Lektion 6.3

Lebenszyklus technischer Produkte: Betrieb, Optimierung, Recycling und Entsorgung

15 min Lesezeit

Dein altes Smartphone liegt in der Schublade. Es funktioniert noch, aber der Akku ist schwach, und ein neues Modell ist erschienen. Was geschieht jetzt damit? Und was ist vorher mit ihm geschehen? Die Metalle wurden irgendwo abgebaut, Teile wurden in mehreren Ländern gefertigt, und das Gerät wurde um die halbe Welt transportiert.

Ein technisches Produkt hat ein Leben, das lange vor dem Kauf beginnt und lange nach dem Wegwerfen noch Folgen hat. Du lernst, die Phasen nach der Herstellung zu betrachten, und wie man Produkte und ihre Umweltwirkung bewertet.

Definition

Lebenszyklus, Vertrieb und Beschaffung

Der Lebenszyklus eines Produkts ist die Folge seiner Phasen: Rohstoffgewinnung, Herstellung, Vertrieb, Einsatz und Betrieb, Entsorgung oder Recycling. Die Phasen vor der Herstellung bestimmen oft schon, wie hoch die Umweltwirkung ausfällt.

Beschaffung ist der Einkauf von Rohstoffen, Bauteilen und Maschinen durch den Hersteller. Er achtet auf Preis, Qualität, Liefertermin und Transportweg. Vertrieb bringt das fertige Produkt zur Kundschaft: Lager, Transport, Handel, Online-Versand. Lange Transportwege und Verpackung gehören zu den Kosten und zur Umweltwirkung.

Definition

Einsatz und Betrieb

Im Betrieb verbraucht ein Produkt Energie und Hilfsstoffe (Strom, Kraftstoff, Wasser, Waschmittel). Es verschleißt, braucht Wartung (Pflege, Inspektion) und Reparatur. Bei vielen Geräten ist der Betrieb der größte Teil der Umweltwirkung und der Kosten. Darum vergleicht man nicht nur den Kaufpreis, sondern die Lebenszykluskosten: Kaufpreis plus alle Betriebskosten über die Nutzungsdauer.

Beispiel

Glühlampe oder LED-Lampe?

Eine Glühlampe (60 W, 1000 Stunden Lebensdauer) kostet 1 Euro. Eine gleich helle LED-Lampe (8 W, 15 000 Stunden Lebensdauer) kostet 4 Euro. Angenommen, 1 kWh Strom kostet 0,30 Euro. Wie hoch sind die Kosten für 15 000 Betriebsstunden?

Glühlampe: Sie hält nur 1000 Stunden, man braucht 15 Lampen: 15 mal 1 Euro = 15 Euro. Stromverbrauch: 60 W mal 15 000 h = 900 000 Wh = 900 kWh, Stromkosten 900 mal 0,30 Euro = 270 Euro. Gesamt: 285 Euro.

LED-Lampe: eine Lampe für 4 Euro. Strom: 8 W mal 15 000 h = 120 000 Wh = 120 kWh, Kosten 120 mal 0,30 Euro = 36 Euro. Gesamt: 40 Euro.

Die LED-Lampe hat den höheren Kaufpreis und die viel niedrigeren Lebenszykluskosten.

Definition

Optimierung

Optimieren heißt, ein Produkt oder einen Prozess nach festgelegten Zielen zu verbessern: weniger Energie und Material, längere Lebensdauer, bessere Reparierbarkeit, höherer Wirkungsgrad, geringere Kosten. Oft widersprechen sich Ziele (ein leichteres Gehäuse ist weniger stabil, ein billigeres Bauteil hält kürzer). Dann wägt man ab und entscheidet nach dem Hauptziel. Beispiele: ein Akku, der sich tauschen lässt, Bauteile aus nur einem Material, ein Motor mit kleinerem Verbrauch.

Definition

Müllvermeidung, Recycling und Entsorgung

Für Abfälle gilt eine Rangfolge: 1. Vermeiden, 2. Wiederverwenden, 3. Recycling (aus Abfall werden neue Stoffe), 4. sonstige Verwertung (zum Beispiel Verbrennen mit Energiegewinnung), 5. Beseitigen (Deponie). Je weiter oben, desto besser für die Umwelt. Recycling braucht selbst Energie, und die Qualität der Stoffe sinkt oft. Elektrogeräte und Batterien dürfen nicht in den Hausmüll, denn sie enthalten Wertstoffe und Schadstoffe. Man gibt sie an Sammelstellen oder im Handel ab.

Rauch- und Abgasbehandlung reinigt, was bei Verbrennung entsteht. In einer Müllverbrennungsanlage halten Filter den Staub zurück, Gaswäscher binden saure Gase wie Schwefeldioxid, Stickoxide werden mit Ammoniak oder Harnstoff zu Stickstoff und Wasser umgesetzt, und Aktivkohle bindet Schadstoffe wie Quecksilber und Dioxine. Im Auto wandelt der Katalysator Kohlenstoffmonooxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Stickoxide in Kohlenstoffdioxid, Stickstoff und Wasserdampf um.

Definition

Ökonomisch und ökologisch verpacken

Verpackungen schützen die Ware, ermöglichen Lagerung und Transport und tragen Informationen (Etikett, Barcode). Ökonomisch heißt wirtschaftlich: wenig Material, geringes Gewicht, platzsparend stapelbar, niedrige Kosten. Ökologisch heißt umweltschonend: so wenig Material wie nötig, Mehrweg statt Einweg, ein einziger Stoff statt eines Verbunds (Verbünde lassen sich schwer trennen), kein Übermaß. Die Verpackung kann aber auch die Umwelt entlasten, wenn sie Lebensmittel vor dem Verderben schützt, denn weggeworfene Lebensmittel verursachen große Umweltwirkungen.

