In einem LCA bezeichnet Multifunktionalität eine Situation, in der ein Prozess oder ein Produktsystem mehr als eine Funktion oder mehr als ein Produkt bereitstellt. Dies stellt eine methodische Herausforderung dar, weil die durch den Prozess verursachten Umweltbelastungen korrekt auf die verschiedenen Produkte oder Funktionen verteilt werden müssen.

Der Datenrahmen eines LCAs legt fest, wie Interaktionen zwischen Produktsystemen behandelt werden – insbesondere bei der Lösung von Multifunktionalitätsproblemen. Gemäß ISO 14044 erfordert der Umgang mit solchen Fällen eine sorgfältige methodische Vorgehensweise mithilfe von Techniken wie Unterteilung (Subdivision), Systemerweiterung oder Allokation.

Produktsysteme können auf drei Hauptarten multifunktional sein:

1. Mehrere Outputs: z.B. Kuppelproduktion mehrerer Produkte in einem Prozess. Beispiel: Eine Raffinerie produziert sowohl Benzin als auch Diesel.
2. Mehrere Inputs: z.B. Behandlung verschiedener Abfallströme in einem Prozess. Beispiel: Eine Kläranlage behandelt kommunale und industrielle Abwässer.
3. Kombinierte Input-Output-Systeme: z.B. Abfallbehandlungsprozesse, die Abfälle behandeln und gleichzeitig wertvolle Produkte erzeugen. Beispiel: Eine Biogasanlage, die organische Abfälle behandelt und gleichzeitig Energie produziert.

Ein Produktsystem kann mehrere Funktionen erfüllen:

• Primäre Funktionen sind die beabsichtigten und wesentlichen Aufgaben, die ein Produkt oder System für den Nutzer bereitstellt. Sie repräsentieren den Hauptzweck oder die Marktposition des Produkts.
• Sekundäre Funktionen sind unbeabsichtigte oder zusätzliche Leistungen, die nicht zur Hauptfunktion beitragen, aber für andere Produktsysteme innerhalb der Technosphäre relevant sein können.

Ein Prozess gilt als multifunktional, wenn er mehr als eine Funktion erfüllt – etwa durch die Bereitstellung mehrerer Kuppelprodukte oder Dienstleistungen (Hauschild et al. 2018).

Die zentrale Schwierigkeit besteht darin, die Umweltwirkungen fair auf die Kuppelprodukte zu verteilen. Das Ziel des LCA ist es, die Umweltleistung eines Produkts auf Grundlage seiner primären Funktion zu bewerten. Wenn ein Prozess jedoch Nebenprodukte erzeugt, die ebenfalls genutzt oder verkauft werden, wird derselbe Prozess Teil mehrerer Produktsysteme. Dadurch können die gesamten Umweltlasten nicht ausschließlich dem primären Produkt zugeordnet werden.

Beispiel: Ein Prozess erzeugt zwei Produkte, A und B, sowie Emissionen und Abfälle. Die Frage lautet: Wie viel der gesamten Umweltwirkung entfällt auf Produkt A und wie viel auf Produkt B?

Zur Behandlung von Multifunktionalität empfiehlt die ISO 14044:2006 ein dreistufiges hierarchisches Vorgehen:

1. Vermeidung von Allokation, wenn möglich, durch:
   • Unterteilung (Subdivision): Aufspaltung des Prozesses in kleinere, unterscheidbare Teilprozesse, oder
   • Systemerweiterung: Erweiterung der Systemgrenzen zur Einbeziehung zusätzlicher Funktionen oder Produkte.
2. Allokation auf Basis physikalischer Beziehungen, die zeigen, wie Inputs und Outputs sich bei Änderungen der Produktmengen verändern.
3. Allokation auf Basis anderer Beziehungen, z.B. des ökonomischen Werts, wenn keine physikalischen Korrelationen vorliegen.

Unterteilung (Subdivision)

Die Unterteilung löst Multifunktionalität, indem der Gesamtprozess in kleinere Einheiten zerlegt wird, die klar bestimmten Produkten zugeordnet werden können. Diese Methode erhöht die Modellierungstiefe und ermöglicht die getrennte Betrachtung der Beiträge jedes Produkts oder jeder Funktion.

