Noch viel Spielraum für Materialeffizienz

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Strategien zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen bei Gebäuden, Fahrzeugen und Elektronik – ein Überblick

Wissenschaftler aus den USA, Italien, Israel und Deutschland haben im Rahmen einer von den Umweltministern der G7 im Rahmen ihrer Tagung in Bologna im Juni 2017 angeforderten  Untersuchung, die derzeit vom Weltressourcenrat der UN weitergeführt wird, geprüft, inwieweit effizientere Materialnutzung Chancen für die Minderung der Treibhausgasemissionen bieten. Das Ergebnis wurde am 16.04.2019 in den Environmental Research Letters (Band 14, Nummer 4) publiziert. Solarify hat Ausschnitte übersetzt.

Beispiel für Ressourcen- und Energioeeffizienz: Der Neubau des BMBF in Berlin – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft für Solarify

Da weltweit ein Viertel der Energie in der Produktion von Materialien verbraucht wird, stellt die effizientere Nutzung dieser Materialien eine bedeutende Chance für die Minderung der Treibhausgasemissionen dar. Mit dem erneuten Interesse der politischen Entscheidungsträger an der Kreislaufwirtschaft werden Strategien zur Materialeffizienz (ME) vorangetrieben wie

  • Leichtbau,
  • Verkleinerung und Lebensdauerverlängerung von Produkten,
  • Wiederverwendung und Recycling von Materialien sowie
  • eine angemessene Materialauswahl.

Die Emissionseinsparungen durch ME sind jedoch noch wenig bekannt, was zum Teil auf die große Menge der Materialverwendungen, die Vielfalt der Umstände und zum Teil auf den fehlenden analytischen Aufwand zurückzuführen ist. Wir haben die Emissionsreduktionen durch ME-Strategien für Gebäude, Autos und Elektronik überprüft. Wir stellen fest, dass es einen systematischen Kompromiss zwischen der stofflichen Nutzung bei der Herstellung von Gebäuden, Fahrzeugen und Geräten und dem Energieverbrauch in ihrem Betrieb geben kann, der eine sorgfältige Ökobilanz der ME-Strategien erfordert. Wir stellen fest, dass die größten potenziellen Emissionsreduktionen, die in der Literatur quantifiziert werden, auf eine intensivere Nutzung und Verlängerung der Lebensdauer von Gebäuden sowie auf die Leichtbauweise und die geringere Größe von Fahrzeugen zurückzuführen sind.

Der Ersatz von Metallen und Beton durch Holz im Bauwesen kann zu erheblichen Treibhausgasvorteilen führen, potenzielle Kompromisse und Einschränkungen bei der Versorgung mit Holz müssen jedoch anerkannt werden. Die Reparatur und Wiederaufbereitung von Produkten kann auch zu Emissionsminderungen führen, die nur von Fall zu Fall quantifiziert wurden und schwer zu verallgemeinern sind. Die Rückgewinnung von Stahl, Aluminium und Kupfer aus Abbruchabfällen von Gebäuden und den Altfahrzeugen und -geräten führt bereits zum Recycling von Basismetallen, was zu erheblichen Emissionsreduktionen führt. Höhere Sammelraten, Sortiereffizienzen und die legierungsspezifische Sortierung von Metallen zur Erhaltung der Funktion von Legierungselementen bei gleichzeitiger Vermeidung der Kontamination von Basismetallen sind wichtige Schritte zur weiteren Reduzierung der Emissionen.

Definition von ME-Strategien

Die Waren und Dienstleistungen zur Befriedigung der menschlichen Bedürfnisse bestehen in der Regel aus Materialien für ihre Herstellung und Lieferung. Materialien sind für die wirtschaftliche Aktivität ebenso wichtig wie Energie und Arbeit. Es gibt jedoch große Unterschiede in Bezug auf die Mengen und Arten von Material oder Produkt, die zur Erbringung einer Dienstleistung erforderlich sind. ME wurde sowohl als Indikator – d.h. die Höhe der physischen Leistungserbringung pro Materialeinheit – als auch als Strategie zur Bekämpfung des Klimawandels definiert. Eine von der Royal Academy einberufene Sitzung bietet folgende Definition: „[ME] beinhaltet die Verfolgung technischer Strategien, von Geschäftsmodellen, Verbraucherpräferenzen und politischen Instrumenten, die zu einer erheblichen Verringerung der Produktion von energieintensiven Materialien mit hohem Volumen führen würden, die für das menschliche Wohlbefinden erforderlich sind.“ Die folgenden Strategien werden in der Literatur beschrieben:

