Stoffstromanalyse für ein Franzbrötchen. Vergleich der Umwelteinwirkung eines herkömmlichen und eines veganen Franzbrötchens

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Forschungsinteresse und aktuelle Diskussion

3 Darstellung des Projektvorhabens
3.1 Forschungsfrage und Zielsetzung
3.2 Methodik
3.2.1 Life Cycle Assessment (LCA) und Stoffstromanalyse (SSA)
3.2.2 e! Sankey4
3.2.3 ecoinvent-Tabellen
3.2.4 Cut-off Produkte

4 Vorstellung der Rezepte
4.1 Mehl
4.2 Zucker
4.3 Milch
4.4 Butter
4.5 Sojadrink
4.6 Rapsöl

5 Vorgehen und Auswertung
5.1 Klassisches Franzbrötchen
5.2 Veganes Franzbrötchen

6 Fazit

7 Literaturverzeichnis

8 Abbildungsverzeichnis

1 Einleitung

„Natur und Landschaft sind auf Grund ihres eigenen Wertes und als Grundlage für Leben und Gesundheit desMenschen auch in Verantwortung fürdie künftigen Gene­rationen im besiedelten und unbesiedelten Bereich nach Maßgabe dernachfolgenden Absätze (...) zu schützen.“¹

Dieser Absatz aus dem Bundesnaturschutzgesetz macht das Hauptziel einer Ökobi- lanzdeutlich,sie solledieUmweltwirkungeneinesProduktesanalysierenanhandeiner Identifikation von Umweltlasten und darauf aufbauend die möglichen Optimierungspo­tenziale offenlegen. Als politisches Ziel könnte man es auch so formulieren, dass „die natürliche Lebensgrundlage und damit Gesundheit und Wohlbefinden der Menschen langfristig zu sichern sein müsse sowie die Natur um ihres Eigenwert willen zu schüt­zen sei.“²

Unsere Projektgruppe, bestehend aus fünf Studierenden des zweiten Semesters, hat sich in dem Minor Nachhaltigkeitswissenschaften in dem Seminar „Ressourceneffizi­enz“ bei Prof. Dr. Andreas Möller, mit Ökobilanzen und Stoffstromanalysen beschäftigt. Im Mittelpunkt stehen dabei die Zusammenstellung und Beurteilung der In- und Out­putflüsse und die potentiellen Umweltwirkungen eines Produktsystems im Verlauf sei­nes Lebenswegs. Dabei haben wir uns die einzelnen Schritte von Rohstoffgewinnung bis zur Beseitigung potentieller Umweltwirkungen wie Umweltverunreinigungen, Um­weltschäden oder die Beseitigung von Verpackung und Abfällen angesehen.

Als Thema unserer Projektarbeit haben wir uns für einen Vergleich der Umweltwirkun­gen zwischen einem in der eigenen Küche hergestellten, klassischen Franzbrötchen und einem veganen Franzbrötchen entschieden. Wir wollen den Lebensweg der ver­schiedenen Zutaten nachzeichnen, um die Auswirkungen eines einzelnen Franzbröt­chens auf die Treibhausgasemissionen zu untersuchen. Diese Prozesse werden wir mit dem Programm e! sankey4 modellieren, um dieWirkungsabschätzung der Herstel­lung eines Franzbrötchens zu zeigen und auszuwerten.

Aber warum haben wir uns gerade für das Franzbrötchen entschieden? Warum sollte manüberhaupt ein LifeCycle Assessment durchführen?In den nächsten Kapiteln wer­den wir unter anderem die aktuelle Diskussion, die benutzten Methoden und das Vor­gehen bei der Stromstoffanalyse näher erläutern und am Ende zu einem Fazit gelan­gen, wie das Backen von Franzbrötchen unsere Umwelt beeinflusst.

2 Forschungsinteresse und aktuelle Diskussion

In Hamburg kennt das Franzbrötchen jederund in Lüneburg zumindest jederZweite. Es ist jedoch eine regionale Spezialität, denn außerhalb dieser Gebiete istes kaum in Bäckereien zu finden.

