Kreislaufwirtschaft, Ressourcenmanagement, Ökobilanzierung
Der Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwesen der Hochschule Darmstadt forscht an Lösungen für eine effiziente Kreislaufwirtschaft. Wir entwickeln innovative Ansätze in Ressourcenmanagement und Ökobilanzierung – von Stoffstromanalysen bis zur Optimierung von Prozessen.
Unsere interdisziplinäre Forschung verbindet Technik, Ökologie, Wirtschaft und Gesellschaft. Wir arbeiten praxisnah mit Unternehmen und Kommunen zusammen und integrieren unsere Erkenntnisse in die Lehre.
Hintergründe
Kreislaufwirtschaft (Englisch: Circular Economy) steht für die Vermeidung und Verwertung von Abfällen, um Ressourcen möglichst effizient zu nutzen und Umweltwirkungen über den gesamten Lebensweg zu reduzieren. Sie ist ein zentraler Baustein nachhaltiger Entwicklung und adressiert globale Herausforderungen wie Ressourcenknappheit, Klimawandel, zunehmenden Materialverbrauch und ist gesellschaftlich hochrelevant. Für IngenieurInnen, insbesondere im Umweltingenieurwesen, sind diese vielfältigen Themen zentral. Für diese Herausforderungen entwickeln UmweltingenieurInnen praktische Lösungen, bewerten und realisieren diese und ermöglichen so eine nachhaltige Ausrichtung von Infrastruktur, Produkten und Prozessen.
Im Bau- und Umweltkontext umfasst Kreislaufwirtschaft die Entwicklung, Bewertung und Optimierung von Produkten, Prozessen und Systemen. Beispiele sind die Reduzierung und Vermeidung von Abfällen, die Rückgewinnung und Wiederverwendung von Baustoffen, die Nutzung biogener Reststoffe sowie die Integration von Sekundärrohstoffen in Wertschöpfungsketten.
Ressourcenmanagement verbindet ingenieurwissenschaftliche mit gesellschaftlichen, ökologischen und ökonomische Perspektiven. Es umfasst die Analyse von Stoffströmen, Planung und Steuerung von Ressourceneffizienz-Maßnahmen und die Entwicklung von sektorübergreifenden Konzepten zur nachhaltigen Nutzung von Ressourcen.
Die Ökobilanzierung (Life Cycle Assessment, LCA) ermöglicht eine systematische Bewertung potentieller Umweltwirkungen entlang des gesamten Lebenswegs von Produkten und Dienstleistungen. Sie fordert eine faire Vergleichsgröße und dient der Identifizierung von Umwelt-Hotspots, zur Unterstützung bei der Auswahl betriebswirtschaftlicher und politischer Maßnahmen sowie der Bewertung und Optimierung von Produkten und Dienstleistungen. Je nach Anwendungsfall kommen sowohl vollständige Ökobilanzen als auch fokussierte Teilbewertungen, etwa in Form von Carbon Footprints, zum Einsatz.
Aktuelle Herausforderungen der Kreislaufwirtschaft
Die Umsetzung einer effizienten Kreislaufwirtschaft wird durch komplexe Stoffströme, begrenzte Verfügbarkeit qualitativ hochwertiger Sekundärrohstoffe und fehlende Anreize für deren Einsatz erschwert. Hinzu kommen Zielkonflikte zwischen ökologischen Anforderungen, ökonomischen Interessen, technischer Umsetzbarkeit und rechtlichen Rahmenbedingungen. Eine weitere Herausforderung besteht in der belastbaren Bewertung von Umweltauswirkungen über den gesamten Lebenszyklus von Produkten und Dienstleistungen, da Datenverfügbarkeit und methodische Vergleichbarkeit häufig eingeschränkt sind.
Die Implementierung von Digitalisierungsmaßnahmen in der Kreislaufwirtschaft hat das Potenzial, die Steigerung der Ressourceneffizienz zu erhöhen. Der digitale Produktpass soll einen erhöhten Informationsaustausch zwischen den Stakeholdern ermöglichen und beispielsweise Konsumenten dabei unterstützen, Produkte zu reparieren oder richtig zu entsorgen, wenn sie das Lebensende („End-of-Life“) erreichen. Die sensorgestützte Erfassung von Messdaten unterstützt sowohl die Sammlung – beispielsweise durch Routenoptimierung und Reduzierung von Fahrzeiten – als auch die Sortierung, etwa durch die frühzeitige Erkennung und Aussortierung von Batterien (siehe Statusbericht). Gleichwohl bedingen Digitalisierungsansätze auch Umweltwirkungen. Um eine echte Ressourceneffizienz zu gewährleisten, spielt die Anwendung der Ökobilanzierung eine zentrale Rolle bei der Bewertung dieser Maßnahmen.
