VDI-Richtlinie 4800

VDI-Richtlinie 4800
„Ressourceneffizienz –
Methodische
Grundlagen, Prinzipien
und Strategien“
Dr.-Ing. Christof Oberender
VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
MatRessource-FORUM
Dresden, 16. September 2015
© VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
Seite 1 | MatRessource-FORUM | 16. September 2015 | Dr.-Ing. Christof Oberender
Inhalt
■ Einordnung – VDI 4800 Blatt 1 Ressourceneffizienz
■ Grundlagen – Prinzipien der Ressourceneffizienz und
Methodische Grundlagen der Bewertung
■ Umsetzung – Produkt- und Prozessentwicklung,
Strategien und Maßnahmen
■ Ausblick – VDI 4800 Blatt 2 Bewertung des Rohstoffeinsatzes,
VDI-Handbuch Ressourceneffizienz
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VDI-Richtlinien zur Bewertung von
Ressourceneffizienz
Methodische Grundlagen – Ressourceneffizienzanalyse
VDI 4800-1 Ressourceneffizienz – Methodische Grundlagen, Prinzipien und Strategien
Zielsetzung, Definitionen, Bilanzierungsgrundsätze, Strategien
VDI 4800 Blatt 2
Ressourceneffizienz –
Bewertung des
Rohstoffaufwands
VDI 4800 Blatt 3
Ressourceneffizienz –
Umweltindikatoren
VDI 4600
Kumulierter
Energieaufwand
Rohstoffaufwand &
Rohstoffkritikalität:
- Versorgungsrisiko
- Vulnerabilität
Ökologische Kriterien
- Bewertungsmethodik
- Beispiele (Blatt 1)
Anwendung
VDI 4801 Ressourceneffizienz in KMU
Strategien und Vorgehen zur Umsetzung von Ressourceneffizienzmaßnahmen in KMU
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Struktur der VDI 4800 Blatt 1 (Teil 1)
3
Ansatzpunkte und Motive für ressourceneffizientes Handeln
4
Prinzipien der Ressourceneffizienz
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Struktur der VDI 4800 Blatt 1 (Teil 2)
5
Methodische Grundlagen zur Bestimmung der
Ressourceneffizienz
6
Umsetzung für Produkte und Prozesse
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Zielsetzung
„Die Anwendung der Richtlinie kann durch Steigerung der
Ressourceneffizienz einen Beitrag zur Schonung der natürlichen
Ressourcen leisten, insbesondere
■ beim Einsatz von Rohstoffen und Wasser,
■ der Inanspruchnahme von Flächen,
■ zur Minderung von Umweltbelastungen
und somit die Lebensgrundlagen jetziger und zukünftiger Generationen
zu erhalten.“
Quelle: VDI 4800 Blatt 1 Ressourceneffizienz – Methodische Grundlagen, Prinzipien und Strategien (2015)
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Zielgruppe
„Zielgruppe der Richtlinie sind Entscheider in Organisationen. Dies
umfasst alle Personen … [die] … zur Planung und Umsetzung von
Ressourceneffizienz und zur Verbreitung entsprechender Ideen,
Ansätze und Methoden maßgeblich beitragen können. …
■ Inhaber, Aufsichtsräte und Gesellschafter
■ Geschäftsführer, Vorstände
■ leitendes Personal in Produktion, Beschaffung, Forschung und
Entwicklung, Marketing und Vertrieb, Organisations- und
Personalentwicklung
■ betriebliche Interessensvertretungen“
Quelle: VDI 4800 Blatt 1 Ressourceneffizienz – Methodische Grundlagen, Prinzipien und Strategien (2015)
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Inhalt
■ Einordnung – VDI 4800 Blatt 1 Ressourceneffizienz
■ Grundlagen – Prinzipien der Ressourceneffizienz und
Methodische Grundlagen der Bewertung
■ Umsetzung – Produkt- und Prozessentwicklung,
Strategien und Maßnahmen
■ Ausblick – VDI 4800 Blatt 2 Bewertung des Rohstoffeinsatzes,
VDI-Handbuch Ressourceneffizienz
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Natürliche Ressourcen
Rohstoffe
Energieressourcen
© mark huls – Fotolia.com
Luft
© VDI ZRE
© VDI ZRE
Wasser
© artistdesign_de – Fotolia.com
Fläche & Boden
Ökosystemdienstl.
© CC BY-SA 2.0 http://creativecommons.
org/licenses/by-sa/2.0/ Nikki Mahadevan
© CC BY-SA 3.0 http://creativecommons.
org/licenses/by-sa/ 3.0/ Ireen Trummer
Definition nach VDI 4800 Blatt 1 (2015) und in Anlehnung an: Europäische Kommission (2005)
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Wie ist Ressourceneffizienz definiert?
Produkt, Prozessergebnis
Funktion
Funktionale Einheit
Ressourceneffizienz =
