Mechanisches Recycling von Polyethylen bietet das beste Verhältnis von Kosten und CO2-Emissionen
Eine durchgerechnete Lebenszykluskostenrechnung Analyse von sieben Kunststoffrecyclingtechnologien mit Kosten-Nutzen-, Sensitivitäts- und Monte-Carlo-Unsicherheitsanalyse.
Thermische, mechanische und chemische Recyclingverfahren für PP, PE und PVC werden hinsichtlich Lebenszykluskosten, Nettonutzen und Treibhauspotenzial verglichen und anschließend in einem gewichteten Entscheidungswert zusammengeführt. Jede Kennzahl ist nachvollziehbar und kann im kostenlosen Excel-Rechner angepasst werden.
Die Antwort in vier ZahlenKostenlose Downloads von DEISO LLC · Excel-Arbeitsmappe mit Live-Formeln und einer Monte-Carlo-Analyse mit 1.000 Durchläufen · 14-seitige PDF
Was diese Fallstudie vermittelt
Ziel: Schritt für Schritt und mit nachvollziehbaren Zahlen aufzuzeigen, wie eine Lebenszykluskostenrechnung Analyse Kosten-, Erlös- und CO2-Daten in eine belastbare Technologieentscheidung überführt und wie sich prüfen lässt, ob diese Entscheidung Unsicherheiten standhält.
Lernziele
- Berechnen — Lebenszykluskosten, Nettonutzen, Nutzen-Kosten-Verhältnis und Barwert aus Daten auf Stufenebene.
- Abgleichen — Quelldaten, die nicht aufgehen, und jede Korrektur dokumentieren.
- Kombinieren — wirtschaftliche und ökologische Ergebnisse mit Min-Max-Normalisierung und einer gewichteten Bewertung.
- Prüfen — die Entscheidung mit Einzelfaktorsensitivitäten, Break-even-Punkten und einer Monte-Carlo-Simulation mit 10.000 Durchläufen.
- Bewerten — ob eine Empfehlung belastbar ist oder ein Artefakt der gewählten Gewichtungen.
Ingenieurinnen und Ingenieure, Kostenanalysten, Einkaufsteams, Nachhaltigkeitsfachleute und Studierende des Life Cycle Costing.
Fortgeschritten. Etwa 45 Minuten Lesezeit; 90 Minuten zur Nachbearbeitung mit dem Excel-Rechner.
Sieben Recyclingoptionen für drei Kunststoffe
Ein Unternehmen wählt einen Recyclingweg für drei Kunststoffabfallströme: Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) und Polyvinylchlorid (PVC). Für jeden Kunststoff wurden thermisches Recycling und mechanisches (stoffliches) Recycling kalkuliert sowie chemisches Recycling durch Pyrolyse als allgemeiner Weg für Kunststoffgemische – insgesamt sieben Optionen.
Für jede Option liegen eine Kostenaufschlüsselung über sechs Lebenszyklusphasen, ein Gesamterlös und ein Lebenszyklusanalysen (LCA) Ergebnis für das Treibhauspotenzial (GWP) vor. Die Frage lautet, welche Option das beste Gleichgewicht zwischen wirtschaftlicher und ökologischer Leistung bietet und wie belastbar diese Antwort ist.
| Technologie | Förderung | Transport | Vorbehandlung | Produktion | Verteilung | Lebensende | Umsatz | GWP |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Thermisches Recycling (PP) | 1.9 | 2.5 | 3.5 | 40 | 8 | 0.8 | 85 | 1.02 |
| Thermisches Recycling (PE) | 10 | 2 | 3.5 | 25 | 14 | 0.8 | 110 | 1.24 |
| Thermisches Recycling (PVC) | 5 | 2.5 | 1.5 | 15 | 8 | 15.8 | 40 | 1.14 |
| Mechanisches Recycling (PP) | 7 | 70 | 16 | 90 | 4 | 104.5 | 250 | 1.75 |
| Mechanisches Recycling (PE) | 5 | 62.5 | 16 | 28 | 4 | 4.5 | 150 | 0.124 |
| Mechanisches Recycling (PVC) | 9 | 120 | 16.5 | 50 | 4 | 20 | 185 | 0.114 |
| Chemisches Recycling (Pyrolyse) | 1.9 | 9.8 | 16 | 55 | 10 | 22 | 90 | 0.175 |
Die Quelle enthielt für jede Option einen angegebenen Gesamtkostenwert und separat eine Aufschlüsselung nach Phasen. Die angegebenen Summen werden als maßgeblich behandelt. Drei Phasenwerte werden abgeglichen: Thermisch PVC Lebensende von 10 auf 15,8 und Mechanisch PVC Vorbehandlung von 0,05 auf 16,5 – beides eindeutige Übertragungsfehler; sowie Mechanisch PP Lebensende von 104 auf 104,5 – eine Zuordnungsentscheidung, da die Quelle nicht zeigt, welche Phase die USD Differenz von 0,5 Millionen trägt. Thermisch PP erforderte keine Änderung: Die Phasen summieren sich auf die angegebenen 56,7; die Quelle hatte sie fälschlich zu 57,7 addiert.