Das Franzbrötchen hat in Hamburg eine lange Tradition. Die genaue Herkunft ist nicht geklärt. Es gibt Vermutungen darüber, dass es zu der französischen Besatzungszeit entstanden sei und die Bäcker versuchten Baguettes nach zu backen, die sie Franz­brot nannten. Einer von ihnen soll auf die Idee gekommen sein, das Franzbrot in der Pfanne mit Zimt und Zucker zu braten. Eine zweite weitverbreitete Theorie besagt, dass das Franzbrötchen im 19. Jahrhundert von dem Altonaer Bäcker Johann Thiele­mann erfunden wurde, der eine französische Bäckerei übernommen hatte und seinen Laden „Franz'scher Bäcker“ nannte. Da Altona damals noch zu Dänemark gehörte übernahm er eventuell Einflüsse aus der dänisch-schwedischen Küche.³ Er solle das Franzbrötchen für die vor Hamburg liegenden französischen Truppen erfunden haben. Doch keine Entstehungsgeschichte kann vollständig historisch belegt werden, sodass lediglich die Annahme, dass das Franzbrötchen aus dem Hamburger Raum stammen müsste, sinnvoll scheint.⁴

Heute werden in Hamburg verschiedene Variationen mitSchokolade, Marzipan oder Kürbiskernen angeboten. Das klassische Franzbrötchen ist allerdings ein Plunderteig­gebäck, das aus einem Hefeteig besteht, dem viel Butter, Zimt und Zucker seinen ty­pischen Geschmack verleihen.⁵ Die „franz & friends“-Filiale der Bäckerei/ Konditorei H. von Allwörden am Hamburger Hauptbahnhof verkauft rund 1.500 Franzbrötchen täglich.⁶ Damit ist es für viele Hamburger und Touristen ein begehrtes Gebäck und aus der Region nicht wegzudenken.

Unsere Projektarbeit besteht darin ein Life Cycle Assessment, auch LCA oder Ökobi­lanz, eines Franzbrötchens zu modellieren. Laut dem Umweltbundesamt ist die Öko­bilanz ein Verfahren, „um umweltrelevante Vorgänge zu erfassen und zu bewerten.“⁷ Die Ökobilanz ist eine Methode, um die gesamten Umwelteinwirkungen eines Produk­tes, eines Verfahrens oder einer Dienstleistung zu analysieren. Dabei müssen zwei Grundsätze beachtet werden: erstens sollen alle möglicherweise betroffenen Umwelt­bestandteile wie Wasser, Boden oder Luft einbezogen werden, zweitens sollen alle Stoffströme von den Rohstoffen bis zu der Entsorgung betrachtet werden. Regeln zu der Durchführung von Ökobilanzen wurden international in den ISO-Standards 14040:2006 und 14044:2006 festgelegt. Ein häufiges Problem bei der Analyse ist es, die notwendigen Daten zu den Prozessen zu beschaffen.⁸ In unsere Untersuchung beziehen wir Daten aus der Datenbank ecoinvent ein. Eine ähnliche Form der Ökobi­lanz, allerdings ohne Normen, stellt die Stoffstromanalyse dar. Hierbei stehen die Men­gen und Wege der Produkte im Vordergrund, wobei die Ökobilanz bevorzugt die Um­weltwirkungen betrachtet.⁹

Das Life Cycle Assessment hat aufgrund der zunehmenden Diskussionen über den Klimawandel, Umweltverschmutzungen und Verantwortung gegenüber zukünftigen Generationen an Bedeutung gewonnen, da es wesentlich zu einer nachhaltigeren Pro­zessoptimierung beitragen kann. Für viele Unternehmen rücken die Themen Nachhal­tigkeit und Corporate Social Responsibility immer mehr in den Mittelpunkt, da Stake­holder, wie Politik und Verbraucher, höhere Anforderungen an die Produkte und Dienstleistungen stellen.¹⁰ Das Bewusstsein für die Umwelt und soziale Standards wächst. Aus diesen Gründen besitzt das LCA eine aktuelle Relevanz mit steigender Tendenz für dieZukunft.

