Table Of ContentArnim von Gleich | Stefan Gößling-Reisemann (Hrsg.)
Industrial Ecology
Arnim von Gleich | Stefan Gößling-Reisemann (Hrsg.)
Industrial Ecology
Erfolgreiche Wege zu nachhaltigen
industriellen Systemen
STUDIUM
Bibliografische Information Der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der
Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über
<http://dnb.d-nb.de> abrufbar.
Dr. Arnim von Gleich, geb.1949, ist Professor für das Lehrgebiet Technikgestaltung und Techno-
logieentwicklung am Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen. Seine Forschungs-
schwerpunkte liegen in den Bereichen „Risiko und Vorsorge“ in der Technikgestaltung (v.a. chemi-
sche, biologische und Nanotechnologien) sowie im Bereich der „leitbildorientierten Technikgestaltung“
(Nachhaltige Chemie, Bionik, Industrial Ecology). Er ist Mitglied des Ausschusses für Gefahrstoffe
beim Bundesministerium für Arbeit und Soziales und Mitglied in der Nanokommission beim Bundes-
ministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit.
Dr. Stefan Gößling-Reisemann studierte in Düsseldorf, Seattle und Hamburg Physik. Seine
Promotion erhielt er an der Universität Hamburg. Er ist derzeit wissenschaftlicher Assistent an der
Universität Bremen im Fachgebiet Technikgestaltung und Technologieentwicklung. Seine For-
schungsinteressen gelten der Industrial Ecology im Allgemeinen und liegen im Speziellen auf dem
Gebietvon Thermodynamik und Ressourcenverbrauch, Ökobilanzen, dynamischer Modellierung von
Stoffströmen und der Bewertung von Recycling.
1.Auflage 2008
Alle Rechte vorbehalten
©Vieweg+Teubner Verlag|GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2008
Lektorat: Harald Wollstadt
Der Vieweg+Teubner Verlag ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media.
www.viewegteubner.de
Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede
Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne
Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für
Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung
und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk
berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im
Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher
von jedermann benutzt werden dürften.
Umschlaggestaltung:KünkelLopka Medienentwicklung, Heidelberg
Druck und buchbinderische Verarbeitung: Strauss Offsetdruck, Mörlenbach
Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier.
Printed in Germany
ISBN 978-3-8351-0185-2
Danksagung
Dieses Buch basiert auf einer Ringvorlesung zum Thema Industrial Ecology an
der Universität Bremen. Für das Zustandekommen der Vorlesung und dieses Bu-
ches sind wir vielen Beteiligten zu besonderem Dank verpflichtet. Unser Dank gilt
zunächst unserem Team: Daniela Fricke, Ralf Isenmann, Maike Kastrup, Birgitt
Lutz-Kunisch, Sebastian Rosskamp, Ole Schirrmeister, Marlies Timmermann und
Tino Tuchel.
Darüber hinaus gilt unser ausdrücklicher Dank unseren Unterstützern und Sponso-
ren, ohne die weder die Vorlesungsreihe noch dieses Buch zustande gekommen
wären: Universität Bremen, Bremer Energie-Konsens, Heinrich-Böll-Stiftung
Bremen, Flexiti GmbH, Senator für Bau, Umwelt und Verkehr Bremen, artec For-
schungszentrum Nachhaltigkeit, Hochschule Bremen, Hochschule Bremerhaven,
VDI Landesverband Bremen, Wittheit zu Bremen und die International Society
for Industrial Ecology.
Für die professionelle und sehr gelungene Übersetzung der englischen Beiträge
bedanken wir uns ganz herzlich bei Cornelia Perthes. Für die wertvolle technische
und redaktionelle Hilfe bedanken wir uns bei Sönke Stührmann.
