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Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Rainer Züst Dr. sc. techn., Gastprofessor an der TU Wien, Schweizerisches Institut für Systems.

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Präsentation zum Thema: "Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Rainer Züst Dr. sc. techn., Gastprofessor an der TU Wien, Schweizerisches Institut für Systems."—  Präsentation transkript:

1 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Rainer Züst Dr. sc. techn., Gastprofessor an der TU Wien, Schweizerisches Institut für Systems Engineering Homepage: Umweltmanagement

2 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Rainer Züst Dr. sc. techn., Dipl. Masch. Ing. ETH 1993 – 1999 Assistenzprofessor für Betriebswissen- schaften an der ETH Zürich, seit 2000 Gastprofessor an der TU Wien 2001 – 2004 Mitglied der Geschäftsleitung der ETHags – Center for Sustainability at ETH Zurich Mitinhaber Schweizerisches Institut für Systems Engineering (www.swissinstitute.ch) Autor diverser Bücher

3 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Beispiele von aktuellen Projekten Reorganisation der kantonalen Verwaltung Ausbildung Gesamtprojektleiter Bereich Haustechnik Ecodesign für eine Business-Area Ecodesign sowie WEEE & RoHS-Umsetzung Ecodesign-Workshops Ecodesign-Implementierung und Schulung Umsetzung EUP bei Agfa HealthCare Diverse Vorlesungen und Kurse

4 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Arbeitsbereich Systems Engineering Systems Engineering ist eine systematische Denkweise und Methodik zur Lenkung von Problemlöseprozessen im Kontext anspruchsvoller sozio- technischer Fragestellungen. Vorlesung u.a. an der ETH Zürich Kurse für Wirtschaft, Methodik- beratung in der Wirtschaft (io Verlag 2004) (io Verlag 2002)

5 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Arbeitsbereich Ecodesign ECODESIGN (umwelt- gerechte Produktentwicklung; - Buch mit CD-ROM, Um- setzungsleitfaden, eLearning; - Tools auf Vorlesung ETH Zürich, Kurse für die Wirtschaft, Beratung von Unternehmen (io Verlag 2001) (Kluwer 2002)

6 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Arbeitsbereich Produktentwicklung Produktentwicklung- und Innovationsprozesse, Prozessmanagement, Integration von Ecodesign Diverse Mandate in der Wirtschaft, Beratung von Unternehmen (Springer 2004)

7 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Einstieg: Wachstumsfalle Bevölkerungswachstum Steigender Ressourcenverbrauch Zunahme an sozialen und gesellschaftlichen Konflikten

8 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Bevölkerungswachstum weltweit

9 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Getreideproduktion weltweit

10 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Verfügbares Trinkwasser pro Person weltweit

11 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Energieverbrauch weltweit [Source: EIA, International Energy Outlook 1999]

12 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Weitere Zahlen jährlich Ausgaben, damit alle Menschen Zugang zu sauberem Wasser haben: US$ Jährliche Ausgaben für Zigaretten/Tabak im EU- Raum: US$ Jährliche Ausgaben für Verteidigung weltweit: US$ Wert der täglichen Geldtransaktionen an weltweiten Kapitalmärkten: US$ [Basis: UNDP Development Report 1998]

13 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Ziel einer Nachhaltigen Entwicklung Nachhaltige Entwicklung hat zum Ziel, mit einem intelligenten Einsatz der verfügbaren Ressourcen einen möglichst großen Nutzen für alle beteiligten Akteure (entlang der Wertschöpfungskette) und Zufriedenheit der Kunden und Konsumenten sowie der Gesellschaft bei minimaler Umweltbelastung und unter sozial fairen Bedingungen zu erzielen.

14 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Die Falle der zu engen Systemgrenzen [Quelle: Luttropp & Züst 1998]

15 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Ziel von Ecodesign Legalität: Einhaltung relevanter Gesetze / Ver- ordnungen (z.B. WEEE, RoHS, ISPM 15, …) Legitimität: Firmen-Image, Produkt-Image,.. Innovation: andere und breitere Sichtweise (Quer- denken), umfassendere Analyse, neue Ideen / umfassendere Lösungssynthese Kostenstruktur: Umweltmanagement als Ressourcen- management Motivation Mitarbeitende: Wahrnehmen von Verantwortung, effizientere Prozesse

16 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Attraktive Handlungsfelder Legalität: Einhaltung relevanter Gesetze / Ver- ordnungen (z.B. WEEE, RoHS, ISPM 15, …) Legitimität: Firmen-Image, Produkt-Image,.. Innovation: andere und breitere Sichtweise (Quer- denken), umfassendere Analyse, neue Ideen / umfassendere Lösungssynthese Kostenstruktur: Umweltmanagement als Ressourcen- management Motivation Mitarbeitende: Wahrnehmen von Verantwortung, effizientere Prozesse Innovation: andere und breitere Sichtweise (Querdenken), umfassendere Analyse, neue Ideen / umfassendere Lösungssynthese Kostenstruktur: Umweltmanagement als Ressourcenmanagement

17 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Sozialverträgliche und umweltschonende Produkte Verbesserungsmassnahmen, wie sie im Folgenden diskutiert werden, sollen primär zur Sicherung von Wettbewerbsvorteilen beitragen. Im Zentrum stehen: - neue (innovativere) Produktideen (d.h. auch Product-Service-Systems), - Rationalisierungspotenziale und - Kostenreduktionen.

