Wie stark belastet ein Produkt die Umwelt? Eine Ökobilanz, auch Life Cycle Assessment (LCA), liefert dazu wichtige Kennzahlen. In der Praxis kommt sie jedoch oft erst zum Einsatz, wenn die Entwicklung weit fortgeschritten ist. Dann sind zentrale Entscheidungen zu Material, Geometrie und Fertigung bereits getroffen. Änderungen kommen zu spät und sind geradezu unmöglichen.
Autoren: Sascha Hänzi, haez@zhaw.ch, und Daniel Schmid, scdd@zhaw.ch
Mit der Methode der LCA-Cubes wird ein Weg vorgeschlagen, den Umweltfussabdruck früher und einfacher in die Produktentwicklung einzubeziehen. Ihre Lösung verbindet Produktdaten und LCA-Informationen in einer Product-Lifecycle-Management-Umgebung (PLM). So können Entwicklerinnen und Entwickler Umweltwirkungen schon während der Konzeptphase und Konstruktion abschätzen und Alternativen vergleichen. Dabei wird keine Mehrbelastung generiert, belässt die Verantwortung bei den LCA-Expert:innen und fördert das Concurrent Engineering.
Was steckt hinter einem LCA-Cube?
Ein LCA-Cube ist eine Art digitaler Baustein für die Ökobilanz. Er steht für ein Material und eine bestimmte Lieferkette und enthält die dazugehörigen Umweltdaten, im Paper «Enabling Efficient Life Cycle Assessment (LCA) During Product Development With LCA-Cubes» [1] als «Human Activities» (HA) bezeichnet. Aus einem bereits bewerteten Bauteil kann ein solcher Baustein abgeleitet und in einem Katalog abgelegt werden.
Bei einem neuen Produktentwurf wird eine Kopie des passenden LCA-Cube verwendet (vgl. Fig. 1). Die geometrische Würfelform dient zunächst als Platzhalter und wird durch das eigentliche Bauteil ersetzt, respektive dahingehend umgeformt. Während sich dessen Volumen verändert, kann die Umweltabschätzung mit dem Entwurf mitwachsen. Das unterstützt die Zusammenarbeit: Nachhaltigkeitsverantwortliche pflegen die LCA-Daten, während Konstrukteurinnen und Konstrukteure damit neue Varianten entwickeln.
Sieben Use Cases für den Produktalltag
Im Paper wird auf sieben Use Cases eingegangen, die den gesamten Lebenszyklus und die entsprechenden Geschäftsprozesse und die Produktpflege abdecken. Dies reicht zum Beispiel vom Nutzen gemachter Erfahrungen, der Einführung von neuen und alternativen Materialen und der Anpassung der Lieferkette. Zentral dabei ist das Product Lifecycle Management (PLM), welches die zentrale Schaltstelle für das Verwalten und die Funktionalität der Methodik ist.
Nach der Entwicklung der Methodik wurde die Machbarkeit mit der Plattform 3DExperience untersucht. Kurz, seine Funktionalität stützt die Methode nicht vollständig. Auf den Punkt gebracht, die «Human Activities» (HA) können zur Abbildung der Lieferkette nicht vererbt (Referenzierung) werden, wie z.B. die Geometrie von Bauteilen. Für eine automatische Aktualisierungen wäre dies jedoch ideal. Die Autoren kombinieren deshalb als Kniff LCA-Cubes mit einer neu etablierten LCA-Density und einer Design-Tabelle in 3DExperience.
Dazu wird zunächst ein LCA-Mastermodell («Monolith») mit Referenzmaterial und interner Berechnung erstellt (vgl. Fig. 2). Für jedes Material und jede Lieferantenkonfiguration wird ein LCA-Density-Wert in einer PLM-verwalteten Tabelle hinterlegt. Ein Konstruktionsteil kann diesen Wert nutzen, d.h. sein Umweltfussabdruck wird aus dem Volumen des Teils und dem passenden Tabelleneintrag berechnet. Ändert sich ein Tabellenwert, kann die Änderung auf die damit verbundenen Teile automatisch übertragen werden.
Diese Lösung setzt voraus, dass die betrachtete Umweltwirkung proportional zum Bauteilvolumen und abhängig von der LCA-Density ist. Sie unterstützt damit auch Anpassungen in der Lieferkette und alternative Bewertungsmethoden, sofern diese Voraussetzung erfüllt ist. Für detailliertere LCA-Kennzahlen können separate Berechnungen durchgeführt oder externe Dienstleister einbezogen werden.
Die Methode kann ausserdem die Umweltwirkungen einer Baugruppe zusammenführen. Ein VBA-Code, verfügbar über GitHub, ermöglicht den Export der Fussabdrücke in eine Excel-Datei für die einzelnen Komponenten und aggregiert sie über Unterbaugruppen bis zur Hauptbaugruppe (vgl. Fig. 3).
Automatisierung ersetzt keine Datenpflege
Die LCA-Cube-Methode macht die Ökobilanz zu einem Werkzeug für die laufende Produktentwicklung statt zu einer Prüfung am Ende. Ihr Nutzen hängt aber von passenden Daten, Pflege und einer geeigneten PLM-Umsetzung ab. Die Studie berichtet, dass eine Schätzung innerhalb von ±10 Prozent in einer Masterarbeit zu Verpackungsdesigns möglich war. Die Genauigkeit hängt jedoch auch von der Fähigkeit der konstruierenden Personen ab. Die Methode ermöglicht diese Genauigkeit, garantiert sie aber nicht.
Die Methode wurde an der PLM Conference 2026, IFIP Working Group 5.1, in Lecce (IT) publiziert, sowie auch am 2. November 2026 im Engineering Collaboration Network (ECN, https://ecn-online.com/) vorgestellt.
Quelle
[1] ‘Enabling Efficient Life Cycle Assessment (LCA) During Product Development With LCA-Cubes’, presented at the PLM Conference 2026, IFIP WG5.1, Lecce, IT, Jul. 2026.https://digitalcollection.zhaw.ch/entities/publication/da0bfab6-244a-4fee-a17a-c435aaadba4c