Sachbilanz eines Golf
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Sachbilanz eines Golf 1 Life Cycle Inventory of a Golf Dr. rer. nat. Georg W. Schweimer, Volkswagen AG, Wolfsburg Dr.-Ing. Manfred Schuckert, IKP, Universität Stuttgart Wolfsburg, 2.12.1996 Zusammenfassung Ergebnisse aus der Herstellungs-, Nutzungs- und Entsorgungsphase werden beschrieben. Die Bilanz wird mit Summenwerten aus größeren Produktionseinheiten gerechnet, nicht mit Werten aus der Bilanz von Einzelteilen. Der Bilanzrahmen ist eng gesteckt, es werden nur die direkten Herstellungsprozesse für die Rohstoffe, das Produkt "Auto", dessen Betrieb und Entsorgung berücksichtigt, aber nicht die Herstellung von erforderlichen Werkzeugen, Fabriken und Infrastrukturen. Die Detaillierung ist am größten in der Automobilfabrik und bei der Benzinherstellung. Koppelprozesse, das Automobilwerk gehört zu den komplexesten, werden problemorientiert unterschiedlich berücksichtigt. Der Energieaufwand in der Herstellungsphase des Fahrzeuges stammt überwiegend aus der Produktion der Werkstoffe und liegt damit außerhalb der Automobilfabriken. Metallische Emissionen in Luft und Wasser dominieren bei der Gewinnung der Rohstoffe und Herstellung der Werkstoffe. Es werden mehr Kohlenwasserstoffe und Schwefeldioxid bei der Herstellung und -Verteilung des Benzin emittiert, als in der späteren Nutzungsphase. Während der Nutzungsphase dominiert der Energiebedarf (Benzinverbrauch) und entsprechend die CO2 Emission, etwa 80% vom Gesamtwert. Es wird weniger NOx in dieser Phase ausgestoßen, als bei der Herstellung von Fahrzeug und Benzin. Aufwand und Abfälle bei Pflege und Wartung werden angegeben. In der Entsorgungsphase wird ca. 1% der Gesamtenergie verbraucht. Es werden 75% der Pkw-Masse recycliert. Die verbleibenden 25% sind im wesentlichen Glas und Kunststoffe. Sie werden als Shredder-Leichtmüllfraktion deponiert. 1 Einleitung Die individuelle Mobilität ist ein Eckpfeiler unserer modernen Industriegesellschaft. Sie wird heute mit einer großen Zahl vom Automobilen aufrecht erhalten. Das Auto ist ein von Kunden besonders begehrtes Produkt, weil es speziell auf die Bewegungsfreiheit des Einzelnen zugeschnitten ist. Wegen der großen Zahl interessieren sich Hersteller, Halter und Staat für die vielfältigen Umwelteinflüsse von Automobilen. Ein typisches Merkmal nicht nur vom Auto, sondern auch von anderen Industrieprodukten ist, daß sich deren Umwelteinflüsse aus einer Vielzahl kleiner Komponenten an den unterschiedlichsten Orten zusammen setzen und kumulieren. Das beginnt bei der Gewinnung der Rohstoffe und endet mit der Deponie der unvermeidlichen Reste. 1 Ganzheitliche Betrachtungen im Automobilbau: Rohstoffe - Produktion - Nutzung - Verwertung; Tagung Wolfsburg, 27. bis 29. Nov. 1996 / VDI - Gesellschaft Fahrzeug- und Verkehrstechnik. Düsseldorf: VDI Verlag, 1996 (VDI Berichte; 1307). Die hier wiedergegebene Fassung wurde korrigiert und ergänzt. 2 Die Ökobilanz eines Produktes besteht laut ISO 14040 aus 3 Abschnitten: – Sachbilanz, in der möglichst alle benötigten Stoffarten und -mengen, sowie die eingesetzten Energiearten und -mengen für die Herstellung, Nutzung und Entsorgung eines Produktes registriert werden. Die Herstellung des Produktes schließt die Gewinnung der Rohstoffe und deren Weiterverarbeitung ein. Weil für die Herstellung, Nutzung und Entsorgung zusätzliche Produkte und Anlagen erforderlich sind, muß eine Grenze vereinbart werden. Diese Grenze legt fest, was dem betrachteten Produkt noch zugerechnet wird und was nicht. Sie wird mit Systemgrenze oder Bilanzrahmen bezeichnet. – Wirkungsabschätzung, in der Umwelteinflußkategorien vereinbart werden, darunter Treibhauseffekt, Bodenversauerung, Bodeneutrophierung (Überdüngung), Bodenversiegelung, etc. Zusätzlich werden den, in der Sachbilanz registrierten Stoffe Wirkungspotentiale zugeordnet. Die Summe von Wirkungspotential x Stoffmenge liefert die Wirkung des betrachteten Industrieproduktes in der jeweiligen Umweltkategorie. – Auswertung, in der mit mehr oder weniger subjektiven Kriterien, d.h. Bewertungsfaktoren, die aus der Wirkungsabschätzung erhaltenen einzelnen Umwelteinflüsse relativ zu einander bewertet werden. Hier können auch verschiedene Industrieprodukte hinsichtlich ihrer Umwelteinflüsse verglichen werden. Die Volkswagen-Forschung will wissen, ob das Instrument "Sachbilanz" geeignet ist, Kenntnisse über die stoffliche Zusammensetzung der Autos zu erlangen und ob es tauglich für Entscheidungen bei der Werkstoffauswahl ist. Wissend, daß die Ökobilanz eines Autos sehr aufwendig ist, soll zunächst nur eine Sachbilanz durchgeführt werden. Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit dem Institut für Kunststoffprüfung und Kunststoffkunde (IKP) der Universität Stuttgart wird, mit den Methoden der ganzheitlichen Bilanzierung, ein Pkw der Mittelklasse untersucht. Die Studie wurde 1992 begonnen. Das IKP erstellt den Arbeitsplan und trägt die Daten zusammen, VW stellt seine Erfahrung im Automobilbau und eigenen Daten bereit. Die Sachbilanz wird gemeinsam erstellt und beurteilt. Sowohl die VW-Forschung, als auch das IKP wollen eine möglichst detaillierte Studie mit größtmöglicher Datentiefe erstellen. Dabei zeigt sich sehr schnell, daß in einigen Bereichen die Datenmenge den Rahmen der Studie sprengen können, in anderen auf Ersatzdaten von älteren Modellen zurückgegriffen werden muß. Die Gestaltung der nun folgenden Absätze richtet sich nach dem Konzept der ISO 14040 und der DIN 33926. Darin vorkommende Begriffe sind kursiv gekennzeichnet. 2 Allgemeine Angaben Das Bilanzobjekt ist ein Pkw der Golf-Klasse. Sofern möglich werden Daten für einen Golf, Modelljahr 1994, 4 Türen, 1,8 l Ottomotor, 55 kW und 5 Gang Schaltgetriebe eingesetzt. Die Zielgruppe ist das Management der F&E von VW. In der vorliegenden Veröffentlichung wird auf die Darstellung vieler Details, insbesondere auf umfangreiche Prozeßpläne und Stücklisten verzichtet. Der Bilanzrahmen ist eng gesteckt, es werden nur die dem Produkt "Auto" direkt zugeordneten Prozesse berücksichtigt. Darin enthalten sind die Vorproduktketten und die Fertigung des Endproduktes, jedoch keine Herstellung von Anlagen. Bild 1 veranschaulicht dieses Konzept. Der Detaillierungsgrad ist innerhalb der VW-Werke am höchsten, es werden Einzelteile, die mindestens 1 g wiegen berücksichtigt. Werkstoffe und Strom werden in der Form von fertigen Modulen in getrennten Projekten erstellt. Nicht limitierte Bestandteile im Motorabgas werden möglichst bis zur meßtechnischen Nachweisgrenze hinzu genommen. 