„Energieeffiziente Unternehmen werden unabhängiger sein.“

„Energieeffiziente Unternehmen werden unabhängiger sein.“
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Prof. Dr. Alexander Sauer

Prof. Dr. Alexander Sauer
leitet seit 2015 das Institut für Energieeffizienz in der Produktion (EEP) der Universität Stuttgart. Bis 2006 war er Abteilungsleiter am Aachener Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre (WZL) und leitete das Kompetenzzentrum Aachener Werkzeug- und Formenbau. Im Anschluss wechselte Sauer zu einem Automobilzulieferer, wo er als Mitglied der Geschäftsleitung weltweit für die Bereiche Fertigungsplanung, Logistik, Instandhaltung und Produktion zuständig war. Von 2011 bis 2015 leitete er das Labor für angewandte Fertigungstechnik an der Hochschule für angewandte Wissenschaften München.

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Inhalt

November 2016

 

Im Interview gibt Professor Alexander Sauer, Leiter des Instituts für Energieeffizienz in der Produktion (EEP) der Universität Stuttgart, einen Überblick über energieeffiziente Produktion und erklärt, wie Industrie 4.0 und Smart Grids Fabriken in Zukunft effizienter machen können.

Herr Professor Sauer, was bedeutet Energieeffizienz in der Fertigung eigentlich?

Klassischerweise definiert sich Effizienz als Verhältnis von Aufwand und Nutzen. Je kleiner der Quotient wird, umso höher ist die Effizienz. Wenn ich die Energieeffizienz in einer Fabrik bestimmen will, muss ich mich zuerst für eine Bilanzhülle entscheiden: Betrachte ich einen Prozess, eine Linie oder die ganze Fabrik? Als Zweites wähle ich die Bewertungsgröße für den Aufwand aus. Naheliegend ist da natürlich die Kilowattstunde, aber wir können auch eine Tonne CO2 oder eine andere Größe nehmen. So ist es durch den Wechsel eines Energieträgers möglich, die Kosten zu reduzieren oder die CO2-Bilanz zu verbessern, ohne die benötigte Energiemenge, gemessen in Kilowattstunden, zu verändern.

Wie beeinflusst die Größe der Bilanzhülle die Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung?

Wenn ich die Bilanzhülle um einen Fertigungsprozess lege, der nur Strom braucht, ist die einzige Möglichkeit, effizienter zu werden, die Reduktion des Strombedarfs pro gefertigtem Bauteil. Betrachte ich aber die ganze Fabrikhalle, könnte beispielsweise die Abwärme für andere Prozesse genutzt werden. Damit hätte ich zwar keine Effizienzverbesserung im konkreten Prozess, aber einen geringeren Energiebedarf der Fabrik als Ganzes. Diese Betrachtungsweise empfiehlt sich an vielen Stellen.

Welche Rolle spielt das Thema Energieeffizienz für Industrieunternehmen aus Ihrer Sicht heute?

Energieintensive Betriebe beschäftigen sich bereits länger stark damit. In Unternehmen mit einem niedrigeren oder mittleren Energieverbrauch hat das Thema oft noch keinen hohen Stellenwert. Dort gibt es meistens einen oder nur sehr wenige Gas- oder Stromzähler und sonst werden die Verbräuche nicht genauer dokumentiert. Dabei ist die genaue Analyse des Ist-Zustands der erste Schritt auf dem Weg, die Energieeffizienz zu verbessern. Diese Maßnahme werden in der nahen Zukunft immer mehr Unternehmen umsetzen.

Wie kann Industrie 4.0 in Zukunft dazu beitragen, die Energieeffizienz in der Fertigung zu verbessern?

Je besser die einzelnen Komponenten der Produktion miteinander vernetzt sind, umso leichter wird es sein, sie aufeinander abzustimmen. In einem Projekt haben wir etwa untersucht, wann es sich für Werkzeugmaschinen in der Industrie-4.0-Produktion lohnt, vom Betrieb in den Stand-by zu wechseln, und haben dabei zum Beispiel auch die Aufwärmphasen berücksichtigt. Sobald solche Parameter erforscht sind, lassen sich in der vernetzten Fertigung ganz neue Energieeffizienzpotenziale realisieren. So können etwa automatisiert Chargen gebildet werden, damit eine Maschine eine bestimmte Zeit am Stück produziert und dann ausgeschaltet werden kann, statt immer wieder sporadisch zu arbeiten und dazwischen im Betrieb zu bleiben.