Die Quelle nannte keine funktionelle Einheit, daher wird GWP als pro kg behandeltem Kunststoffabfall verstanden. Der Wert von 1,75 für Mechanisch PP GWP wird wie angegeben beibehalten, obwohl er vermutlich ein Übertragungsfehler für 0,102 ist. Eine Änderung beeinflusst die Empfehlung nicht.
Methode und Formeln
Jedes Ergebnis dieser Fallstudie basiert auf den folgenden Formeln. Der kostenlose Excel-Rechner verwendet dieselben Formeln, sodass jede Kennzahl nachvollzogen und neu berechnet werden kann.
Lebenszykluskosten: die Summe der Phasenkosten von der Rohstoffgewinnung bis zum Lebensende.
Nettonutzen und Nutzen-Kosten-Verhältnis. Ein Verhältnis über 1 bedeutet, dass die Erlöse die Lebenszykluskosten übersteigen.
Barwert bei gleichmäßiger Verteilung der Summen über n = 10 Jahre und r = 8%. Der Annuitätenfaktor beträgt 6,710, daher gilt PV(NB) = 0,671 × NB für jede Option.
Wirtschaftsindex: Min-Max-Normalisierung des Nettonutzens auf eine Skala von 0 bis 1.
Umweltindex: GWP normalisiert und invertiert, sodass niedrigere Emissionen höher bewertet werden.
Gewichtete Bewertung auf einer Skala von 1 bis 5, wobei w das wirtschaftliche Gewicht ist. Getestet bei w = 0,7, 0,5 und 0,3.
Einzelfaktorsensitivität für Kosten oder Erlöse mit dem Schritt s = 20% sowie die Elastizität des Nettonutzens gegenüber jedem Treiber.
Monte Carlo: Jede Phasenkostenart und die Erlöse werden 10.000-mal gleichverteilt innerhalb der Bandbreite u gezogen. Rohstoffgewinnung, Vorbehandlung und Produktion ±10%; Transport und Distribution ±15%; Lebensende ±20%; Erlöse ±15%.
Lebenszykluskosten und Kosten-Nutzen-Ergebnisse
Mechanische Verfahren weisen deutlich höhere Lebenszykluskosten auf als thermische Verfahren, vor allem aufgrund von Transport und Lebensende. Mechanisch PP ist mit USD 291,5 Millionen die teuerste Option; Thermisch PVC mit USD 47,8 Millionen die günstigste.
| Technologie | Lebenszykluskosten | Umsatz | Nettonutzen | Nutzen-Kosten-Verhältnis | PV des Nettonutzens | Größter Kostentreiber |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Thermisches Recycling (PP) | 56.7 | 85 | +28.3 | 1.50 | +19.0 | Produktion (71%) |
| Thermisches Recycling (PE) | 55.3 | 110 | +54.7 | 1.99 | +36.7 | Produktion (45%) |
| Thermisches Recycling (PVC) | 47.8 | 40 | −7,8 | 0.84 | −5,2 | Lebensende (33%) |
| Mechanisches Recycling (PP) | 291.5 | 250 | −41,5 | 0.86 | −27,8 | Lebensende (36%) |
| Mechanisches Recycling (PE) | 120.0 | 150 | +30.0 | 1.25 | +20.1 | Transport (52%) |
| Mechanisches Recycling (PVC) | 219.5 | 185 | −34,5 | 0.84 | −23,1 | Transport (55%) |
| Chemisches Recycling (Pyrolyse) | 114.7 | 90 | −24,7 | 0.78 | −16,6 | Produktion (48%) |
Drei Optionen erzielen einen Nettogewinn: Thermisch PE (USD 54,7 Millionen), Mechanisch PE (USD 30,0 Millionen) und Thermisch PP (USD 28,3 Millionen). Die anderen vier sind verlustbringend, von Thermisch PVC (−7,8) bis Mechanisch PP (−41,5). Rein wirtschaftlich führt Thermisch PE mit einem Nutzen-Kosten-Verhältnis von 1,99.
