Life Cycle Modelling Life Cycle Modelling Deel III: Uitvoering van een LCA: Inventarisatie, Impactanalyse en Interpretatie

December 3, 2013

1

Life Cycle Modelling Life Cycle Modelling

Deel III: Uitvoering van een LCA:

Inventarisatie, Impactanalyse en Interpretatie

TA3290 - Life Cycle Modelling and Economic Evaluation Dr. ir. E.J.L. Chappin

Programma vandaag

• Uitvoering LCA

• Inventarisatie

• Effectbeoordeling/impactanalyse

• Interpretatie

LCA Stap 2: Inventarisatie

Stap 2 –

Inventarisatie

Procesbomen?

Dataverzameling?

Allocatie?

Inventarisatie: Procesboom

• Opstelling procesboom

• Grafische voorstelling van stappen van levenscyclus

• Blokdiagram met in- en outputs

• Indien verschillend voor ieder alternatief een procesboom

• Van de stappen het systeem binnenkomend

• Tot de stappen het systeem uitgaand

Inventarisatie: Procesboom

• Invulling procesgegevens

• De stromen van en naar de economie

• Stromen die economische waarde hebben

• De stromen van en naar het milieu

• Stromen zonder economische waarde

Inventarisatie: Dataverzameling

• Onzekerheid, validiteit

• Procesgegevens, historische data, …

• Bronnen:

• Wetenschappelijke literatuur

• Bedrijfsinformatie (vaak beschermd)

• Interviews

• Databases

• EcoInvent

Inventarisatie: Procesgegevens

Uit het milieu Naar het milieu

Proces

Uit de economie Naar de economie

goederen, diensten, materialen, energie, te verwerken afval

abiotische grondstoffen, biotische grondstoffen, energiedragers, ruimte

emissies naar lucht, water, bodem, straling, geluid, warmte, licht, calamiteiten

Inventarisatie: Procesgegevens

• Opstelling ingreeptabel

• Overzicht van (milieu)ingrepen

• Door geheel productsysteem of per levenscyclusfase

• Afhankelijk van (kwaliteit) data

• Maak onderscheid in economisch en milieu.

Inventarisatie: allocatie

• En daarbij allocatie toepassen

• Verdeelsleutel(s) om stromen toe te kennen aan producten

• Op basis van fysieke of economische eigenschappen

Inventarisatie: allocatie

• Centrale vraag:

• Hoe worden emissies en onttrekkingen aan producten toegewezen?

• Een proces, twee outputs…

hoe verdeel je de onttrekkingen en de emissies?

• Ideeën?

Grondstof

Proces

Product 1

Inventarisatie: allocatie

• Allocatie op basis van fysieke eigenschappen:

• Massa, volume, energetische waarde

• Voordelen:

• Goedgekende eigenschappen

• Gewichtsfactoren constant in de tijd

• Nadelen:

• Keuze van fysische basis arbitrair

• Onduidelijke grens tussen co-product en afval

• Geen rekening gehouden met de functionaliteit van de outputs

• Allocatie op basis van economische eigenschappen

• Marktprijs

• Voordelen:

• gewichtsfactoren worden door de markt bepaald

• soepele aanpassing van de gewichtsfactoren,

artificiële grens afval/product/co-product verdwijnt

• Nadelen:

• marktprijzen niet altijd goed gekend

• gewichtsfactoren evolueren met de tijd

• marktprijzen geven niet altijd de functionele waarde weer

Inventarisatie: allocatie

Inventarisatie: allocatie

• Wat bepaalt de keuze voor allocatie?

• Methodologisch is er geen duidelijke voorkeur

• Consistentie door de LCA heen

• Wat het best aansluit bij de wensen

van de opdrachtever / strategisch gedrag

Inventarisatie: allocatie

• Voorbeeld (1): LCA van mokken en plastic bekertjes.

• Vraag: welk alternatief is beter: een porseleinen mok of een plastic bekertje?

• Allocatie:

• Economisch: Bijproducten hebben

vaak waarde, dan daaraan afschuiven.

• Fysiek: Bijproducten hebben vaak relatief veel massa, maar weinig economische waarde.

Inventarisatie: allocatie

• Voorbeeld (2): LCA van elecktriciteitsproductie

• Vraag: welk alternatief is beter:

een kolencentrale met CO

afvang,

een windmolen of een biomassacentrale?

• Allocatie:

• Economisch alloceren voor restwarmte.

• Wat zou er anders gebeurd zijn met de

landbouwgrond?

Inventarisatie: allocatie

• Voorbeeld (3): LCA van kranten

• Vraag: wat is beter: een krant of een vouwbaar scherm met internetconnectie?

• Allocatie:

• Andere functies van het scherm?

• Andere functies van het papier?

Inventarisatie: allocatie

• Voorbeeld (4): LCA van aluminium

• Vraag: hoe kan je een aluminiumproductieproces verbeteren?

• Allocatie:

• Economisch?

De bijproducten hebben vaak

kleine/negatieve economische waarde.

