Mehr Ökoeffizienz durch Systematik und Innovation

Marginale Spalte

November 2012

 

Wie kann die Weltwirtschaft trotz endlicher Ressourcen weiter wachsen? Wir müssen Wachstum, Energiebedarf und Ressourcenverbrauch entkoppeln!

 
 

Wer schon einmal eine Diät ausprobiert hat, weiß, dass nur eine konsequente und vor allem systematische Umstellung der eigenen Gewohnheiten zum gewünschten Ergebnis führt. Ähnlich verhält es sich beim Umgang mit dem Energieund Rohstoffbedarf in der industriellen Produktion. Punktuelle Einzelmaßnahmen können vielleicht für kurzfristige Einsparungen sorgen, auf lange Sicht wirkt aber nur konsequentes Umdenken.

Genau dieses fordert der ehemalige Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft Hans-Jörg Bullinger: „An die Stelle maximalen Gewinns aus minimalem Kapitaleinsatz muss maximaler Gewinn aus minimalem Ressourcenaufwand treten.“ Übersetzt in die industrielle Wirklichkeit bedeutet dies: Energieverbrauch systematisch senken, Emissionen reduzieren, Materialausnutzung optimieren, Prozesse flexibilisieren, Produktivität halten – mindestens!

Das klingt nach einem olympischen Mehrkampf mit reduzierter Kalorien und Sauerstoffzufuhr bei stürmischem Wetter, ist aber nach Einschätzung vieler Experten das einzig wahre Fitnessprogramm für eine sichere industrielle Zukunft. Energieeffizienz ist rund um den Globus ein Megathema.

Die neue EU-Energieeffizienz-Richtlinie vom Juni 2012 verordnet den Mitgliedern eine Energieeinsparung um 1,5 Prozent pro Jahr. China kann trotz zahlreicher neuer Kraftwerke und des Ausbaus der Windenergie die Nachfragesteigerung kaum ausgleichen.

Der zwölfte chinesische Fünfjahresplan sieht daher vor, die Energieintensität (Energieverbrauch in Bezug zum damit erwirtschafteten Bruttoinlandsprodukt) bis 2015 um 16 Prozent zu senken. In Japan musste die Industrie quasi über Nacht mit dem Abschalten von 50 Kernkraftwerken ihren Stromverbrauch dauerhaft um 15 Prozent verringern. Und Brasilien will bis 2020 die klimaschädlichen Emissionen um 36 Prozent reduzieren. Bis der Energiebedarf der industrialisierten Welt mit erneuerbaren Ressourcen gedeckt werden kann, ist es ein weiter Weg.

Energie intelligent nutzen, Material recyceln, Abfall vermeiden

 

Ein großer Teil der Stromerzeugung erfolgt heute noch durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Gas, Erdöl oder Kohle. Der effiziente Umgang mit der Ressource Energie ist daher das wirkungsvollste Mittel, die CO2-Emissionen zu senken, die Umwelt zu schonen und die Kosten zu bremsen.

Gerade auch in Asien fordern deshalb Unternehmen aller Branchen immer deutlicher eine höhere Energieeffizienz von Maschinen und Anlagen. Nur so können sie staatliche Vorgaben erfüllen und gleichzeitig Preissteigerungen für Strom auffangen. Erfolgreiche Maßnahmen für eine höhere Energieeffizienz werden daher schnell und flächendeckend umgesetzt.

So nutzen in China immer mehr Hersteller drehzahlvariable Pumpenantriebe von Rexroth und senken den Energieverbrauch der Hydraulik in Kunststoffoder Werkzeugmaschinen um bis zu 70 Prozent. Diese Lösungen passen auch in bestehende Maschinenkonzepte und werden schon entsprechend häufig nachgerüstet. Von neuen Maschinen erwarten die Kunden eine noch höhere Energieeffizienz bei maximaler Produktivität. Aus diesem Grund werden in den Lastenheften zunehmend Obergrenzen bei der Anschlussleistung spezifiziert.

