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Effizienz und Nachhaltigkeit... mit besonderer Berücksichtigung der gebauten Umwelt

Helmut RechbergerTechnische Universität WienInstitut für Wassergüte, Ressourcenmanagement und Abfallwirtschaft

Ringvorlesung Ökologie, VO 253.118Univ.-Prof. Dr. A. Mahdavi, Univ.-Prof. Dr. E. Panzhauser19. April 2007

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Ringvorlesung Ökologie: Effizienz und Nachhaltigkeit Rechberger2 www.iwa.tuwien.ac.at

Klärung der Begriffe

• Effizienz• Effektivität• Nachhaltigkeit

Ziel

100 %

0 %

AB

Aufwand

Ziel

100 %

0 %A B

A effektiver als B

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Klärung der Begriffe

• Effizienz• Effektivität• Nachhaltigkeit

Effektivität ist das Verhältnis von erreichtem Ziel zu definiertem Ziel. Das Kriterium für das Vorhandensein von Effektivität ist ausschließlich die Frage, ob das definierte Ziel erreicht wurde oder nicht. Ein Verhalten ist dann effektiv, wenn es ein vorgegebenes Ziel erreicht.Dies ist im Unterschied zur Effizienz unabhängig vom zur Zielerreichung nötigen Aufwand. Effektiv arbeiten bedeutet, unter Einsatz aller Mittel ein Ziel zu erreichen, effizient Arbeiten hingegen bedeutet, ein Ziel mit möglichst geringem Mitteleinsatz zu erreichen. Effizienz setzt also Effektivität voraus und geht über diese noch hinaus.

Effektivität ist ein Maß für die Zielerreichung (Wirksamkeit, Output) und Effizienz ist ein Maß für die Wirtschaftlichkeit (Kosten-Nutzen-Relation).

Quelle: wikipedia.com

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Klärung der Begriffe

• Effizienz• Effektivität• Nachhaltigkeit

Nachhaltige Entwicklung ist eine Entwicklung, welche weltweit die heutigen Bedürfnisse zu decken vermag, ohne für künftige Generationen die Möglichkeit zu schmälern, ihre eigenen Bedürfnisse zu decken. (Brundtland-Report „Our Common Future“ 1987)

Ursprünglich stammt der Begriff der Nachhaltigkeit aus der Forstwirtschaft des 18. Jahrhundert: Nicht mehr Holz schlagen, als im gleichen Zeitraum nachwächst. („Von den Zinsen leben.“)

Dokumente der Agenda 21 der Konferenz von Rio de Janeiro 1992 (Begriff weitgehend akzeptiert).

Starke und schwache Nachhaltigkeit

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Globale Kupferbilanz

Quelle: Graedel et al. 2002 (ergänzt)

11.000 11.500 3.800

54011.000

300.000+7.700

580.000-11.000

85.000+3.100

Systemgrenze „Welt 1994”

ProdukteKathoden

Kupfer

Neuschrott

680

Altschrott II

Abfall

1.700

deponierte Abfälle

1.200Gangart

150SchlackeErz

Kupfer-produktion

Güter-produktion

KonsumEntsorgung

5432

1 6Lithosphäre Deponien

Flüsse: 1.000 t/aLager: 1.000 t

1.400Altschrott I

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Die Grenzen der Kreislaufwirtschaft

0 % 100 %

Au

fwan

d

Recyclingrate 0 % 100 %U

mw

elt

sch

utz

Recyclingrate

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Quoten und Ziele

Ressourcenschonung durch stoffliche VerwertungFCKW-Emissionen verbunden mit stofflicher VerwertungRessourcenschonung durch thermische VerwertungFCKW-Emissionen verbunden mit thermischer VerwertungE

mis

sio

nen

Ress

ou

rcen

sch

on

un

g

[ - ]

0 100Verwertungsquote [%]

stofflic

he

Ver

wer

tung

(nic

ht

bre

nnbar

)

ther

mis

che

oder

sto

ffl.