Nutzen
Aufwand
Natürliche Ressourcen
Rohstoffe
Energieressourcen
Wasser, Luft
Fläche
Biodiversität
Ökosystemdienstleistungen
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Wie wird der technische Nutzen quantifiziert?
Nutzen von Produkten und Dienstleistungen wird durch Funktionen und
Eigenschaften erfüllt
Funktionale Einheit zum lösungsneutralen Beschreiben von
technischen Nutzen
Beispiele
■ Bereitstellen von 5 Tassen Kaffee pro Tag über einen Zeitraum
von 7 Jahren
■ Transportieren von 2 Personen über Strecke von A nach B, […]
■ Herstellen von 5.000 Zahnrädern zur Übertragung eines
Drehmoments von 200 Nm […] bzw. spezifizierter Geometrie und
Werkstoff
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Wie ist Ressourceneffizienz definiert?
Produkt, Prozessergebnis
Funktion
Funktionale Einheit
Ressourceneffizienz =
Nutzen
Aufwand
Natürliche Ressourcen
Rohstoffe
Energieressourcen
Wasser, Luft
Fläche
Biodiversität
Ökosystemdienstleistungen
Nach VDI 4800 Blatt 1 Ressourceneffizienz – Methodische Grundlagen, Prinzipien und Strategien (2015)
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Ressourceninanspruchnahme im Lebensweg
Ressourceneinsätze entstehen im gesamten Produktlebensweg
Rohmaterialherstellung
Produktherstellung
Nutzung
Verwertung/
Beseitigung
Prozesskette Produktlebensweg
Optimierung in einer Lebensphase (einem Prozess) kann zu
Verschlechterungen in anderen Lebensphasen (Prozessen) und in der
Gesamtbilanz führen
Vermeiden lokaler Optima erfordert ganzheitliche Betrachtung
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Der Lebensweggedanke
Systemgrenzen
■ Betriebsgrenzen
Fertigungsbetrieb
(gate-to-gate)
■ Gesamter
Produktionsprozess
(cradle-to-gate)
■ Gesamter
Lebensweg (cradleto-grave)
Quelle: VDI 4800 Blatt 1 Ressourceneffizienz – Methodische Grundlagen, Prinzipien und Strategien (2015)
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Bestimmung des Ressourceneinsatzes
■ Gesamter Ressourceneinsatz kann nur über einen Satz von
Indikatoren beschrieben werden.
■ Jeder Indikator steht für sich und misst die Nutzung einer Gruppe von
Ressourcen (z. B. Rohstoffe, Energie, Land etc.), kein Leitindikator.
■ Indikatoren sind komplementär, aber nicht überschneidungsfrei.
■ Detaillierte Bilanzierungsvorschriften
■ VDI 4600 und VDI 4600 Blatt 1: Energieindikatoren
■ VDI 4800 Blatt 2: Rohstoff-, Wasser-, und Flächenindikatoren
■ VDI 4800 Blatt 3: Indikatoren für Ökosystemleistungen
nach Stand der Methodenentwicklung
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Seite 15 | MatRessource-FORUM | 16. September 2015 | Dr.-Ing. Christof Oberender
Inhalt
■ Einordnung – VDI 4800 Blatt 1 Ressourceneffizienz
■ Grundlagen – Prinzipien der Ressourceneffizienz und
Methodische Grundlagen der Bewertung
■ Umsetzung – Produkt- und Prozessentwicklung,
Strategien und Maßnahmen
■ Ausblick – VDI 4800 Blatt 2 Bewertung des Rohstoffeinsatzes,
VDI-Handbuch Ressourceneffizienz
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Seite 16 | MatRessource-FORUM | 16. September 2015 | Dr.-Ing. Christof Oberender
Produktentwicklung und Produktlebensweg
Aufgabe
Prozesskette
Produktentwicklung
Aufgabe klären
Prozesse
beeinflussen
Konzipieren
Entwerfen
Ausarbeiten
Rohmaterialherstellung
Produktherstellung
Prozesse
antizipieren
Nutzung
Prozesskette Produktlebensweg
Verwertung/
Beseitigung
Quelle: Abele, Anderl, Birkhofer (2005)
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Strategien und Maßnahmen im Überblick
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Werkstoffauswahl / Materialsubstitution
Leichtbauweise
Beanspruchungsgerechtheit und Sicherheit
Miniaturisierung
Fertigungsgerechte Produktgestaltung
Nutzungsgerechte Produktgestaltung
Fertigungsprozessauswahl und Fertigungsprozessoptimierung
Dimensionierung der Fertigungsmittel
Minimierung des Bearbeitungsvolumens
Materialsubstitution von Hilfs- und Betriebsstoffen
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nicht erforderlich
bedingt erforderlich
erforderlich
Transport