Inventarisatie: allocatie

• Fysieke basis

• Voordelen:

• Niet ambigu

• Constant in de tijd

• Nadelen:

• Keuze arbitrair

• Co-product of afval

• Functionaliteit van de outputs?

• Economische basis

• Voordelen:

• Door de markt bepaald

• Co-product of afval

• Nadelen:

• Welke marktprijzen

• Veranderlijk

• Prijs = functionele waarde?

Inventarisatie: allocatie

Oefening allocatie

• Uitstoot 0.8 ton CO₂

• 1 MWh elektriciteit, €35,-

• 1.5 MWh warmte, €5,-

• Allocatie naar energieinhoud:

• Elektriciteit  0.8 * 1 / 2.5 = 0.32 ton CO₂

• Warmte  0.8 * 1.5 / 2.5 = 0.48 ton CO₂

• Allocatie naar economische waarde:

• Elektriciteit  0.8 * 35 / 40 = 0.70 ton CO₂

• Warmte  0.8 * 5 / 40 = 0.10 ton CO

Oefeningen (1)

Aardolieraffinage. Een LCA wordt opgesteld van een aardolieraffinaderij. De opdrachtgever is de eigenaar van de raffinaderij, die wil weten hoeveel CO

uitstoot gepaard gaat met de productie van benzine.

1. Teken een versimpeld systeemdiagram van een raffinaderij.

2. Wat is de functionele eenheid van je analyse?

Oefeningen

Allocatie. De raffinaderij produceert per tijdseenheid de stoffen in de tabel.

1. Wanneer heb je bij een LCA allocatie nodig? Bij welke stap in de LCA?

2. Heb je hier allocatie nodig?

3. Beargumenteer welke allocatiemethode je zou toepassen.

4. Bereken de allocatie aan de hand van je keuze bij 2.

5. Hoeveel CO

uitstoot gaat gepaard met 1 L benzine?

1.0 kg benzine (€0.30/L, 47.3 MJ/kg, 720 g/L) 0.80 kg diesel (€0.20/L, 44.8 MJ/kg, 850 g/L) 0.40 kg methaan (0.50 €/kg, 55.5 MJ/kg)

0.20 ton CO₂ & 1.5 g SO₂

Uitwerking

• Allocatie naar gewicht: Totaal: 1.0+0.8+0.4 = 2.2 kg.

• Benzine:

1.0 kg / 2.2 kg * 0.2 ton CO₂ = 0.09 ton CO₂ / kg

 0.09 ton/kg * 0.720 kg/L = 0.065 ton CO₂ / L benzine

• Diesel:

0.8 kg / 2.2 kg * 0.2 ton CO₂ = 0.073 ton CO₂ / kg

 0.073 ton/kg * 0.850 kg/L = 0.062 ton CO₂ / L diesel

• Methaan:

0.4 kg / 2.2 kg * 0.2 ton CO₂ = 0.036 ton CO₂ / kg CH₄

Uitwerking

• Allocatie naar economie: Totale waarde: 0.30*0.720*1.0 +

0.20*0.850*0.80 + .05*0.4 = 0.216 + 0.136 + 0.02 = € 0.372

• Benzine:

0.216 / 0.372 * 0.2 ton CO₂ = 0.116 ton CO₂ / kg 

0.116 ton/kg * 0.720 kg/L = 0.083 ton CO₂ / L benzine

• Diesel:

0.136 / 0.372 * 0.2 ton CO₂ = 0.073 ton CO₂ / kg  0.073 ton/kg * 0.850 kg/L = 0.062 ton CO₂ / L diesel

• Methaan:

0.02 / 0.372 * 0.2 ton CO₂ = 0.011 ton CO₂ / kg CH₄

Stappen in een LCA (3)

Stap 3 –

Effectbeoordeling (of Impactanalyse)

Hoe scoren de alternatieven?

Classificatie?

Normalisatie?

Effectbeoordeling:

Hoe tel je op?

• Emissies:

• 5 ton CO

• 0,5 ton SO

• 150 kg CH

• Totaal: 5,65 ton?

Wat heb je nodig?

December 3, 2013 26

Effectbeoordeling:

Hoe tel je op?

• Twee dimensies:

• Verschillende soorten onttrekkingen/emissies die bijdragen aan een milieuprobleem

• Bijdragen aan verschillende milieuproblemen vergelijken

Emissie 1 Grondstof

Proces

Product

Emissie 2

Grondstof 2

Milieu-

probleem 1 Milieu-

probleem 2

Effectbeoordeling:

Classificatie

• Centrale vraag: Hoe kun je verschillende soorten bijdragen aan een milieuprobleem vergelijkbaar maken? (1^e dimensie)

• Keuze milieu-effecten

• Bepaal de mee te nemen subverzameling van onttrekkingen en emissies relevant voor een milieuprobleem

• Beargumenteer deze keuze!!