Da wir in unserem Minor Nachhaltigkeitswissenschaften ganz am Anfang mit Erfah­rungen zu Life Cycle Assessments, Stoffstromanalysen und Datenbanken stehen, ha­ben wir uns dazu entschlossen, mit einem kleinen aber alltäglichem Produkt aus der Region, in das Themenfeld „LCA by Example“ zu starten: dem Franzbrötchen.

3 Darstellung des Projektvorhabens

In dieser Arbeit soll innerhalb der Gruppenmitglieder die Kompetenz erarbeitet werden, eigenständig mit dem Computerprogramm e! Sankey4 Lebenszyklusanalysen zu er- stellen.Dabei sollen der Carbon Footprint eines klassischen Franzbrötchens und zum Vergleich,dereines veganen Franzbrötchens ausgerechnet werden.

3.1 Forschungsfrage und Zielsetzung

Wir stellen uns die Fragen, welche Mengen- und Zutatenwege innerhalb der Herstel­lung eines klassischen Franzbrötchens fließen und wie sich diese beieinem veganen Franzbrötchen verändern. Im Zuge der Arbeit werden jeweils ein „Input-Output“- Dia­gramm für ein klassisches und für ein veganes Franzbrötchen in e! Sankey4 erstellt und münden ineinem Carbon Footprintfürdie Backwaren.Die beiden Varianten wer­den am Ende dieser Arbeit bezüglich ihrer In- und Output-Ergebnisse verglichen und eswird versuchtauf die Auswirkungen dereinzelnen Zutaten aufden Carbon Footprint einzugehen.

3.2 Methodik

Imfolgenden Abschnitt des Kapitels sollen die theoretische Grundlage desLife Cycle Assessments geschaffen und einige Begrifflichkeiten wie die Stoffstromanalyse, das Computerprogramm e! Sankey4, die verwendete Datenbank von ecoinvent und Cut­off Produkte vorgestellt werden.

Während des Seminars wurden wissenschaftliche Grundlagen unter anderem der Stoffstromanalyse, der Ökobilanz, linearen und kreisförmigen Produktionszyklen ge­schaffen. Dies mündete in eine gemeinsame Recherche innerhalb des Seminars über verschiedene Produkte und Möglichkeiten einen eigenen Modellierungsversuch mit dem Computermodellierungsprogramm e! Sankey4 zu versuchen und diese festzuhal­ten. Nach einiger Diskussion und dem Ausschluss anderer Vorschläge wurde sich in dieser Gruppe für die Backware „Franzbrötchen“ entschieden. Entscheidungsgründe für dieses Produkt waren eine Empfehlung des Seminarleiters Prof. Dr. Möller, eine Stoffstromanalyse an ein Backrezept anzulehnen. Außerdem bietet eine tiefer ge­hende Untersuchung einen Mehrwert für die Universität, weil die Backware „Franzbröt­chen“ in der Mensa des Studentenwerks angeboten wird und unter den Studenten ein beliebtes Lebensmittel ist.

Nach der Themenauswahl wurde gruppenintern tiefergehend recherchiert, um weitere Grundlagen zu erarbeiten. Es wurde sich der Umgang mit dem Programm e! Sankey4 erarbeitet, die Diagramme erstellt und verglichen.

3.2.1 Life Cycle Assessment (LCA) und Stoffstromanalyse (SSA)

Im vorherigen Abschnitt wurde die Ökobilanz bereits kurz vorgestellt, soll hier aber noch einmal aufgegriffen werden. Grundsätze und Regeln wurden in den ISO-Stan­dards 14040:2006 und 14044:2006 festgelegt und in die deutschen Normen DIN EN ISO 14040 und DIN EN ISO 14044 überführt. Demnach besteht die Ökobilanz aus vier Elementen:

