EnviroInfo 2010 (Cologne/Bonn) Integration of Environmental Information in Europe Copyright © Shaker Verlag 2010. ISBN: 978-3-8322-9458-8

Transparenz schon im Planungsprozess schaffen durch Energie- und Stoffstrommanagement

Benjamin Boehnke1, Volker Wohlgemuth2 1

Volkswagen AG, Abteilung Umwelt Produktion (K-EFUW) Postfach 011/1897, D-38436 Wolfsburg [email protected]

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HTW Berlin, Ingenieurwissenschaften II, Studiengang Betriebliche Umweltinformatik Wilhelminenhof, D-13129 Berlin [email protected]

Zusammenfassung Äußere Zwänge, wie z.B. massiver Verdrängungswettbewerb, zwingen die Wirtschaft dazu, immer effizienter zu werden. Hierbei wurde insbesondere früher Effizienz durch Automatisierung und daraus folgend Personalabbau umgesetzt. Mittlerweile wurde jedoch festgestellt, dass größere Effekte auch im Bereich der Energie- und Materialeffizienz geschaffen werden können. Und durch den weltweiten Kostenanstieg für Energie und Rohstoffe wird sich diese Entwicklung noch verschärfen. Derzeit aktuell wird diese Thematik, insbesondere in der Industrie, durch die Implementierung eines Energiemanagements angegangen. Es zeigt sich jedoch, dass selbst diese Umsetzung einer gewissen Komplexität unterliegt. Diese nimmt mit der Größe des Unternehmens zu. Langfristig schafft diese Entwicklung die Grundlage dafür, ein Energie- und Stoffstrommanagement in den Unternehmen zu implementieren. Dies wird natürlich die Komplexität noch weiter erhöhen. Aber durch das zu späterem Zeitpunkt vollständig implementierte Energiemanagement ist eine fundierte Grundlage geschaffen, auf deren Basis die Thematik des Stoffstrommanagements nur noch ergänzt werden muss. In ersten Pilotprojekten wird bereits jetzt schon ein Energie- und Stoffstrommanagement angewendet. Daraus leiten sich Handlungsempfehlungen und Folgeprojekte ab, wie eine langfristige Implementierung in die Planungsprozesse für neue Produktionsanlagen erfolgen kann. Die Schaffung eines ökologischen Quick-Checks zur Unterstützung der Planer scheint hier die richtige Lösung zu sein. Langfristig müsste so gewährleistet werden können, dass jede neue Produktionsanlage ökologisch und auch ökonomisch besser ist als der Vorgänger.

1.

Einleitung

Die Rohstoffe dieser Welt sind endlich. Dies ist nicht erst bekannt, seit dem die Preise für Rohstoff immer weiter steigen. Schon vor fast 40 Jahren wurde aufgezeigt, dass jeglichem Wachstum eine natürliche Grenze gesetzt ist (Meadows et al. 1972). Der einzige Weg diesem Trend entgegen zu wirken, ist die Effizienz zu erhöhen. Dies senkt den Verbrauch. Ein sinkender Verbrauch hätte einen ähnlichen Effekt wie die Wirtschaftskrise im Jahr 2008. Auf Grund eines ausgeglicheneren Verhältnisses zwischen Angebot und Nachfrage würden sich die Märkte auf niedrigeren Preisniveaus einpendeln.

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Effizienzsteigerungen wirken sich jedoch nur auf die Nachfrage aus. Langfristig müssen jedoch neue Rohstoffe exploriert werden und/oder enge industrielle Materialkreisläufe geschlossen werden, die das Angebot erhöhen und somit die sich ggf. aufzeigenden Engpässe beseitigen. Schon heute ist festzustellen, dass nicht nur die Rohölpreise langsam steigen, sondern die Preise für alle Rohstoffe. Jedoch war der Anstieg für Energierohstoffe am deutlichsten spürbar durch einen Anstieg der Energiepreise. Verstärkend dabei wirkte, dass die Energieproblematik mit dem Fakt der Klimaerwärmung in Verbindung gebracht wurde. Daher zeichnete sich hier das erste wichtigste Handlungsfeld, insbesondere auch für Unternehmen, ab. Dies bedeutet primär eine Reduzierung des Energieverbrauchs. Als Hilfsmittel hierfür dient das Energiemanagement. Denn durch Steuerung und Lenkung des Energieverbrauchs kann dieser reduziert werden. Als ein wichtiger Baustein hierfür ist die DIN EN 16001 zu nennen, die mittlerweile Einzug in vielen Unternehmen hält.

Abbildung 1: HWWI-Index der Weltmarktpreise für Rohstoffe auf Euro-Basis System (Quelle http://hwwa.hwwi.net/typo3_upload/groups/32/hwwa_downloads/Rohstoffindex-dia.xls.pdf) 14.06.2010

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2.

