DECEMBER 1994
ECN~C--94-029
INTEGRAAL KETENBEHEER VAN ENERGIE EN MATERIALEN Voordrachten ECN-workshop 1994 J.J.C. BRUGGINK (RED.)
Verantwoording Dit rapport is een bundeling van voordrachten gehouden tijdens een workshop georganiseerd door de unit ECN-Beleidsstudies op 15 juni 1994 te Petten. Deze nationale workshop werd gehouden in het kader van het ENGINE-programma van ECN, dat gericht is op de toekomstige rol van energietechnologie bij het streven naar een duurzame samenleving. Aspecten van integraal ketenbeheer vormen daarbij een belangrijke leidraad. De gepresenteerde voordrachten zijn geheel voor verantwoordelijkheid van de auteurs en maken als zodanig geen onderdeel uit van het ENGINE-programma (ECN-projectnummer 7138).
Abstract Integral chain management bas become an important topic of environmental policy concern since the publication of the first National Environmental Policy Plan in 1989. AIthough many methodological studies and case studies for specific products have heen impIemented in the meantime, there are stilI considerable controversies regarding methodology anti application. To highIight achievements so fat and to determine relevant bottlenecks in the field of lire cycle analysis and substance flow analysis a workshop was organized by ECN Policy Studies, in which prominent Dutch environmental researchers aria programme managers were invited to present their views. This report contains the presentations of the workshop. These presentations concern both a critical analysis of available methods anti illustrations of practical applications. Case studies focus in particular on energy technology options and impacts.
Keywords INTEGRAL CHAIN MANAGEMENT LIFE CYCLE ANALYSIS SUBSTANCE FLOW ANALYSIS ENVIRONMENTAL ~LMPACTS ENERGY TECHNOLOGY ENERGY SYSTEMS
2
ECN C--94 029
INHOUD VOORWOORD AUTEURSLIJST INTEGRAAL KETENBEHEER ALS UITDAGING 1.1 Inleiding 1.2 Het concept ’integraal ketenbeheer’ 1.3 Organisatorische inbeclding van integraal ketenbeheer 1.4 Vormen van strategische samenwerking tussen bedrijven 1.5 Stappenp[an voor integraal ketenbeheer 1.6 liet milieuverdienste-concept 1.7 Verschil met andere methodieken 1.8 Conclusies
9 9 9 ]1 13 ]4 ]7 ]9 20
POLICY INSTRUMENTS FOR CHAIN MANAGEMENT 23 2. ] ]ntroduction 2.2 Chain analysis 2.3 Policy instruments 2.4 Conclusions
24 27 30 39
HET MARKAL-ENERGIEMODEL MET MATERIALEN VOOR LANGE TERMIJN MILIEUBELEID 41 3.1 lnleiding 3.2 Modellering 3.3 De modelstructuur 3.4 CO2 en het materialensysteem 3.5 Resultaten 3.6 Personenauto’s 3.7 Kunststofafval 3.8 Conclusies
41 42 42 43 44 49 51 53
VERSPILL1NG EN VOORRAADBEHEER 4. ] lnleiding 4.2 Samenhang tussen voorraden 4.3 Verkenningen rond het gebruik van voorraden 4.4 Verspillingsindicatoren
57 57 57 59 60
ENERGIE-, MILIEU- EN MATERIALENANALYSE VAN
ENERGIESYSTEMEN 5.1 Inleiding 5.2 LCA-ET: Milieugerichte Ievenscyclusanalyse van energietechnieken 5.3 De case studies 5.3.] Korte omschrijving cases 5.3.2 Enkele voorlopige resultaten 5.4 Systeemintegratie 5.5 Wat hebben we geleerd?
ECN-C--94 029
63 63 64 65 65 66 69 70
3
Integraal ketenbeheer van energie en materialen .......................
6. MILIEUGERICHTE LEVENSCYCLUSANALYSE VAN ENERGIECONVERSIESYSTEMEN 73 6.1 6.2
lnleiding Beschrijving LCA case-studies 6.2.] Vergelijkbaarheid van case-studies 6.2.2 Brandstofcel ER-MCFC 6.2.3 Windturbine(bladen) 6.2.4 SToom- En Gasturbine (STEG) 6.3 Methodiek 6.3.1 Algemeen 6.3.2 Beschrijving ’CML-procedure’ 6.4 Resultaten STEG 6.4.1 Beschrijving van STEG-installatie 6.4.2 Milieuprofiel STEG 6.4.3 Discussie 6.4.4 Conclusies/aanbevelingen case-studie STEG 6.5 Aanknopingspunten voor verder onderzoek 6.5.1 Algemeen 6.5.2 LP-optimalisatie model MARKAL 6.5.3 Toename geldigheid LCA 6.5.4 Combinatie van LCA met MARKAL 6.6 Conclusies
74 75 75 76 77 79 80 80 81 82 82 82 83 85 86 86 86 87 88 89
7. KETENBEHEER ZIT IN MENSEN OF NIET 7.1 Onderliggende visie NOH 7.2 Ketenbeheer 7.3 Praktijkgevallen 7.4 Tot slot
9] 94 ]03 107
BIJLAGE A. Programma
109
BIJLAGE B. Lijst van deelnemers
111
4
ECN C 94-029
VOORWOORD Het ECN heeft een groot overkoepelend onderzoekprogramma in uitvoering, dat gericht is op het ontwikkelen van energiesystemen, die kunnen bijdragen aan de totstandkoming van een duurzame samenleving. Als onderdeel van dit programma, dat bekend is onder de naam ENGINE, wordt gewerkt aan de maatschappelijke eisen, die aan een duurzame energievoorziening gesteld dienen te worden. Een van die eisen heeft betrekking op de integrale keteneffecten van energietechnologieën en -systemen. Het aspect integraal ketenbeheer heeft in dit opzicht zowel een diagnostisch als ook normatief karakter. Met diagnostisch wordt bedoeld, dat een gestroomlijnde analyse van de totale milieu-effecten van de toepassing van een bestaande energietechnologie gemaakt wordt. Met de verkregen informatie kan vervolgens rekening gehouden worden in beleidsbeslissingen over de implementatie van de betreffende technologie. Bovendien kunnen deze effecten alsnog door ingrijpen gedurende de levensloop van de technologie zo veel mogelijk beperkt worden. Met normatief wordt bedoeld, dat gericht gezocht wordt naar mogelijke verbeteringen in het ontwerp van een nieuwe technologie, zodat de noodzaak tot ingrijpen achteraf zo klein mogelijk blij~. Uit het ENGINE-onderzoek is naar voren gekomen, dat er nog grote vraagstukken bestaan over de methodoIogie van LCA’s en dat een evenwichtige toepassing van LCA’s grote problemen met zich meebrengt wat betreft de toegankelijkheid en betrouwbaarheid van basisgegevens. Naast deze LCA-aanpak per individueIe techniek is van ECN-zijde tevens aandacht besteedt aan integraal ketenbeheer middels een integrale evaluatie van zowel energievoorziening als materialenvoorziening. Om inzicht te krijgen in de meningen en visies van prominente onderzoekers en programmabeheerders op het terrein van integraal ketenbeheer is een workshop georganiseerd, waarbij de nadruk lag op enerzijds de methodologische vragen~ die nog om oplossing vragen, als ook op de praktische problemen, die in concrete studies van m.n. energiesystemen zich nog voordoen. Tevens bood deze workshop ECN de mogelijkheid om de resultaten van het lopende eigen onderzoek in bredere kring bekendheid te geven. Omdat het doel van de workshop zich niet beperkte tot theoretische vragen, maar ook duidelijk een meer praktijk gericht karakter had, is gezocht naar een breed samengestelde en op basis van persoon[ijke uitnodiging bepaalde vertegenwoordiging uit de industrie, de overheid en het onderzoek. De grote belangstelling voor de workshop geeft aan, dat vraagstukken van integraal ketenbeheer nog steeds hoge prioriteit krijgen en dat de gekozen formuIe velen aansprak. Het initiatief voor de workshop is uitgegaan van Peter Okken, die ook de leiding had over het onderzoek betreffende integraal ketenbeheer binnen ECN. Niemand kon vermoeden, dat de ziekte die hem tijdens de organisatie van deze workshop overviel, zo snel zou leiden tot zijn vroegtijdig heengaan. Het is met aarzeling en beklemming, dat ik in een laat stadium het
ECN-C 94-029
5
Integraal ketenbeheer van energie en materialen ........... voorzitterschap van deze workshop, van hem heb overgenomen. Aan hem komt postuum alIe eer toe voor het succesvolle verloop van de bijeenkomst en de daarop gebaseerde, voorliggende publikatie.
6
ECN C ~94-029
AUTEURSLIJST Prof.dr. J. Cramer, TNO, Studiecentrum voor Technologie en Beleid (STB) Integraal ketenbeheer als uitdaging Dr. G. Huppes, Rijksuniversiteit Leiden, CML-S&P Policy instruments for chain management: LCA based information or SFA based taxes Drs.ir. D.J. Gielen, drs. P.A. Okken, Stichting Energieonderzoekcentrum Nederland, ECN-Beleidsstudies
Het MARKAL-energiemodel met materialen voor lange termijn milieubeleid Drs. J. Ros, Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieuhygiene (R1VM) Verspilling en voorraadbeheer Dr.ir. E. Nieuwlaar, Rijksuniversiteit Utrecht, Vakgroep Natuurwetenschap en Samenleving
Energie-, milieu- en materialenanalyse van energiesystemen Drs. I.C. Kok, Stichting Energieonderzoekcentrum Nederland, ECN-Beleidsstudies
Milieugerichte levenscyclusanalyse van energieconversiesystemen lng. J. van de Velde, NOVEM Ketenbeheer zit in de mensen of niet
ECN-C--94 029
7
Integraal ketenbeheer van energie en materialen .....................
8
ECN C~-94-029
1. INTEGRAAL KETENBEHEER ALS UITDAGING J. Cramer
1.1 Inleiding Om nu te zorgen dat een produkt zo schoon mogelijk wordt geproduceerd en zo min mogelijk afval met zich meebrengt, zullen de diverse schakels in één produktketen en/of tussen verschillende produMketens gezamenlijk tot schonere produkten moeten komen. De hele levensloop van produkten, ’van wieg tot graf’ (van grondstofwinning tot en met de afvalfase) moet milieuvriendelijker worden. Dit streven wordt ook wel ’integraal ketenbeheer’ genoemd. Integraal ketenbeheer is een dynamisch begrip. Het gaat niet alleen om het verstandig beheer van bestaande produktketens, maar in principe ook om het herontwerpen van produkten, zodat uit milieuoogpunt betere produktketens ontstaan. In deze bijdrage staat de vraag centraal hoe bedrijven ’integraal ketenbeheer’ in hun bedrijfsstrategie en -praktijk kunnen verankeren. Allereerst wordt het begrip ’integraal ketenbeheer’ nader uitgewerkt. Vervolgens wordt toege]icht hoe integraal ketenbeheer organisatorisch kan worden ingebed binnen bedrijven en hoe deze inbedding verschilt van die van bedrijfsinterne milieuzorg. Daarna wordt ingegaan op mogelijke samenwerkingsvormen tussen bedrijven om integraal ketenbeheer tot stand te brengen. Tot slot wordt een methodiek toege]icht die als handvat kan dienen om milieuverbeteringen in het licht van de gehele produktketen te ontwikkelen en implementeren.
1.2 Het concept ’integraal ketenbeheer’ Integraal ketenbeheer kan gedefinieerd worden als ’het integraal beheer van een produktketen in termen van het milieutechnisch, maatschappelijk en economisch verantwoord beheersen van de produktie-, consumptie-, distributie- en eindverwerkingsfase van een produkt’ (Cramer et al., 1993). In essentie komt dit neer op het verstandig omgaan met energie en materie. Tussen beide begrippen moet echter een duidelijk onderscheid worden gemaakt. Ten aanzien van materie (stoffen) is de aarde thermodynamisch gesproken een gesIoten systeem. Stoffen verdwijnen immers niet, hoogstens belanden ze op plaatsen waar wij er niets meer mee kunnen aanvangen (bijvoorbeeld op een vuilnisbelt, of in het grondwater). Dit betekent ondermeer dat stoffen zo lang mogelijk in gebruik gehouden dienen te worden. Op deze manier kan namelijk zowel diffuse verspreiding als plaatselijke accumulatie van milieuverontreinigende stoffen in aardse reservoirs worden tegengegaan. Daarentegen is de aarde ten aanzien van energie geen gesloten systeem. Onze planeet neemt energie op uit de omgeving (c.q. de zon), en staat dat na verloop van tijd weer aan die omgeving af. Dit geldt echter niet voor fossiele energiebronnen (zoaIs aardolie, steenkooI, aardgas), aangezien deze - in tegenstelling tot directe zonne-energie - aan
ECN-C--94-029
g
Integraal ketenbeheer van energie en materia]en
,~
materie gebonden, niet recyclebare, vormen van energie zijn. Daarom is het in het licht van integraal ketenbeheer van be]ang het gebruik van [ossiele energiebmnnen te verminderen en waar mogelijk duurzame, op zonne-energie gebaseerde, energiebronnen toe te passen. Wat betreft het gebruik van materie kunnen we een onderscheid maken in biogene, vernieuwbare grondstofl:en (ontstaan uit organisch substraat), zoals hout en mineralogene grondstoffen (ontstaan uit anorganisch substraat), zoals ertsen en delfstoffen (waaronder zand, klei, en grind). De produkten die we dagelijks gebruiken, dienen bij voorkeur uit blogene, vernieuwbare grondstoffen te bestaan. Produkten, die zijn vervaardigd op basis van dergelijke biogene grondstoffen, kunnen namelijk langs natuurlijke weg weer worden at:gebroken. Vervolgens kan het proces van opbouw en afbraak opnieuw beginnen. Essentieel daarbij is wel dat de opbouw van deze biogene grondstoffen, die plaatsvindt met behulp van zonne-energie, steeds in evenwicht is met de afbraak. Het gehele proces van opbouw en afbraak van biogene grondstoffen wordt ook wel de bio-cyclus genoemd. Naast vernieuwbare grondstoffen zullen ook mineralogene, niet-vernieuwbare grondstoffen nodig blijven {Narodoslawsky, 1992). Naast een bio-cyclus is er daarom sprake van een mineralogene cyclus, die zo goed mogelijk beheerst zal moeten worden. In tegenstelling tot biogene grondstoffen worden mineralogene grondstoffen dus zoveel mogelijk ’gebruikt’, en niet ’verbruikt’. Uit het oogpunt van integraal ketenbeheer is het zaak om zowel de biogene grondstoffen als de mineraIogene grondstoI:fen in principe zo lang mogelijk in de cycIus te houden. Voor produkten betekent dat enerzijds het bevorderen van een langere levensduur van die produkten, anderzijds het realiseren van zoveel mogelijk recyclingsniveaus en recyclingslussen. Overigens moeten we wel bedenken dat recycling om de recycIing niet zinvol is. Wanneer recycling erg veel energie vergt (bijvoorbeeld door het transport van recyclebaar materiaal naar de verwerker) kan het beter zijn om niet te recyclen. Het sluiten van de kringloop is alleen zinvol als het leidt tot verlaging van de milieubelasting. Een langere levensduur van produkten kan bevorderd worden door het vergroten van de ’gebruiksintensiteit’ of het verlengen van de ’gebruiksduur’. Het verlengen van de gebruiksduur van produkten vermindert de hoeveelheid aI:val en het grondstoffengebruik. Dit doel kan bereikt worden langs twee wegen (Börlin en Stahel, 1987; Stahel, 1991; Van Weenen, 1992): ¯ Via het ontwerpen en maken van produkten die langer meekunnen dan produkten met een soortgelijke functievervulling (een produktverbetering). ¯ Via maatregelen, zoals het stimuleren van hergebruik, reparatie en onderhoud, en technologische opwaardering, zowel van produkten als van onderdelen (een verbetering van de dienstverlening). Het vergroten van de gebruiksintensiteit leidt tot vermindering van het aantal in omloop zijnde produkten. Dit doel kan bereikt worden: ¯ Via vervaardiging en marketing van nieuwe produkten die zich voor een gezamenlijk of gedeeld gebruik lenen.
10
ECN-C--94 029
Integraal ketenbeheer als uitdaging .......... ¯ Via verkoop van het gebruik van een produkt in plaats van de verkoop van het produkt zelf, bijvoorbeeld door verhuur. Om zoveel mogelijk recyclingsniwaus en recyclingslussen tot stand te brengen, dient materie zo optimaal mogelijk te worden benut. Maagdelijke grondstoffen zouden doorgaans moeten worden gebruikt voor de meest hoogwaardige toepassingen. Wanneer na gebruik van de hiermee vervaardigde produkten afval ontstaat, kan dit a~val (met inzet van energie) weer gebruikt worden als grondstof voor een volgende toepassing. Als de kwaliteit van deze secundaire grondstof lager is dan die van het maagdelijk materiaal (hetgeen vaak voorkomt), dan dient gezocht te worden naar een zo hoogwaardig mogelijke toepassing daarvan. Na gebruik van het daarmee vervaardigde produkt, wordt opnieuw bezien welke zo hoogwaardig mogelijke toepassingen beschikbaar zijn voor het vrijkomende afval. De grondstofl:en doodopen op deze wijze trapsgewijs (ook wel genoemd: cascade-gewijs) een groot aantal toepassingen van hoogwaardige naar laagwaardige kwaliteit. Uiteindelijk zal in de laatste stap het behoud van grondstoffen in de kringloop niet meer mogelijk zijn. Dan moet het als restafl, al opgeslagen worden in het aardse systeem. Van plasticafval kunnen we tegenwoordig vuilniszakken en piketpaaltjes maken, maar wanneer die opgebruikt zijn rest alleen nog de vuilstort of de afvalverbranding. Een voorbeeld van een opvallend lange cascade is die van hout. Hout kan cascadegewijs de volgende stappen doorlopen: van boom naar p]ank, naar spaanplaat, naar zaagsel en naar grondstof voor energie-opwekking. Niet alleen het realiseren van zo lang mogelijke cascades van grondstoffen, maar ook van energie is uit het oogpunt van integraal ketenbeheer essentieel. Daartoe zullen bedrijven onderling hun grondstofstromen, en ook hun energiebehoeften, op elkaar moeten at:stemmen. In Nederland is hiermee reeds een begin gemaakt. Er bestaat bijvoorbeeld een reststoffenbeurs waar bedrijven hun reststoffen aan elkaar kunnen verkopen. Bovendien wordt de industriële restwarmte die vrijkomt bij sommige bedrijven (bijvoorbeeld bij een alcoholfabriek in Bergen op Zoom en de vuilverbrandingsinstallatie in Duiven) gebruikt om bepaalde stadswijken van warmte te voorzien. Op dit gebied worden echter nog lang niet alle mogelijkheden benut.
].30rganisatorische inbedding van integraal ketenbeheer Op dit moment wordt er binnen het bedrijfsleven nog slechts in beperkte mate gewerkt aan de actieve implementatie van integraal ketenbeheer. Dit blijkt ook uit de tussenevaluatie ’Bedrijfsinterne Milieuzorgsystemen’ (Van Someren et aI., ]992). Volgens deze studie is integraal ketenbeheer binnen het Nederlandse bedrijfsleven nog nauwelijks operationeel. Ditzelfde geldt ook voor het buitenland. Binnen de huidige praktijk van milieuzorg wordt soms wel aandacht geschonken aan bepaalde aspecten die met integraal ketenbeheer verband houden. Zo wordt bijvoorbeeld gewerkt aan hergebruik van verpakkingsmateriaal en vermindering van materiaa]gebruik in bepaalde produkten. Dit zijn echter eerder voorbeelden van ’partieel’ dan van ’integraal’ ketenbeheer.
ECN-C--94-029
]]
Integraal ketenbeheer van energie en materialen Hoe kan integraal ketenbeheer organisatorisch worden ingebed binnen bedrijven? Aangezien integraal ketenbeheer te maken heeft met het milieubeleid van een ondememing, lijkt het in eerste instantie voor de hand te liggen om een directe koppeling tot stand te brengen met het reeds in ontwikkeling zijnde systeem van bedrijfsinteme milieuzorg. In de praktijk blijkt een dergelijke koppeling op langere termijn misschien wel zinvol, maar op korte termijn minder opportuun te zijn. De ontwikkelingsstadia waarin integraal ketenbeheer en bedrijfsinterne milieuzorg verkeren, maken integratie van beide systemen momenteel moeilijk (Cramer et al., 1994). Wanneer we het huidige ontwikkelingsstadium bezien van bedrijfsinterne milieuzorg, dan blijken de meeste bedrijven zich te beperken tot het naleyen van overheidsvoorschriften en daarbij passende milieumaatregelen. In het kader daarvan worden door een milieucoördinator overzichten samengesteld van de milieubelasting en procedures ontwikkeld voor invoering van bedrijfsinteme milieuzorg. Bedrijven die voorop lopen in de implementatie van bedrijfsinterne milieuzorg, geven de milieuc0ördinator een iets ruimere taak: zij zullen ook moeten meedenken over verbeteringen op milieugebied binnen hun bedrijf. Hun werk krijgt daardoor een strategischer karakter. Meestal beperkt het werk van de milieucoördinator zich echter tot operationele, uitvoerende activiteiten. Integraal ketenbeheer kan niet zoals met de bedrijfsinterne milieuzorg veelal gebeurt, als een niet-strategisch vraagstuk bij het uitvoerend management worden ondergebracht. Om integraal ketenbeheer op gang te brengen is strategische besluitvorming onontbeerlijk. In wezen starten activiteiten op het terrein van integraal ketenbeheer precies vanaf de andere kant binnen het bedrijf dan bedrijfsinterne milieuzorg. Integraal ketenbeheer wordt aangestuurd vanuit de top van de organisatie op strategisch niveau, terwijl bedrijfsinterne milieuzorg bottom-up op operationeel niveau wordt vormgegeven. Uiteindelijk kunnen beide systemen geleidelijk naar elkaar toegroeien, maar daarvoor is het nu nog te vroeg. Een ander verschil met het huidige bedrijfsinterne milieuzorgsysteem is dat integraal ketenbeheer betrekking heeft op zowel de bedrijfsinterne als bedrijfsexteme, ketengerichte activiteiten. Om strategische keuzes ten aanzien van integraal ketenbeheer te kunnen voorbereiden, zullen bedrijven zelf ketenanalyses moeten verrichten. Op basis van dergelijke ketenanalyses kunnen verbeteropties op milieugebied worden gegenereerd en uiteindelijk geselecteerd, die in het licht van de gehele produktketen mogelijk en wenselijk zijn. Daarbij zal overleg met andere schakels in de keren moeten plaats vinden. Het gaat immers niet alleen om het analyseren, maar ook om het beheren van de keren. Dit laatste vereist vormen van informatieuitwisseling en strategische samenwerking met externe partijen: met producenten binnen de eigen produktketen of met die van andere produktketens.
J2
ECN-C--94-029
Integraal ketenbeheer als uitdaging ....
1.4 Vormen van strategische samenwerking tussen bedrijven Strategische samenwerking tussen bedrijven in produktketens kan grofweg via twee hoofdwegen in gang gezet worden: op initiatief van sterke spilbedrijven in een produktketen of via collectieve vormen van samenwerking (VermeuIen et al., 1994). Binnen belde lijnen zijn diverse vormen van samenwerking mogelijk op het terrein van integraal ketenbeheer. Sterke spilbedrijven kunnen door hun invloedrijke positie in een produktketen een voortrekkersrol vervullen en andere bedrijven in de keten actief in hun strategie betrekken. Het zal hierbij met name gaan om grote ondernemingen die zich bezighouden met de eindfabricage van complexe massaprodukten (zoals Fokker, Philips, DAF) of van klantspecifieke produkten (zoals AKZO/Nobel-Pharma). Ook de grote detailhandelaars (zoals Albert Heijn) kunnen hun machtspositie in de keren gebruiken om bijvoorbeeld hun toeleveranciers te overreden hun produkt uit milieuoogpunt te verbeteren. Spilbedrijven zijn door hun machtspositie dus in staat als katalysator op te treden in het op gang brengen van integraal ketenbeheer. Een voorbeeld hiervan vormt het grootste contract-catering bedrijf in Nederland, Van Hecke Catering. Dit bedrijf heeft, mede onder druk van zijn klanten het initiatief genomen om zijn verpakkingsafval te verminderen en het materiaal van de kunststofverpakkingen zoveel mogelijk te standaardiseren ter bevordering van hergebruik. Om dit doel te realiseren moest Van Hecke Catering in overleg treden met de aangesloten bedrijfsrestaurants en in verband met hergebruiksmogelijkheden met de afvalverwerkingsbranche. Daarnaast moest Van Hecke Catering zijn toeleveranciers trachten te overreden tot wijziging van hun verpakkingsmaterialen (Ansems et al., 1993). Dit vergde dus nauwe samenwerking tussen de verschillende toeleveranciers en afnemers van Van Hecke Catering. Collectieve vormen van samenwerking komen meestal voor in situatie waarbij verschillende partijen in of tussen produktketens elkaar nodig hebben om tot oplossingen te komen. Daarbij kan het gaan om bedrijven in één produktketen die gezamenlijk streven naar integraal ketenbeheer of om bedrijven in bijvoorbeeld één regio die tot optimale afstemming van energie- en materiestromen willen komen. Dit laatste geval hoeft niet beperkt te blijven tot bedrijven uit één produktketen maar kan juist bedrijven omvatten die uiteenlopende produktketens vertegenwoordigen. Voorbeelden daarvan zijn in Nederland de pogingen om industriële restwarmte te benutten voor het verwarmen van kantoren of een stadswijk. De ervaringen in Kalundborg (Denemarken) laten zien dat er veel meer mogelijkheden zijn om materieen energiestromen optimaal, cascadegewijs te benutten (Tibbs, 1991). Voor het opzetten van dergelijke vormen van ïndustriële symbiose’ op regionaal niveau is echter wel intensieve samenwerking nodig tussen betrokkenen. Anders is zo’n project tot mislukken gedoemd. Ook bedrijven in één specifieke produktketen kunnen komen tot collectieve vormen van samenwerking. Meestal gaan bedrijven hiertoe over als zij er voordeel inzien om met andere bedrijven in de keten gezamenlijk op te treden. In het geval van integraal ketenbeheer kan dit leiden tot horizontale (bedrijfstakgewijze) samenwerking tussen bedrijven uit dezelfde industriële sector of tot verticale samenwerking tussen bedrijven uit verschillende delen van de produkt-
ECN-C--94 029
f3
~
Integraal ketenbeheer van energie en materialen
. ..........
kolom. Horizonta]e samenwerking komt bijvoorbeeld voor in situaties waarbij bedrijven zoeken naar ’pre-concurrentiële’ mogelijkheden om gezamenlijk tot een bepaalde produktverbetering te komen. Ook kunnen bedrijven horizontaal gaan samenwerken, bijvoorbeeld via de branchevereniging, om als één stem op te treden naar de overheid en gezamenlijke plannen te overleggen. Eén van de voorbeelden hiervan is de branchevereniging Glas, die in het kader van het Convenant Verpakkingen een optimaal ketenbeheer voor glazen verpakkingen tracht te realiseren. In het kader van integraal ketenbeheer zijn vooral de verticaal samenwerkende ketenorganisaties van belang. Deze trachten bedrijven uit verschillende schakels in de produktketen te organiseren rond ketenbeheer. In Nederland bestaan er reeds verschillende ketengerichte organisaties die een voortrekkersrol kunnen vervullen bij het bevorderen van integraal ketenbeheer. Naast de ketenorganisaties die met name in het kader van het afvalstromenbeleid op vrijwillige basis tot stand zijn gekomen, zijn dit bijvoorbeeld de geformaliseerde ketenorganisaties, zoals de produktschappen in de agrarische sector. Deze publiekrechtelijke bedrijfsorganisaties zijn ingesteld in het kader van de Wet op de Bedrijt:sorganisatie (1950). Ze stammen politiek gezien echter uit een geheel andere traditie dan de hiervoor genoemde vrijwillige ketenorganisaties. Gezien het toenemende belang dat maatschappelijk gezien gehecht wordt aan integraal ketenbeheer, is het te verwachten dat in de toekomst meer van dergelijke ketenorganisaties zullen ontstaan. Dit zal vooral gebeuren in die gevallen waarin bedrijven zich afzonderlijk in een te zwakke positie vinden verkeren om zelf als spilbedrijf de leiding te nemen in het vereiste veranderingsproces.
1.5 Stappenplan voor integraal ketenbeheer De achterliggende gedachte van integraal ketenbeheer is dus dat door onderIinge a~:stemming in produktketens grotere milieuverbeteringen gerealiseerd kunnen worden dan wanneer bedrijven afzonderlijk, (soms tegenstrijdige) initiatieven ontplooien op milieugebied. Dit betekent dat alle partijen in de keren elkaar nodig hebben bij het opsporen en doorvoeren van milieuverbeteringen binnen en ook tussen produktketens. Dit is in de eerste plaats een economisch, organisatorisch en bestuurlök probleem. In dergelijke veranderingsprocessen kan technologie echter een belangrijke, ondersteunende rol vervullen. De grote uitdaging voor bedrijven binnen produktketens is nu hoe zij voornoemde milieuverbeteringen gezamenlijk kunnen voorbereiden. Dit vergt namelijk vaak meer dan stapsgewijze verbeteringen van bestaande processen en produkten; het vereist soms een herontwerpen van produkten en processen in het licht van het sluiten van kringlopen. Een voorbeeld:
ECN-C~~94~029
. .......
