Im ersten Teil dieser Arbeit „Metaanalyse vorhandener Ökobilanzen der Siedlungsentwässerung“ wird mit Hilfe einer qualitativen Metaanalyse vorhandener Ökobilanzen der Siedlungsentwässerung untersucht, welche wichtigen Stellschrauben es in der Umweltleistung von Abwasserreinigungsanlagen gibt und welchen Einfluss diese auf den demographischen Wandel haben. Die Ergebnisse zeigen Stromverbrauch, Schlamm und damit verbundene Toxizität sowie Eutrophierung als Indikatoren der Umweltleistung der Abwasserreinigung, die zur Reaktion auf den demographischen Wandel berücksichtigt werden müssen. Im zweiten Tei. „Ökologische Analyse des Gesamtsystems der Siedlungsentwässerung unter Betrachtung des Siedlungsanschlusses“ werden die ökologischen Auswirkungen des Gesamtsystems der Abwasserentsorgung über den gesamten Lebenszyklus analysiert. Die Arbeit kommt zu dem Ergebnis, dass diese Entscheidung für ein zentrales oder ein dezentrales System sowohl von der Siedlungsgröße, als auch von der Entfernung zur bestehenden Kläranlage abhängig ist. Der dritte Teil „Ökologische Analyse von Kleinkläranlagen“ analysiert eine Alternative zur in Deutschland üblichen Methode der Abwassereinigung durch eine zentrale Kläranlage. Die Kleinkläranlage ist eine dezentrale Lösung für die Haushalte, die nicht an das kommunale Abwassernetz angeschlossen werden. In der Arbeit wird eine SBR-Anlage im Hinblick auf ihre ökologischen Auswirkungen mittels einer Ökobilanzierung mit Hilfe der Software SimaPro untersucht.

On the way towards a more biobased economy, the sustainable use of global wood resources remains a challenge as several trade-offs arise, e.g., from an increased energetic use of wood, an increased use of innovative but probably less recyclable wood composites, or from the need to conserve other forest ecosystem services. The aim of this study is to identify existing environmental indicators and methods for an evaluation of the sustainability of wood products in consideration of all life cycle stages, site-dependent aspects and later use in corporate decision-making. We chose a systematic literature review to answer the research questions explicitly and comprehensively. Qualitative content analysis was used to code indicators and scientific methods according to the Pressure-State-Response (PSR) framework. The sample (N = 118) is characterized by a high number of life cycle assessment (LCA) case studies. In 51% of all studies, the study authors use a combination of different methods. A total of 78 indicators and 20 site-dependent aspects could be identified in the sample. The study findings represent a first step towards a holistic environmental assessment of wood products.

Die vorliegende Ausgabe beschäftigt sich mit den Herausforderungen der ökologischen Leistungsmessung durch das Instrument der Ökobilanz. Der Fokus wird insbesondere auf Unsicherheiten gelegt. In einer einführenden Betrachtung werden Problemfelder von Ökobilanzstudien erläutert, die in den verschiedenen Phasen der Ökobilanz auftreten. Die weiteren Ausführungen konzentrieren sich auf den Bereich der Unsicherheiten. Nach einer Definition werden die Auswirkungen der Probleme systematisiert und anschließend praktische Möglichkeiten zum Umgang mit diesen erarbeitet. Eine besondere Rolle spielen dabei Datenunsicherheiten, da Ökobilanzstudien als sehr datenintensive Verfahren der Lebenszyklusanalyse bekannt sind. Insgesamt 17 Forschungsfragen, die sich aus den theoretischen Betrachtungen ableiten, wurden anhand einer Literaturstichprobe überprüft. Diese Literaturstichprobe wurde mit dem Verfahren der computergestützten Inhaltsanalyse auf die Forschungsfragen hin untersucht, bei der insgesamt 2.000 Textstellen kodiert worden sind. Bei dieser Analyse werden zunächst allgemeine, definitorische Grundcharakteristika wie die Definition der funktionellen Einheit oder die Angabe des Allokationsverfahrens überprüft. Die tiefergreifende Untersuchung der Studien betrachtet vor allem das generelle Erkennen von Unsicherheiten im Verlauf einer Ökobilanzstudie und den Einsatz von Verfahren, um den Einfluss der Unsicherheiten auf das Ökobilanzergebnis zu verdeutlichen. Dabei stellt sich heraus, dass in weniger als 50 Prozent der Studien eine Aussage kodierbar war, die auf das Erkennen der Unsicherheiten schließen lässt. Dennoch wurden in 37 Prozent der analysierten Studien Verfahren eingesetzt, die in der Lage sind, den Einfluss von Unsicherheiten auf die Ökobilanzergebnisse zu verdeutlichen und somit den Entscheider vor Fehlentscheidungen zu bewahren.

