Prozessoptimierung unter ökologischen und ökonomischen A ... / 2 Verknüpfung von technologischer, ökonomischer und ökologischer Betrachtung

Ansätze zur Optimierung unter technologischen, ökologischen und ökonomischen Aspekten sind bereits für einzelne Bereiche beschrieben worden. Ribeiro et al. (2008)^[1] verwenden bspw. eine Methode, um eine Reihe von Materialkandidaten zu vergleichen und die "besten Materialbereiche" zu ermitteln, indem sie die 3 Dimensionen technisch, wirtschaftlich und ökologisch zusammenfassen. Diese "besten Materialbereiche" werden in einem Diagramm dargestellt. Dies ermöglicht einen globalen Vergleich der in Frage kommenden Materialien, um eine Entscheidung über die Auswahl des besten Materials in Abhängigkeit von verschiedenen Geschäftsszenarien und Unternehmensstrategien zu unterstützen.

Aktuellere Literatur zeigt, dass ein umfassender Ansatz zur Prozessoptimierung aus technischer, ökologischer und wirtschaftlicher Sicht immer mehr Aufmerksamkeit erhält.^[2] Ögmundarson et al. (2020)^[3] schlagen bspw. einen Rahmen für die Optimierung von biochemischen Prozessen vor, der die ökologischen und wirtschaftlichen Komponenten in die Bewertung einbezieht. Ihr Rahmen verwendet eine Reihe von quantitativen Indikatoren aus der Ökobilanz und der technisch-ökonomischen Bewertung (TEA). Als Ergebnis der vorangegangenen LCA-Analysen werden die gesamten Nachhaltigkeitskosten für eine bestimmte funktionelle Einheit berechnet. Dieser Wert spiegelt die Kosten für die menschliche Gesundheit, die Qualität des Ökosystems und die natürlichen Ressourcen wider und kann schließlich mit den technisch-ökonomischen Kosten zu einem einzigen monetären Ausgangswert kombiniert werden. Dieser einzige Ausgangswert für eine kombinierte LCA- und LCC-Analyse trägt zu der oben erwähnten leicht verständlichen Kommunikation bei. Die Autoren erkennen jedoch die Herausforderungen an, die mit subjektiven Wertentscheidungen bei der Monetarisierung der Gesundheit von Mensch und Umwelt verbunden sind und moralische Fragen aufwerfen. Für einen umfassenden Überblick über die Integration von Ökobilanzen und Lebenszykluskosten wird auf França et al. (2021)^[4] verwiesen.

Der Sustainable Process Index (SPI)

In diesem Beitrag wurde zur Ermittlung des ökologischen Fußabdrucks die Methode des Sustainable Process Index (SPI) verwendet.^[5] Der SPI basiert auf der Annahme, dass eine nachhaltige Ökonomie als einzige Einnahmequelle die solare Einstrahlung besitzt. Die meisten natürlichen Prozesse werden durch Sonnenenergie angetrieben und benötigen Fläche, um diverse Dienstleistungen bieten zu können. Fläche ist eine limitierte Ressource, daraus folgt, dass auch eine nachhaltige Ökonomie durch die begrenzt verfügbare Fläche auf der Erde limitiert ist. Deshalb ist die funktionelle Einheit des SPI die Fläche. Je mehr Fläche ein Prozess benötigt, um eine Dienstleistung bereitzustellen, desto mehr kostet diese Dienstleistung von einem ökologisch nachhaltigen Standpunkt betrachtet.

Die SPI-Methode steht mit dem Softwaretool SPIonWeb zur kostenlosen Anwendung zur Verfügung. Zudem werden Anleitungen zur Nutzung^[6] bereitgestellt. Mit diesem Instrument werden Produktlebenszyklen als Prozessketten beschrieben, die aktualisiert und weiterentwickelt werden können. Als Ergebnis erhält der Nutzer den SPI-Fußabdruck eines Produktes oder Prozesses als kumulierte Quadratmeterzahl. CO2-Lebenszyklusemissionen und GWP des gesamten Lebenszyklus können ebenfalls berechnet werden^[7], wurden aber in dieser Studie nicht verwendet. Im Vergleich zu anderen LCIA-Methoden (Life Cycle Impact Assessment), die Umweltauswirkungen in mehreren Wirkungskategorien bewerten, liefert der SPI mit der kumulierten Fläche des Fußabdrucks einen einzigen aggregierten Wirkungswert, der zusammen mit den Kosten in einem einzigen zweidimensionalen Diagramm grafisch dargestellt werden kann.

[1] Ribeiro, I., Pecas, P., Silva, A. & Henriques, E. (2008). Life cycle engineering methodology applied to material selection, a fender case study. Journal of Cleaner Production, 16 (17), 1887-1899. DOI: 10.1016/j.jclepro.2008.01.002.

[2] Vaskan, P., Pachon, E. R. & Gnansounou, E. (2017). Techno-economic and life-cycle assessments of biorefineries based on palm empty fruit bunches in Brazil. Journal of Cleaner Production, 172, 3655-3668. DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.07.218; Cavaignac, R. S., Ferreira, N. L. & Guardani, R. (2021). Techno-economic and environmental process evaluation of biogas upgrading via amine scrubbing. Renewable Energy, 171, 868-880. DOI: 10.1016/j.renene.2021.02.097.

[3] Ögmundarson, O., Sukumara, S., Herrgard, M. J. & Fantke, P. (2020). Combining Environmental and Economic Performance for Bioprocess Optimization, Trends in Biotechnology, 38 (11), 1203-1214. DOI: 10.1016/j.tibtech.2020.04.011.

[4] França, W.T., Barros, M.V., Salvador, R. de Francisco A.C., Moreira, M.T. & Piekarski, C.M. (2021). Integrating life cycle assessment and life cycle cost: a review of environmental-economic studies. International Journal of Life Cycle Assessment, 26, 244–274. DOI: 10.1007/s11367-020-01857-y.

[5] Krotscheck, C., M. Narodoslawsky (1996). T...