Voorbeeld: Ketenbeheer in de industriële sector
Een televisietoestel bestaat uit zeer veel verschillende onderdelen die door diverse leveranciers worden aangeIeverd. Uiteindelijk zet de eindproducent al deze onderdelen in elkaar en maakt er dan een televisie van. Veel van de onderdeIen zijn nog niet versleten als de consument het televisietoestel afdankt. Hoe meer van deze onderdelen opnieuw gebruikt worden, des te beter het is uit het oogpunt van integraal ketenbeheer. Natuurlijk moet dan wel aan de gewenste kwaliteitseisen voldaan worden. Er zijn ook onderdelen die niet meteen als produkt opnieuw gebruikt kunnen worden. Misschien kan dan wel het materiaal hergebruikt worden, en na bewerking weer worden toegepast in de produktie van nieuwe televisies (bijvoorbeeld voor het maken van de kast van de televisie). Maar het is ook mogelijk dat het materiaal in een produkt van een geheel andere producent verwerkt wordt. Zo kan de kunststofkast van de televisie opnieuw worden gebruikt bij het maken van tuinmeubelen. Om te zorgen dat televisies zo goed mogelijk aan de vereisten van integraal ketenbeheer voldoen, moeten ze dus ontworpen worden op de mogelijkheid tot hergebmik (en dus scheiding) van onderdelen. Daarmee wordt nu langzaam een begin gemaakt.
Hoe kunnen bedrijven nu op systematische wijze milieuverbeteringen ontwikkelen en ten uitvoer brengen in het licht van de gehele produktketen? Het in figuur 1.1 geformuleerde stappenplan biedt daartoe een goed handvat.
ECN C--94-029
]5
Integraal ketenbeheer van energie en materialen
A. Domeinspecilìcatie van het produkt 1. beschrijving van het produkt 2. beschrijving van de maatschappelijke betekenis van het produkt 3. beschrijving van de keren waarin het produkt geplaatst is B.
Inventarisatie van rnilieuknelpunten in betrokken domein 1. beschrijving van de relevante stof- en energiestromen in de schakels van de keren 2. aanwijzen van de relevante milieuknelpunten in de scbakels van de keren 3. aanwijzen van relatief dominante milieukneIpunten ~n de keren
C. Creatie] vaststellen van denkbare verbeteropties 1. vaststellen van milieudoelstelIingen 2. genereren van denkbare verbeteropties 3. selecteren van verbeteropties D. Achterhalen van de milieueffecten ten geuolge van verbeteropties 1. bepalen van het primair milieueffect 2. vaststellen van de secundaire milieueffecten 3. prioriteren van verbeteropties op de milieuverdienste tE. Bepalen van de realiseerbaarheid aan verbeteropties 1. bepalen van de algemene maatschappelijke haalbaarheld 2. bepalen van de algemene techrlologische haalbaarheid 3. bepalen van de algemene economische haaIbaarheid Bepalen van de wenselijkheid van verbeteropties 1. afwegen van de milieuverdienste versus de realiseerbaarheid van de uit te voeren verbeteropties
G. Definitieve beslissing over uitvoering van verbeteroptie(s) 1. bepalen van de bedrijfsspecifieke inpasbaarheid van de uit te voeren verbeteroptie(s) voor het betreffende bedrijf
Figuur 1.1 Stappenplan voor implementatie van integraal ketenbeheer De stappen B, C en D van het stappenplan hebben betrekking op het vergelijken van potentiële opties voor milieuverbeteringen op grond van een zuiver ecologische beoordeling. Stap E richt zich op het bepalen van de algemeen maatschappelijke, technologische en economische haalbaarheid van de verbeteropties. Stap F bepaalt de wenselijkheid van de gese]ecteerde verbeteropties door de ecologische beoordeling ervan af te wegen tegenover de realiseerbaarheid van de uit te voeren verbeteropties. Stap G leidt uiteindelijk tot een definitieve beslissing over uitvoering van verbeteropties. Daarbij wordt vooral gelet op de bedrijfsspecifieke haalbaarheid van de uit te voeren verbeteroptie(s) voor het betreffende bedrijf. Schematisch is dit keuzeproces in figuur ].2 weergegeven.
~6
ECN-C--94 029
Integraal ketenbeheer als uitdaging Domeinspecificatie van het produkt -- Milieuverdienste ~--Dominant(e) milie~knelvan de punt(en) in de keten verbeteroptie optie(s) op locatie --
Wenselijkheid van de ~erbeteroptie Algemene maatschappelijke haalbaarheid van de vexbeteroptie
Definitieve --Realiseerbaarheid ~--Algemene technologische beslissing voor van de haalhaarheid van de uitvoering van de verbete~optie verbeteroptie verbeteroptie haalbaarheid van de verbeteroptie --Bedrijfsspecifieke inpasbaarheid van de verbeteroptie
Figuur 1.2 De wenselijkheid van een bepaalde verandering binnen produktketens
1.6 Het milieuverdienste-concept Veel aandacht in bovenstaand stappenplan vergt stap D: het op gestructureerde wijze vergelijken van verschillende verbeteropties op basis van een ecologische beoordeling. Om een indicatie te geven van de mate waarin een bepaalde optie uit milieuoogpunt een verbetering is, kan gebruik gemaakt worden van het ’milieuverdiensteconc~pt’. De ’milieuverdienste’ is het verschil in milieubelasting vóór en na de uitvoering van een bepaalde verbeteroptie (Quakernaat en Weenk, 1992). Met behulp van het milieuverdiensteconcept kunnen bedrijven op gestructureerde wijze inschatten welk van de geselectee]~de verbeteropties op grond van een ecologische beoordeling het beste scoort. Daarmee wordt zichtbaar welke mogelijkheden er bestaan om daadwerkelijk sprongsgewijze miIieuverbeteringen in produktketens te realiseren. Om als individueel bedrijf de milieuverdienste van verbeteropties te kunnen vaststellen, moeten de uiteenlopende positieve en negatieve milieu-effecten tegenover elkaar worden afgewogen. WeIke dat zijn, verschilt niet alleen per produktketen, maar ook per individueel bedrijf. De milieubelasting op individueel bedrijfsniveau is namelijk sterk afhankelijk van een aantal specifieke factoren, zoals lokatie, de aard van het voortbrengingsproces, de managementcultuur en de historisch gegroeide situatie. Bij het vaststellen van de milieuverdienste per verbeteroptie dient niet alleen het primaire milieueffect van de verbeteroptie meegenomen te worden. Als alleen dit effect in de beoordeling wordt betrokken, zou het oordeel natuurlijk altijd positief uitvallen. Ook de uiteenlopende secundaire positieve en negatieve milieueffecten die bij invoering van de verbeteroptie optreden, dienen in de beschouwing meegenomen te worden.
ECN C--94-029
]7
Integraal ketenbeheer van energie en materialen ..... Stel bijvoorbeeld dat men een bepaalde luchtemissie wil terugdringen. De verbeteropties richten zich dan niet alleen op de mate waarin een bepaalde maatregel de luchtemissie verlaagt. Men dient ook na te gaan welke neveneffecten (in positieve of negatieve zin) optreden, liet kan dan bijvoorbeeld gaan om toename of afname van het waterverbruik of de hoeveelheid benodigde energie. Het is ook mogelijk dat er verandering optreedt in de hoeveelheid vast afval of de uitstoot van andere stoffen dan de specifieke luchtemissie. Bovendien kunnen er door grondstofsubstitutie verschuivingen optreden in de milieueffecten veroorzaakt door bijvoorbeeld winning, transport en reiniging van die grondstof. In formulevorm ziet de milieuverdienstevergelijking er als volgt uit:
MV = (Po - P~) + ~ (So - S~) M.V = milieuverdienste, P0 = primair effect op t = 0, vóór de remedie, Pi = primair effect op t = 1 ná de remedie, S0 = secundair effect op t = 0, vóór de remedie, S1 = secundair effect op t = 1, ná de remedie. Op basis van deze berekening kunnen we verschillende verbeteropties op hun milieuverdienste met elkaar vergelöken. Een probleem dat zich daarbij echter voordoet is hoe we de ongelijksoortige milieueffecten van verschillende verbeteropties tegenover eIkaar kunnen afwegen. Hoe kunnen reducties van zware metalen bijvoorbeeld worden vergeleken met een toename van de uitstoot van kooldioxide.9 Dit is natuurlijk het aloude probleem van het vergelijken van appels en peren. Er zijn verschillende mogelijkheden om dit probleem (het vergelijken van ’appels en peren’) te doorbreken. Een 1~ mogelijkheid kan zijn om te komen tot de opstelling van eenduidige ecologische randvoorwaarden waarbinnen in het licht van integraal ketenbeheer geproduceerd en geconsumeerd dient te worden. Zoals reeds benadrukt, is dat vooralsnog niet mogelijk. Er bestaat nog onvoldoende inzicht in de druk die natuurlijke ecosystemen kunnen verdragen. Wel is het mogelijk om langs pragmatischer weg te komen tot de opstelIing van duurzaamheidsindicatoren of -indexen. Er worden momenteel verschillende initiatieven in deze richting genomen, maar deze verkeren nog in een ontwerpstadium. Een 2e mogelijkheid om toch tot een totaal score te komen, is het prioriteren van de ernst van de verschillende milieu-effecten. Het ’van buitenaf’ aanleggen van dergelijke prestatienormen vergt een waarde-oordeel. Men stelt dan vast welke milieuverbeteringen prioriteit verdienen. Bijvoorbeeld: prioriteit nummer 1 is het terugdringen van de uitstoot van kooldioxide; prioriteit nummer 2 het terugdringen van de aantasting van de ozonlaag, etcetera. Dit kan gebeuren door een paneI van deskundigen of vertegenwoordigers van diverse maatschappelijke geledingen. Deze methode is ondermeer toegepast in de ketenbeheerstudie die /’4cKinsey in opdracht van de VblCI (Vereniging van de Nederlandse Chemische Industrie) heeft uitgevoerd (VNCI, 1991 ).
]8
ECN-C- 94 029
Integraal ketenbeheer als uitdaging .......... Een 3~ aanpak is om aIle verschillende milieueffecten terug te brengen tot één maat, energie (Joule). Deze energiemaat geeft een indicatie van de totale inspanning die moet worden geleverd om de geconstateerde milieu-effecten te voorkomen. Het terugbrengen van alle milieueffecten tot één energiemaat maakt verdergaande objectivering van de weging tussen verschillende verbeteropties mogeIijk. Hoewel nog niet alle problemen rond deze berekeningswijze zijn opgelost, biedt zij wel perspectief.
1.7 Verschil met andere methodieken De hiervoor beschreven methodiek voor integraal ketenbeheer is nog niet eerder ontwikkeld. Wel zijn er verschillende initiatieven ontplooid op nauw verwante terreinen. Met name gaat het daarbij om methodiekontwikkeling op het gebied van levenscyc]usanalyses (LCA’s) en mi]ieugerichte produktontwikkeling. Een levenscydusanalyse (LCA) van produkten is de systematische analyse en beoorde]ing van de milieubelasting van een produkt, berekend over de gehele ]evenscyclus van een produkt. Methodiekontwikke]ing op dit terrein verkeert al in een vergevorderd stadium. Diverse Nederlandse onderzoeksinstellingen (waaronder het Centrum voor Milieukunde Leiden en TNO) zijn in internationaal verband betrokken bij de nadere uitwerking van deze methodiek. Tot nu toe heeft men zich vooral beziggehouden met het opstellen van criteria, richtlijnen en protoco]len ten aanzien van de wijze waarop milieueffecten in de produktketen geïnventariseerd, gec]assificeerd en beoordeeld dienen te worden (Heijungs (ed.), I992). Hoe op grond daarvan gewerkt kan worden aan milieuverbeteringen in het licht van de produktketen heeft nog weinig aandacht gehad. Juist deze ’produktverbetering’ stap staat centraal in de hiervoor beschreven methodiek voor integraal ketenbeheer. Te verwachten is echter dat de ’produktverbetering’ stap van de LCA methodiek en de methodiek voor integraal ketenbeheer in de loop der tijd op elkaar zullen worden afgestemd en zo mogelijk geïntegreerd. ’Milieugerichte produktontwikkeling’ is het zodanig ontwerpen en ontwikkelen van produkten, dat milieucriteria naast andere criteria ge]ijkwaardig aandacht krijgen. Daarbij gaat het in de praktijk tot op heden om verbetering van de intrinsieke mi]ieu-eigenschappen van produkten die met name betrekking hebben op incrementele verbeteringen die bedrijven in de eigen schakel van de keren, eventueel in samenwerking met andere schakels, kunnen doorvoeren (CruI, 1994). De ontwikkelde milieuverbeteringen komen meestal ad hoc tot stand. Bij mi]ieugerichte produktontwikkeling is in de praktijk (nog) geen sprake van een systematische ketenanalyse van ’wieg tot graf’ en op grond daarvan genereren, selecteren en ten uitvoer brengen van verbeteropties die in het licht van de gehele keren mogelijk zijn (Brezet et al., 1994). Dit laatste staat juist centraal in de hiervoor geschetste methodiek voor integraal ketenbeheer. Bovendien ligt bij milieugerichte produktontwikkeling de nadruk tot op heden sterk op produkt- en veel minder op procesverbeteringen. Het zijn vooral de produktontwerpers binnen het bedrijf die zich bezighouden met milieugerichte produktontwikkeling. Integraal ketenbeheer stree[t naar het intensiveren van de koppeling tussen proces- en produktverbeteringen. Dit vereist een betrokkenheid van meerdere geledingen binnen het bedrijf dan die van de produktontwerpers.
ECN-C--94 029
]9
Integraal ketenbeheer van energie en materia[en ................
1.8 Conclusies Om op langere termijn te komen tot duurzame produktie zullen bedrijven gezamenlijk milieuverbeteringen moeten realiseren in het licht van de gehele produktketen. Dit streven wordt integraal ketenbeheer genoemd. Integraal ketenbeheer brengt twee essentiële veranderingen met zich mee in onze huidige wijze van produceren en consumeren. Het betekent een vermindering van het gebruik van fossiele energiebronnen (aardgas, aardolie en kolen) en omschakeling naar de benutting van duurzame energiebronnen, gebaseerd op zonne-energie. Daarnaast vergt integraal ketenbeheer het voorkomen van diffuse verspreiding van verontreiniging en het zoveel mogelijk in kringloop houden van materie. Willen we het duurzaamheidsstreven dichterbij brengen, dan zal integraal ketenbeheer een onderdeel van de bedrijfsstrategie moeten worden. Binnen het bedrijf dient integraal ketenbeheer in eerste instantie op strategisch niveau binnen de organisatie te worden ingebed en van daaruit te worden vertaald naar het operationele niveau (van bijvoorbeeld bedrij~sinterne milieuzorg). In een latere fase van ontwikkeling van milieuzorg en integraal ketenbeheer is het misschien mogelijk om tot integratie van beide activiteiten te komen. Daarvoor is het nu nog te vroeg. Integraal ketenbeheer heeft niet alleen betrekking op bedrijfsinterne maar ook op bedrijfsex~erne activiteiten. Er is in principe pas sprake van integraal ketenbeheer indien bedrijven in of tussen ketens gezamenlijk trachten milieuverbeteringen door te voeren in het licht van de gehele t~roduktketen. Er bestaan echter verschillende manieren waarop samenwerking tussen bedrijven in of tussen produktketens gestalte kunnen krijgen. Dit hangt ondermeer af van de vraag of er binnen de keten een spilbedrijf aanwezig is die invloedrijk genoeg is om het veranderingsproces te regisseren. Indien dit niet het geval is zal er over het aIgemeen een ketenorganisatie in het leven geroepen worden om het integraal ketenbeheer proces te ondersteunen en waar nodig te stimuleren. Bedrijven die milieuverbeteringen willen doorvoeren in het licht van de gehele produktketen kunnen daarbij gebruik maken van reeds beschikbare hulpmiddelen. De methodiek voor integraal ketenbeheer die in dit hoofdstuk is beschreven, biedt hiervoor een goed handvat. Deze methodiek is, evenals nauw verwante methodieken op het gebied van de levenscyclusanalyse en milieugerichte produktontwikkeling, nog niet volledig uitgewerkt en gestandaardiseerd. Naarmate echter meer bedrijven zich met integraal ketenbeheer gaan bezighouden, des te sneller zal methodiekontwikkeling op deze terreinen voortschrijden. Wanneer we toe willen naar een duurzame samenleving zullen bedrijven hun denken en handelen moeten plaatsen in het perspectief van integraal ketenbeheer. Het individuele handelen van bedrijven dient dan afgestemd te worden op het collectieve, maatschappelijke streven om voor generaties na ons nog een leefbare toekomst te garanderen. Dit is een verregaande, maar niet onmogelijke opgave, waaraan zowel het bedrijfsleven zelf als ook de maatschappij als geheel haar bijdrage kan leveren.
20
ECN-C--94 029
Integraal ketenbeheer als uitdaging ..... ~
Referenties A.M.M. Ansems, et al. (TNO/Van Hecke Catering): Bevordering van Hergebruik en Terugdringing van Kunststof Verpakkingsmateriaal binnen de Contract Catering Branche, NOVEM/R1VM, Utrecht!Bilthoven, ] 992. M. Börlin and W.R. Stahel: Wirtschaftliche Strategie der Dauerhaftigkeit; Betrachtungen über die Verlängerung der Lebensdauer von Produkten als Beitrag zur Vermeidung von Abfällen, Schweizerischer Bankverein, Zwitser]and, ]987. H. Brezet, et al.: Handleiding voor Milieugerichte Produktontwikkeling, SDU, Den Haag, 1994. J. Cramer, et al.: Theorie en Praktijk van Integraal Ketenbeheer, NOH onderzoeksrapport 9309, TNO, Apeldoom, 199ä. J. Cramer, et al.: Organisatorische lnbedding van Integraal Ketenbeheer binnen Bedrijfsinterne Milieuzorg; Mogelijkheden en Beperkingen, Studiecentrum voor Technologie en Beleid (STB)iTNO, rapport nr. STB/94/008, Apeldoorn, 1994. M. Crul: Milieugerichte Produktontwikkeling in de Praktijk; Eroaringen, Belemmeringen en Oplossingen, NOTA, Den Haag, ]994. R. Heijungs (ed.): Environment.al Life Cycle Assessment of Products; Guide and Backgrounds, National Reuse of Waste Research Programme (NOH), Utrecht, Oktober ]992. M. Narodoslawsky: Krelslaufwirtschaft- Ein Neues Technologisches und ökologisches Paradigma, VT Newsletter, Jahrgang 7, Heft 1, ]992, pp. 23-26. J. Quakemaat en A. Weenk: Duurzaam Gebruik en Aspecten van de Milieuverdienste, IMETiTNO, Apeldoom, juli 1992. T.C.R. van Someren, et al.: Bedrijfsmilieuzorgsystemen: Tussenevaluatie, KPMG/IVA, Tilburg, ] 992. W.R. Stahe]: Langlebigkeit und Material-Recycling; Strategien zur Vermeidung von Abfällen im Bereich der Prod[zkte, Vulkan-Verlag Essen, 1991. H. Tibbs: lndustrial Ecology; An Envimnmental Agenda for lndustry Arthur D. Littie, Cambridge, U.S., ]991. W. Vermeulen, M. Kok en J. Cramer: Aangrijpingspunten voor Integraal Ketenbeheer vanuit overheidsperspectief, Studiecentrum voor Technologie en Beleid TNO (STB), Apeldoorn, 1994. VNCI, lntegrated Substance Chain Management, McKinsey, Amsterda m/Leidschendam, 1991. H. van Weenen, Integraal Ketenbeheer: Aanzetten in Europa; Een Korte Verkenning van Verwante Concepten, Studie Uitgevoerd in het Kader van het NOVEM project ’Theorie en Praktijk van Integraal Ketenbeheer’, Interfacultaire Vakgroep Milieukunde, UvA, Amsterdam, 1992.
ECN-C--94-029
2]
Integraal ketenbeheer van energie en materialen
2. POLICY INSTRUMENTS FOR CHAIN MANAGEMENT LCA based information or SFA based taxes? G. Huppes
Summary There are two basic types of chain analysis for chain management available now, the Lire Cyc]e Analysis (LCA) and the Substance Flow Analysis (SFA), each with relative advantages and ]imitations. In SFA, a substance as it may flow and (des)accumulate is the central focus for both the analysis in the economy and in the environment. In LCA, the function of a product or installation is the object of the analysis, while the environmental target is at the level of environmental problem themes. Other types of chain ana]ysis, and combinations of the two approaches, might be possible, but have hot yet heen worked out conceptually in relation to instruments for environmental policy. Policy instruments for chain management consist of two parts, as any policy instrument. The one part states the environmental targets being pursued anti the way these targets are related to activities, that is the analysis part of the instrument. The other part states how an incentive is created to change these activities in the right way, that is the behavioral part of the instrument. Specific types of policy instruments for chain management may be linked to these two types of analysis, financial instruments to SFA and communicative instruments to LCA. Thus, the incentive part differs between the two analytical tools. For quite fundamental reasons, the lire cycle analysis cannot fon-n the basis for detailed measures towards regulatees, Iike technological measures anti taxes. It may however form the basis for information related policies; its authoritative introduction is the one main form of such a policy, lntegration of info> marion in a limited number of categories, or even just one, is essential for this communicative application. Also for fundamental reasons, the substance flow analysis cannot generally form the basis for integrative policies, except when measures related to one substance hardly relate to other environmental impacts. The analytic sharpness of SFA makes it an ideal basis for financial instruments however. The advantages of LCA based information relate to its ease of introduction, its extremely high cost-effectiveness, anti its integrative effect on the environmental policy making process. Its disadvantage is the very limited trade-off between economy anti environment that it can induce. This defect is due to some forto of the Prisoners Dilemma that is inevitable in private action for a collective, here environmental, good. The advantages of SFA based emissions taxes relate to its high cost-effectiveness and to the higher level of trade-off between economy and environment that it can induce, thus creating a higher level of protection. The main
ECN-C 94-029
23
Integraal ketenbeheer van energie en materialen disadvantage is the extra amount of distortion in competitiveness, brought about by partial application in only a few countries. This disadvantage is strongest on the short run as it is at least partially countered by the efficiency advantages on the long rum
2.1 Introduction~ What is the concern of chain management, why is it important and what exactly is its subject? A number of not generally accepted convictions colour my answers. First I think there is no depletion problem for energy and hence no depletion of inorganic materials. Long term trends in energy reserves-use ratios show astable picture or an increase, especially those of natural gas, while production is growing exponentially and long term prices are declining in real terras. Exploitation of ultra heavy oils, now starting, would add very substantially to reserves. Exploitation of gaseous clathrates wouId add very substantial amounts of avai]able energy again. A reasonably conservative estimate of fossil reserves indicates a use potentia] for severa] thousands of years. The reserves-use ratio of fissile resources shows the same tendency of remaining stable in time, with breeder reactors as a not attractive but existing option for an extremely Iong period of energy use. However, flow energy may soon make these reserves quite obso]ete. The downward trend in the costs of solar energy wilI, within one or a few or decades cross the line of production costs of fossil fuels. Assuming curtent solar cell efficiencies, covering five percent of current tropical deserts with solar cells, could meet current g]obal energy requirements at roughly current prices. It would not seem wise to put too much effort in solving this hardly existing problem of energy depletion. With energy available, the production of materia]s can be managed till the end of times. It would therefore not seem wise to found chain management on the problem of abiotic depletion. However, the use of fossil energy, of solar energy, and of any other material activity in production and consumption, creates other problems than those of depletion, related to pollution and other encroachments on the environment. The central importance of chain management lies in the control of these problems, ranging from climate change and ozone layer depletion to acidification and eutrophication. Other types of encroachment of the environment, like habitat destruction anti desiccation, are difficult to connect to specific activities in a chain. Therefore, chain management is mainIy concemed with pollution now, hot only with health effects of pollution but with all adverse effects related to the emission of different substances and also to the emissions of different forms of energy and radiation. Chain management thus relates to materiaI chains2 in the economy and is directed at minimising the adverse effects of emissions emanating from these material chains. It does so by a combination of basic means, either:
This paper builds on G. Huppes (1993) Macroent~ironrnental policy, pdnciples and design, Elsevier SP, Amsterdam. Not fully in line with comrnon practice in the Netherlands, the chains referred to in this paper are substance flows that also in¢lude flows as part of materials and produets intentionally added or hot.
24
ECN-C- 94 029
Policy instruments for chain management .................... ¯ Through preventing potentially hazardous substances flora flowin~ into the economy: - by hot ext~acting them from the ]ithosphere (= substrate = geosphere); - by hot producing such substances chemica]Iy. ¯ Through inducing these substances to flow out of the economy, but hOt into the biosphere: - by chemical destruction oI: a substance in the economy; - through permanent storage of the substance, in the ]ithosphere. The inflow of a substance from the environment (biosphere), where it is harmfu], into the economy, should hot be prevented, as For example when extracting phosphates from overnutrificated surface waters. Outflow to the environment is what is tobe prevented. Recycling of plastics, e.g., is hot useful from a point of view of resource dep]etion but might be useful in preventing harmful emissions anti other actions degrading the environment. Chain management might be defined broadly, as including the management oI: substances that are emitted right aI:ter their creation. Such a situation then would be one of a chain analysis ’that happens tobe short’. The tools of chain management, and the problems in its development are directed primarily at longer chains. In such a broad view on chain management this form of policy would virtually cover the total of environmental policy, at least those parts where local circumstances are hOt dominant. Chain management needs policy instruments. In principle these might be the same as for current policies. Current instruments, however, do not flect the chain character of material economic relations, where regulation at one spot will have effects on several other spots in the chain, thus leading to prob[em shiíting. Prevention oI: problem shifting is one main aim of chain management. It thus seems highly desirable to develop instruments chain management specifically, that do not exhibit the usual t:eatures problem shiffing. lnstruments for environmental policy consist of one part that specifies the environmental aim or target tobe approached anti of one part that creates an incentive with regulatees to act in that direction. For chain management, and broadly related environmental aims like prevention and sustainability, the analytic part oI: policy instruments idealIy would cover the full chain of all economic processes involved in causing environmental problems, also indirectly. In current policy instruments, the object of analysis mainly is the functioning of one instaIlation or product, as related to one or a number of environmentaI impacts, at a certain time. For ideal chain management, the analysis is tobe broadened so as to include all relevant economic processes, to include all relevant environmental problems, and to view all relevant efl:ects in the course of a longer period oI: time. When doing so, problem shifting - to other places, to other problems, and to other times - would hot become impossible but could be made visible and thus could be countered. The option of a sustainable future then would come one step nearer. Apart from po[icy instruments, the general economic-environmental analysis covering main chains of processes in society is possible of course. Much progress has been made in this field in the last two decades. For assessing overalI efl:ects of policies, models have heen developed that co-
ECN-C--94-029
25
lntegraa] ketenbeheer van energie en materialen ..... ver such meso or macro ~evels of society. These mode]s, often mu]ti-sectoraI ones with an economic and a physical level distinguished, cannot directly forto the basis of an instrument for environmental policy however. They may indicate the overall effects ’in the chain’ of non-chain instruments but are not part of an instrument themselves. The basic reason is that the analytic connection ot: these models to individual decisions somewhere in the chain is hot possible. Their grand view is bought at the cost of the detail required for applying policy instruments. Such models therefore cannot support instrument specification here. This paper is hot concerned with these larger models for economic-environmental analysis also for another reason, related to the style of policy instruments. In policies, any, a fundamentaI distinction may be made between planning and regulation~. In the planning approach to environmental policy, the real behaviour of all those activities related to environmental problems is first pictured and then changed in the ways required for realising the environmental aims. Central in planning approach is that targets are set on all quantities that are relevant for the aim. The larger models could specify these quantities and might thus form the basis for the planning approach. In regulation, on the other hand, there are process rules that shift behaviour in the right direction, without specifying a specific technology to be used in a targeted quantity. The planning approach - till recently a main approach to environmental policy formation - has heen discredited in the last decade, by the rail down of the Eastem European planning economies, the change-over of the communist planning system in China to marker coordination, and the shift from planning to marker coordination also in India. Moreover, the GATT is effectively paving the way for free international trade which makes planning at the national level increasingly difficult. The planning approach seems a dead-end for environmental policy. In the regulation approach to policy formation adhered to here, the requirements on modelling are more modest. Models have, on the one hand, to describe at least some aspects of the full process chain, but, on the other, have to be concrete enough tobe connected to the reIevant regulatees of policy instruments. As full chain analysis is not practicable in policy instruments, more limited options for chain analysis are tobe applied. Two basic options are the Substance Flow Analysis (SFA) and the Life Cycle Analysis (LCA). The substance flow analysis reduces the full physical analysis as required for environmental policy to just one substance, in a specified period of time. It does however cover all processes in society that are related to the substance. The lire cycle analysis, on the other hand, reduces the full reality of all processes to only those processes that are implied in t:ulfilling one specific function in society. LCA, being limited this way, can then cover the i:ull range o~: relevant substances and of other environmental interferences involved, and it can cover these independently ~rom their specific occurrence in time. By being selective in either of these two different ways
~ See for a broader treatment of this subject in environmental policy, G. Benveniste (1981) Regulat~on and planning. The case of environmental politics, Boyd anti Fra~er, San Fransis-
26
ECN-C 94-029
Policy ~nstruments for chain management the analysis becomes manageab]e and, as still is to be shown, also detailed enough to be connected to the behaviouda] part of policy instruments. The paper bas two main parts, one working out the two main types of chain analysis in some more detail (2), the other indicating the behaviourial pari of the instruments ~:or environmental chain management (3). Some prospects for chain management [n the short and in the long run conc]ude the paper (4).
2.2 Chain analysis The chain from policy to environment Environmental policy starts as a public decision and, preferably, ends in some benign influence on the environment. Many things happen on the way to the goal or target, that can hardly all be foreseen let alone modelled quantitatively. Conceptually it should be clear however how the main chain of events goes, which types of variables might be involved, and how instruments for chain management may be placed in this context. Without this larger context, chain management may lead to myopia, as it is never the chain as analyzed within the economy that is important but only the nett environmentaI effects that are resulting. Il, e.g., chain management of energy is concentrated on, without connecting it to the reasons for chain management in terras of contributions to several environmental problems, the closing of cycles wilI become an aim in itself, without necessarily leading to nett beneficial effects on the environment. The use of fossil energy, increasing amounts ot: ir, may pose no problem under certain technical conditions, that realise the clean transformation of it into heat anti electricity. Such options are technically nearly available, as in the Buggenum electricity plant if it were combined with underground storage ot: CO2. Such an option might under certain conditions be more attractive environmentally than, e.g., combined power and heat options that ’close the cycle’. The central element in chain management is that, within this larger chain flora policy to effect, the loops within the economy are raken much broader than just covering the processes regulated individually. By doing so on the one hand problem shifting may be prevented. On the other hand options may be created to regulate the economy preventively, at points where activities do hot cause any environmental impacts directly but do so only indirectly.
ECN C--94-029
27
Integraal ketenbeheer van energie en materialen ........ INSTRUMENTS FOR ENVIRONMENTAL POLICY
I
interface I (social)
administrative implementafion of policy decisions
prime mechardsms with regulatees
interface Il (physical)
technological characteristics of
~
objecls
effects on environ targets
Figure 2.1 Tbc chain from policy decision to environmental effects The corollary of this is that, in chain management, any choice in society may rightly become the subject of environmental policy. With current planning oriented instruments of the command anti control type this clearly is impossible. The search thus is for policy instruments that more indirectly may influence all these myriads of decisions ’in the chain’ that all are relevant for the environmental outcomes of consumption and production. In the regu[ative or ’steering’ approach to po~icy the main model of society and economy is not specified, it is only the social interface between government and society on the one hand that specificalIy enters the policy instrument, and the physical interface between economy and environment on the other, see figure 2.1. The functioning of society and economy at large is tobe modelled only outside the sphere of policy instruments, for a rough quantification of the instruments of foran indication of aggregate results to be expected.
The interface society-environment What is the environmental aim or target tobe expressed in policy instruments for chain management? Preferably, the environmental problems as are tobe reduced or prevented form the core of the content of the instrument, that is of its target. For an instrument it is not enough however to specify that target as an environmental entity. It is some activity as it contributes toa problem, or helps prevent ir, that is the core of the physical part of the instrument. For chain management, this physical part of the instrument cannot be one process, as it is the broader analysis, taking into account internal relations in the economy, that is the essence of chain management. What we are looking for thus is some more aggregate entity that covers these relations. A first way of broadening the analysis, at the environmental side, is to specify the environmental effects hot in terms of their loadings but in terms of the problems they contribute to. A second option for broadening the analysis, at the kemel of the interface between society and environment, is to take into account several substances as are being emitted or extracted. A third option, at the society side of the interface, is to take into account a coherent group of economic processes. A fourth option is to include all economie p£ocesses.
28
ECN-C 94 029
Policy instruments for chain management ............ The fourth option, combined with the first two, gives all flows from and to all economic processes as they contribute to all environmental problems. This would surely cover all chains but as sure is it that it is impossible to cover all these elements in one instrument. That instrument, alone, would cover the full total of environmental policy. This fourth option might work though il it is reduced to the flows of just one substance, creating the substance flow analysis. That SFA approach is one line of strategy for instrument development that will be pursued here. It is a mainly physical type of analysis. Another line, starting with option three, is to choose a coherent set of economic processes anti to analyse these in terms of all substances involved and all environmental problems involved. There then are several alternatives for choosing such a coherent set of economic processes. One may take all processes of one owner, all processes of one type, all processes of one sector, all processes in one production column, etc. The toost fundamental coherency seems tobe related to the function a group of processes has. The function is so fundamental because it forms the social basis for the existence of the process. Without a function, nobody would bother to spend efforts on keeping the process going and nobody would be willing to spend money on ir. In this sense, the function is its cause of its existence. Also, the function gives the link to the physical part of the analysis. For fulfilling a function, ranging from ’transportation’ to ’having a meal’ anti ’being shaven’, quite material processes have to take place. The chains of processes covered are quite extensive, involving all processes from cradle to grave. The Lire Cycle Analysis (LCA, also defined as Lire Cycle Assessment) that thus results shows the environmental effects required for supplying a unit of function. On the basis of this analysis one then may minimize the environmental effects per unit of function, if the right incentives are given. SOCIETY/ECONOMY
INTER FERENCES
igroups of i economic processes:
ENVIRONMEN]
~roblem models’:
¯ one produ~tifunc%ion o?
~ LCA: all material flows
¯ full economy
-~ SFA: one rnaterial flow
climate change hum.toxicity ecotoxicity abiotic depletion etc.
disturbance
Figure 2.2 Economy-environment interface: possibilities for aggregating the one process - one substance - one loading interface into chains
ECN-C--94-029
29
lntegraa] ketenbeheer van energie en materialen A more in¢lusive analysis? One could go further in the analysis and include the relations that create the dynamics in society. Markets and marker structure, consumer preferences, demographic developments, technology development, international economic specialisation and integration, are all of tremendous importance for the environmental effects of out production and consumption processes. Might it hot be better to take such higher order entities as the more funda~ mental units for analysis? It might, if a consistent way could be found. The problem is however that our knowledge of such processes is very limited. The outcome of research on technologies anti markets cannot be specified in advance, by definition. Economic processes have their own strong ratio~ nalities that cannot be changed for environmental reasons. Chain management, of the steering as against the planning type, influences these processes in the right direcfion without ever specifying which technoMgy to use. One could also go further in the environmental part of the analysis and include more encompassing models of the environment. Here a simi]ar probIem arises in that the complexity and the unknowns increase exponentially when increasing the number of variables in the analysis and extending the time horizon of the modeI. If one, e.g., starts modelling ecosystem developments as influenced by acid rain and climate change no agreement is possible on the relations to include, the time horizon to involve and the nature of these relations. Such, as yet unspecified and unquantified, considerations are the reason of course for having classified acid rain as an environmenta[ problem in the first place. If models improve, in a scientifically and politically accepted way, the problems for environmental policy may be reformulated. At any given time the problems that can be specified and modelled in a broadly acceptable way are the ones that quantified environmental policy can be directed at. Targets can thus be stated in terras of these problems. Both LCA and SFA can express their targets not only at the substance level but also at the problem level, with LCA usually covering all problems involved in the process system and SFA only one or a few.
2.3 Policy instruments Given the tools for analysis, as the first part of an instrument, an instrument bas to include an incentive for regulatees to change their behaviour, due to some governmental action, as the second part.
30
ECN C -94-029
Policy instruments for chain management ........ ......
INSTRUMENTS FOR ENVIRONMENTAL POLICY
interface 1 implementation
interface 11
I
I prime [ mechanisms
I objects ]
targets
Figure 2.3 The four elernents of instrurnents for envimnrnental policy
Four main types of instruments Fout main types of instruments may be distinguished according to the type of mechanism that is used to set the behaviourial changes of reguIatees into motion. Structural instruments forto the toost general type of instrument, being installed through changes in institutions, ]ike those regulating rights and duties conceming property. Environmenta] ]iability, e.g., might combine e]ements of strict, chained and group ]iability. The applicability wi]l remain ]imited to cases where a link between behaviour of regulatees and resulting damage can be estab]ished, as with solid wastes. Cu]tural instruments can be very diverse, ranging from publicly stated norms and values, maybe even with the status of law, to public]y provided information. The authoritatively supplied LCA system is an example of a macro application. The granting of an eco]abe] is a micro example. Financial instruments can be positive, granting subsidies for good behaviour or negative, taxing bad behaviour. The macro example is the substance deposit/emission tax combination covering al] emissions of a substance. Prohibiting instruments again have a positive form, as commands, and a negative forto, as prohibitions. The toost macro example is the full prohibition of one substance. ldeal instruments anti po]icies show a number of attractive properties, ]ike environmental effectiveness, with lowest possible costs, treating all regu]atees equa[ and just, and leaving them the maximum amount of freedom that is compatible with the realisation of the environmental qua]ity desired. Going from structura] to prohibiting instruments, the degree of freedom taken wi]] genera[]y increase and the efficiency, as cost-effectiveness, wi]l decrease. The non-prohibiting types of instruments wil] al] have an important long terra advantage over the prohibiting ones, as they steer technological development in an environmentally better direction. Even s]ight changes in this respect brought about each year wil] have quite important effects in the long run.
ECN-C--94 029
3]
...... Integraal ketenbeheer van energie en materialen ................. Table 2.1. Main instrument types, with macro examples Types of mechanisms
Main forms
Macro e×amples
Structural mechanisms Cultural mechanisms
Institutions Norms and values inforrnation Taxes Subsidies Commands Prohibitions Conditiona~ perrnissions
Environmental liability Authoritative env. analysis: Public LCA system Emissions tax + substance deposit, through SFA General prohibition of CFCs
Finan¢ia] mechanisms Prohibiting mechanisrns
Substance flow analysis4 with financial instruments The substance flow analysis has heen developed as a structured analysis. An example, on cadmium in the European Community, is given on the next page. The central characteristic here of this type of analysis is that three, and hot two, subsystems are distinguished: the economy or technosphere, the environment or biosphere, anti the substrate or geosphere. Each subsystem has inflows and outflows of the substance and accumulation or desaccumulation within the system itself. For regulatory purposes, it is just the flows into and out of the economy that are relevant. L!ltimately, it is only the nett emissions, being the combined result of gross emissions and extractions, that are tobe minimised. For the area concerned, the nett emissions from economy to environment are equal to structural inflow minus structural outflow, apart from short term accumulations and desaccumulations. As structural inputs there are three main categories: extraction kom substrate, chemical forming, anti imports from other areas. The structural outflows are mirrored in chemical destruction, back to substrate and exports respectively. The substance deposit is sort of an indirect emission tax at a macro Ievel, see figure 2.4. A deposit is being paid on alI structuraI inflows, but hot on inflow from the environment. The deposit is refunded upon structural outflow, but hot on emission to the environment. As, for the administrative area concemed, structural inflow m~nus structural outflow equals nett emissions, the substance deposit system thus effectively taxes aI1 nett emissions, see figure 2.5.
4
See for the basics of SFA: E. van der Voet, P. Mulder, R. Huele, E.G.M. Kleijn, L. van Oers, R. Heijungs (1994, in prep.) SFINX: modelling substance flows in economy and environment.
32
ECN-C--94 029
Policy instmments for chain management ........ impor{s (3 = 7869 ,
transboundary env. inf[ow
LITHOSPHERE
(^) chemical formin9 1591
all geological processes (pari A)
í
1
desaccumulation, also from inert stocks
icherrdcal I formlng
.Jïï_P~__’ (2)+(3)+0)
nett accurnulatlon
- 11505 uil economie processes - 2045
(9) =
of which to
inert stocks
(10) = 2408
’~ nett
(a)+(~)+(b) <-- (8) - 151 net emissions - (7) - (8) - 294 (7) - 445 ~
uil environmental processes
[ accumulation --~] (g), of which to +-1 nert stocks
( 5 ),~ (,~) +,L(4 )
...........
chermcal
] destruction
~(e) Idestrucüon to inert stocks
all 9eologïcal processes
~
|
l¢(lV) exportg
2045 $
chemical destruction LITHOSPHERE
(B)
1 transboundary env. outflow
Figure 2.4 Substance flow analysis for use in encompassing nett emission taxes (data for Cadmium, EC 1987, in tonnes) For cadmium, the substance deposit can cover virtua[ly al] flows. At a global level, the structural inflow of cadmium is mainly in zinc ore (85%) and phosphate ore (15%), with much smaller amounts in coal, oil and other extracted resources. In Europe, the inflow is mainly in imported Nicad batteries. A huge accumulation in the economy is currently taking place, giving rise to serious concern about future emissions. The deposit system would hOt tax, let alone forbid, cadmium containing imports nor would it subsidize such exports. The deposit anti the refund would establish an emission tax within the administrative area where it is introduced. The Iarge accumulation in the economy as is occurring now would imply the interest Ioss of the amount where refunding is delayed. Structural outflow of cadmium out of the economy would become attractive under the substance deposit rather sooner than later.
The attractiveness of the deposit system is its inclusive nature. All decisions in society are influenced ultimately by the same incentive: if a decision leads to the loss of the substance to the environment the costs in terras of a refund foregone cannot be avoided. With reasonably functioning markets they are bome by the ones making that decision. That equality hot only is
ECN-C 94029
33
Integraal ketenbeheer van energie en materialen just but aIso forms the basis for the near highest efficiency of instruments that is practically feasible. Administrative[y, the attractiveness of the deposit system is that most inflows and outflows are in bulk flows that can be administered simply, as compared to the emissions that offen are very dispersed. Cadmium in phospha~es is imported in the Netherlands only in bulk flows, but it is emitted by several hundred thousands farmers when administering ferti[iser to their soils. total structural inflow
is O) + (2) + (3) : deposit payment
Subs~ance Deposit (SD)
deposit refund
~from lithosphere +-chemical formin$ +-in imports (3)
(1) (2)
for one adminJstrative unit all economic processes: *all producfion *all consumption *all waste handling
~ to lithosphere --~ chemical destruction ~ in exports (6)
SD: ’her emJssions’
Ta~(ET)
ET: ’gross emissions’
(4)
(~)
total structural outflow is (1) + (2) + (3)
Figure 2.5 Substance deposit as an emission tax at the macro level The ]imitations of app]icability of the deposit system are in cases where inflow and outflow are not in a few main bulk flows. One example is the smalI scale production and simultaneous emission of NOx in Iarge numbers of cars. Another example is in the export of many different products, with in each one only a small amount of the substance. With Iarger areas, there are fewer boundaries to cross and control. Also, as long distance transport usually concems bulk flows, the limitations usually become smaller for larger administrative areas of application. It seems impossibIe to effectively administer a substance deposit system at an administrative level lower than that of a state. In the EC it seems advisabIe to surpass that level and install the system in the EU as a whole. Even still higher levels, like that of the OECD, are attractive for reasons of fewer disturbances in competition and increased dynamic efficiency.
34
ECN C -94-029
Policy instruments for chain management ....... ~.~:
Problerns in substance flow analysis There is no widespread recognition of the method of flow analysis taking into account three basic subsysterns, usualIy flow analysis concems two subsystems only. the substance flow analysis may be used more broadly than as part of a financial policy instrument only. For that broader application there are a number of problems related to the set-up of the flow analysis. One elementary distinction, also important in economic modelling, is that between on the one hand equilibrium models which give a hypothetical ’endpoint’ in infinity, and possibly also an indication of the path towards ir, and on the other hand disequilibrium models, that specify a more short term time path, without trying to approach ïnfinity’. For the support of financial instrumen’~s, a quite short time horizon, of, e.g., one year seems sufficient, as the long term wilI be caught in continuously steering the basic flows between the subsystems.
An authoritative method for life cycle analysis~ There is a broad tendency in society to do good, in environmental terras. To foster that benign tendency, its shortcomings should be minimised. There are three elements that detract people from taking the environmentally right decisions, that is lack of factual information, lack of evaluative norms, anti the prisoner’s dilemma related to the collective nature of environmental quality6. The lack of factual information relates to the complexity of the analysis involved in comparing decisions. If I drive my old newspapers toa depot for recycling by car, are there then advantages as compared to treating the papers as household waste and having them incinerated with some electri~ city being co-produced? Answering such questions is extremely difficult for lack of a method to establish such facts ’in the chain’ and for lack of data concerning the elements in the chain. Suppose that, through a well defined LCA inventory method and some data bases, the facts are known. Then there will offen be severe problems in evaluating the results. In the paper example, the relative benefits of recycling relate to fewer ecotoxic emissions at paper production and the benefits of incineration with household waste relate to lower NOx emissions and to the co-produced electricity. Which option is better environmentally? The answer requires the weighing of the importance of the different problems contributed to. The main lines of an LCA methodology have been developed in the last years, with a central role for the SETAC (Society for Environmental Toxicology And Chemistry) in unifying terminology and the basic framework, as specified in the Code of Practice (SETAC, Sesimbra 1993). There remain many problems tobe solved if general use of LCA is to develop, see table 2.2 below. The LCA as has emerged is a mainly private affair for firms and consumers, with also some applications in public policy. The information as generated in LCA concems the factual effects, at two levels. First there
See for a survey: Guinée, J.B., H.A. Udo de Haes and G. Huppes (1993) ’Quantitative lire cycle assessment of products. Par~ 1: goal definition and inventory.’ in: Journal of Cleaner Production Vol 1 No 1, pp 3 13, Part 2: Classification, evaluation and improvement analysis.’ in: Journal of Cl~aner Producgon Vol I Nr 2, pp B1 91. See for example T. Sandler, Collectere action, theory and applications. Hai~ester Weatsheaf, New York.
Ecru-c--94-029
35
Integraal ketenbeheer van energie en materialen is the inventory analysis, stating the interferences caused by the processes in the chain, stated mainly as emissions to the environment and extractions from the environment. These next may be translated, in the classification and characterisation, into effects on environmental problems, based on models for these problem areas. These in principle are also empirical in nature, although their choice is based on normative points of view. Finally, there is a clearly normative part, the evaluation, in which effects on different problems, possibly diverging between altematives, are translated into one overall evaluation. If the LCA is to function as an authoritative method for the generation chain information, some authorities should give their stamp to ir. There now are many different authorities involved. A number of national governments have actively contributed to the development of LCA methods, especially those in Switzerland, Scandinavia, the b[etherlands and the US. The Japanese govemment now is engaged in what seems the largest LCA project ever. The European Commission, seve~al of it’s DGs, have become active in the field of LCA as welL At a supranationaI level the role o~: SETAC, a private organisation bas heen mentioned. ISO, also a mainly private organisation but with a public character, is starting to coordinate standardisation of LCA. Further the OECD and UNEP have made first steps in the field. It is clear that foran international chain analysis as LCA the authoritative establishment of an LCA method preferable takes place at an international level, with national support publicly stated. For the practical functioning o~: the LCA method in its several applications, some supporting tools are indispensabIe: databases and software. It seems that at least in a starting period, public provision would be very helpful for broad application. The advantages of a publicly supplied, authoritative, LCA method are based on the purely voluntary nature of its application. Peop[e adjust their behaviour as fat as they want to. The economic consequence of this behavioral adjustment is that the profit motive, also of others, is brought into p]ay. People prefer environmentally less harm~:ul products, other things being equal. Producers that don’t supply them will lose some market share, or they will have to lower their prices to keep it. Also, people prefer working in an ’environmentally ffiendly’ company, which gives such companies an edge in the labour marker. Firms thus will have a broad incentive to also base their decisions on products and processes on the environmental effects these decisions have. The combined effects of these environmental concems in decision making by consumers and producers is an extremely cost-effective contribution to improved environmental quality, without any loss of freedom.
36
ECN-C 94-029
Policy änstruments for chain management
[] Allocation with multiple processes:
........................................................
*Mu[ti input waste processing *Recycling [] Knowledge format [] Process nomenclature [] Pr duct/se~ice nomenclature [] Data availability [] Data quality [] So~ware
U Operationalisation of classifica~on factors per theme
~ Fu~her operationalisafion of normalisa~on, at d~erent geograpNcal levels
[] Operational set(s) of problem weights [] Relation of weights with sustainable development, irreversibilities, dsk aversion, [] Operational method for establishing reliability and validity of LCA-results
iii~i~i~~~iiii~iii~i~)~~~~~~~~~i~i~ii~~iii[~~ii~[~iii [3Subdivision of product)system into meanlngful parts
APPLICATIOr’tS * product design * product improvement * process design * process improvement *strategic business deve]opment * eco[abelling * pub[ic policy regarding products * public policy on processes * etc.
The disadvantages of the LCA instrument, in the sense of limitations, are directly related to its advantages. In situations where private benefits are given up for collective goods, the trade-off established is Iimited by the prisoner’s dilemma. For any individual it is hot rational to act ’the right way’ as bis personal contribution to environmental quality is infinitesimally small, while his personal sacrifice, even if small, is hot infinitesimally small. Only the conviction that other people will act similarly, and the personal, private, gratification of acting good from a collective point of view, can overcome
ECN C~-94-029
37
Integraal ketenbeheer van energie en materialen ...... the prisoner’s dilemma. Strong and repeated pub]ic statements can he]p in this internalisation process.
Combining LCA and SFA The working mechanisms of authoritative LCA anti financial instruments based on SFA overlap toa large extent. Behaviour influenced by a substance deposit is also influenced by LCA. As the corrective power of financial instruments is much stronger than that of cultural instruments, a íully developed system of deposits/taxes on all environmental problems would make LCA superfluous. Such a system does hot exist however and it is highly improbable that such a full system can ever be set up. So LCA bas an important role to play now and, even if financial instruments come to maturity, will remain useful as a supplementary tooI at least. There are some differences between the analytic parts of the instruments. SFA takes into account all flow in society, possibly for one geographical area only. sFA takes into account effects in the whole world. However, LCA limits the analysis to the product system and disregards flows outside the system that may however be influenced. SFA could always cover these indirect effects on materials anti energy flows. An example can make this more clear. In LCA, soit is supposed, Nicad batteries are worse environmentally speaking than all other types, as long as they are not collected and recycled. If they are collected and recycled for the full hundred percent, they will appear the environmentally best option in battery choice, so I presume, lntroducing a fool proof system for collection anti recycling thus seems a ve~y wise technical improvement, cording to this LCA type of analysis. The Substance Flow Analysis gives a different picture, however. The full cadmium analysis indicates that the inflow of cadmium, nearly exclusively as a byproduct of primary zinc production and as a contaminant in phosphorus ore, is highly inelastic. The diversion from its application in Nicad batteries through ’elosing the loop’ will thus induce other, in principle less collectible applications, lnstead of improving the situation by collection and recycling, the situation may easily worsen. The substance flow analysis indicates that collection of used Nicad batteries is very useful environmentally only if they then are not recycled but stored permanently, preferably in the geological substrate. The stored cadmium could, in the Iong run, be used again as an inflow for ’non-leaking’ applications. As to the strength of the working mechanism, it seems questionable if a cultural incentive through LCA will ever be strong enough for installing a fool proof battery collection system and also will be strong enough to counter the temptation of recycling, which becomes financially attractive after collection. The substance deposit could create incentives strong enough for both. It would require a deposit level in the order of 200 ECU per kilogramme. Not only would emissions of cadmium be reduced, also the costs of processing heavy metals contaminated waste streams would drop. In the Netherlands, the costs of hot further using cadmium and other heavy metals (through higher costs or lower quality of altematives) would be a fraction of the costs incurred in waste processing. In the Netherlands, e.g., sewer sludge that now has to be burned could instead be applied usefully in agriculture again.
38
ECN C--94-029
Policy instruments for chain management
Practical application of the instruments The authoritative LCA method seems very easy to implement. What is required is some research on methods, the support of the development of tools like software and basic tiara bases, and some basic decisions on problems and their relative importance. The applicability of the instrument is very broad, in any situation where a main function of a system (product or installation) can be specified more or less unequivocally. The activities in the implementation of the substance deposit are very similar to those of excises as on alcohol anti petrol. The costs of these activities become markedly lower if the deposit system is being instaIled at a higher administrative level. The applicability of the deposit instrument is limited to those situations where chain analysis is sensible, that is where there is a chain of some Iength. That is the case with all elements, like heavy metals, and with toost more stable hazardous substances. The administrative application becomes more easy if the inflow into the economy and the outflow out of it are in bulk flows mainly. This usually is the case at higher administrative levels.
2.4 Conclusions Chain management The Law of Problem Conservation can be broken out of through chain management with the authoritative LCA method and the Substance Deposit. Some problem shifting may still occur however. ¯ LCA does not catch problem shifting, through other products, to other Iocations. ¯ SFA does not catch problem shifting, through other substances, to other environmental problems. Research ¯ LCA needs further ctevelopment of methods and tools and some further public choices regarding problem themes and their importance. ¯ The substance deposit anti emission tax need research as to the substance domain of their applicability and their administrative applicability at different administrative levels and in different countries. ¯ For the assessment of their environmenta] and economic effects, broader modelling techniques are tobe developed, especially regarding induced technological developments.
Policy ¯ In the short run, within years, the authoritative LCA can be established. The substance flow analysis can now be applied at the level of technical measures but needs more research and political development before its broad application becomes possible. ¯ In the Iong run, financial instruments are the only chain management instruments that can induce large behavioral changes. Application requi-
ECN-C--94 029
39
Integraal ketenbeheer van energie en materia[en
res quite complicated and thus time consuming internationaI negotiations.
40
ECN C 94-029
3. HET MARKAL-ENERGIEMODEL MET MATERIALEN VOOR LANGE TERMIJN MILIEUBE:LEID D.J. Gielen en P.A. Okken
Samenvatting Het MARKAL energiemodel met materialen voor lange termijn milieubeleid1. Een bestaand techno-economisch model van het Nederlandse energiesysteem voor de periode 2000-2040 is uitgebreid met een beschrijving van het materialensysteem (materialen, produkten, afvalstromen). Met dit nieuwe integrale energie- en materialenmodeI zijn de mogelijkheden voor COz-reductie in het materialensysteem onderzocht [1]. Het blijkt dat COz-beleid gericht op materialenproduktie en afvalbeheer het meest effectief is. CO¢-reductie door materialensubstitutie is relevant voor de gebouwde omgeving, voor de transportsector en voor verpakkingen, maar lijkt niet kosten-effectief voor andere produkten. Uit de berekeningsresultaten blijkt dat de integratie van het materialensysteem tot een aanzienlijke daling van de CO2-reductiekosten leidt en dat CO2-beleid het Nederlandse materiaalen produktgeb~uik sterk kan beïnvloeden.
3.1 Inleiding Materiaalstromen en energiestromen handen nauw samen. O]ie dient als grondstof voor kunststoffen en smeero]ie, afval wordt verbrand om energie te winnen, hout kan gebruikt worden als energiedrager of bouwmateriaal etc.. Daarom ligt een integra]e benaderlng van de mi]ieueffecten van matedalen en energiedragers voor de hand. Deze is vanwege de complexiteit van het onderwerp tot nog toe echter achterwege gebleven. De huidige praktijk van integraal ketenbeheer heeft zekere beperkingen. Integraal ketenbeheer is veelal gebaseerd op statische analyses voor de huidige situatie. Zowel de milieugerichte Ievenscyclusana]yse (LCA) als de materiaalstroomanalyse houden in het algemeen geen rekening met toekomstige ontwikkelingen, terwijl deze de uitkomsten sterk kunnen beïnvloeden. Een ander knelpunt in LCA is de valuatie van milieueffecten. Het is bijvoorbeeld onduidelijk hoe emissies van broeikasgassen moeten worden afgewogen tegen emissies van verzurende stoffen. Kosten worden in LCA niet meegenomen, terwijl het relatieve belang van produktgerelateerde milieueffecten op een nationale schaal soms uit het oog verloren wordt. Zowel LCA als materiaalstroomanalyse zijn gebaseerd op gemiddelde ingrepen of effecten, terwijl marginale effecten hiervan sterk af kunnen wijken.
Dit onderzoek is uitgevoerd in het kader van het EMS project (Energie- en MatedaalgebruiksScenario’s ter beperking van emissies van CO2 en andere broeikasgassen), een studie in opdracht van het Ministerie van Economische Zaken en het Nationale Onderzoeksprogramma Mondiale Luchtverontreiniging en Klimaatverandering (NOP).
ECN-C--94 029
41
Integraal ketenbeheer van energie en materia]en In het energieonderzoek bestaat een lange traditie die gebaseerd is op integrale dynamisehe modellen van complexe nationale energiesystemen. Deze mode[len kunnen worden uitgebreid met materiaalstromen en produkten, waarbij bovengenoemde problemen van integraal ketenbeheer grotendeels kunnen worden vermeden.
3.2 Modellering Bij ECN-Beleidsstudies worden gedetailleerde dynamische lineaire programmeringsmodellen (LP-modellen) van het Nederlandse energiesysteem gebruikt voor energie- en milieubeleidsstudies. Zo wordt het MARKAL-model in internationaal verband toegepast in IEA/ETSAP (International Energy Agency/Energy Technology Systems Analysis Programme) [2]. Het Nederlandse MARKAL-model bevat ongeveer 500 energievraagen aanbodtechnieken, waarbij de nadruk ligt op de toekomstige ontwikkelingen (periode 2000-2040) [3]. De technieken worden gekarakteriseerd door technische en financiêle parameters en door milieuingrepen, bijvoorbeeld emissies. Dynamische nationale emissiedoelstelIingen worden exogeen aan het totale systeem opgelegd. Het model betekent de goedkoopste constellatie van vraag- en aanbodtechnieken die in de tijd aan deze doelstellingen (en eventueIe andere milieu-bounds) en tevens aan de exogeen gedefinieerde vraag naar energiediensten kan voldoen. Omdat het een integraal LP-model betreft komen de milieueffecten (i.c. emissies) automatisch tot uitdrukking in de (schaduw)prijzen (de zgn. ’dual solution’). Het model wordt gebruikt om richting te geven aan milieu- en energiebeleid. De resultaten geven inzicht in de interactie van technieken op een nationale schaal. Zo kunnen bijvoorbeeld de emissiereductie van CO2 en andere broeikasgassen [4] of karikaturaal verschillende teehnologische oplossingsrichtingen voor het energieprobleem [51 integraal beoordeeld worden.
3.3 De modelstructuur Voor de beschrijving van het materialensysteem is een modelstructuur gekozen met 7 types van technieken en 4 types materialen/produktstromen (figuur 3. ] ).
42
ECN-C 94-029
Het MARKAL-energiemodel .....
1 Primaire produldcie 2 Recycling Assemblage
4 Gebruik
Energy recovery
[ 5 Verwijdering & scheiding
Storten Figuur 3.1 Model voor het materialensysteem [t] Op grond van een gedetailleerde bottom-up analyse [6,7] is een indeling gemaakt in 29 materiaIen, 20 produktgroepen en 30 afvalmaterialen. 250 technieken in het materialensysteem zijn aan het energiemodel toegevoegd. Bijlage 1 geeft een overzicht van de materia]en en produkten. De produkten hebben een verschillende levensduur. Na afloop van de levensduur komen afva[materia[en vrij die gerecycled, verbrand of gesto~ kunnen worden. Alle processen in het materialensysteem ’van wieg tot graf’ zijn meegenomen in de analyse. Met het model kunnen opties onderzocht worden als: - materiaal- en energiesubstitutie; - reductie van materiaal- en energieverliezen; - alternatieve produkten/diensten; - cascading van afvalmaterialen; - kwaliteitsverbetering van afva]materialen. Alle materiaal- en produktopties en hun technisch-economische karakteristieken zijn beschreven in [8,9]. De invoergegevens zijn mede gebaseerd op onderbouwende studies van de Universiteiten van Groningen (IVEM) en Utrecht (NWS) []0,11].
3.4
CO2 en het
materialensysteem
De toename van het broeikaseffect die verwacht wordt ten gevo[ge van de stijgende concentraties van broeikasgassen maken een sterke reductie van de emissies wenselijk. Het belangrijkste broeikasgas is CO2. De huidige feitelijke Nederlandse CO2-emissie bedraagt omstreeks ]60 Mton per jaar [12]. Nederlands CO2-be[eid voor na 2000 is nog niet geformuleerd, maar een reductie met tientallen procenten lijkt wense]ijk. Deze emissiereductie raakt alle activiteiten die op het gebruik van aardgas, olie en kolen gebaseerd zijn. Het doe] van de EMS-studie is de identificatie van kosten-effectieve technische oplossingsrichtingen voor emissiereductie.
ECN C -94-029
43
..... Integraal ketenbeheer van energie en materialen ............................... Eerdere studies Iaten een duidelijk verband zien tussen CO2- en materialenproduktie. Nederland neemt internationaaI een bijzondere positie in met een groot netto exportoverschot van materia]en (figuur :3.2). Het Nederlands eindgebruik (materialen voor produkten die in Nederland gebruikt worden) is onder andere voor staal en synthetische organische materialen beduidend lager dan de produktie, terwijl bijvoorbeeld ook grote hoeveelheden schroot netto worden geëxporteerd. In deze studie zijn de grenzen van het materialensysteem gedefinieerd op basis van Nederlands eindgebruik, alle bijbehorende CO2-emissies zijn aan Nederland toegerekend. [Mt CO2/Jaar] [] Nederlandse produk~ie 9
[] Nederlands eindgebruik
8 7 6 5 4 3 2 0
Figuur 3.2 C0~-ernissie$ ten gevolge van de Nederlandse materialenproduktie en het Nederlandse eindgebruik van materialen (]988) [7] Studies met betrekking tot het materialensysteem hebben veelal betrekking op deelgebieden als afval [13] of de produktie van materialen [14]. Een integraIe dynamische energie- en materialenstudie is tot nog toe achterwege gebleven, hoewel bijvoorbeeId de specifieke CO2-emissie van het elektriciteitspark [kg CO2/GJ~~] vaak een bepalende rol speelt in de beoordeling van opties op deze terreinen. Voor alle processen in het materialensysteem is in deze studie aangenomen dat de energie geleverd wordt vanuit het Nederlandse energiesysteem, liet energiesysteem heeft betrekking op de energievraag en het energieaanbod binnen Nederland, de systeemgrenzen wijken dus af van die voor het materialensysteem. De kenmerken van dit energiesysteem zijn beschreven in [3].
3.5 Resultaten Hoe belangrijk is het totale materia]ensysteem voor de Nederlandse CO2-emissie? Figuur 3.3 toont de emissies vanuit het materialensysteem (M) en vanuit het energiesysteem (E) in de base-case (BC, de autonome ontwikkeling zonder reductiebeleid). De emissie uit het materialensysteem bedraagt ongeveer een derde van de emissie uit het energiesysteem. Alle
44
ECN C -94-029
Het MARKAL-energiemodel .... berekeningen hebben betrekking op het zgn. ’DZ-scenario’, een scenario met matige economische groei zonder kernenergie [3]. In de loop van de tijd neemt de emissie uit het materialensysteem af ten gevolge van dematerialisatie (bijv. afnemende vraag naar nieuwe gebouwen, kunstmest en smeermiddelen), autonome efficiency-verbeteringen en milieumaatregelen (aflopend gebruik van niet duurzaam tropisch hardhout). [Mton CO2/jaar] 250
Ma~erialensysteem (M) Energiesys[eem (E)
200
150
I00
50
2000
2010
2020 [iaar]
2030
2040
Figuur 3.3 Base-case C02-emissie uit het energiesysteem (E) en het rnaterialensysteem (M) (DZ) Dit resultaat is verrassend omdat in de meeste studies een sterk stijgende COs-emissie door de Nederlandse industrie wordt voorspeId. De verschillen zijn deels te verklaren op basis van de verschillende systeemgrenzen en impliciete positieve verwachtingen omtrent de ontwikkeling van de export van primaire materialen. Vervolgens zijn CO2-reductiedoelstellingen aan het geïntegreerde systeem (E+M) opgelegd. Er is uitgegaan van lineaire CO2-reductiepaden vanaf 2000 tot 2030, waarna stabilisatie optreedt tot 2040 (figuur 3.4). Reductiepercentages refereren aan de reductie in 2030 t.o.v, de base-case emissie uit het energiesysteem in 2000 (159 Mt CO2). Voor deze benadering is gekozen i.v.m, de vergeIijkbaarheid van de resultaten met voorgaande studies (zonder bijdrage van het materiaIensysteem) [3].
ECN-C 94-029
45
Integraal ketenbeheer van energie en materialen ..................... [Mton C02/iaar] 3OO
E + M base case E+M
E base case
25O
2OO
....~"-’~--~..~ ~
E + M -60% E -60%
150
le0 E -60% 5O
0
2000
2010
2020 [iaar]
2040
2030
Figuur 3.4 Reductiepaden voor CO2 voor het geïntegreerde energie- en materialensysteem (E+M), gebaseerd op de reductiepaden voor het energiesysteem (E) (DZ-ó0%) Hoeveel draagt het materia]ensysteem aan de totale CO2-reductie bij? Figuur 3.5 toont de invloed van de toevoeging van het materialensysteem op de marginaIe CO2-reductiekosten (de duurste ton CO2-reductie die wordt ingezet om aan de doelstelling te voldoen). De plek in 20~0 kan volledig vermeden worden door het materialensysteem in de optimalisatie te betrekken, op termijn dalen de marginale reductiekosten met f 50-f 100. [f(1990)/t C02] 600
E+M 5OO
400
300
2OO
le0
2000
2010
2020 [[aar]
2030
2040
Figuur 3.5 De marginale C02-reductiekosten voor E en E+M in de 60% reductiecase (DZ-ôO%) De kwantitatieve bijdrage van het materialensysteem (in Mt CO~) is niet eenduidig te betekenen door de sterke interactie tussen energietechnieken en materiaaltechnieken. Voor CO~-extensivering in de elektdciteitsproduktie
46
ECN C--94-029
Het MARKAL-energiemodel is toerekening aan het energie- of materiaIensysteem bijvoorbeeld arbitrair. Een analyse voor het jaar 2030 is weergegeven in tabei 3.1. Tabel 3.1 Allocatie van C02-red~ctie in het materialensysteem (DZ-60%, 2030 t.o.v, base-case) [Mton CO2] Energieopties voor materialen/produkten
9,8
Hernieuwbare biomassa voor feedstocks
2,7
Toename hout als constructiemateriaaI
1,3
Wijzigingen in afvalbeheer
2,6
Welke veranderingen treden in het materialensysteem op onder invloed van COl-reductie? Figuur 3.6 laat de invloed van CO2-reductie op de materialenconsumptie zien. Wijziging t.o.v, base-case [9/o]
60
~
Cement
[]
Staal
[]
Kunststof
[]
Papier
[]
Hout
[]
A[uminium
40 20 0 -20
2000
2010
2020 [iaa~
2030
2040
Figuur 3.6 Wijzigingen in de materialenconsumptie ten gevolge van COl-reductie (DZ-60%) Het gebruik van cement blijkt sterk af te nemen, terwijl het gebruik van hout en aluminium sterk toeneemt. Het gebruik van staal en kunststof blijft per saldo ongeveer gelijk. Deze wijzigingen worden veroorzaakt door materialensubstitutie in produkten. Tabel 3.2 geeft een overzicht van de belangrijkste veranderingen in 2030 ten opzichte van de base-case. Hierbij dient te worden bedacht dat de base-case in 2030 al beduidend afwijkt van de huidige situatie (aluminium vrachtwagens, voornamelijk meermalige verpakkingen).
ECN-C--94-029
47
Integraal ketenbeheer van energie en materia]en Tabel 3.2 Wijzigingen in 2030 ten gevolge van C02-reductie (DZ-60%) Baksteen/beton eengezinswoning Beton hoogbouw Staal autochassis Houten pallets
--> --~ ~ ~
Houtskelet eengezinswoning Staalconstructie hoogbouw Aluminium autochassis I~unststof pallets
Opvallend is dat de invloed van CO2-beleid op de produktprijzen klein is. Figuur 3.7 toont de invloed op een aantal belangrijke produktgroepen. In alle gevallen is de prijsstijging minder dan 10%. Voor materialen, afvalmaterialen en energiedragers is de invloed in het aIgemeen beduidend groter. Dit verschil wordt veroorzaakt doordat de produktprijs grotendeels bepaald wordt door kapitaal- en arbeidskosten. De sterke stijging van de materiaalen energiekosten werkt daarom slechts weinig door in de produktprijzen. Figuur 3.8 toont het grote verschil in de prijsstructuur voor een aantal produkten en energiedragers. Naarmate de materiaal- en energiekosten een groter deel uitmaken van de totale kosten neemt de prijsstijging ten gevolge van CO~-reductiebeleid toe. Relafieve prijsstijging [%] Appartement Eensgezinswoning Auto Machine
2
0
2000
2010
2020 [~aar]
2030
2040
Figuur 3.7 Toename van de schaduwprijs ten gevolge van C02-reductie (DZ-ôO%) [l]
48
ECN-C- 94-029
Het MARKAL-energiemodel Prijsstructuur [-] 1
[]
0,8,
CO2
[]
Energie & rnaterialen
[]
Arbeid & kapitaalgoederen
0,6
0,4
0,2
0
Eensgezinswoning
Auto
Elektrici[eit
Diesel
Figuur 3.8 Prijsopbouw voor produkten en energiedragers (DZ-60%) [1]
3.6 Personenauto’s De materia]en voor personenauto’s zijn regelmatig onderwerp van studie, onder andere omdat gewichtsreductie tot brandstofbesparing leidt. De hoeveelheden staal, aluminium en kunststof die in auto’s (kunnen) worden toegepast zijn aanzienlijk, de concurrentie is daarom hevig. Uit CO2-optiek zijn auto’s interessant omdat een trade-off optreedt tussen het energieverbruik voor de materialenproduktie, het brandstofverbruik en de keuze van het aandrijfsysteem. Een twaalftal motor- brandstofcombinaties waren reeds in het energiemode] opgenomen [3]. Daaraan is nu de optie voor een drietal types autochassis toegevoegd voor alle aandrijfsystemen: - een staa]chassis, - een aluminiumchassis, - een kunststofchassis. De typering verwijst naar het meest karakteristieke materiaal, alle drie types zijn uit meerdere materialen opgebouwd. Een gemiddelde auto is gemodelleerd, waarbij de aluminium en de kunststofvariant respectievelijk ]6 en 8% lichter zijn dan de staa]variant. Het aluminium en kunststofchassis zijn echter duurder dan het conventionele staa[chassis. Tabel 3.3 toont de belangrijkste karakteristieken van de drie opties. Tabel 3.3 Karakteristieken van de drie chassisvarianten []5]
Staalchassis A]uminiumchassis Kunststofchassis
ECN-C--94 029
Gewicht [kg]
Relatief brandstofverbruik
Prijs (BC) [f1990]
1053 904 973
] 0,92 0,96
17.500 20.500 20.500
49
Integraal ketenbeheer van energie en materialen Figuur 3.9 toont de chassiskeuze bij toenemende CO2-reductie; het staal-chassis wordt vervangen door het aluminiumchassis. Figuur 3.10 toont de daaruit volgende daling van de nuttige energievraag van het Nederlandse wagenpark (energie aan de wielen) van 55 naar 50,6 PJ. Tevens laat de figuur zien dat alternatieve aandrijfsystemen pas aantrekkeIijk blijken te zijn bij hoge reductiepercentages. Tot 80% CO2-reductie bestaat het wagenpark voor ongeveer de helft uit conventionele verbrandingsmotoren: benzine, diesel en LPG. De andere helft bestaat uit auto’s die op methanol rijden (uit kostenoptiek interessant) en uit auto’s met een stirling hybride motor (vanwege de lagere NOx-emissies). In vergelijking met de berekeningen voor alleen het energiesysteem [3] worden de alternatieve aandrij~:systemen pas bij hogere reductiepercentages gekozen. [miljoen auto’s] 10
0
BC
0
20
40 60 C02-reductie [%]
8O
[]
Kunststof chassis
[]
Aluminium chassis
[]
Staal chassis
85
Figuur 3.9 Keuze voor autochassis bij CO2-reductie (2030) [1] Nultige energie [P J] 60
50
40
[]
Waterstof Oflomotor
[]
E]ektrische stadsauto
[]
Methanol
[]
Stirling hybride
[]
Benzine, diesel, LPG
30
20
10
0
BC
0
20 40 60 CO2-reductie [%]
80
85
Figuur 3.10 Aandrijfsystemen voor personenauto’s bij" C02-reductie [1]
50
ECN C--94-029
Het MARKAL-energiemode] Tabel 3.4 toont het kostenvoordeel (na aankoop) van het aluminiumchassis boven het staalchassis voor de conventionele benzineauto. CO2-reductie blijkt slechts een deel van het kostenvoordeel te zijn, andere aspecten wegen zwaarder. Tabel 3.4 Analyse van de kostenvoordelen over de levenscyclus (IOjaar) van een aluminiumchassis t.o.v, een staalchassis BC
-60%
Brandstofbesparing Kleinere motor CO~-reductie NOx-reductie Extra waarde autowrak
1300 300 300 600
1300 300 500 300 800
Totaal
2500
3200
3.7 Kunststofafval Kunststofafval heeft een sterke symboolfunctie in de publieke milieu-opinie. Het Nederlandse beleid wordt vooral via convenanten geregeld (bijv. verpakkingen) en is gebaseerd op de ’Ladder van Lansink’: de wenselijkheid neemt uit milieuoptiek af van preventie, recycling, en verbranden naar storten. Recycling wordt echter bemoeilijkt door het grote aantal kunststoffen en additieven. De kwaliteit van het recyclingmateriaaI is daardoor vaak minder dan die van nieuw (’virgin’) materiaal. De kenmerken van de afvalstroom zijn voor een groot deel bepalend voor de bruikbare recycIingtechnieken. Sterk verontreinigde kunststof in huishoudelijk afval vergt een andere aanpak dan schoon procesafval. Kunststoffen hebben een aantal aspecten die belangrijk zijn uit CO2-optiek. Het eerste aspect is het energieverbruik voor de produktie van kunststoffen. Vervolgens wordt koolstof vastge]egd in de vorm van kunststof. Tenslotte kan bij de verbranding van kunststof energie teruggewonnen worden. Een zevental technieken voor kunststofafvalverwijdering zijn in het model opgenomen [8,16]: re-extrusie, selectief oplossen, pyrolyse, hydrogenering, waterstofproduktie, verbranding in AVI, storten. Van boven naar beneden nemen de kwaliteitseisen aan het kunststo~Nal steeds verder af. Er is echter ook sprake van ’downcycling’, omdat de waarde van de produkten van de technieken van boven naar beneden afneemt.
ECN-C- 94-029
51
Integraal ketenbeheer van energie en materialen Figuur 3.~ ~ toont de modeIstructuur die in deze studie gebruikt is. Er wordt een vijftal types kunststoffen onderscheiden (zie bijlage 1). Grondstoffenbeheer wordt integraal bekeken. Biopolymeren zijn als natuurlijk alternatief gemodelleerd. Voor de overige vier kunststofl:en zijn een drietal types feedstock gemodelleerd (olie, aardgas en methanol). Afhankelijk van de toepassing en de bewerking van het af.gedankte produkt (bijv. shredderen of demonteren) varieert de kwaliteit van het kunststofafval. Voor elke kunststof zijn een drietal afvalkwaliteiten onderscheiden: ~ schoon kunststofafval, - gemengd kunststofafval, - kunststofafval in gemengd afval.
Figuur 3.] ] Modelstructuur voor kunststoffen, i.c. polyolefines De cascade voor kunststofafval geeft de mogelijkheid betere kwaliteiten afval in een lagere kwaliteitskategorie in te zetten, andersom is echter slechts beperkt mogelijk. Hiervoor is een scheidings- en inzamelsysteem gemodelleerd waaraan extra kosten verbonden zijn. Met dit scheidingsproces wordt kunststof in gemengd afval tot gemengd kunststofafval opgewerkt. Een belangrijke variabele in het afvalbeheer zijn de storttarieven. De huidige tarieven (ar 150/t) zulIen stijgen; ook zijn er plannen om het storten van kunststofafval volledig te verbieden. Figuur 3.12 toont de resultaten voor kunststot:afvalverwijdering bij toenemende storttarieven en bij toenemende CO2-reductie. De kunststofconsumptie (en dus ook de totale hoeveelheid kunststofa~:val) blijkt weinig afhankelijk van het CO2-beleid. Ook een hoog storttarief heeft nauwelijks invloed op de kunststofconsumptie in de base-case. Wel vermindert het storten ten gunste van verbranden. Bij CO2-reductie en lage storttarieven vindt een verschuiving plaats van ver-
52
ECN-C 94 029
Het MARKAL-energiemodel
branden naar storten, terwijl bij hoge storttarieven vanaf 2025 voor pyrolyse gekozen wordt (waarbij minder COz vrijkomt). De late introductie van pyrolyse hangt samen met de levensduur van AVI’s (25 jaar); de bestaande verbrandingscapaciteit verhindert de introductie van pyrolyse. Selectief oplossen is reeds aantrekkelijk in de base-case. Hydrogenering en waterstofproduktie zijn geen van beide aantrekkelijk. Beide case-studies laten zien dat de integrale EMS-aanpak tot resultaten leidt die met traditionele methodes voor integraal ketenbeheer nauwelijks te berekenen zijn. Verschillende milieubeIeidsterreinen (CO2, verzuring, afval) blijken elkaar te bNnvloeden. Het kostenaspect is belangrijk voor de keuzes die uiteindelijk gemaakt zullen worden. Vaak is een gedetailleerd analyse nodig om enig inzicht te verwerven in complexe beleidsterreinen met betrekking tot materialen, produkten en afval. Dit inzicht kan met het g~~integreerde energie- en materialenmodel gegeven worden.
3.8 Conclusies Het geïntegreerde energie- en materialenmodel geeft inzicht in de interacties tussen energie-, materialen-, afval- en produktbeleid. Het energiesysteem en het materialensysteem blijken elkaar sterk te beïnvloeden. Het materialensysteem blijkt een belangrijke bijdrage te kunnen leveren aan CO2-beleid. CO2-reductie via produktbeleid is relevant voor de gebouwde omgeving, de transportsector en verpakkingen. Voor andere toepassingen lijkt matedalensubstitutie minder interessant. De grootste veranderingen t.g.v, materiaIensubstitutie treden op in het gebruik van cement, hout en aluminium. Ook treden grote wijzigingen op in de materialenproduktie en de afvalverwijdering. De EMS-aanpak biedt een aantal voordelen ten opzichte van de gangbare praktijk van integraal ketenbeheer. Problemen t.a.v. allocatie en valuatie van milieueffecten kunnen worden vermeden. De resultaten geven inzicht in de externe kosten van materialen en produkten en de (kosten-) effectiviteit van technische oplossingen voor milieuproblemen op een nationaal niveau. Internationaal grondstoffenbeheer, cascading van afvalstoffen en materialensubstitutie zijn onderwerpen die met deze aanpak kunnen worden onderzocht. Deze benadering kan daarom een integrerende functie vervullen voor andere ketenbeheerstudies.
ECN-C--94-029
53
uessOldO ]e!looleS ~ eS~íl°J/~ct ~ Dee!]
e!sm;xe-eN
uepue~q~eA ~ o
0
009
009
[~ee~uo~~]
000 ~-0g [ ~" O#Og-OOOg teUe~~ol8 %09- ZO
000 I-Og [ zr O#O~-O00g I.eUe~.Jol£ O8
uoD4]
Og I.-0£ I- ~" 0~’0~-000~ %09- ZO
[~ee[lUOD4]
Og I.-O~ì I- ~ O~Og-O00;~
O8
uo[e!~O;eLU ua a]l~~aua ue^ aooqoquo~,oN
’uo~N]
Het MARKAL.energiemodel ......... ~~
Referenties
[1]
D.J. Gielen, P.A. Okken: Optimisation of integrated energy and materials systems. ECN-C-94-010; ECN-C-94-011; ECN-C-94-012. Petten, juni 1994.
[2]
T. Kram: Boundaries for future carbon dioxide emission reduction in nine industrial countries (executive summary). ECN-C--94-025. Petten, 1994.
[3]P.A. Okken et. al.: Drastische C02-reductie. Hoe is het mogelijk. ECN-C-92-066. Petten, januari 1993. J.R. Ybema, P.A. Okken: Full fuel chains and the basket of greenhouse gases. ECN-C--93-050. Petten, december 1993. P.A. Okken et. al.: Kansrijke energietechnieken. Vier blauwdrukken voor een energiehuishouding met minlmale emissies op lange termijn. ECN-C--93-036. Petten, september 1993.
[6]
T.J. B]onk, R. van Duin: Matedaalverbruik in Nederland. Bureau B&G, Rotterdam, juli 1992. T.J. B]onk, R. van Duin, P.A. Okken: CO2- en materialen. ECN-I-91-058. Petten, december 1991.
[8]
D.J. Gie]en, P.A. Okken: Optimisation of integrated energy and materials systems. Compilation of materials pmcesses. ECN--C-94-011. Petten, juni 1994.
[9]
D.J. Gielen, P.A. Okken: Optirnisation of integrated energy and materials sys*~ems: Product chain characteristics. ECN-C--94-012. Petten, juni 1994.
[1o] H.A.J. Mu]der: Werkdocument metalen en verf. EMS no. 52. Groningen, IVEM, maart 1993.
Ill1 E. Worrell, J.G. de Beer: lndustrial process data descriptions. EMS no. 60. Utrecht, vakgroep NWS, maart 1993.
[121 P.A. Okken, D.J. Gielen, T. Kram: Correcting fossil fuel CO2 emiasion
statistics íor non-energy use, FGD and CO2 removal. ECN-RX--93-039. Petten, mei 1993.
[131 Ministerie van VROM: Reductie van de kooldioxide-uitstoot via het afualstof[enbeleid. Leidsehendam, oktober 1990. [141 C. Berger, A. Haurie, R. Loulou: Modeling energy/technology choices in the inOustry: the Markal approach. Ecole des Hautes Etudes Commerciales, Montreal, oktober 1987.
[15] D.J. Gielen, P.A. Okken, D. Gerbers: Optimalisering van materiaal- en energieverbruik. Case studie: een kostenoptimale dynarnische analyse van de leuenscyclus van personenauto’s in het Nederlandse energiesysteem onder C02-reduktiedoelstellingen. ECN-C--93-042. Petten, ECN, oktober 1993.
ECN-C 94-029
55
lntegraa] ketenbeheer van energie en materia]en ................. [16] D.J. Gielen, P.A. Okken: De invloed van kunststofrecycling op de Nederlandse C02-emissie. ECbl-C--93-051, september 1993.
56
ECN C--94-029
4. VERSPILLING EN VOORRAADBEHEER J.P.M. Ros
4.1 lnleiding Integraal ketenbeheer als algemene term verschi]t niet zo veel van de terra milieubeheer. Dat betekent, dat het ook even veelomvattend kan zijn en daarmee bijna ongrijpbaar. Het is natuurlijk mogelijk ketens voor een element, materiaal of produkt te onderscheiden en in beeld te brengen, maar zodra het op beheersmaatrege]en komt, treedt er ook be’invloeding van andere ketens op. Al die ketens zitten op de een of andere manier aan elkaar. We moeten er niet verstrikt in raken. Aan de andere kant is het bewust zijn van deze verwevenheid wel van belang ter voorkoming van te ver doorgevoerde versimpeling met conclusies zonder enige kanttekening over de mogelijke afwenteling op andere ketens. In de praktijk is het nodig vast te leggen, wat het is, dat de processen bindt tot een keren. Zoals al aangegeven, kan dat een element zijn, een materiaal, soms een grondstof of een produkt, soms zelfs een maatregel. Daarnaast is t~et van belang aan te geven, wat het doel is van integraal ketenbeheer, dat immers op zich vooral een middel is. De doelstellingen kunnen zijn gericht op minder lekken uit de keren in de vorm van emissies of afvalstoffen, het kan ook gaan om minder toevoer van grondstoffen naar de keren, één van de aspecten van voorraadbeheer. Dichten van lekken of reduceren van de toevoer, het lijkt hetzelfde. In de praktijk kunnen de accenten toch bij andere maatregelen komen te liggen. Voorraadbeheer speelt een belangrijke rol in het kader van het thema Verspilling. Dit is een tamelijk nieuw thema binnen het Nederlandse milieubeleid. Harde doelstellingen zijn er nog niet of nog niet bewust in het kader van dit thema geplaatst. Verspilling is wel een kreet, waar het publiek zich iets bij kan voorstellen. Het wordt snel met weggooien van spullen of het onnodig open laten staan van de kraan in verband gebracht. Het thema richt zich echter niet primair op de milieubelasting, die daarvan het gevolg kan zijn, maar op de verminderde beschikbaarheid van allerlei voorraden door verspillend handelen.
4.2 Samenhang tussen voorraden Een voorraad wordt als zodanig beschouwd, wanneer deze een functie vervult voor de mens. Er zijn allerlei indelingen van voorraden denkbaar. In de verkennende RIVM-studie [1] is onderscheid gemaakt tussen chemische elementen (incl. bulkmineraIen), energiedragers, mi[ieuvoorraden (water, bodem, lucht, maar ook ruimte) en biovoorraden (biomassa en biodiversiteit). Ook onderscheid tussen vemieuwbaar en niet-vemieuwbaar, uitputhaar en niet-uitputbaar is relevant. De mens gebruikt deze voorraden voor allerlei doeleinden (zie figuur 4.1).
ECN C -94-029
57
-
Integraal ketenbeheer van energie en materialen
AANTALMENSEN
Energie bodem water lucht
voorraden elementen en bulkrnater[alen
biologische voorraden biodivers[[eiten
stroming fossiel uranium biomassa
RUIMTE
Figuur 4. ] Relaties tussen de verschillende soorten van voorraden De mate waarin wordt bepaald door het aantal mensen, hun levensstijl en de technologie. Het aantal mensen is natuurlijk in de loop van de eeuwen sterk toegenomen. De oermens gebruikte bijvoorbeeld veel minder energie dan wijzelf door aanzienlijke veranderingen in de levensstijl en ook in de volgende eeuw zou er van een verdere toename sprake kunnen zijn. Dit vormt al de basis van het probleem. Er kunnen op dit moment ook op de diverse continenten aanzienlijke verschillen worden geconstateerd. Een kernprobleem bij de technologische kant van voorraadbeheer zit in het begrip afwenteling [2]. Het is vrijwel niet mogelijk om gebruik te maken van een voorraad voor een bepaalde functie zonder voor die benutting andere voorraden aan te spreken. Elementen kunnen niet uit ertsen worden gewonnen zonder energiedragers. Zonne-energie kan niet met fotovoltaïsche cellen worden omgezet in bruikbare elektriciteit zonder bepaalde elementen. Biomassa in de vorm van ]andbouwgewassen vraagt om ruimte en water. Deze afwenteling leidt tot de vele pij[en ~n figuur 4. ]. Verbetering van de technologie kan een belangrijke efficiëntieverbetering ofwel vermindering van de afwenteling met zich meebrengen, zowel in processen als in ketens. Dergelijke verbeteringen zijn ook bereikt, zoals de verminderde energievraag bij de winning van metalen uit ertsen en de hogere landbouwopbrengsten per hectare. Maar ook daaraan zit een grens. Uiteindelijk kan het feit, dat de kwaliteit van de beschikbare grondstoffen afneemt, gaan overheersen, waardoor de afwenteling alleen maar zal toenemen [],3]. Dit zien we gebeuren bij een grondstof als water, die oorspronkelijk zo uit het milieu geschept kon worden voor gebruik. Tegenwoordig is het water niet overal meer zo zuiver en is het bovendien vaak niet beschikbaar op de gewenste momenten en plaatsen. Er zijn dus steeds meer distributie- en opsIagsystemen en zuiveringsprocessen operationeel, de laatste jaren zelfs in toenemende mate voor ontzilting. Hiervoor zijn weer energie en materialen nodig.
58
ECN C 94-029
.
Verspilling en voorraadbeheer ....
4.3 Verkenningen rond het gebruik van voorraden Het is dus voor de toekomst onverstandig ervan uit te gaan, dat de afwente]ing door technologieverbetering alleen maar minder wordt. Het kan gelden in sommige, maar zeker niet alle gevallen. Om bij het voorbeeld van water te blijven, onder bepaalde veronderstellingen kan de afwenteling in de vorm van energiegebruik bij waterwinning in de volgende eeuw een factor 5 hoger liggen []]. De veronderste]]ingen zijn overigens niet meer dan extrapo]aties van herkenbare tendensen en pretenderen allerminst een voorspelling van de ontwikkeling te zijn, maar doen ten minste de vraag opkomen, wat er anders zou moeten en kunnen gaan. Dergelijke verkenningen zijn in dezelfde studie ook voor het gebruik van de bodem in de zin van ruimte of eigenlijk oppervlak gemaakt. Hierbij wordt de maximale beschikbare ruimte op aarde al overschreden. Dit geeft uiteraard aan, dat het geen realistische scenario’s zijn. Zo zijn ze dan ook niet bedoeld. Ze geven weI te denken, onder meer over de mate, waarin de gehanteerde veronderstellingen in een andere richting be’invIoedbaar zijn. Hetzelfde geldt voor andere scenariostudies, die betrekking hebben op landgebruik. Iets dergelijks kan worden gedaan voor een verkenning van het gebruik van specifieke elementen in fotovoltaïsche cellen in het geval van grootschalig gebruik van deze technologie in de toekomst. Niet alle elementen, die momenteel in onderzoek in dergelijke systemen worden opgenomen, zullen vanzelfsprekend in voldoende mate beschikbaar zijn op termijn bij grootschalige toepassing. Dergelijke inzichten kunnen sturend zijn voor het onderzoek. Het is ook mogelijk de keten voor één element te schetsen en na te gaan, in hoeverre er techno]ogische opties bestaan om de invoer van dat element te beperken. Een voorbeelduitwerking hiervan is gemaakt voor zink [4]. Hierin is de zinkketen voor een basisjaar, in dit geval 1990, ingevuld met relatieve waarden t.o.v, de hoeveelheid, die in NederIand industrieel is verwerkt in 1990. Daarvan behoe~:de in 1990 slechts (of nog altijd!) 65% via erts in de keren te worden gebracht. Allerlei technische opties voor beperking van verliezen uit de keren zijn geïnventariseerd. Zuivering en preventie binnen industriële processen was relatief onbelangrijk vanuit het oogpunt van voorraadbeheer. Produktverbetering, substitutie en hergebruik van reststoffen elders in de keren zetten meer zoden aan de dijk, de typische ketenbeheersmaatregelen dus. Daarmee zou de invoer met erts in de keren teruggebracht kunnen worden tot minimaal 2]% (in een situatie zonder verdere economische groei). Hierbij dient echter de worden bedacht, dat de afwenteling niet in beeld is gebracht. Deze dient wel degelijk te worden meegewogen bij eventuele beslissingen voor beheersmaatregelen en daarmee vallen in de praktijk diverse in de berekening meegenomen opties weg. Onvermijdelijk is op termijn een overgang van uitputbare voorraden op niet-uitputbare voorraden. De inzichten over de termijn waarop zo’n overgang noodzakelijk is, kunnen verschillen zoals in het geval van de fossiele brandstoffen, maar duidelijk is wel dat zo’n overgang niet van de ene op de andere dag zal gaan. Ook daarvoor dient een lange weg te worden afgelegd, waarbij het van belang is, dat niet te laat wordt gestart of te langzaam wordt gelopen.
ECN-C 94-029
59
Integraal ketenbeheer van energie en materialen ..........
4.4 Verspillingsindicatoren Het is duidelijk, dat het thema Verspilling in relatie kan worden gebracht met het omgaan met voorraden. Maar daarmee is de ernst van de situatie in dit thema nog niet helder in beeld gebracht, zoals dit met behulp van thema-indicatoren voor andere milieuthema’s wel is gedaan. Afgezien van het feit, dat er ook rond de invulling van andere thema-indicatoren nog vele wetenschappelijke discussies gaande zijn, is men daarbij een stap verder. Naarmate het effect, dat met een thema wordt beschreven duidelijker is, wordt de invulling van een indicator gemakkelijker. In de Nationale Milieuverkenning 3 [5] is om pragmatische redenen van beschikbaarheid een figuur gepresenteerd, waarin de afvalproduktie en het energieverbruik voor Nederland worden weergegeven en in verband gebracht met het BNP, maar het is maar de vraag of hiermee de kern van het probleem voldoende wordt geraakt. Zoals hiervoor beschreven is het voor voorraden door de grote samenhang lastig om één effect te kiezen zoals gewenst zou zijn. Het selecteren van een sleutelvoorraad past in dit streven. Hoewel dus bij elke sIeutelvoorraad direct kanttekeningen kunnen worden geplaatst, worden energiedragers, ruimte en biodiversiteit toch als zodanig naar voren geschoven. Het zijn er weliswaar drie, maar daarmee wordt het thema al een stuk overzichtelijker. De keuze is om meerdere redenen begrijpelijk. Biodiversiteit lijkt als voorraad het meest onder druk te staan. Nog los van de intrinsieke waarde, die aan organismen kan worden gehecht, kunnen er functies aan worden toegekend, zoals produktie van geneesmiddelen, recreatie, beschikbaarheid van diverse genen voor bijvoorbeeld resistente gewassen, biologische bestrijding van plagen en vooral regulering van het systeem aarde. Onduidelijk is echter hoeveel biodiversiteit er nodig is voor deze functies. Dat maakt het beheer van deze voorraad niet gemakkelijk. Daarom verdient deze voorraad bijzondere aandacht. Energiedragers en ruimte blijken telkens weer op te duiken in de afwentelingsmechanismen en zijn daarom nuttige sIeutelvoorraden. Bovendien speelt bij energiedragers de belangrijke overgang van fossiele brandstofl:en naar duurzame energiedragers een grote rol. Energie kan een goede maar zijn voor allerlei materialen. Immers, alle eIementen zijn en blijven in voldoende mate aanwezig en kunnen altijd weer in eIke gewenste vorm worden gebracht, als er voldoende energie in wordt gestopt. Ruimte heeft een belangrijke relatie met biovoorraden, zowel de biomassa als de biodiversiteit. Het belang van biomassa zit uiteraard in voedseI en hout, maar mogeIijk in de toekomst in toenemende mate in andere biomaterialen en in een andere vorm aIs energiedrager. Daarnaast heeft de mens leefruimte nodig. Het thema Verspilling staat dicht bij consumptie. Het is niet voor niets een bekend begrip bij de mensen. Een indicator zou dan ook het gebruik van voorraden in relatie tot de consumptie in beeld moeten brengen en daarmee vooral een weerslag zijn van de levensstijl van de mensen met inbegrip van hun keuze voor allerlei produkten en het omgaan met die produkten. Dat kan worden uitgewerkt voor de sleutelvoorraad energie voor Nederland en uiteindelijk per individu worden vergeleken met andere landen. Hierin wordt meegenomen naast het directe energieverbruik de energie-inhoud van materialen, die uit de keren verdwijnen. Figuur 4.2 geeft een
60
ECN-C 94-029
Verspilling en voorraadbeheer schematisch voorbeeld van de uitwerking hiervan met daarin aangegeven de invoer en zelfs de produktie van energie in deze keren. Materiaalstromen worden vertaald in energietermen met behulp van (vastgestelde) energie-inhouden per eenheid materiaal.
-- grondstoffeeI
[ kärpb[te~á,
Energie PJ
transport 1 Energie PJ
Ibewerking ~~[secundaire J ~ produktie
PJ elel¢triciteit
verbranden stort
Energie PJ
~ hergebruik
hergebruik
Energie PJ
Figuur 4.2 Energie-inhoud voor een consumptieproces Een tweede type indicator is relevant voor energiedragers. Deze is ook gegeven in de Milieuverkenning 3 en behelst de verhouding tussen energie uit fossiele brandstoffen en uit duurzame bronnen zoals die in Nederland wordt geproduceerd. Beide voorbeelden zijn mogelijkheden voor indicatoten voor het thema Verspilling, waarvan de exacte berekeningswijzen nog moeten worden vastgesteld.
ECN-C--94 029
6]
Integraal ketenbeheer van energie en materialen
Referenties [1] J.A. Annema, P.W.M. van den Hoek en J.P.M. Ros: De aarde als onze provisiekast, RIVM-rapport nummer 772416001, 1993. [2] J.A. Annema, P.W.M. van den Hoek en J.P.M. Ros: Afwenteling sleutelbegrip bij voorraadproblematiek Milieu, Tijdschrift voor Milieukunde, 8 (6) pp 247-251, 1993. [3] H.C. Moll, J.A. Annema: Strategies for a sustainable management of non-renewable resources In: Proceedings of International Expert Meeting on sustainable management and use of natural resources, RMNO Rijswijk, 1993. [4] J.A. Annema, J.P.M. Ros, J. Verburgh, K. Huizinga: De mogelijkheden en onrnogelijkheden van ketenbeheer zink RIVM-rapport nummer 736301013, 1991. [5] RIVM, Nationale Milieuverkenning 3, Samson H.D. Tjeenk Willink bv, 1993.
62
ECN-C- 94-029
5. ENERGIE-, MILIEU- EN MATERIALENANALYSE VAN ENERGIESYSTEMEN E. Nieuwlaar
Samenvatting De LCA-methode is uitgewerkt voor toepassing op energietechnieken (LCA-ET). Het accent ligt bij deze uitwerking op het verkrijgen van resultaten die bruikbaar zijn voor de R&D van energiesystemen. Een eerste versie van het resulterende onderzoeksprotocol is toegepast op een viertal energietechnieken (gasmotor, warmtepomp, fotovoltaïsche zonnecellen en kolenvergassing). Op grond van de verkregen inzichten wordt een verbeterde versie van het onderzoeksprotocol gemaakt. Voor de verdere verankering van LCA in het energieonderzoek is het onder meer van belang om aandacht te besteden aan de integratie van de onderzochte energietechnieken in bestaande en toekomstige energievoorzieningssystemen.
5.1 Inleiding Ter ondersteuning van de onderzoeks- en ontwikke]ingsprogramma’s van de Nederlandse Organisatie voor Energie en Milieu (Novem) wordt het zogenaamde SYRENE onderzoekprogramma uitgevoerd. SYRENE staat voor ’SYstems integration of Renewable and End use energy technologies in the NEtherlands’ en kenmerkt zich onder meer door aandacht voor energievoorziening en -gebruik op de langere termijn. Een van de hoofdlijnen van dit onderzoekprogramma betreft de energie-, milieu- en materialenanalyse van energiesystemen. Hiermee wordt bedoeld een meer gedetailleerde analyse van afzonderlijke energietechnieken dan met nationale energiemodellen zoals MARKAL mogelijk is. Bewust is in het in ]992 gestarte onderzoek gekozen voor aansluiting op de LCA-methodiekontwikkeling, in het bijzonder de Nederlandse (Heijungs et al., ]992). In de uitwerking van de LCA-methodiek voor energietechnieken (LCA-ET) is in het bijzonder gelet op de wijze waarop voor het energieonderzoek bruikbare resultaten kunnen worden verkregen. We hebben dit operationeIer gemaakt door in de LCA-ET studies te zoeken naar knelpunten en mogelijkheden die uit milieu-oogpunt voor de techniek van belang zijn. Economische aspecten worden buiten beschouwing gelaten. Het vermoeden bestond dat de LCA-onderdelen inventarisatie en verbeteranalyse een belangrijk onderdeel zouden vormen bij een dergelijke speurtocht. Het uit milieuoogpunt vergelijken van ongelijksoortige energietechnieken is in het onderzoek vermeden. In het onderzoek is eerst een voorlopige versie voor het onderzoeksprotocol van de LCA van energietechnieken ontwikkeld (Van Engelenburg en Nieuw]aar, ]993) waarna een aantal case-studies zijn uitgevoerd. De case studies betreffen warmte!kracht-koppe[ing d.m.v, gasmotoren (Van Brum-
ECN-C--94 029
63
Integraal ketenbeheer van energie en materialen melen en Nieuwlaar, 1994a), elektriciteitsopwekking via steenkoolvergassing (Smit en Nieuwlaar, 1994), gasmotor gedreven warmtepompen (Eggels en Van der Stoel, ~1994) en dakg~integreerde zonnecelsystemen (Van Brummelen en Nieuwlaar, 1994b). De ervaringen die met deze studies zijn opgedaan worden momenteel verwerkt in een nieuwe versie van het onderzoeksprotocol (Van Brummelen, Van Engelenburg en Nieuwlaar, 1994). Aanvullend op dit onderzoek is een inventarisatie gemaakt van de gebruiksmogelijkheden van LCA bij het integreren van nieuwe of verbeterde technieken in de energievoorziening (NieuwIaar, 1994). In de volgende paragrafen zal ik een beknopte samenvatting geven van de resultaten en conclusies uit voornoemde rapporten. Daarbij zal ik ook ingaan op de lessen die wij in de afgelopen twee jaar hebben geleerd.
5.2 LCA-ET: Milieugerichte levenscyclusanalyse van energietechnieken LCA kan op verschillende niveaus worden uitgevoerd op de energievoorziening. Men kan (i) afzonderlijke energietechnieken onderzoeken, (ij) energietechnieken vergelijken en (iii) de verzameling van technieken zoals die functioneren in een energie(voorzienings)systeem bestuderen. Gaande van (i) naar (iii) zal de benodigde informatie toenemen en wordt de analyse complexer. Om een voorbeeld te geven: de vergelijking van elektriciteit uit windturbines met elektriciteit uit een gasgestookte elektriciteitscentrale kan beslist niet op basis van geleverde kilowatturen. De problemen beginnen hier al bij de definitie van de functionele eenheid. Daarnaast zal men bij ongelijksoortige energietechnieken ook grote verschillen vinden in de aard van de milieuingrepen en -effecten. De winst van het huidige LCA-instrumentarium is echter wel dat men de verschillende milieuingrepen nu goed kan kwantificeren. Anderzijds zijn nog belangrijke vorderingen nodig op het gebied van de vertaling naar mifieueffecten en de waardering daarvan (impact assessment). In dit onderzoek hebben we ons beperkt tot het onderzoek van afzonderlijke energietechnieken (niveau i). De (relevante) milieuingrepen worden daarbij in kaart gebracht en potentiële knelpunten respectievelijk verbetermogefijkheden nader onderzocht. ’De beste LCA is een complete LCA’. In principe wordt met een LCA beoogd om van zo compleet mogelijke procesbomen alle mogelijke milieueffecten in beeld te brengen en het liefst volledig te kwantificeren. Om verschillende redenen, waarvan het beschikbare onderzoeksbudget niet het minst belangrijk is, kan het zinvol zijn om toch prioriteiten te stellen in de uitvoering van het onderzoek. Aanvankelijk meenden we dat classificatie geen essentieel onderdeel hoefde te vormen en dat deze optioneel kon zijn. We zijn hierop inmiddels teruggekomen omdat via classificatie en de inmiddels aan de LCA-methodiek toegevoegde normalisatiestap het mogelijk is om, indicatief, zwaartepunten aan te wijzen in het milieuprofiel. Wil men echter niet alle milieuthema’s
64
ECN-C--94 029
Energie-, milieu- en materialenanalyse even uitvoerig behandelen dan is het raadzaam om in ieder geval een beperkte lijst van milieuthema’s in de LCA-ET mee te nemen en wel: ¯ (cumulatief) energiegebruik ¯ uitputting van niet-energetische grondstoft:en ¯ global warming ¯ verzuring ¯ vast afval (evt. onder te verdelen in enkele hoofdcategorieën). Afgezien van uitputting voorzover het fossiele energiedragers betreft wordt energiegebruik normaliter niet tot de milieuthema’s gerekend. Toch nemen we het cumulatief energiegebruik apart mee, enerzijds als uitsplitsing van het uitputtingsonderwerp, anderzijds om aansluiting te zoeken bij de al langer in de energiewere]d bekende energie-analyse. Niet-energetische grondstoffen zijn niet alleen van belang vanwege het uitputtingsthema maar eveneens in verband met de materiaalintensiteit van energieconversieprocessen. Global warming en verzuring zijn twee van de beIangrijkste milieuthema’s waarvan de relatie met de energievoorziening al langere tijd wordt onderkend. Vast afval is een verhaal apart. Het is geen milieu-effect op zich maar moet gezien worden als een indicator voor milieuingrepen/effecten die in de afvalfase kunnen optreden. Het werken met deze beperkte lijst moet niet gezien worden als vrijbrief om overige milieueffecten zoals fotochemische ozonvorming t.g.v, koolwaterstofemissies, a~raak van de ozonlaag door CFK’s, humane en ecotoxische effecten etc. buiten beschouwing te laten. Gebrekkige en onzekere informatie maakt het echter veelal moeilijk en moeizaam om in dezelfde mate van compleetheid resultaten te verkrijgen. Om niet in het ongewisse te blijven aangaande de overige milieuingrepen, wordt in een van de eerste stappen van het protocol (doelbepaling en scope) voorzien in de selectie van milieuingrepen en efl:ectcategorieën die naast de minimumli]st zullen worden meegenomen. De keuze daarvan kan worden onderbouwd door een screening uit te voeren met behulp van generieke data.
:.5.3 De case studies In deze workshopbijdrage kan niet volledig recht gedaan worden aan de vier uitgevoerde case-studies. Per case-studie zal daarom volstaan worden met een korte omschrijving en een enkel (concept) resultaat. Ook zal ik enkele ervaringen op methodisch gebied aanstippen.
5.3.1 Korte omschrijving cases De gasmotor voor de kleinschalige warmte!kracht-markt is onderzocht. Er is uitgegaan van de gasmotoren die staan opgesteld bij de Universiteit Utrecht op de Uithof. Deze gasmotoren kenmerken zich echter door een grote omvang en een hoge bedrijfstijd i.v.m, de aanwezigheid van ondergrondse warmte-opslag. Om te komen tot meer representatieve resultaten, is een case afgeleid met een kleinere gasmotor en een representatieve bedrijfstijd (500 kW~, 4500 h/j). Als functioneIe eenheid is gekozen de output van elektriciteit en warmte gedurende een jaar (2,25 GWh~, 1 ~ TJ~).
ECN-C--94-029
65
.
Integraal ketenbeheer van energie en materialen ..... In de zonnecellenstudie is gekeken naar elektriciteitsopwekking met behulp van amorf silicium cellen in dakgeïntegreerde zonnecelsystemen. Er zijn twee cases onderzocht die een verschil in stand der techniek weergeven. De belangrijkste verschillen betreffen het celrendement en de wijze van dakintegratie. Het eerste systeem betre~~ zonnecellen met een rendement van 10% en waarbij dakintegratie plaatsvindt m.b.v, aluminium frames. Het tweede systeem heeft een hoger ce]rendement (15%) en dakintegratie vindt hier plaats d.m.v, plastic dakpannen. Als functionele eenheid is gekozen voor ]000 kWh geproduceerde elektrici~eit. In de KV-STEG (kolenvergassing + elektriciteitsopwekking m.b.v, stoom- en gasturbine) studie is een van de modernste technieken voor e[ektriciteitsopwekking m.b.v, steenkool onderzocht. We hebben ons gebaseerd op het Shel]-proces dat momenteel in het demonstratieproject te Buggenum wordt uitgevoerd, zij het dat de gegevens geschaald zijn naar een commerciële installatie van 600 MW« De functionele eenheid is de netto produktie van 1 gigawattjaar (~ 31,5 PJ elektrische energie). Vergeleken met de gasmotorstudie is hier uitgebreider aandacht besteed aan (verschil]en in) de brandstofroute (winning, transport en opslag van steenkool). In de warrntepornpstudie, uitgevoerd door IMET-TNO, is een door een gasmotor aangedreven compressie warmtepomp (GCWP) onderzocht. De functie van deze warmtepomp is enerzijds het verwarmen van een kantoorgebouw. Anderzijds levert de GCWP een bijdrage aan de koeling van computerruimtes. De functionele eenheid is hier verwarming van het kantoorgebouw (473 kW gedurende 1500 uur!jaar) en een bijdrage aan de koeling (225 kW, gedurende 3000 uur/jaar).
5.3.2 Enkele voorlopige resultaten Een handzame wijze om de resultaten van een LCA te presenteren is de uitkomst van de normalisatiestap. De scores op de verschillende milieuthema’s (het milieuprofieI) worden daarmee op beperkte wijze onderling vergelijkbaar gemaakt. Daartoe worden de resultaten in de vorm van het milieuprofiel vergeleken met het milieuprofiel van alle antropogene activiteiten in Nederland1. De berekening gaat als volgt: deel voor ieder milieuthema de score van de onderzochte techniek door de score op hetzelfde thema t.g.v, alle antropogene activiteiten in Nederland. Voor de inzichtelijkheid kunnen de verkregen resultaten vermenigvuldigd worden met een getal zodanig dat de uitkomst voor energie gelijk is aan één. Men kan ook een andere wijze gebruiken om de verschillen tussen de milieuthema’s beter tot uitdrukking te brengen, bijvoorbeeld een puntenschaal. Tabel 5.1 laat voor de vier case studies de uitkomsten zien, waarbij voor de warmtepompstudie gewerkt is met plustekens. De resultaten zeggen niet iets over de emst van de afzonderlijke milieuthema’s maar wel over de vraag of de techniek aan de verschillende milieuthema’s verhoudingsgewijs veel of weinig bijdraagt. Hoge resultaten (hoger getal of meer plussen) verdienen dan meer aandacht in de verbeteranalyse dan lagere.
In een vergelijkende analyse kan in plaats van het Nederlandse milieuprofiel gekozen worden voor het profi!l van een referentietechniek.
66
ECN C 94 029
Energie-, milieu- en materialenana]yse : ....... Tabel 5.1 Resultaten (in concept) van de normalisatiestap in de case studies (nb = niet berekend) (alleen de kolommen hebben in deze tabel betekenis (zie tekst))
Thema
Gasmotor
PV (case 1 )
KV-STEG
Gasmotorwarmtepomp
Energie Uitputting GlobaI warming Verzuring Vast aft, al Fotochemische oxydantvorming
~ ,0 0,00077 1,13 0,42 0,0045
~ ,0 0,32 1,2 1,2 0,89
1,0 0,00004 1,6 0,5 4,8
+++ + +++ ++ ++/+++
6,0
nb
nb
++
Uit deze tabel kan worden afgeleid dat uitputting alleen bij de zonnecelsystemen een (beperkte) rol speelt. Het betreft hier voornamelijk zink dat voor de afdichting van het dak wordt gebruikt. In de tweede (verbeterings-) case is dit zink niet nodig en daalt de uitputtingsbijdrage aanzienlijk hetgeen in tabel 5.2 is te zien. Tabel 5.2 laat ook zien dat aanmerkelijke verbeteringen van het gehele milieuprofiel van dakgeïntegreerde fotovoltaïsche zonnecelsystemen mogelijk zijn door een combinatie van verbeteringen gaande van case ] naar case 2 (verbetering zonnecelrendement, ontwerp van zonnecelmodules, wijze van dakintegratie en keuze van materialen). Tabel 5.2 Normalisatie van de cases in de PV-studie (concept) Thema
Case ~
Case 2
Case 21
Energie Uitputting Global warming Verzuring Vast afval
1,0 0,32 1,2 1,2 0,89
1,0 0,017 0,95 1,2 0,25
0,36 0,0061 0,34 0,43 0,09
~ In de derde kolom is case 2 gerelateerd aan case 1 door als vermenigvuldigingsfactor te kiezen: energie (Nederland)/energie (case 1).
De ontwikkelingen op het gebied van verbetering van milieuprestaties bij gasmotoren in Nederland zijn momenteel vooral gericht op het terugdringen van NOx-emissies door het verbeteren van het motormanagementsysteem bij lean-burn gasmotoren. Bekend was dat dit in bepaalde gevallen leidt tot toename van CO- en CxHy-emissies. Onder de aannames gemaakt in het onderzoek, blijkt de toename van koolwaterstofemissies (20% bij een halvering van de NO×~emissie), bijdragend aan de score voor fotochemische oxydantvorming, in het genormeerde milieuprofiel van vergelijkbare betekenis te zijn aIs de afname bij het verzuringsonderwerp. Dit kan betekenen dat overwogen moet worden om naast lean-burn motoren, ook stoichiometrische motoren met katalysatortechnologie aandacht te geven.
ECN C--94-029
67
Integraal ketenbeheer van energie en materialen
9080-
40-
3020-
Energy
Environmental issue ~[~ Building Coalmining plant ~ ~~] Foreigntranspert Electrlcity prod.~[~Inl. Dex.onlmissioning trsp&~torage 1
Figuur 5.1 Verdeling van de geclassitìceerde milieu-ingrepen over de onderdelen van de levensloop van elektriciteitspmduktie d.m.v. een 600 MW~ KV-STEG centrale De genormaliseerde score voor ’vast afval’ in de KV-STEG studie wordt vrijwel geheel veroorzaakt door buitenlandse steenkoolmijnen (figuur 5.1). Omdat het nederlandse milieuprofiel dat bij de normalisatie gebruikt is niet voorziet in buitenlandse milieuingrepen moet dit resultaat met enige voorzichtigheid behandeld worden. Hetzelfde geldt voor het verzuringsthema. Doordat in aanzienlijke mate zwavelverwijdering plaatsvindt in de KV-STEG centrale, worden de resterende emissies van verzurende stoffen vrijwel gelijkelijk bepaald door het ontstaan van NOx in de gasturbine en door verzurende emissies tijdens het steenkooltransport (figuur 5.1 ). In de warmtepompstudie is een groter aantal milieuaspecten meegenomen in het mi]ieuprofiel. Tabel 5.3 geeft een completer weergave van de resultaten van de normalisatiestap. De gebruiksfase, en daarbinnen de gasmotor blijkt voor de meeste milieuaspecten het belangrijkst te zijn. Voor het aspect ’ozone depletion’ is de emissie van HCFC-22 in de gebruiksfase bepalend. Vervanging door HFC-134a biedt hier uitkomst, zij het dat door het grotere specifieke volume de capaciteit van het bestaande systeem zal afnemen.
68
ECN-C--94-
Energie-, milieu- en materialenana]yse Tabel 5.3 Vergelijking van het belang van de afzonderlijke milieu-aspecten bij" de GCWP Milieuaspect
Relatief belang1 totaalscoreGCWP
Material depletion Energy depletion Global warming Ozone depletion Human toxicity Aquatic ecotoxicity Terrest. ecotoxicity Pot. ozone creation Acidification Nutrification Common waste Toxic waste Special toxic waste
Bijdrage aan totaalscore GCWP van onderdelen van de gebruikst:ase
+ +++ +++ ++ ++ (0) (0) ++ ++ ++ (+++) (++) (++)
Gasmotor
Elektrisch
Overig (o.a. HCFC-22) [%]
I%]
[%]
0 85 80 0 74 28 0 95 73 87 2 63 3
0
0
14 0 18 26 0 2 18 12 45 23 94
5 99 0 24 0 0 0 0 3 0
Deze indicatie toont het relatief belang van de afzonderlijke mJlieuaspecten in het milieuprofiel van de QCWP, 0 onbelangrijk bijdrage GCWP aan dit aspect is ca. fac[or 100 kleiner dan bij belangrijk milieuaspect + weinig belangrijk bijdrage GCWP aan aspect is ca. factor 20 kleiner dan bij belangrijk rnilieuaspect ++ beperk~ belangrijk bijdrage GCWP aan aspect is ca. factor 5 kleiner dan bij belangrijk milieuaspect ÷++ belangrijk De indicafies tussen 0 geplaatst geven aan dat dienaangaande onzekerheid bestaat, o.a. vanwege ontbrekende gegevens of vanwege gemaakte extrapolaties. Bron: Eggels en Van der Stoe] (1994)
5.4 Systeemintegratie Een belangrijk onderwerp bij de integratie van nieuwe of verbeterde technieken in de energievoorziening is de wijze waarop de techniek is gekoppeld aan grotere energievoorzieningssystemen, in het bijzonder de elektriciteitsvoorziening. De prestaties van de technologie uit oogpunt van energie en milieu maar ook de prestaties van bijvoorbeeld de eIektriciteitsvoorziening kunnen in belangrijke mate worden beïnvloed. Grootschalige introductie van warmtepompen en fotovoltaïsche zonnecellen bijvoorbeeld kunnen niet worden bestudeerd onder de aanname dat er niets verandert in de elektriciteitsvoorziening. Zulke veranderingen zullen moeten worden onderzocht om tot gegronde conclusies te kunnen komen. Tabel 5.4 laat een en ander zien aan de hand van het voorbeeld van de elektrische warmtepomp. Rekent men met emissies van het gemiddelde Nederlandse elektriciteitspark dan komt men veel hoger uit dan wanneer men ervan uitgaat dat de elektriciteit voor de warmtepompen wordt opgewekt in gasgestookte elektriciteitscentrales. Dit laatste lijkt aannemelijk als men er van uitgaat dat de warmtepompen vooral overdag draaien waarvoor elektriciteit uit de middenlast centrales noodzakelijk is. In Nederland zijn dat hoofdzakelijk gasgestookte elektriciteitscentrales.
ECN C -94-029
69
IntegraaI ketenbeheer van energie en materia[en ................................................. Tabel 5.4 Cumulatleve emissies t.g.v, elektrioiteitsgebruik van een elektrische warmtepomp voor verwarming in huishoudens (I5 GJ~/j’aar (gegevens ontleend aan Smit (1993) Emissie
CO2 CO NO× SOz Aërosolen
Gemiddelde Nederlandse e]ektriciteitscentrales [kg/jaar] [g/jaar] [g/jaar] [gijaar] [g/jaar]
(2)
MarginaIe (aardgas) elektriciteitscentrale (3)
(3)/(2)
2872 2400 7021 5801 470
2251 260 5584 959 50
0,78 0,1 f 0,80 0,17 0,fl
De analyse van nationale energiesystemen kan in sterke mate profiteren van energie-LCA’s. In de eerste plaats kan LCA worden gebruikt als ondersteunend instrument voor nationale energiemodellen zoals MARKAL, teneinde goed gefundeerde informatie te krijgen over prestaties op energie- en milieugebied. In de tweede plaats kan LCA worden gebruikt voor een diepergaande analyse van de milieu-effecten van technologieën die als veel belovend naar voren komen voor de toekomstige energievoorziening. De diepgang betreft o.m. de milieuingrepen die in de nationale energiemodellen niet worden behandeld.
5.5 Wat hebben we geleerd? Om meerdere redenen is het uitvoeren van een levenscyc]usanalyse een omvangrijke en lastige klus. In de afgelopen jaren is er veel gedaan aan de methodiekontwikkeling en ook in de komende jaren zal men er rekening mee moeten houden dat nieuwe inzichten in de werkwijze verwerkt moeten worden. Welke methodes men echter ook gebruikt, men zal veel tijd hebben te besteden aan het vergaren van gegevens, het kiezen van de verder te gebruiken gegevens en de wijze waarop deficiënties in de gegevens worden behandeld. Vanzelfsprekend is er een leereffect en komen (ook internationaal) steeds meer bruikbare gegevens en beproefde aanpakken boven water. In de eerste versie van het onderzoeksprotocol hebben we gezegd dat we nog niet beschikken over een heuristiek waarmee de knelpunten en mogelijkheden van een energietechniek kunnen worden geïdentificeerd. Hier doet zich het probleem voor dat niet volstaan kan worden met uits]uitend milieukundige kennis (bedrevenheid in LCA-methodes). Er is ook specifieke kennis nodig over de onderzochte processen. De LCA-analist kan de vinger op de zere plekken leggen door die processen met de bijbehorende milieuingrepen aan te wijzen die het meest bijdragen aan het milieuprofie]. De LCA kan echter geen uitspraken doen over de vermijdbaarheid van deze milieuingrepen. Daarvoor is proceskennis noodzakelijk: het is immers zeer wel mogelijk dat maatregelen elders in de procesboom genomen moeten worden om de pijn in het bewuste proces weg te kunnen nemen. Anderzijds heeft de techniekexpert een rijke kennis van verbetermogelijkheden maar
70
ECN C--94-029
Energie-, milieu- en materiaIenanalyse ontbreekt het hem aan mogelijkheden om de verbeteropties uit milieuoogpunt te ordenen. Een heuristiekje dat in het vervolg gebruikt zou kunnen worden is de volgende: 1. Voer een dominantie-analyse uit op de LCA-resultaten waarbij de belangrijkste bijdragen aan het mi]ieuprofiel (potentiële kne]punten) worden terugvertaald naar veroorzakende milieuingrepen en belangrijkste processen die daaraan bijdragen. Voorbeeld: als verzuring belangrijk is, kijk dan welke verzurende stof in welk proces de belangrijkste bijdrage ]evert (bv. NOx in een gasmotor). 2. Genereer opties. Dit is (ook voor de techniekexpert) een creatieI: proces. Een reeds bekende lijst van opties kan erbij gehaa]d worden en worden uitgebreid met opties die via gericht zoekwerk op grond van de knelpuntenanalyse boven water komen. 3. Ana]yseer en prioriteer opties. Opties waarmee grote bijdragen aan het milieuprofieI kunnen worden verminderd, verdienen uit mi]ieuoogpunt belangstelling. De analyse moet uitwijzen of deze opties zonder afwente]ing naar andere mi]ieuthema’s leiden tot verbetering van het milieuprofiel. 4o Als de verbeteropties niet leiden tot substantiële verbetering, dan is het betreffende milieuthema een knelpunt voor de onderzochte energietechniek. In het andere geval moet nadere analyse op overige aspecten (bv. economisch) uitwijzen ot: we met een geschikte mogelijkheid (opportunity) te maken hebben.
ECN~C--94 029
71
Integraal ketenbeheer van energie en materialen , ......
Referenties Margreet van Brummelen and Evert Nieuw]aar, 1994a. Life-Cycle Assessment of Gas Engines.for the Cogeneration of Heat and Power. L[trecht University, Dept. of Science, Technology and Society, Report number 94022 (nog te verschijnen). Margreet van Brummelen and Evert Nieuwlaar, 1994b. Life-Cycle Assessment of Roof lntegrated Solar Cell Systems. Utrecht University, Dept. of Science, Technology and Society, Report number 94023 (nog te verschijnen). Margreet van Brummelen, Barend van Engelenburg and Evert Nieuwlaar, 1994. Methodology for the Life-Cycle Assessment of Energy Technologies, Second Edition. Utrecht University, Dept. of Science, Technology and Society, Report No. 94024 (nog te verschijnen). P.G. Eggels and J.P. van der Stoel, 1994. LCA-ET warmtepomp. TbIO-IMET, Apeldoorn (nog te verschijnen). B.C.W. van Engelenburg and E. Nieuwlaar, 1993. Methodology for the Life-Cycle Assessment of Energy Teehnologies, First Interim Report. Utrecht University, Dept. of Science, Technology and Society, Report No. 93011. R. Heijungs et al., 1992. Milieugerichte Leveascyclusanalyse van produkten - Handleiding en Achtergronden. Centrum voor Milieukunde Leiden, Oktober 1992. Evert Nieuwlaar, 1994. Using Energy Life Cycle Assessments in the Analysis of Energy Systerns. Utrecht University, Dept. of Science, Technology and Society. Report number 94025 (nog te verschijnen). Rob Smit, 1993. Analyse van energiegebruik en emissies van een aantal opties voor woonruimteverwarming. Universiteit Utrecht, Vakgroep Natuurwetenschap en Samenleving, Afstudeerverslag. Rapport nr. 93025. Rob Smit and Evert Nieuwlaar, 1994. Life-Cycle Assessment oflntegrated Coal Gasification with Combined Cycle. Utrecht University, Department of Science, Technology and Society, Report number 94021 (nog te verschijnen).
72
ECN C--94 029
6. MILIEUGERICHTE LEVENSCYCLUSANALYSE VAN ENERGIECONVERSIESYSTEMEN I.C. Kok
Samenvatting In het kader van het ECN-ontwikkelingsprogramma ’ENGINE’ (’ENergy Generation In the Natural Environment’) wordt een aantal milieugerichte, ’gestroomlijnde’ levenscyclusanalyses (LCA’s) van energieconversiesystemen uitgevoerd. Dit programma is een initiatief van het Energieonderzoek Centrum Nederland binnen het streven naar duurzaam gebruik van energie en materialen. Het doel van dit onderzoek is de toepasbaarheid van kerenanalyse in energie-gerelateerde R&D-planning te bepalen. In deze paper wordt ingegaan op de vergelijkbaarheid van energieconversiesystemen, tekortkomingen op het gebied van het software-pakket, de inventarisatie en de normering in zowel de classificatie- als de evaluatiefase, en de voornaamste beperkingen van de LCA-methodiek. De nog in onderzoek zijnde case-studies hebben betrekking op gesmolten carbonaat brandstofcellen met externe reforming (ER-MCFC), windturbines en SToom- En Gasturbines (STEG). In deze cases wordt gebruik gemaakt van de LCA-methodiek die ontwikkeld en beschreven is door het Centrum voor Milieukunde van de Rijksuniversiteit Leiden. De bewerking en interpretatie van het milieuprofiel vindt plaats met versie 2.0 van het software-pakket SimaPro (Systeem voor lntegrale Milieuanalyse van PROdukten). Ter illustratie worden de (voorlopige) resultaten van de case-studie STEG gepresenteerd. In deze studie wordt de verbeteringsoptie CO2~verwijdering en -opslag beoordeeld. Uit deze studie blijkt dat deze verbeteringsoptie leidt tot een aanzienlijke reductie in het broeikaseffect (83%). Daarentegen nemen de effecten van vermesting, ozonlaagaantasting, verzuring, foto-chemische oxydantvorming, vast afval, energiegebruik, humane toxiciteit en ecotoxicitelt toe. In het algemeen blijkt dat de LCA-methodiek een waardevol beleidsinstrument is, indien consensus wordt bereikt over het databestand en de normatieve fase. Momenteel wordt met deze methodiek slechts een indruk verkre~ gen van de relatieve bijdrage per levensfase aan de totale milieubelasting van een produkt. Onderzoek naar de verdere ontwikkeling van de huidige LCA-methodiek door combinatie met risico-analyse en/of LP (Lineaire Programmering)-optimalisatie modellen kan er toe leiden dat de voornaam~ ste beperkingen worden ondervangen. Zo kan een risico-analyse inzicht in incidentele emissies geven en kan een LP-optimalisatie model in een dynamisch beeld van zowel de referentiesituatie als de interacties met andere technieken voorzien. Dit zal dan leiden tot een meerwaarde in vergelijking met de traditionele levenscyclusanalyse. Hierbij zullen uiteraard ook databestand en normatieve fase verder uitgewerkt moeten worden.
ECN-C- 94-029
73
Integraal ketenbeheer van energie en materialen
6.1 lnleiding De huidige energ~econsumptie gaat gepaard met een tweetal problemen, namelijk: a) uitputting van grondstoffen en niet-vernieuwbare energiedragers en b) risico’s van het energiegebruik voor het milieu en volksgezondheid (bijvoorbeeld klimaatverandering en verzuring). De toekomstige energievoorziening zal daarom aan de volgende eisen moeten voldoen: duurzaam, schoon en veilig, tegen aanvaardbare kosten voor de samenleving. In het licht hiervan heeft het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) een programma gestart met de naam ENGINE: ENergy Generation In the blatural Environment il]. Met ENGINE wordt beoogd bouwstenen te leveren voor het ontwerp van een toekomstig energiesysteem voor een duurzame samenleving. Voor operationalisering van dit duurzaamheidsstreven heeft het ECN reeds in ]992 in het kader van het ENG1NE-programma een interne programmeringsstudie op het gebied van Integraal Ketenbeheer uitgevoerd [2]. In vervolg op deze studie is besloten om de toepasbaarheid van ketenanalyse in energie-gerelateerde R&D-planning nader te onderzoeken en de richting van dergelijk onderzoek voor de komende jaren te bepalen. Met behulp van een milieugerichte, ’gestroomlijnde’ levenscyclusanalyse (LCA) zijn de milieurelevante factoren van een aantal energieconversiesysternen in kaart te brengen en opties ter verbetering van de milieuprofieIen te analyseren. Hierbij ligt de nadruk met name op produktinformatie en produktinnovatie. De case-studies hebben betrekking op gesmoIten carbonaat brandstofcellen met externe reforming (ER-MCFC), windturbines en SToom- En Gasturbines (STEG). Voor elke case wordt overigens dezelfde functionele eenheid gehanteerd, gebaseerd op de elektriciteitsopwekking tijdens de exploitatie, zodat de uitkomsten van de case-studies in beginsel verge]eken kunnen worden. In het aIgemeen dient opgemerkt te worden dat deze cases verkennend van aard zijn. Met andere woorden: het onderzoek poogt de toegevoegde waarde van ketenanalyse voor de ECN-onderzoeksplanning vast te stellen. Daarom is in deze studie uitgegaan van ’stroomlijning’. Dit houdt in dat niet alle factoren even nauwkeurig zijn beschouwd. Deze LCA’s beschikken dan ook niet over de vereiste diepgang van een gedetailleerd en compleet LCA-onderzoek, en zijn derhalve voor verbetering vatbaar. Bovendien wordt doelbewust voorbijgegaan aan het kostenaspect. Ondanks het feit dat de economische beschouwingen achterwege gelaten zijn, worden de verbeteranalyses uiteraard zo zorgvuldig en realistisch mogelijk gekozen. De diverse case-studies met bijbehorende doeleinden zullen in paragraaf 6.2 nader uiteengezet worden. In paragraaf 6.3 wordt ingegaan op de gevolgde methodiek. Ter illustratie worden de resultaten van de case-studie STEG in paragraaf 6.4 gepresenteerd. Paragraaf 6.5 geeft aan hoe de voornaamste beperkingen van de LCA-methodiek te ondervangen z0n. Ten slotte worden in paragraaf 6.6 conclusies met betrekking tot deze verkennende case-studies gepresenteerd.
74
ECN C--94-029
Milieugerichte levenscyc!usa nalyse ....................
6.2 Beschrijving LCA case-studies 6.2.1 Vergelijkbaarheid van case-studies De case-studies, te weten ER-MCFC, windturbine(b~aden) en STEG, zullen alle milieu-effecten van ’grondstof tot afvalstof’ omvatten. Hierbij worden grondstof-, energie- en miIieuaspecten van de levenscycIus van zowel energiedragers zelf als conversie-installaties in de beschouwing betrokken. Alle onderdelen die belangrijk worden geacht, worden meegenomen in de ketenanalyse1. In de figuren 2.1, 2.2 en 2.3 wordt een overzicht gegeven van de systeemgrenzen voor de ketenanaIyse van respectievelijk ER-MCFC, windturbine(bladen) en STEG. Met behulp van deze methodiek kunnen milieu-effecten worden gekwantificeerd, resulterend in een milieuprofiel. Aan de hand hiervan worden knelpunten in de hele keten van ’wieg-tot-graf’ geïdentificeerd. Op grond van dit verkregen inzicht zouden dan vervolgens opties ter verbetering van het milieuprofiel gedefinieerd en geanaIyseerd kunnen worden. Om een aantal redenen (a t/m d) kunnen case-studies op het gebied van eIektriciteitsopwekking niet rechtstreeks vergeleken worden: a. verschillende doeleinden van de case-studies; b. inzetbaarheid van technieken in de elektriciteitsvoorziening (decentraal versus centraal vermogen; basislast, middenIast, pieklast); c. lokatie-gebondenheid; d. ontbreken van een algemeen aanvaardbare of toepasbare milieuindex.
Ad a Zo is er duidelijk onderscheid te maken tussen MCFC-, windturbine- en STEG-systeem. In de eerstgenoemde case-studie verkeert het nog in ontwikkeling zijnde brandstofcelsysteem in de ontwerpfase. Dit houdt in dat de techniek zelf nog moet worden opgeschaald. Bovendien is opschaling van de produktietechnieken vereist. De case-studie windturbine(bladen) richt zich op een bestaande, maar nog niet uitontwikkelde, techniek. Het doel van dit onderzoek is dan ook het analyseren van opschalingseffecten en het sluiten van de keten door de afvalproblematiek van windturbinebladen in de beschouwing te betrekken. Tenslotte heeft het onderzoek naar het STEG-systeem betrekking op een reeds bestaande techniek, waarbö alleen verbeteringsopties zoals CO2-verwijdering een bijdrage kunnen leveren. Ad b Uit punt a is deels ook het verschil in inzetbaarheid van de technieken in de elektriciteitsvoorziening af te leiden. Zo kunnen de brandstofcel en windturbine, wegens het geringe aandeel van elektriciteitsopwekking, gerekend worden tot decentraal vermogen, terwijl vaststaat dat de STEG-installatie een onderdeel zal zijn van het bestaande centrale elektriciteitspark. Boven-
In de analyse wordt zoveel mogelijk rekening gehouden met het transport van grondstoffen en materialen. Afvalverwerking wordt voorlopig buiten beschouwing gelaten, omdat op cflt moment nog geen goede methode beschikbaar is om de milieu-effecten te kwantificeren. Zo wordt bijvoorbeeld de uitloging van vaste afvalstoffen niet meegenomen in de methode die gehanteerd wordt doo~r het Centrum voor Milieukunde te Leiden [8,9]. Hierdoor neemt, in het geval van storten~ alleen de effects¢ore van het rnilieuthema ’vast afval’ toe.
ECN-C- 94-029
75
Integraal ketenbeheer van energie en materiaIen .... .......... dien kan in het centrale elektriciteitspark onderscheid gemaakt worden tussen basislast, middenlast en pieklast.
Ad c Ook de lokatie-afhankelijkheid speelt een belangrijke rol bij de vergelijkbaarheid van de case-studies. Zo kunnen bijvoorbeeld de benodigde materialen voor de aardgasaanvoer, de CO2-afvoer of de fundering per lokatie variëren. Een goede beoordeling van technologieën blijft dus uit wegens het misleidende beeld dat geschetst wordt als bijvoorbeeld uitgegaan wordt van een, gemiddelde, ’Nederlandse’ situatie. In het geval van de brandstofcel en windturbine wordt hierdoor in zekere mate een extra onzekerheid gecreeerd. Dit resulteert feitelijk in verwaarlozing van lokatie-afiaankelijke effecten. Daarentegen is voor het STEG-systeem wel gekozen voor een specifieke Iokatie (Eemshaven). Dit, omdat: 1. Reeds op deze plaats met de bouw van deze STEG-installaties een begin is gemaakt. 2. In de nabijheid van gasvelden CO2-verwijdering een realistische verbeteringsoptie is.
Ad d Case-studies kunnen alleen met elkaar vergeleken worden, indien op een objectieve manier de diverse milieu-effecten tegen elkaar afgewogen kunnen worden. Momenteel wordt er wel onderzoek gedaan naar weegfactoren voor verschillende milieuthema’s. Er zijn bijvoorbeeld weegfactoren voor luchtverontreiniging, waarbij kosten voor emissiereductie tot het duurzame niveau met elkaar vergeleken worden, opgesteld binnen ECN [16]. Aangezien er nu nog geen objectieve maar bestaat om milieu-effecten te kwantificeren, wordt slechts een indruk verkregen van de relatieve bijdrage per levensfase aan de totale milieubelasting van een produkt.
6.2.2 Brandstofcel ER-MCFC Aan de hand van deze LCA kunnen vroegtijdig knelpunten gesignaleerd worden in de ontwerpfase van deze in ontwikkeling zijnde technologie. Hierdoor kunnen in een vroeg stadium verbeteringsopties onderzocht worden. De studie is gebaseerd op de ’stand-der-techniek’ van de onderzoeksresultaten bij de ECN-unit Fossiele Brandstoffen. Derhalve zullen reeds de uitgangspunten een zekere mate van onzekerheid bevatten, omdat voor deze techniek nog geen grootschalige produktieprocessen bestaan. In deze analyse wordt uitgegaan van een 250 kW ER-MCFC, welke uit de volgende subsystemen bestaat: gebouw, stacksysteem en overige componenten. Het stacksysteem heeft twee serie geschakelde stacks die elk bestaan uit 125 geschakelde 1 m~ cellen. Voor de produktie van elektriciteit wordt aardgas, lucht en water aan de centrale toegevoerd. Tijdens de produktie komen kooldioxide, zuurstof, stikstof en water vrij. Er wordt uitgegaan van de Nederlandse situatie en een levensduur van 10 jaar (de geschatte levensduur van het gebouw waarin de centrale gehuisvest is). Tijdens de levensduur worden 24 stacks opgestart, bedreven en ontmanteld. Het processchema van dit energieconversiesysteem wordt weergegeven in figuur 6.1. De donkere ovalen in deze figuur geven aan dat hetzij de proeessen van minder groot belang geacht worden (bouw/sloop van gebouw) hetzij gedetaiIleerde
76
ECN-C--94 029
Milieugerichte levenscyclusana,lyse . .... data ontbreken (bouw van overige componenten) hetzij data zich buiten de systeemgrens bevinden (afvalverwerking). Levensduurverlenging van het stacksysteem zal als verbeteroptie onderzocht worden.
~
Gasveld
I
Grondstoffen
Materialen
J
Stack
Gebouw
[ Aardgas
MCFC-centrale I
[
Elektriciteit
in de analyse
Figuur 6. ~ Schema van de ketenanalyse voor de ER-MCFC
6.2.3 Windturbine(bladen) Dit onderzoek richç zich op zowel opscha]ingseffecten van windturbines a[s de op korte termijn relevante afvalproblematiek van windturbinebladen. Aandacht voor de toekomstige afvalprobIematiek is gewenst, aangezien in de huidige situatie afgedankte rotorbladen, waarin veelal glasvezelversterkte kunststoffen worden toegepast, worden gestort. Het aanbod van afgedankte windturbinebladen zal echter in de toekomst steeds groter worden, zodat a[ternatieven wenselijk zijn om tot een verantwoorde afvalverwerking te
ECN-C--94-029
77
Integraal ketenbeheer van energie en materialen ................................ komen. In deze studie worden twee ’on-shore’ referentieturbines beschouwd die over een generator met een vermogen van respectievelijk 300 kW en 500 kW beschikken. De subsystemen van de windturbines zijn de fundering, toren, gondeI en bladen. De 300 kW en 500 kW turbines rellen respectievelijk drie en twee bladen. Er wordt uitgegaan van de Nederlandse situatie en een levensduur van 20 jaar [2,]. Een processchema wordt weergegeven in figuur 6.2. De door donkere ovalen weergegeven processen worden niet meegenomen in de analyse. Naast het onderzoek naar mogelijkheden van recycling dan wel (her)verwerking van windturbinebladen, zullen zowel het effect van opschaling als van plaatsing ’off-shore’ [4] als verbeteroptie worden onderzocht.
I
Grondstoffen
I
Mast
[ Afgedankte wind~urbine ]
in de analyse
Figuur 6.2 Schema van de ketenanalyse voor windturbines
78
ECN-C -94-029
Milieugerichte levenscyclusanalyse .......
6.2.4 SToom- En Gasturbine (STEG) Doel van dit onderzoek is om van een bestaande techniek een verbeteringsoptie te beoordelen. In deze studie wordt een aardgasgestookte 600 MW STEG-elektriciteitscentrale gekoppeld aan een verbeteranalyse van CO2-verwijdering en -opslag. Een STEG-installatie is opgebouwd uit een gasturbine, een afgassenketel en een stoomturbine. Het aardgas wordt betrokken van het Troll-veld, gelegen op het Noorse Continentaal Plat. Als lokatie is de Eemshaven in Nederland geselecteerd, aangezien een gasgestookte eenheid sinds 1977 in bedrijf is en 5 STEG’s van elk 346 MWe in aanbouw zijn. De milieu-effecten van bouw en bedrijf zijn bekend [6,7]. Als referentiejaar wordt 2005 gekozen, want naar verwachting zou dan de verbeteringsoptie CO2-verwijdering en -opslag technisch haalbaar zijn. De periode van analyse is 25 jaar (economische levensduur van een STEG-installatie). Het processchema wordt weergegeven in figuur 6.3. De door donkere ovalen weergegeven processen worden niet meegenomen in de analyse.
]
Gasveld
[
Grondsto||en
]
Aardgasleiding
rl
STEG-centrale
J
l
Aardgas
}
Elektriciteit
I
~
Afgedankte centrale
-- -- verbeteringsoptie
~
N ~et meegenomen in de analyse
Figuur 6.3 Schema van de ketenanalyse voor STEG
ECN-C 94-029
79
Integraal ketenbeheer van energie en materialen
6.3 Methodiek 6.3.1 Algemeen De levenscyc]us van een energieconversiesysteem bestaat uit de gehele keten van ’grondstof tot afvaIstof’. Daarnaast spelen energiedragers een belangrijke rol bij de exploitatie van een energietechniek. De fasen van een dergelijke levenscy¢[us, waarbij onderscheid wordt gemaakt tussen energie-installaties en energiedragers, worden weergegeven in tabel ô.]. Door het milieuprofie] voor elke fase op te stellen, wordt een inzicht verkregen waar de energietechniek in de hele produktie-exp]oitatie-afva[verwerkingskeren milieuproblemen veroorzaakt. Tabel 6.1 Fasen van levenscydus voor energie-installaties en energiedragers Energie-installaties
Energiedragers
extractie en produktie grondstofl:en transport van grondstoffen produktie van materialen transport van materialen gebruik van materialen afvalverwerking van materialen na gebruik
extractie en reiniging transport omzetting
De LCA-methodiek heeft betrekking op een statisch systeem, welke een gelijkblijvende referentiesituatie en één functionele eenheid heeft. In de onderstaande tekst worden de positieve en negatieve aspecten van dit statische karakter opgesomd.
Positieve aspecten - Huidige situatie is bekend voor een bestaande techniek. - Eventuele verbeteringsopties kunnen één voor één in de zogenaamde verbeteranalyse verkend worden. Negatieve aspecten Bij simultane verbeteringen neemt het aantal verbeteranalyses kwadratisch toe. Onderlinge reIaties van verbeteringsopties kunnen niet worden gekwantificeerd (bijvoorbeeld: relatie tussen omvang van de toepassing van een bepaald materiaal en de haalbaarheid van materiaalrecycling). Wisselwerkingen met de omgeving kunnen niet gekwantificeerd worden (bijvoorbeeld: invloed van massale penetratie van brandstofcellen op de olie- en gasprijs). De voornaamste restricties van de tot op heden uitgevoerde LCA-studies, welke ook de beschreven case-studies betreffen, zijn: a. geen of onvoldoende inzicht in incidentele emissies gebaseerd op incidenten en calamiteiten; b. beperkte geldigheid door een statische referentiesituatie en één functiohele eenheid;
80
ECN-C
94-029
Milieugerichte levenscyeIusanalyse ....... e. geen aanknopingspunten voor integratiekader en interactie met andere technieken. Door deze beperkingen kan de uitvoering van een ]evenscyc]usanalyse geen doel op zich zijn. Daarom moet een LCA dienen als een zo gefundeerd mogelijke basis om (mi[ieu)probIemen rondom een produkt of een dienst aan te pakken [2]. In deze case-studies wordt gebruik gemaakt van de LCA-methodiek die ontwikkeld en beschreven is door het Centrum voor Milieukunde van de Rijksuniversiteit Leiden CML [8,9]. De analyses worden gestroomlijnd uitgevoerd, waarbij alleen continue emissies worden beschouwd (en dus wordt er geen rekening gehouden met incidenten en calamiteiten, de zogenaamde incidentele emissies!). De bewerking en interpretatie van het milieuprofiel vindt plaats met het software-pakket SimaPro 2.0, wat staat voor Systeem voor lntegrale Mi[ieuanalyse van PROdukten [10].
6.3.2 Beschrijving ’CML-procedure’ In het onderstaande wordt de CML-procedure [7,8] globaal beschreven. Volgens de richtIijnen van deze procedure omvat een milieugerichte LCA-studie een drietal centrale componenten: inventarisatie (produktsysteem); classificatie (milieusysteem); evaluatie (normatief systeem). In de inventarisatie worden de milieurelevante factoren omtrent het functioneren van processen - zoals rendement, directe en indirecte emissies naar water, lucht en bodem, materiaaIgebruik, energiegebruik - gedurende de levensduur van een (energieconversie)systeem geïnventariseerd. Door deze milieurelevante factoren van alIe betrokken processen te aggregeren, worden de milieuingrepen voor de gehele keren bepaald. De classificatie geeft een overzicht van het milieuprofiel. Uit de inventarisatiefase kunnen met behulp van modellen de zogenaamde classificatiefactoren afgeleid worden. Op deze manier worden milieu-effecten 9ekwantificeerd (effectscore). Hierbij dient te worden opgemerkt dat de effectscores alleen maar indicatoren zijn voor een potentieel milieu-effect en niet de omvang van de werkelijke problemen aangeven. Zo kan bijvoorbeeld een bepaalde uitstoot INOx bijdragen aan verschillende milieuproblemen zoals verzuring, vermesting, fotochemische oxydantvorming en humane toxiciteit. Ten slotte levert de evaluatie met behulp van weegfactoren een mi]ieuindex op grond van een totaalbeoordeling van het (energieconversie)systeem op zijn potentiële milieu-effecten. Tevens is het de bedoeling dat in deze fase de betrouwbaarheid en validiteit van de gehele analyse geschat wordt door bijvoorbeeld een gevoeligheidsanalyse. De inventarisatie, classificatie en evaluatie kunnen afzonderlijk leiden tot een milieugerichte verbeteranalyse. Deze analyse biedt aangrijpingspunten voor verbetering van het milieuprofiel resulterend in milieuvriendelijk ontwerpen of herontwerpen van (energieconversie)systemen.
ECN-C 94-029
Integraal ketenbeheer van energie en materialen .....................
6.4 Resultaten STEG 6.4.1 Beschrijving van STEG-installatie Zoals in paragraaf 6.2 al aangegeven is het doel van deze case-studie om van een bestaande techniek een verbeteringsoptie te beoordelen. Een aardgasgestookte 600 MW STEG-elektriciteitscentraIe gekoppeId aan een verbeteranalyse van CO2-verwijdering en -opslag wordt in deze case-studie geanalyseerd. Het aardgas wordt betrokken van het TrolI-veld, gelegen op het Noorse Continentaal Plat. Voor het aardgastransport wordt het tracé Troll-Kollsnes-Sleipner-Emden beschouwd. Als lokatie en referentiejaar zijn de Eemshaven in Nederland respectievelijk het jaar 2005 geselecteerd. De periode van analyse is 25 jaar. De voornaamste kenmerken van de STEG anno 2005 gesitueerd in de Eemshaven worden gegeven in tabel 6.1. Voor het processchema wordt verwezen naar paragraaf 6.2. Tabel 6.] Voornaamste kenmerken STEG anno 2005 (Eerr~haven) Kenmerk
Hoeveelheid
Vermogen Jaargemiddeld rendement Bedrijfstijd (load factor) E[ektriciteitsproduktie Aardgasverbruik Economische levensduur
600 MWe 57% 6000 uur~aar 3,6TWh~aar 573,]06m3Noordzee-gas~aar~ 25 jaar
10nderste verbrandingswaarde van Noordzee-gas is 39,7 MJ/m3 [5].
6.4.2 Milieuprofiel STEG~ Uit de analyse van zowel een STEG met CO2-verwijdering en -opslag als een STEG zonder CO~-verwijdering komt naar voren dat de effectscores van de milieuthema’s vermesting, broeikaseffect en humane toxiciteit hoofdzakelijk veroorzaakt worden tijdens de exploitatie. Het energiegebruik is in beide gevallen gelijkmatig verdeeld over de exploitatie- en produktiefase. De milieu-effecten ozonlaagaantasting, ecotoxiciteit en vast afval zijn volledig en het milieu-effect fotochemische oxydantvorming is grotendeels toe te schrijven aan de produktiefase van de STEG-installatie. Een verdere verdieping van de studie in de produktiefase laat zien dat alle milieu-effecten van het systeem in dit stadium bijna volledig bepaald worden door de aardgasketen. In het geval van COz-verwijdering levert ook de CO~-pijpleiding een niet geringe bijdrage aan de ozonlaagaantasting en ecotoxiciteit. Het verschil in milieuprofiel van een STEG met CO~-verwijdering en -opslag t.o.v, een STEG zonder CO~-verwijdering wordt in figuur 6.] geÏllustreerd. In deze figuur worden de relatieve effectscores opgesplitst naar ex-
Resultaten zijn voorlopig.
82
Milieugerichte levenscyciusanalyse ..... ploitatie, aardgasketen en COe-pijpleiding. Uit figuur 6.] blijkt dat COe-verwijdering en -opslag logischerwijs leidt tot een aanzienlijke reductie in het broeikaseffect. Daarentegen zijn de effecten van alle overige miheuthema’s groter geworden. In het onderstaande wordt de toename van effectscores in de produktiefase verklaard. De toegenomen milieu-effecten behorend bij de aardgasketen zijn te wijten aan de 8.5%-punt rendementsdaling van een STEG met COz-verwijdering en -opslag door chemische absorptie (Mono-EthanoIAmine: MEA) en COl-compressie. Door deze rendementsdaling neemt het eapaciteitsbeslag op de aardgasketen toe van 3.0 naar 3.5%. VanzeiBprekend nemen de effectscores voor de CO~-pijpleiding toe. Bij gebrek aan gegevens veranderen in onze benadering overigens niet de emissie~:actoren voor de bouw van de elektriciteitscentrale, ondanks de bouw van bijvoorbeeld een gasscheidingsinstallafie.
Milieuthema Vermesting (18%) Ozonlaagaantasting (84%) Broeikaseffect (-8s%) Verzuring (18%)
Oxidantia (19°/o! Vast afval (23%)
Energiegebruik (17%)
Humane toxiciteit (21%)
Ecotoxiciteit (69%)
I
-100
-50
I
0
50
1 O0
Verschil in effectscore [%] [] Exploitatie [] Aardgasketen [] CO2-pijpleiding
Figuur 6.1 Olasplitsing van de relatieve effectscores van het milieuprofiel van een STEG met t.o.v, een STEG zonder C02-verwijdering en -opslag naar exploitatie, aardgasketen en COe-pijpleiding
6.4.3 Discussie Een vergelijking met door anderen uitgevoerde ana]yses is niet zonder meer mogelijk. Tijdens het uitvoeren van de case-studies zijn tekortkomingen geconstateerd op het gebied van het software-pakket, de inventarisatie en de normering in zowel de classificatie- als de evaluatiefase, die een vergelijking bemoeilijken. Tevens worden door diverse instituten sterk uiteenlopende randvoorwaarden en sterk afwijkende rekenmethodes gehanteerd die tot zeer verschillende evaluaties kunnen leiden. Dit is dan ook de reden dat de organisatie SETAC (Society of Environmental Toxicology and Chemistry) streeft naar standaardisering in terminologie en uitvoering van
ECN-C 94-029
83
Integraal ketenbeheer van energie en materialen
.~
studies op het gebied van integraal ketenbeheer (Code of Practice) [2]. Hieronder worden de bij deze studie geconstateerde knelpunten kort weergegeven.
Software-pakket SimaPro 2.0 De twee voornaamste beperkingen ten aanzien van dit software-pakket hebben betrekking op: a. onvolledige milieuprofielen voor eIektriciteitsopwekking; b. opties voor afvalverwerking (stort, verbranding, recycling, hergebruik).
Ad a Op het gebied van elektriciteit zijn de milieuprofielen van de opwekking onvolledig. Het betreft namelijk steeds een bepaald type eIektriciteitscentrale of het gemiddelde van de elektriciteitsproduktie in één bepaald jaar. Op enkele punten zijn tekortkomingen gesignaleerd. Bij materiaalproduktie, produktassemblage en in de gebruiksfase van een produkt, waarbij eIektriciteit benodigd is, zal niet bekend zijn uit welk type centrale de elektriciteit afkomstig is. Ook een statisch (inter)nationaal jaargemiddelde geeft geen goed beeld, vanwege de verschillen in het produktie/gebruikspatroon van elektriciteit. 2. Ook de milieu- en energie-effecten in de brandsto~eten voorafgaand aan de elektriciteitscentrale en bij de bouw van centrales, netverliezen tussen producent en gebruiker, import en export van elektriciteit en warmte!kracht-koppeling zouden meegenomen moeten worden. 3. De gemiddelde elektriciteitsproduktie in één jaar geeft een te statisch beeld. Bij produktontwerp is de elektriciteitssituatie belangrijk over een langere periode, bijvoorbeeld de levensduur van het produkt. 4. Er kunnen met produktontwerp en elektriciteit samenhangende ’milieuverbeteringsmogelijkheden’ zijn, zoals bijvoorbeeld een warmteikrachtcentrale met warmtegebruik in het produktieproces. 5. Ook bij elektriciteitsproduktie bij afvalverwerking geeft de huidige situatie een te statisch beeld. Bij produktontwerpstudies is de eIektriciteitssituatie belangrijk over een langere periode, bijvoorbeeld ook na de levensduur van het produkt.
Adb De verschillende opties voor afvalverwerking (stort, verbranding, recycling en hergebruik) zijn onvolledig opgenomen in het software-pakket. Zo kan in de Ievenscyclus van een systeem een percentage voor deze afvalverwerkingsopties ingevoerd worden. Dit percentage wordt dan echter wel toegepast op alle materialen benodigd voor het systeem, wat leidt tot een ongewenste situatie.
Inventarisatie Voor veel processen zijn geen dan wel verouderde (kwalitatieve) gegevens beschikbaar. Dit wordt hoofdzakeIijk veroorzaakt door de volgende twee problemen die een grote rol spelen bij de inventarisatiefase: a. geheimhoudingsverplichting in verband met de vertrouwelijkheid; b. geen algemeen geaccepteerd bestand van gegevens.
84
ECN-C--94 029
Milieugerichte levenscyclusanalyse ............. Verder zijn er nog drie onderIiggende problemen aanwezig die de onzekerheidsmarge van Ievenscyclus assessments doen toenemen en waardoor de betrouwbaarheid van LCA wordt aangetast, namelijk: c. subjectieve veronderstellingenia~akeningen (bijvoorbeeld vervoersafstanden en benodigde materialen); d. aIlocatie van emissiefactoren bij meervoudige processen zoals coproduktie, gecombineerde afvalverwerking en open-lus recycling; e. lokatie-gebondenheid van systemen waarmee niet altijd rekening kan worden gehouden (zie paragraaf 6.2.1). Grotere openheid van industrie, samenwerking en gegevensuitwisseling zou overigens de betrouwbaarheid aanzienlijk kunnen vergroten.
Normering (classificatie/evaluatie) De classificatie binnen een aantal milieuthema’s (bijvoorbeeld ecotoxiciteit, humane toxiciteit, fotochemische oxydantvoÇming) is nog niet bevredigend, aangezien enkele gegevens nog ter discussie staan. Naast het ontbreken van een aantal objectief bepaalde weegfactoren binnen de classificatie, is er behoefte aan aggregatie naar één milieumaat voor de evaluatie [11], ook wel milieuindex genoemd [8]. Een dergelijke milieumaat is gewenst im (energieconversie)systemen onderling te vergelijken. De classificatieweegfactoren en milieumaat zouden in een (inter)nationale werkgroep tot stand kunnen komen. Zoals aangegeven in de studie ’milieumaten’ van het Nationaal Onderzoekprogramma Hergebruik van afvalstoffen [1 1] kan aggregatie plaatsvinden op grond van: gewichtsfactoren die door experts zijn vastgesteld; gelijke gewichtsfactoren; beleidsdoelstellingen. Binnen ECN zijn overigens onlangs weegfactoren voor luchtverontreiniging ontwikkeld, waarbij kosten voor emissiereductie tot het duurzame niveau met elkaar vergeleken worden [16].
6.4.4 Conclusies/aanbevelingen case-studie STEG Er kunnen voorlopig een viertal conclusies betreffende de case-studie STEG worden getrokken. ¯ In de gehele levenscyclusanalyse (produktiefase en exploitatie) leidt de CO2-verwijdering en -opslag tot een aanzienlijke reductie in het broeikaseffect (83%). Daarentegen nemen de effecten van alle overige milieuthema’s toe. ¯ Vermesting, broeikaseffect, verzuring en humane toxiciteit worden hoofdzakelijk veroorzaakt tiJdens de exploitatie. ¯ Ozonlaagaantasting, ecotoxiciteit en vast afval zijn volledig, fotochemische oxydantvorming is grotendeels toe te schrijven aan de produktieketen van het STEG-systeem inclusief aardgasketen (en CO2-pijpleiding). ¯ Het energiegebruik is gelijkmatig verdeeld over exploitatie- en produktiefase.
ECN-C 94-029
85
Integraal ketenbeheer van energie en materiaIen Daarnaast moet de kanttekening gemaakt worden dat er ]acunes bestaan op het gebied van het software-pakket, de inventarisatie en de normering (classificatie/evaluatie), waardoor een zekere mate van onzekerheid ontstaat. Deze tekortkomingen mogen beslist niet uit het oog verloren worden. Om de onzekerheidsmarge enigszins te reduceren zijn de volgende drie activiteiten aanbevel[ngswaardig: a. een algemeen geaccepteerd bestand van gegevens opzetten; b. een standaardisering van LCA invoeren; c. classificatiefactoren/milieuindex in (inter)nationa]e werkgroepen (verder) uitwerken.
6.5 Aanknopingspunten voor verder onderzoek 6.5.1 Algemeen In deze paragraaf zal uiteengezet worden hoe de voornaamste beperkingen van de LCA-methodiek te ondervangen zijn. In het onderstaande worden restricties, reeds genoemd in paragraaf 6.3.1, omwille van het overzicht herhaald: a. geen of onvoldoende inzicht in incidentele emissies; b. beperkte geldigheid door een statische referêntiesituatie en één functiohele eenheid; c. geen aanknopingspunten voor integratiekader en interactie met andere technieken. Eventuele ondersteuningsmogeIijkheden om deze drie beperkingen van een LCA gedeeltelijk op te heffen zijn de risico-analyse (RA) [12] en een meer dynamisch beeld van de referentiesituatie en interacties met andere technieken, bijvoorbeeld via gebruikmaking van dynamische LP (Lineaire Programmering)-optimalisatie modeIlen van de energievoorziening. Eén van die modellen is MARKAL (MARket ALlocation), waarvan een beschrijving wordt gegeven in paragraaf 6.5.2.
Op de meerwaarde van een keten-risico benadering wordt uitvoerig ingegaan in [12]. De meerwaarde van zo’n keten-risico benadering komt met name tot stand indien risico’s voor de mens en ecosystemen van zowel incidentele als continue emissies worden geanalyseerd. In de volgende paragrafen zal verder kort worden ingegaan op het LP-optimalisatie model MARKiL, op hoe de geldigheid van LCA verbeterd kan worden en op de opties van een combinatie van LCA met optimalisatiemodellen van energiesystemen.
6.5.2 LP-optimalisatie model MARKAL MARKAL is een software-pakket dat gebruikt kan worden om LP (Lineaire Programmering)-optimalisatiemodellen van gehele energiesystemen te bouwen [13,14,15[. Het is ontwikkeld in het kader van het internationale
86
ECN-C 94 029
MiIieugerichte levenscyc]usanalyse .... IEA-project ’Energy Technology Systems Analysis Programme’ (ETSAP) en wordt momenteel in meer dan twintig landen gebruikt. In het model zijn technisch-economische kencijfers (investeringen, onderhoud, levensduur, energetisch rendement, marktpotentieel) opgenomen van een 400-tal energietechnieken. Het model optimaliseert voor een aantal zichtjaren tot in de verre toekomst naar laagste kosten van de nationale energiehuishouding en betekent de margina]e kosten van emissiereductie bij verschillende emissieplafonds. Er zijn verschillende versies van MARKAL, de zogenaamde common en extended MARKAL versies, beschikbaar. In beide versies zijn tevens de milieuthema’s verzuring en broeikaseffect meegenomen. Het model stelt voor een gegeven zichtperiode een optimale mix van energietechnologieën en brandstoffen samen. Dit gebeurt tegen zo laag mogelijke kosten om aan nuttige vraag te voldoen, waarbij rekening wordt gehouden met de externe omstandigheden van brandstofprijsontwikkeling, beschikbaarheid van energietechnieken, milieuplafonds, seizoens- en dag/nacht fluctuaties in de energievraag etc. Deze dynamische optimalisatie komt tot stand met een alwetende vooruitziende blik (’perfect foresight’): het model ’weet’ in een eerdere periode (bijvoorbeeld 2010) al wat er in een latere periode (bijvoorbeeld 2030) gaat gebeuren en kan daar dus van te voren reeds rekening meehouden. Wanneer verschillende scenario’s met uiteenlopende uitgangspunten worden doorgerekend, kunnen met behulp van het MARKAL model robuuste energietechnologieën geïdentificeerd worden. In Nederland wordt MARKAL gebruikt voor evaluatie van energiestrategieën, onder andere binnen de SYRENE-studie voor de Nederlandse maatschappij voor energie en milieu (Novem) en de Energie en Materiaal Scenario’s (EMS) studie voor het Nationaal OnderzoekProgramma Mondiale Luchtverontreiniging en Klimaatverandering (NOP-MLK).
6.5.3 Toename geIdigheid LCA Enige verbetering van de geldigheid van de levenscyclusanalyse kan bereikt worden door systeemgrenzen ruim te definiëren, bijvoorbeeld ’de totale Nederlandse elektriciteitsproduktie in 1993’. De penetratiegraad van een systeem in de maatschappij op een bepaald moment wordt dan namelijk meegenomen. Op deze manier wordt enig inzicht verkregen in de omvang, de samenstelling en de samenhang van de materia]en- en energiehuishouding in de samenleving. Het systeem blijft echter statisch, aangezien nog steeds sprake is van een constante referentiesituatie (momentopname) en één functionele eenheid. Met andere woorden: een statisch systeem kan niet op toekomstige veranderingen in materialen- en energiehuishouding anticiperen. Daarentegen zou bij dynamische methoden wel rekening gehouden kunnen worden met opslag/voorraad vorming, een veranderende referentiesituatie en meer dan één functionele eenheid. Dit is met name goed te illustreren bij materialen met veel verschillende toepassingen en een hoge energiewaarde. Zo kan bijvoorbeeld het gebruik van dynamische LP-optimalisatie modellen van de materialen- en energiehuishouding het inzicht in beleidsverkenningen vergroten. Dit, omdat in beleidsverkenningen voortdurend op toekomstige veranderingen geanticipeerd wordt en vele facetten tegelijk belicht moeten worden. Er kan dus behoefte bestaan aan
ECN-C-O4 029
87
Integraal ketenbeheer van energie en materialen een dynamische benadering naast de informatie die statische analyses zoals LCA opleveren. De toegevoegde waarde van een combinatie van het LP-model MARKAL en LCA komt dan met name heer op het reduceren van het statische karakter van LCA.
6.5.4 Combinatie van LCA met MARKAL In deze paragraaf wordt nader ingegaan op de mogelijkheden van een eventuele combinatie van LCA met MARKAL. In feite zouden LCA- en MARKAL-studies elkaar op twee manieren kunnen ondersteunen, namelijk: a. LCA kan additionele informatie leveren voor veelbelovende toekomstige energievoorzieningssystemen. b. l-P-model MARKAL kan verbeterd worden door resultaten van gedetailleerde LCA-studies te benutten.
Ad a Uit MARKAL-studies kan afgeleid worden hoe de referentie-energievoorziening zich in de toekomst kan ontwikkelen. Zodoende kan uitbreiding van de LCA-methode voor deze energietechnieken een nuttige aanvulling betekenen. Dit, omdat het MARKAL niet gebruikt kan worden om nauwkeurige voorspellingen te doen inzake het milieuprofiel van de betreffende energietechnieken. Ad b Onderdelen van LCA’s kunnen in principe in MARKAL worden gebracht. Dit varieert tussen een simpeIe boekhouding van materialen en emissies die weinig of geen interacties heeft met het energiesysteem tot een complete dynamische LCA die volledig interactief is met het energiesysteem. In een boekhoudkundige LCA die gebaseerd is op MARKAL, kunnen alle bekende milieurelevante factoren voor alle levensfasen gekoppeld worden aan een techniek (voor zover dat al niet het geval is (bijvoorbeeld CO2, NO×)). MARKAL houdt in deze benadering het materialengebruik, het energiegebruik en zowel de energie- als materiaal-gerelateerde emissiefactoren bij voor het installeren van technieken. (Meerdere) tabellen met milieuweegfactoren kunnen zonder problemen worden toegevoegd. Geheel nieuw is dat hiermee een integrale evaluatie kan plaatsvinden van de milieu-effecten van verschillende structuren voor de gehele energievoorziening en een inventarisatie van al het materiaalgebruik voor de energievoorziening. Met behulp van plafonds op milieu-effecten of het opleggen van heffingen voor milieu-emissies kunnen dan kostenoptimale strategieën berekend worden voor het terugdringen van deze milieu-effecten. Een complete dynamische LCA kan uitgevoerd worden met extended MARKAL [15]. In deze versie van MARKAL wordt naast de energiehuishouding tevens de gehele materialenhuishouding in kaart gebracht. Een nadeel van deze meest consistente en interactieve benadering is dat deze erg arbeidsintensief zal zijn.
88
ECN-C- 94 029
Milieugerichte levenscyclusanalyse
6.6 Conclusies Met betrekking tot LCA-studies zijn er in het algemeen drie belangrijke conclusies te trekken. ¯ Momenteel wordt slechts een indruk verkregen van de relatieve bijdrage per levensfase aan de totale milieubelasting van een produkt. ¯ LCA-methodiek dient verder uitgewerkt te worden qua databestand en normatieve fase. Alleen dan is de methodiek een waardevol beleidsinstrument. ¯ Er dient onderzoek te worden verricht naar de mogelijkheden die een combinatie van de huidige LCA-methodiek met risico-analyse en/of LP-optimalisatie modellen biedt om de belangrijkste beperkingen van deze methodiek te ondervangen.
ECN-C--94-029
89
Integraal ketenbeheer van energie en materialen
Referenties ENGINE: het ECN-programma gericht op een schone, veilige en duurzame energievoorziening (brochure ECN).
[2]
F.M.J.A. Diepstraten: Integraal Ketenbeheer, Een verkenning. Petten, ECN-I-93~022, juni 1993.
[31
H.J.M. Beurskens, R. de Bruijne: Het perspectief van windenergie in Nederland. Energie- en Milieuspeetrum, 1994, 5, 26-29.
[4]
G. Nielsen: The world’s first off-shore windfarm. Caddet Renewable Newsletter, 1994, 1, 4~6.
[5!
H.J. Schollmeyer, D. Wackertapf: Gasbeschaffenheit und Gasmotoren. Gas Erdgas, 132 (1991_), 2, 66-71.
[6]
Milieu-Effect-rapport: Uitbreiding Eemscentrale met gasgestookte eenheden EC95/96. Amhem, KEMA, januari 1991-.
[7]
Milieu-Effect-rapport: WKC-Swentibold Deel Il. Amhem, KEMA, augustus 1993.
[8]
R. Heijungs et al.: Handleiding Milieugerichte levenscyclusanalyses van produkten. Leiden, Centrum voor Milieukunde, NOVEM/NOH rapport 9253, oktober 1_992.
[9]
R. Heijungs et al.: Achtergronden Milieugerichte levenscyclusanalyses van produkten. Leiden, Centrum voor Milieukunde, NOVEM/NOH rapport 9254, oktober 1992.
[101 M.J. Goedkoop et al.: Handleiding SimaPro 2.0. Amersfoort, PRé Consultants, juli 1993. J.W. Nieuwenhuis, R.H.J. Korenromp, TALIW lnfraconsults, NOVEM, R1VM: Milieumaten, Achtergronden. Deventer, Tauw lnfraconsuIt, NOVEM!NOH rapport 9225.1, juni 1992.
[12] K.J. Kramer, W. Biesiot, H.C. Moll: Risicoprofielen van een levensketen, lnterfacultaire vakgroep Energie en Milieukunde, Rijksuniversiteit Groningen, RMNO rapport 89, november 1993.
[131 L.G. Fishbone et al.: User’s guide for MARKAL (BNL/KFA version 2.0). BNL-51701, Brookhaven National Laboratory, Upton, New York 1983. G.A. Goldstein: PC-MARKAL and the MARKAL user’s support system (MUSS), User’s guide. InformaI report BNL-46319, Brookhaven National Laboratory, Upton, New York 1991.
[15] D.J. Gielen, P.A. Okken: Optimalisation of integrated energy and materials systems. Petten, ECN-C-94-010, 1994. P. Kroon, J.R. Ybema, J. Slanina, B.G. Arends: Weegfactoren voor luchtverontreiniging, Systeem voor de integrale evaluatie van de uitworp van luchtverontreiniging. Petten, ECN-R-94-006, 1994.
90
ECN C 94-029
7. KETENBEHEER ZIT IN MENSEN OF NIET J. van de Velde
Dit is een televisie die ECN nog in een rommelhok had staan. Een oude. Hij doet het niet meer, hebben ze mij verteld. Nou vraag ik aan de gasten van ECN hier: wat doet u ermee? Hoe voert u hem af?. Daar komen we ketenbeheer in tegen. Een van de projecten die het NOH ondersteund heeft, heeft hiermee te maken. Ik kom er aan het eind van mijn lezing op terug. Ketenbeheer kost nogal wat energie. Gelukkig zijn we hier op het Energieonderzoek Centrum Nederland en inderdaad, er is al heel wat energie door de zaal gevloeid. Maar waar blijft de energie die vandaag aan u is besteed? Doet u er iets mee, vloeit het ook terug? Kortom: hoe beheren we deze keren? Ketenbeheer is een mensenzaak. Het zijn mensen die het concept moeten overnemen, het zich eigen dienen te maken. Dat is de enige voorwaarde voor een duurzame ontwikkeling van onze economie en voor een duurzame ontwikkeIing van ons welbevinden. Alle techniek en technologie die vandaag aan de orde zijn geweest, vormen slechts hulpmiddelen in de handen van mensen. Daarom wil ik u graag aan de hand van voorbeelden laten zien hoe belangrijk de menselijke factor in ketenbeheer is.
7.10nderliggende visie NOH Eerst zal ik echter de onderliggende visie op ketenbeheer geven en het NOH aan u voorstellen. Waarschijnlijk kennen de meesten van u het NOH al van de miljoenen guldens die wij jaarlijks onder bedrijven verdelen. Het Nationaal Onderzoekprogramma Hergebruik afvalstoffen, NOH, heeft tot doel het milieu te verbeteren door energie te besparen, het ontstaan van afval te voorkomen, het gebruik van schadelijke afvalstoffen te verminderen en hergebruik te bevorderen. De doelstellingen van het NOH sluiten aan op de doelstellingen van het Milieubeleidsplan 2 en de Vervolgnota Energiebesparing en worden gefinancierd door VROM en EZ. Zelf ben ik een van de drie programmamanagers van het NOH. Mijn taak bestaat eruit samen met collega’s van het RIVM gemeenschapsgeld zo doeImatig mogelijk het bedrijfsleven in zijn streven naar milieugerichtheid te stimuleren. Het RIVM en de Novem beheren het NOH. We hebben een jaarlijks budget van tien miljoen gulden, waarvan de helft beschikbaar is voor bijdragen in projecten door het bedrijfsleven. We bevorderen preventie en hergebruik van afva]stoffen door advies en financiële ondersteuning te verlenen aan onderzoek, ontwikkeling en kennisoverdracht op dit terrein. Zo worden jaarlijks zo’n 120 projecten uitgevoerd met de hulp van het NOH, door tal van bedrijven, brancheverenigingen, lagere overheden, onderzoeksinstellingen en adviesbureaus.
ECN-C--94-029
9]
Integraal ketenbeheer van energie en materialen Om een duurzame economische en ecologische ontwikkeling te bewerkstelligen is het noodzakelijk dat de mensen anders gaan samenwerken. De Novem en het NOH kunnen echter niet zomaar iets afdwingen, het gewenste gedrag moet van binnenuit komen, de mensen moeten het zelf willen.
Forceren door interveniëren Wij kunnen niets forceren, maar we kunnen wel interveniëren. Forceren door interveniêren dus. Gebaseerd op eerdere ervaringen van het Novem heb ik getracht een model samen te stellen dat de elementen die bij dit proces een rol spelen bevat. Events inclusief: economie, technologie en concurrentie
Overheidsbeleid
situationeel: Produkt Markt
Overheidsinterventies
Technologie Milieu
partnership
NOVEM- interventie mogelijkheden Tegenstrijdigheid van Wensen + aanvaarding door volgende actor + entrapment + eansluiten bij het bekende
INTERVENTIE (:-SUCCES)
Er zijn events, gebeurtenissen waar je niets aan kunt doen. Die echter gevolgen hebben waar je wel iets aan wilt doen. Daarom moet je de events registreren en bijhouden of ze veranderen. Neem bijvoorbeeld technologie: de technologie van de auto is veranderd. Auto’s hebben nu modern motor-
92
ECN C -94-029
Ketenbeheer zit in mensen of niet management waardoor de oude LPG-techno]ogie niet meer toegepast kan worden. Daarom moest er LPG-injectie-apparatuur worden ontwikkeld. Dan is er een blok waar overheid in zit, met twee delen: de overheid in het algemeen en speciale overheidsinterventies. Om het LPG-voorbee]d door te trekken: het Ministerie van Financiën bepaalt het oms]agpunt, het aantal ki]ometers per jaar, waarbij LPG als brandstof interessant wordt. En daarmee is het Ministerie van Financiên een belangrijke actor in de verandering van de LPG-keten en heeft hetzelfde ministerie invloed op ons milieu. Dat is een voorbeeld van algemeen overheidsbeleid dat invloed heeft op de kwaliteit van het milieu. Een voorbeeld van specifieke overheidsinterventies gericht op een verbetering van het milieu en energiebesparing is het beleid ten aanzien van de brandstofmix voor personenauto’s. Het Ministerie van Economische Zaken voert in het kader van de Vervolgnota Energiebesparing een actief beleid om het LPG-aandeel in de brandstofmix te verhogen. Het model beschrijft ook de situatie van de keten op een bepaald moment. Dat kan gebeuren aan de hand van Produkt, Markt en Technologie plus Milieu. De combinatie van de eerste drie is een bekend concept, zelf noem ik de integratie van milieu-aspecten milieu-elegantie. Elegant betekent ’aangenaam aandoend’, zo moet er voor bedrijven, tussenhandel, overheid, consument en alle andere partijen, een balans zijn die aangenaam aandoet. Brezet heeft de samenwerking tussen de partijen beschreven in termen van partnership. Dat is een interessante manier om het netwerk tussen die partijen aan te geven en te analyseren. Op basis van deze drie entiteiten intervenieert een makelaar zoals Novem. Hoe dat gebeurt vat ik zelf het liefst samen met het concept van tegenstrijdigheid van wensen, wat hetzelfde is als conflicthantering, maar dan zonder de negatieve connotatie van het woord conflict. Net als bij de bekende modellen van conflicthantering besteedt ook een analyse van tegenstrijdige wensen aandacht aan de bronnen van het conflict, de betrokken actoren, het proces en aan aanwezige zelfreguleringsmechanismen. Novem houdt bij haar interventies rekening met de volgende belangrijke aspecten: ¯ Aanvaarding, want als je bij een ketenverandering naar een volgend stapje gaat, dan moeten de mensen die er nieuw bij betrokken zijn de ideeën ook ovememen en aanvaarden. Het is niet voldoende het ze heel mooi te vertellen. ¯ Entrapment, de Engelse uitdrukking they have got too much invested to quit geeft aan dat het proces van besluitvorming een fuik kan zijn die een bepaalde oplossingsrichting forceert. Deze blokkade van goede, verffissende ideeën moet natuurlijk voorkomen worden. ¯ Aansluiten bij het bekende, tot slot, verhoogt in belangrijke mate de aanvaarding van de voorgestelde veranderingen en draagt zo bij aan het eventuele interventiesucces. Want daar ging het tenslotte om. Overigens ben ik van mening dat fiscale maatregelen nooit tot succesvolle interventies leiden. De beIasting is bedoeId om geld voor de overheid binnen te halen, maar wordt ook door de staat gebruikt om gedrag t ïbeïnvloe-
ECN-C 94 029
93
Integraal ketenbeheer van energie en meterialen den. Als dat laatste succesvol is, krijgt de staat minder inkomsten. En dat geeft een spanning binnen het instrumentarium zelf. Het is ten slotte niet de aard van het beestje om te zorgen dat het minder inkomsten krijgt. Om terug te komen op het LPG-voorbeeld: het Ministerie van Financiën is opgericht om geld voor de overheid op te halen en dat te beheren en te verdelen over de andere ministeries. Wordt zo’n fiscale milieu- en energiemaatregel een succes, dan heeft het Ministerie van Financiën een probleem.
7.2 Ketenbeheer Het NOH heeft dus alles te maken met ketenbeheer. Maar wat ketenbeheer is, ligt nog niet vast. We staan voor een aantal keuzen hoe we ketenbeheer gaan invullen. Op die manier maken we al kiezende ketenbeheer steeds eoncreter.
vervuiling
winning ven~erking gebruik
Economische activiteit gaat niet ongemerkt aan onze omgeving voorbij. Om ons te voeden, te kleden, enzovoort maken we gebruik van de natuur. We stuiten daarbij op zekere grenzen. Willen wij onze levensstandaard handhaven en op de lange termijn zeker stellen, dan zullen wij onze produktieprocessen moeten aanpassen. Zonder dat ik daarbij de produktiebedrijven de zwarte piet wil toespelen. Want het is juist het bedrijfsleven dat van harte meewerkt aan maatregelen die het milieu verbeteren.
94
ECN-C--94-029
Ketenbeheer zit in mensen of niet
winsing ven~erking gebruik
Zo is er in het bedrijfsleven grote bereidheid de output van de processen meer in harmonie te laten zijn met de natuurlijke omgeving, of anders als input te gebruiken voor diezelfde processen. Op basis van het streven naar een duurzame ontwikkeling kozen we voor ketenbeheer. Er zijn echter ook andere keuzemogelijkheden. Consuminderen bijvoorbeeld. Nu we eenmaal voor ketenbehee~ hebben gekozen, merken we dat ketenbeheer geen vaststaand begrip is. Ook ketenbeheer is een platform waarvandaan we verschillende wegen kunnen inslaan.
ECN-C-94-029
95
[ntegraal ketenbeheer van energie en materialen
/\
Definiëring ketenbeheer Ketenbeheer is nog niet eenduidig gedefinieerd. Het begrip is afkomstig uit het NMP, waar het als volgt wordt omschreven: Integraal ketenbeheer is gericht op het zoveel mogelijk sluiten van stofkringlopen en op het binnen aanvaardbare grenzen blijven van restemissies en restaívalstromen. In het integraal ketenbeheer dient de keten van grondstof - produktieproces produkt - afval en emissies integraal te worden bezien. Cramer is nog wat concreter in de deF~qiêring: Integraal ketenbeheer is gericht op het beheersen van stofkringlopen op basis van de volgende uitgangspunten: ¯ Het zoveel mogelijk gebruik maken van duurzame energiebronnen. ¯ Het in evenwicht houden van het geheIe proces van opbouw en afbraak van biogene, vemieuwbare grondstoffen. ¯ Het zo lang mogelijk in cyclus houden en gebruiken van biogene en minerale (niet-vemieuwbare) grondstoffen, enerzijds via langere levens-
96
ECN-C--94-029
Ketenbeheer zit in mensen of niet duur, anderzijds via cascades van hergebruiksniveaus en hergebruikslus-
De Man (] 993) heeft een theoretische ideaal van ketenbeheer waarin hij de volgende bouwstenen onderscheidt: ¯ Producenten in de keren analyseren de gehele ]evenscyc]us van produkten. ¯ VergeIijken op cruciale punten de milieueffecten die optreden wanneer veranderingen in de wijze van produktie, gebruik en afdanking van het produkt worden doorgevoerd. ¯ Voeren op basis daarvan vérgaande veranderingen in hun eigen produktieprocessen door. ¯ En sporen andere actoren in de keren tot noodzakelijke veranderingen in hun produktieprocessen aan. VROM gebruikt als vrij globaIe definitie: ¯ Het beheersen van materiestromen ten gevolge van maatschappelijke activiteiten binnen de beschikbare milieugebruiksruimte. Wat ik hierin mis is de energiedimensie. Ik geloof dat wij als gasten van het ECN het er over eens zijn dat energie evenzeer deel uitmaakt van de kringloop als materie. Daarom heeft de, eveneens wat globalere begripsomschrijving van TNOilMET mijn voorkeur: Het op een milieuverantwoordelijke, duurzame manier beheren van stof- en energiestromen in economische produktketens. Kijkend naar de definities zien we dat vrijwel altijd uitgegaan wordt van stofkringlopen of materiestromen, zoals VROM dat in zijn laatste definiëring noemt. De praktijk heeft echter al een andere keuze gemaakt, ook het beslag dat op energievoorraden wordt gelegd met alle emissies van dien, wordt meegewogen bij de concrete invuIlingen van ketenbeheer. Eén zo’n concrete invulling is bedrijfsinterne milieuzorg. Een ander milieugerichte produktontwikkeling, die nu nog vaak vooral bedrijfsintern zijn gericht. Dat moet veranderen. Integraal ketenbeheer en de wijze waarop we dat invullen, zijn dus keuzen die we gemaakt hebben op basis van de keuze voor duurzame ontwikkeling.
ECN-C 94-029
97
Integraal ketenbeheer van energie en materialen
~ikkeling /
/\
/\ /\
duurzame ontwikkeling
Onderzoeken naar ketenbeheer Ik heb het hier nu wel over keuzen maken, maar hoe worden die keuzen gemaakt? Wie maakt ze eigenlijk, hoe zit het mechanisme in elkaar? Marcel Crul van het onderzoeksbureau Ariës heeft een publikatie in voorbereiding die in september op een NOH/RMNO-meeting gepresenteerd zal worden. Crul zet in zijn rapport het onderzoek naar integraal ketenbeheer op een rijtje. Langzaam maar zeker ontstaat dan een landschap waarvan hij de topografische geheimen onthult. Marcel Crul onderscheidt twee invalshoeken voor onderzoek: onderzoeken die de materialenketen en milieu als uitgangspunt hebben enerzijds, en onderzoeken die gebaseerd zijn op de voortbrengingsketen anderzijds.
98
ECN C--94-029
Ketenbeheer zit in mensen ot: niet
voorraadb~heer ~tofstromen
keren
ketenindica~oren
ketenenalyse produkt[vergelijking] Materialeninvalshoek Bij de materialenketen en milieu onderscheidt hij de volgende aandachtsgebieden: ¯ studies naar voorraadbeheer en verspilling; ¯ studies naar stofstromen, waarbij grondstofl:en als zink, papier en cadmium onder de loep worden genomen; ¯ ketenindicatoren waarbij kengetallen worden onderzocht; ¯ ketenanalyse, dat zijn studies waarbij vooral naar de samenhang wordt gekeken; ¯ produktstudies en vergelijkende produktstudies, zoals die onder meer plaats vinden in het kader van de milieukeur; ¯ studies naar produktverbetering; ¯ ketenstudies, zoals de bekende VNCI ketenstudie; ¯ systeernstudies~ Deze laatste hebben mijn bijzondere aandacht omdat zij ingaan op iets dat wij het liefst zouden vergeten: elke a~akening doet afbreuk aan de waarde van de studie. Ketens zijn onderling ’gelinkt’, met elkaar verbonden. Zij hebben schakels gemeen. Een schakel uit de ene keren, maakt praktisch altijd ook deel uit van een andere keten. Wijzigingsvoorstellen gedaan vanuit de ene keren, hebben daarom onherroepelijk hun weerslag op de schakels van een andere keren. Die ook weer ’gelinkt’ zijn aan andere ketens, enzovoort. LIiteindelijk hangt alles met alles samen. Hoe kun je dat nog in een model vangen? Een wel heel erg moeilijke opdracht. Het wekt dan ook geen verwondering dat Marcel bij zijn inschatting van de hoeveelheid studies moet concluderen dat aan dit aspect het minste onderzoek is besteed. Voorzitter ~ao zei ~ ~-O__, wat u wellicht beter kent als ’Laat duizend bloemen bloeien’. Ik ben een groot voorstander van verder onderzoek. We zien dat produktverbetering en produktvergelijkingen het meest onderzocht zijn. Logisch, want er is vanuit de markt veel vraag naar dergelijke onderzoeken terwijl zij wegens hun strenge afbakening ook redelijk goed
KCN-C 94 029
99
Integraal ketenbeheer van energie en materialen uitvoerbaar zijn. Op de tweede plaats, wat aandacht betreft, komen de ketenstudies en de ketenanalyse. Een heel interessant gegeven, we moeten ons echter realiseren dat deze cijfers slechts voorlopige inschattingen zijn. We zien hier als het ware een tussenstand van de publikatie die Marcel Crul voorbereidt. Het is geenszins zeker dat naarmate zijn studie vordert dit ook zo zal blijven. We hebben hier met een indicatie te maken. Toch doemt er, ook met deze beperking, al de keuzerichting op waar ik het eerder over had. Zo worden de keuzen van het ene platform naar het andere gemaakt. De contouren van het proces van invulling, van kiezen, worden ons duidelijk, samen met de invulling die er aan ketenbeheer wordt gegeven zelf.
De tweede invalshoek Marcel Crul is de voortbrengingsketen. Hier staat niet het milieu centraal, maar de maatschappij. int. m. zorg int. organisatie
techniek
procesgeïnttechnologie
ketenorganisatie
recyclingtechnologie
sectororganisatie
economie Voortbrengingsketen Het gaat dan om hoe we de ketens organiseren en reorganiseren. ¯ Bij de invalshoek van bedrijfsinterne milieuzorg onderzoekt men in hoeverre het milieuzorgsysteem is om te vormen naar een organisatorisch kader voor integraal ketenbeheer. ¯ Bij de invalshoek van de interne organisatie betreffen de verrichte studies niet speciale milieupIannen, maar een milieugerichte produktinnovatie en procesinnovatie. Het gaat er dan om hetgeen een bedrijf doet, zo milieuvriendelijk mogelijk te doen zonder verdere speciale acties, dus een integrale zorgsysteem in het bedrijf. ¯ Het derde gebied waarop studies worden verricht is dat van de ketenorganisatie, dat wil zeggen de externe relaties en organisatie in de keren over de afzonderlijke bedrijven en organisaties heen. ¯ Gaat het bij ketenorganisatie om bedrijfskolommen, elk element van zo’n kolom maakt tevens onderdeel uit van een bepaalde branche, een
] O0
ECN-C--94-029
Ketenbeheer zit in mensen of niet sector. Zo kunnen we bijvoorbeeld de keten van koe tot melkpak onderscheiden. Maar de melkfabriek maakt deel uit van de sector zuive]verwerkende bedrijven. En de supermarkt van de sector detai]handel. Zo zijn er ook studies die sectorgewijs plaatsvinden, al zijn deze zeer zeldZelf vind ik het heel belangrijk dat we sectoren, dat wil dus zeggen de horizontale ]agen, als geheel ook laten samenwerken met de kolommen waarvan de onderscheiden organisaties deel uitmaken. Het gaat om het partnership. In de ontwikkeling van ketenanalyses neemt de het economisch perspectief een steeds belangrijkere rol ~n. Nu zijn er nog weinig studies verricht naar de optimalisatie van economische consequenties, de meeste spelen zich op microniveau af. Zoals gezegd echter, verwacht Marcel dat hier spoedig verandering in zal komen. In de gangbare economische benadering zijn milieukosten nog grotendeels extern, en worden dus op toekomst of maa~:schappij afgewenteld. Er is een breed terrein van technologisch georiênteerd onderzoek dat verband houdt met integraal ketenbeheer. ¯ Zo zijn er nogal wat studies verricht naar recyclingstechnologie zoals de inzet van afvalstoffen, zuivering, het hergebruik van materialen voor energie-opwekking, dematerialisatie zoals dat dan heel spiritistisch heet, en meer in het algemeen de cascade van hergebruik. ¯ Ook zijn er studies naar procesge~ntegreerde technologie en preventietechnologie. Hier speelt dematerialisatie eveneens een rol. ¯ De onderzoeken naar duurzame technologie ten slotte, hebben de meer globale oplossingsrichtingen tot onderwerp, eveneens vanuit technologisch perspectief, het zijn dus een soort preambulistische haalbaarheidsstudies.
produktbeleid economische instrumenten
[afval]stoffen beleid
organisatie
energiebeleid
innovatie
I¢ennis keteninformatie
Beleidsoriëntatie
Integraal ketenbeheer van energie en materialen Interveniëren door forceren. De NOVEM en het NOH zijn daartoe zelfstandig opererende organen die financieel gesteund worden door de overheid en daarom naar dat criterium bekeken, misschien zeIfs wel een beetje als een deel van haar gezien kunnen worden. ZeIf intervenieert de overheid ook heel direct. ¯ Zo verricht de overheid onderzoek naar produktbeleid waarbij zij meerdere milieu-aspecten en schakels van de voortbrengingsketen integreert. ¯ Hetzelfde geldt voor het stoffenbeleid en ¯ het energiebeleid, deze laatste twee echter krijgen meer aandacht, afgemeten naar het aantal studies althans. ¯ Zijn deze drie onderzoeksterreinen gericht op bestaande beleidskaders, de overheid ontwikkelt ook kennisinstrumenten om het inzicht in de belangrijkste bronnen van milieubelasting te onderzoeken en zo nieuw beleid te kunnen ontwikkelen. Die kunnen zich echter nog niet verheugen in de grote belangstelling die het bestaande beleid ten deel valt. ¯ Zo zijn er nog niet veel studies verricht naar informatie-instrumenten om de communicatie te verbeteren tussen actoren in de ketens. ¯ Hetzelfde geldt voor studies die gericht zijn op het stimuleren van innovaties die gericht op ontwikkeIing van op ketenbeheer afgestemde technologieën. ¯ Een systematische implementatie van integraal ketenbeheer vereist bepaalde besluitvormingskaders, ook die tracht de overheid te forceren door te interveniëren. ¯ Heel belangrijk tot slot is dat milieukosten niet meer worden afgewenteld op de maatschappij, nu of in de toekomst. We leven, gelukkig, in een markteconomie en daarin werken eeonomen met integrale kostprijzen, wij geven de kosten steeds door aan de volgende in de keren en deze doorberekening stuurt de economie, ìs de economische besluitvorming. lnternalisatie van de milieukosten is van essentieel belang om de huidige onjuiste kostenverhoudingen te corrigeren en de economische besluitvorming zuiver te houden. Zoals we het uiteindelijk bedoeld hebben in onze maatschappij en zoals het binnen de lijnen van het haaIbare, nog altijd goed functioneert. We zien dat we met ons allen aan het concept van ketenbeheer werken. Wij, zoals we hier in de zaal zitten, bepalen de werke]ijkheid van morgen. A]thans, de ge]dende theorie van morgen. Want hoe bepalen wij de loop van de gebeurtenissen? Niet door al]een maar onderzoek te doen en rapporten te schrijven. In onze markteconomie zijn het de individuen die continu keuzen maken en daarmee de richting bepalen. We kunnen niets van te voren opleggen, dat is zeventig jaar lang ten oosten van ons geprobeerd en zie eens hoe de economie en het milieu er daar voor staan.
Scholing Het is in dat licht van het grootste belang dat de actoren, dat wil zeggen de functionarissen die de beslissingen nemen en uitvoeren, ketenbeheer als uitgangspunt nemen. Dat lijkt wat overdreven, maar het is de bedoeling dat ketenbeheer een normaal onderdeel van het gedragspatroon wordt. Juist van bedrijven en instanties, dat wil zeggen van professionals die daar werken. lk pleit daarom sterk voor een integratie van ketenbeheer in elke beroeps- en wetenschappelijke opleiding. Dat is de manier om straks beslis-
102
EeN-C--94 029
Ketenbeheer zit in mensen of niet ..................... sers bij de overheid, instanties en in het bedrijfsleven te hebben die van wieg tot wieg nadenken. Behalve scholing is ook een centrale invalshoek bij de beleidsvorming van belang. Zoals elk lesprogramma doordesemd moet zijn van ketenbeheer, hebben we ook een Ministerie van Duurzaamheid nodig. Landbouw, Economische Zaken, Verkeer en Waterstaat en nog meer departementen vallen dan onder het Ministerie van Duurzaamheid.
7.3 Praktijkgevallen Ketenbeheer is een terrein waar, en daar zult u na deze dag wel van overtuigd zijn, nog geen eenduidigheid over bestaat. Toch mòet ketenbeheer, anders halen we onze maatschappelijke doelstellingen niet. De fase waarin het concept van ketenbeheer verkeert, maakt dat de prakti]kvoorbeelden, of om het in goed Nederlands te zeggen case studies, misschien wat minder praktisch nut afwerpen in de hedendaagse ]eefomgeving dan we zouden wensen. Zij vormen echter het hechte fundament waarop we kunnen voortbouwen aan het einddoel
Produktontwerp De keten begint bij het produktontwerp, het produktie-ontwerp en het ontwerp van het ]ogistieke traject. Het spreekt vanzelf dat we daar, op dat moment, de milieu-effecten voor een groot deel bepalen. We moeten echter ook bedenken dat er meer kanten aan zitten. Als een bedrijf in Drachten ronde, rode produkten maakt en in Friesland verkoopt, is het dan zo dat de doelgroep in Limburg ook een rode, ronde produkten wil? Misschien kiest men daar wel voor blauwe vierkante. Cultuur, gewoonten, gebruiken, ook daar moeten we bij het ontwerp rekening mee houden. Het NOH is, met onder meer NOTA, een van de financiers van de Handleiding Milieugerichte Produktontwikkeling. Dit handboek is niet alleen bedoeld voor industriële ontwerpers maar richt zich op iedereen die deel uitmaakt van een innovatieteam. De teamleden vinden hierin stap voor stap het proces om hun werk in een breder verband te plaatsen dan alleen het functionele. Het milieu als invalshoek kan dan tot verrassende produktontwikkelingen leiden. Het handboek faseert het ontwerpproces en omschrijft van elke fase nauwkeurig de acties en parameters. Werkbladen, kant en klaar voor gebruik, completeren het geheel. De Handleiding Milieugerichte Produktontwikkeling is uitgegeven door de SDU Uitgeverij in Den Haag. De NOH betaalde niet alleen mee aan de totstandkoming van het handboek, maar participeerde ook in het advies dat de NOTA in die tijd uit aan de Tweede Kamer uitbracht over milieugericht produktontwikkeling. Bij het NOH zien we ketenbeheer als een van-wieg-tot-wieg proces. De output van het één, is de input van het ander. Van zand tot klant, ls het produkt eenmaal ontworpen dan begint de voortbrengingsketen met de grondstofwinning, het terugdumpen in de natuur levert meestal geen grondstof op, maar verder in de keten zijn lussen steeds mogelijk. Dat is onze visie op kerenbeheer, het zo vroeg mogelijk terugleiden van materie en energie en zo een
ECN-C 94-029
103
Integraal ketenbeheer van energie en materlalen kringloop leggen. Lukt dat niet, dan dient de ius gelegd te worden naar minder hoogwaardige ketens.
GRONDSTOF’~qNNING
GRONDSTOFVERWERKING HALFFABRIKATEN
~IINDER HOOGWAARDIGE KETEN
PRODUKTIE CONSUIHPTIE
RECUPERATIE
EINDVERWERKING
Samenhang NOH-hoofdlijnen: Ketenbeheer, kringlopen en hergebruik
STEPS-model Wat is erger: een polder met verontreinigde bodem, vliegtuiglawaai in Zwao nenburg of een geringe toename van het broeikaseffect? Dat is appels met peren vergelijken, denkt u nu verontwaardigd. Maar we willen het wel allemaal bestrijden. Daarbij zijn onze middelen schaars en alternatief aanwendhaar. We hebben een beperkte hoeveelheid milieuguldens en die kunnen we maar een keer uitgeven. Dus we zullen toch moeten beslissen wat we prioriteit geven. Daarvoor moeten we wel appels met peren vergelijken.
104
ECN-C--94-029
Ketenbeheer zit in mensen of niet TNO heeft een methode ontwikkeld voor het beoordelen en selecteren van milieumaatregelen: STEPS (Systematically Tackling Environmentai Problem Solving). Dat maakt het mogelijk om snel en objectief het rendement van milieumaatregelen te beoordelen. En dus ook om prioriteiten te kunnen stellen. MOH heeft de ontwikkeling van STEPS mogelijk gemaakt.
MILIEUVOORDELEN UITVOERBAARHEID
-kosten -beleid -organisatie
OPLOSSINGEN
MILIEUKNELPUNTEN
Het model van TNO onderscheidt drie stappen. Eerst worden de milieuknelpunten van een bepaald vraagstuk geinventariseerd en wordt het belang van elk knelpunt bepaald. De volgende stap is het genereren van oplossingen voor die knelpunten en de oplossingen beoordelen op uitvoerbaarheid en op hun verdienste voor het milieu. Daarbij wordt gelet op de kosten, of het in ]net beleid past en de uitvoerbaarheid wordt beoordeeld.
Levenscyclusanalyse In opdracht van het NOH ontwikkeIde Centrum voor Milieukunde keiden (CML) een methode om de levenscyclus van produkten vanuit het milieu te analyseren. De effecten van de onderscheiden levensfases van een produkt, maar ook de produktie, produktie wijze, grondstoffen, grondstoffenwinning, enzovoort, worden hier met elkaar in verband gebracht. Het model is een groot succes. Dermate groot dat het al in vele talen vertaald is, waaronder het Japans.
EeN-C--94-029
105
Integraal ketenbeheer van energie en mateda|en
106
ECM-C--94-029
Ketenbeheer zit in mensen of niet Deze projecten, en andere, komen niet uit de lucht vallen. Bedrijven en instellingen lopen zelf al met de ideeën rond en vragen ons dan een financiële ondersteuning. Binnenkort is het weer zo ver. We hebben nu een miljoen beschikbaar voor projecten en een dezer dagen zult u die mededeling in de Staatscourant aantreffen.
Recycling tv’s U hebt nog wat tegoed van mij. Deze oude televisie. Ongeveer drie kwart van het gewicht van deze tv omvat de bee]dbuis en de kunststof kast. Er lopen nu verschillende projecten om te onderzoeken hoe de beeldbuizen gerecycled kunnen worden. Er zijn problemen met allerlei ]aagjes op het glas, maar het ziet ernaar uit dat het gaat lukken. Bij de kunststof tv-kast is het al zover. Als ik deze tv laat vallen ontstaat de eerste schade aan de kast in de boeken bij de beeldbuis. Daarom zijn vooral die boeken versterkt met boutjes en andere metalen onderdelen. Die het moeilijk maken om de zaak te demonteren en dus te recyclen. Philips heeft een systeem ontwikkeld om de kast eenvoudiger te demonteren. En wat blijkt, het is ook eenvoudiger, met minder materialen en dus goedkoper, te monteren. Ook heeft Philips met behulp van het NOH het recyclingproces van de televisiekast zelf onderzocht. Dat maakt het mogelijk de kunststof van de straks oude tv-kasten, te gebruiken als grondstof voor nieuwe. Een aardig detail daarbij is dat Philips geen lastig te verwijderen stickers meer gebruikt, maar het logo, batchnurnmer, streepjescode enzovoort, met een laser in de kast zelf gaat branden. Het mes snijdt aan twee kanten, Philips bespaart kosten en het milieu heeft er minder onder te lijden. Met onze interventies kunnen wij zo een beperking van de hoeveelheid afval forceren. Maar denk nu niet dat alleen de mammoetconcerns als Philips voor dergelijke projecten in aanmerking komen. Wij medefinancieren ook een project bij Lopital, een bedrijf met dertig medewerkers dat aangepast sanitair maakt voor het gebruik in verpleeghuizen, ziekenhuizen en bij invaIiden thuis. Vooral bij de mensen thuis komt er een moment dat de WC-pot of het bad weer verwijderd kan worden. Lopital heeft nu een programma in ontwikkeling om het oude sanitair terug te nemen en verantwoord te verwerken.
7.4 Tot slot We staan nog maar aan de wieg van het wieg-tot-wiegproces. Zoals we hier bij elkaar zitten geven wij met ons onderzoek richting aan de methode om tot een duurzame ontwikkeling te komen, het is aan ons ketenbeheer een concrete invulIing te geven. Wij, zoals we hier aanwezig zijn, vormen een soort commandogroep met als missie de invoering van ketenbeheer. Een taak die zich overigens niet beperkt tot de kantooruren.
ECN-C--94-029
~07
integraal ketenbeheer van energie en materialen ..........
108
ECN C -94-029
BIJLAGE A. PROGRAMMA Datum: 15 juni 1994 Plaats: ECN, Westerduinweg 3, Petten, Forum, grote vergaderzaal
9.30
Opening en introductie
9.45
prof.dr. J. Crarner (TNO) Integraal ketenbeheer als uitdaging
10.30 dr. G. Huppes (CML) LCA met informatie of stofstroomanalyse met financiële instrumenten? 11.15 Koffie 11.30 drs.in D. Gielen (ECN Het MARKAL energiemodel met materialen voor lange termijn milieubeleid
12.15 drs. J. Ros (RIVM) Programma ’verspilling’ en voorraadbeheer
13.00 Lunch 13.45 ir. O.C.H de Kuijar (DTO) ll]ustratieprocessen vlees, utiliteitsbouw en mainport Rotterdam 14.30 dr.ir. E. Nieuwlaar (RUU) EMMA: Energie-, Milieu- en Materialenanalyse 15.15 Thee 15.30 drs. 1. Kok (ECN) LCA van elektriciteitsproduktie 16.15 ing. J. van de Velde (NOVEM) Programma NOH en ketenbeheer
17.00 Einde workshop
ECN C--94-029
109
Integraal ketenbeheer van energie en mater[alen
]10
EC~-C--94 029
BIJLAGE B. LIJST VAN DEELNEMERS M. Berk drs. H. Blonk ir. J. Braam L. Breedveld dr. J.J.C. Bruggink ing. P. Bru’msma ir. R.L. Busink M. Buys prot:.dr. J. Cramer H.J. Croezen R. Cuelenaere A. Dijkzul drs.ir. D. Gie]en J. van der Goor P. Groenewegen dr. W.G. Haije drs. C. van Halen ir. M. van Hees drs. J.K. Hensems ir. J.A. Hernandez drs. P. van den Hoek drs. G.J.J.v.d. Hof dr. G. Huppes ir. L.G.J. Janssen ing. H. Kelderman drs. I.C. Kok I. Knotnerus ir. O.C,H. de Kuijer ir. P.A. Lanser ir. H.W. van Lochem drs. J.K. Mak drs. E.P.M. Meiis dr. H. Meinders dr. K.J. Moning dr. E. Nieuwlaar dr.ir. J,M.P. Papenhuijzen E.W. Perdijk ir. W. Quick W. Richert drs. J. Ros G. van Rossum H. Ruijter
ECN-C -94-029
RIVM BB&G ECN Rijkswaterstaat RIZA ECN Alum’miumcentr um Ministerie van Landbouw, Natuurbeheer en Visserij Ministerie van Economische Zaken TNO Centrum voor energiebesparing en schone technologie Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer ECN Stichting Toekomstbeeld der Techniek VU Centrum ALgemene Vorming ECN Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer T~d-Delf~-A1 Ministerie van Economische Zaken Rijkswaterstaat R1VM-LAE DHV Milieu & Infrastructuur CML ECN DSM ECN Hoogovens groep/Ecoplan DTO Vereniging Nederlandse Cement[ndustrie AKZO Engineering Mc Kinsey & Company AOO Philips-CEEO Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer Rijksuniversiteit Utrecht Ministerie van Landbouw, Natuurbeheer en Visserij CEA B.V. VNCI Vereniging Milieudefensie RIVM KEMA Ministerie van Economische Zaken
111
Integraal ketenbeheer van energie en materialen ...... H. Senhorst ir. R. Sikkema drs. H.J.M. Snoep drs. F.C. Stam V. Starreveld L. Stavast drs. A. Tukker ir. G. v.d. Veen ing. J. v.d. Velde B.L. van der Ven F. Verhees H. Verhoeven dr. F. van Vollenbroek dr. H. van Weenen dr.ir. M. Weijnen ir. H. Wijnen
112
R1ZA Stichting Bos en Hout Ministerie van Economische Zaken Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer BB&G Synrec TNO-STB Senter NOVEM TNO-ME Stichting Milieukeur Philips PMF Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer IVAM lnterduct Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer
ECN-C- 94-029