Beispiel: Wenn sich ermitteln lässt, welche Prozessschritte, Emissionen und Abfälle direkt für die Herstellung von Produkt A verantwortlich sind, werden nur diese in das LCA von A einbezogen. Die Teilprozesse, die Produkt B zugeordnet sind, werden ausgeschlossen. Die Unterteilung setzt jedoch detaillierte Prozessdaten voraus und ist nicht immer möglich. Wenn Inputs, Emissionen oder Outputs nicht eindeutig einem Produkt zugeordnet werden können, wird die Systemerweiterung angewendet.

Systemerweiterung (Vermeidungsansatz)

Ist eine Unterteilung nicht möglich, wird die Systemerweiterung angewendet. Dabei werden die Systemgrenzen erweitert, um die alternative Herstellung der Kuppelprodukte zu berücksichtigen, die andernfalls separat produziert werden müssten. So werden Gutschriften für vermiedene Umweltbelastungen vergeben.

Beispiel: Ein Prozess erzeugt A und B gemeinsam.

• Die gemeinsame Produktion liefert X Einheiten von A und Y Einheiten von B.
• Die Umweltbelastungen für die gemeinsame Produktion sind bekannt.

Um die Wirkung von A allein zu bestimmen:

1. Wird ermittelt, wie B alternativ produziert würde, wenn es nicht im gleichen Prozess entsteht.
2. Die Umweltbelastungen dieser alternativen Produktion von B werden vom gemeinsamen System subtrahiert.

Das Ergebnis zeigt die Netto-Umweltbelastung für die Herstellung von A.

Diese Methode wird auch als Vermeidungs- oder Substitutionsansatz bezeichnet, da sie das System für die vermiedene Produktion von B gutschreibt. Die Systemerweiterung liefert ein umfassenderes Bild der Umweltwirkungen, insbesondere wenn Kuppelprodukte marktrelevant sind. Allerdings sind dafür verlässliche Daten über die ersetzten Prozesse erforderlich, die oft schwer zu erhalten sind.

Allokation

Wenn weder Unterteilung noch Systemerweiterung möglich sind (z.B. aufgrund fehlender Informationen über alternative Systeme oder klarer Kausalitäten), bleibt als letzter Schritt die Allokation. Dabei werden die Inputs und Outputs des Prozesses nach einer bestimmten Regel auf die Produkte und Dienstleistungen verteilt.

Es gibt verschiedene Ansätze:

a) Kausale physikalische Beziehung

• Wenn sich eine Umweltbelastung direkt einem Produkt durch einen Ursache-Wirkungs-Zusammenhang zuordnen lässt, wird sie diesem Produkt zugewiesen.
• Beispiel: Wird die Menge an Batterien verdoppelt, verdoppeln sich die Cadmiumemissionen, 100 % der Cadmiumemissionen werden den Batterien zugerechnet.

b) Repräsentativer physikalischer Parameter

• Wenn die Kuppelprodukte ähnliche Funktionen haben, kann ein physikalischer Parameter als Schlüssel verwendet werden.
• Beispiel: Für Strom und Wärme kann der Energiegehalt genutzt werden, da er die Fähigkeit jeder Energieform beschreibt, mechanische Arbeit zu verrichten. Dadurch wird die Allokation an der funktionalen Leistung der Outputs ausgerichtet.

c) Ökonomischer Wert

• Wenn physikalische Parameter ungeeignet sind, kann die Allokation anhand der Marktpreise erfolgen.
• Beispiel: Wenn Strom einen höheren Marktwert hat als Wärme, erhält er einen größeren Anteil der Umweltlasten.
• Existiert kein Marktpreis (z.B. für Wärme, die erst weiter aufbereitet werden muss), kann ein Schattenpreis berechnet werden.

Obwohl die ISO-Norm die Allokation nach ökonomischem Wert als letzte Option vorsieht, wird sie in der Praxis häufig angewandt, da Preisdaten meist leichter verfügbar sind als physikalische oder kausale Informationen.

Ende der Lebensdauer Allokation

Besonders in der Entsorgungsphase hat das Vorgehen der Allokation beim Thema Recycling eine hohe Relevanz. Im Fokus steht, wie Umweltwirkungen zwischen dem ersten Produkt und dem Recycling-Produkt aufgeteilt werden.