3 Werkzeuge Fabriken Produkt Auto Betriebsstoffe Benzin/Öl Infrastruktur Straßen Verwaltung Planung F&E Prospektion Erschließung Rohstoffe Werkstoffe Rohöl Produktion Zulieferer VW-Werke Raffinerie Verteilung Nutzung Wartung Benzin Verbrennung Entsorgung Shredder Altöl Deponie Bild 1: Der Bilanzrahmen. In jedem Tabellenfeld werden Energie und Ressourcen verbraucht, es entstehen Emissionen in Luft und Wasser, sowie Abfälle. In der Sachbilanz werden nur die schraffierten Felder berücksichtigt. Die Aufteilung (Allokation) von Ein- und Ausgangsströmen (Ressourcen und Emissionen) bei der Koppelproduktion wird fallweise unterschiedlich durchgeführt. Die Aufteilung von Primärenergie und Emissionen auf Strom und Wärme aus Kraftwerken mit Kraft-WärmeKopplung wird kalorisch, d.h. nach der abgegebenen Energie durchgeführt. In der Raffinerie wird nach Masse, im Automobilwerk nach Stückzahl aufgeteilt. 3 Methode und Begriffe Zunächst werden Übersichtspläne erstellt, deren Elemente Einzel-Prozesse und weitere Pläne sind. EDV-technische Definitionen befinden sich am Ende dieses Kapitels. Der oberste Plan, Bild 2, stellt lediglich die 3 Phasen im Lebenszyklus eines Autos dar. Zwischen den einzelnen Phasen fließen das jeweilige Hauptprodukt, z.B. Pkw (neu), und Produktgruppen, z.B. die "Betriebsstoffe" bestehend aus Benzin, Motoröl, Kühlmittel, etc. Die Herstellung bezieht sich nicht nur auf den Pkw, sondern auch auf die Betriebsstoffe, insbesondere das Benzin und Ersatzteile, die später bei der Nutzung benötigt werden. Pkw (neu) Pkw (alt) Herstellung Betriebsstoffe Nutzung Altöl Entsorgung (Pkw) Ersatzteile (Pkw) Verschleißteile (Pkw) Pflegemittel Austauschteile Pflegemittel Reststoffe Bild 2: Die drei Phasen des Pkw-Lebenslaufes. Der Block "Herstellung" enthält alle Prozesse zur Herstellung des Pkw, des Benzins, Ersatzteile, Pflegemittel, etc. Der Block "Nutzung" enthält den Pkw-Betrieb, einschließlich Pflege und Wartung. Der Block "Entsorgung" beinhaltet die Zerlegung des Altautos, Teileverkauf, Shreddern, Werkstoffrecycling und Deponie. 4 Sachbilanz Golf Herstellung (Pkw) Werkstoffe Strom (BRD - Mix) VW - Werke Werk BS Werk H Werk SZ Werk WOB CC Preßwerk CC Rohbau CC Lackiererei Vorbehandlung KathodischeTauchlackierung Unterbodenschutz Füllerauftrag Decklackierung Mehrzweck Lackierung Retuschierung Hohlraumkonservierung Prozeßwasser Aufbereitung CC Montage Zulieferer Betriebsstoffe Modul Motoröl (Frei Tankstelle) Benzin (Frei Tankstelle) Raffinerie Erdöl (Nordsee) Transport Erdöl Pipeline Tanker Exploration Aufschlußbohrung Erweiterungsbohrung Produktionsbohrung Primäre Förderung Sekundäre Förderung Tertiäre Förderung Salzwasser Grobabscheidung Gas - Öl Trennung Salzwasser Feinabscheidung Modul Erdöl (Naher Osten) Modul Erdöl (Ferner Osten) Modul Erdöl (GUS) Modul Destillation Benzin (Verteilung) Nutzung (Pkw) Entsorgung (Pkw) Bild 3: Ausschnitt aus dem Plan-Baum "Sachbilanz Golf" zur Verwaltung der Pläne, Module und Einzel-Prozesse. Detailliert sind die Pfade zum "Cost Center Lackiererei" im Werk Wolfsburg und zum "Erdöl aus der Nordsee". Pläne und Module sind fett gedruckt, Einzel-Prozesse befinden sich am Ende der Pfade. Die Bilanz eines Plans liefert ein Modul, charakterisiert durch eine Liste von Zu- und Abflüssen von Produkten bezogen auf ein ausgewähltes Produkt, z.B. 1 t "Erdöl" aus dem "Modul Erdöl (GUS)". 5 Die Pläne werden weiter unterteilt und bis zu den Einzel-Prozessen herunter gebrochen. Es ergibt sich ein "Plan-Baum" oder Inhaltsverzeichnis, ganz analog zum Verzeichnisbaum in modernen EDV-Anlagen. Ein Plan entspricht einem Verzeichnis, der Einzel-Prozeß einer Datei. Bild 3 zeigt einen Ausschnitt aus dem Plan-Baum. Der gesamte Plan-Baum kann hier aus mehreren Gründen nicht wiedergegeben werden, er würde auch den Umfang dieses Berichtes sprengen. Das Konzept der Pläne, Module und Einzel-Prozesse ermöglicht eine Strukturierung der Arbeit. Module können unabhängig von anderen erstellt werden. Auch die von einigen Unternehmen gewünschte Vertraulichkeit der Prozesse läßt sich wahren, indem deren Teilbilanz in einem Modul zusammen gefaßt und nur dieser weiter gegeben wird. Es hat sich bei der Durchführung der Sachbilanz bewährt, einzelne Module als Diplomarbeiten zu vergeben. Bild 4 zeigt den Plan "Erdöl (Nordsee)". Darin sind nur Einzel-Prozesse enthalten, mit Ausnahme des Moduls "Transport". Dargestellt sind interne Verbindungen, durch die das Hauptprodukt des jeweiligen Einzel-Prozesses fließt. Externe Verbindungen, d.h. solche die die Plangrenze überqueren, werden nicht explizit dargestellt. Verbindungen für Nebenprodukte, Koppelprodukte, Hilfsstoffe, Energiezufuhr, Emissionen, Abfälle, etc., werden als "unsichtbar" markiert, damit der Plan noch lesbar bleibt. Verbindungen haben mit den Pfaden im Plan-Baum wenig zu tun. Die Aufteilung des eingehenden Flusses in einem Verteiler-Knoten muß explizit angegeben werden, damit die Fortpflanzungsrechnung eindeutig bleibt. Der Sammel-Knoten nimmt alle eingehenden Flüsse auf und leitet sie in einen einzigen Ausgang. Im Falle der primären, sekundären und tertiären Förderung, Bild 4, wären die betroffenen Mengen unbestimmt, wenn am Verteiler-Knoten keine Angaben über die Aufteilung gemacht würden. Die Angaben zur Aufteilung werden als Anteil des Eingangsflusses gemacht. Absolute Mengenangaben Exploration Aufschlußbohrung Erweiterungsbohrung Produktionsbohrung Verteiler-Knoten Primäre Förderung Sekundäre Förderung Tertiäre Förderung Sammel-Knoten Salzwasser Grobabscheidung Gas - Öl Trennung Salzwasser Feinabscheidung Transport Bild 4: Der Plan "Erdöl (Nordsee)" mit Einzel-Prozessen, internen Verbindungen und dem Modul "Transport", sowie Verteiler- und Sammel-Knoten. Die nicht dargestellten externen Verbindungen sind Ein- und Ausgänge des nächsthöheren Plans. 