1. Definition von Ziel und Untersuchungsrahmen
2. Sachbilanz
3. Wirkungsabschätzung
4. Auswertung.

Im Unterschied zur Ökobilanz, bei der sämtliche Umweltwirkungen betrachtet werden, werden beim CO2-Fußabdruck (Carbon Footprint) und beim Wasserfußabdruck (Wa­ter Footprint) nur jeweils eine Umweltwirkung berücksichtigt. Es können somit nur Aus­sagen über den Beitrag zum Treibhauseffekt beziehungsweise dem Wasserverbrauch getroffen werden. Die Berechnungsmethoden sind an die Methode der Ökobilanz an- gelehnt.¹¹

Als Mutter ohne Normen des LCA kann die Stoffstromanalyse (auch bekannt unter: Stoffflussanalyse und Materialflussanalyse; fortlaufend nur Stoffstromanalyse (SSA) genannt) verstanden werden. Das ist ein sogenanntes systemanalytisches Verfahren zur Erfassung von Energie-, Stoff- und Materialströmen, die in unserem Fall mit Pro­dukten und Verfahren verbunden sind. Die Stoffstromanalyse ist nicht international ge­normt. Deshalb existieren zahlreiche Methoden, die je nach Fragestellung, Erkennt­nisinteresse und Untersuchungssystem sehr unterschiedlich sein können.¹²

Aufgrund ihrer methodischen Nähe zueinander ist es nicht immer möglich, zwischen Ökobilanzen und Stoffstromanalysen eindeutig zu unterscheiden. Vereinfacht gesagt stehen bei Stoffstromanalysen eher die Mengen und Wege der Stoff-, Material- und Energieflüsse eines Systems im Vordergrund. Bei Ökobilanzen werden hingegen die mit diesen Flüssen verbundenen Umweltwirkungen betrachtet und bewertet. Ein Prob­lem bei der Durchführung von Ökobilanzen stellt die oftmals eingeschränkte Verfüg­barkeit geeigneter Daten dar. Umweltbezogene Daten zu Produkten und Prozessen sind häufig nicht öffentlich oder nur durch aufwendige Recherche erhältlich.¹³

Diese beiden Vorgänge fallen in das Gebiet des Stoffstrommanagements (abgekürzt SSM), welche darauf abzielt natürliche Ressourcen effizienter einzusetzen und das Schaffen von nachhaltigen Kreisläufen. Man unterscheidet sowohl in betriebliches Stoffstrommanagement als auch in ökologische Stoffstrommanagement, wo der Um­weltschutz fokussiert wird. Wir beziehen uns in dieser Arbeit auf Letzteres. Ziele dieser Managementart sind unteranderem die Erhöhung der Ressourcenproduktivität und Vermeidung und Verringerung des Einsatzes ökologisch bedenklicher Stoffe in der Umwelt, jedoch beziehen wir uns wie bereits erwähnt nur auf die Materialflüsse.¹⁴

3.2.2 e! Sankey4

Mit dem Computerprogramm e! Sankey4 haben wir unsere Materialflussdiagramme erstellt. Es wurde die Probeversion, welche uns von unserem Kursleiter Prof. Dr. Möller zur Verfügung gestellt wurde, vom Institut für Umweltinformatik GmbH benutzt.

Vorteil dieses Programmes ist die Modellierung von Lebenszyklen einzelner Produkte, um relevante Prozesse aus dem Produktlebenszyklus nachzuvollziehen.¹⁵ Wie der Name schon hindeutet, werden für die Modellierung sogenannte Sankey-Diagramme verwendet. Diese Art der Darstellung beruht auf dem irischen Ingenieur Matthew H.R. Sankey (1853-1925), welcher die normalen Stoffflusspfeile weiterentwickelte. Mit die­ser Methode können Stoffflüsse mit mengenproportional breiten Pfeilen visualisiert werden. Die größten Verbräuche werden somit sichtbar hervorgehoben. Es gibt keine einheitlichen Muster im Programm, wie Sankey-Diagramme aussehen müssen, somit habe wir alles individuell erstellt.¹⁶

In e! Sankey4 stellen wir die Produktzyklen der Franzbrötchen dar. Die benötigten Da­ten werden aus der ecoinvent Datenbank gezogen, welche im nächsten Absatz weiter erläutert werden.