Im ersten Teil dieser Arbeit „Metaanalyse vorhandener Ökobilanzen der Siedlungsentwässerung“ wird mit Hilfe einer qualitativen Metaanalyse vorhandener Ökobilanzen der Siedlungsentwässerung untersucht, welche wichtigen Stellschrauben es in der Umweltleistung von Abwasserreinigungsanlagen gibt und welchen Einfluss diese auf den demographischen Wandel haben. Die Ergebnisse zeigen Stromverbrauch, Schlamm und damit verbundene Toxizität sowie Eutrophierung als Indikatoren der Umweltleistung der Abwasserreinigung, die zur Reaktion auf den demographischen Wandel berücksichtigt werden müssen. Im zweiten Tei. „Ökologische Analyse des Gesamtsystems der Siedlungsentwässerung unter Betrachtung des Siedlungsanschlusses“ werden die ökologischen Auswirkungen des Gesamtsystems der Abwasserentsorgung über den gesamten Lebenszyklus analysiert. Die Arbeit kommt zu dem Ergebnis, dass diese Entscheidung für ein zentrales oder ein dezentrales System sowohl von der Siedlungsgröße, als auch von der Entfernung zur bestehenden Kläranlage abhängig ist. Der dritte Teil „Ökologische Analyse von Kleinkläranlagen“ analysiert eine Alternative zur in Deutschland üblichen Methode der Abwassereinigung durch eine zentrale Kläranlage. Die Kleinkläranlage ist eine dezentrale Lösung für die Haushalte, die nicht an das kommunale Abwassernetz angeschlossen werden. In der Arbeit wird eine SBR-Anlage im Hinblick auf ihre ökologischen Auswirkungen mittels einer Ökobilanzierung mit Hilfe der Software SimaPro untersucht.

Elektroautos gelten als Hoffnungsträger, um die verkehrsbezogenen Treibhausgasemissionen in Deutschland drastisch zu reduzieren. Aus bisheriger Forschung geht hervor, dass Elektroautos über den Lebenszyklus im Durchschnitt eine geringere Menge an Treibhausgasen verursachen als konventionelle Pkw mit Verbrennungsmotoren. Jedoch betrachtet bisherige Forschung nicht, welchen Einfluss verschiedene Fahrzyklen der Pkw auf die Ökobilanz haben, was zur Folge hat, dass technologische Unterschiede, die nur auf einem Teil des Straßennetzes Anwendung finden, nicht berücksichtigt werden. Die vorliegende Arbeit untersucht den Einfluss verschiedener Fahrzyklen auf die Höhe der Treibhausgasemissionen von Elektroautos und Pkw mit Benzin- bzw. Dieselmotor. Grundlage der Emissionsbestimmung sind je ein Autobahn-Fahrzyklus und ein Stadt-Fahrzyklus, anhand derer der Strom- bzw. Kraftstoffverbrauch modelliert wird. Die Modellierung erfolgt anhand eines mikroskopischen Verbrauchsmodells, welches physikalische Kräfte, Fahrzeugparameter sowie wesentliche technologische Unterschiede berücksichtigt. Neben den Emissionen der Nutzungsphase werden die Emissionen der Produktions- und der Recyclingphase bestimmt, um den Lebenszyklus eines Pkw zu komplettieren. Die Ergebnisse bisheriger Forschung werden bestätigt, da das Elektroauto für beide Fahrzyklen geringere Emissionen aufweist. In der Stadt fällt der Unterschied deutlich höher aus, hier verursacht das Elektroauto 45,7 % weniger Treibhausgasemissionen als der Benziner bzw. 34,1 % weniger als der Diesel. Im Vergleich dazu lassen sich auf der Autobahn Treibhausgasemissionseinsparungen von 27,9 % bzw. 17,9 % realisieren, wobei die Treibhausgasemissionen in der Stadt für Elektroautos und für Autos mit Benzin- bzw. Dieselmotor höher sind als auf der Autobahn. Eine abschließende Sensitivitätsanalyse zeigt, dass ein weniger emissionsintensiver Strommix sowie die Reduktion des Leergewichts Hebel zur weiteren Reduktion der Emissionen des Elektroautos sind. Daraus erschließt sich, dass Elektroautos im Vergleich zu Pkw mit Benzin- bzw. Dieselmotor ökobilanziell zurecht als Hoffnungsträger gelten, doch ihr Einsparpotenzial durch den Ausbau erneuerbarer Energien sowie durch die Verwendung kleinerer und leichterer Pkw in der Stadt erhöht werden kann.:Abbildungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . .VII Tabellenverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . IX Abkürzungsverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . XI Symbolverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . XIII 1 Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . .1 2 Aktueller Forschungsstand . . . . . . . . . . . . . . . . .3 3 Vorstellung des Konzepts der LCA . . . . . . . . . . . . . . . . .7 4 Methodik: Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens. . . . . . . . . . . . . .9 4.1 Batterieelektrische Pkw (BEV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4.2 Pkw mit Verbrennungsmotor (ICEV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 4.3 Fahrzyklen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4.4 Modellierung der Produktionsphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4.5 Modellierung der Nutzungsphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 4.6 Modellierung der Recyclingphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 4.7 Modellierung der Aggregation der einzelnen Phasen . . . . . . . . . . . . . . 