülkasten
Ein Spülkasten kostet 400.- Sfr. und ermöglicht
Spülvorgänge. Für einen Spülvorgang braucht es 8
Liter Wasser.
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Life-Cycle-Costing:
Beispiel Spülkasten
Ein Spülkasten kostet 400.- Sfr. und ermöglicht 100‘000
Spülvorgänge (20 Spülvorgänge pro Tag über ca. 30
Jahre). Für einen Spülvorgang braucht es 8 Liter
Wasser:
 1‘600‘000 Liter Wasser, respektive ca. 8‘000.- Sfr.
Lösungsansatz: effizienterer Spülvorgang, z.B.
2-Mengen-Spülkasten
[Quelle: Geberit]
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Frühe Planungsphase
entscheidend
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Erkenntnis daraus
1. Bedeutung der Produktentwicklung
2. Frühe Planungsphase entscheidend
3. Fokus auf Produkte / ProductSercice-Systems (und nicht
nur auf Standort)
Produkte /
Dienstleistungen
Produktion /
Standort
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Ein praktisches Beispiel
Wo treten die grössten Umweltbelastungen
auf?
Und wie würden Sie die Zitruspresse unter
ökologischen Aspekten verbessern ?
Zitruspresse: 1.3 kg,
Lebensdauer 80 h, 30 W
Materialien: Kunststoff (PP,
ABS), Cu and PVC (Kabel),
Stahl und Eisen (Motor)
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Annahmen
• Eine Familie produziert täglich 0.1 Liter Saft;
• Für 0.1 Liter Saft werden 0.3 kg Orangen benötigt;
• Lebensdauer 4 Jahre: 120 Liter Orangensaft,
respektive 360 kg Orangen;
• 120 mal Abwaschen: 330 Liter Wasser
• 1m3 Wasser für Produktion von 1 kg Orangen,
respektive 360‘000 Liter Wasser
• Transport: 12'000 km per Schiff, 1'100 km mit LKW
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Energiewert-Tabelle
Niki Bay: „The Oil Point Method – A Tool for Indicative Environmental
Evaluation in Material and Process Selection“, ISBN 87-90855-09-4
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Energieverbrauch für
1 Liter Orangensaft
20
MJ
0.8 MJ
0.2 MJ
0.003 MJ
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
5.4 MJ
14.1 MJ
0.002 MJ
0.01 MJ
0.3 MJ
Material (Zitruspresse)
Produktion (Zitruspresse)
Distribution (Zitruspresse)
Nutzung:
Bewässerung Pflanzen
Transport der Orangen
Energieverbrauch Presse:
Abwaschen Gerät
Geräteentsorgung
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Ecodesign-Massnahme:
Optimierung Pressvorgang
Trennen von Frucht und Saft
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Kettle – Wie verbessern?
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Ecodesign:
Das Vorgehen
1. Life-Cycle-Thinking; Produktmodell (basierend auf
Umweltparametern) / Systemabgrenzung
2. Umwelt-orientierte Bewertung: ökologische Stärken
und Schwächen
3. Suche und Auswahl von Verbesserungsstrategien /
Verbesserungsmassnahmen
4. Umsetzen der Massnahmen in der Produktentwicklung
5. Kommunikation der Resultate (nach Innen und
Aussen)
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1. Schritt:
Life-Cycle-Thinking
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2. Schritt: Umweltorientierte
Bewertung
Umwelt-orientierte Schwachstellen:
1. ökologie-orientierte Betrachtung (z.B. mittels LCA
und LCA-ähnlichen Tools/Methoden)
2. Stakeholder-orientierte Betrachtung (z.B. umweltorientiertem QFD)
3. Benchmarking (z.B. mittels gezielten Quervergleichen)
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Umweltbewertung
Weighted impact over the product life cycle
GW
AD
EU
POC
70,00%
ARD
60,00%
50,00%
40,00%
30,00%
20,00%
10,00%
End of Life
0,00%
Product Use
-10,00%
Global warming (GW)
Ozone layer depletion (OD)
Acidification (AD)
Eutrophication (EU)
Photochemical oxidant
creation (POC)
Abiotic resource depletion
(ARD)
Distribution
ARD
POC
Manufacture
EU
Raw m aterial
AD
GW
[Wimmer, Züst, Lee (2004)]
