Geleitwort | 7 |
Vorwort | 8 |
Inhaltsübersicht | 9 |
Inhaltsverzeichnis | 11 |
Abbildungsverzeichnis | 17 |
Tabellenverzeichnis | 23 |
Abkürzungsverzeichnis | 26 |
1 Einleitung | 30 |
1.1 Ausgangslage und Problemstellung | 30 |
1.2 Zielsetzung und Lösungsweg | 33 |
2 Charakteristika und Aufgaben nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke | 38 |
2.1 Grundlagen und Rahmenbedingungen eines nachhaltigen Wirtschaftens | 39 |
2.1.1 Konzept Nachhaltigkeit | 39 |
2.1.2 Lenkungssystem (Umwelt-)Politik | 40 |
2.1.2.1 Abfall- und schadstofforientierte Richtlinien | 43 |
2.1.2.2 Medienübergreifender Umweltschutz | 43 |
2.1.2.3 Freiwillige Instrumente | 44 |
2.1.2.4 Integrierte Produktpolitik | 45 |
2.1.3 Stoffstrommanagement zur Umsetzung einer nachhaltigen Entwicklung | 46 |
2.2 Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke | 49 |
2.2.1 Wertschöpfungsnetzwerke | 49 |
2.2.2 Charakteristika nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke | 51 |
2.2.3 Planung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke | 53 |
2.2.3.1 Planungsrahmen | 54 |
2.2.3.2 Planungsaufgaben entlang des Produktlebenszyklus | 55 |
2.3 Fallbeispiel: Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke in der Elektronikindustrie | 57 |
2.3.1 Umweltwirkungen von Elektro(nik)geräten | 57 |
2.3.2 Umweltrechtliche Rahmenbedingungen | 58 |
2.3.3 Stoffstrommanagement entlang des Produktlebenszyklus | 61 |
2.3.4 Zusammenarbeit in Wertschöpfungsnetzwerken | 62 |
2.4 Fazit | 66 |
3 Stoffstrombasierte Modellierung und Bewertung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke | 69 |
3.1 Modellierung vernetzter Produktionssysteme | 69 |
3.1.1 Ermittlung der Input-Output-Relationen | 71 |
3.1.1.1 Betriebswirtschaftliche Produktionsfunktionen | 71 |
3.1.1.2 Aktivitätsanalyse | 72 |
3.1.1.3 Approximation einer Technik durch Prozesssimulation | 73 |
3.1.2 Ansätze zur dynamischen Modellierung | 75 |
3.1.2.1 Dynamisches Grundmodell | 75 |
3.1.2.2 Dynamische Input-Output-Grafen und Petri-Netze | 76 |
3.2 Bewertung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke | 78 |
3.2.1 Ziele und Zielhierarchien | 78 |
3.2.2 Ökonomische Bewertung | 80 |
3.2.2.1 Verfahren der Umweltkostenrechnung | 81 |
3.2.2.2 Ansatz der stoffflussbasierten Umweltkostenrechnung | 83 |
3.2.3 Ökologische Bewertung | 87 |
3.2.3.1 Kumulierter Primärenergieaufwand – KEA | 87 |
3.2.3.2 Bewertungsverfahren nach UBA | 88 |
3.2.4 Soziale Bewertung | 91 |
3.3 Multikriterielle Bewertung zur Integration der Nachhaltigkeitsindikatoren | 92 |
3.3.1 Indikatorensysteme zur Bewertung der Nachhaltigkeit | 92 |
3.3.2 Klassifikation multikriterieller Entscheidungsverfahren | 94 |
3.3.3 Multi Objective Decision Making | 95 |
3.3.3.1 MODM-Verfahren | 95 |
3.3.3.2 Bestimmung aller effizienten Lösungen | 97 |
3.3.3.3 Zielprogrammierung | 99 |
3.3.4 Multi Attribute Decision Making | 100 |
3.3.4.1 MADM-Verfahren | 101 |
3.3.4.2 Outrankingverfahren PROMETHEE | 103 |
3.4 Fallbeispiel: Modellierung und Bewertung von Recyclingnetzwerken | 105 |
3.4.1 Stoffstrommodell des Recyclingnetzwerks | 106 |
3.4.2 Stoffflussbasierte Umweltkostenrechnung zur Bewertung von Recyclingnetzwerken | 107 |
3.4.3 MODM-Verfahren zur Bewertung von Recyclingnetzwerken | 109 |