25 4.8 Betrachtete Emissionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 4.9 Funktionelle Einheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 5 Sachbilanz . . . . . . . . . . . . . . . . .27 6 Ergebnisse: Wirkungsabschätzung. . . . . . . . . . . . . . . . . 31 6.1 Treibhausgasemissionen der Produktionsphase . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 6.2 Treibhausgasemissionen der Nutzungsphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 6.3 Treibhausgasemissionen der Recyclingphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 6.4 Aggregierte Treibhausgasemissionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 7 Sensitivitätsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . .39 7.1 Definition und Arten von Sensitivitätsanalysen . . . . . . . . . . . . . . . . 39 7.2 Methodik der lokalen Sensitivitätsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 7.3 Variation des Leergewichts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 7.4 Variation des Luftwiderstandsbeiwertes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 7.5 Variation der Lebensfahrleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 7.6 Variation des Strommixes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 7.7 Variation des Rekuperationsgrads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 7.8 Variation der Betriebs- und Verlustleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 7.9 Aggregation der Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse . . . . . . . . . . . . . . 48 8 Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . .51 9 Zusammenfassung und Implikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Literaturverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . XV Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . XXII A.1 Input für die Produktionsphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXIII A.2 Input für die Nutzungsphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXVI A.3 Ergebnisse der Wirkungsabschätzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXVIII A.4 Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXVIII / Electric cars are seen as a beacon of hope regarding the drastic reduction of greenhouse gas emissions in the transport sector in Germany. Previous research shows that electric vehicles are emitting a smaller amount of greenhouse gases than cars with a petrol or a diesel engine. However, previous research does not consider the influence of different use cases of passenger cars, which means that technological differences which only apply to parts of the road network are not accounted for. The goal of this thesis is to extend previous research by investigating the influence of different drive cycles on the amount of greenhouse gas emissions emitted by electric cars and cars with a petrol or a diesel engine. Specifically, a highway drive cycle and an urban drive cycle are used to model the consumption of electricity, petrol or diesel. In other words, it is a microscopic model utilizing physical forces, car parameters, and significant technological differences. Besides the emissions during driving the emissions caused by production and recycling are taken into account to complete the life cycle of cars. The results of previous research can be confirmed by this thesis as the amount of greenhouse gas emissions caused by electric cars is smaller than that caused by cars with petrol or diesel engines for both drive cycles. In the urban area, the difference among the investigated technologies is significantly greater over the entire lifecycle; the electric car emits 45.7 % less than a car with a petrol engine and 34.1 % less than a car with a diesel engine. In comparison, on the highway the electric car emits just 27.9 % less than a car with a petrol engine and 17.9 % less than a car with a diesel engine. A final sensitivity analysis shows that a less emission-intensive electricity mix and a reduced vehicle weight are key levers for further reducing greenhouse gas emissions of electric cars. In summary, the results of this thesis lead to the conclusion that electric cars are rightfully seen as a beacon of hope for drastically reducing greenhouse gas