Arnim von Gleich und Stefan Gößling-Reisemann
Inhaltsverzeichnis
1 Industrial Ecology – Einleitung ...................................................................................... 9
Stefan Gößling-Reisemann, Arnim von Gleich
Grundlage der Nachhaltigkeit: Tragekapazitäten von Meer und Atmosphäre
2 Tragekapazitäten .......................................................................................................... 20
Arnim von Gleich
3 Meeresorganismen unter CO -Stress ............................................................................ 26
2
Hans-Otto Pörtner
4 Die Atmosphäre als Schadstoffsenke - Einfluss auf Stoffkreisläufe und Klima ........... 41
Johann Feichter
Partielle Lösungen und Praxisbeispiele der Industrial Ecology
5 Partielle Lösungen für eine nachhaltige Entwicklung industrieller Systeme ............... 60
Birgitt Lutz-Kunisch
6 Mit Biodiesel in die Zukunft ........................................................................................ 68
Joosten Connemann
7 Kraftstoffe der Zukunft ................................................................................................ 78
Guido A. Reinhardt, Hinrich Helms
8 Veredlungsprodukte aus ungenutzten Stoffströmen der Lebensmittelverarbeitung ...... 88
Gerd Klöck, Anja Noke
9 Biomasse als Rohstoff der Zukunft .............................................................................. 97
Bernd Mahro, Volker Kasche
10 Wie viel Schmierstoff ist nötig? – Effizienter Einsatz von Kühlschmierstoffen ........ 110
Ekkard Brinksmeier, Thomas Koch, André Walter
11 Energie- und Ressourceneffizienz durch Ecodesign .................................................. 119
Mario Tobias, Reinhard Höhn, Siegfried Pongratz, Philipp Karch
12 Wie schwer wiegt ein Bit? .......................................................................................... 129
Siegfried Behrendt
13 Voraussetzungen für eine erfolgreiche industrielle Symbiose .................................... 139
Noel Brings Jacobsen
Pfadwechsel verstehen, verantworten, managen und der Umgang mit Komplexität
14 Pfadwechsel – schwierig aber notwendig ................................................................... 154
Stefan Gößling-Reisemann
15 Ökologische Nachhaltigkeit im textilen Massenmarkt ............................................... 162
Simone Back
16 Symbole und Substanzen – Chancen und Grenzen der Steuerung von Stoffströmen 170
Martin Müller, Uwe Schneidewind
17 Das industrielle sozialökologische Regime und globale Transitionen ....................... 181
Marina Fischer-Kowalski, Helga Weisz
18 Wachstum ohne Umweltverbrauch? Entkopplung und Dematerialisierung ............... 202
Ester van der Voet, Lauran van Oers, Sander de Bruyn, Maartje Sevenster
19 Zukünfte urbanen Lebens mit Altlasten, Bergwerken und Erfindungen .................... 218
Peter Baccini
20 Plädoyer für den Systemwechsel ............................................................................... 238
Hermann Scheer
21 Pflanzen als Grundlage einer solaren Chemie ............................................................ 248
Hermann Fischer
22 Von der Verschränktheit der Nachhaltigkeits-Dimensionen ....................................... 264
Stefan Gößling-Reisemann
23 Management trotz Nichtwissen .................................................................................. 271
Michael F. Jischa
24 Umgang mit Komplexität .......................................................................................... 284
Dietrich Dörner
Das Lernen von der Natur und die wissenschaftliche Einordnung und
Dynamik der Industrial Ecology
25 Industrial Ecology auf dem Weg zur Wissenschaft der Nachhaltigkeit? .................... 304
Ralf Isenmann
26 Ein Pragmatiker auf dem Weg zum Vorausschauenden Management ....................... 316
Matthias Ruth
27 Lernen vom Vorbild Natur: Naturverständnis in der Industrial Ecology ................... 333
Ralf Isenmann
28 Kann Industrial Ecology die „Wissenschaft der Nachhaltigkeit“ werden? ................ 348
John R. Ehrenfeld
29 Fair Future.................................................................................................................. 360
Wolfgang Sachs
30 Ausblick ..................................................................................................................... 366
Arnim von Gleich
1 Industrial Ecology – Einleitung
Stefan Gößling-Reisemann, Arnim von Gleich
Die Forschungsrichtung Industrial Ecology (IE) vereint in ihrem Namen zwei scheinbare
Gegensätze: Industrie und Ökologie. Wenn jedoch die zukünftigen gesellschaftlichen Ent-
wicklungen ohne dramatische Zusammenbrüche in Ökonomie, Gesellschaft und Umwelt
verlaufen sollen, muss aus diesem Gegensatz ein Miteinander werden. Mit diesem Ziel ist die
Industrial Ecology angetreten, und zwar mit einem Ansatz, der so elegant wie naheliegend ist:
wenn schon Industrie und Ökosysteme im Einklang leben sollen, warum dann nicht gleich
von den über Jahrmillionen entwickelten Strategien und Strukturen der Ökosysteme lernen?
