Umweltschutzorientierte Prozessnetzwerke: Modellierung und Analyse produktinduzierter Stoff- und Energieströme
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| Format: | Thesis/Dissertation Book |
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Wiesbaden
DUV, Dt. Univ.-Verl.
1999
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| adam_text | Titel: Umweltschutzorientierte Prozessnetzwerke
Autor: Baumann, Sabine
Jahr: 1999
Inhaltsverzeichnis
Verzeichnis der Abbildungen XIII
Verzeichnis der Tabellen XV
Verzeichnis der Abkürzungen XVII
Einleitung .•••....•.•••¦ ¦. .....¦ ¦.¦¦¦.¦¦..¦¦¦¦.¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦¦» ..¦¦¦..¦ ¦¦¦•¦¦••¦¦•¦• ¦¦¦¦•¦¦¦¦•¦• ••¦••••»•¦¦••¦¦••• 1
1. Problemstellung 1
2. Aufbau der Arbeit 4
1. Teil: Systemtheoretische und ökologische Grundlagen 9
1. Systemtheoretische Modelle als Untersuchungsrahmen 9
1.1 Grundbegriffe und Merkmale von Systemen 10
1.2 Denkmodelle zur Systembetrachtung 11
1.2.1 Das funktionale Systemkonzept 11
1.2.2 Das strukturale Systemkonzept 12
1.2.3 Das hierarchische Systemkonzept 12
1.3 Arten von Systemen 13
1.4 Systementwurf. 15
2. Das Unternehmen im Systemzusammenhang 17
2.1 Das System Unternehmen und seine Umsysteme 17
2.2 Ökologisches Rahmensystem 24
2.2.1 Grundlagen der Ökosystem-Forschung 25
2.2.2 Charakteristika und Prinzipien ökologischer Systeme 28
2.2.3 Wechselwirkungen von Unternehmen und natürlicher Umwelt 32
2.2.4 Schädigung und Schutz ökologischer Systeme 36
2. Teil: Leistungserstellung und -nutzung auf der Grundlage ökologischer
Prinzipien 39
1. Grundlagen 39
2. Begriffliche Erfassung von Objekten und Prozessen des
betrieblichen Recycling 44
3. Ökologisch erweiterter Produktlebenszyklus 52
3.1 Einführung 52
3.2 Produktlebenszyklusbasierte Ansätze 54
3.2.1 Traditionelle Produktlebenszyklusansätze als Grundlage 54
3.2.2 Der Rückstandszyklus 56
3.2.3 Der Entsorgungszyklus 58
3.2.4 Der ökologisch erweiterte, differenzierte Produkt- und
Technologielebenszyklus 60
3.2.5 Der Reduktionszyklus 61
3.3 Kreislaufbasierte Ansätze 63
3.3.1 Wertkettenbasierte Ansätze 63
3.3.2 Weitere kreislaufbasierte Ansätze 68
3.4 Zusammenfassende Beurteilung 73
4. Modellierung produktinduzierter Stoff- und Energieströme unter
Berücksichtigung ihrer Kreislaufführung 75
4.1 Lineares Modell als Ausgangspunkt der Bestimmung von Objekten und
Prozessen 76
4.2 Betriebliche Reduktion als Verbindungselement des Kreislaufschlusses 79
4.3 Kreislauforientiertes Grundmodell produktinduzierter Stoff- und
Energieströme 82
3. Teil: Konzeption von umweltschutzorientierten Prozeßnetzwerken 87
1. Generelle Vorgehensweise 88
2. Gestaltung der Prozeßnetzwerkmodule 91
2.1 Faktorbereitstellung 91
2.1.1 Bereitstellung von Energie 93
2.1.1.1 Begriffsbestimmungen 93
2.1.1.2 Energie als Produktionsfaktor 99
2.1.1.3 Teilsysteme der Bereitstellung von Energie 102
2.1.1.3.1 Bereitstellung stofflicher Energieträger 104
2.1.1.3.1.1 Fossile Energieträger 105
2.1.1.3.1.2 Auf Biomasse basierende Energieträger 116
2.1.1.3.1.3 Wasserstoff 122
2.1.1.3.1.4 Kernbrennstoffe 123
2.2.1.3.2 Energieumwandlung 125
2.1.1.3.2.1. Thermische Prozesse 127
2.1.1.3.2.3. Kraftprozesse 135
2.1.1.3.2.4. Prozesse der Verstromung 143
2.1.2 Bereitstellung von Werkstoffen 148
2.2 Transformation 153
2.2.1 Räumliche Transformation 154
2.2.1.1 Stromnetz 157
2.2.1.2 Pipeline 158
2.2.1.3 Umladegerät 159
2.2.1.4 Schiff. 160
2.2.1.5 Bahn 162
2.2.1.6 Straßenfahrzeug 162
2.2.1.7 Flugzeug 164
2.2.2 Zeitliche Transformation 165
2.2.2.1 Speicherung von Prozeßenergie 167
2.2.2.2 Speicherung von materiellen Objekten 168
2.2.3 Materielle Zustandstransformation 171