  1. Intensivere Nutzung: weniger Produkt, um die gleiche Dienstleistung zu erbringen, z.B. durch eine platzsparendere Gestaltung von Gebäuden oder Multifunktionalität von Gadgets, oder Nutzung eines Produkts mit einer höheren Nutzungsrate, z.B. durch Sharing.
  2. Verlängerung der Lebensdauer (auch durch Reparatur, Weiterverkauf, Wiederaufarbeitung): mehr Service durch ein bestehendes Produkt.
  3. Leichtbauweise und Materialwahl: weniger Material und/oder geringere Treibhausgasemissionen bei der Herstellung eines Produkts.
  4. Wiederverwendung von Komponenten, auch durch Wiederaufarbeitung und Modularität.
  5. Recycling, Upcycling, Kaskadierung
  6. Verbesserte Ausbeute in Produktion, Fertigung und Abfallverarbeitung.

Erzielung messbarer Emissionsreduktionen durch ME

Wenn überprüfte Studien auf Emissionsreduktionen durch ME hindeuteten, war dies in der Regel in Bezug auf einen referenzierten Dienst der Fall. Änderungen der Attribute und Kosten des Dienstes können sich entweder auf die Akzeptanz von ME oder auf das Verbrauchsniveau des Dienstes auswirken. Wenn ME die Attribute des Dienstes ändert, wie z.B. das Führen eines kleineren Fahrzeugs oder das Wohnen in einer renovierten und nicht in einer neuen Wohnung, stellt sich die Frage, ob der ME-Dienst so attraktiv ist wie ein konventioneller.

Wenn ME die Kosten senkt, wie z.B. bei leichten oder gemeinsamen Fahrzeugen, stellt sich die Frage, ob dies zu einer erhöhten Nachfrage führen wird. Sowohl die Modellierung als auch die empirischen Erkenntnisse deuten auf einen erheblichen Rebound-Effekt bei der Energieeffizienz hin und ein ähnlicher Effekt gilt für Materialien. Wir haben einige grundlegende Verhaltensfragen hervorgehoben, wie z.B. ob autonome Taxis (ATs) zur Ergänzung des öffentlichen Verkehrs (letzte Meile) eingesetzt werden oder ob sie die Fahrten vervielfachen und die städtische Dichte reduzieren. Bei anderen Strategien sind solche Reaktionen weniger wahrscheinlich, wie z.B. leichtere Gebäude, die so viel kosten wie herkömmliche. Die verhaltensbedingte Antwort auf ME ist eine offene Frage, die weitere Forschungsarbeit verdient. Die Frage, ob eine Technologie-Push-Strategie für Ressourceneffizienz zur Minderung der Treibhausgasemissionen beiträgt, hängt vom Ergebnis dieser Forschung ab.

Im Rahmen von Szenarien zur Klimaverminderung bietet ME eine weitere technologische Lösung an, die die Kosten für das Erreichen eines gewünschten Niveaus der Verminderung reduziert und daher als wünschenswert angesehen werden kann. In einer Modellierungsübung wäre der Kohlenstoffpreis, der zur Erreichung eines solchen Ziels verwendet wird, niedriger als ohne diese verfügbaren Optionen, und er könnte immer noch vor einem Aufschwung schützen.