Inwiefern lässt sich die Energieeffizienz bereits bei der Planung einer neuen Produktionsstätte berücksichtigen?

Bei energieintensiven Unternehmen im Bereich der Grundstoffchemie, Stahl- oder Glasindustrie spielte die Energie- und Medienversorgung schon immer eine große Rolle. Allerdings geht es bei den meisten Produktionsbetrieben im Rahmen der digitalen Fabrikplanung um eine Modellierung aus logistischer Sicht. Daneben muss zukünftig eine Planung der Fabrik als energetisches System stehen, um prozessübergreifende Energieeffizienzpotenziale zu realisieren. Das schont im Idealfall nicht nur die Umwelt, sondern hilft auch bei der Verringerung der Energiekosten. Im Zusammenhang mit der Fabrikplanung kommt momentan die Frage auf, ob es sinnvoll wäre, Teile einer Fabrik mit Gleichstromnetzen auszustatten statt mit Wechselstromnetzen. Die Umsetzung liegt noch in der Zukunft, könnte jedoch Vorteile bieten: Die Fertigungsstätte käme mit weniger Leistungselektronik aus und könnte Gleichstrom etwa aus Photovoltaikanlagen oder Batterien, die rekuperierten Strom speichern, direkt verarbeiten. An diesem Konzept arbeiten wir am EEP intensiv.

Welche Rolle spielen Smart Grids, die in Zukunft ihren Weg auch in die Produktion finden sollen?

Die Idee der Smart Grids in der Fertigung ist es, den Energiebedarf gezielt steuern zu können. Heute ist es für Industriebetriebe bereits interessant, so wenig Leistungsschwankungen wie möglich zu erzeugen. Sobald ein Unternehmen den Energieverbrauch aktiv auf eine gerade Linie nivellieren kann, lässt er sich auch in Teilen nach Bedarf erhöhen oder senken. Von der Wärmespeicherung bis hin zur Aktivierung von alternativen Energiequellen gibt es viele Möglichkeiten, den Energiebedarf zu steuern. Das wird zukünftig auf zwei Arten helfen: In Ländern mit einem hohen Anteil an volatilen, erneuerbaren Energien können Produktionsstätten besser auf Über- und Unterkapazitäten im Netz reagieren. In Regionen mit einer klassischeren Energieversorgung helfen Smart Grids, Stromausfälle zu überbrücken, indem die Fabrik eine Weile auf einem niedrigeren Energieniveau und mit eigenen Quellen wie etwa einem Blockheizkraftwerk läuft.

Was werden aus Ihrer Sicht in Zukunft die wichtigsten Treiber für die Energieeffizienz sein?

Zum einen die Kostenvorteile, die im zweistelligen Prozentbereich der Energiekosten liegen können – gerade wenn ein Unternehmen auf dem Gebiet bis dato noch nicht viel gemacht hat. Andererseits werden auch Kunden in Zukunft daran interessiert sein, zu erfahren, mit welchem Energieeinsatz ein bestimmtes Produkt gefertigt worden ist. Die wichtigsten Treiber aus meiner Sicht werden allerdings der gesellschaftliche Druck und gesetzliche Vorgaben sein. Um die beim Pariser Klimaabkommen beschlossenen Emissionsziele zu erreichen, reicht es nicht, nur auf der Seite der Energieerzeugung zu arbeiten. Die Vorgaben werden sich nur einhalten lassen, wenn auch die Energieeffizienz massiv gesteigert wird. Deshalb erwarte ich hier in den kommenden Jahren weitere Regulierungen. Fest steht: Die Energiepreise werden volatiler. Energieeffiziente Unternehmen werden diese Preisschwankungen deutlich weniger betreffen und sie werden somit unabhängiger sein. Mit Industrial Smart Grids können Unternehmen solche Schwankungen sogar noch zu ihrem Vorteil nutzen.