333.7 Natürliche Ressourcen, Energie und Umwelt
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Die vorliegende Dissertation wurde in der Zeit vom September 2002 bis Januar 2005 am Institut für Ökologie und Umweltchemie des Fachbereichs Umweltwissenschaften an der Universität Lüneburg angefertigt. Das Thema dieser Dissertation lautet: "Analyse des Lebenszyklus einer Verpackung anhand der Ökobilanzen. Vergleichende Untersuchung eines Getränkekartons in der Bundesrepublik Deutschland und in der Russischen Föderation". Die Arbeit befasste sich mit der ökologischen Beurteilung der bei der Produktion, dem Verbrauch und der Beseitigung von Getränkeverpackungen entstehenden Stoff- und Energieströme mittels der Ökobilanzmethode. Nach einem umfassenden Überblick des Nutzens, der Durchführung und des Kenntnisstandes der Ökobilanzen und speziell der Ökobilanzen von Getränkeverpackungen in beiden relevanten Ländern wurden an einem Fallbeispiel die Unterschiede zwischen Stoff- und Energieflüssen im Lebensweg eines in der Bundesrepublik Deutschland und in der Russischen Föderation hergestellten Getränkekartons herausgefiltert. Der Untersuchungsgegenstand war neben dem aus drei Stoffen (Zellstoffkarton, Polyäthylen und Aluminium) bestehenden Getränkekarton selbst die eingesetzte Transportverpackung (Tray aus Wellpappe, sowie Holzpalette). Die vergleichende Ökobilanz wurde nach ISO-Normen aus der Reihe 14040ff. zu Ökobilanzen erstellt. Im Rahmen der durchgeführten Untersuchung wurden die relevanten Stoff- und Energieströme aufgrund von Literaturangaben erfasst und anschließend mittels des vom Umweltbundesamt ausgearbeiteten Ansatzes der Wirkungsindikatoren bewertet. Hierbei wurden drei Szenarien differenziert: 1. Durchschnittslage in der Bundesrepublik Deutschland (Szenarium 1), 2. Gebiet Moskau (Szenarium 2) und 3. Gebiet Tyumen (Szenarium 3) in der Russischen Föderation. Für jedes Szenarium wurden 18 Lebenswegabschnitte berücksichtigt, einschließlich der notwendigen Transporte: Primäraluminiumschmelze, Sekundäraluminiumschmelze, Stammholzproduktion, Herstellung von Alufolie, Herstellung von LDPE, Herstellung von Rohkarton, Herstellung von Verbundkarton, Herstellung von Wellpappe, Sägewerk (Herstellung von Holzpaletten), Abfüllung, Handel / Verbrauch, Wertstofferfassung und -sortierung, Altpapiererfassung und -sortierung, Ablagerung von Hausmüll, Ablagerung von Schlacken, Hausmüllverbrennung, Abwasserreinigung, Transporte, einschließlich Mülltransporte. In die Datenerfassung gingen ca. 80 eingehende und 160 ausgehende elementare (direkt der Umwelt entnommene bzw. an die Umwelt angegebene) Stoff- und Energieströme ein, die bei der Wirkungsabschätzung in 13 Wirkungskategorien aggregiert wurden: Treibhauseffekt, Photooxidantienbildung, Eutrophierung von Böden, Eutrophierung von Gewässern, Versauerung, Energieträgerbeanspruchung, Materialienverbrauch, Wasserverbrauch, Forstflächenbeanspruchung, Deponieflächenbeanspruchung, Toxische Schädigung des Menschen, Toxische Schädigung der Organismen und Ökosysteme, Abfallmenge. Die Ergebnisse der Forschung zeigen ein deutlich geringeres Umweltwirkungspotential der in Deutschland erzeugten Getränkekartons, die in allen 13 Wirkungskategorien die günstigsten Werte aufweisen. Besonders groß ist der Vorteil des Szenariums 1 im Vergleich zu einem ungünstigsten Szenarium bei den Kategorien "Deponieflächenverbrauch" (11,4 Mal) und "Aquatische Eutrophierung" (6,4 Mal). In den meisten Wirkungskategorien tragen die in Deutschland hergestellten Getränkekartons etwa um die Hälfte geringer zur Umweltverschmutzung bei, als die in Russland produzierten Getränkekartons. In den Kategorien "Materialienverbrauch", "Forstflächenverbrauch" und "Abfallmenge" ist der Beitrag der deutschen Getränkekartons zur Umweltbelastung nur 2 bis 22% höher, als der von russischen Getränkekartons. Bei den zwei russischen Szenarien verursacht das Szenarium 3, das durch die größten Transportstrecken geprägt ist, in der Regel wesentlich schlechtere Werte, als Szenarium 2. Lediglich in drei Fällen (bei dem Verbrauch von Forstflächen, Materialien und Wasser) schneiden die Szenarien 2 und 3 gleich ab. Werden die Ergebnisse der vergleichenden Ökobilanz lebenswegbezogen betrachtet, lässt sich folgendes Fazit ziehen. Bei der Produktion stammt in allen Szenarien ein erheblicher Anteil der Schadstoffe aus der Packstoffherstellung und deren Vorstufen (insbesondere aus Primäraluminiumschmelzen, Polyethylen- und Rohkartonherstellung). In den Szenarien 2 und 3 wachsen im Vergleich zum Szenarium 1 die Anteile der schädlichen Stoff- und Energieemissionen aus der Beseitigung (insbesondere aus der Müllablagerung) und aus den Transporten, einschließlich der Getränkedistribution.
