Ökobilanzen beziffern die Umweltbelastung von Produkten und Dienstleistungen und bilden eine wichtige Grundlage für politische Entscheide. Doch die nötigen Daten lassen sich kaum vollständig erfassen. Eine Studie des Paul Scherrer Instituts PSI zeigt nun, dass sich vier anerkannte hybride Methoden auf nur zwei reduzieren lassen: ein erster Schritt zu einer Open-Source-Software, die solche Analysen auch ohne vertiefte mathematische Kenntnisse ermöglicht.

Wer wissen möchte, wie umweltfreundlich ein Auto, ein Stück Käse oder eine Windturbine ist, verlässt sich auf dessen Ökobilanz. Sie erfasst den Lebensweg eines Produkts oder einer Dienstleistung und heisst auf Englisch daher Life Cycle Assessment, also Lebenszyklusanalyse (LCA). «Eine Ökobilanz ist letztlich eine mathematische Methode: Sie ist nur so gut wie ihre Datengrundlage», sagt Michael Weinold, der heute an der ETH Zürich arbeitet. Die Forschungsarbeit führte er am Labor für Energiesystemanalysen des PSI durch.

Das Problem: Klassische Ökobilanzen können nicht sämtliche Prozesse erfassen, die zur Umweltbelastung eines Produkts beitragen. Wo die Grenze gezogen wird, entscheiden diejenigen, die die Ökobilanz erstellen. Weinold hat deshalb Verfahren untersucht, die diese Lücken mit Daten aus der globalen Wirtschaft schliessen. Dabei stiess er auf ein weiteres Problem: Für diese sogenannten hybriden Ökobilanzen existieren mehrere Methoden, deren Unterschiede bislang nicht eindeutig geklärt waren.

Gemeinsam mit Majeau-Bettez, Professor am CIRAIG-Ökobilanz-Forschungszentrum in Kanada, untersuchte Weinold die verschiedenen Verfahren. In zwei im Fachmagazin Journal of Industrial Ecology veröffentlichten Studien zeigen die Forschenden, dass sich vier anerkannte hybride Methoden mathematisch auf nur zwei reduzieren lassen. Zudem geben sie Empfehlungen, wann welche Methode zum Einsatz kommen sollte.

Der subjektive Einfluss

Eine Ökobilanz soll Daten des gesamten Lebenswegs eines Produkts erfassen – eine Prozesskette, die neben der Herstellung auch Rohstoffe, Energieversorgung, Transporte und viele weitere Leistungen enthält. So zählt beim Benzin für ein Auto nicht nur die Verbrennung, sondern auch die Herkunft des Treibstoffs. «Für Rohbenzin endet diese Kette meist dort, wo das Erdöl gefördert wird», sagt Weinold. «Theoretisch liessen sich aber auch Forschung, Verwaltung oder Immobilienprojekte der Ölkonzerne miteinbeziehen.»

Wo soll man hier die Grenze ziehen? Die Entscheidung hängt von den Ausführenden der Analyse ab. «Das macht die Ökobilanz zu einem in Teilen subjektiven Prozess», sagt Weinold. «Und das, obwohl das Verfahren nach ISO-Norm standardisiert ist – wo die Systemgrenzen liegen, schreibt die Norm jedoch nicht vor.»

Diese subjektive Komponente kann direkte Auswirkungen auf die Wirtschaft haben, beispielsweise beim neuen «Europäischen CO₂-Grenzausgleichssystem». Dieses soll dafür sorgen, dass importierte Waren entsprechend ihrem CO₂-Fussabdruck finanziell belastet werden. Damit wird beispielsweise der Import von Stahl aus China verteuert. «Das ist für die Wirtschaft von grosser Bedeutung», sagt Weinold. «Die Berechnungen müssen möglichst objektiv sein – denn die Kosten zahlen letztendlich wir alle als Konsumenten.»

