Die Lebensweg-Vorfallanalyse : Methode zur Quantifizierung der Auswirkungen nicht bestimmungsgemäßer Betriebszustände auf Mensch, Umwelt und Ressourcenverfügbarkeit über den Lebensweg von Produkten

Abstract

Status: Quantitative Risikoanalysen (QRA) von Vorfällen einerseits und Produkt-Ökobilanzen andererseits werden bisher in der Praxis isoliert durchgeführt. Zur gezielten Entscheidungsunterstützung hinsichtlich der Relevanz von Vorfallauswirkungen über den Lebensweg von Produkten fehlt bisher eine allgemeine integrierte Methode ebenso wie zum integriert ökobilanziellen und vorfallbezogenen Vergleich von Produkten oder Technologien. Bisherige Arbeiten zur Integration beziehen lediglich bestimmte Arten von Vorfällen ein (z. B. Feuer während der Produktnutzung) oder nur bestimmte Auswirkungen (z. B. ausschließlich Todesopfer). Neben Unfällen werden in den entsprechenden Arbeiten andere Vorfälle nicht oder nur untergeordnet einbezogen. Zudem ist für eine Reihe methodischer Fragen bisher kein systematisches Vorgehen oder keine Formalisierung vorgestellt worden, einschließlich für die grundlegende Frage der systematischen, qualitativen und quantitativen Zuordnung von Vorfallauswirkungen zu den vorfallbeteiligten Prozessen und Produkten. Zielgruppe: Die Zielgruppe der hier vorgestellten neuen Methode der Lebensweg-Vorfallanalyse (LVA) sind einerseits Ökobilanz-Praktiker, die Wirkungen auf Mensch und Umwelt aus nicht bestimmungsgemäßen Betriebszuständen (d. h. Vorfällen) umfassend und systematisch in ihre Analysen einbeziehen möchten. Andererseits sind dies Sicherheitsbeauftragte – bei Sabotage und terroristischen Bedrohungen auch Gefahrenabwehrbeauftragte genannt – und Qualitätsmanager, die die Auswirkungen von Vorfällen über den Lebensweg von Produkten erfassen und analysieren wollen. Methodik: Die Methode der Lebensweg-Vorfallanalyse (LVA) bringt bestehende Lösungen zusammen, passt diese an und stellt neue methodische Lösungen vor, die wichtige Lücken schließen. Die LVA nutzt dabei die modellierten Eintrittshäufigkeiten aus Fehlerbaumanalysen (FBA) und Ereignisablaufanalysen (EEA), die Vorfallausmaßinformationen aus QRA-Studien sowie Informationen aus Vorfallstatistiken und aus historischen Vorfällen. Die vorfallbedingten Inventare werden hierzu auf der Ebene des Sachinventars analog zur [Norm DIN EN ISO 14040:2009-11] und [Norm DIN EN ISO 14044:2006-10] der Ökobilanzierung erfasst und mit weiteren vorfallspezifischen Informationen in Einheitsvorfällen inventarisiert. In der Vorfallinventarisierung werden zusätzlich zu den – auch in der Ökobilanzierung üblichen – Interventionen umweltrelevanter und humantoxischer Emissionen sowie dem Verbrauch von natürlichen Ressourcen auch direkte Schädigungen von Menschen (insbesondere Tod, Verletzung und vorfallbedingte Berufskrankheiten) erfasst. Direkte Schädigungen von Menschen treten während bestimmungsgemäßer Betriebszustände definitionsgemäß nicht auf und werden bisher in der Ökobilanzierung nicht oder nur rudimentär erfasst. Die Vorfallauswirkungen werden in der LVA in Vorfallsystemen modelliert, die über Ereignisse in zentralen Einheitsvorfällen an die Module der Produktlebenswegmodelle quantitativ angebunden und skaliert werden. Zusätzlich zu den direkten Vorfallauswirkungen werden die Auswirkungen vorfallbedingter indirekter Vorfallfolgeaktivitäten erfasst, z. B. Vorfallbekämpfungsmaßnahmen, Evakuierungen, Aufräumung und Sanierung, Wiederherstellung zerstörter Güter usw. Die LVA erlaubt es – analog und konsistent zur Ökobilanzierung – an die Inventarisierung eine Wirkanalyse, Normierung und Gewichtung der Inventarergebnisse und vergleichende Auswertung anzuschließen. Methodisch wichtige Entwicklungen dieser Arbeit sind: • Definition qualitativer Zuordnungsregeln von Vorfällen zu Prozessen und Produkten und damit zu den (Prozess-)Modulen im Lebensweg. • Allgemeingültige Formalisierung der quantitativen Zuordnung der Vorfallauswirkungen und deren Skalierung bezogen auf die quantitativen Referenzen der vorfallbeteiligten Module. Dies beinhaltet methodische Lösungen zur quantitativen Zuordnung o unter Berücksichtigung produkteigenschaftsbedingter Auswirkungen, o bei unterschiedlicher Granularität von Vorfall und Modul, o bei Nutzung sowohl detaillierter QRA Ergebnisse als auch aggregierter Vorfalldaten und -statistiken und zudem o differenziert je nach Zielsetzung der LVA-Studie. • Adressierung der Frage der Modellierung von Vorfällen in „attributional“ und „consequential“ Studien. • Methodische Erweiterung und Kombination bestehender Lösungen zur LVA-Methodik für die Erfassung der Interventionen und direkten Personenschäden sowie deren Auswirkungen auf Mensch, Natur und Ressourcenverfügbarkeit aus nicht bestimmungsgemäßen Betriebszuständen über den Lebensweg beliebiger Prozesse und Produkte. Neben Unfällen können absichtlich herbeigeführte Vorfälle aufgrund von Terrorismus, Sabotage und anderer krimineller Akte sowie Selbstmord konsistent erfasst werden. In zwei Anwendungsbeispielen wird die Praktikabilität der Methode einschließlich Fragen der Datenerhebung und -schätzung erprobt und diskutiert. Ausblick: Wesentliche offene Punkte sind die breitere Erprobung der LVA einschließlich des Verbesserungspotenzial-Ansatzes als Methodenvariante, der Verwendung der vorgeschlagenen zusätzlichen Skalierungsfaktoren bei der Übertragung von Vorfalldaten auf ähnliche Prozesse und Produkte, die methodische Detailausarbeitung für die Erfassung von Ausschussproduktion und letztlich die Entwicklung von LVA-unterstützenden Vorfalldatenbanken und Softwarewerkzeugen.