Ver

wer

tung

ther

mis

che

Ver

wer

tung

Ents

org

ung

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Charakteristik des anthropogenen SHH

Lebenszyklus von Kupfer

„Kupfer pur“

„Erdkruste“

Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5

1,0

0.8

0.6

0.4

0.2

0,0

Güter-produktion Konsum

Kupfer-produktion

Rela

tive S

tati

stis

che E

ntr

op

ie

Quelle: Rechberger & Graedel, 2002

Entsorgung

9

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Effiziente Abfallwirtschaft

Quelle: Zeltner and Lichtensteiger, 2002

Kupferflüsse [%]

10093

1.9

82

8.9

8.9

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Entropie und Stoffkonzentrierungseffizienz

SKE < 0

SKE > 0

Quelle: Rechberger & Graedel, 2002Lebenszyklus von Kupfer

„Kupfer pur“

„Erdkruste“

Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5

1,0

0.8

0.6

0.4

0.2

0,0

Güter-produktion Konsum

Kupfer-produktion

Rela

tive S

tati

stis

che E

ntr

op

ie

Entsorgung

SK

E =

10

0 %

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Ringvorlesung Ökologie: Effizienz und Nachhaltigkeit Rechberger11 www.iwa.tuwien.ac.at

Beispiel für Effizienz in der AWS

0 20 40 60 80 100

Au

fwan

d (

z.B

. K

ost

en

)

Deponie

KVA

KVA + mech. Aufb.

KVA +Schmelze

Rel.

SKECu[%/€]

[%/kWh]

Stoffkonzentrierungseffizienz SKECu

Quelle: Rechberger, 2002

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Umsatz fester Güter: heute

Quelle: Baccini, 2002 (adaptiert)

8-12 2-3

0,5-1

6-9

Lager 400 Deponie 50

1-2

Versorgung& Konsum

Entsorgung

Flüsse [t/(E.a)]Lager [t/E]

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Kreislaufwirtschaft

Lager >400 Deponie>50

Versorgung& Konsum

Entsorgung

1-2 5-8

4-6

0 1-2

Quelle: Baccini, 2002 (adaptiert)

Flüsse [t/(E.a)]Lager [t/E]

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Effizienz der Produktion

300

100

200

01500 1700

Blast furnace fuel rate

Thermodynamic limit

1600 1800 1900 2000Year

[GJ/t Cu]

Quelle: Gordon, 2006

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Effizienz der Produktion

7.000

4.000

5.000

6.000

3.000

0

1.000

2.000

1950 1970

Brennstoffenergiebedarf

Theoretischer Brennstoffenergiebedarf

Trocknung

1960 1980 20001990 2004

Datengrundlage: Hackl & Mauschitz

Jahr

En

twic

klu

ng

der

En

erg

ieeff

izie

nz

[kJ/

kg

Klin

ker]

Quelle: Nachhaltigkeitsbericht der Zementindustrie 2004

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Effizienz der Produktion

1,200

600

800

1,000

400

0

200

1950 19701960 1980 20001990

Source: VDEh Blast Furnace Committee

Coke (dry)350

41.5

480.1

Ore beneficationInput of over seas rich ores

Blast temperature >1200°CO2-enrichment

Top pressureBurden distribution

Gas flow controlImprovement of Fe burden

Improvement of cokeSmall coke in Fe burden

Year

Con

sum

pti

on

of

red

uci

ng

ag

en

ts[k

g/

t H

M]

Oil+othersCoal 88.6Thermodynamic optimum 420

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Effizienz der Produktion

vöestalpine: 440 – 450 kg/t RE

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Maßnahmen und Effizienz

Kupfer

Sekundärkupfer

Waschmaschinen Alt WMgesammelt

Alt WM Recycl. Rest-stoffe

RP-AbfälleGP-Abfälle

Kupfererz630

100

2.790

130

2.660 2.660

2.660

2.260 400

? + 6301.770 + 0

Rohstoff-produktion

KonsumEntsorgung+Sammlung

Systemgrenze "Bewirtschaftung von Waschmaschinen ohne Wiederverwendung, 15 Jahre“

RecyclingAufberei-

tung

Energie-bereit-

stellung

Güter-produktion

Kupfer

Sekundärkupfer

Waschmaschinen

Alt WM ge-sammelt-NND

Alt WM-WV

Alt WM-VND

Alt WM Recycl.