Die Abzinsung verändert diese Rangfolge nicht. Bei gleichmäßig verteilten Kosten und Erlösen wird jede Option mit demselben Rentenbarwertfaktor multipliziert. Die Abzinsung wäre nur relevant, wenn die Ausgaben zu Beginn konzentriert anfielen.
Treibhauspotenzial
Mechanisch PVC (0,114), Mechanisch PE (0,124) und Pyrolyse (0,175) weisen einen GWP auf, der etwa ein Zehntel der thermischen Routen (1,02 bis 1,24) beträgt. Mechanisch PP ist mit 1,75 der Ausreißer und weist den höchsten Wert aller Optionen auf, obwohl dieser Wert wahrscheinlich ein Übertragungsfehler ist.
Die gemeinsame Darstellung beider Ergebnisse macht die Entscheidung unmittelbar sichtbar. Mechanisch PE ist die einzige Option im schattierten Quadranten: profitabel und emissionsarm. Die thermischen Routen für PE und PP sind profitabel, aber CO2-intensiv; Mechanisch PVC und Pyrolyse sind emissionsarm, aber verlustbringend.
Lernen Sie, diese Analyse in Ihren eigenen Projekten durchzuführen
Jeder Schritt dieser Fallstudie, von der Phasenkalkulation bis zur Monte-Carlo-Simulation, wird ausführlich in der DEISO LCCA-Schulung vermittelt.
Fachtraining zur Lebenszykluskostenanalyse (LCCA)
Fortgeschrittene Schulungsprogramme nach ISO 15686-5, IEC 60300-3-3 und ASTM E917, entwickelt für Ingenieurteams, Kostenanalysten und Einkaufsteams, die praxisnahe Lebenszykluskostenrechnung Kompetenz.
Monte-Carlo-Unsicherheitsanalyse
Punktwerte verschleiern Risiken. Eine Monte-Carlo-Simulation mit 10.000 Durchläufen variierte alle Phasenkosten und die Erlöse gemeinsam innerhalb ihrer jeweiligen Bandbreiten, um die Wahrscheinlichkeit jedes Ergebnisses aufzuzeigen.
| Technologie | P5 | P50 | P95 | Wahrscheinlichkeit eines Nettogewinns |
|---|---|---|---|---|
| Thermisches Recycling (PP) | +16.0 | +28.3 | +40.5 | 100.0% |
| Thermisches Recycling (PE) | +39.6 | +54.7 | +69.9 | 100.0% |
| Thermisches Recycling (PVC) | −14,5 | −7,9 | −1,2 | 2.0% |
| Mechanisches Recycling (PP) | −84,0 | −41,8 | +0.8 | 5.4% |
| Mechanisches Recycling (PE) | +6.9 | +29.8 | +52.9 | 99.7% |
| Mechanisches Recycling (PVC) | −66,7 | −34,7 | −3,1 | 3.2% |
| Chemisches Recycling (Pyrolyse) | −38,9 | −24,7 | −10,3 | 0.0% |
Die drei profitablen Optionen bleiben in nahezu jedem Durchlauf profitabel: Thermisch PE und Thermisch PP in 100%, Mechanisch PE in 99.7%. Keine verlustbringende Option überschreitet eine Wahrscheinlichkeit von 5.4%, einen Gewinn zu erzielen. Die Rangfolge bleibt unter der angegebenen Unsicherheit stabil.