6 Vorbereitung Kathodische Tauchlackierung Unterbodenschutz Füllerauftrag Decklackierung Retuschierung Mehrzweck Lackierung Hohlraumkonservierung Bild 5: Der Plan "CC Lackiererei " vom Werk Wolfsburg. Dargestellt ist nur der Lauf der Karossen. Die Entnahme aus der Hauptlinie zum Retuschieren und Reparieren wird an den Verteiler-Knoten spezifiziert. 1 2, 3, 4, 11, 18.1 Entfetten 5 7.3 8, 9, 10, 11, 18.2 13 19 14 PWA AZ 1 16, 17, 18.3 Spülen Passi- Spülen vieren Phosphatieren 6 1 20 21 15 AZ PWA Ventilator Kreiselpumpe AZ Abwasserzentrum Sedimentationsstufe Schneckenpumpe 7.1 7.2 Blasstation PWA 12.1 7.4 1 12.2 Dekanter PWA Prozeßwasseraufbereitung Bild 6: Der Prozeß-Plan "Vorbehandlung" in der Lackiererei im Werk Wolfsburg. Die bezifferten Stoffströme sind in Tabelle 1 bezeichnet und quantifiziert. Interne Stoffströme, z.B. Nr. 12.1, die die Plangrenze nicht überqueren, haben keinen Beitrag zur Bilanz, weil sie innerhalb des Plans entstehen und verschwinden. 7 Stoff Eingänge Menge / Nr. Karosse Karosse (ölig) 1 2 Spritz-Tauch-Reiniger 0,2 kg 3 Prozeßwasser 1,5 l 4 Schichtaktivator 8 Phosphatierlösung 490 g 9 Beschleuniger 10 Schlammkonditionierer 11 Reinigungsmittel 10 l 14 Reiniger WT 0,2 l 16 Passivierlösung 17 VE Wasser 132 l 18.1 Trinkwasser 144 l 18.2 Trinkwasser 145 l 18.3 Trinkwasser 0,1 l Technische Wärme 134 MJ Druckluft (6 bar) 0,6 Nm³ Strom, inkl. Druckluft 7,4 kWh Stoff Ausgänge Menge / Wasser Nr. Karosse % Karosse (sauber) 1 1 Abluft 1200 Nm³ 3 5 Ölhaltige Lösung 14 l 6 Spülwasser 126 l 7.1 Verschmutztes Öl 23 g 10 7.2 Ölhaltiger Schlamm 23 g 10 7.4 Ölrückstände 32 g 50 12.2 Phosphat-Schlamm 815 g 40 13 Badablaß 5l 15 Reiniger WT (verb.) 0,2 l 19 Spülwasser 124 l 20 Spülwasser 12 l 21 Spülwasser 109 l Tabelle 1: Der Einzel-Prozeß "Vorbehandlung" in der Lackiererei. Ein Einzel-Prozeß enthält keine weiteren Objekte. Interne Stoffkreisläufe werden nicht aufgeführt. sind nicht erlaubt, weil diese erst bei der Bilanz bestimmt werden. Der Durchlauf der Rohkarossen durch die Lackiererei ist in Bild 5 dargestellt. Entlang der Hauptlinie werden Inspektionen und die zugehörigen Korrekturarbeiten durchgeführt. Der Anteil der zu retuschierenden Karossen wird an den Verteiler-Knoten spezifiziert. Einzel-Prozesse werden zunächst einmal technisch analysiert. Das wird am Beispiel der "Vorbereitung" gezeigt. Im Prozeß-Plan, Bild 6, nicht zu verwechseln mit einem Bilanz-Plan, werden die einzelnen Maschinen und Stoffströme registriert. Daraus ergibt sich die, für die Bilanzrechnung erforderliche Tabelle mit den Ein- und Ausgängen des Einzel-Prozesses "Vorbereitung", Tabelle 1. Man erkennt, daß so ein Einzel-Prozeß zu viele Ein- und Ausgänge hat, um sie alle in einem Plan darzustellen. Nur einige dieser Ein- und Ausgänge sind mit dem obersten Plan, d.h. mit der Umwelt verbunden. Die meisten Ein- und Ausgänge sind mit anderen Einzel-Prozessen und Modulen verbunden und erscheinen dadurch nicht in der Bilanz. Zum Schluß seien hier noch einige EDV-technische Definitionen gegeben, ohne Anspruch auf Vollständigkeit. Prozeß-Plan: In der Prozeßtechnik übliche schematische Darstellung von Anlagen mit den wesentlichen Stoff- und Energieströmen. Beispiel: Bild 6. Bilanz-Plan: Hier auch einfach Plan genannt. Objekt mit mindestens einem Eingang und mindestens einem Ausgang. Ein Plan muß mindestens 2 miteinander verbundene Objekte (Plan, Modul oder Einzel-Prozeß) enthalten, isoliert stehende Objekte oder Objektgruppen sind nicht erlaubt. Pläne sind hierarchisch strukturiert, wie Verzeichnisse und Dateien. Pläne haben nur lokale Gültigkeit. Die im Plan enthaltenen Objekte werden durch Rechtecke mit Namen symbolisiert. Pläne enthalten keine Daten über Stoffmengen, sondern die Verbindungen, symbolisiert durch Linie mit Richtungspfeil, zwischen den Ein- und Ausgängen der im Plan enthaltenen Objekte. Beispiele: Bild 4 und 5. Einzel-Prozeß: Objekt, das nicht mehr unterteilt wird. Es besteht aus einer Tabelle von quantifizierten Ein- und Ausgangsprodukten. Die Stoff- und Energie-Mengen werden hier 8 eingegeben. Physikalische Gesetze, wie Masse- und Energie-Erhaltung sollten bei der Umformung von Ein- zu Ausgangsprodukten eingehalten werden, müssen es aber nicht. Einzel-Prozesse haben lokale Gültigkeit. Beispiel: Tabelle 1. Modul: Einzel-Prozeß mit globaler Gültigkeit, d.h. er kann mit mehreren Plänen gleichzeitig verknüpft sein. Die Ein- und Ausgangsmengen werden entsprechend den Anforderungen aus den einzelnen Plänen kumuliert. Beispiele: Strom- und Transport-Module. Skalierungsfaktor: Alle Ein- und Ausgänge eines Plans müssen bis auf einen gemeinsamen Skalierungsfaktor (Referenz-Fluß) eindeutig definiert sein. Das gilt auch für Einzel-Prozesse und Module. In der Bilanzierung (Fortpflanzungsrechnung) werden alle Skalierungsfaktoren bestimmt und daraus die Summe der Ein- und Ausgangsstoffe gebildet. Verbindung: Leitung durch die ein definiertes Produkt von einem definierten Ausgang zu einem definierten Eingang fließt. Die Produktmenge ergibt sich bei der Bilanzrechnung. Knoten: Treffpunkt mehrerer Verbindungen für das gleiche Produkt. Der Verteilerknoten hat einen Eingang und mehrere Ausgänge. Der Sammelknoten hat mehrere Eingänge und einen Ausgang. Allgemeine Knoten können aus Verteiler- und Sammel-Knoten gebildet werden. Durch Knoten kann ein Plan unter- oder überbestimmt werden. Deshalb die gute Regel: Die Aufteilung der Mengen auf die Ausgänge der Verteiler-Knoten wird vom Benutzer explizit angegeben, die Summe aller Eingängen der Sammel-Knotens überläßt man dem Rechner. Beispiel: Bild 4. Gutschrift: Das Ausgangsprodukt eines Plans oder Einzel-Prozesses mindert die Liefermenge eines Moduls (Recycling). Dadurch mindern sich alle anderen Ein- und Ausgänge dieses Moduls, darunter Energiebedarf und Emissionen. 