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Lebensweganalyse
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
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

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



Verwertung/Beseitigung
Nutzung
Produktherstellung
Rohmaterialherstellung
Lebensphasen mit
relevanten
Auswirkungen
Vertrieb
Produktion
Einkauf/Beschaffung
Arbeitsvorbereitung
Fabrikplanung
Einflussnehmender
Akteur im Betrieb
Produktentwicklung
Produktion
Nr. Strategie
Produkt
Bezug


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

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Lebensphasen mit
relevanten
Auswirkungen
Einflussnehmender
Akteur im Betrieb
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Werkstoffauswahl / Materialsubstitution
Leichtbauweise
Beanspruchungsgerechtheit und Sicherheit
Miniaturisierung
Fertigungsgerechte Produktgestaltung
Nutzungsgerechte Produktgestaltung
Fertigungsprozessauswahl und Fertigungsprozessoptimierung
Dimensionierung der Fertigungsmittel
Minimierung des Bearbeitungsvolumens
Materialsubstitution von Hilfs- und Betriebsstoffen
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
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nicht erforderlich
bedingt erforderlich
erforderlich
Lebensweganalyse
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Transport
Transport

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Verwertung/Beseitigung
Nutzung
Nutzung
Rohmaterialherstellung
Vertrieb
Produktion
Lebensphasen mit
relevanten
Auswirkungen
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Verwertung/Beseitigung
Produktherstellung
Produktherstellung
Rohmaterialherstellung
Einkauf/Beschaffung
Arbeitsvorbereitung
Vertrieb
Produktentwicklung
ProduktionProduktion
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Einflussnehmender
Akteur im Betrieb
Fabrikplanung
Einkauf/Beschaffung
Bezug
Produkt
Nr. Strategie
Arbeitsvorbereitung
Fabrikplanung
Produktentwicklung
Strategien und Maßnahmen im Überblick
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Seite 19 | MatRessource-FORUM | 16. September 2015 | Dr.-Ing. Christof Oberender
Strategien und Maßnahmen im Überblick
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 Recyclinggerechte Produktgestaltung
 Produkt-Service-Systeme (Dematerialisierung)
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
nicht erforderlich
 Miniaturisierung
Werkstoffauswahl / Materialsubstitution
Leichtbauweise
Beanspruchungsgerechtheit und Sicherheit
Miniaturisierung
Fertigungsgerechte Produktgestaltung
Nutzungsgerechte Produktgestaltung
bedingt erforderlich
Nr. Strategie
Lebensweganalyse
erforderlich
 Beanspruchungsgerechtheit und Sicherheit
Transport
Vertrieb
Produktion
Einkauf/Beschaffung
Arbeitsvorbereitung
Fabrikplanung
Produktentwicklung
Produkt
 Leichtbauweise
Produktion
 Werkstoffauswahl/Materialsubstitution
Verwertung/Beseitigung
Strategien mit Bezug zum Produkt
Nutzung
Lebensphasen mit
relevanten
Auswirkungen
Produktherstellung
Einflussnehmender
Akteur im Betrieb
Rohmaterialherstellung
Bezug