3.4.3.1 Zielfunktionen | 109 |
3.4.3.2 Effiziente Lösungen | 111 |
3.4.3.3 Zielprogrammierung | 113 |
3.4.4 MADM-Verfahren zur Bewertung von Recyclingnetzwerken | 115 |
3.4.4.1 Zielsystem und Attribute | 116 |
3.4.4.2 Anwendung von PROMETHEE | 117 |
3.5 Fazit | 119 |
4 Lenkungssystem (Umwelt-)Politik | 121 |
4.1 Folgenabschätzung für Politikoptionen | 121 |
4.1.1 Vorgehen im Rahmen der Folgenabschätzung | 122 |
4.1.2 Anforderungen an die Wirkungsanalyse | 125 |
4.2 Dynamisch komplexe Systeme | 126 |
4.2.1 Verhaltensmuster dynamisch komplexer Systeme | 126 |
4.2.2 Systemdynamische Modellierung dynamisch komplexer Systeme | 128 |
4.2.2.1 Problemdefinition | 128 |
4.2.2.2 Erstellung einer dynamischen Hypothese | 129 |
4.2.2.3 Formulierung eines Simulationsmodells | 130 |
4.2.2.4 Modellanalyse | 133 |
4.2.2.5 Entwicklung und Bewertung von Politikoptionen | 134 |
4.3 Fallbeispiel: Folgenabschätzung im Automobilsektor | 135 |
4.3.1 Planungsproblem | 135 |
4.3.2 Modell | 137 |
4.3.3 Daten und Szenarien | 148 |
4.3.4 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen | 150 |
4.4 Fazit | 155 |
5 Produktentwicklung | 157 |
5.1 Produktlebenszyklus | 157 |
5.1.1 Bedeutung der Produktentwicklung | 157 |
5.1.2 Modellierung des Produktlebenszyklus | 159 |
5.2 Life Cycle Costing | 163 |
5.2.1 Mengengerüst | 163 |
5.2.2 Wertgerüst | 166 |
5.2.3 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung | 167 |
5.3 Fallbeispiel: Lebenszykluskosten komplexer Elektronikgeräte | 169 |
5.3.1 Entscheidungsalternativen | 169 |
5.3.2 Stoffströme | 170 |
5.3.3 Zahlungsströme | 171 |
5.3.4 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen | 171 |
5.4 Life Cycle Assessment | 174 |
5.4.1 Vorgehensweise | 174 |
5.4.2 Vereinfachtes Life Cycle Assessment | 176 |
5.5 Fallbeispiel: Umweltwirkungen komplexer Elektronikgeräte | 177 |
5.5.1 Life Cycle Assessment eines Personal Computers | 177 |
5.5.2 Lebenszyklusweite Umweltwirkungen weiterer Elektronikgeräte | 180 |
5.6 Fazit | 182 |
6 Produktion | 184 |
6.1 Planung von Produktionssystemen | 184 |
6.1.1 Techno-ökonomisches Planungskonzept | 185 |
6.1.2 Strategische Produktionsplanung | 186 |
6.1.2.1 Betriebswirtschaftliche Systemgestaltung | 188 |
6.1.2.2 Schnittstelle zur technischen Systemgestaltung | 189 |
6.1.3 Berücksichtigung von Unsicherheiten | 189 |
6.2 Modellierung von Produktionssystemen am Beispiel synthetischer Biokraftstoffe | 191 |
6.2.1 Synthetische Biokraftstoffe als Technologieinnovation | 191 |
6.2.2 Charakterisierung des Produktionssystems | 193 |
6.2.3 Informationen aus der technischen Systemgestaltung | 194 |
6.2.4 Integrierte Standort-, Kapazitäts- und Technologieplanung | 198 |
6.2.4.1 Systembeschreibung | 198 |
6.2.4.2 Stoffströme | 200 |
6.2.4.3 Zielfunktion | 202 |
6.2.4.4 Robuste Erweiterung | 205 |
6.3 Fallbeispiel: Planung eines Produktionssystems zur Herstellung vonBTL-Kraftstoffen | 209 |
6.3.1 Daten | 209 |
6.3.2 Szenarien | 210 |
6.3.3 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen | 210 |
6.4 Fazit | 213 |
7 Nutzung | 215 |
7.1 Nutzungsdauerverlängerung durch Aufarbeitung | 215 |
7.1.1 Aufarbeitungsoptionen | 216 |
7.1.2 Integration in den Produktlebenszyklus | 217 |
7.1.3 Umsetzung in Closed Loop Supply Chains | 218 |