Status: Quantitative risk assessment (QRA) of incidents on the one hand and Life Cycle Assessment (LCA) of products on the other hand, are carried out so far in isolation. For a targeted decision support on the relevance of incident impacts throughout the life cycle of products, a general, integrated approach is lacking, same as for an integrated life cycle based, incident-related comparison of products or technologies. Previous work related to such an integration considers only specific types of incidents in the life cycle assessment (e.g. fires during product use) or only certain effects (e.g. exclusively fatalities). In addition to accidents, other incidents are not included or only in a subordinate manner. In addition, for several methodological issues methods or formalizations have not been presented so far, including for the fundamental question of the systematic, qualitative and quantitative assignment of incident impacts to the processes and products that are involved in an incident. Target group: The target group of the new method of Incident Life Cycle Assessment (ILCA) are on the one hand LCA practitioners that intend to systematically include the effects on humans and the environment from non-intended operating conditions (i.e. incidents) in a comprehensive and systematic manner into their analyses. On the other hand, these are safety officers - for sabotage and terrorist threats also called security officers - and quality managers who want to capture and analyse the impact of incidents throughout the life cycle of products. Method: The ILCA method integrates existing solutions and further develops them as well as provides new methodological solutions to overcome main gaps. The ILCA uses the modelled incident frequencies based on Fault Tree Analysis (FTA) and Event Tree Analysis (ETA), incident impact information from QRA studies, and information from incident statistics and from historical incidents. The incident impacts are initially recorded at the inventory level analogous in unit incidents (analogous to unit processes of LCA acc. to [Norm DIN EN ISO 14040:2009-11] and [Norm DIN EN ISO 14044:2006-10]), together with incident-specific information. In addition to direct consequences of the incident, indirect impacts that are caused by activities that are related to the incident are included, such as emergency response operations, evacuations, clean-up and rehabilitation, restoration of damaged assets, etc. In the incident inventory, also direct damage to persons (especially death, injury and incident-related occupational diseases) are inventoried, in addition to the interventions with the environment that are of relevance to the environment, human health and the depletion of natural resources and that are known from LCA. Direct damage to people does not occur during the intended operating conditions, per definition, and is hence not included in LCA or in a limited and simplified manner . In ILCA, the incident effects are modelled in incident systems that are quantitatively connected via events in the central unit incident to the incidence-related unit processes of the product life cycle model. The ILCA allows - analogous to and consistent with LCA – to perform an impact assessment, normalisation and weighting of the inventory results and a comparative evaluation. Methodologically important developments of this thesis are: • Definition of qualitative assignment rules of incidents to processes/products and thereby to the unit processes of the life cycle model • Generally applicable mathematical formalisation of the quantitative assignment of the incident impacts and the impact’s scaling relative to the quantitative reference of the unit processes to which an incident is assigned. This includes methodological solutions for the quantitative assignment of the impacts taking into account o product-property related effects, o different granularity of incident model and unit process, o using both detailed QRA results and aggregated incident data and statistics, and furthermore o differentiated according to the objective of the ILCA study. • Addressing the issue of modelling incidents in "attributional" and "consequential" studies • Methodological extension and integration of existing solutions, obtaining a methodology for capturing the interventions and direct harms to humans and the related effects on man, nature, and the future availability of natural resources, from non-intended operating conditions over the life cycle of any process and product. In addition to accidents, intentional incidents of terrorism, sabotage, and other criminal acts as well as suicide, are inventoried consistently. In two illustrative cases the practicality of the method is demonstrated and discussed, including issues of collecting and estimating data. Outlook: The main open issues are a wider testing of the ILCA, including of the improvement potential approach as a method variant, and of using the proposed additional scaling factors in the transfer of incident data to similar processes and products. Furthermore, the methodo-logical details of inventorying the impacts of faulty production wait to be worked out and the development of ILCA-supporting incident databases and software tools are open tasks.