4 Datenerhebung Die Daten werden den Prozeßplänen entsprechend erhoben. Die anfänglichen Daten führen in der Regel zur Korrektur und Verfeinerung der Prozeßpläne und damit zur Aktualisierung bestehender und Erhebung weiterer Daten. Es handelt sich hier also nicht um ein Projekt, sondern um einen kontinuierlichen Prozeß. In der Herstellungsphase konzentriert sich die Datenerhebung auf die Werk- und Betriebsstoffe, deren Gewinnung und Weiterverarbeitung. In der Nutzungsphase werden Daten zum Kraftstoffverbrauch und Emissionen erhoben. Darüber hinaus werden Pflege und Wartung berücksichtigt. Die Entsorgung, schließlich, besteht aus der teilweisen Zerlegung der Altautos, Shreddern der Wracks und Recycling der Metallfraktion. 4.1 Herstellungsphase Eine der wichtigsten Informationsquellen ist die Entwicklungs-Stückliste. Aus ihr werden die Werkstoffe und Gewichte, aus denen das zu untersuchende Fahrzeugmodell besteht, ermittelt. Die vielen hundert Werkstoffe werden für Übersichten in Gruppen zusammengefaßt, Tabelle 2. Die Mengen der Werkstoffe mit den zugehörigen Rohstoffen, Legierungsanteilen, Mischungskomponenten, etc., werden aus der Werkstoffbezeichnung, z.B. Stahl 54SiCr6, Aluminium AlSi12, Kupferlegierung CuZn27Mn3Al2, Kunststoff PA 6.6 30% GF, und dem Gewicht (Auflösung = 1 g) der Einzelteile berechnet. Daten über die Herstellung der Rohstoffe werden vom IKP in separaten Projekten erarbeitet und, wo nötig, durch Literaturdaten ergänzt. Die Stückliste enthält keine Angaben über den Aufwand zur Herstellung der Einzelteile und deren Zusammenbau zum fertigen Auto. Um diesen Aufwand abzuschätzen, werden Daten von Zulieferern und aus den einzelnen VW-Werken, Tabelle 3, zusammengetragen. Dabei zeigt sich, daß moderne Anlagen mit vielen Meßzählern ausgestattet sind und genügend Daten für eine Sachbilanz liefern können, ein Beispiel ist die Lackiererei. Ältere Anlagen 9 verfügen nur über wenige Zähler und können deshalb nur Übersichtsdaten liefern. Die Abluft von Montagehallen wird wegen der geringe Schadstoffemissionen nicht analysiert. Der Transport zwischen den Werken wird berücksichtigt. Werkstoffgruppe Untergruppen Eisen und Stahl Baustahl, Automatenstahl, Einsatzstahl, Vergütungsstahl, Sintereisen, Gußeisen, Temperguß, Werkzeugstahl, Federstahl, Wälzlagerstahl, Ventilstahl, Nichtrostender Stahl, Wärmebeständiger Stahl, Flamm- und Induktionshärtbarer Stahl Leichtmetalle Primär und Sekundär-Aluminium, Magnesium, Legierungen NE-Metalle Kupfer-, Blei-, Nickel-, Chrom-Legierungen Kunststoffe Duroplaste, Fluorpolymere, Elastomere, Silikone, Thermoplaste Glas Kristallglas, Bleiglas, Einschichtglas, Mehrschichtglas, Fasern Naturprodukte Kork, Leder, Filz, Leinen, Wolle, Baumwolle, Kautschuk, Keramik Holz Faserholz, Sperrholz, Preßspan, Furnier, Papier, Pappe Energie-, Hilfsstoffe Normalbenzin, Superbenzin, Dieselöl, Getriebeöl, Motoröl, Hydrauliköl, Bremsflüssigkeit, Fette, Dichtstoffe, Kühlflüssigkeit, Wasser, Laugen, Löt- und Schweißzusatzstoffe, Säuren, Kleber, Lacke, Farben, Wachs, Graphit, Gase Tabelle 2: Werkstoffgruppen in der Stückliste. Sie richtet sich nach dem Bedarf der Konstrukteure. Die Gruppierung wird für die Sachbilanz etwas abgewandelt. Die Datenerhebung des Wasserverbrauchs wurde sehr erleichtert, weil das Werk Wolfsburg in einer wasserarmen Gegend liegt. Deshalb wurde schon seit seiner Gründung auf einen möglichst geringen Trinkwasserverbrauch geachtet und die notwendigen Pläne und Meßstationen erstellt. Bild 7 zeigt den Wasserkreislauf innerhalb des Werkes. Werk Produkte Energielieferant Braunschweig Hannover Kassel Salzgitter Wolfsburg Achsen, Bremsen, Kunststoffteile Eisen- und Aluminium-Gießerei Getriebe, Schalldämpfer, Gußteile Motoren Karosserie, Lackierung, Kunststoffteile, Montage, Versand Reifen, Scheiben, Kabel, Elektromotoren, Elektrik, Elektronik Strom (BRD - Mix) Strom (BRD - Mix) Eigenes Kraftwerk Strom (BRD - Mix) 3 eigene Kraftwerke Zulieferer Strom (BRD - Mix) Tabelle 3: Fahrzeug-Komponenten aus den einzelnen VW-Werken und Zulieferer, sowie deren Energielieferanten. Die Kraftstoff-Herstellung und -Verteilung wird der Herstellungsphase zugeordnet, Bild 2. Das mag unüblich sein, entspricht aber der Logik dieser Sachbilanz. Der Benzin-Herstellung wird eine vergleichbar große Aufmerksamkeit gewidmet, wie der Fahrzeug-Herstellung. Berücksichtigt wird der Energieverbrauch für die Exploration, Förderung des Erdöls, Reinigung, und Transport zur Raffinerie, Bild 4. Weiter geht es mit der Destillation in der Raffinerie und dem Transport des Benzins zu den Tankstellen. Der für Deutschland geltende Mix von Erdöl aus dem Inland, aus der Nordsee und den Überseegebieten wird berücksichtigt. 10 Harzwasser Brunnenwasser 4,093 1,352 1,497 Betriebswasseraufbereitung 2,714 Trinkwasser 23,894 1,524 0,101 23,995 Sanitärbereich 0,700 Toiletten Verdunstung 1,150 2,052 Verdunstung 2,602 22,697 Produktion 0,257 0,497 Kraftwerke 22,251 1,663 0,124 Biologische Kläranlage Ost 0,953 1,787 0,389 0,352 Abwasserzentrum West Verdunstung 0,357 1,795 Hebewerk Niederschlag 1,087 1,642 Salzteich Werksgelände 0,184 0,143 Betriebswasserrückhaltebecken Becken CKD Frischw asser Betriebsw asser Abw asser 4,537 Aller Bild 7: Wasserkreislauf im VW Werk Wolfsburg. Zahlenangaben in Mio. m³, 1992. Interessant ist der große Anteil Niederschlag und Verdunstung. Das Betriebswasser wird ca. 5 mal genutzt bevor es in die Aller abgelassen wird. Die Erdölgewinnung wird in 3 Phasen unterteilt. Bei der primären Gewinnung wird das Erdöl durch den natürlichen Lagerstättendruck zur Fördersonde getrieben. Der Lagerstättendruck sinkt allmählich ab. Es folgt die Sekundäre Phase, während der der Druck meist durch Einpressen von Wasser (Fluten) aufrecht erhalten oder wieder hergestellt wird. Erreicht die Verwässerung des geförderten Erdöls die Wirtschaftlichkeitsgrenze, folgt eine tertiäre Gewinnungsphase: Dem Flutwasser werden Chemikalien zugesetzt, um das Erdöl flüssiger zu machen, oder es wird in der Lagerstätte erwärmt. Die Förderung wird heutzutage unwirtschaftlich, wenn der Entölungsgrad der Lagerstätte 30% erreicht hat. Die Methoden der Erdölförderung sind: 100% tertiär im Inland; 65% primär / 35% sekundär in der Nordsee; in den anderen Fördergebieten wird 80% primär / 20% sekundär angenommen. Für den Stromerverbrauch bei der Förderung wird die vollständige Prozeßkette des BRD-Mix mit 35% thermischen Wirkungsgrad angesetzt. Berücksichtigt werden Emissionen (CO2, SO2, NOx, CO, Partikel) beim Abfackeln von Erdölgas, sowie Förderung, Herstellung und Transport des für die Erdölförderung verbrauchten Kraftstoffes. Der Rohöltransport von den diversen Förderstellen zu inländischen Raffinerien wird laut BRD Importstruktur 1991 und dem Lloyd's-Register /1/ für Tankertransporte berechnet. Die Daten für den Pipeline-Transport basieren auf Werten aus Aachen /2/ und GEMIS /3/. Förderung, Herstellung und Transport des verbrauchten Bunker-C-Öl werden nicht berücksichtigt. Bei der Verarbeitung des Rohöls zu den diversen Endprodukten werden der Energieverbrauch und die Emissionen der Raffinerie nach den produzierten Endmassen verteilt. 