7.2 Planung der Aufarbeitung | 221 |
7.2.1 Strategische Planung | 221 |
7.2.2 Taktische Planung | 221 |
7.2.3 Operative Planung | 222 |
7.3 Integrierte Planung von Neuproduktion und Aufarbeitung | 222 |
7.3.1 Planungssituation | 223 |
7.3.2 Modell zur integrierten Produktions- und Aufarbeitungsplanung | 225 |
7.4 Fallbeispiel: Kreislaufoptionen eines Automatenherstellers | 230 |
7.4.1 Planungsumfeld und -aufgabe | 230 |
7.4.2 Aufarbeitungsoptionen des Automatenherstellers | 232 |
7.4.3 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen | 234 |
7.5 Fazit | 235 |
8 Entsorgung | 237 |
8.1 Begriffe und Grundlagen | 237 |
8.1.1 Systemstufen und Aktivitäten | 238 |
8.1.2 Akteure | 240 |
8.2 Charakterisierung von Behandlungsprozessen | 241 |
8.2.1 Charakteristika der Demontage und mechanischen Aufbereitung | 241 |
8.2.2 Demontage und Aufbereitung als Kuppelproduktionsprozesse | 243 |
8.3 Modellierung von Behandlungsprozessen | 244 |
8.3.1 Modellierung der Demontage | 245 |
8.3.2 Modellierung der mechanischen Aufbereitung | 249 |
8.4 Modellierung integrierter Recyclingunternehmen | 253 |
8.4.1 Allgemeines Stoffstrommodell | 253 |
8.4.2 Hierarchisches Planungskonzept für integrierte Recyclingunternehmen | 256 |
8.5 Fallbeispiel: Feinplanung eines integrierten Recyclingunternehmens | 257 |
8.5.1 Daten | 258 |
8.5.2 Ergebnisse | 260 |
8.6 Fazit | 262 |
9 Koordination nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke | 264 |
9.1 Anforderungen an die Koordination nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke | 264 |
9.1.1 Kooperationen entlang des Produktlebenszyklus | 264 |
9.1.2 Anforderungen an die Koordination | 266 |
9.2 Koordination in Netzwerken | 267 |
9.2.1 Überbetrieblicher Leistungsaustausch | 267 |
9.2.2 Koordination in Wertschöpfungsnetzwerken | 269 |
9.2.3 Koordinationsmechanismen | 271 |
9.2.3.1 Koordination durch Kontrakte | 272 |
9.2.3.2 Koordination von mathematischen Optimierungsmodellen | 273 |
9.3 Fallbeispiel: Koordination von Recyclingnetzwerken | 275 |
9.3.1 Charakterisierung der Koordinationssituation | 276 |
9.3.1.1 Aktivitäten und Stoffströme | 276 |
9.3.1.2 Akteure, Zielsetzungen und Informationen | 277 |
9.3.1.3 Weitere Präzisierung der Koordinationssituation | 278 |
9.3.2 Koordinationsansatz | 279 |
9.3.2.1 Zentrales Modell | 279 |
9.3.2.2 Dezentrales Modell | 279 |
9.3.2.3 Koordinationsmechanismus | 281 |
9.3.2.4 Prototypische Umsetzung als Multi-Agentensystem | 283 |
9.3.3 Ergebnisse | 284 |
9.4 Fazit | 288 |
10 Schlussfolgerungen | 290 |
Stoffstrommodelle als Bewertungsgrundlage | 290 |
Berücksichtigung vielfältiger und gegenläufiger Zielsetzungen | 290 |
Antizipation der Auswirkungen der Lenkungssysteme ‚Markt – Politik – Gesellschaft‘ auf das Wirtschaftssystem | 291 |
Berücksichtigung des gesamten Produktlebenszyklus | 292 |
Lebenszyklusphase der Produktentwicklung | 292 |
Lebenszyklusphase der Produktion | 293 |
Lebenszyklusphase der Nutzung | 294 |
Lebenszyklusphase der Entsorgung | 294 |
Notwendigkeit einer akteursübergreifenden Zusammenarbeit | 295 |
Umsetzung von Konsistenz-, Suffizienz- und Effizienzstrategien entlang des Produktlebenszyklus | 296 |
Fazit | 296 |
11 Zusammenfassung | 298 |
Literatur | 302 |