emissions; nevertheless, their impact could be further enhanced by expanding renewable energies and by focussing on lighter electric vehicles in urban areas.:Abbildungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . .VII Tabellenverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . IX Abkürzungsverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . XI Symbolverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . XIII 1 Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . .1 2 Aktueller Forschungsstand . . . . . . . . . . . . . . . . .3 3 Vorstellung des Konzepts der LCA . . . . . . . . . . . . . . . . .7 4 Methodik: Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens. . . . . . . . . . . . . .9 4.1 Batterieelektrische Pkw (BEV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4.2 Pkw mit Verbrennungsmotor (ICEV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 4.3 Fahrzyklen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4.4 Modellierung der Produktionsphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4.5 Modellierung der Nutzungsphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 4.6 Modellierung der Recyclingphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 4.7 Modellierung der Aggregation der einzelnen Phasen . . . . . . . . . . . . . . 25 4.8 Betrachtete Emissionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 4.9 Funktionelle Einheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 5 Sachbilanz . . . . . . . . . . . . . . . . .27 6 Ergebnisse: Wirkungsabschätzung. . . . . . . . . . . . . . . . . 31 6.1 Treibhausgasemissionen der Produktionsphase . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 6.2 Treibhausgasemissionen der Nutzungsphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 6.3 Treibhausgasemissionen der Recyclingphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 6.4 Aggregierte Treibhausgasemissionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 7 Sensitivitätsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . .39 7.1 Definition und Arten von Sensitivitätsanalysen . . . . . . . . . . . . . . . . 39 7.2 Methodik der lokalen Sensitivitätsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 7.3 Variation des Leergewichts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 7.4 Variation des Luftwiderstandsbeiwertes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 7.5 Variation der Lebensfahrleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 7.6 Variation des Strommixes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 7.7 Variation des Rekuperationsgrads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 7.8 Variation der Betriebs- und Verlustleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 7.9 Aggregation der Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse . . . . . . . . . . . . . . 48 8 Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . .51 9 Zusammenfassung und Implikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Literaturverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . XV Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . XXII A.1 Input für die Produktionsphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXIII A.2 Input für die Nutzungsphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXVI A.3 Ergebnisse der Wirkungsabschätzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXVIII A.4 Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXVIII

The continuously growing social and political pressure to provide sustainable products is forcing also the lightweight industry to rethink current development and manufacturing processes. While established development approaches in lightweight engineering mainly focus on technical and economical product requirements they usually do not consider sustainability criteria. To address these challenges, a new class within the lightweight disciplines is proposed—the Neutral Lightweight Engineering. Its basic goal is to integrate sustainability criteria in all decisions along the development chain of a lightweight component. The decision makers in lightweight engineering thereby have to consider the whole life cycle of a product system from material sourcing to end-of-life part management. To implement this idea, advanced development methods are necessary, using established and emerging materials as well as efficient production and end-of-life strategies. This concept article introduces the idea of Neutral Lightweight Engineering and exemplary highlights some of its aspects before the background of scientific literature.