Definition

Kunststoffe im Alltag

Kunststoffe bestehen aus langen Kettenmolekülen (Polymeren), die aus vielen kleinen Bausteinen (Monomeren) zusammengesetzt sind. Hergestellt werden sie meist aus Erdöl. Aus Rohbenzin entstehen kleine Moleküle wie Ethen, die in der Polymerisation zu langen Ketten verbunden werden (zum Beispiel zu Polyethylen, PE). Es gibt auch Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen.

Thermoplaste (zum Beispiel PE, PP, PET) werden beim Erwärmen weich und lassen sich neu formen. Duroplaste bleiben auch in der Wärme hart.

Beim Recycling unterscheidet man: werkstofflich (sortenrein sammeln, einschmelzen, neues Produkt formen), rohstofflich (chemisch in Rohstoffe zerlegen) und energetisch (Verbrennen). Ein Recycling-Code im Dreieck zeigt die Sorte an (1 für PET, 2 für PE-HD, 5 für PP). Schwierig sind Mischungen, Verbunde und Verschmutzung. Kunststoffreste in der Umwelt zerfallen zu Mikroplastik.

Definition

Ökobilanz

Eine Ökobilanz erfasst die Umweltwirkungen eines Produkts über den ganzen Lebensweg: Rohstoffe, Energie, Abfälle und Emissionen von der Gewinnung bis zur Entsorgung. Sie bezieht sich auf einen gleichen Nutzen, zum Beispiel "ein Liter Getränk verpackt und getrunken". Vier Schritte: Ziel und Rahmen festlegen, alle Stoff- und Energieströme sammeln (Sachbilanz), die Wirkungen abschätzen (zum Beispiel Treibhausgase) und auswerten. Die Ergebnisse hängen von den Annahmen ab, etwa dem Transportweg.

Beispiel

Mehrweg oder Einweg?

Angenommen, Herstellung und Entsorgung einer Mehrwegflasche verursachen 500 g Kohlenstoffdioxid, jede Füllung dazu 40 g (Reinigung, Transport). Eine Einwegflasche verursacht je Füllung insgesamt 115 g. Ab wie vielen Füllungen ist Mehrweg besser?

Bei n Füllungen entstehen je Füllung 500 : n + 40 Gramm. Mehrweg ist besser, wenn 500 : n + 40 kleiner ist als 115. Dann muss 500 : n kleiner als 75 sein, also n größer als 500 : 75 = 6,67.

Probe: Bei 6 Füllungen sind es 500 : 6 + 40 = 123,3 g, das ist mehr als 115 g. Bei 7 Füllungen sind es 500 : 7 + 40 = 111,4 g, das ist weniger. Ab 7 Füllungen ist Mehrweg besser. Die Zahlen sind ausgedacht, in der Wirklichkeit liegen sie anders.

Häufige Fehler

Recycling löst das Müllproblem

„Ich trenne meinen Müll, also wird alles wieder zu neuen Produkten.“

Richtig ist

Recycling ist wichtig, aber nicht verlustfrei. Es braucht Energie, oft wird die Stoffqualität schlechter, und nicht alles lässt sich trennen. Am besten ist es, Abfall zu vermeiden und Produkte lange zu nutzen oder zu reparieren.

Häufige Fehler

Natürliche Materialien sind immer besser

„Papier ist besser als Kunststoff, also ist eine Papiertüte immer die bessere Wahl.“

Richtig ist

Das hängt vom ganzen Lebensweg ab. Eine Papiertüte kann in der Herstellung mehr Energie und Wasser brauchen als eine Kunststofftüte. Welche Tüte besser ist, zeigt die Ökobilanz, und sie hängt vor allem davon ab, wie oft man die Tüte nutzt.

Zusammenfassung

  • Der Lebenszyklus reicht von der Rohstoffgewinnung über Herstellung, Vertrieb und Betrieb bis zu Recycling oder Entsorgung.

  • Beim Vergleich zählen die Lebenszykluskosten (Kaufpreis plus Betriebskosten), nicht nur der Kaufpreis.

  • Optimieren heißt, ein Produkt nach Zielen zu verbessern, wobei sich Ziele oft widersprechen.

  • Abfälle: zuerst vermeiden, dann wiederverwenden, recyceln, verwerten, zuletzt beseitigen.

  • Filter, Wäscher und Katalysatoren reinigen Rauch und Abgase.

  • Kunststoffe sind Polymere aus Monomeren. Recycling gelingt am besten bei sortenreinen Thermoplasten.

  • Die Ökobilanz bewertet die Umweltwirkungen über den ganzen Lebensweg bei gleichem Nutzen.

Übungen

Aufgabe 1Numerisch

Eine Lampe mit 10 W brennt 2000 Stunden. 1 kWh Strom kostet 0,30 Euro. Wie hoch sind die Stromkosten in Euro?

Aufgabe 2Numerisch

Gerät A kostet 300 Euro und braucht im Jahr 40 Euro Strom. Gerät B kostet 400 Euro und braucht im Jahr 20 Euro Strom. Nach wie vielen Jahren sind die Gesamtkosten gleich?

Aufgabe 3Multiple Choice

Welche Reihenfolge entspricht der Rangfolge im Umgang mit Abfall, vom besten zum schlechtesten Weg?

Aufgabe 4Multiple Choice

Was berücksichtigt eine Ökobilanz?

Aufgabe 5Freitext

Nenne zwei Maßnahmen, mit denen ein Hersteller sein Produkt für das Recycling besser machen kann, und begründe eine davon.