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100.00
0.00
-100.00
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Energieaufwand für
Recycling
Energieaufwand für
Betrieb
Energieaufwand für
Distribution
Energieaufwand für
Herstellung
Energieaufwand für
Rohstoffgewinnung
MJ
Kumulierte
Energieanalyse (KEA)
700.00
600.00
500.00
400.00
300.00
200.00
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Environmental
Benchmarking
[Wimmer, Züst, Lee (2004)]
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Environmental Quality
Function Deployment
[Wimmer, Züst, Lee (2004)]
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Vorgehen
1. Life-Cycle-Thinking
2. Ökologische Schwachstellen aus umweltorientierter Analyse, Stakeholder-Analyse sowie
Benchmarking ( ökologischer Handlungsbedarf)
3. Suche und Auswahl von Verbesserungsstrategien
und Verbesserungsmassnahmen
4. Umsetzen der Massnahmen in der Produktentwicklung
5. Kommunikation der Resultate (nach Innen und
Aussen)
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ECODESIGN PILOT
CD-ROM
[www.ecodesign.at/pilot]
[Wimmer, Züst (2002)]
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Ecodesign-Assistent
[www.ecodesign.at/assistent]
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Anwendung „Assistent“:
Beispiel Alustuhl (l)
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Anwendung „Assistent“:
Beispiel Alustuhl (ll)
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Anwendung „Assistent“:
Beispiel Alustuhl (lll)
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Vorgehen
1. Life-Cycle-Thinking
2. Ökologische Schwachstellen aus umweltorientierter Analyse, Stakeholder-Analyse sowie
Benchmarking ( ökologischer Handlungsbedarf)
3. Suche und Auswahl von Verbesserungsstrategien und Verbesserungsmassnahmen
4. Umsetzen der Massnahmen in der Produktentwicklung
5. Kommunikation der Resultate (nach Innen und
Aussen)
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Erfahrungen aus der Praxis
1. Klare Systematik
2. Neue Erkenntnisse und Ideen durch das LifeCycle-Thinking
3. Dreiteilige Umweltanalyse
4. Moderierte Workshops
5. Massnahmen in der Sprache der Entwickler
6. Einfache Integration in Entwicklungsprozesse
7. Keine Widerspruch zwischen ökonomischen und
ökologischen Zielsetzungen
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Life-Cycle-Thinking
[Wimmer, Züst 2001]
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Ökologische Schwachstellen
Input-OutputAnalyse. U.a.
mit zwei
Umweltbeziehungen
(Ressourcenentnahme und
Emissionen)
[Wimmer, Züst 2001]
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Beispiele (l)
80
70
60
50
40
Schiff
Flugzeug
30
20
10
0
Rohstoffe
Herstellung Distribution
Nutzung
Nach
Gebrauch
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Beispiele (ll)
20
18
16
14
12
10
Schiff
Flugzeug
8
6
4
2
0
Rohstoffe
Herstellung Distribution
Nutzung
Nach
Gebrauch
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Abschätzen von
Umweltbelastungen (l)
z.B. mit Methode MET:
- Material (Menge, …)
- Energie (kumulierter Energieaufwand, Grauenergie)
- Toxische Stoffe
Beispiel mit KEA (kumulierter Energieaufwand)
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Abschätzen von
Umweltbelastungen (ll)
Energieaufwand für einen „Elementarprozess“:
z.B. für „Herstellung von 1 kg Kunststoff“
Oder „Verarbeiten von 1 kg Kunststoff (Spritzgiessen)
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Energy Values
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Umweltbewertung:
Zwei Möglichkeiten
via Indikatoren:
– ecological footprint [m²]
– SPI [m²]
– MIPS [kg]
– KEA [kWh; MJ]
via Effekte:
– life-cycle-analysis LCA [z.B. ISO 14001...]