3.2.3 ecoinvent-Tabellen

Die Datengrundlage für diese Arbeit bieten die ecoinvent-Tabellen, welche eine der transparentesten und ausführlichsten Datenbanken weltweit sind. Diese Datenbank führt tausende Produkte und Prozesse bezüglich ihrer ökologischen Auswirkungen und konnten wir in unser Modellierungsprogramm e! Sankey4 importieren. Die Spra­che der Tabellen ist English, weshalb folgende Begriffe auch in Englisch beschrieben werden.¹⁷

Der größte Teil der Bestandsdatensätze, welche in den Tabellen auftauchen, werden in Datenerhebungsprojekten generiert, die sich an bestimmte Wirt­schaftszweige und Länder oder Regionen richten. Um diese Projekte durchzu­führen arbeitet ecoinvent mit externen Partnern auf der ganzen Welt zusam- men.¹⁸

Die ecoinvent 3.4 -Tabellen sind nicht vollständig und werden laufend weiter vervoll­ständig. Trotzdem können einzelne Prozesse und Produkte in der Liste gar nicht oder nur unzureichend aufgeführt sein.

Unabhängig von der Art der Datenerhebung werden alle Datensätze von internen und unabhängigen externen Experten gründlich auf die Einhaltung der Qualitäts- und Transparenzanforderungen von ecoinvent überprüft, bevor sie in der Datenbank ver­öffentlicht werden.¹⁹

3.2.4 Cut-off Produkte

Nicht alle verwendeten Materialien werden in unserer Stoffstromanalyse berücksichtig. In unserem Modell werden Produkte, die einen geringeren Anteil als 1%²⁰ am Endpro­dukt ausmachen, ausgeschlossen (Cut-off criteria²¹ ). Die ausgelassenen Produkte werden in drei Kategorien eingeteilt: ordinary by-products, recyclable materials und waste. Die Einteilung bezieht sich direkt auf dasProduktund nicht die verschiedenen Einsatzbereiche.

Die größte Gruppe der Produkte fällt in die Kategorie der ordinary by-products. Diese Produkte sind Nebenprodukte eines Prozesses. Unter die Kategorie recyclable mate­rials fallen alle Produkte, die keinen oder einen geringen ökonomischen Wert besitzen und deshalb als Beitrag für einen Recycling-Prozess benutzt werden können. Aus die­sem Grund werden diese Produkte gesammelt. Ein Beispiel wären verschiedene Me­talle oder Papier. Waste bildet eine Produktkategorie, welche Produkte beinhaltet, die keinen ökonomischen Wert mehr besitzen und auch nicht in einem Recycling-Prozess wiederverwendetwerden können. Aus diesem Grund werden diese Materialien nicht gesammelt, sondern müssen entsorgt werden. Der Hersteller konsumiert daher den Service „Entsorgung“. Ein Beispiel dieser Produktkategorie wäre zum Beispiel che­misch verunreinigter Boden, Atommüll oder giftiges Abwasser.²²

4 Vorstellung der Rezepte

Umden Carbon Footprint eines Franzbrötchens aussagekräftiger analysieren zukön- nen,ist essinnvoll dieÖkobilanz eines vergleichbaren Produktes einzubeziehen. Da­her werden zwei Diagramme, für zwei unterschiedliche Franzbrötchenrezepte erstellt. Das erste Rezept soll auf dieklassische Artund Weise zubereitet werden, das zweite Rezept ist eine vegane Variante.

[...]

¹ Bundesministerium der Justiz und für Verbraucherschutz: Gesetz über Naturschutz und Landschafts­pflege (Bundesnaturschutzgesetz - BNatSchG) § 1 Ziele des Naturschutzes und der Landschafts­pflege, https://www.gesetze-im-internet.de/bnatschg_2009/__1.html (06.09.18).

² Schweizerischer Bundesrat: Strategie Nachhaltige Entwicklung, http://achat-public-du- rable.ch/pdf/Strategie_Nachhaltige_Entwicklung_2002_Bundesrat.pdf (14.09.18).

