Seit Beginn der 2000nder Jahre unternimmt die Galvanotechnik wichtige Schritt in Richtung auf langfristige Erfolgssicherung der Branche im europäischen Wirtschaftsraum. Initiativen wie das das EU Projekt REMake oder das darauf aufbauende Netzwerk REOnet setzen sich für eine weitere Verbesserung der effizienten Nutzung von Energie und Rohstoffen ein. Dabei rückt die Betrachtung der Prozesskette immer mehr in den Vordergrund. Durch die erweiterte Betrachtung können die Eigenschaften des Gesamtprodukts mit den oberflächentechnischen Verfahren merklich verbessert werden. Zugleich steigt die Akzeptanz der als Schüsseltechnologie geltenden Oberflächentechnik mit ihren materialeffizienten Verfahren, wodurch neue Entwicklungen zum Nutzen der gesamten Prozesskette angestoßen werden.
Saving Costs by More Efficient Use of Materials
Since the turn of the century, Metal Finishers have been introducing a range of new measures aimed at ensuring the long-term success of their industry in the European industrial setting. Initiatives such as the EU REMake Project or the REOne network which built upon it, were aimed at a continuous improvement in the efficient use of energy and raw materials. As a result of this, there was an increasing focus on the process sequence. By taking a wider view, the properties of the finished product could be significantly improved by application of advanced surface finishing technology. As part of this, surface finishing technology was recognised as a key factor in maximising efficient use of materials, thus leading to new developments involving the entire process sequence.
Die Initiativen der Oberflächentechnik unterstützen mit den verschiedenen nationalen und internationalen Aktivitäten die politischen Ziele, die seit über 30 Jahren über die schonende Nutzung von Ressourcen als Bestandteil umweltpolitischer Initiativen diskutiert. Dabei standen vor allem die Einhaltung von gesetzlichen Emissionsgrenzwerten, die Reduzierung von Abwasser- und Abfallmengen sowie die Energieeinsparung im Vordergrund. Handwerk und Industrie haben diese Herausforderung vorbildlich angenommen: Emissionsgrenzwerte werden heute sicher eingehalten und der durchschnittliche Rohstoffverbrauch je Einwohner blieb in der Europäischen Union praktisch seit Mitte der achtziger Jahre unverändert, obwohl die Wirtschaft in diesem Zeitraum um etwa 50 Prozent gewachsen ist [1].
Erreicht wurden diese Ziele in der Vergangenheit primär durch sogenannte end-of-pipe-Maßnahmen zur Abwasser- und Abluftreinigung, innerbetriebliche und außerbetriebliche Recyclingmaßnahmen und eine kontinuierliche Verbesserung der Energieeffizienz. Dabei kommt beispielsweise der Galvanotechnik als eine großer Bereich der Oberflächentechnik der Vorteil zugute, dass grundsätzlich die verarbeiteten Werkstoff sehr effizient eingesetzt, das heißt sehr zielgerichtet, eingesetzt werden. Dies zeigt sich unter anderem an dem vergleichsweise geringeren Materialanteil im Vergleich zum übrigen produzierenden Gewerbe (Abb. 1). Aufgrund dieser Situation standen bisher im Bereich der Galvanotechnik die Bemühungen zur Einsparungen im Vordergrund.
Zugleich findet aber auch die Erkenntnis zunehmend Eingang bei den Unternehmen, dass die Eigenschaften von Beschichtungen und Oberflächentechnik auch eine Systemeigenschaft sind. Daraus entwickeln sich neuen Ansätze zur Verbesserung des Gesamtsystems aus Grundmaterial und Oberflächenverfahren, wobei durch diese Zusammenarbeit neuen Kooperationskreise mit neuen Schwerpunkten der gemeinsamen Aktivitäten entstehen.
Fachleute aus allen Bereichen der Oberflächentechnik suchen auf der Basis des Bedarfs der Betriebe und deren Möglichkeiten nach Einsparpotenzialen. Auf dieser Basis werden gemeinsam mit Betrieben Wege aufgezeigt, bereits vorliegende neue technische Verfahren oder organisatorische Ansätze zur Energie- und Materialeinsparung in der Beschichtungsbranche real zur Anwendung zu bringen. Ein wesentlicher Punkt ist dabei, Hemmnisse für die Umsetzung aufzuspüren.