Sensitivitätsanalyse und Break-even-Punkte
Die Einzelfaktor-Sensitivitätsanalyse verändert jeden Treiber um 20%, während alle anderen konstant bleiben, um zu ermitteln, welche Eingangsgröße das Ergebnis am stärksten beeinflusst.
| Technologie | Kritischster Treiber | Schwankung des Nettonutzens bei ±20% | Erlösrückgang bis zum Break-even | Kostenanstieg bis zum Break-even |
|---|---|---|---|---|
| Thermisches Recycling (PP) | Umsatz | ±17,0 | 33.3% | 49.9% |
| Thermisches Recycling (PE) | Umsatz | ±22,0 | 49.7% | 98.9% |
| Thermisches Recycling (PVC) | Umsatz | ±8,0 | Bereits Nettoverlust | Bereits Nettoverlust |
| Mechanisches Recycling (PP) | Umsatz | ±50,0 | Bereits Nettoverlust | Bereits Nettoverlust |
| Mechanisches Recycling (PE) | Umsatz | ±30,0 | 20.0% | 25.0% |
| Mechanisches Recycling (PVC) | Umsatz | ±37,0 | Bereits Nettoverlust | Bereits Nettoverlust |
| Chemisches Recycling (Pyrolyse) | Umsatz | ±18,0 | Bereits Nettoverlust | Bereits Nettoverlust |
Die Erlöse sind für jede Option der kritischste Treiber. Bei Mechanisch PE entfällt durch einen Erlösrückgang von 20% der gesamte Nettonutzen von USD 30,0 Millionen (Elastizität 5,0); ein Anstieg der Lebenszykluskosten um 25% hat denselben Effekt. Der Transport, der 52% der Lebenszykluskosten ausmacht, ist der entscheidende Kostenfaktor.
Mechanisch PE ist die richtige Wahl, finanziell jedoch weniger robust als Thermisch PE. Thermisch PE kann vor dem Break-even einen Erlösrückgang von 49.7% verkraften; Mechanisch PE kann 20% verkraften. Sichern Sie Abnahmepreise für recycelte PE und optimieren Sie die Sammellogistik, bevor Sie sich festlegen.
Gewichteter Wirtschafts-Umwelt-Score
Die wirtschaftlichen und ökologischen Indizes werden auf einer Skala von 1 bis 5 unter drei Gewichtungen kombiniert, von wirtschaftsorientiert (70/30) bis umweltorientiert (30/70).
| Technologie | Wirtschaftsindex E | Umweltindex V | Score 70/30 (Rang) | Score 50/50 (Rang) | Score 30/70 (Rang) |
|---|---|---|---|---|---|
| Thermisches Recycling (PP) | 0.726 | 0.446 | 3.57 (3) | 3.34 (3) | 3.12 (4) |
| Thermisches Recycling (PE) | 1.000 | 0.312 | 4.17 (2) | 3.62 (2) | 3.07 (5) |
| Thermisches Recycling (PVC) | 0.350 | 0.373 | 2.43 (5) | 2.45 (6) | 2.46 (6) |
| Mechanisches Recycling (PP) | 0.000 | 0.000 | 1.00 (7) | 1.00 (7) | 1.00 (7) |
| Mechanisches Recycling (PE) | 0.743 | 0.994 | 4.27 (1) | 4.47 (1) | 4.67 (1) |
| Mechanisches Recycling (PVC) | 0.073 | 1.000 | 2.40 (6) | 3.15 (5) | 3.89 (3) |
| Chemisches Recycling (Pyrolyse) | 0.175 | 0.963 | 2.64 (4) | 3.27 (4) | 3.91 (2) |
Mechanisch PE belegt unter jeder Gewichtung den ersten Rang: von 4,27 bei einer Gewichtung der Wirtschaft von 70% bis 4,67 bei einer Gewichtung der Umwelt von 70%. Thermisch PE belegt nur dann den zweiten Rang, wenn die Wirtschaft dominiert, und fällt auf den fünften Rang zurück, wenn die Umwelt dominiert. Erst die Prüfung mehrerer Gewichtungen statt der Festlegung auf eine zeigt, dass die Empfehlung belastbar und kein Artefakt der Gewichtungen ist.
Fazit und Einschränkungen
Empfehlung: Setzen Sie für Polyethylen mechanisches Recycling ein. Es erzielt einen Nettonutzen von USD 30,0 Millionen bei einem GWP von 0,124 kg CO₂-Äq. pro kg, belegt unter jeder Gewichtung den ersten Rang und bleibt in 99.7% der simulierten Ergebnisse profitabel.
- Wenn CO2 keine Rolle spielt — Thermisch PE erzielt höhere Erlöse (USD 54,7 Millionen), emittiert jedoch zehnmal mehr CO₂-Äq. pro kg.