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

 Dokumentation (Fertigungsunterlagen,
Bedienungsanleitung)

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


Fertigungsprozessauswahl und Fertigungsprozessoptimierung
Dimensionierung der Fertigungsmittel
Minimierung des Bearbeitungsvolumens
Materialsubstitution von Hilfs- und Betriebsstoffen
 etc.
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Seite 20 | MatRessource-FORUM | 16. September 2015 | Dr.-Ing. Christof Oberender
Beanspruchungsgerechtheit und Sicherheit
(3) Beanspruchungsgerechtheit und
Sicherheit
Erläuterung: In der Konstruktionspraxis werden häufig hohe
Sicherheitsreserven angesetzt. Beanspruchungsgerechtes
Konstruieren erfolgt gemäß dem Leitsatz „So wenig wie
möglich, so viel wie nötig“. Zu hohe
Sicherheitsanforderungen wirken sich negativ auf die
Materialeffizienz aus.
Einflussnehmender Akteur im Betrieb: Produktentwicklung
Lebensphase(n) mit relevanten Auswirkungen:
Rohmaterialherstellung, Nutzung (bei mobilen Produkten)
Lebensweganalyse: Nicht erforderlich
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Seite 21 | MatRessource-FORUM | 16. September 2015 | Dr.-Ing. Christof Oberender
Beanspruchungsgerechtheit
Havelländische Zink-Druckguss: Zincopor®
Technologie
 Metallschaum durch Treibmittel
 Treibmittel spaltet durch
Wärmezufuhr Gas ab
 Steuerbare Aktivierung
Ressourceneffizienzpotenzial
 25…50 % geringerer Materialeinsatz / geringere Masse
 10 t/a geringerer Zinkeinsatz
 10.000 EUR/a Kosteneinsparung
Quelle: Havelländische Zink-Druckguss GmbH & Co. KG
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Seite 22 | MatRessource-FORUM | 16. September 2015 | Dr.-Ing. Christof Oberender
Strategien und Maßnahmen im Überblick
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 Kaskadennutzung und Kreislaufführung
 Effiziente Energiebereitstellung
 Arbeitsanleitungen
Fertigungsprozessauswahl und Fertigungsprozessoptimierung
Dimensionierung der Fertigungsmittel
Minimierung des Bearbeitungsvolumens
Materialsubstitution von Hilfs- und Betriebsstoffen
 etc.
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nicht erforderlich
 Effiziente Reinigung
Werkstoffauswahl / Materialsubstitution
Leichtbauweise
Beanspruchungsgerechtheit und Sicherheit
Miniaturisierung
Fertigungsgerechte Produktgestaltung
Nutzungsgerechte Produktgestaltung
bedingt erforderlich
Nr. Strategie
Vertrieb
 Vermindern von geplantem Verlust
Produktion
Produktion
Produkt
 Minimierung des Bearbeitungsvolumens
Nutzung
Einkauf/Beschaffung
Arbeitsvorbereitung
Fabrikplanung
Produktentwicklung
 Fertigungsprozessauswahl und -optimierung
Produktherstellung
Rohmaterialherstellung
Strategien mit Bezug zum Produktionsprozess
Lebensweganalyse
erforderlich
Lebensphasen mit
relevanten
Auswirkungen
Transport
Einflussnehmender
Akteur im Betrieb
Verwertung/Beseitigung
Bezug
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