• Gebruik goed gedefinieerde classificatiefactoren

• Omrekening van milieu-ingrepen tot milieueffecten en effectscores

• Gebruik formules van experts voor zover deze bestaan

Emissie 1

Proces

Emissie 2

Milieu-

probleem 1

Effectbeoordeling: Classificatie

voorbeelden van milieu-effecten

uitputting:

(a)biotische grondstoffen

verontreiniging:

broeikaseffect ozonlaag

toxiciteit verzuring

stank

aantasting:

ecosysteem landschap slachtoffers

Effectbeoordeling: Classificatie

• Opstelling milieuprofiel

• Sorteren van effectscores

• Effectscore = Σ classificatiefactor * milieu-ingreep

• Vb. Global warming potential (GWP, in ton CO

-eq.

effect van emissie in 100 jaar)

• 1*CO

+ 25*CH

+ 298*NO

+ …

• (gebaseerd op IPCC rapport, 2001)

Oefening

Classificatie

1. Classificeer de volgende emissies:

• 5 ton CO

• 0,5 ton SO

• 150 kg CH

• Totaal: 5*1 + 0*0,5 + 25*0,150

= 8,75 ton CO

-eq.

 geen broeikasgas, maar wel verzuring

Effectbeoordeling:

Normalisering

• Centrale vraag: Hoe kan je verschillende

milieuproblemen vergelijkbaar maken? ⁽²

dimensie)

• Normering/normalisering effectscores

• Genormaliseerde effectscore =

effectscore activiteit / basisgetal

• Normering is een manier om de verschillende scores te vergelijken

• Hogere scores duiden op een relatief groter effect en wegen daarom zwaarder mee

Emissie 1

Proces

Product

Emissie 2

Milieu- probleem 1

Milieu-

probleem 2

Effectbeoordeling: Normalisatie

• Normalisatie op basis van

• Jaarlijkse menselijke activiteit (komt vaak voor)

• Distance-to-target

• Vergeleken met score basisalternatief

• Vermenigvuldigen met kostenfactor om emissie ongedaan te maken

• Selectie van slechts 1 milieuthema

• Niet normaliseren

• Dit behelst ook het eventueel converteren naar 1 getal.

Effectbeoordeling

December 3, 2013 34

Oefening

Normalisering op basis van jaarlijkse activiteit

1. Maak de impact van 5.65 ton CO₂-eq. en 0.5 ton SO₂-eq.

Vergelijkbaar op de thema’s broeikaseffect en verzuring.

Gegevens van uitstoot Nederland

• 250*10⁶ ton CO₂-eq / jaar

• 4*10³ ton SO₂-eq / jaar (alleen verkeer)

• 5,65 ton CO₂ / 250*10⁶ ton CO₂ = 2,3*10^-8

• 0,5 ton SO₂ / 4*10³ ton SO₂ = 1.3*10^-4

• Dus SO₂ uitstoot is veel erger…?

Stappen in een LCA (4)

Stap 4 –

Interpretatie

Wat betekenen de resultaten?

Hoe gaan we verder?

Wat kunnen we verbeteren?

Gevolgen van aannames?

Interpretatie: Aannames

Diverse oorzaken van aannames:

• Belangrijke keuzes (systeemgrens, allocatie, classificatie, normalisering, milieuthema’s)

• Kwaliteit data (bronnen, leeftijd, relevantie, onzekerheid)

• Detailniveau (opzet, uitvoering, analyse)

• Opdrachtgever (wie betaalt de analyse,

bepaalt de uitkomst)

Interpretatie: Verbeteranalyse

• Zwaartepuntanalyse

• Welke processen veroorzaken de grootste milieu-ingrepen?

• Transport, proces/productie, eindgebruik, etc.

• Marginale analyse

• Welke kleine verandering geeft de grootste verbetering?

• Is die strategie haalbaar?

• Hou verhoudt zich dat met de zwaartepuntanalyse

• Iteratief

• LCA  resultaat  ontwerp verbeteringen  nieuwe LCA

Interpretatie: Gevoeligheidsanalyse

• Hoe groot is het verschil tussen de alternatieven?

• Groot genoeg voor een significant verschil?

• Welk gevolg hebben de aannames voor de resultaten? Let op impliciete aannames, zoals systeemgrens, allocatie etc.

• Welk gevolg heeft een 10% verandering in de elk stuk data voor de uitkomsten? Hoe groter, hoe gevoeliger de uitkomsten zijn voor deze data en hoe belangrijk de validiteit van de aannames is.

• Vergelijk ook met zwaartepuntanalyse en marginale analyse.

Software tools voor LCA

• ruim 60 software tools

• afkomstig uit: Australië, Canada, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Japan, Nederland, Oostenrijk, Verenigd

Koninkrijk, Verenigde Staten, Zuid-Korea, Zweden en Zwitserland

• bijvoorbeeld:

• CMLCA (Chain Management by Life Cycle Assessment), CML, Leiden

• SimaPro, Pré Consultants, Amersfoort

• GaBi, PE International, Duitsland

• Team 3.0, Ecobilan, Frankrijk

• meer informatie:

http://www.rivm.nl/milieuportaal/dossier/lca/software/

Oefeningen

Interpretatie

1. Wat is het verschil tussen een marginale analyse en een zwaartepuntanalyse?

2. Kun je innovaties ontwikkelen met behulp van LCA?

3. Geef een overzicht van de soorten aannames die

belangrijk zijn voor de interpretatie van een LCA.