Rest-stoffe

RP-AbfälleGP-Abfälle

Kupfererz420 1.860

1.500

6090

1.770

1.770

1.770 1.770

270

? + 4201.770

1.180 + 0

590 + 0

RecyclingAufberei-

tung

Systemgrenze "Bewirtschaftung von Waschmaschinen mit Wiederverwendung, 15 Jahre“

Konsumgebrauchte

Ware

Rohstoff-produktion

KonsumEntsorgung+Sammlung

Energie-bereit-

stellung

Güter-produktion

Nutzung: 10 Jahre

630 +630

Nutzung: 15 Jahre

420 +420

85% Recyclingeffizienz

85% Recyclingeffizienz

[kg Cu/Nutzung von 1000 WM]

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Maßnahmen und Effizienz

Kupfer

Sekundärkupfer

Waschmaschinen

Alt WM ge-sammelt-NND

Alt WM-WV

Alt WM-VND

Alt WM Recycl.

Rest-stoffe

RP-AbfälleGP-Abfälle

Kupfererz630 1.860

1.330

6090

1.770

1.770

1.770 1.770

440

? + 6301.770

1.180 + 0

590 + 0

RecyclingAufberei-

tung

Systemgrenze "Bewirtschaftung von Waschmaschinen mit Wiederverwendung, 15 Jahre“

Konsumgebrauchte

Ware

Rohstoff-produktion

KonsumEntsorgung+Sammlung

Energie-bereit-

stellung

Güter-produktion

Kupfer

Sekundärkupfer

Waschmaschinen Alt WMgesammelt

Alt WM Recycl. Rest-stoffe

RP-AbfälleGP-Abfälle

Kupfererz630

100

2.790

130

2.660 2.660

2.660

2.260 400

? + 6301.770 + 0

Rohstoff-produktion

KonsumEntsorgung+Sammlung

Systemgrenze "Bewirtschaftung von Waschmaschinen ohne Wiederverwendung, 15 Jahre“

RecyclingAufberei-

tung

Energie-bereit-

stellung

Güter-produktion

Nutzung: 10 Jahre

Nutzung: 15 Jahre

85% Recyclingeffizienz

75% Recyclingeffizienz

630 +630

630 +630

[kg Cu/Nutzung von 1000 WM]

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Maßnahmen und Effizienz

Quelle: Truttmann & Rechberger 2006

Basisszenario:85 % Recyclingeffizienz0 % Verlängerung der

Produktlebenszeit

0 20 40 60 80100

500

600

400

300

200

Ress

ou

rcen

verb

rau

ch [%

]

Recyclingeffizienz [%]

100

0

-25 %

+5 % +34 %

2502000 20 40 60 80100120 150 350

Verlängerung der Produktlebenszeit [%]

Verlängerung der Produktlebenszeit

Beispiel:

25 % Reduktion des Ressourcenverbrauchs entweder durch

1) Zunahme der Recyclingeffizienz+5 % (ohne Wiederverwendung)

oder

2) Verlängerung der Produktlebenszeit+34 % (85% Recyclingeffizienz)

-25 %

Schw

ankung der Recyclingeffizienz

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Effizienz von Verhaltensänderung vs. Technologie

Emissionen mit RGR

Emissionen ohne RGR

Quantit. Vermeidung: -20%

1000

0,01

0,001

0,0001Staub NOx SOx HCl Cd Hg Pb Dioxine

x 106

100

1

10

0,1

Grenzwerte AVV 2002

Mass

e/

Zeit

22

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Zusammenfassung

• Nachhaltigkeit: Ziele und Ansätze/Instrumente

• Produktion: effizient, effektiv

• Konsum, Nutzung: Lebensdauer, Rohstoffe der Zukunft

• Entsorgung: Nachholbedarf, reagiert

• Fokus: Bauwerke