Für interessierte Unternehmen besteht die Möglichkeit, an der Entwicklung von für sie nutzbringenden Vorgehensweisen mitzuwirken. Sie können die Anregungen und Fragestellungen, die sich für die Oberflächentechnik aus den Innovationen zur nachhaltigen Produktion ergeben, mit ihren eigenen Ideen abgleichen und in ihre Planungen einbeziehen.
Die wirtschaftlichen Vorteile einer nachhaltigen ökologischen Produktionsweise zeigen sich in der letzten Zeit immer klarer. Entsprechend werden die Produktionen umgestaltet. Ziel ist, möglichst hochwertige Beschichtungen mit möglichst wenig Energie- und Materialaufwand herzustellen. Nach Zahlen des statistischen Bundesamtes machen allein die Materialkosten im produzierenden Gewerbe Deutschlands im Schnitt mehr als 40 % aus (Abb. 1); rund ein Fünftel davon könnte eingespart werden. Dadurch gewinnen neue Schlagwörter wie Eco-Design von Produkten und Prozessen (Abb. 2) immer mehr an realer Bedeutung. Hierunter fallen nicht nur eine effiziente Nutzung der Beschichtungselektrolyte, sondern auch ein nachhaltiges Produktdesign sowie eine neue Definition der Beziehungen zu Lieferanten und Kunden im Hinblick auf eine Optimierung der Gesamtprozesse. Diese Betrachtung hat in der Galvanotechnik durchaus Tradition. Das Vorhaben des galvanogerechten Konstruierens verfolgt diese Ziele bereits seit längerer Zeit. Zweck aller Maßnahmen ist letztlich eine optimierte Verwendung der Ressourcen entlang des gesamten Produktionsprozesses.
Abb. 1: Anteil der Produktionsfaktoren im Vergleich [2]
Abb. 2: Ansatz für integriertes Eco-Design von Produkten und Prozessen
Das Einsparen von Materialien zur Schonung der Ressourcen ist bereits heute nicht mehr nur eine politische Diskussion. Nachhaltige Produktion ist einer der wichtigsten Wachstumsbereiche, durch die die wirtschaftliche Entwicklung in Europa in den nächsten Jahren wesentlich bestimmt sein wird.
Die Grundidee ist eine verstärkte und vereinfachte Unterstützung der Betriebe durch Fördermaßnahmen, mit dem die Unternehmen Fachleute für die Analyse ihres Bedarfs und ihrer Möglichkeiten in diesem Bereich sowie die Entwicklung von dem Bedarf der Unternehmen angepassten Problemlösungen finanzieren können. So sollen zum Beispiel die Analyse der Stoffströme, die Verlustquellenermittlung, die Ermittlung der Einsparpotenziale und die Maßnahmenplanung finanziert werden. In diesem Hinblick weist die Deutsche Materialeffizienzagentur auf Ergebnisse mit bisherigen Potenzialanalysen (Mittelwerte) hin:
- Einsparpotenziale 220.000 €
- Potenzial pro Kopf
der Mitarbeiter 3.300 € - Einsparpotenzial bezogen
auf den Jahresumsatz2,5 %
Dabei liegen die Amortisationszeiten der Maßnahmen meist unter 6 Monaten.
Unterstützt wird dies zusätzlich durch spezialisierte Trainings- und Beratungsangebote zum Beispiel in den Bereichen Eco-Design, Bewertung der Umweltauswirkungen während der gesamten Produktlebensdauer oder auch für die Finanzierung und Durchführung weiterreichender Innovationsprojekte.
Außerdem wird untersucht, wie sich für die Unternehmen der Oberflächentechnik durch den Unternehmen entsprechende Eco-Standards und Qualitätslabel ein langfristiger Vorteil im Markt sichern lässt. Um die Innovationsfähigkeit der Beschichtungsbranche in der nachhaltigen Produktion zu zeigen, werden im Rahmen eines Wettbewerbs einige innovative Unternehmen ausgewählt, um interessante Beispielfälle und Möglichkeiten innerhalb dieses Leitmarkts vorstellen zu können.
Wesentliche Ziele der Initiative sind:
- Leichterer Zugang der Unternehmen zu technischem und betriebswirtschaftlichem Fachwissen für innovative Lösungen zur nachhaltigen Produktion,
- Verbesserung der technischen/ betriebswirtschaftlichen Kompetenzen für das Umsetzen von Innovationsmaßnahmen,
- Verbesserung der Kooperation innerhalb von Beschaffungsketten mit Hilfe gezielter Innovationsdienstleistungen,
- Förderung der Nutzung von Standards zur Umsetzung innovativer Ansätzen.