11 Förderung, Transport und Herstellung der Energieträger für die Unterfeuerung sind über die Differenz von Einsatz- zu End-Produkten berücksichtigt. Die Schadstoffemissionen NOx, CO, HC und Partikel aus der Unterfeuerung werden berücksichtigt. Die Abwasserbelastung von Raffinerien beruht auf der Datenbasis der Deutschen Gesellschaft für Mineralölwissenschaft und Kohlechemie (DGMK) /4/. Für die Benzinverteilung von der Raffinerie zum Großlager werden 100 km, von dort zur Tankstelle 40 km angenommen. Die Verdunstungsverluste (HC-Emissionen) basieren auf Daten vom Umwelt Bundesamt (UBA) /5/. Die Motoröl-Herstellung wird getrennt ermittelt, weil der Raffinerieprozeß sich wesentlich von dem der Benzin-Herstellung unterscheidet. Es entstehen mehr Emissionen in Wasser bei der Öl-Herstellung. Außerdem werden der Altölkreislauf und die Ölverpackung berücksichtigt. 4.2 Nutzungsphase Die Nutzungsphase beginnt mit dem Transport des Fahrzeugs zum Händler und dem Entfernen der Wachs-Konservierung. Anschließend setzt der Verbrauch von Benzin und Motoröl, aber auch der von Kühlmittel, Bremsflüssigkeit, Scheibenreinigungsmittel, sowie Reifen ein. Bei der Wartung werden Verschleißteile ausgetauscht, darunter Zündkerzen, Ölfilter, Batterie, etc. Der Benzinverbrauch und die damit verbundenen Schadstoffemissionen eines Pkw hängen von der Fahrweise ab. Der Gesetzgeber hat Fahrzyklen zur Messung des Verbrauchs und der Abgas-Emissionen vorgeschrieben, z.B. der Europäische Abgasfahrzyklus ab Juli 1992 MVEG-A (Motor Vehicle Emission Group, case A), US-City und Highway Driving Cycle in den USA. Einige Institutionen, darunter der Allgemeine Deutsche Automobil Club (ADAC), meinen, daß diese Fahrzyklen nicht repräsentativ sind und benutzen eigenen Fahrzyklen zur Bestimmung des Verbrauchs. Ein Maß für die Spannweite von Verbrauchswerten aufgrund der Fahrprofile verdeutlichen folgende 3 Werte: US-City MVEG-A ADAC 7,3 l/100 km 8,1 l/100 km 9,1 l/100 km In der Bilanz wird der MVEG-A Testverbrauch verwendet. Die hier verwendeten Daten über Schadstoffemissionen werden ausschließlich mit den genannten gesetzlichen Fahrzyklen und Meßvorschriften ermittelt. In der Bilanz werden MVEG-A Meßwerte des Verbrauchs und der limitierten Komponenten CO, HC und NOx verwendet, die Zahlenwerte stammen aus der Typ-Zulassung. Werte für nicht limitierte Schadstoffe (Partikel, SO2, H2SO4, H2S, HCN, NH3, N2O, Phenole, PAK) liegen für den aktuellen Golf nicht vor, es werden Ersatzdaten aus älteren Modellen, gemessen im US-City Driving Cycle, verwendet. Die Mengen Öl und Bremsflüssigkeit ergeben sich aus den vorgeschriebenen Wartungsintervallen. Das gleiche gilt für die Verbrauchsteile Öl-, Luft-, Kraftstoff- und Pollen-Filter, Zündkerzen, Wischerblätter. Den durchschnittliche Verbrauch von Stoßfängern kennt der VW-Kundendienst. Daten zur Reifenherstellung werden beim Lieferanten erfragt. Die durchschnittliche Laufstrecke wird mit 43000 km angesetzt. Die Staubemission ergibt sich aus dem Profilschwund und den Reifenabmessungen. Durch Runderneuerung sowie thermischer Verwertung von Altreifen ergibt sich eine Gutschrift für die Herstellung. Die Batterie besteht aus einem Polypropylen-Gehäuse, Blei - Bleioxid, Schwefelsäure und Wasser. Ihre Lebensdauer wird mit 4 Jahren angesetzt. Altbatterien werden zu 90% recycliert. 12 Der Aufwand für Fahrzeugwäsche und Lackpflege wird durch Befragung von Waschanlagenbetreibern ermittelt. Den zugehörigen Prozeß zeigt Bild 8. Die Daten werden zeigen, daß es sich hier um einen signifikanten Beitrag zu den Emissionen in Wasser handelt. Der Aufwand und die Abfälle von Kfz-Betrieben konnten nicht ermittelt werden. Es wird vermutet, daß hier eine nicht zu vernachlässigende Quelle von Abfällen besteht. Wäsche / Lackpflege Manuell Maschinell Maschinell Manuell Wasser Shampoo Wasser Shampoo Chemikalien Energie Wasser Wachs Energie Politur Wachs Wasseraufbereitung Abwasser Abfall Bild 8: Prozeßplan der Fahrzeugpflege. In den beiden oberen Knoten werden die Fahrzeuge verteilt, unten fließen Abwasser und Abfälle. Die Einsatzstoffe sind in den Einzelprozessen angegeben. 4.3 Entsorgungsphase Die heute typischen Entsorgungswege zeigt Bild 9. Die Entsorgung ins Ausland wird nicht berücksichtigt. Es werden Schrotthändler, Betreiber von Shredderanlagen, sowie Altautoverwertungszentren befragt. Der Restwert eines Altautos bestimmt den Entsorgungsweg. Es lohnt sich nicht alle Altautos komplett zu zerlegen, weil der Markt die Teile nicht abnimmt. Die meisten Altautos werden nur trockengelegt und dann geshreddert. Deshalb werden in der Bilanz Shredder-Daten eingesetzt. Das Shredder-Material geht in einen Markt für Sekundär-Rohstoffe. Diese werden nur zum Teil den Primär-Rohstoffen für den Automobilbau zugeführt. Der größere Teil geht in Branchen mit geringeren Werkstoff-Anforderungen, z. B. Stahl für die Bauindustrie. Das ist nicht nur wirtschaftlich, sondern auch ökologisch sinnvoll, weil bei der Wiederaufbereitung Energie verbraucht und Emissionen in Luft und Wasser erzeugt werden. Gutschriften für Sekundär-Rohstoffe, die in andere Branchen fließen, werden nicht berücksichtigt. 