Im Laborversuch konnte der positive Einfluss einer thermobarischen Vorbehandlung auf die Hydrolysier- und Vergärbarkeit von Rinderfestmist und Rindergülle nachgewiesen werden. Die Laborergebnisse wurden innerhalb eines theoretischen Modells in den Praxismaßstab übertragen, um den Einfluss auf Treibhausgasemissionen, Energiebilanz und Ökonomie zu bewerten. Die Vorbehandlungstemperaturen im Labor lagen zwischen 140 und 220°C in Schritten von 20 K und einer Vorbehandlungszeit von jeweils 5 Minuten. Die höchste Methanmehr¬ausbeute von 58 % konnte bei einer Temperatur von 180°C ermittelt werden. Das Auftreten von Inhibitoren und nicht vergärbaren Bestandteilen führte bei einer Aufbereitungstemperatur von 220°C zu Methanausbeuten, die geringer waren als die des unaufbereiteten Einsatzstoffes. In einer erweiterten Analyse konnte ein funktioneller Zusammenhang zwischen der Methanausbeute nach 30 Tagen und der Methanbildungsrate und -ausbeute während der Beschleunigungsphase gezeigt werden. Mittels einer Regressionsanalyse der so ermittelten Werte wurde nachgewiesen, dass die optimale Aufbereitungstemperatur 164°C ist und die minimale größer als 115°C zu sein hat. Treibhausgasemissionen und Energiebilanz wurden im Rahmen einer Ökobilanz nach ISO 14044 (2006) ermittelt, sowie eine Kosten-Nutzen-Analyse durchgeführt. Dazu wurde eine Anlage zur thermobarischen Vorbehandlung entwickelt und innerhalb eines Modells in eine Biogasanlage integriert. Weiterhin wurde in diesem Modell Maissilage durch Rinderfestmist und / oder Rindergülle als Einsatzstoff ersetzt. Rinderfestmist, ein Einsatzstoff mit hohem organischen Trockenmassegehalt, der ohne Vorbehandlung nicht einsetzbar wäre, erreichte eine energetische Amortisationszeit von 9 Monaten, eine Vermeidung in Höhe der während der Herstellung emittierten Treibhausgase innerhalb von 3 Monaten und eine ökonomische Amortisationszeit von 3 Jahren 3 Monaten, wohingegen Rindergülle keine positiven Effekte zeigte. / Hydrolysis and digestibility of cattle waste as feedstock for anaerobic digestion were improved by thermobarical treatment in lab-scale experiments. The effects of this improvement on greenhouse gas emissions, energy balance and economic benefit was assessed in a full-scale model application. Thermobarical treatment temperatures in lab-scale experiments were 140 to 220°C in 20 K steps for a 5-minute duration. Methane yields could be increased by up to 58 % at a treatment temperature of 180°C. At 220°C, the abundance of inhibitors and other non-digestible substances led to lower methane yields than those obtained from untreated material. In an extended analysis, it could be demonstrated that there is a functional correlation between the methane yields after 30 days and the formation rate and methane yield in the acceleration phase. It could be proved in a regression of these correlation values that the optimum treatment temperature is 164°C and that the minimum treatment temperature should be above 115°C. The theoretical application of a full-scale model was used for assessing energy balance and greenhouse gas emissions following an LCA approach according to ISO 14044 (2006) as well as economy. A model device for thermobarical treatment has been suggested for and theoretically integrated in a biogas plant. The assessment considered the replacement of maize silage as feedstock with liquid and / or solid cattle waste. The integration of thermobarical pretreatment is beneficial for raw material with high organic dry matter content that needs pretreatment to be suitable for anaerobic digestion: Solid cattle waste revealed very short payback times, e.g. 9 months for energy, 3 months for greenhouse gases, and 3 years 3 months for economic amortization, whereas, in contrast, liquid cattle waste did not perform positive replacement effects in this analysis.

On the way towards a more biobased economy, the sustainable use of global wood resources remains a challenge as several trade-offs arise, e.g., from an increased energetic use of wood, an increased use of innovative but probably less recyclable wood composites, or from the need to conserve other forest ecosystem services. The aim of this study is to identify existing environmental indicators and methods for an evaluation of the sustainability of wood products in consideration of all life cycle stages, site-dependent aspects and later use in corporate decision-making. We chose a systematic literature review to answer the research questions explicitly and comprehensively. Qualitative content analysis was used to code indicators and scientific methods according to the Pressure-State-Response (PSR) framework. The sample (N = 118) is characterized by a high number of life cycle assessment (LCA) case studies. In 51% of all studies, the study authors use a combination of different methods. A total of 78 indicators and 20 site-dependent aspects could be identified in the sample. The study findings represent a first step towards a holistic environmental assessment of wood products.