Detailwissen und Vollständigkeit kombinieren

Die Lösung: Detaillierte Prozessdaten zu Produktionsprozessen werden mit globalen Wirtschaftsdaten kombiniert. Diese Daten werden in sogenannten Input-Output-Tabellen erfasst. Sie zeigen, wie Wirtschaftssektoren miteinander verflochten sind und welche Umweltbelastungen dabei entstehen. Die Tabellen zeigen beispielsweise, wie viel Geld die US-Luftfahrt für Stahl ausgibt. Kennt man zusätzlich den CO₂-Ausstoss der Stahlproduktion, lässt sich berechnen, wie viel davon der Luftfahrt zugerechnet werden kann.

Verfahren, welche die klassischen Prozessdaten mit den Input-Output-Tabellen der Volkswirtschaft kombinieren, nennt man hybride Ökobilanzen (Hybrid Life Cycle Assessment, kurz: HLCA). «Die Wirtschaftstabellen sind per Definition komplett», sagt Weinold. «Bei hybriden Ökobilanzen muss man deshalb keine willkürliche Grenze mehr ziehen.»

Nur zwei statt vier Methoden

Seit den 1970er-Jahren entwickeln Forschende verschiedene Methoden für die Erstellung hybrider Ökobilanzen. «Bisher hat man vier Hauptmethoden und einige Varianten davon wissenschaftlich anerkannt», erklärt Weinold. In einer aufwendigen Forschungsarbeit analysierte er die verschiedenen Verfahren und konnte schliesslich zeigen, dass sich all diese Methoden mathematisch auf zwei reduzieren lassen.

«Das war kein einfacher Beweis», erinnert sich Weinold. Die Autoren einer der vier Hauptmethoden waren zunächst skeptisch und baten um zusätzliche Berechnungen für verschiedene Spezialfälle. Am Ende zeigte sich, dass die unterschiedlich formulierten Verfahren mathematisch übereinstimmen.

Die beiden verbleibenden Methoden unterscheiden sich in ihrer Komplexität. Beim einfacheren, «gestuften Ansatz» (tiered HLCA) wird die klassische Prozessbilanz mit den Daten aus den Input-Output-Tabellen ergänzt. Bei der Ökobilanz von Käse etwa werden konkrete Daten wie Milchmenge oder Stromverbrauch verwendet. Wo solche Daten fehlen, greift man auf Durchschnittsdaten des Milchwirtschaftssektors zurück. «Diese Methode eignet sich für Produkte, deren Produktionsvolumen im gesamtwirtschaflichen Kontext klein sind, wie beispielsweise auch Schweizer Uhren», sagt Weinold. «Bei Prozessen, die für die Gesamtwirtschaft relevant sind, muss man die zweite Methode anwenden.»

Datenfluss in zwei Richtungen

Bei diesem sogenannten «integrierten Ansatz» (integrated HLCA) fliessen die Daten nicht nur von der Wirtschaftstabelle in die Prozesskette, sondern auch wieder zurück, was eine Neuaufteilung der Wirtschaftssektoren nötig macht.

Was damit gemeint ist, erklärt Weinold am Beispiel des Ausbaus der Windenergie in der Schweiz: Ein Pilotprojekt mit zehn Windturbinen hat wenig Auswirkungen auf das landesweite Energiesystem – ein Fall für die hybride, gestufte Ökobilanz. Will man hingegen ein Szenario analysieren, in dem zwanzig Prozent der Schweizer Stromproduktion durch Windkraft gedeckt werden, sind wir alle als Stromkonsumierende beteiligt. «Dann braucht es die integrierte Methode», so Weinold.

Nun sollen Weinolds Erkenntnisse auch in die Praxis einfliessen: Ziel ist eine Software zur Erstellung hybrider Ökobilanzen, die auch ohne vertiefte mathematische Kenntnisse genutzt werden kann. Vorbild ist die am PSI entwickelte Open-Source-Software Brightway für klassische Ökobilanzen, die heute zu den meistgenutzten Werkzeugen auf diesem Gebiet zählt.

Text: Barbara Vonarburg