18 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Verfügbare Tools / Methoden ECODESIGN PILOT: Buch, in englisch und deutsch (demnächst in japanisch), mit CD-ROM (inkl. Lern- teil) oder online: (5 Sprachen) Assistent – Umweltorientierte Bewertung von Produkten; online: Umsetzungsleitfaden (ECODESIGN Implemen- tation, Springer Verlag, 2004) eLearning-Kurs: Universitätslehrgang der TU Wien

19 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Ecodesign - Beispiele -Stellmotoren (Sonnenstoren, Klimaanlagen) -Waschmaschine -Spülkasten

20 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Beispiel Belimo [Quelle: Belimo]

21 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Hebelwirkung Ecodesign Einsparung durch (Eco-)Design Wärmebedarf am Standort [Quelle: Belimo]

22 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Life-Cycle-Thinking und Bewertung - Lebensphasen eines Produkts: Rohmaterialien, Herstellung, Distribution, Nutzung, Entsorgung - Umweltorientierte Bewertung, z.B. kumulierter Energieanalyse oder screening LCA: GAP-Analyse - Einflüsse von Beteiligten und Betroffenen, insbesondere in der Nutzung: Modellierung eines sozio-technischen Systems (Nutzungsszenarien!!) - ausserordentliche Betriebszustände, Ausfälle, Störfälle, Schäden, …: Risiko-Betrachtungen

23 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Life-Cycle-Thinking und Bewertung - Lebensphasen eines Produkts: Rohmaterialien, Herstellung, Distribution, Nutzung, Entsorgung - Umweltorientierte Bewertung, z.B. kumulierter Energieanalyse oder screening LCA: GAP-Analyse - Einflüsse von Beteiligten und Betroffenen, insbesondere in der Nutzung: Modellierung eines sozio-technischen Systems (Nutzungsszenarien!!) - ausserordentliche Betriebszustände, Ausfälle, Störfälle, Schäden, …: Risiko-Betrachtungen Kostenabschätzungen

24 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Life-Cycle-Costing: Beispiel Waschmaschine Ein Waschmaschine kostet Sfr. und ermöglicht Waschzyklen (in 15 Jahren). Für einen Wasch- zyklus werden ca. 50 l Wasser, 1 kWh Strom und 50 g Waschpulver benötigt:

25 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Life-Cycle-Costing: Beispiel Waschmaschine Ein Waschmaschine kostet Sfr. und ermöglicht Waschzyklen (in 15 Jahren). Für einen Wasch- zyklus werden ca. 50 l Wasser, 1 kWh Strom und 50 g Waschpulver benötigt: Liter Wasser, respektive ca Sfr kWh Strom, respektive ca Sfr. 500 kg Waschpulver, respektive ca Sfr. plus Service / Unterhalt im Umfang von Sfr. Lösungsansatz: effizienterer Waschprozess

26 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Beispiel V ZUG: Waschmaschinen [Quelle: V ZUG]

27 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Life-Cycle-Costing: Beispiel Spülkasten Ein Spülkasten kostet Sfr. und ermöglicht Spülvorgänge. Für einen Spülvorgang braucht es 8 Liter Wasser.

28 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Life-Cycle-Costing: Beispiel Spülkasten Ein Spülkasten kostet Sfr. und ermöglicht Spülvorgänge (20 Spülvorgänge pro Tag über ca. 30 Jahre). Für einen Spülvorgang braucht es 8 Liter Wasser: Liter Wasser, respektive ca Sfr. Lösungsansatz: effizienterer Spülvorgang, z.B. 2-Mengen-Spülkasten [Quelle: Geberit]

29 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Frühe Planungsphase entscheidend

30 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Erkenntnis daraus 1. Bedeutung der Produktentwicklung 2. Frühe Planungsphase entscheidend 3. Fokus auf Produkte / Product- Sercice-Systems (und nicht nur auf Standort) Produktion / Standort Produkte / Dienstleistungen

31 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Ein praktisches Beispiel Wo treten die grössten Umweltbelastungen auf? Und wie würden Sie die Zitruspresse unter ökologischen Aspekten verbessern ? Zitruspresse: 1.3 kg, Lebensdauer 80 h, 30 W Materialien: Kunststoff (PP, ABS), Cu and PVC (Kabel), Stahl und Eisen (Motor)