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Seite 23 | MatRessource-FORUM | 16. September 2015 | Dr.-Ing. Christof Oberender
Strategie Minimierung des Bearbeitungsvolumens
(17) Minimierung
des Bearbeitungsvolumens
Erläuterung: Herstellen von Rohlingen bei denen die spätere
Form bereits grob vorgeben ist. Effizienzsteigerungen
entstehen durch Vermindern von Bearbeitungsvolumen,
Werkzeugverschleiß und Belegungszeiten von Betriebsmitteln.
Beispiel: Endabmessungsnahes Urformen oder Umformen
anstelle von Spanen aus dem Vollen.
Einflussnehmender Akteur im Betrieb: Produktentwicklung,
ggf. Fabrikplanung, Arbeitsvorbereitung, Produktion
Lebensphase(n) mit relevanten Auswirkungen:
Produktherstellung
Lebensweganalyse: Bei gleicher Prozessfolge nicht erforderlich
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Seite 24 | MatRessource-FORUM | 16. September 2015 | Dr.-Ing. Christof Oberender
Minimierung des Bearbeitungsvolumens:
Gießen anstatt Fräsen aus Vollmaterial
Herstellung von Titangroßbauteilen
Lösungsprinzip:  Endabmessungsnahes Urformen
Verlustquellen:
 Hohes Spanvolumen
 Hohe Zerspanungsabfälle
Maßnahmen:
 Gießen statt Fräsen aus
Vollmaterial
Ergebnisse:
© VDI ZRE
 80 % Materialeinsparung je kg
Fertigteil (2 kg statt 10 kg)
 75 % Energieeinsparung
 30 % Kosteneinsparung
 Geringerer Werkzeugverschleiß
Quelle: Effizienz-Agentur NRW (2009)
© VDI ZRE
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Seite 25 | MatRessource-FORUM | 16. September 2015 | Dr.-Ing. Christof Oberender
Inhalt
■ Einordnung – VDI 4800 Blatt 1 Ressourceneffizienz
■ Grundlagen – Prinzipien der Ressourceneffizienz und
Methodische Grundlagen der Bewertung
■ Umsetzung – Produkt- und Prozessentwicklung,
Strategien und Maßnahmen
■ Ausblick – VDI 4800 Blatt 2 Bewertung des Rohstoffeinsatzes,
VDI-Handbuch Ressourceneffizienz
© VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
Seite 26 | MatRessource-FORUM | 16. September 2015 | Dr.-Ing. Christof Oberender
VDI-Richtlinien zur Bewertung von
Ressourceneffizienz
Methodische Grundlagen – Ressourceneffizienzanalyse
VDI 4800-1 Ressourceneffizienz – Methodische Grundlagen, Prinzipien und Strategien
Zielsetzung, Definitionen, Bilanzierungsgrundsätze, Strategien
VDI 4800 Blatt 2
Ressourceneffizienz –
Bewertung des
Rohstoffaufwands
VDI 4800 Blatt 3
Ressourceneffizienz –
Umweltindikatoren
VDI 4600
Kumulierter
Energieaufwand
Rohstoffaufwand &
Rohstoffkritikalität:
- Versorgungsrisiko
- Vulnerabilität
Ökologische Kriterien
- Bewertungsmethodik
- Beispiele (Blatt 1)
Anwendung
VDI 4801 Ressourceneffizienz in KMU
Strategien und Vorgehen zur Umsetzung von Ressourceneffizienzmaßnahmen in KMU
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Seite 27 | MatRessource-FORUM | 16. September 2015 | Dr.-Ing. Christof Oberender
Struktur der VDI 4800 Blatt 2 (Teil 1)
4
Ziel und Untersuchungsrahmen
5
Sachbilanz
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Seite 28 | MatRessource-FORUM | 16. September 2015 | Dr.-Ing. Christof Oberender