Um die erwarteten, zusätzlichen Energieeffizienzpotenziale zu heben, müssen Konstrukteure schon in der Konzeptionsphase den späteren Energiebedarf der Maschinen im Blick haben. Dabei helfen systematische Ansätze wie Rexroth 4EE (Rexroth for Energy Efficiency). Diese Systematik wirkt über alle Antriebs und Steuerungstechnologien hinweg und berücksichtigt auch die Wechselwirkungen. Das ist besonders wichtig, da sonst Einsparungen an einer Stelle den Verbrauch an anderer Stelle nach oben treiben können.

Die Systematik wirkt dabei nicht nur bei neuen Maschinenkonzepten, sondern eignet sich auch für die Energieeffizienzanalyse bereits bestehender Fertigungslinien und Fabriken. In zahlreichen Projekten – von der Automobilindustrie bis zur Herstellung und Verpackung von Lebensmitteln – konnten Unternehmen ihren Energieverbrauch bei mindestens gleicher Produktivität damit bereits deutlich senken.

Weniger Verbrauch durch mehr Innovation

Ein wichtiger Ansatz zur Senkung des Energieund Materialverbrauchs sind innovative Softwarefunktionen. Beispiel Rollendruckmaschine: In der Vergangenheit verbanden mechanische Gestänge, Kupplungen und Getriebe die einzelnen Walzen mit dem zentralen Motor. Heute genügt dazu ein Kommunikationskabel, die einzeln angetriebenen Walzen werden via Software verschleißfrei und in hoher Präzision synchronisiert.

Die mechanischen Bauteile der Königswelle entfallen komplett. Ein weiterer Effekt ist die höhere Flexibilität und Präzision. Auch bei Verpackungsmaschinen, Pressen und Montagelinien er ledigen elektronische Wellen zunehmend vorher mechanisch gelöste Aufgaben.

Gerade bei immer kleineren Losgrößen verringert die Software die Ausschussquote beim Produktionsanlauf und spart gleichzeitig Energie und Material. Darüber hinaus können Konstrukteure Maschinen kompakter und leichter bauen.

Die universelle Systematik Rexroth 4EE setzt zum Beispiel schon bei der Konzeption der Maschine an und ermittelt durch Simulationsmodelle eine optimale Auslegung. Energieeffiziente Produkte und Systeme sowie der Rückgriff auf bislang ungenutzte Energien durch Rückgewinnung und Speicherung ergänzen das Maßnahmenbündel.

Restlos effizient

Höhere Produktivität bei geringerem Materialund Energieverbrauch bietet auch eine neue Stanzmaschine des Werkzeugmaschinenherstellers Trumpf. Bislang blieb nach dem Stanzen einer Blechtafel immer ein sperriger, L-förmiger Rest, der von Hand entnommen werden musste. Die neue Maschine dagegen knabbert sich Reihe für Reihe durch das Blech wie durch eine Tafel Schokolade und trennt gleichzeitig die Stanzteile und die Reststücke einer Zeile restlos ab.

Zusätzlich sinkt bei gleicher Bearbeitungszeit die Leistungsaufnahme im Vergleich zur Vorgängerbaureihe durch den Smart Energy Mode um rund 25 Prozent: Energiespeicher im Zwischenkreis vermeiden die Rückspeisung, überschüssige Energie wird im Kondensator gespeichert und zum Beschleunigen wiederverwendet.

Das restgitterfreie Stanzen verringert den Materialverbrauch um durchschnittlich zehn Prozent, bei einigen Anwendungen sogar um bis zu ein Drittel. Trumpf setzt dazu unter anderem auf eine dezentrale Antriebsund Steuerungslösung von Bosch Rexroth. Die CNC-Systemlösung IndraMotion MTX positioniert und kontrolliert die Hauptachsen der Maschinen. Für die Stanzkopfkinematik kommt im Stanzkopf zusätzlich das antriebsbasierte Motion-LogicSystem IndraMotion MLD zum Einsatz.

Automatisch Allrad

Optimale Energieeffizienz bei höchstmöglicher Traktion des Fahrantriebs ist häufig ein Zielkonflikt bei allradgetriebenen Kommunalfahrzeugen und Arbeitsmaschinen. Mit der High Efficiency Traction Control – HET – stellt Rexroth eine hydrostatische Fahrantriebslösung vor, die beide Anforderungen erfüllt.

