Development and application of a method to calculate optimal recycling rates with the help of cost-benefit scenarios

Die Europäische Union legt Recyclingziele im Abfallsektor fest, um Emissionen zu reduzieren und um den Ressourcenverbrauch zu verringern. Dies ist nötig, da der Markt nicht von alleine eine umweltfreundliche Verteilung der Stoffströme in die jeweiligen Verwertungs- und Beseitigungsoptionen erreicht. Der Grund dafür sind Marktpreise, die externe Effekte (wie Emissionen) nicht berücksichtigen. Das politische System versucht dieses »Marktversagen« mit Hilfe von Steuern, dem Handel von Emissionszertifikaten oder durch die Gesetzgebung zu korrigieren. Bei der Gesetzgebung stellt sich jedoch die Frage, welche Recyclingziele angemessen sind. Hier gibt es zurzeit noch keine anerkannte Methode um optimale Recyclingraten, die externe und internalisierte Kosten und Nutzen berücksichtigen, zu berechnen. In dieser Doktorarbeit wird eine Methode vorgestellt, mit der volkswirtschaftlich optimale Recyclingraten durch Kosten-Nutzen Szenarien berechnet werden können. Die volkswirtschaftlich optimale Recyclingrate ist der Punkt, an dem die niedrigsten volkswirtschaftlichen Kosten entstehen bzw. der höchste gesellschaftliche Nutzen erreicht wird. Diese Rate wurde mit Hilfe von vier Szenarien (minimal, maximal, gesetzeskonform und status-quo) berechnet. Die Szenarien basieren auf abstrahierten Abfallwirtschaftsnetzwerken und auf den Kosten- Nutzen Analysen für Standardprozesse in den Netzwerken. Die externen Effekte wurden monetär mit Hilfe der Environmental Priority Strategy (EPS) Methode bewertet. Die Sachbilanzdaten für die jeweiligen Prozesse wurden aus Studien und aus dem Programm Umberto übernommen. Das Netzwerk und die dazugehörigen beschreibenden Daten wurden in ein Modell basierend auf MS Excel eingepflegt. Die erste Systemgrenze ist der Ort, an dem der Verbraucher seinen Abfall abgibt. Die zweite Systemgrenze ist der Ort, an dem z. B. Sekundärrohstoffe in den Wirtschaftskreislauf zurückgegeben werden oder an dem der Abfall aus dem Wirtschaftskreislauf entfernt wird. Die Produktionsprozesse, in denen Recyclingmaterial aus den Verwertungsprozessen einsetzt werden, sind »Äquivalenzprozesse«. Die Ergebnisse wurden durch die Auswertung weiterer wissenschaftlicher Studien validiert. Mit Hilfe von Sensitivitätsanalysen wurde der Einfluss von Faktoren, wie z .B. der Abfallzusammensetzung oder der Montarisierungsfaktoren, untersucht. Die entwickelte Methode wurde erfolgreich an den Stoffströmen Altreifen und Verpackungsabfall angewendet. Dabei zeigte die Szenarioanalyse, dass die volkswirtschaftlich optimale Recyclingrate von Altreifen in der Nähe des gesetzeskonformen Szenarios mit etwa 40 % liegt und dass der volkswirtschaftliche Nutzen hier bei etwa 128 Euro pro Tonne Altreifen liegt. Die volkswirtschaftliche optimale Recyclingrate für Verpackungsabfall liegt zwischen dem gesetzeskonformen und dem status-quo Szenario [62 %; 77 %]. Dabei entstehen volkswirtschaftliche Kosten zwischen 94 Euro und 125 Euro pro Tonne Verpackungsabfall. Die Ergebnisse zeigen, dass die berechnete Lösung in der Nähe der realen Situation liegt. Hier kann diskutiert werden, ob der gesetzliche Druck zu kosteneffizienten Lösungen führt oder ob der Markt die Haupttriebfeder ist.

The setting of recycling targets in the waste management market is necessary to reduce emissions and resource depletion. Normally, the market itself reaches an optimal allocation of resources but externalities like emissions from economic activities are not integrated into the cost accounting of enterprises so that the prices do not respect environmental issues. The political system attempts to correct this misallocation using different instruments like taxes, trading of emission certificates or by issuing legal acts setting recycling targets in the waste management sector. These targets have to be met by the market participants. Currently, there are no approved methods that help to calculate appropriate recycling rates respective of external and internalised costs and benefits. In this dissertation a method is proposed to calculate socially optimal recycling rates with the help of cost-benefit scenarios. The socially optimal recycling rate is defined as the point where the lowest social costs or the highest social benefits are reached. The rate will be detected by scenario analyses so that it is not a single number but rather a range between different scenarios. Four scenarios were calculated: A minimum, a maximum, a legal and a baseline scenario. The social costs and the corresponding recycling rates are thus an input for political discussion. The scenarios are based on abstracted end-of-life networks and cost-benefit analyses for standard processes in the network. The external effects have been monetarised with the help of the Environmental Priority Strategy (EPS) method and they have been integrated into the calculation. The inventory data was taken from the programme Umberto and from published research studies. The networks and the data have been implemented into a model based on MS Excel. The first system boundary is the place where the consumer gets rid of the waste e. g. by throwing it into a waste bin. The second boundary is the place where secondary raw materials and/or regained energies are returned into the economic cycle or where waste is finally taken out of the economic cycle and dumped on a landfill. The production processes that are replaced by recycling processes or by energy recovery processes are »equivalent« processes. The selection of the corresponding equivalent processes is very important as it has a strong influence on the additional or economised emissions. The results have been crosschecked with other studies and with the help of sensitivity analyses. Factors which influence the scenarios are e. g. the split into the different treatment options, costs and revenues, the monetarisation factors or the waste composition. The developed method has been successfully applied for the cases of used tyres and of packaging waste. The scenario analyses show that the optimal recycling rate of used tyres can be found near to the legal scenario with round 40 % with a social benefit of around 128 Euro/t. The optimal recycling rate for packaging waste has been calculated to be between the legal and the baseline scenario [62 %; 77 %] with social costs between 94 Euro/t and 125 Euro/t. This shows that the real situation is not far away from the calculated solution. Here it can be discussed if the legal pressure led to cost-efficient solutions or if the market is the main driving factor.