– Eco-Indicator 95, 99 [mpoints]
– UBP [BUWAL-Schriftenreihe];
– www.ecoinvent.ch
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Schädigungs- und
Berechnungsmodell
[source: Pre Consultants B.V.]
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Indikatoren (Eco-Indicator)
[source: Pre Consultants B.V.]
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LCA - Probleme
1. Die Resultate einer vollständigen LCA ist schwierig
zu interpretieren (Treibhauseffekt, Smog, ...)
2. Im Allgemeinen ist die Datensammlung für eine
LCA sehr umfangreich, komplex und zeitintensiv.
Deshalb sind LCA nur bedingt möglich in einem
Design-Prozess.
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Aufgabe: Waschmaschine
•
•
•
•
•
•
Beschreiben Sie in einem Satz eine Waschmaschine
(funktions-orientiert)!
Notieren Sie Ideen, wie die Maschine zu verbessern
wäre!
Schätzen Sie die Massen in den einzelnen Lebensabschnitten ab!
Führen Sie ein Kurz-Bewertung durch (z.B. mit Kosten,
oder dann mit KEA)!
Wo sind die Schwachstellen?
Wie würden Sie die Maschine verbessern?
Vergleichen Sie dies mit Ihren Vermutungen!
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Ausblick
Mögliche Schritte zu neuen, zukunftsfähige und
zugleich innovativen Lösungen :
• Denkweisen:
Effizienz - Effektivität - Suffizienz
• Schadstoff liegt vor:
Filtern, reduzieren, wieder verwenden und vermeiden
• Lösung liegt vor:
„face lifting“, „re-design“, „re-think“ und „business
innovation“ (respektive entsprechende S-Kurven)
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Face Lifting (l)
Verbesserungen am (bestehenden) Produkt
Einzelne Teile und Baugruppen werden verändert.
Typischerweise werden toxische Stoffe ersetzt,
Umwelt belastende Materialien reduziert und
Herstellungsprozesse optimiert.
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Beispiel „Face Lifting“
Beispiel Aluminiumstuhl, bei
dem durch die Verwendung
von gerippten Blechen
weniger Material verwendet
wird.
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„Re-Design“
Neugestaltung des Produktes
Der ganze Lebenszyklus wird nun betrachtet und
optimiert. Der Fokus liegt immer noch auf dem
bestehenden Produkt respektive auf den gewählten
Funktionsprinzipien.
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Beispiel „Re-Design“
Beispiel Waschmaschine, die
nun über verbesserte
Waschprogramme, optimierte
Unterhalts- und ServiceMöglichkeiten sowie Sensoren
zur Steuerung des
Waschprogramms verfügt.
[Quelle: www.vzug.com]
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„Re-Think“
Realisierung neuer Funktionsprinzipien
Es werden auch die Funktionsprinzipien respektive
die Funktionen an sich in Frage gestellt und allenfalls
durch neue ersetzt.
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Beispiel „Re-Think“
Beispiel Haushaltgeräte
von James Dyson. Die
neue Waschmaschinengeneration besitzt eine
2-Trommel-Technologie
und ermöglicht somit
neuartige Waschprozesse.
[Quelle: www.dyson.com]
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„Business Innovation“
Verbesserung des ganzen Produktsystems
Der ganze Bereich der Leistungserbringung entlang
der Wertschöpfungsketten - inklusive der
angebotenen Produkte und/oder Dienstleistungen
sowie Infrastrukturen und beteiligte Institutionen und
Personen - wird betrachtet und durch ein neues
System ersetzt.
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Beispiel
„Business Innovation“
Leistung verkaufen anstatt physische Produkte ,
z.B. „Product Sercice Systems“, „Performance
Contracting“, …
Beispiel: Mobility CarSharing
Diversified
Easy and convenient
Ecologically sound
Equipped for the future
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Umweltgerechte Produkte
Framework for Ecodesign
Realität oder Utopie?
Umweltgerechte Lösungen: Was ist zu berücksichtigen?
Effektivität der Organisation
Effizienz der
Technologie
Kulturelle Bereitschaft
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Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit !
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