32 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Eine Familie produziert täglich 0.1 Liter Saft; Für 0.1 Liter Saft werden 0.3 kg Orangen benötigt; Lebensdauer 4 Jahre: 120 Liter Orangensaft, respektive 360 kg Orangen; 120 mal Abwaschen: 330 Liter Wasser 1m 3 Wasser für Produktion von 1 kg Orangen, respektive Liter Wasser Transport: 12'000 km per Schiff, 1'100 km mit LKW Annahmen

33 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Niki Bay: The Oil Point Method – A Tool for Indicative Environmental Evaluation in Material and Process Selection, ISBN Energiewert-Tabelle

34 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Energieverbrauch für 1 Liter Orangensaft 0.8 MJ Material (Zitruspresse) 0.2 MJ Produktion (Zitruspresse) MJ Distribution (Zitruspresse) Nutzung: 5.4 MJ Bewässerung Pflanzen 14.1 MJ Transport der Orangen MJ Energieverbrauch Presse: 0.01 MJ Abwaschen Gerät 0.3 MJ Geräteentsorgung

35 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Ecodesign-Massnahme: Optimierung Pressvorgang Trennen von Frucht und Saft

36 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Kettle – Wie verbessern?

37 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering 1.Life-Cycle-Thinking; Produktmodell (basierend auf Umweltparametern) / Systemabgrenzung 2.Umwelt-orientierte Bewertung: ökologische Stärken und Schwächen 3.Suche und Auswahl von Verbesserungsstrategien / Verbesserungsmassnahmen 4.Umsetzen der Massnahmen in der Produkt- entwicklung 5.Kommunikation der Resultate (nach Innen und Aussen) Ecodesign: Das Vorgehen

38 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering 1. Schritt: Life-Cycle-Thinking

39 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering 2. Schritt: Umweltorientierte Bewertung Umwelt-orientierte Schwachstellen: 1.ökologie-orientierte Betrachtung (z.B. mittels LCA und LCA-ähnlichen Tools/Methoden) 2.Stakeholder-orientierte Betrachtung (z.B. umwelt- orientiertem QFD) 3.Benchmarking (z.B. mittels gezielten Quer- vergleichen)

40 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Umweltbewertung [Wimmer, Züst, Lee (2004)] Global warming (GW) Ozone layer depletion (OD) Acidification (AD) Eutrophication (EU) Photochemical oxidant creation (POC) Abiotic resource depletion (ARD)

41 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Kumulierte Energieanalyse (KEA)

42 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Environmental Benchmarking [Wimmer, Züst, Lee (2004)]

43 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Environmental Quality Function Deployment [Wimmer, Züst, Lee (2004)]

44 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Vorgehen 1.Life-Cycle-Thinking 2.Ökologische Schwachstellen aus umwelt- orientierter Analyse, Stakeholder-Analyse sowie Benchmarking ( ökologischer Handlungsbedarf) 3.Suche und Auswahl von Verbesserungsstrategien und Verbesserungsmassnahmen 4.Umsetzen der Massnahmen in der Produkt- entwicklung 5. Kommunikation der Resultate (nach Innen und Aussen)

45 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering ECODESIGN PILOT CD-ROM [Wimmer, Züst (2002)] [www.ecodesign.at/pilot]

46 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Ecodesign-Assistent [www.ecodesign.at/assistent]

47 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Anwendung Assistent: Beispiel Alustuhl (l)

48 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Anwendung Assistent: Beispiel Alustuhl (ll)

49 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Anwendung Assistent: Beispiel Alustuhl (lll)

50 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Vorgehen 1.Life-Cycle-Thinking 2.Ökologische Schwachstellen aus umwelt- orientierter Analyse, Stakeholder-Analyse sowie Benchmarking ( ökologischer Handlungsbedarf) 3.Suche und Auswahl von Verbesserungs- strategien und Verbesserungsmassnahmen 4.Umsetzen der Massnahmen in der Produkt- entwicklung 5.Kommunikation der Resultate (nach Innen und Aussen)

51 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Erfahrungen aus der Praxis 1.Klare Systematik 2.Neue Erkenntnisse und Ideen durch das Life- Cycle-Thinking 3.Dreiteilige Umweltanalyse 4.Moderierte Workshops 5.Massnahmen in der Sprache der Entwickler 6.Einfache Integration in Entwicklungsprozesse 7.Keine Widerspruch zwischen ökonomischen und ökologischen Zielsetzungen

52 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Life-Cycle-Thinking [Wimmer, Züst 2001]

53 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Ökologische Schwachstellen Input-Output- Analyse. U.a. mit zwei Umwelt- beziehungen (Ressourcen- entnahme und Emissionen) [Wimmer, Züst 2001]