13 Altfahrzeuge Ausschlachten Teileverkauf Trockenlegen Shredder Demontage Entsorgung Flüssigkeiten Trennung Leichtmüll Verbrennung Deponie Metalle Recycling Eisen Kunststoffe Recycling Kunststoff Bild 9: Entsorgung der Altfahrzeuge. Diese laufen noch überwiegend über die Verbindung "Trockenlegen" – "Shreddern". Ein paar wenige Ausbauteile lassen sich wiederverwenden. Altreifen werden zunehmend verbrannt. 5 Ergebnisse Diese Sachbilanz deckt spezifische Merkmale eines Pkw auf. Dazu gehören: – – – – – Die Vielfalt der speziell für den Automobilbau entwickelten Werkstoffe. Die große Anzahl von Einzelteilen, aus denen ein Pkw zusammen gebaut wird. Die Gewichtsverteilung der Einzelteile. Der Energieverbrauch geschieht überwiegend in der Nutzungsphase. Die hohe Recycling-Rate. Die kumulative Gewichtsverteilung der Einzelteile, Bild 10, berechnet aus den Daten in der Entwicklungs-Stückliste, zeigt, daß die 70 – 80 schwersten Einzelteile erst das halbe Autogewicht ausmachen. Das schwerste "Teil" ist der Kraftstoff im Tank, gefolgt vom ZylinderKurbelgehäuse. Die letzten 3% des Gesamtgewichtes bestehen aus mehreren tausend Einzelteilen, darunter Schrauben, Stifte, Clips, Federn, Stecker, Dichtungen, etc. Ein bevorzugter Werkstoff ist weder unter den großen noch unter den kleinen Teilen erkennbar. Insgesamt dominiert die Werkstoffgruppe Stahl und Eisen, Bild 11. Die große Anzahl der Stahlsorten ist ein Maß für die Spezialisierung dieses Werkstoffes. Das zeigen auch die vielen Untergruppen in Tabelle 2. In der zweiten Gruppe, die der Kunststoffe, besteht ein Definitionsproblem: Kunststoffe sind zum großen Anteil Mischstoffe, z.B. Glasfaser verstärktes Polyamid PA 6.6 - 30% GF, oder PVC - Plastisol bestehend aus 25% Binder (PVC), 30% Weichmacher (DINP) und 45% Füller (Kreide). Für die Gewichtsklassierung wird keine Trennung der Kunststoffkomponenten vorgenommen, d.h. die Plastisole und Glasfaser verstärkte Kunststoffe werden der Gruppe Kunststoffe zugeordnet. Kabel, Elektromotoren, Schalter, Sicherungen, etc. werden in eine Werkstoffgruppe zusammengefaßt, um den Anteil dieses Fachbereiches darzustellen. 14 1040 1000 1030 800 1020 Kumulatives Gewicht [kg] 1200 N1 /2 = 10 kg 600 1010 m 1 /2 = 76 Teile 400 1000 200 990 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 980 3500 Teile Bild 10: Kumulative Gewichtsverteilung der Pkw-Teile, nach Größe sortiert. Die schwersten Einzelteile sind 41 kg Benzin 34 kg Zylinder-Kurbelgehäuse 26 kg Reifen 64% Stahl und Eisen 250 Sorten 0.2% 0.9% 1.1% 1.3% 1.6% 2.5% 3.1% 4.0% Sonstige Lack Dämmstoff Elektrik/Kabel NE-Metalle Leichtmetall Glas Gummi 150 Sorten 16% Kunststoffe 5.5% Benzin/Öl/Fett Bild 11: Werkstoffgruppen im Golf. Leergewicht 1025 kg inklusive vollem Tank. In der Nutzungsphase wird Benzin verbraucht, d.h. verbrannt. Dabei entstehen eine ganze Reihe von Schadstoffen in sehr kleinen Mengen, in Tabelle 4 sind einige aufgelistet. 15 Verbrauch CO2 CO NM VOC CH4 NOx 8,1 l/100 km 191 g/km 1,4 g/km 59 mg/km 9 mg/km 49 mg/km NH3 N2O HCN SO2 SO42H2S 38 mg/km 20 mg/km 0,54 mg/km 33 mg/km 0,74 mg/km 20 µg/km Paraffine Olefine Benzol Tuluol Propylen Aldehyde Phenole Partikel PAK 20 mg/km 13 mg/km 3 mg/km 8 mg/km 6 mg/km 3 mg/km 0,56 mg/km 13 mg/km 7 µg/km Tabelle 4: Verbrauchs- und Emissionswerte beim Betrieb eines Golf mit 55 kW Otto-Motor. Es werden der MVEG-A Verbrauchswert und die limitierten MVEG-A Emissionen aus der Zulassung, mit Verschlechterungsfaktoren multipliziert, verwendet. Die Werte für nicht-limitierte Emissionen stammen aus älteren Daten /6/, gemessen im US-City Driving Cycle. Sie werden von der Benzin-Zusammensetzung bestimmt. Die "None Methane Volatile Organic Compounds", NM VOC, sind auf der rechten Seite der Tabelle aufgeschlüsselt. Der Primärenergieverbrauch, Bild 12, ergibt sich im wesentlichen aus dem Benzinverbrauch während der 10 jährigen Nutzungsphase des Pkw. Faßt man Benzin-Herstellung und -Verbrauch zusammen, so kommt man auf 90% des gesamten Primärenergiebedarfs. Daraus ergibt sich die große Bedeutung aller Maßnahmen zur Senkung des Benzin-Verbrauchs. 80% Nutzungsphase Entsorgung 0.2% 4% VW-Anteil 10% 6% Benzin Herstellung Werkstoffe Bild 12: Gesamte Primär-Energiebedarf eines Golf (540 GJ = 150 MWh). Für Fahrleistung sind 150 000 km in 10 Jahren, für Verbrauch 8,1 l/100 km angesetzt. Der elektrische Stromverbrauch wird von einer großen Zahl kleiner Maschinen bestimmt. Bild 13 zeigt eines der verwendeten Strom-Module mit den zugehörigen Ein- und Ausgängen. Die auf eine Fabrik spezialisierten Kraftwerke, darunter die VW-Kraftwerke in Kassel und Wolfsburg, erzeugen den Strom mit weniger Ressourcen und weniger Emissionen, weil 16 ein Teil der Abwärme (Kraft-Wärme-Kopplung) in Form von Prozeß- und Raumwärme genutzt wird. Die 3 Kraftwerke in Wolfsburg erzeugen im Jahr (1994) 1900 GWh el Strom, davon nimmt VW 800 GWhel ab, der Rest geht ins öffentliche Netz. Zusätzlich nimmt VW 900 GWhWärme ab. Ressourcen 46% Uran 27% Steinkohle 18% Braunkohle 4% Erdgas 2% Erdöl 3% Sonstige 10 l Wasser Energieträger Förderung Aufbereitung Transport Primärenergie 12,5 GJ = 3,5 MWh Energieträger 12 GJ = 3,3 MWh Kraftwerke 1 MWh el Emissionen in Luft 610 kg CO2 1640 g CH 4 710 g NOx 610 g SO2 240 g Staub 190 g CO 80 g NM VOC 40 g HCl 14 g HF Emissionen in Wasser 360 g NaCl 160 g SO4220 g NO33 g CSB 0,8 g NH 3 Emissionen in Boden 100 kg Erzaufbereitungsrückstände 28 kg Asche 4 kg Abraum 3 g Radioaktiver Abfall Bild 13: Strom - Modul BRD - Mix, alte Bundesländer 1993. Ressourcen und ausgewählte Emissionen für die Bereitstellung von 1 MWh elektrischen Strom. Bild 14 zeigt den spezifischen Energieverbrauch bei der Herstellung einiger Werkstoffe. Die Unterschiede sind erheblich, z.B. wird für 1 kg Chrom-Stahl 6x mehr Energie benötigt, als für 1 kg St 14. Die Kunststoffe Polypropylen (PP) und Polyamid (PA 6.6) unterscheiden sich um den Faktor 2. Die Herstellung der Werkstoffe erfordert mehr Primärenergie als die Umformung und Verarbeitung zum Automobil. Die Addition der benötigten Werkstoffmengen, einschließlich der Stanzreste, multipliziert mit dem spezifischen Energieverbrauch liefert den gesamten Energiebedarf für die Werkstoffe, Bild 15. Zum Vergleich ist der Energiebedarf einiger Cost Center in den VW-Werken mit aufgeführt. Bei der Gewinnung entstehen werkstoffspezifische Emissionen. Bei Blei und Kupfer entstehen Blei-Emissionen in Luft und Wasser. Das wirkt sich auf einzelne Bauteilgruppen aus. Bild 16 zeigt beispielhaft die Summe der Blei-Emissionen aufgrund der benötigten Rohmaterialien, sortiert nach Baugruppen im Fahrzeug. 