Innovative Techniken und Fertigungsprozesse sind für eine ressourcenschonende Produktion erforderlich und helfen Umweltentlastungen zu erreichen. Eine wirkliche Bearbeitung der anstehenden Probleme muss die Aspekte der Globalisierung ebenso berücksichtigen wie die wachsende technische Verzahnung der Gesamteigenschaften eines Produktes. Damit ermöglich nur der Blick über den eigenen (Oberflächen-)Tellerrand hinaus eine ganzheitliche Betrachtung aller Problemfelder zur Lösung der anstehenden Aufgaben.
Zur Realisierung der Anforderungen muss ein über die Prozesskette übergreifender Ansatz erfolgen, der bereits bei der Fertigung des Grundmaterials beginnt. Damit ist es wesentlich, die Schnittstellen im Fertigungsfluss zu definieren und deren Ein- und Ausgabeparameter zu kontrollieren (Abb. 3). Dieser Ansatz wird von dem Anfang 2014 etablierten Netzwerk REOnet verfolgt. Ziel ist es, eine gemeinsame Innovationsplattform für Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit über die herkömmlichen Branchengrenzen hinweg als Kompetenzzentrum in der Lieferkette der Oberflächentechnik für Metalle zu schaffen.
Abb. 3: Ansatz für eine die Prozesskette übergreifende Betrachtung
Abb. 4: Verbesserung innerhalb eines Prozesscluster, hier die Galvanotechnik, hängen von vor- und nachgelagerten Prozessen ab [3]
Als wichtige Querschnittstechnologie für fast alle anderen Industriebranchen bietet die Oberflächentechnik heute ein großes Potenzial bezüglich der Entwicklung und industriellen Realisierung neuer, ressourceneffizienter Prozesse, Werkstoffe und Produkte. Der Forschungs- und Handlungsbedarf innerhalb REOnet gliedert sich demzufolge in drei wesentliche Handlungsfelder:
- Energie- und Ressourceneffizienz in Prozess und Produkt
- Fertigungsintegrierte Erzeugung funktionaler Oberflächen
- Produktionstechnologie mit Hochleistungsprozessen
Die zukünftigen Anforderungen an die Fertigungseffizienz können nur dann erreicht werden, wenn alle in der Fertigungskette integrierten Unternehmen oder Abteilungen gegenseitig Informationen austauschen, um Ursachen für Fehler zu vermeiden, die erst viel später in der Prozesskette auftreten. Aus diesem Grund muss der Ansatz von REOnet mit seiner fachübergreifenden Betrachtung entlang der Prozesskette als erfolgversprechend angesehen werden. Dadurch wird die Verbesserung der Material- und Energieeffizienz innerhalb der einzelnen Prozesscluster, wie beispielsweise der Galvanotechnik, unterstützt.
Verdampfung und Verdunstung zählen zu den energieintensivsten thermischen Trennmethoden. Für die Verdampfung von 1 m³ Wasser sind rund 700 kWh thermisch aufzuwenden. Die Verdunstung ist bei warm betriebenen Elektrolyten vorherrschend, bei denen diese durch die häufig eingesetzte, erforderliche Randabsaugung noch verstärkt wird. Durch den Ausgleich der Verdunstungsverluste aus der ersten Spüle ist bereits heute in vielen Betrieben mit der Rückführung der ausgestreckten Elektrolyte ein erster Schritt in Richtung Materialeffizienz erfolgt. Für eine weitergehende Reduzierung der eingesetzten Ressourcen Material und Energie sind hierbei noch weitere Maßnahmen notwendig, wobei zu berücksichtigen ist, dass durch die Reduzierung der Verdunstung der Rückführungsgrad aus den Spülen ebenfalls verringert wird.