Die Energieeffizienz der HET beruht unter anderem darauf, dass der Allradantrieb ausschließlich im Bedarfsfall aktiviert wird – und zwar vollautomatisch, ohne Zutun des Fahrers.

Wenn in schwerem Gelände ein Rad die Haftung zum Boden verliert, steigt der Schlupf stark an. Der dadurch ansteigende Ölstrom bewirkt eine sofortige Übertragung des Drehmoments auf den zweitdurchströmten Radmotor. Mit dieser „Schlupfaktivierung“ des Allradantriebs sorgt die High Efficiency Traction Control für eine zuverlässige Geländegängigkeit des Fahrzeugs und spart gegenüber einem permanenten Allradantrieb deutlich an Energie.

Mehr Wachstum = mehr Ressourcenverbrauch?

Die Rohstoff- und Materialknappheit ist ein Thema, das in Zukunft eine ähnlich hohe Bedeutung gewinnen wird wie die Energieversorgung heute. Eine aktuelle Studie der Commerzbank (Rohstoffe und Energie: Risiken umkämpfter Ressourcen, Oktober 2011), in der über 4.000 Unternehmen befragt wurden, attestiert den Probanden ein hohes Problembewusstsein in dieser Frage.

Angesichts eines Materialkostenblocks von 40 Prozent und mehr schauen viele Unternehmen mit Sorge auf die Entwicklungen auf den globalen Rohstoffmärkten. Die Möglichkeiten, diesen Herausforderungen auf der Einkaufsseite zu begegnen, etwa durch geschickte Mengenpolitik oder langfristige Verträge, sind aber sehr begrenzt. So werden Probleme, die durch Knappheit, Teuerung und Volatilität entstehen, oft schlicht an Lieferanten und Kunden durchgereicht.

Mit diesen simplen betriebswirtschaftlichen Mitteln sind die Symptome einer globalen Ressourcenknappheit aber nicht dauerhaft zu bekämpfen. Im Kern muss es darum gehen, Wachstum und Ressourcenverbrauch zu entkoppeln. Der Handlungsdruck auf verarbeitende Unternehmen steigt also kontinuierlich, ähnlich wie bei der Energieeffizienz nicht zuletzt auch durch politische Vorgaben.

Dabei stellt sich die Frage, wie Kundennutzen, Nachhaltigkeit und Kosten in Einklang zu bringen sind. Die Erfolge der vergangenen Jahre bei der Steigerung der Energieeffizienz zeigen, dass bei einem systematischen Vorgehen rasch neue Ideen, Technologiefelder und vermarktbare Innovationen entstehen können. So sehen das übrigens auch die Teilnehmer der Commerzbank-Studie: „Mehr Innovation“ war die häufigste Antwort auf die Frage nach den Folgen der Ressourcenverknappung für mittelständische Unternehmen.

 

Materialkosten sind in Unternehmen des produzierenden Gewerbes mit knapp 43 Prozent der größte Kostenblock. Quelle: Statistisches Bundesamt 2011, www.destatis.de

Wie kann die Materialeffizienz erhöht werden?

Ressourceneffizienz ist ein komplexes Thema und daher in den Unternehmen meist kein »Selbstläufer«. Insbesondere für die Rohstoffund Materialeffizienz und die daraus resultierenden Potenziale muss häufig erst einmal ein Bewusstsein entwickelt werden. Es gilt, den gesamten Prozess vom Auftrag bis zur Auslieferung zu betrachten.

Dabei spielt eine Vielzahl von Parametern und Prozessschritten eine Rolle, verdeckte Zusammenhänge erschweren die einfache Identifikation von Verlustmechanismen. Wesentliche Ansätze zur Steigerung der Materialeffizienz liegen laut der deutschen Materialeffizienzagentur demea in den Bereichen Produktgestaltung, Produktionsprozess, Umfeld der Produktion und Recycling.

 

Quelle: demea