2.3 Nicht-produktive Nutzung 176
2.4 Entsorgung im weiteren Sinn 177
2.4.1 Aufarbeitung und Aufbereitung 179
2.4.2 Entsorgung im engeren Sinn 182
2.5 Die entwickelten Module im Überblick 185
3. Integration der Module zu Prozeßnetzwerken 192
4. Konzeption von Prozeßnetzwerken am Beispiel der Entsorgung nicht mehr
gebrauchsfähiger Personenkraftwagen 196
4. Teil: Analyse von Prozeßnetzwerken im Hinblick auf ihre
Umweltschutzorientierung 205
1. Umweltschutzorientierung von Prozeßnetzwerken 205
2. Anforderungen an Instrumente und Konzepte der Analyse 207
2.1 Operationalisierung der Zielsetzung 207
2.2 Systemabgrenzung 208
2.3 Datenaufbereitung und-Zuordnung 209
2.4 Bewertung und Entscheidungsunterstützung 210
3. Ansätze der Analyse einer Umweltschutzorientierung von Prozeßnetzwerken 212
3.1 Überblick in der Literatur vorhandener Ansätze 212
3.2 Beurteilung ausgewählter Ansätze 216
3.2.1 Stoff-und Energiebilanz 216
3.2.2 Input-Output-Analyse 219
3.2.3 Environmental Life Cycle Analysis 222
3.2.4 Zusammenfassende Beurteilung 226
Schlußbetrachtung 229
1. Zusammenfassung der Ergebnisse 229
2. Ausblick 232
Anhang • ..235
A. Verwendete Einheiten 235
AI Schreibweise von Größenangaben 235
A.2 Energie-Einheiten 235
A.3 Enfernungsangaben 235
A. 4 Gewichtsabgaben 235
A.5 Zeitangaben 235
B. Daten der Bereitstellung von Energieträgern 236
B. 1 Mineralölimporte der Bundesrepublik Deutschland 236
B.2 Ölförderstrukturen nach Lieferregionen 236
B.3 Emissionen der Mineralölforderung 236
B.4 Verbrauchs- und Emissionsdaten der Mineralölraffination 237
B.5 Erdgasimporte der Bundesrepublik Deutschland 237
B.6 Verbrauchs-und Emissionsdaten der Erdgasbereitstellung 237
B.7 Kohleimporte der Bundesrepublik Deutschland 238
B. 8 Prozeßenergiebedarf und Emissionsdaten der Kohleförderung 238
B.9 Prozeßenergiebedarf und Emissionsdaten der Bereitstellung auf Biomasse
basierender Energieträger 239
BIO Prozeßenergiebedarf und Emissionsdaten der Bereitstellung von
Kernbrennstoffen 240
Literaturverzeichnis 241
Verzeichnis der Abbildungen
Abb. 1: Problemstellung und Lösungsansatz der Arbeit 3
Abb. 2: Aufbau der Arbeit 5
Abb. 3: Das funktionale Systemkonzept 11
Abb. 4: Das strukturale Systemkonzept 12
Abb. 5: Das hierarchische Systemkonzept 13
Abb. 6: Das Unternehmen als System 18
Abb. 7: Das System Unternehmen und seine Umsysteme 20
Abb. 8: Funktionsschema eines natürlichen Ökosystems 27
Abb. 9: Wirkungen menschlicher Aktivitäten auf die natürliche Umwelt 34
Abb. 10: Durch StofFabgabe ausgelöste Ursache-Wirkungszusammenhänge 37
Abb. 11: Recyclingbegriffe nach VDI-Richtlinie 2243 46
Abb. 12: Formen des Recycling 48
Abb. 13: Recyclingformen von Produkten und Werkstoffen 49
Abb. 14: Integrierter Produktlebenszyklus 55
Abb. 15: Phasen des Rückstandszyklus 57
Abb. 16: Integrierter Lebenszyklus mit Entsorgungszyklus 59
Abb. 17: Ökologisch erweiterter, differenzierter Produkt- und
Technologielebenszyklus 60
Abb. 18: Reduktionszyklus 62
Abb. 19: Modell der Wertkette 64
Abb. 20: Ökologiebezogener Wertschöpfiingsring 66
Abb. 21: Wertschöpfungskreis nach Coenenberg 67
Abb. 22: Grundstrukturen kreislauforientierter Konzepte eines ökologisch
erweiterten Produktlebenszyklus 69
Abb. 23: Lineares Modell betrieblicher Produkt-, Stoff- und Energieströme 78
Abb. 24: Entsorgungsbegriffe in der vorliegenden Arbeit 80
Abb. 25: Zyklisches Modell betrieblicher Produkt-, Stoff- und Energieströme
mit Reduktion 81
Abb. 26: Kreislauforientiertes Grundmodell produktinduzierter Stoff- und
Energieströme 84
Abb. 27: Stufenweise Auflösung des Grundmodells 88
Abb. 28: Bausteine unterschiedlicher Granularität 90
Abb. 29: Faktorbereitstellung 92