Wenn dies gelänge, so die damit verbundene Hoffnung, wären gleich mehrere Ziele gleichzei-
tig zu erreichen: die Ressourcenbasis wäre auf erneuerbare Quellen umgestellt, die Emissio-
nen in die Umwelt könnten von den natürlichen Systemen verarbeitet werden und die Ent-
wicklung der Menschheit wäre auf Dauer gesichert. Wie die IE dies umsetzen will, welche
Ansätze bereits Früchte tragen, wo deren Grenzen liegen und wo in Zukunft geforscht werden
soll, ist Thema dieses Buches. Um jedoch einen Anfang zu machen, soll zunächst erläutert
werden, aus welcher Problemlage heraus die IE entwickelt wurde, worauf ihr spezifischer
Ansatz beruht, was das Neue an ihr ist und welchen Beitrag sie zu einer nachhaltigen Ent-
wicklung leisten kann.
1.1 Von den hohen Schornsteinen bis zur Industrial Ecology
Der Umweltschutz bezieht sich nicht nur auf den Schutz der Natur, sondern immer auch auf
den Schutz der menschlichen Gesellschaften, denn diese leben schließlich mit und von der
Natur. Allein schon dieser Zusammenhang ermöglicht eine tragfähige und weitestgehend
konsensfähige Argumentation für den Schutz von Umwelt und Ressourcen und das Ergreifen
entsprechender Maßnahmen. Dies war schon zu Beginn der Industrialisierung so, als bei-
spielsweise im 19. Jahrhundert die Emissionen der Erzverhüttung zu massiven Beeinträchti-
gungen in Gartenanbau und Landwirtschaft der umgebenden Regionen führte (Andersen
2006). Die Schutzmaßnahmen bezogen sich nicht auf den Schutz der Natur an sich, sondern
auf die Interessen der umliegenden Landwirte und Gartenbesitzer. Da die Schäden lokal be-
grenzt waren, und zudem auch zeitlich eng mit dem Auftreten der Emissionen korrelierten
(d.h. es gab keine zeitlich versetzten Wirkungen und die Schäden waren weitgehend reversi-
bel), lag die Lösung auf der Hand: man musste einfach die Schonsteine erhöhen, um die Ab-
gase entsprechend zu verteilen und zu verdünnen. Bei diesen Maßnahmen war aber auch klar,
dass man damit das Problem nicht wirklich aus der Welt geräumt hatte, sondern lediglich
verschoben. Trotzdem erfreute sich die „Politik der hohen Schornsteine“ noch lange einer
ungebrochenen Beliebtheit. Man konnte sich lange Zeit gar nicht vorstellen, dass die Emis-
sionen eine Größenordnung erreichen können, mit der sie selbst die Assimilationskapazitäten
der Atmosphäre oder der Weltmeere übersteigen.
In den 1960er und 70er Jahren entwickelte sich die Umweltdebatte in einer neuen Qualität.
Nicht nur rüttelte der Bericht über „Grenzen des Wachstums“ an den Club of Rome (Mea-
10 1 Industrial Ecology – Einleitung
dows et al. 1972) am Glauben an die Unerschöpflichkeit natürlicher Ressourcen, sondern es
wurden auch vermehrt Umweltprobleme sichtbar, die eine neue Größenordnung erreichten.