17 263 250 225 160 164 Magnesium PA 6.6 200 142 150 130 95 50 20 68 70 PP 100 HD-PE Primärenergieverbrauch [MJ / kg] 300 29 24 Titan Al-Blech Chrom-Stahl PA 6 ABS Verzinktes Blech St 14 Blech Blei 0 Bild 14: Primärenergieverbrauch für die Herstellung von jeweils 1 kg Werkstoff /7/. Diese Angaben variieren je nach Hersteller und Randbedingungen um bis zu ±50% 40 30 24 20 11 10 4 1.9 2.1 Getriebe Motor Lackiererei Rohbau Preßwerk Werkstoffe 0 Summe VW 2.5 Kunststoffteile 0.6 2.1 Montage Primärenergie [GJ / Fzg] 38 Bild 15: Energiebedarf zur Herstellung der Werkstoffe und für die weitere Verarbeitung in den VW-Werken. Der Energiebedarf zur Herstellung der Werkstoffe setzt sich aus 20 GJ für Stahl und Eisen, 8 GJ für Kunststoffe und 10 GJ für alle anderen Werkstoffe zusammen. Der Energieverbrauch pro Fahrzeug nimmt mit steigender Auslastung der Werke erheblich ab. 18 Blei-Emission [g / Fzg] 4 3 2.8 2 1.0 1 0.7 0.09 0.05 Techn. Wärme (WOB) Strom (WOB) 0.4 Sonstige Motor Getriebe Batterie St-Bleche 0 Bild 16: Blei-Emissionen in Luft und Wasser bei der Herstellung ausgewählter Fahrzeugteile. Normalbenzin Motoröl Altöl Bremsflüssigkeit Ethanol/Scheibenwasser Wasser/Wäsche Wachs/Konservierung Petroleum Glycol/Kühler Waschchemikalien 12,2 m³ 79 l 39 l 2 kg 26 l 28 m³ 2,4 kg 4,3 kg 2 kg 10 kg Ölfilter 3,8 kg Luftfilter 4,5 St Kraftstoffilter 1,2 kg Staub- u. Pollenfilter 4,5 St Reifen 110 kg Reifenabrieb 15 kg Batterien 31 kg Stoßfänger 9 kg Wischerblätter 3,5 kg Zündkerzen 18 St Motorventile 0,2 kg Tabelle 5: Stoffverbräuche und Abfälle während der Nutzungphase. Die größeren Abfälle werden zum Teil verwertet, darunter Altöl, Batterien, Reifen, Stoßfänger, Wachs. Aufgrund von Wartung und Pflege entstehen in der Nutzungsphase zusätzlich zum Benzinverbrauch weitere Stoffverbräuche und Abfälle, Tabelle 5. Das Endergebnis der Sachbilanz ist der Modul "Golf", die Tabelle 6 zeigt die zugehörigen Zahlen. Eine Auswahl von Emissionen in Luft und Wasser ist in Bild 17 dargestellt. Die CO 2 Emission ist an den Primärenergieverbrauch gekoppelt und überwiegt deshalb in der Nutzungsphase. Die anderen Emissionen überwiegen jedoch in der Herstellungshase. An Hand der NOx - Emission soll hier der Fehler von Emissionsmessungen erläutert werden. Laut Tabelle 4 ist die NOx - Emission des Golf sehr niedrig, sie könnte durchaus um den Faktor 2 größer sein und würde dann immer noch den für die Typ-Zulassung erforderlichen Grenzwert einhalten. Die Proportionen in der NOx -Säule in Bild 17 würden sich dann jedoch merklich verschieben. Die NM VOC - Emissionen aus der Benzinherstellung sind möglicherweise nicht mehr so groß, die hier verwendeten Daten stammen aus dem Anfang der 90ger Jahre. 19 Die Emissionen in Wasser sind sehr gering, teilt man den Ngesamt - Wert durch die zugehörige Wassermenge, so erhält man Konzentrationen unter 20 ppm. Der Grenzwert für Trinkwasser ist 50 ppm. 100% 36 t 160 kg 26 kg 34 kg 8 kg 2,2 kg 120g 420 g/Pkw Nutzung 80% 60% Herstellung Benzin 40% 20% 0% Herstellung Pkw CO2 NM VOC NOx SO2 Emissionen in Luft Partikel CSB Ngesamt BSB in Wasser Bild 17: Ausgewählte Emissionen aus der Sachbilanz des Golf. 6 Diskussion der Ergebnisse Das Hauptergebnis dieser Sachbilanz ist, daß der wesentliche Energieverbrauch in der Nutzungsphase liegt. Rund 10% der gesamten Energie wird für die Herstellung des Fahrzeuges, weitere 10% für die Bereitstellung des Benzins benötigt. Der Rest, 80%, steckt im Heizwert des Benzins, das während der 150 000 km Fahrstrecke verbrannt wird. Neu ist die Erkenntnis, wie wenig Energie für die Herstellung des Fahrzeuges benötigt wird, und daß der Energie-Anteil für die Gewinnung der Werkstoffe größer als der für die Fertigung des Fahrzeuges ist. Diese Erkenntnis ist überraschend und bisher nicht öffentlich diskutiert. In der Nutzungsphase dominieren nur einige atmosphärische Emissionen, darunter die an den Energieverbrauch gekoppelte CO2 -, aber auch die CO - Emission. Erstaunlich ist, daß viele andere Emissionen in der Herstellungsphase überwiegen. So treten bei der Herstellung und Verteilung vom Benzin die meisten Kohlenwasserstoff-, Schwefel- und StickoxidEmissionen auf. Bei der Gewinnung der Rohstoffe entstehen die wesentlichen Metall- und Chlor - Emissionen. Die Metallmengen in den Erzen sind kleiner als die im Fahrzeug verbauten Mengen. Das ist eine Folge des Metall-Recycling. Im Pkw wird im wesentlichen Stahl aus frischen Erzen verbaut, das recyclierte Eisen wird in anderen Stahlbranchen verwendet. Das im Automobilbau verwendete Leichtmetall enthält einen größeren Anteil Sekundär-Aluminium. Der Wasserverbrauch ist am größten bei der Gewinnung der Rohstoffe. Die Fahrzeugwäsche trägt mit 28 m³ immerhin mit über 20% zum gesamten Wasserverbrauch bei. Das Abwasser aus der Fahrzeugwäsche ist relativ wenig belastet. Es führt hier zu einer Problemverlagerung, denn aufgenommene Luft- und Bodenverunreinigungen gelangen ins Abwasser. Das Automobil ist der Konsumartikel mit der höchsten Recycling-Rate. Diese ist noch höher als bei Papier. Der Grund ist, daß ein Auto nicht einfach in den Müll geworfen werden kann, und daß die Metallverwertung einen hohen Standard erreicht hat. Bei den Altkunststoffen 20 Primär-Ressour- Herst. Herst. cen, Erze Pkw VK+Öl Bauxit 30% Al [kg] 18 Bleierz 8% [kg] 72 Chrom 20% [kg] 4 Eisen 66% [kg] 940 Kupfer 1,3% [kg] 710 Nickel 1,5% [kg] 140 Zink 6% [kg] 81 Kalkstein [kg] 360 Sand [kg] 16 Steinsalz [kg] 46 Wasser [m³] 56 34 CO2 [t] CO [kg] NM VOC [kg] CH4 [kg] NOx [kg] N2O [kg] NH3 [kg] SO2 [kg] Partikel [kg] 3,7 21 3,4 16 5 0,1 AOX [g] CSB [g] BSB [g] TOC [g] Gesamt N [g] Phenole [g] Cl- [g] PO43- [g] SO42- [g] 3 640 70 76 78 0,05 390 15 540 Asche [kg] Abfall flüssig [kg] Abfall fest [kg] Reifenabrieb [kg] Hausmüll [kg] Sondermüll [kg] 5 6 150 8 5 7 5 3,2 1,7 150 12 13 0,2 20 0,8 Nutz. Energieträger Herst. Herst. Pkw Pkw VK+Öl Primärenergie [GJ] 62 53 Anteil aus Braunkohle [GJ] Steinkohle [GJ] Erdgas [GJ] Erdöl [GJ] Kernkraft [GJ] Wasserkraft [GJ] 0,05 4 14 35 430 28 Emissionen in Luft 29 H2SO4 [g] 390 HCl [g] 9 HF [g] 1,4 H2S [g] 8 Cl2 [g] 3 PAK [g] 6 Cu [g] 6 Mn [g] 2 Schwermetalle [g] Emissionen in Wasser 0,1 2,8 Na+ [g] 1600 1,2 Fe [g] 50 0,3 Cu [g] 1400 1,3 Zn [g] 340 0,4 Schwermetalle [g] 0,1 84 HC [g] 900 5 Öle [g] 2 PAK [g] 1000 Emissionen in Boden Cr-Schlacke [kg] Cu-Schlacke [kg] 63 Ni-Schlacke [kg] 15 Lack-Schlamm [kg] 0,1 Erzrückstände [t] 0,2 Abraum [t] 14 0,7 1,0 3 24 19 10 5 0,7 Nutz. Pkw 430 380 90 31 3 23 0,2 2,2 1,4 31 5 1,4 0,2 3 150 21 3 0,3 0,5 36 40 4 8 2 110 100 13 3 1 3 660 9 0,1 120 1000 3 24 980 1 0,1 0,2 Tabelle 6: Ausgewählte Ressourcen, ohne Sekundärmaterial, zur Herstellung und Betrieb eines Golf, und einige Emissionen. Leere Felder sind vernachlässigbar oder nicht bekannt. Bei der Entsorgung fällt 250 kg fester Abfall an. Von anderen Branchen genutze Sekundär-Rohstoffe, z.B. Stanzreste, sind nicht angegeben. Cu-, Fe-, Mn- und Zn-Emissionen sind in den Schwermetallen nochmal erfaßt. Die Zahlen sind mit großen Unsicherheiten behaftet, z.B. halbieren sich die Schwefel-Emissionen in der Nutzungsphase, wenn der Schwefelgehalt im Benzin von 300 auf 150 ppm gesenkt wird. 21 zeichnet sich eine zunehmende thermische Verwertung ab. Einige Daten in der Sachbilanz sind alt. Das liegt an der großen Datenmenge, für deren Erhebung einige Jahre benötigt werden. In dieser Zeit wird eine Vielzahl von Prozessen modernisiert, für eine Aktualisierung der Bilanzdaten fehlt die Zeit. Viele unsichere Daten werden hier mit aufgenommen, obwohl den Autoren die großen Meßfehler bewußt sind. Das soll einen Ansporn für die Bereitstellung besserer Daten sein. Die Beurteilung der Zahlen fällt schwer. Es fehlen Vergleichsmaßstäbe. Sind die 28 m³ Wasser, die während der 10 jährigen Nutzungsphase verbraucht werden, nun viel oder wenig. Hier könnte der Wasserverbrauch von einem Ein-Familienhaushalt als Vergleich benutzt werden: ca. 40 m³ pro Person und Jahr. Die Emissionen in Wasser, darunter der chemische (CSB) und biologische (BSB) Sauerstoffbedarf, sowie der gesamte Stickstoffeintrag (Nitrit, Nitrat, Ammonium, Ammoniak) sind so niedrig, weil es sich um bereits geklärte Abwasser handelt. Zum Vergleich sei hier der BSB Richtwert für ungegklärte kommunale Abwasser genannt: 60 g pro Tag und Einwohner. Nach der Durchführung der Bilanz und dem Hinterfragen der Zahlenwerte wird deutlich, daß die Schwankungsbreite der Daten wesentlich größer ist als typische Fehler im technischen Meßwesen. Die Ursachen sind systematischer Natur, sie liegen in nicht genau definierbaren Grenzen des Bilanzrahmens, im gleichzeitigen Bestehen von alten und modernen Produktionsanlagen, in den statistisch nicht genau faßbaren Verhalten der Autofahrer, etc. Auf der Grundlage dieser Sachbilanz können nun Aussagen zu anderen Fahrzeugmodellen der gleichen Klasse getroffen werden, durch hinzuziehen einfacher Kennzahlen, wie Fahrzeug-Gewicht und Testverbrauch. Eine eigenen ganzheitliche Betrachtung für jedes Fahrzeugmodell lohnt sich sicherlich nicht. Dennoch möchten wir auf die vorliegende Art von sehr detaillierten Sachbilanzen nicht mehr verzichten, weil Entscheidungen über Werkstoffe und den damit verbundenen Konstruktionskonzepten in einem erweiterten Rahmen getroffen werden können. Als Beispiel sei der Werkstoff Aluminium genannt. Es muß viel Aluminium eingesetzt werden, falls damit merklich leichtere Autos gebaut werden sollen. Die Konsequenzen sind weitreichend. Mit jeder Sachbilanz entstehen neue zusätzliche Module. Es entstehen auch neue Verbindungen zwischen vorhandenen Datenbanken in den Werken. Die Bestrebungen zur Schaffung gemeinsamer Datenbanken in der Automobilindustrie, einschließlich der Zulieferer werden gefördert. Die hier durchgeführte Sachbilanz hat gezeigt, daß spezielles Know How von beteiligten Firmen zwar verwendet, aber nicht offen gelegt werden muß. Befürchtungen in dieser Richtung haben sich als unbegründet erwiesen. Danksagung Die vorliegende Sachbilanz ist das Ergebnis von vielen einzelnen Beiträgen. Die Autoren möchten ihren Dank für die Beiträge folgender Personen an dieser Stelle ausdrücken: Dr. Hans-Jürgen Arntz, Wasserkreislauf, VW Werk Wolfsburg Harald Florin, Aktualisierung der Bilanzumfänge im Werk Wolfsburg, IKP 1996 Matthias Harsch, Bilanzierung der Autolackiererei VW Wolfsburg, IKP Diplomarbeit 1993 Johannes Kreißig, Bilanzierung der Nutzungsphase eines Pkw, IKP Diplomarbeit 1993 Ingrid Pfleiderer, Entwicklung des Software-Systems GABI, IKP Ludwig Prüß, Initiator der Bilanzierung, VW Werk Wolfsburg Konrad Saur, Bilanzierung der Getriebefertigung im VW-Werk Kassel, IKP 1993 Klaus-Dieter Schoppe, Emissionen der neuen Lackiererei, VW Werk Wolfsburg 22 Schrifttum 1 "Marine Exhaust Emissions Research Programme" Lloyd's Register of Shipping, Engineering Services , London, 1990 2 W. Bialonski, P. Vanck, K. Schulze, H. Wakob "Spezifischer Energieeinsatz im Verkehr" Forschungsbericht FE Nr. 90247/88, Verkehrswissenschaftliches Institut, TH Aachen 3 U.R. Fritsche, J. Leuchtner, F.C. Matthes, L. Rausch, K.-H. Simon Gesamt-Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS), 1995 im Auftrag des Hessischen Ministeriums für Umwelt, Energie und Bundesangelegenheiten ISBN 3-89274-120-4 4 DGMK Fachausschuß Umwelt "Raffinerietechnik: Ermittlung von Abwasserkenndaten in charakteristischen Abwasserteilströmen und im Gesamtabwasser von Erdöl- und Schmierstoffraffinerien" DGMK Projekt 414, 1991, ISBN 3-928164-15-5 5 J. Schmölling (Hrsg.) "Luftreinhaltung '88, Tendenzen, Probleme, Lösungen" Umwelt Bundesamt Berlin, 1989, ISBN 3-503-02805-6 6 H. Klingenberg und D. Schürmann (Hrsg.) "Nicht limitierte Automobil-Abgaskomponenten" Volkswagen AG, Forschung und Entwicklung, 1988 7 "GABI 2.0, Software zur Ganzheitlichen Bilanzierung" IKP der Universität Stuttgart; PE Product Engineering GmbH, Dettingen/Treck
