Monetizing LCA results to improve environmental criticality assessment of abiotic raw material use
| dc.contributor.advisor | Finkbeiner, Matthias | |
| dc.contributor.author | Arendt, Rosalie Valeska | |
| dc.contributor.grantor | Technische Universität Berlin | |
| dc.contributor.referee | Finkbeiner, Matthias | |
| dc.contributor.referee | Sonnemann, Guido | |
| dc.date.accepted | 2022-09-23 | |
| dc.date.accessioned | 2022-11-02T09:10:28Z | |
| dc.date.available | 2022-11-02T09:10:28Z | |
| dc.date.issued | 2022 | |
| dc.description.abstract | Material demand still rises on a global level, which leads to a variety of environmental impacts. This trend is not expected to change in the near future. However, the use of more varied materials is essential for economic development. The environmental impacts of these increasing material applications in quantity and variety do not leave supply risks untouched. On the one hand, the environmental impacts of material use can lead to supply risks, as sourcing countries might not be willing to deteriorate their environment to supply other countries with raw materials. On the other hand, the environmental impacts of material extraction and processing can be in conflict with environmental goals and policies that a country that purchases these materials has. Both of these aspects contribute to environmental criticality, as they render a trade relationship less stable. This thesis aims to improve existing methods to assess the environmental effects of abiotic raw material use that can affect criticality. Therefore, within this thesis a revised criticality assessment was developed that can be applied to a world region (the EU) based on the SCARCE method (previously applied to Germany). Within criticality assessment the weighting and aggregation of indicators is a challenge. Therefore, a new aggregation approach for the environmental dimension of criticality assessment was developed by monetizing the environmental impacts. This modification is building on a review paper that analyzed all currently used monetization methods in Life Cycle Assessment (LCA) on quantitative and qualitative level. Two methods to quantify environmental costs by monetizing LCA results were developed that can be used to measure environmental criticality. One method considered the environmental categories in the method SCARCE. The second method monetized all ReCiPe impact categories that address human health and terrestrial ecosystems. To apply the developed methods, two case studies were conducted to assess environmental costs of i) global material production and ii) the EU’s low-carbon development. The damages for the EU’s low-carbon development range from €13.1 billion to €74.8 billion, with €38.9 billion as the medium estimate per year. The results showed that especially the material demand of the mobility transition contributes to environmental criticality. For global material production, the environmental costs range from €0.4 trillion/yr (low) to €5 trillion/yr (high). The materials with the largest cost contribution were energy carriers (33%-60%), iron (12%-20%), aluminum (5%-8%) and thus materials that are used for basic functions in the daily life. Both methods show where the environmental impacts lie with country resolution. They can be further used, developed and modified to investigate how material extraction and its environmental impacts affect overall economic activity and human wellbeing, but also how they might affect the stability of a trade relationship. The methods are thus a first step to identify measures that can reduce environmental impacts of raw material extraction and processing with the intention to stabilize trade relationships in the long run. | en |
| dc.description.abstract | Die Nachfragen nach Materialien steigt weltweit weiterhin an, was zu einer Vielzahl von Umweltauswirkungen führt. Es ist nicht zu erwarten, dass sich diese Entwicklung in naher Zukunft ändert. Der Einsatz vielfältigerer Materialien ist für die wirtschaftliche Entwicklung unerlässlich. Allerdings beeinflussen die Umweltauswirkungen dieser zunehmenden Materialmenge und Materialvielfalt Versorgungsrisiken. Einerseits können die Umweltauswirkungen der Materialnutzung zu Versorgungsrisiken führen, da Länder, in den die Materialien gewonnen werden, möglicherweise nicht bereit sind, ihre Umwelt zu belasten, um andere Länder mit Rohstoffen zu beliefern. Andererseits können die Umweltauswirkungen der Materialgewinnung und -verarbeitung im Widerspruch zu den Umweltzielen und -richtlinien stehen, die ein Land hat, das diese Materialien erwirbt. Beide Aspekte tragen zur Umweltkritikalität bei, da sie eine Handelsbeziehung weniger stabil machen. Diese Arbeit zielt darauf ab, bestehende Methoden zur ökologischen und ökonomischen Bewertung von abiotischer Rohstoffnutzung, die die Kritikalität beeinflussen können, zu verbessern. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit eine überarbeitete Kritikalitätsbewertung basierend auf der SCARCE-Methode (zuvor angewendet auf Deutschland) entwickelt, die auf eine Weltregion (die EU) angewendet werden kann. Innerhalb der Kritikalitätsbewertung ist die Gewichtung und Aggregation von Indikatoren eine Herausforderung. Daher wurde ein neuer Aggregationsansatz für die Umweltdimension der Kritikalitätsbewertung entwickelt, indem die Umweltauswirkungen monetarisiert werden. Diese Modifikation baut auf einem Review-Artikel auf, der alle derzeit verwendeten Monetarisierungsmethoden in der Ökobilanzierung auf quantitativer und qualitativer Ebene analysiert hat. Es wurden zwei Methoden zur Quantifizierung von Umweltkosten durch Monetarisierung von Ökobilanzergebnissen entwickelt, die zur Messung der Umweltkritikalität verwendet werden können. Eine Methode berücksichtigte die Umweltkategorien in der Methode SCARCE. Die zweite Methode monetarisierte alle ReCiPe-Wirkungskategorien, die sich auf die menschliche Gesundheit und terrestrischen Ökosysteme beziehen. Um die entwickelten Methoden anzuwenden, wurden zwei Fallstudien durchgeführt, um die Umweltkosten i) der globalen Materialproduktion und ii) der Energie und Verkehrswende der EU zu bewerten. Die Umweltschäden durch die Ressourcennutzung für die Energie— und Verkehrswende in der EU reichen von 13,1 Mrd. € bis 74,8 Mrd. €, wobei die mittlere Schätzung 38,9 Mrd. € pro Jahr beträgt. Die Ergebnisse zeigten, dass insbesondere der materielle Bedarf der Mobilitätswende zur Umweltkritikalität beiträgt. Für die globale Materialproduktion reichen die Umweltkosten von 0,4 Billionen €/Jahr (niedrige Schätzung) bis 5 Billionen €/Jahr (hohe Schätzung). Die Materialien mit dem größten Kostenbeitrag waren fossile Energieträger (33 %-60 %), Eisen (12 %-20 %) und Aluminium (5 % 8 %) und damit Materialien, die für Grundfunktionen im täglichen Leben verwendet werden. Beide Methoden zeigen in welchen Ländern die Umweltauswirkungen auftreten. Sie können weiterverwendet, weiterentwickelt und modifiziert werden, um besser zu verstehen, wie sich die Materialgewinnung und ihre Umweltauswirkungen auf die allgemeine Wirtschaftstätigkeit und das menschliche Wohlergehen auswirken, aber auch, wie sie die Stabilität einer Handelsbeziehung beeinflussen können. Die Methoden sind somit ein erster Schritt, um Maßnahmen zu identifizieren, die die Umweltauswirkungen der Rohstoffgewinnung und -verarbeitung reduzieren können, auch mit dem Ziel, Handelsbeziehungen langfristig zu stabilisieren. | de |
| dc.description.sponsorship | BMBF, 033W102E, RESZ - Verbundvorhaben: R2Q - RessourcenPlan im Quartier - Teilprojekt 5: Ganzheitliche Bewertung der Ressourceneffizienz von Stadtquartieren | |
| dc.identifier.uri | https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/17622 | |
| dc.identifier.uri | https://doi.org/10.14279/depositonce-16406 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.relation.haspart | 10.14279/depositonce-11238 | |
| dc.rights.uri | http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/ | |
| dc.subject.ddc | 629 Andere Fachrichtungen der Ingenieurwissenschaften | de |
| dc.subject.other | monetization | en |
| dc.subject.other | weighting | en |
| dc.subject.other | LCA | en |
| dc.subject.other | abiotic raw materials | en |
| dc.subject.other | resources | en |
| dc.subject.other | Monetarisierung | de |
| dc.subject.other | Gewichtung | de |
| dc.subject.other | Ökobilanz | de |
| dc.subject.other | abiotische Ressourcen | de |
| dc.subject.other | Ressourcen | de |
| dc.title | Monetizing LCA results to improve environmental criticality assessment of abiotic raw material use | en |
| dc.title.translated | Monetarisierung von Ökobilanzergebnissen zur Verbesserung der Umweltkritikalitätsbewertung von abiotischer Materialnutzung | de |
| dc.type | Doctoral Thesis | |
| dc.type.version | acceptedVersion | |
| tub.accessrights.dnb | domain | |
| tub.affiliation | Fak. 3 Prozesswissenschaften::Inst. Technischen Umweltschutz::FG Technischer Umweltschutz / Sustainable Engineering | |
| tub.publisher.universityorinstitution | Technische Universität Berlin |