Kreislaufwirtschaft und Ressourcenmanagement am Fachbereich
Am Fachbereich werden Analyse- und Bewertungsmethoden angewendet und kontinuierlich weiterentwickelt sowie mit der Entwicklung technischer und organisatorischer bzw. systemischer Lösungen verknüpft, um Stoff- und Materialflüsse innerhalb technischer und urbaner Systeme ganzheitlich zu erfassen, zu bewerten und gezielt zu optimieren. Im Mittelpunkt stehen dabei unter anderem die Entwicklung und Implementierung von Verfahren zum Einsatz biobasierter und sekundärer Rohstoffe, Konzepte zur effizienten Ressourcennutzung sowie Strategien zur Steigerung der Effizienz in Bau- und Umweltprozessen. Ziel ist die nachhaltige Gestaltung des Bausektors und industrieller Prozesse durch die Entwicklung leistungsfähiger, ressourcenschonender und zukunftsfähiger Lösungen.
Am Fachbereich werden Ansätze zur Steigerung der Ressourceneffizienz in der Kreislaufwirtschaft und zum Ressourcenmanagement in verschiedenen Forschungs- und Praxisprojekten bearbeitet. Im Fokus stehen die Entwicklung sowie die Bewertung von Optimierungsmaßnahmen zur Behandlung von Rest- und Abfallstoffen sowie zur Erzeugung von Sekundärrohstoffen, um Primärrohstoffen zu ersetzen. Ergänzend werden Konzepte des betrieblichen Abfallmanagements, Zero-Waste-Strategien und Kaskadennutzungskonzepte, etwa im Kontext der Bioökonomie, untersucht und weiterentwickelt.
Die Ökobilanzierung bildet eine zentrale methodische Grundlage der Forschungsarbeiten am Fachbereich. Sie wird eingesetzt, um potentielle Umweltwirkungen von Produkten und Dienstleistungen quantitativ zu bewerten. Durch eine frühzeitige Integrierung von Ökobilanzen in Forschungs- und Entwicklungsprozesse sollen ökologische Lösungen sichergestellt werden. Einsatz findet die Software openLCA in Verbindung mit einschlägigen Datenbanken, u.a. ecoinvent, Ökobaudat.
Die Forschung zu Kreislaufwirtschaft, Ressourcenmanagement und Ökobilanzierung ist eng mit der Lehre verknüpft. Studierende bearbeiten reale Fragestellungen aus Wissenschaft und Praxis. Kooperationen mit Kommunen, Unternehmen und weiteren Partnern ermöglichen den Transfer von Forschungsergebnissen in konkrete Anwendungen. Der Fachbereich verfügt über ein Labor für kreislaufwirtschaftliche Fragestellungen. Dieses ist mit Equipment zur Zerkleinerung und Charakterisierung von Stoffströmen (u.a. Siebmaschine - Retsch, Schneidmühle - Retsch, Sortiertisch für Abfallanalysen, NIR), zur Analyse des Biogasertragspotenzial organischer Abfälle (BPC Instruments) sowie universelle Bioreaktoren zur Vergärung von organischen Abfällen ausgestattet. Weiterhin steht ein sensorbasierter Versuchstand für die Charakterisierung von Stoffströmen zur Verfügung. Dieser ermöglicht anhand Spektralen- und Bildinformationen Wertstoffen zu identifizieren und quantifizieren, um beispielsweise Stoffstrome zu überwachen.
Die Themen Kreislaufwirtschaft, Ressourcenmanagement und Ökobilanzierung sind fester Bestandteil der ingenieurwissenschaftlichen Ausbildung am Fachbereich. Studierende erwerben Kompetenzen in der Analyse von Stoffströmen, im Umgang mit Datenlücken, bei der Bewertung von potentiellen Umweltwirkungen und der Entwicklung nachhaltiger Konzepte. Projektorientierte Lehrformate unter Einsatz von praxisorientierter hands-on-Methoden und digitaler Mess- und Analysemetoden ermöglichen die Anwendung theoretischer Inhalte auf reale Fragestellungen und fördern kritisches und lösungsorientiertes Vorgehen.
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