Stinkende Müllhalden, Schaumkronen auf Flüssen, eutrophierte und umkippende Binnenge-
wässer, der massive Einsatz von Pestiziden, mit Industriechemikalien belastete Nahrungsmit-
tel, ölverseuchte Strände und später auch das Waldsterben waren zwar immer noch lokal
begrenzte Phänomene, ihre Reichweite war aber schon deutlich größer, und sie betrafen mehr
als nur eine begrenzte Bevölkerungsgruppe. Die Antwort auf diese Probleme hatte insofern
eine gewisse Ähnlichkeit mit den hohen Schornsteinen, als man an die Emissionsquellen, also
an die Abwasser- und Abgasausleitungen „einfach“ Abgasfilter und Kläranlagen anhängte.
Die Produktionsprozesse und die Produkte selbst blieben weitgehend unverändert. De-
mentsprechend nannte man dieses Vorgehen den additiven Umweltschutz oder „End-of-the-
Pipe“ Ansatz.
Bald erkannte man, dass dem effektiven Schutz der Umwelt (und der Menschheit) mit Filtern
nicht wirklich beizukommen war. Es gab einfach zu viele Emissionsquellen und zu viele
Schadstoffe, die man so nicht bewältigen konnte. Die Schadstoffe wurden zwar nicht mehr
weiträumig verteilt, sie wurden aber auch nicht vermieden, sondern lagen konzentriert in den
Filterstäuben und im Klärschlamm vor. In den 1980er Jahren ging man deshalb immer mehr
von der Filterung von Schadstoffen zur Vermeidung von Schadstoffen über, vom additiven
zum produkt- und prozessintegrierten Umweltschutz (PIUS, s. Wiesner 1990 bzw. im Engli-
schen Cleaner Production, s. Jackson 1993). Durch Veränderung der Produktionsprozesse
und Produkte wurde der Hebel zur Beeinflussung von Emissionen und zum Ersatz von
Schadstoffen deutlich größer. Auch die Kosten auf der Inputseite für Materialien, Wasser usw.
sowie die Kosten auf der Outputseite für die Einhaltung von Emissionsgrenzwerten konnten
so gesenkt werden.
In den 1980er und 90er Jahren begann sich die Qualität der akuten Umweltprobleme abermals
zu ändern. Erstmalig mit dem Auftreten des sogenannten Ozonlochs über der Arktis zu Be-
ginn der 1980er Jahre, später dann mit den ersten Anzeichen eines möglichen Klimawandels
wurde zunehmend deutlich, dass diese Probleme von einer anderen Art waren, sie kamen
schleichend und lange Zeit unsichtbar daher und sie waren nicht so ohne weiteres reversibel.
Das heißt, wenn sie erkannt wurden, war es für erfolgreiche Gegenmaßnahmen tendenziell
schon zu spät1. Bei der stratosphärischen Ozonzerstörung kam die Weltgesellschaft zum
Glück vergleichsweise rasch zu einer angemessenen Reaktion, indem die meisten Nationen
dem Montrealer Abkommen beitraten, welches den Ausstieg aus den FCKW zum Ziel hat und
auf dem Weg dahin die Emission von Ozon abbauenden Substanzen stark reglementiert. Beim
Klimawandel, der erst in jüngerer Zeit wirklich in die öffentliche Diskussion gekommen ist,
ist man von entsprechend radikalen Reaktionen noch weit entfernt (siehe den Artikel von
Feichter in diesem Band). Dass es solch deutliche Unterschiede in der Effektivität der Reakti-
on auf diese globalen Problemen gibt, kommt nicht von ungefähr. Entscheidende Unterschie-
de liegen z. B. darin, dass bei den FCKW eine relativ einfach zu substituierende Industrie-
chemikalie mit einigermaßen überschaubarem Einsatzspektrum und weltweit nur einer Hand-
voll Herstellern betroffen war. Die Nutzung fossiler Energieträger als Hauptquelle des Kli-
mawandels betrifft hingegen unzählige Akteure und einen der Motoren der ökonomischen
Entwicklung schlechthin. Sie muss im Vergleich zu den FCKW auf den ersten Blick als uner-
1 Ozonabbauende Substanzen (FCKWs) zum Beispiel verweilen bis zu 300 Jahre in der Atmosphäre und
verteilen sich dabei weltweit.