Die Verdampfung wird in der Oberflächentechnik eingesetzt um überschüssiges Wasser aus Prozesslösungen beziehungseise Spülen zu entfernen. Hierbei werden häufig Vakuumverfahren eingesetzt, um die Verdampfungstemperatur zu reduzieren. Bei mehrstufigen großtechnischen Verfahren, bei denen der kommentierende Dampf einer Stufe gleichzeitig als Heizmedium für die nächste Stufe dient, lässt sich der Energieverbrauch auf bis zu 70 kWh/m³ senken. Bei den in der Oberflächentechnik verwendeten einstufigen Verfahren ist zur Gewinnung der Kondensationswärme mechanische Energie erforderlich. Dies kann durch Einsatz von Kompressionswärmepumpen oder Brüdenkompressoren erfolgen.
Ressourceneinsparungen beschränken sich allerdings nicht nur auf die oben aufgegriffenen Beispiele. So vielseitig wie die Verfahren sind, so vielseitig sind auch die Möglichkeiten zur Ressourceneinsparung. Die Realisierung ressourceneffizienter Maßnahmen setzt sich zusammen aus einer Vielzahl einzelner kleiner Schritte und ist keineswegs immer mit hohen Investitionskosten verbunden. Und diese Maßnahmen schonen nicht nur die Umwelt sondern auch das Budget. Ressourcen, die nicht eingesetzt werden, müssen hinterher zudem nicht beseitigt werden. Laut Angaben des BMWi wurden bei den bundesweiten Beratungen über alle Branchen hinweg ein durchschnittliches Einsparpotenzial von 2 % vom Umsatz aufgedeckt.
Die deutsche Bundesbank hat für Betriebe, die Metallerzeugnisse herstellen, für 2007 ein durchschnittliches Jahresergebnis vor Steuern von 7,2 % ermittelt. Die Verbesserung der Umsatzrendite lässt sich nicht nur durch die Steigerung des Umsatzes sondern auch durch Kostenreduzierung erreichen. Wird die Formel von Arnolds [4] aus dem Jahr 2010 verwendet, lassen sich die erforderlichen Umsatzsteigerungen zum Erreichen von Gewinnen in vergleichbarer Höhe, wie wie sie durch Ressourceneinsparungen erreicht werden, berechnen (Werte in %):
Wird eine Umsatzrendite von 7 % und ein Anteil der Materialkosten von 20 % zugrunde gelegt, so wird durch die Reduzierung der Kosten bei den Ressourcen um 5 % der selbe Gewinn erzielt, wie durch eine Steigerung des Umsatzes von 30 %. Abbildung 5 zeigt diese Abhängigkeiten für unterschiedliche Randbedingungen.
Abb. 5: Vergleichbare Umsatzsteigerung im Gegensatz zur Kosteneinsparung durch Ressourceneffizienz bei unterschiedlichem Materialanteil
Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) unterstützt mit dem Förderprogramm go-effizient die Beratung von kleinen und mittelständigen Betrieben und bietet damit die Möglichkeit an den Ressourcenverbrauch in Unternehmen zu reduzieren. Ziel der Maßnahmen ist es die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen zu steigern und gleichzeitig Ressourcen und Umwelt zu schonen. Die eiffo eG ist im Programm go-effizient mit zwei Partnern zertifiziert.
Zukünftig werden Kombinationsverfahren zwischen Vorbehandlung und Beschichtung sowie zwischen verschiedenen Beschichtungsverfahren verstärkt an Bedeutung gewinnen. Auch die Abstimmung der Schichteigenschaften für nachfolgende Verarbeitungsschritte wie die Umformung wird immer wichtiger werden. Intensiv wird derzeit an der Möglichkeit der Umformung nach der Beschichtung ohne Beeinträchtigung der Eigenschaften für Schicht- und Grundmaterial gearbeitet.
Literatur
[1] Mitteilung der Kommission der Europäischen Gemeinschaften, 21.12.2005
[2] Statistisches Bundesamt, Stand 2013
[3] Horizon 2020; MEMAN
[4] Arnolds, H.; Heege, F.; Röh, C.; Tussing, W. 2010: Materialwirtschaft und Einkauf. 11. Auflage
DOI: 10.7395/2014/Koenig4
REOnet – Netzwerk zur Ressourceneffizienz
Das 2014 mit Unterstützung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie - BMWi - ins Leben gerufene Netzwerk schafft eine gemeinsame Plattform für Innovationen in der Oberflächentechnik für Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit. Der Einsatz funktionaler Oberflächentechnik liefert wichtige Lösungsansätze, um in den unterschiedlichsten Anwendungen und Branchen Energie und Ressourcen einzusparen.