ME in integrierten Politikstudien

Während die vorhergehenden Abschnitte darauf hindeuten, dass aus technischer Sicht signifikante Emissionsreduktionen erreicht werden können, ist eine stärker integrierte Politikmodellierung notwendig, um die breiteren wirtschaftlichen, sozialen und ökologischen Dimensionen der ME-Strategien zu bewerten. Bestehende, für eine solche multidimensionale Bewertung notwendige integrierte Bewertungsmodelle (Integrated Assessment Models – IAMs), sind jedoch aufgrund tiefgreifender struktureller und datentechnischer Einschränkungen im Allgemeinen schlecht gerüstet, um ME-Optionen zu analysieren. Zu den Haupthindernissen gehören fehlende Daten über die Leistung und die Kosten der ME-Technologie, Anwendungsmärkte und -barrieren sowie sektorübergreifende (d.h. lebenszyklusbezogene) Effekte und die fehlende Darstellung materialhaltiger Produktbestände (Gebäude und Strukturen, Fahrzeuge, Maschinen) in den Modellen. Infolgedessen haben nur wenige Studien integrierte Analyseansätze gewählt, und ihre Ergebnisse beschränken sich im Allgemeinen auf Erkenntnisse auf der Makroebene, die für das detaillierte Politikdesign, das zur Beschleunigung von ME als Minderungsstrategie erforderlich ist, unzureichend sind.

So hat die IEA beispielsweise ausgewählte ME-Strategien in ihren beiden wichtigsten integrierten Energiesystemmodellen – dem Weltenergiemodell und ETP-TIMES – dargestellt, um globale Schätzungen der erreichbaren Treibhausgaseinsparungen in ihren Szenarien WEO 2015 und ETP 2017 zu liefern. Die Einsparungsschätzungen umfassten jedoch nicht die Auswirkungen von Upstream- (z.B. reduzierte Fracht) oder Downstream-Effekten (z.B. leichtere Fahrzeuge mit weniger Kraftstoffverbrauch) aufgrund fehlender Daten über die Lebenszyklus-Systeme, noch wurden Kostenauswirkungen berücksichtigt. In jüngster Zeit schätzte Materials Economics die mit der ME-Politik verbundenen Verringerungen der Treibhausgasemissionen auf EU-Ebene, wobei jedoch unabhängige Modelle für jeden Industriesektor verwendet wurden, wodurch wichtige wirtschaftsweite Perspektiven fehlen. Da eine kürzlich durchgeführte Überprüfung ergab, dass die derzeitigen Maßnahmen nicht ausreichen, um das erhebliche Minderungspotenzial von ME zu erschließen, sollten verbesserte IAM-Fähigkeiten für eine robuste, politikrelevante Bewertung von ME-Strategien eine entscheidende Priorität sein. Aufkommende Arbeiten auf Länderebene können Hinweise darauf geben, wie die Wirkung von ME modelliert werden kann.

Schlussfolgerungen

Die Literatur unterstützt eine starke Rolle für ME als Weg zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen im Zusammenhang mit materialintensiven Systemen, einschließlich Gebäuden und leichten Nutzfahrzeugen, während die Beweise für Emissionsreduzierungen innerhalb von Elektro- und Elektronikgeräten begrenzt sind. Es besteht ein erhebliches Potenzial zur Reduzierung der erheblichen Emissionen bei der Herstellung von Materialien für Gebäude und Fahrzeuge. Der Beitrag von ME zum Klimaschutz wird durch eine Vielzahl von Fallstudien und durch eine sehr begrenzte Anzahl von Studien unterstützt, die eine Hochskalierung und Szenarioentwicklung anstreben, sowie durch sehr wenige Ex-Post-Studien. Diese Studien bieten eine starke Unterstützung für Emissionsreduktionen, die für eine intensivere Nutzung, die Leichtbauweise von Gebäuden, die Verlängerung der Lebensdauer von Gebäuden in Ländern mit kurzen Gebäudelebenszeiten und die richtige Größe von Fahrzeugen in Ländern mit großen Standardfahrzeugen erheblich sein können. Es gibt Situationen, in denen Kompromisse mit dem operativen Energieverbrauch und den Rückpralleffekten wichtig sind, so dass die Bestimmung einer optimalen Strategie eine ordnungsgemäße Analyse erfordert, z.B. für Strategien zur Verlängerung der Lebensdauer, einschließlich Wiederverwendung und Wiederaufarbeitung.

Die Studien haben sich oft auf hoch entwickelte Länder oder China konzentriert, und es mangelt an Informationen aus anderen Regionen, auch wenn die Gewinne in den Entwicklungsländern wahrscheinlich größer sein werden. Die globalen potenziellen Emissionsreduktionen aus dem Material sind noch wenig charakterisiert.

->Quellen: