Verbesserung der Genauigkeit von Ökobilanzen
Ökobilanzen quantifizieren die Umweltwirkungen von Produkten und Dienstleistungen und stellen eine wesentliche Entscheidungsgrundlage für politische Maßnahmen dar. Allerdings ist die vollständige Erfassung der dafür notwendigen Daten kaum realisierbar. Eine Untersuchung des Paul Scherrer Instituts (PSI) zeigt nun, dass sich vier etablierte hybride Methoden mathematisch auf zwei Hauptansätze reduzieren lassen. Dies stellt einen ersten Schritt zur Entwicklung einer Open-Source-Software dar, die derartige Analysen auch ohne tiefgehende mathematische Kenntnisse ermöglicht.
Grundlagen und Herausforderungen der Ökobilanzierung
Die Ökobilanz, im Englischen als Life Cycle Assessment (LCA) bezeichnet, bewertet den gesamten Lebenszyklus eines Produkts oder einer Dienstleistung. Dabei werden sämtliche Prozessketten von der Rohstoffgewinnung über die Herstellung bis hin zur Nutzung und Entsorgung betrachtet. Michael Weinold, Forscher am Labor für Energiesystemanalysen des PSI und derzeit an der ETH Zürich tätig, betont: „Eine Ökobilanz ist eine mathematische Methode, deren Qualität maßgeblich von der Datenbasis abhängt.“
Ein zentrales Problem besteht darin, dass klassische Ökobilanzen nicht alle umweltrelevanten Prozesse vollständig abbilden können. Die Festlegung der Systemgrenzen erfolgt subjektiv durch die Ersteller der Ökobilanz. Um diese Lücken zu schließen, werden sogenannte hybride Ökobilanzen eingesetzt, die Prozessdaten mit globalen volkswirtschaftlichen Daten kombinieren. Bislang existierten verschiedene Methoden für hybride Ökobilanzen, deren Unterschiede jedoch nicht eindeutig geklärt waren.
Untersuchung hybrider Methoden
In Kooperation mit dem CIRAIG-Ökobilanz-Forschungszentrum in Kanada analysierte Weinold die verschiedenen hybriden Verfahren. Die Ergebnisse, veröffentlicht im Journal of Industrial Ecology, zeigen, dass sich die vier wissenschaftlich anerkannten Methoden mathematisch auf zwei Hauptansätze reduzieren lassen. Darüber hinaus geben die Studien Empfehlungen für den jeweils geeigneten Einsatz der Methoden.
Subjektivität bei der Festlegung der Systemgrenzen
Eine Ökobilanz soll sämtliche Daten entlang der Prozesskette erfassen, die neben der Herstellung auch Rohstoffe, Energieversorgung und Transportleistungen umfasst. Beispielsweise beinhaltet die Bilanz eines Autos nicht nur den Kraftstoffverbrauch, sondern auch die Herkunft des Treibstoffs. Weinold erläutert: „Die Systemgrenze für Rohbenzin endet häufig bei der Erdölförderung, theoretisch könnten aber auch Forschung, Verwaltung oder Immobilienprojekte der Ölkonzerne berücksichtigt werden.“
Die Festlegung dieser Grenzen ist nicht durch die ISO-Norm vorgeschrieben, was zu subjektiven Einflüssen führt. Dies hat wirtschaftliche Relevanz, etwa im Rahmen des Europäischen CO₂-Grenzausgleichssystems, das Importe entsprechend ihres CO₂-Fußabdrucks finanziell belastet. Weinold weist darauf hin, dass objektive Berechnungen essenziell sind, da die Kosten letztlich von den Konsumenten getragen werden.
Kombination von detaillierten Prozessdaten und volkswirtschaftlichen Daten
Hybride Ökobilanzen verknüpfen detaillierte Prozessdaten mit Input-Output-Tabellen der Volkswirtschaft, welche die Verflechtungen zwischen Wirtschaftssektoren und deren Umweltbelastungen abbilden. So lässt sich beispielsweise der CO₂-Ausstoß, der auf die Stahlproduktion entfällt, anhand der Ausgaben der Luftfahrtbranche für Stahl ermitteln.
Weinold erklärt: „Input-Output-Tabellen sind per Definition vollständig, weshalb bei hybriden Ökobilanzen keine willkürlichen Systemgrenzen mehr gezogen werden müssen.“
Reduktion auf zwei Hauptmethoden
Seit den 1970er-Jahren wurden verschiedene hybride Ökobilanzmethoden entwickelt. Weinold konnte in seiner Untersuchung zeigen, dass sich die vier Hauptmethoden mathematisch auf zwei Ansätze reduzieren lassen. Die Autoren einer der Methoden waren zunächst skeptisch, konnten jedoch durch ergänzende Berechnungen überzeugt werden.
- Gestufter Ansatz (tiered HLCA): Ergänzt klassische Prozessdaten durch Durchschnittsdaten aus Input-Output-Tabellen. Geeignet für Produkte mit geringem gesamtwirtschaftlichem Volumen, wie beispielsweise Schweizer Uhren oder Käse.
- Integrierter Ansatz (integrated HLCA): Ermöglicht einen bidirektionalen Datenfluss zwischen Prozesskette und Wirtschaftstabellen, was eine Neuaufteilung der Wirtschaftssektoren erfordert. Notwendig für Produkte oder Szenarien mit großer gesamtwirtschaftlicher Bedeutung, etwa der Ausbau der Windenergie zur Deckung eines signifikanten Anteils der Stromproduktion.
Anwendungsbeispiel und Ausblick
Weinold veranschaulicht den Unterschied anhand des Windenergieausbaus in der Schweiz: Ein Pilotprojekt mit zehn Windturbinen hat geringe Auswirkungen auf das Energiesystem und kann mit dem gestuften Ansatz analysiert werden. Bei einer umfassenden Umstellung, bei der 20 % des Strombedarfs durch Windkraft gedeckt werden, ist der integrierte Ansatz erforderlich.
Die gewonnenen Erkenntnisse sollen in die Entwicklung einer benutzerfreundlichen Software für hybride Ökobilanzen einfließen. Diese soll ähnlich wie die am PSI entwickelte Open-Source-Software Brightway für klassische Ökobilanzen funktionieren und auch Anwendern ohne vertiefte mathematische Kenntnisse zugänglich sein.
Über das Paul Scherrer Institut (PSI)
Das Paul Scherrer Institut ist das größte Forschungszentrum für Natur- und Ingenieurwissenschaften in der Schweiz. Es betreibt Großforschungsanlagen für Wissenschaft und Industrie und forscht in den Bereichen Zukunftstechnologien, Energie und Klima, Gesundheitsinnovationen sowie Grundlagenforschung. Mit einem Jahresbudget von 450 Millionen CHF beschäftigt das PSI rund 2300 Mitarbeitende, darunter zahlreiche Postdoktorierende, Doktorierende und Lernende. Das Institut ist Teil des ETH-Bereichs, zu dem auch die ETH Zürich, die ETH Lausanne sowie weitere bundeseigene Forschungsinstitute gehören.
Kontaktinformationen
- Dr. Michael Weinold
michael.weinold@psi.ch
Sprachen: Deutsch, Englisch - Prof. Dr. Russell McKenna
PSI Center for Energy and Environmental Sciences
Paul Scherrer Institut PSI
+41 56 310 23 01
russell.mckenna@psi.ch
Sprache: Englisch
Wissenschaftliche Veröffentlichungen
- Mathematical Unification of Methods for Hybrid Life Cycle Assessment
Weinold MP, Majeau-Bettez G.
Journal of Industrial Ecology, 07.11.2026
DOI: 10.1007/s44498-026-00187-w - Critical analysis of the path-exchange method for hybrid life cycle assessment
Weinold MP, Majeau-Bettez G.
Journal of Industrial Ecology, 01.04.2026
https://doi.org/10.1007/s44498-026-00023-1