Die gängigsten Ansätze für die Allokation in der Entsorgungsphase umfassen die folgenden drei Ansätze (Ellie Williams and Stijn Eikenaar 2022).

Ansatz des rezyklierten Anteils/ Cut-off-Ansatz (100:0-Methode):

Beim Cut-off Ansatz werden die Umweltwirkungen vollständig dem Produkt zugeordnet, das das Material ursprünglich herstellt und nutzt. Sobald das Produkt am Ende seines Lebenszyklus gesammelt und dem Recycling zugeführt wird, endet die Systemverantwortung dieses Produkts. Das bedeutet, dass das ursprüngliche Produkt zwar die Umweltwirkungen der Rohstoffgewinnung und Herstellung trägt, aber keinen Vorteil durch das spätere Recycling erhält.

Das recycelte Material wird im nächsten Lebenszyklus als sekundärer Rohstoff betrachtet und übernimmt nur die Umweltwirkungen, die durch den Recyclingprozess selbst entstehen. Die Umweltlasten der ursprünglichen Herstellung werden also nicht weitergegeben.

Beispiel: Die Herstellung einer Kunststoffflasche aus PET verursacht Umweltwirkungen durch Rohstoffgewinnung und Produktion. Wird die Flasche nach der Nutzung gesammelt und recycelt, endet an diesem Punkt die Verantwortung des ersten Produkts. Das Material, das durch das Recycling entsteht und später für eine neue Flasche verwendet wird, trägt nur die Umweltwirkungen des Recyclingprozesses. Die ursprüngliche Produktion der ersten Flasche wird nicht dem zweiten Produkt zugerechnet.

End-of-Life (EOL)-Recyclingansatz/ Substitution (0:100 Methode):

Beim Substitutionsansatz wird davon ausgegangen, dass durch Recycling die Herstellung von neuem Primärmaterial vermieden wird. Das bedeutet, dass das ursprüngliche Produkt eine Umweltgutschrift erhält, weil sein Abfall dazu beiträgt, die Produktion neuer Rohstoffe zu ersetzen. In diesem Ansatz werden also nicht nur die Belastungen der Herstellung berücksichtigt, sondern auch der Nutzen, der entsteht, wenn recyceltes Material anstelle von neuem Material eingesetzt werden kann. Dadurch kann die Umweltbilanz des ursprünglichen Produkts deutlich verbessert werden.

Beispiel: Eine Aluminiumdose wird genutzt und danach recycelt. Das recycelte Aluminium ersetzt neu produziertes Aluminium, das sehr energieintensiv hergestellt wird. Daher erhält das erste Produkt eine Umweltgutschrift für das vermiedene Primärmaterial, wodurch die Bilanz verbessert wird.

Formel für den zirkulären Fußabdruck (Circular Footprint Formula (CFF)):

Dieser Ansatz wurde im Rahmen des europäischen Product Environmental Footprint entwickelt. Ziel ist es, die Umweltwirkungen zwischen dem aktuellen Produkt und dem nachfolgenden Lebenszyklus fair aufzuteilen.

Im Gegensatz zu den beiden vorherigen Ansätzen wird hier weder der gesamte Vorteil dem ersten Produkt noch ausschließlich dem nächsten Produkt zugeschrieben. Stattdessen werden verschiedene Faktoren berücksichtigt, zum Beispiel der Anteil von Recyclingmaterial im Produkt, die Recyclingfähigkeit am Lebensende sowie mögliche Qualitätsverluste des Materials während des Recyclingprozesses.

Ein Beispiel ist eine Kunststoffflasche, die teilweise aus recyceltem Material besteht. Wenn die Flasche beispielsweise zu 30 % aus Recyclingkunststoff und zu 70 % aus neuem Kunststoff besteht, werden die Umweltwirkungen der Herstellung entsprechend aufgeteilt. Wird die Flasche nach der Nutzung wieder recycelt, fließt auch dieser Recyclinganteil anteilig in die Umweltbilanz ein. Dadurch werden sowohl die Nutzung von Recyclingmaterial als auch das zukünftige Recyclingpotenzial berücksichtigt.