³ Vgl. Norddeutscher Rundfunk: Franzbrötchen - Hamburgs Kultgebäck, https://www.ndr.de/ratge- ber/kochen/warenkunde/Franzbroetchen-Hamburgs-Kultgebaeck,franzbroetchen106.html (08.09.18).

⁴ Vgl. Dördrechter, Wiebke: Klebrig, süß und lecker - das Franzbrötchen von damals bis heute, https://web.archive.org/web/20170814174731/https://www.shz.de/regionales/klebrig-suess-und-lecker- das-franzbroetchen-von-damals-bis-heute-id17554826.html (08.09.18).

⁵ Vgl. Norddeutscher Rundfunk: Franzbrötchen -Hamburgs Kultgebäck, https://www.ndr.de/ratge- ber/kochen/warenkunde/Franzbroetchen-Hamburgs-Kultgebaeck,franzbroetchen106.html (08.09.18).

⁶ Vgl. Backwelt: Allwörden plant “franz & friends“-Expansion, unter: http://www.back- welt.de/newsview/allwoerden-plant-franz-friends-expansion.html (08.09.18).

⁷ Umweltbundesamt: Ökobilanz, https://www.umweltbundesamt.de/themen/wirtschaft-konsum/pro- dukte/oekobilanz (08.09.18).

⁸ Vgl. ebd.

⁹ Vgl. ebd.

¹⁰ Vgl. Bundesministerium für Arbeit und Soziales: Umweltschutz ist Zukunftssicherung, https://www.csr-in-deutschland.de/DE/Unternehmen/Unternehmensbereiche/Umweltmanagement/um- weltmanagement.html (08.09.18).

¹¹ Vgl. Umweltbundesamt: Ökobilanz, https://www.umweltbundesamt.de/themen/wirtschaft-kon- sum/produkte/oekobilanz (18.09.18).

¹² Vgl. Umweltbundesamt: Stoffstromanalyse, https://www.umweltbundesamt.de/stoffstromanalyse (18.09.18).

¹³ Vgl. Umweltbundesamt: Ökobilanz, https://www.umweltbundesamt.de/themen/wirtschaft-kon- sum/produkte/oekobilanz (18.09.18).

¹⁴ Vgl. Institut für Umweltinformatik Hamburg GmbH: Umberto, https://www.ifu.com/umberto/ (14.09.18).

¹⁵ Vgl. Institut für Umweltinformatik Hamburg GmbH: e! Sankey, https://www.ifu.com/e-sankey/ (14.09.18).

¹⁶ Vgl. Institut für Umweltinformatik Hamburg GmbH: Was ist ein Sankey-Diagramm?, https://www.ifu.com/e-sankey/sankey-diagramm/ (07.09.18).

¹⁷ Vgl. ecoinvent: ecoinvent 3.5, https://www.ecoinvent.org/database/ecoinvent-35/ecoinvent-35.html (14.09.18).

¹⁸ ecoinvent: Where do the data in the database come from?, https://www.ecoinvent.org/sup- port/faqs/first-time-users/where-do-the-data-in-the-ecoinvent-database-come-from.html (18.09.18).

¹⁹ Vgl. ecoinvent: Where do the data in the database come from?, https://www.ecoinvent.org/sup- port/faqs/first-time-users/where-do-the-data-in-the-ecoinvent-database-come-from.html (18.09.18).

²⁰ Vgl. Albertsen et al.: Vergleichende Ökobilanz eines Studierendenausweises: Papier vs. Scheck­karte, 2018, S.9.

²¹ Vgl. Life Cycle Initiative: Cut-off criteria, https://www.lifecycleinitiative.org/resources/life-cycle-termi- nology-2/#c (07.09.18).

²² Vgl. ecoinvent: Allocation cut-off by classification, https://www.ecoinvent.org/database/system-mo- dels-in-ecoinvent-3/cut-off-system-model/allocation-cut-off-by-classification.html (05.09.18).