54 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Beispiele (l)

55 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Beispiele (ll)

56 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Abschätzen von Umweltbelastungen (l) z.B. mit Methode MET: - Material (Menge, …) - Energie (kumulierter Energieaufwand, Grauenergie) - Toxische Stoffe Beispiel mit KEA (kumulierter Energieaufwand)

57 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Abschätzen von Umweltbelastungen (ll) Energieaufwand für einen Elementarprozess: z.B. für Herstellung von 1 kg Kunststoff Oder Verarbeiten von 1 kg Kunststoff (Spritzgiessen)

58 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Energy Values

59 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering

60 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering

61 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Umweltbewertung: Zwei Möglichkeiten via Indikatoren: –ecological footprint [m²] –SPI [m²] –MIPS [kg] –KEA [kWh; MJ] via Effekte: –life-cycle-analysis LCA [z.B. ISO ] –Eco-Indicator 95, 99 [mpoints] –UBP [BUWAL-Schriftenreihe]; –www.ecoinvent.ch

62 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Schädigungs- und Berechnungsmodell [source: Pre Consultants B.V.]

63 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Indikatoren (Eco-Indicator) [source: Pre Consultants B.V.]

64 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering LCA - Probleme 1.Die Resultate einer vollständigen LCA ist schwierig zu interpretieren (Treibhauseffekt, Smog,...) 2.Im Allgemeinen ist die Datensammlung für eine LCA sehr umfangreich, komplex und zeitintensiv. Deshalb sind LCA nur bedingt möglich in einem Design-Prozess.

65 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Aufgabe: Waschmaschine Beschreiben Sie in einem Satz eine Waschmaschine (funktions-orientiert)! Notieren Sie Ideen, wie die Maschine zu verbessern wäre! Schätzen Sie die Massen in den einzelnen Lebens- abschnitten ab! Führen Sie ein Kurz-Bewertung durch (z.B. mit Kosten, oder dann mit KEA)! Wo sind die Schwachstellen? Wie würden Sie die Maschine verbessern? Vergleichen Sie dies mit Ihren Vermutungen!

66 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering

67 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Ausblick Mögliche Schritte zu neuen, zukunftsfähige und zugleich innovativen Lösungen : Denkweisen: Effizienz - Effektivität - Suffizienz Schadstoff liegt vor: Filtern, reduzieren, wieder verwenden und ver- meiden Lösung liegt vor: face lifting, re-design, re-think und business innovation (respektive entsprechende S-Kurven)

68 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Verbesserungen am (bestehenden) Produkt Einzelne Teile und Baugruppen werden verändert. Typischerweise werden toxische Stoffe ersetzt, Umwelt belastende Materialien reduziert und Herstellungsprozesse optimiert. Face Lifting (l)

69 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Beispiel Face Lifting Beispiel Aluminiumstuhl, bei dem durch die Verwendung von gerippten Blechen weniger Material verwendet wird.

70 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Neugestaltung des Produktes Der ganze Lebenszyklus wird nun betrachtet und optimiert. Der Fokus liegt immer noch auf dem bestehenden Produkt respektive auf den gewählten Funktionsprinzipien. Re-Design

71 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Beispiel Re-Design Beispiel Waschmaschine, die nun über verbesserte Waschprogramme, optimierte Unterhalts- und Service- Möglichkeiten sowie Sensoren zur Steuerung des Waschprogramms verfügt. [Quelle:

72 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Realisierung neuer Funktionsprinzipien Es werden auch die Funktionsprinzipien respektive die Funktionen an sich in Frage gestellt und allenfalls durch neue ersetzt. Re-Think

73 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Beispiel Haushaltgeräte von James Dyson. Die neue Waschmaschinen- generation besitzt eine 2-Trommel-Technologie und ermöglicht somit neuartige Waschprozesse. [Quelle: Beispiel Re-Think

74 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Verbesserung des ganzen Produktsystems Der ganze Bereich der Leistungserbringung entlang der Wertschöpfungsketten - inklusive der angebotenen Produkte und/oder Dienstleistungen sowie Infrastrukturen und beteiligte Institutionen und Personen - wird betrachtet und durch ein neues System ersetzt. Business Innovation

75 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Beispiel Business Innovation Leistung verkaufen anstatt physische Produkte, z.B. Product Sercice Systems, Performance Contracting, … Beispiel: Mobility CarSharing Diversified Easy and convenient Ecologically sound Equipped for the future

76 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Framework for Ecodesign Effizienz der Technologie Effektivität der Organisation Kulturelle Bereitschaft Umweltgerechte Lösungen: Was ist zu berücksichtigen? Umweltgerechte Produkte Realität oder Utopie?

77 Rainer ZüstSchweizerisches Institut für Systems Engineering Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !


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