Energiemanagement

Grundlage des Energiemanagements ist die Zielstellung der Reduzierung der Energieverbräuche und der Energiekosten als auch der daraus resultierenden Treibhausgasemissionen. Zu diesem Zweck würde ein dafür nötiges System in der DIN EN 16001 beschrieben. Es lassen sich hierbei Überschneidungen mit einem Umweltmanagementsystem feststellen. Daher ist auch eine Integration des Energiemanagementsystems in das Umweltmanagementsystem möglich (UGA 2010). Die DIN EN 16001 beschreibt die Anforderungen an ein Energiemanagementsystem, mit dessen Hilfe Unternehmen in die Lage versetzt werden, kontinuierlich und systematisch ihren Energieverbrauch zu senken. Zu diesem Zweck sollen die vorhandenen Potenziale zur Verbesserung der Energieeffizienz und zur Senkung von Kosten ermittelt und dokumentiert werden. Die sich daraus ergebenen Maßnahmen gilt es dann zu bewerten und unter wirtschaftlichen Bedingungen auch umzusetzen. Letztendlich dient das Energiemanagement zur Bewertung des Energieverbrauchs im Unternehmen und der fortlaufenden Verbesserung der Energieeffizienz im Einklang mit rechtlichen Anforderungen.

Abbildung 2: Modell des in der Norm beschriebenen Energiemanagementsystems (DIN EN 16001 Seite 5)

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Kernbestandteil des Energiemanagements sind klare Top-Down-Energiesparziele. So werden maßgebliche Unternehmensziele, wie z.B. eine 10%ige Einsparung der CO2-Emissioen bei der Volkswagen AG in den deutschen Werken bis 2013, auf die unteren Ebenen herunter gebrochen und nachverfolgt. Dies erfolgt durch die Einbeziehung des Top-Managements, das die Unternehmensziele auf operative Ziele herunter bricht. Die zur Identifikation und Nachverfolgung der Ziele nötige Transparenz muss z.B. über entsprechende Messeinrichtungen geschaffen werden. In produzierenden Unternehmen lassen sich zwei Hauptbereiche identifizieren, die mit Hilfe des Energiemanagements beeinflusst werden müssen. Dies sind zum einen die aktuelle Produktion, Anlagen und Infrastruktur. Zum anderen gehört aber auch die Planung dazu, die neue Anlagen und Produktionsabläufe plant. Zielstellung ist einerseits die aktuellen Energieverbräuche zu reduzieren und andererseits langfristig nur noch möglichst energieeffiziente Prozesse einzusetzen. Das zu betrachtende System ist jedoch je nach Unternehmensgröße, -art und -aufbau teilweise nicht sehr übersichtlich. So gibt es neben der eigentlichen Produktion verschiedenste Prozesse und Bereiche, die über die unterschiedlichsten Energieströme miteinander verknüpft sind. Hier kann es äußerst kompliziert sein eine interdisziplinäre Transparenz herzustellen. Diese ist aber von Nöten, um die Effizienzpotenziale aufzudecken.

Abbildung 3: Typischer Energiefluss durch eine Fabrik (Müller et. al 2009, S. 159)

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3.

Energie- und Stoffstrommanagement

In aktuellen Projekten ist jedoch festzustellen, dass allein die energetische Betrachtung von Prozessen nicht sinnvoll ist. Beispiele hierfür sind besonders materialeffiziente Prozesse, die jedoch hohe Energiebedarfe für die physikalische Umformung benötigen. Aus ökonomischer Sicht kann dies sinnvoll sein, wenn die Materialien teurer sind als die Energie. Für eine ökologische Bewertung muss jedoch der Betrachtungsrahmen erweitert werden. So gilt es alle Vor- und Nachketten zu betrachten. Dazu gehören die Energieproduktion als auch die Materialproduktion. So wird z.B. für die Produktion von Stahlbauteilen ein Vielfaches mehr an Energie in den Vorketten benötigt als zur Erstellung eines Bauteilrohlings. Zusätzlich müssen auch die Nachketten mit betrachtet werden. So gehen Abfallmaterialen, z.B. in Form von Stahlspänen, nicht verloren, sondern werden wieder als Rohstoff in die Systeme zurückgeführt. Mit dem Wissen über Vor- und Nachketten und der sich daraus ableitenden Zielstellung einer ganzheitlichen Optimierung von Prozessen wird klar, dass die reine Fokussierung auf Energie langfristig nicht zielführend ist. Vielmehr müssen alle relevanten Energie- und Stoffströme in die Betrachtung involviert werden. Ein optimierter Prozess sollte sowohl material- als auch energieeffizient sein. Diese Optimierung kann auch durch die effiziente Steuerung und Lenkung der Produktionsprozessketten erfolgen (vgl. Helling 2002, S. 44 f.). Trotz dieser Betrachtungen ist ein autarkes Energiemanagement nicht sinnlos. Es ist der erste wichtige Schritt hin zur ganzheitlich effizienten Fabrik. Als nächste Ausbaustufe muss dann aber in den Unternehmen eine stärkere Fixierung auf alle Ressourcen erfolgen. Somit würde das Energiemanagement in ein Energie- und Stoffstrommanagement umgewandelt werden. So könnte aber auf bereits installierte Prozesse zur ökologischen Optimierung zurückgegriffen werden. Auch sind die Vorgehensweisen sehr ähnlich, so dass eine Erweiterung durchaus Sinn macht. Es zeigt sich, dass insbesondere bei größeren Unternehmen nicht von heute auf morgen ein neues System installiert werden kann. Vielmehr muss das übergreifende Vorgehen und die Sichtweise auf Energie- und Stoffströme in die Prozesse implementiert werden. So ist es bei der aktuellen Diskussion zum Thema Energiemanagement viel wichtiger darauf zu achten, dass man hier später die Thematik Stoffstrommanagement mit integrieren kann. Nichtsdestotrotz kann Stoffstrommanagement gleichzeitig schon schleichend in die Prozesse mit integriert werden.