Struktur der VDI 4800 Blatt 2 (Teil 2)
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Analyse der Kritikalität
7
Ergebnisdarstellung
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Seite 29 | MatRessource-FORUM | 16. September 2015 | Dr.-Ing. Christof Oberender
Rohstoffkritikalität (Auszug)
Versorgungsrisiko
Vulnerabilität
Geologische, technische,
strukturelle Kriterien
■ Koppelproduktion/Nebenproduktion
■ Recycling
■ Logistische Beschränkungen
■ …
Geopolitische und regulatorische
Kriterien
■ Länderkonzentration der Reserven
■ …
Ökonomische Kriterien
■ Unternehmenskonzentration
■ …
Grad der Betroffenheit
■ Wert für die Produktfunktion
■ Bedarfsmenge
■ Einkaufswert am Rohstoffeinkauf
■ …
Möglichkeiten der Anpassung
(strategisch / operativ)
■ Zugang / Umsetzbarkeit
Substitutionslösungen
■ Vorhandensein
Beschaffungsstrategie
■ Bevorratung
■ …
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Seite 30 | MatRessource-FORUM | 16. September 2015 | Dr.-Ing. Christof Oberender
Ergebnisdarstellung (exemplarisch)
1,2
Versorgungsrisiko (Einzelwerte)
1
0,8
0,6
Aggregierte Darstellung
1
0,4
0
Cer
Neodym
Sand
Aluminium
-0,2
Verhältnis von Reserven zu globaler Jahresproduktion
Grad der Koppelproduktion/ Nebenproduktion
Verbreitungsgrad funktionaler EoL-Recyclingtechnologien
Wirtschaftlichkeit von lagerung und Transport
Verbreitungsgrad natürlicher Vorkommen/ Anbaugebiete
Herfindahl-Hirschamnn-Index der Reserven
Herfindahl-Hirschamnn-Index der Länderprouduktion
Politisches Länderrisiko
Regulatorisches Länderrisiko
Herfindahl-Hirschamnn-Index der Unternehmen
Grad der Nachfragesteigerung
Technische Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit von Substitutionen in Hauptanwendungen
Annualisierte Preisvolatilität
Vulnerabilität
0,8
0,2
0,6
0,4
0,2
0
0
Cer
0,2
Neodym
0,4
0,6
Versorgungsrisiko
Sand
Aluminium
Eisen
Kupfer
0,8
Palmöl
1
Erdöl
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VDI-Handbuch Ressourceneffizienz
Methodische Grundlagen der Bewertung
von Ressourceneffizienz
VDI
4800-1
Rahmen
GD 2014
VDI
4800-2
KRA
VDI
4600
KEA
KON 2013
Anwendung
Branchenleitfäden
Kennzahlen
RE in
KMU
RE in der
Produktion
Branche
Branche Branche …
2
1
VDI
4801
RE in
KMU
VDI
FA 208
Konzept 2012
3
VDI
4800-3
UI
WD 2012 GD 2013
KON 2011
2
VDI
4600-1
KEA
© Verein Deutscher Ingenieure e.V. (2011)
1
KON 2011
Produktionsintegrierter
Umweltschutz
VDI
VDI
VDI
4075-…
4075-2
4075-1
KON 2011
bestehend
in Bearbeitung
Fortlaufend
in Planung
Richtlinien zu Einzelfragen (bestehend)
VDI
2243
VDI
2343
VDI
4070
VDI
4661
VDI
4085
VDI
…
VDI
…
KON
WD/GD
Konstituierung
Weiß-/Gründruck
In Kooperation
mit dem VDI e.V.
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Kontakt
VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
Bertolt-Brecht-Platz 3
10117 Berlin
:
Dr.-Ing. Christof Oberender
Tel.: +49 30 27 59 506-17
Fax: +49 30 27 59 506-30
[email protected]
www.vdi-zre.de
www.ressource-deutschland.de
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