Ausgehend von epidemiologischen Daten, die häufigere Krankenhauseinweisungen aufgrund von Atemwegsbeschwerden sowie Symptome und Medikamentengebrauch bei Patienten mit Asthma nach Perioden erhöhter Ozonbelastung in der Umwelt zeigen, sollte diese Untersuchung die Frage klären, ob Ozon in umweltrelevanter Konzentration die bronchiale Allergenempfindlichkeit am Tage nach der Exposition zu steigern vermag. Es sollte darüber hinaus geklärt werden, ob dieser Effekt auch die als klinisch relevante allergische Spätreaktion betrifft und ob eine wiederholte Exposition gegenüber Ozon diese Effekte verstärkt oder eine Toleranz induziert. Wesentlich war, dass neben der Lungenfunktionsreaktion die Atemwegsentzündung zum Zeitpunkt der Spätreaktion mittels verschiedener, moderner, nichtinvasiver Verfahren erfasst werden sollte. Zu diesem Zweck wurden 11 Probanden mit allergischem Asthma bronchiale, 22 Probanden mit allergischer Rhinitis und 5 Probanden mit asymptomatischer Atopie jeweils einmalig gegenüber gefilterter Luft (FA), 125 ppb oder 250 ppb Ozon sowie an vier aufeinanderfolgenden Tagen gegenüber 125 ppb Ozon exponiert. Hierbei atmeten die Probanden die Testatmosphäre jeweils für 3 h während intermittierender Fahrradbelastung. Am Morgen nach den einmaligen oder der letzten der mehrmaligen Expositionen erfolgte eine einmalige Allergenprovokation. Neben der Lungenfunktion wurde die unspezifische Atemwegsempfindlichkeit auf inhaliertes Methacholin, die spezifische Atemwegsantwort auf inhaliertes Allergen sowie 6 h nach Allergeninhalation die zelluläre und biochemische Zusammensetzung des induzierten Sputums gemessen. Darüber hinaus wurde nach Ozonexposition sowie zu zwei Zeitpunkten nach Allergengabe die Konzentrationen von Stickstoffmonoxid in der Ausatemluft (eNO) und von Wasserstoffperoxid (H2O2) im Atemkondensat bestimmt. Sowohl die funktionelle wie auch die inflammatorische Reaktion auf Allergen und Ozon zeigten starke interindividuelle Unterschiede. Der deutlichste Abfall des Atemstosses (FEV1) zum Zeitpunkt der Sofortreaktion, und in geringerem Ausmaß auch zum Zeitpunkt der Spätreaktion, war nach vorausgegangener einmaliger, hoher (250 ppb) sowie wiederholter, niedriger (4x125 ppb) Ozonexposition zu beobachten. Diese Effekte erreichten bei einzelnen Probanden ein klinisch relevantes Ausmaß. Ferner waren nach diesen Expositionen im Sputum die Zahlen der eosinophilen Granulozyten und die Konzentration der Laktatdehydrogenase (LDH) sowie diejenigen von Histamin und Tryptase als Marker einer allergischen Reaktion am höchsten. Erhöhte Werte für eNO wurden nach den Expositionen gegenüber FA und 125 ppb Ozon beobachtet, sowie zum Zeitpunkt der Spätreaktion. Das exhalierte H2O2 lieferte keine konklusiven Ergebnisse. Am deutlichsten waren die Einschränkungen der Lungenfunktion in der Regel bei den Patienten mit allergischer Rhinitis. Hingegen war bei den Patienten mit Asthma eine deutlichere Verstärkung der allergischen Atemwegsentzündung durch Ozon zu beobachten. Darüber hinaus fand sich auch ein Zusammenhang zwischen der Konzentration des Gesamt- und spezifischen IgE im Blut und dem Ausmaß der Verstärkung der Allergenantwort durch Ozon. Die Daten der vorliegenden experimentellen Untersuchung zeigen, dass die wiederholte Inhalation von Ozon in einer Konzentration von 125 ppb sowohl die Lungenfunktionsantwort als auch die Entzündungsreaktion auf ein inhaliertes Allergen bei Personen mit vorbestehenden allergischen Atemwegserkrankungen verstärken kann. Die in der Untersuchung verwendete Ozonkonzentration kann als umweltrelevant gelten, da sie die regelhaft gefundenen Spitzenwerte in Gegenden hoher Ozonbelastung repräsentiert. Diese Daten tragen dazu bei, die epidemiologische beobachteten Assoziationen zwischen Ozon und Asthma kausal zu verstehen.