1.1 Von den hohen Schornsteinen bis zur Industrial Ecology 11
setzbar2 erscheinen. Der letztere Punkt betrifft dabei nicht nur die industrialisierten Länder,
sondern besonders hart gerade auch die Entwicklungs- und Schwellenländer. Eine strenge
Reglementierung des Ausstoßes von Klimagasen würde ihre Möglichkeiten zum Anschluss an
die Industrienationen massiv gefährden.
Mit dem Problem des Klimawandels und auch mit einer neuerlichen Debatte über die lang-
fristige Verfügbarkeit nicht erneuerbarer Ressourcen gelangte damit noch eine weitere Di-
mension in den Blick, die es so vorher nicht gegeben hatte: die unentwirrbare Verknüpfung
von Umweltschäden, ökonomischer Entwicklung und der Frage nach Gerechtigkeit und zwar
einer Gerechtigkeit nicht nur innerhalb der heute lebenden, sondern insbesondere auch zwi-
schen den heute lebenden und den zukünftigen Generationen (vgl. den Artikel von Sachs in
diesem Band). Eine angemessene Antwort auf diese Problematik steht auch heute noch aus,
immerhin hat die Erkenntnis über die Multidimensionalität der Problematik zu einem neuen
Lösungsansatz geführt, zum Leitbild einer nachhaltigen Entwicklung.
Die wohl bekannteste Definition für nachhaltige Entwicklung lieferte die von der damaligen
norwegischen Ministerpräsidentin Brundtland geleitete UN Kommission zu Umwelt und
Entwicklung (Brundtland 1987). Danach bedeutet Nachhaltigkeit, dass man heute seine Le-
bensbedürfnisse so befriedigen soll, dass damit die Möglichkeiten nachfolgender Generatio-
nen zur Befriedigung ihrer Bedürfnisse nicht untergraben werden. Diese Definition ist immer
wieder wegen ihrer Vagheit kritisiert worden, z. T. sicher zu Recht. Dennoch bietet sie eine
angemessene und konsensfähige Grundlage, um daraus besser operationalisierbare Forderun-
gen an eine nachhaltige Entwicklung abzuleiten, wie dies zum Beispiel durch die Enquête
Kommission des deutschen Bundestages geschehen ist (Enquête-Kommission 1994). Um die
Idee der nachhaltigen Entwicklung mit Leben zu füllen und verbindlich zu machen, beschlos-
sen auf der UN-Konferenz zu Umwelt und Entwicklung 1992 (dem sogenannten Weltgipfel)
in Rio de Janeiro die Delegierten fast aller Nationen neben der Klimarahmenkonvention und
der Konvention zum Schutz der biologischen Vielfalt auch einen Aufgabenplan für das 21.
Jahrhundert, die sogenannte Agenda 21 (siehe Conference on Environment and Development
1993). Die Umsetzung des damit angestoßenen Prozesses ist noch lange nicht abgeschlossen,
was nicht zuletzt bei der Nachfolgekonferenz in Johannesburg in 2002 deutlich wurde.
Man kann unschwer erkennen, wie die Reichweite und Komplexität der Umweltprobleme im
Laufe der Zeit zugenommen hat: von räumlich und zeitlich lokal begrenzten und mehr oder
minder reversiblen Problemen, die mit vergleichsweise einfachen Maßnahmen (scheinbar) in
den Griff zu bekommen waren, bis hin zu schleichend daherkommenden globalen und irre-
versiblen Problemen, die sich in allen drei Dimensionen der Nachhaltigkeit (Umwelt, Öko-
nomie, Gesellschaft) gleichzeitig auswirken und für die keine einfachen Lösungen mehr an-
gegeben werden können. Nicht nur gibt es keine einfachen Lösungen und Ansätze für nach-
haltige Entwicklung, es gibt auch noch keine integrierten Strategien, um Lösungen zu finden,
die alle drei Dimensionen gleichermaßen gerecht werden. Am ehesten noch können Lösungen
für die ökologische Dimension der Nachhaltigkeit mit Hilfe von grundlegenden Strategien
beschrieben werden: Effizienz (mehr oder gleicher Wohlstand mit weniger Umweltver-
brauch), Suffizienz (weniger Umweltverbrauch durch weniger Konsum) und Konsistenz
(weniger Umweltschäden durch an die Umwelt angepasste Stoffströme und risikoarme Tech-
nologien). Insbesondere der Effizienz-Ansatz wurde dabei bisher von den technologisch ge-
2 Jedenfalls auf kurze Sicht. Die Langfristperspektive muss natürlich mit anderen Energieträgern aus-
kommen, nicht nur wegen den Klimawandels.
