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Autor(en): Hein, Helen Luisa
Titel: Entwicklung von intervallarithmetischen Methoden zur Berücksichtigung von Unsicherheiten in der Ökobilanzierung
Erscheinungsdatum: 2022
Dokumentart: Dissertation
Seiten: xxi, 237
URI: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-ds-126327
http://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/12632
http://dx.doi.org/10.18419/opus-12613
Zusammenfassung: Die Ökobilanzierung gilt als wissenschaftlich anerkanntes Verfahren, mit dem potentielle Umweltwirkungen von technischen Systemen abgeschätzt werden können. Hierfür wird eine Vielzahl von Informationen aus unterschiedlichen Bereichen der Ingenieur- und Naturwissenschaften benötigt. Zur Erfassung der technischen Systeme sind sehr sensible Herstellerdaten sowie tiefgreifende Informationen zu vor- und nachgelagerten Prozessen notwendig. Diese sind oftmals nicht umfassend verfügbar. Die Abbildung der Umweltwirkungen basiert auf mitunter sehr komplexen Modellen, deren Ergebnisse von signifikanten Unsicherheiten geprägt sein können. Dies hat zur Folge, dass die Sicherheit der Ergebnisse von Ökobilanzen häufig in Frage gestellt wird. Es fehlt ein ingenieur- und praxistaugliches Verfahren, mit dem Unsicherheiten umfassend und transparent berücksichtigt werden können. Problematisch hierbei sind die Heterogenität der Unsicherheit sowie der relative Ansatz, der mit der Methodik der Ökobilanzierung einhergeht. So eignen sich je nach Art der Unsicherheit unterschiedliche Methoden zu deren Analyse. Die Zusammenführung diverser Verfahren ist mitunter zwar möglich, erschwert aber die Interpretation der Ergebnisse. Durch den relativen Ansatz fehlt darüber hinaus die sichere Seite: eine Veränderung eines Kennwerts verändert nicht nur diesen, sondern auch den relativen Bezug und die Beurteilung aller anderen Kennwerte, die mit diesem im Verhältnis stehen. Unsichere Daten können daher nicht mit Sicherheitsfaktoren wie bei statischen Bemessungen auf der sicheren Seite liegend belegt werden, da sonst alle Systeme, welche diese Kennwerte verwenden, zu optimistisch oder zu pessimistisch eingeschätzt werden können. Vor diesem Hintergrund sollte in dieser Arbeit die Methodik der Ökobilanzierung um einen intervallbasierten Ansatz erweitert werden. Mit diesem sollen Unsicherheiten in Form von Intervallen erfasst werden, wobei die Unter- und Obergrenzen die Grenzen zum Unmöglichen oder Irrelevanten darstellen. Dies verhindert Über- oder Unterschätzungen, indem bei unsicheren Daten die gesamte Bandbreite des Möglichen und Relevanten einbezogen wird. Aus den resultierenden Ergebnissen können robuste Aussagen über potentielle Umweltwirkungen abgeleitet werden. Die Lösung intervallarithmetischer Probleme weist eine hohe Komplexität auf. Im Zuge der Berechnung können Intervalle durch mehrfaches Einsetzen zu sehr aufgeweitet werden, was die Aussagekraft der Resultate reduziert. Der Fokus lag daher auf der Entwicklung und Implementierung eines intervallbasierten Berechnungsverfahrens, welches unter Berücksichtigung des Rechenzeitaufwands möglichst enge Ergebnisintervalle ermittelt. Hierfür wurden diverse Gleichungslöser implementiert und mit Testreihen auf Basis fiktiver Produktsysteme untersucht. Es ließ sich kein einzelner Gleichungslöser identifizieren, der hinsichtlich der Intervallweiten und der Rechenzeit für alle Arten und Dimensionen von Produktmatrizen besonders geeignet ist. Stattdessen stellt die Kombination mehrerer Gleichungslöser eine gute Alternative dar. Es wurde ein allgemeingültiges Verfahren abgeleitet, das unter Berücksichtigung der vorliegenden Dimension und Art der Produktmatrix geeignete Gleichungslöser aufruft. Hierfür wurde auch ein Algorithmus entworfen, mit dem der Rechenaufwand durch Splitten großer Matrizen in kleinere Submatrizen reduziert werden kann. Das entwickelte Verfahren zur intervallbasierten Ökobilanzierung kann den Grundstein für eine neue Generation von Ökobilanzen darstellen, mit denen belastbare und abgesicherte Ergebnisse ermittelt werden können.
Enthalten in den Sammlungen:02 Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften

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