Zu den Zielen von REOnet gehört die Schaffung einer gemeinsamen Innovations-Plattform für Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit über die herkömmlichen Branchengrenzen hinweg als Kompetenzzentrum in der Lieferkette der metallischen Oberflächentechnik.
Als wichtige Querschnittstechnologie für fast alle anderen Industriebranchen bietet die Oberflächentechnik heute ein großes Potenzial bezüglich der Entwicklung und industriellen Realisierung neuer, ressourceneffizienter Prozesse, Werkstoffe und Produkte.
Im Einzelnen sind die Netzwerkziele und ihre Umsetzung in der Netzwerkstrategie mit ausführlicher F&E-Roadmap dargestellt, die den Netzwerkpartnern zur Verfügung steht. Die Umsetzung der F&E-Roadmap erfolgt im Rahmen von Innovationsprojekten, die jeweils im Verbund mehrerer Netzwerkunternehmen und Forschungseinrichtungen durchgeführt werden. Zur Finanzierung dieser Verbundprojekte wird nach Bedarf und Möglichkeiten F&E-Förderung aus deutschen und europäischen Förderprogrammen genutzt.Die Zusammenarbeit der Netzwerkpartner wird grundsätzlich in einer Netzwerkvereinbarung und im Einzelnen durch projektbezogene Kooperationsvereinbarungen geregelt.
Die Netzwerkleistung umfasst die Initiierung und Umsetzung der Innovationsprojekte entsprechend der F&E-Roadmap, die laufende Fortschreibung der F&E-Roadmap sowie zusätzliche Leistung im Bereich des Informations- und Wissensmanagements für die Netzwerkpartner in den Bereichen Markt- und Entwicklungstrends, Innovationsfähigkeit; Ressourceneffizienz- und Umweltmanagement.
Im Rahmen der Initiierung und Umsetzung von Innovationsprojekten sind für 2015/16 insgesamt 12 kurzfristig zu realisierende Vorhaben geplant. Jedes Netzwerkunternehmen soll mindestens in eins dieser Projekte substantiell mit eingebunden werden. Dabei wird im Mittel von einem Förderbetrag je Unternehmen und Projekt von 150.000 € ausgegangen.
Die eiffo eG betreut und unterstützt die Arbeit mit den Partnern im Rahmen von REOnet
Materialeffizienzberatung
Die Aktivitäten zur Materialeinsparung in der produzierenden Industrie werden von der Europäischen Union im Rahmen des Projekts go-effizient unterstützten. Die eiffo ist mit Beratern autorisiert, Fördermittel zur Erarbeitung von kosteneffizienten Lösungen einzusetzen. Angestrebt wird eine langfristige Zusammenarbeit zur Erzielung eines nachhaltigen Nutzens zur Einsparung von Rohstoffen und Entwicklung von innovativen Prozessen, wobei praxisnahen Lösungen angestrebt werden. In der Regel erfolgen die Arbeiten in zwei Stufen: einer Potenzialanalyse im ersten Schritt und einer zweiten umfangreicheren Umsetzungsphase, wobei diese nicht zwingend notwendig zum Erhalt der Fördermittel für die Potenzialanalyse ist. Dabei wird in der Regel der gesamte Prozess einschließlich der Logistik und insbesondere auch der Lieferkette betrachtet. Dadurch ergeben sich prinzipiell zwei unterschiedliche Bearbeitungsansätze:
- Betrachtung der Handhabung der Prozesse im Unternehmen, die vorzugsweise auf einen verlustfreien Einsatz der Rohstoffe sowie der Minimierung beziehungsweise Rückführung von unvermeidlichen Abfällen in der Wertstoffkreislauf gerichtet sind
- Betrachtung des optimalen Einsatzes von Rohstoffen zur Erzielung von erforderlichen Eigenschaften des Produktes, bei dem eine Oberflächenbehandlung oder -beschichtung vorgenommen wird. Dies schließt in der Regel auch die Kommunikation der Partner innerhalb der Prozesskette ein, wie sie beispielsweise auch im Rahmen von REOnet betrachtet wird
Die erweiterte Betrachtung der Materialeffizienz wird von den Beratern der eiffo als ein Kernpunkt einer zukunftsorientierten Unternehmensstrategie angesehen, von der vor allem kleinere Unternehmen im globalen Umfeld profitieren werden.