Im Rahmen dieser Arbeit soll untersucht werden, ob die mit dem Dünger eingetragenen Schwermetalle im Boden bleiben, oder aus dem Boden durch verschiedene Pfade, wie z.B. eine Ernte von Nutzpflanzen etc. ausgetragen werden können. Darüber hinaus soll die vorliegende Arbeit einen Beitrag dazu leisten, die Bilanz der bei der Düngung eingetragenen in Agrarökosysteme Schwermetalle besser zu verstehen. Ein wichtiges Ziel dieser Arbeit ist deshalb die Bilanzierung der den Ackerböden mit dem Wirtschaftsdünger zuführten Konzentrationen an Zink und Kupfer und deren Austrag durch die Ernte der untersuchten Nutzpflanzen.
Die vorliegende Dissertation wendet ein theoretisches Modell zum Zusammenhang zwischen Wirtschafts- und Umweltleistung auf existierende und eigene empirische Untersuchungen an. Die auf Basis des Modells formulierten Hypothesen werden mit eigenen empirischen Daten aus Europa insbesondere mit Bezug auf betriebliche Umweltstrategien und auf input-orientierten bzw. output-orientierten Umweltschutz untersucht. Dies ermöglicht insbesondere eine Bewertung des Einflusses der Strategiewahl. Die empirische Untersuchung basiert auf zwei unterschiedlichen Datensätzen. Es werden zunächst empirische Daten zur Umweltleistung von Papierfirmen in verschiedenen Ländern (Niederlande, England, Deutschland und Italien) untersucht, und dabei bei einer output-orientierten Messung der Umweltleistung ein im wesentlichen negativer Zusammenhang zwischen Umwelt- und Wirtschaftsleistung ermittelt. Bei Verwendung eines input-orientierten Maßes für die Umweltleistung wird ein im wesentlichen insignifikanter Zusammenhang gefunden. In der zweiten empirischen Untersuchung wird im Rahmen einer Befragung von Unternehmen des verarbeitenden Gewerbes in England und Deutschland eine Unterscheidung von betrieblichen Umweltstrategien vorgenommen. Dabei erfolgt auf Basis der Kriterien des Environmental Shareholder Value eine Einteilung der Firmen in solche mit wertorientierten Umweltstrategien und solche ohne spezifische Wertorientierung. Auf Basis dieser Unterscheidung wird die aus der zentralen Fragestellung der Dissertation abgeleitete Hypothese untersucht, dass der Zusammenhang zwischen Umweltleistung und Wirtschaftsleistung für Unternehmen mit einer wertorientierten Umweltstrategie positiver ist als für solche ohne spezifische Wertorientierung des Umweltmanagements. Diese Hypothese wird dahingehend bestätigt, dass für Firmen mit wertorientierter Umweltstrategie ein weitgehend positiver Zusammenhang zwischen Umweltleistung und umweltbezogenen Dimensionen der Wettbewerbsfähigkeit nachgewiesen wird.
Im Rahmen dieser Arbeit ist der Eintrag landwirtschaftlich genutzter Pflanzenschutzmittel, die in großen Mengen in der Bundesrepublik ausgebracht werden, in Buchenwälder untersucht worden. Hintergrund ist die, seit Ende der 1970er Jahre geführte Debatte über die Ursachen neuartiger Waldschäden. Trotz intensiver Forschungen sind die Gründe dieser Waldschäden immer noch ungeklärt.