12 1 Industrial Ecology – Einleitung
prägten Industriegesellschaften favorisiert. Die Steigerung der Ressourceneffizienz führte in
Einzelfällen zu durchaus ansehnlichen Erfolgen (wie sie auch in diesem Buch vorgestellt
werden). Allzu oft werden aber solche Erfolge, z. B. ein sinkender Benzinverbrauch pro hun-
dert Kilometer bei Autos, durch den sogenannten rebound effect, also durch eine insgesamt
erhöhte Anzahl von Autos und deren Fahrleistung, wieder zunichte gemacht. Auch muss auf
eine mögliche Verlagerung von Problemen in andere Umweltbereiche oder Nachhaltigkeits-
dimensionen geachtet werden.
Ungefähr mit den Anfängen der Diskussion um nachhaltige Entwicklung, begann auch der
Ansatz der Industrial Ecology für mehr ökologische Nachhaltigkeit Gestalt anzunehmen. Den
Anfang machte ein Aufsatz über Produktionsstrategien, in dem vorgeschlagen wurde, indust-
rielle Systeme nach dem Vorbild von Ökosystemen zu gestalten (Frosch and Gallopoulos
1989). Schon kurze Zeit später fand sich eine kleine Gruppe von vornehmlich amerikanischen
Wissenschaftlern zusammen, um die Idee der Industrial Ecology weiter zu präzisieren (Je-
linski et al. 1992). Als ein Kernelement der IE, und als das Neue an der IE im Vergleich zu
bisherigen Ansätzen, wurden dabei Ökosysteme als Vorbild für Industriesysteme identifiziert.
Genauer gesagt, waren es die zyklischen Ökosysteme (als „Typ III“ bezeichnet), in denen
stoffliche Inputs und Outputs quasi zu vernachlässigen sind, und die lediglich auf Solarener-
gie als externem Zufluss angewiesen sind (s. Abbildung 1.1).
Abbildung 1.1 Zyklischer Materialfluss in Typ III Ökosystemen (Jelinski et al. 1992)
Auf Basis dieser Analogie favorisierte die IE nun industrielle Systeme mit einem stark einge-
schränkten Materialzu- und abfluss, die in ihrem Inneren größtenteils zyklisch arbeiten (siehe
Abbildung 1.2). Der Theorieentwicklung in der Ökosystemtheorie folgend, wurden Ökosys-
teme in der IE zunächst hauptsächlich mit Blick auf ihre Stoff- und Energieströme interpre-
tiert. Dies ist insofern nachvollziehbar als Ökosysteme tatsächlich stark durch die Beziehun-
gen entlang der Nahrungskette (bzw. der Nahrungsnetze) strukturiert sind und sich viele Sys-
temeigenschaften durch diese erklären lassen. Entsprechend wählte die IE zunächst einen
Forschungszugang, der stark von den Material- und Energieströmen ausging und daraus Ge-
staltungsoptionen für Industriesysteme ableitete. Ein zweiter Grund für diesen Zugang mag
darin gelegen haben, dass die Wissenschaftler, die sich der IE verschrieben haben, größten-
teils aus den Ingenieurs- und Naturwissenschaften stammten. Der Fokus auf die Material- und
Energieströme brachte konsequenterweise auch einen Fokus auf Effizienz und Konsistenz als
Nachhaltigkeitsstrategien mit sich. Dieser spezifische Zugang zu den Untersuchungsobjekten