Abb. 30: Systematik der Energiebegriffe 98
Abb. 31: Systematik der Produktionsfaktoren in der vorliegenden Arbeit 101
Abb. 32: Energiebereitstellung 103
Abb. 33: Bereitstellung stofflicher Energieträger 105
Abb. 34: Bereitstellung fossiler Energieträger 113
Abb. 3 5: Möglichkeiten der Konversion von Biomasse in Energieträger 118
Abb. 36: Bereitstellung auf Biomasse basierender Energieträger 120
Abb. 37: Energieumwandlung 126
Abb. 38: Bereitstellung von Werkstoffen 151
Abb. 39: Transformation 154
Abb. 40: Räumliche Transformation 155
Abb. 41: Zeitliche Transformation 165
Abb. 42: Materielle Zustandstransformation 176
Abb. 43: Entsorgung im weiteren Sinn 178
Abb. 44: 1. Ebene der Konzeption alternativer Prozeßnetzwerke 194
Abb. 45: 2. Ebene der Konzeption alternativer Prozeßnetzwerke 195
Abb. 46: 2. Ebene der Konzeption alternativer Prozeßnetzwerke mit aggregiertem
(übergeordneten) Element 196
Abb. 47: Aufbereitung von Altfahrzeugen in aggregierter Darstellung 198
Abb. 48: Aufbereitung von Altfahrzeugen in verfeinerter Darstellung 200
Abb. 49: Trockenlegung eines Kompaktklasse-Altfahrzeugs 202
Abb. 50: Systematik umweltschutzorientierter Ansätze im Überblick 214
Abb. 51: Ökonomisch-Ökologische Input-Output-Tabelle 220
Abb. 52: Schritte der Environmental LCA und ihre Zusammenhänge 223
Verzeichnis der Tabellen
Tab. 1: Systemmerkmale und ihre Ausprägungen 14
Tab. 2: Ökologischen und ökonomischen Systemen zugeordnete Eigenschaften 40
Tab. 3: Konzepte eines ökologisch erweiterten Produktlebenszyklus 53
Tab. 4: Kreislauforientierte Ansätze des ökologisch erweiterten Produktlebenszyklus 72
Tab. 5: Klassifikation der Rückstandsbegriffe 83
Tab. 6: Symbole der Modellierung von Bausteinen und Prozeßnetzwerken 89
Tab. 7: Inputs und Outputs der Bereitstellung fossiler Energieträger 115
Tab. 8: Inputs und Outputs der Bereitstellung auf Biomasse basierender Energieträger 121
Tab. 9: Inputs und Outputs der Bereitstellung von Wasserstoff 122
Tab. 10: Inputs und Outputs der Bereitstellung von Kernbrennstoffen 125
Tab. 11: Inputs und Outputs von Prozessen der Verbrennung 130
Tab. 12: Inputs und Outputs von Kernspaltungsprozessen 133
Tab. 13: Inputs und Outputs von solarthermischen Prozessen 135
Tab. 14: Inputs und Outputs von Kraftprozessen 143
Tab. 15: Inputs und Outputs von Prozessen der Verstromung 148
Tab. 16: Inputs und Outputs der Bereitstellung von Werkstoffen 153
Tab. 17: Inputs und Outputs der räumlichen Transformation 156
Tab. 18: Inputs und Outputs der zeitlichen Transformation 166
Tab. 19: Systematik der Prozesse der materiellen Zustandstransformation 172
Tab. 20: Mögliche Vorgänger-/Nachfolgerbeziehungen zwischen den Bausteinen des
Prozeßnetzwerk-Baukastens Umschlagtasche
Tab. 21: Vorgehensweise der Integration von Modulen zu Prozeßnetzwerken 193
Tab. 22: Importstruktur der Bundesrepublik Deutschland für Mineralöl 236
Tab. 23: Ölförderstrukturen nach Lieferregionen 236
Tab. 24: Emissionen der Mineralölfbrderung 236
Tab. 25: Verbrauchs-und Emissionsdaten der MineralölrafHnation 237
Tab. 26: Importstruktur der Bundesrepublik Deutschland für Erdgas 237
Tab. 27: Aggregierte Verbrauchs- und Emissionsdaten der Erdgasförderung, des
Pipelinetransports und der Erdgasaufbereitung 237
Tab. 28: Importstruktur der Bundesrepublik Deutschland für Steinkohle 23 8
Tab. 29: Prozeßenergiebedarf und Emissionsdaten der Steinkohleförderung 238
Tab. 30: Prozeßenergiebedarf und Emissionsdaten der Bereitstellung auf Biomasse
basierender Energieträger 239
Tab. 31: Prozeßenergiebedarf und Emissionsdaten der Bereitstellung von
Kernbrennstoffen 240
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