- Marge absichern — Erlöse und Transport bestimmen das Ergebnis von Mechanisch PE; sichern Sie Abnahmepreise und optimieren Sie die Logistik.
- Vermeiden — Mechanisch PP und PVC, Thermisch PVC sowie Pyrolyse sind in nahezu jedem simulierten Ergebnis verlustbringend.
Einschränkungen
- Illustrativer Lehrdatensatz mit einer angegebenen Annahme zur funktionellen Einheit; drei Phasenwerte abgeglichen.
- Kein zeitliches Profil, daher geht der Barwert von einer gleichmäßigen Verteilung aus; der Zeitpunkt von Investitionen könnte das Bild verändern.
- Nur GWP wird bewertet; weitere Wirkungskategorien und GWP-Unsicherheit werden nicht modelliert.
- Gleichverteilungen mit angenommenen Bandbreiten; korrelierte Eingangsgrößen würden die Streuung der Monte-Carlo-Simulation vergrößern.
Häufig gestellte Fragen
Was ist Lebenszykluskostenrechnung (LCC)?
Lebenszykluskostenrechnung berücksichtigt alle Kosten, die bei einer Option über ihren gesamten Lebenszyklus anfallen – von Gewinnung und Transport über Verarbeitung und Vertrieb bis zum Lebensende –, sodass Optionen anhand der Gesamtkosten statt nur anhand von Anschaffungs- oder Betriebskosten verglichen werden.
Worin unterscheidet sich LCC von Lebenszyklusanalysen (LCA)?
LCC misst monetäre Werte; LCA CO misst Umweltauswirkungen, beispielsweise das Treibhauspotenzial in kg CO₂-Äq. Diese Fallstudie nutzt beides und kombiniert sie zu einer gewichteten Bewertung.
Welche Recyclingtechnologie schneidet in dieser Fallstudie am besten ab?
Mechanisches Recycling von Polyethylen (PE). Es erzielt einen Nettovorteil von USD 30,0 Millionen bei einem GWP von 0,124 kg CO₂-Äq. pro kg, belegt bei allen drei getesteten Gewichtungen den ersten Platz und bleibt in 99,7% von 10.000 Monte-Carlo-Durchläufen profitabel.
Warum nicht thermische Verwertung von PE, die mehr einbringt?
Thermisches PE erzielt den höchsten Nettovorteil (USD 54,7 Millionen), aber einen zehnmal höheren GWP (1,24 kg CO₂-Äq. pro kg). Es belegt den zweiten Platz, wenn die Wirtschaftlichkeit 70% der Gewichtung ausmacht, und fällt auf den fünften Platz zurück, wenn die Umwelt stärker gewichtet wird.
Was ist der Unterschied zwischen Sensitivitäts- und Unsicherheitsanalyse?
Die Sensitivitätsanalyse verändert jeweils einen Eingabewert, um zu ermitteln, welcher Treiber das Ergebnis am stärksten beeinflusst. Die Unsicherheitsanalyse variiert alle Eingabewerte gleichzeitig – hier mithilfe einer Monte-Carlo-Simulation –, um zu zeigen, wie wahrscheinlich die einzelnen Ergebnisse sind.
Warum verändert die Diskontierung die Rangfolge nicht?
Der Fall nennt Lebenszyklus-Gesamtsummen ohne zeitlichen Verlauf, daher werden Kosten und Erlöse gleichmäßig über zehn Jahre verteilt. Unter dieser Annahme multipliziert die Diskontierung jede Option mit demselben Faktor. Die Diskontierung verändert die Rangfolge, wenn Ausgaben vorgezogen anfallen, etwa durch hohe Investitionskosten im ersten Jahr.
Kann ich diese Analyse mit meinen eigenen Daten durchführen?
Ja. Der kostenlose DEISO LLC Excel-Rechner bildet jede Berechnung dieser Fallstudie nach, einschließlich einer Live-Monte-Carlo-Simulation mit 1.000 Durchläufen, und akzeptiert Ihre eigenen Kosten-, Umsatz- und GWP-Werte.
Wo kann ich mehr über die Lebenszykluskostenrechnung Analyse erfahren?
Der DEISO Die professionelle Weiterbildung zur Lebenszykluskostenanalyse (LCCA) vermittelt die vollständige Methode, ausgerichtet an ISO 15686-5, IEC 60300-3-3 und ASTM E917, mit einem Lernpfad von null Vorkenntnissen bis Expert+.
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