Ermittlung des Carbon Footprints unterschiedlicher Antriebsarten von Produktionsanlagen

  Prozesskette Herstellung Betrieb End-of-Life

Aktuell ist es für KMU nicht möglich den Product Carbon Footprint Ihrer Produkte aufgrund von fehlenden notwendigen Ressoucen zu berechnen. Im Bereich der fluidtechnischen und elektromechanischen Linearantriebe, wie sie Gegenstand des vorgestllten Projekts waren, existierten keine für KMU nutzbaren Applikationen zur Abschätzung der Umwelt- und Klimawirkungen. Ziel des Vorhabens war daher die Entwicklung eines konkreten Ermittlungsverfahrens mit integriertem Berechnungsweg, das auf den Ansätzen der Norm DIN EN ISO 14067 basiert und Anwendern eine nutzerfreundliche Bilanzierung von Linearantrieben ermöglicht.

 
Nutzen Vorgehen
Abschätzung der Klimawirkungen der geplanten Produktionsanlagen Systematisierung der Antriebe und Zusammenstellung der Einsatzfunktionen
Übertragbarkeit auf weniger standardisierte Antriebe Erstellung einer Datenbank der ökologischen Auswirkungen
Der PCF stellt die Basis für eine systematische CO2-Reduktion dar Konzeption eines Berechnungsverfahrens

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Product Carbon Footprint für Linearantriebe

Im Fokus des Forschungsvorhabens stand die systematische Bestimmung des Product Carbon Footprints (PCF) fluidtechnischer und elektromechanischer Linearantriebe in Produktionsanlagen, welche einen sehr großen Teil der Antriebstechnologie von Produktionsanlagen ausmachen. Das Verfahren wurde in einem praxisgerechten Berechnungstool umgesetzt, welches KMU die Möglichkeit gibt mit geringem Aufwand eine Abschätzung der Klimaauswirkungen einer geplanten Produktionsanlage durchzuführen.

  Lebenszyklusanalyse Lebenszyklusanalyse

Insbesondere in Automatisierungsanwendungen stehen die verschiedenen linearen Antriebstechnologien in direkter Konkurrenz, weshalb der PCF ein wichtiges Kriterium für eine nachhaltige Investitionsentscheidung darstellt. Der verbreitete Einsatz der Linearantriebe wurde exemplarisch durch den Umsatz der deutschen Pneumatikindustrie dargelegt, welcher im Jahr 2014 ca. 2,3 Mrd. Euro betrug. Ausgehend von den standardisierten Linearantrieben kann das Berechnungstool im Anschluss an das Forschungsvorhaben auf weitere, weniger standardisierte Antriebe übertragen und sukzessive ausgebaut werden. Herausfordernd bislang ist die normgerechte Ermittlung des PCF. Grundlage dazu bildete die technische Norm DIN EN ISO 14067, welche die Anforderungen an sowie Grundsätze und Leitlinien für die Quantifizierung des PCF auf Grundlage internationaler Normen zur Ökobilanz (ISO 14040 und ISO 14044) definiert. Hier wurden abstrakte Rahmenbedingungen (z.B. die obligatorische Nutzung der vier Phasen einer Ökobilanz, die Gliederung der Prozessmodule in Lebenswegabschnitte, die Zuordnung der Emissionen zu entsprechenden Lebensabschnitten, etc.) definiert.

 

Ergebnisse

Kuchendiagramm des CO2-Äquivalents CO2-Äquivalent über dem Produktlebenszyklus

Im Rahmen des Forschungsvorhabens zeigte sich, dass besonders die Erzeugung der Grundmaterialien wie Stahl und Aluminium einen großen Einfluss auf den CO2-Fußabrucks eines Produktes haben, wohingegen kleine Bauteile wie Dichtungen einen vernachlässigbaren Einfluss darstellten. Die Analyse der Produktionprozesse präsentierte ein ähnliches Bild. Auch hier waren die einflussreichsten Faktoren die Prozessschritte der Metallverarbeitung. Bei Betrachtung des gesamten Lebenszyklus eines Linearantriebs fielen die Bereiche der Materialherstellung und Produktion nur geringfügig ins Gewicht. Die mit dem Betrieb verbundenen Verbräuche und die damit entstehenden Treibhausgase zeigten sich im Projekt mit über 90% der Gesamtemissionen als maßgeblicher Faktor.

Die aus der Berechnung resultierenden Ergebnisse lassen sich grafisch sehr einfach darstellen und somit das CO2-Äquivalent den jeweiligen Lebenszyklusabschnitten zuordnen. Hieraus lassen sich Optimierungspotentiale ableiten, sodass in Parameterstudien untersucht werden konnte, ob sich alternativen Werkstoffe, Verfahren oder Transportwege für die Reduktion der Umweltauswirkungen lohnen. Da die Emissionen während des Betriebs direkt mit den Treibhausgasemissionen zur Stromerzeugung zusammenhängen, ist von einer kontinuierlichen Reduzierung dieser Emissionen aufgrund der Umstellung zu erneuerbaren Energiequellen zu rechnen. Dadurch spielt in Zukunft der Bereich der Materialerzeugung eine immer wichtigere Rolle und eine genaue Informationsgrundlage für eine fundierte Bilanzierung ist bereits jetzt von großem Interesse für die gesamte Industrie.

 

Umsetzung in Open Source Excel-Anwendung

Das Tool zur Berechnung des Product Carbon Footprints ist nach Projektabschluss frei verfügbar und steht somit allen Interessierten zur Auswertung zur Verfügung. Durch die Offenlegung der Struktur und der Verwendung von allgemein bekannten Softwareumgebungen kann so von einer deutlichen höheren Verbreitung als mit dedizierten Ansätzen ausgegangen werden. Die Parametrierung der Software soll ausschließlich auf Basis von Daten verfolgen, welche durch Unternehmensleitsysteme verfügbar sind.

 
 

Danksagung

Das Forschungsvorhaben Carbon Footprint in der Fluidtechnik wurde durch die AiF-Forschungsgemeinschaft gefördert. Das ifas bedankt sich herzlich bei allen Teilnehmern, welche im Rahmen der Experteninterviews und während der projektbegleitenden Ausschüsse zum Erfolg der Studie beigetragen haben.

  AIF Urheberrecht: © AIF
 
 

Veröffentlichungen

Rückert, Marcel, et al.: "Online Life Cycle Assessment for Fluid Power Manufacturing Systems–Challenges and Opportunities." IFIP International Conference on Advances in Production Management Systems. Springer, Cham, 2018.