4.

Unterstützung der Planungsprozesse

In Pilotprojekten findet das Stoffstrommanagement bereits jetzt schon Anwendung. Hier wurde es z.B. bei dem Vergleich neuer technischen Alternativen der Lacknebelabscheidung verwendet. Es galt die neuen Verfahren modellhaft abzubilden, um eine Transparenz ihrer Energie- und Stoffströme herzustellen. Problematisch hierbei war, dass die Techniken teilweise erst noch in der Entwicklung waren und noch keine Anwendung in der Automobillackierung gefunden hatten (VDMA 2010, S. 286 ff.). Um diese Aufgabe zu lösen, wurden die unterschiedlichen Systeme abgebildet. Dabei lag die Kernaufgabe des Modells darin, die Berechnungen transparent, einfach und leicht veränderbar zu gestalten. Trotzdem musste die Möglichkeit gewahrt werden eine ökonomische und ökologische Bewertung durchzuführen. Hierbei beschränkte sich die ökonomische Bewertung nur auf die Vorhersage der Betriebskosten der Anlage. Für die ökologische Bewertung wurden nur alle Verbrauchsmaterialen bewertet. Es wurde keine gesamte Lackiererei bewertet, sondern nur die Teile im System, die sich durch die neue Technik ändern würden. Trotz der Möglichkeit des Einsatzes von Spezialsoftware entschied man sich für den Einsatz einer Lösung mittels MS Excel. Dies hatte den Vorteil, dass die vielen Beteiligten ohne Einarbeitung in eine Spezialsoftware sofort in dem Projekt mitarbeiten konnten und trotzdem hochkomplexe Berechnungen hinterlegt waren. Für eine ökologische Bewertung mussten jedoch alle relevanten Material- und Energieströme um

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ihren ökologischen Fußabdruck ergänzt werden. Hierzu dienten vorhandene Datenbestände, die auch zur Erstellung der Ökobilanzen genutzt werden. Es stellte sich heraus, dass nur wenige Energie- und Stoffströme die ökologische oder die ökonomische Gesamtbewertung der Prozesse maßgeblich beeinflussten. So lässt sich kein direkter ökonomischer und ökologischer Zusammenhang zwischen den Energie- und Stoffstrom finden. In den nachfolgenden Tabellen ist das Verhältnis zwischen Einkaufspreis (Euro) und ökologischem Rucksack (GWP) dargestellt. Es ist festzustellen, dass die Werte der Standard-Betriebsstoffe hier eng beieinander liegen. Große Abweichungen gibt es dann jedoch bei den Hilfsstoffen

