Ressourcen- und Energieeffizienz - Herausforderungen an die Kunststofftechnik

Anstrengungen zur Verbesserung der Ressourcen- und Energieeffizienz in der kunststoffverarbeitenden Industrie werden von ökologischen und ökonomischen Zielen abgeleitet. Während ökologische Ziele durch die Gesellschaft bzw. durch gesetzgeberische Vorgaben, in einzelnen Fällen auch durch Selbstverpflichtungen der beteiligten Industrieunternehmen definiert werden, sind die ökonomischen Ziele ausschließlich betriebswirtschaftlicher Natur. Es gilt also, ökologische Ziele unter Beachtung ökonomischer Randbedingungen zu erreichen. Dabei sind alle am Wertschöpfungsprozeß Beteiligten aufgefordert, den Nutzen des Ressourcen- und Energieeinsatzes für die Herstellung von Produkten aus und mit Kunststoffen im Verhältnis zum Aufwand an Stoffen und Energie und natürlich auch den Einsatz des beteiligten Personals zu optimieren. Dabei wird auch in der Praxis eine Lebensdauerkosten-Betrachtung und nicht nur eine Investitions- und Betriebskosten-Betrachtung an Bedeutung gewinnen.

Der Verbrauch materieller Ressourcen für die Herstellung von Kunststoffprodukten lässt sich natürlich nur dadurch minimieren, dass jegliche Art von Verschwendung unterbleibt. Intelligente Produktkonstruktion unter Nutzung der integrativen Möglichkeiten der Kunststoffverarbeitungstechnik ist der Schlüssel zur Lösung dieser Herausforderung. In einer Lebensdauerkosten-Betrachtung wird allerdings schnell klar, dass die Ressourceneffizienz ganz entscheidend durch den vermehrten Nutzen in der Anwendung als durch die mögliche Reduzierung des Herstellungsaufwandes erreicht wird.

Energieeffiziente Kunststoffverarbeitung bedeutet, dass die Herstellprozesse bezüglich ihres spezifischen Energiebedarfs (überwiegend elektrische Energie) einerseits kurzfristig und andererseits mittel- bis langfristig verbessert werden müssen. Die effektivsten Maßnahmen zur kurzfristigen Effizienzsteigerung sollten bei den Prozessen ansetzen, die das größte Verbesserungspotential auszuschöpfen erlauben. Thermoformprozesse z. B. sind heute energetisch gesehen sehr ineffizient. Spritzgießprozesse zeichnen sich durch ein großes Einsparpotential aus. Extrusions- und Compoundierprozesse bieten geringere Potentiale zur spezifischen Energieeinsparung, die Anlagenleistungen sind allerdings vergleichsweise hoch.

Verbesserungspotenziale in der gesamten Wertschöpfungs- / Produktionskette sind zunächst zu identifizieren. Dazu werden Monitoring-Systeme für Energie- und Stoffströme wesentlich beitragen. Anbieter von Maschinen- und Anlagen werden sich einem zunehmendem Vergleich der spezifischen Verbräuche – damit auch der Kosten – stellen müssen. Es wird nicht nur auf die quasi stationären Betriebszustände der Anlagen geschaut werden; Phasen der Produktumstellungen werden zunehmend ins Kostenvisier genommen. Schließlich sind unproduktive Prozeßumstellungen wie z.B. Material- und Farbwechsel nicht nur mit Abfallerzeugung sondern auch mit Kapazitätsminderungen verbunden. Intelligente Fertigungs- und Prozeßsteuerungen werden helfen, Verschwendung von Rohstoffen und Energie zu reduzieren.

Aus vielen Untersuchungen ist belegt, dass schnellere Prozesse mit höherer Energie¬effizienz zu betreiben sind. Zum Beispiel bieten Inline-Verarbeitungsverfahren, welche mit hohen Geschwindigkeiten Verpackungsartikel herstellen, eine um den Faktor 2 verbesserte Energieeffizienz. Optimierte Spritzgießzyklen lassen eine verbesserte Effizienz erwarten, wenn Störungsursachen, die verantwortlich sind für nichtoptimale Zykluszeit, beseitigt werden.

Die konsequente Rückführung gespeicherter Energien in Form mechanischer Energie in beteiligten Antrieben von zyklisch betriebenen Kunststoffmaschinen (Rekuperation) kann dazu ebenso beitragen wie die Anwendung bereits existierender Möglichkeiten für die unmittelbare Rückgewinnung von Wärme aus den Abkühlprozessen zur direkten Anwendung in den Kunststoffverarbeitungsprozessen. Kühlwasser aus Abwärme zu erzeugen ist dazu ein gangbarer Weg.

Generell kann festgehalten werden, dass sich die Energieeffizienz durch einfache, wenig kostenintensive Maßnahmen um 20 bis 25 % verbessern lässt. Entsprechende Ziele lassen sich in zwei bis fünf Jahren auf nahezu allen Gebieten der Kunststoffverarbeitung erreichen. Weitergehende Effizienzsteigerungen erfordern zwingend neue Konzepte für die Verarbeitungsprozesse, Anlagen, Maschinen und Werkzeuge. Antriebstechnische Alternativen mit besseren Wirkungsgraden erfordern Neu- bzw. Ersatzinvestitionen von Maschinen und Anlagen der neuesten Generation mit deutlich verbesserter Effizienz. Das bedeutet eine Umstellungsphase in den Betrieben von mindestens fünf bis zehn Jahren. Allerdings sind damit auch signifikant höhere Einsparungen von mehr als 50 % verbunden.

Die heute von vielen Unternehmensführungen vorgegebenen Ziele zur Steigerung der Ressourcen- und Energieeffizienz in der Produktion lässt erwarten, dass Verbesserungspotentiale von 20 bis 25 % in den nächsten fünf Jahren und von 50 % in den nächsten zehn Jahren bis 2020 als erreichbar gelten können.
Neu- und Weiterentwicklungen von Maschinen- und Anlagen für die Kunststoffverarbeitung werden sich an den zu erwartenden Effizienzsteigerungen messen lassen. Intelligente Fertigung und Produktion wird – wo immer möglich – Verschwendung vermeiden und ökologische mit ökonomischen Zielen verbinden.

Ressourcen- und Energieeffizienz - Herausforderungen an die Kunststofftechnik - Vita Prof. Dr.-Ing. Johannes Wortberg