2 1,5 1 0,5 0 elt. Energie Heizleistung VE Wasser Trinkwasser

Druckluft

Tabelle 1: € / GWP ausgewählter Betriebsstoffe

300 250 200 150 100 50 0 Koaguliermittel

Steinmehl

Trennmittel

Tabelle 2: € / GWP ausgewählter Hilfsstoffe

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Filterkerzen

Daraus leitet sich die Zielstellung ab, die wichtigsten Energie- und Stoffströme mit ihren ökologischen Rucksäcken bei der Planung neuer Produktionsprozesse unter ökologischen Gesichtspunkten mit zu berücksichtigen. Zur technischen Realisierung dieses Vorhabens muss auf eine Softwareunterstützung zurückgegriffen werden, die die ökologischen Rucksäcke dieser Ströme bereithält und einen ökologischen Quick-Check ermöglicht. Die Möglichkeit hierfür auf kleine Softwarelösungen mittels MS Excel zurückzugreifen kann sich für entsprechende einfache Anwendungen auch als Vorteil erweisen (Heldt & Wohlgemuth 2009, S. 85 f.; Pfaff-Simone 2010, S. 275 ff.) In den Planungsprozessen ist insbesondere in der Anfangsphase, also bei der groben Planung vor der Vergabe die Datentiefe noch nicht so groß, wie bei einer in Betrieb genommenen Anlage. Daher reicht hier ein Quick-Check aus. Außerdem hat sich in den Projekten gezeigt, dass nur wenige Energie- und Stoffströme einen signifikanten Einfluss haben. Und nur diese müssen, unter Berücksichtigung gewisser Abschneidekriterien, berücksichtigt werden. Das weitaus größere Problem ist jedoch vielmehr die Transparenz der Material- und Energieverbräuche. Hier besteht ebenfalls noch Handlungsbedarf. Es zeigte sich aber, dass die Forderungen zur Angabe der Verbräuche neuer Produktionsanlagen stetig zunehmen15, so dass sich auch Betrachtungen zum Life Cycle Costing immer detaillierter realisieren lassen. Auf dieser Grundlage lässt sich dann auch eine ökologische Bewertung implementieren. Denn die Zielstellung von Stoffstrommanagement ist die Verknüpfung von Ökonomie und Ökologie. Nur wenn beides Hand in Hand geht, lassen sich Unternehmen wirklich nachhaltig beeinflussen.

5.

Fazit

Effizienzpotenziale in der Industrie verstecken sich in Produktionsprozessen und Querschnittstechnologien, in der Optimierung von Materialströmen, durch energieeffiziente Produktinnovation und Dienstleistungen sowie durch die Nutzung verhaltensbedingter Einsparpotenziale. Trotzdem ist das Thema Stoffstrommanagement in der gesamten Industrie nur partiell implementiert. Es zeigt sich aber, dass die aktuellen Bestrebungen der Industrie im Bereich des Energiemanagements mittelfristig eine gute Grundlage bilden zur vollständigen nachhaltigen Optimierung aller Produktionsprozesse durch die Erweiterung auch auf die Stoffströme. Eine erste Methode zur Implementierung in die Planungsprozesse wird bereits jetzt geschaffen.

6.

Literatur

Deutsches Institut für Normung e.V. (Hrsg.) (2009): DIN EN 16001 - Energiemanagementsysteme – Anforderungen mit Anleitung zur Anwendung Heldt, K., Wohlgemuth, V. (2009): Typische Entwicklungs- und Entscheidungsprozesse zu betrieblichen Umweltinformationssystemen am Beispiel der Daimler AG. In: Fischer-Stabel, P., Kremers, H., Susini, A., Wohlgemuth, V. (Hrsg.): Environmental Informatics and Industrial Environmental Protection – Concepts, Methods and Tools. Volume 3, Aachen: Shaker Verlag Helling, K. (2002): Betriebliches Stoffstrommanagement. In: Heck, P.; Bemmann, U. (Hrsg.): Praxishandbuch Stoffstrommanagement: Strategien – Umsetzung – Anwendung in Unternehmen, Kommunen, Behörden. Köln: Deutscher Wischaftsdienst. S. 42-74 Meadows, D. H., Meadows, D. L., Randers, J., Behrens, W. W. (1972): The Limits to growth. New York: Universe books. 15

Dies zeigt sich z.B. in den Forschungsprojekt MAXIEM oder in den Bemühungen des VDW. (vgl. http://www.maxiem.eu/ & www.energieeffiziente-werkezugmaschine.de letzter Zugriff 02.06.2010)

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Müller, E., Engelmann, J., Löffler, T., Strauch, J. (2009): Energieeffiziente Fabriken Planen und betreiben. Heidelberg u.a.: Springer. Pfaff-Simone, W., Vogt, R., Wehenpohl, Dr. G., Spies, S., Giegrich, J. (2010): Der Klimarechner Abfallwirtschaft – Ein Excel-basiertes Tool zur schnellen Abschättzung der Treibhausgaswirkungen abfalölwirtschaftlicher Strategien und Maßnahmen. In: Müll und Abfall 06 2010. Berlin: Erich Schmidt Verlag. S. 272-277 UGA - Geschäftsstelle des Umweltgutachterausschusses (2010): Erfüllung der Anforderungen der DIN EN 16001 Energiemanagementsysteme durch EMAS III. EMAS Info Januar 2010. http://www.emas.de/fileadmin/user_upload/06_service/PDFDateien/DIN_EN_16001_und_EMAS_Januar_2010.pdf VDMA Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V. (Hrsg.) (2010): Deutsche Standards – Grün produzieren. Wiesbaden: Gabler Verlag.

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