Material- und Energieeffizienzsteigerung

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1 Material- und Energieeffizienzsteigerung in der Produktion - Entwicklungen und Potentiale Prof. Dr.-Ing. Susanne Hartard Prof. Dr. Klaus Helling Umwelt-Campus Birkenfeld Institut für angewandtes Stoffstrommanagement Umwelt-Campus Birkenfeld 1

2 Die Sprünge der Effizienzrevolution Erste Industrielle Revolution Zweite Industrielle Revolution Dritte Industrielle Revolution 2

3 Bedeutung der Ressourceneffizienz 40 % der Bruttoproduktionskosten im verarbeitenden Gewerbe sind Materialkosten 25 % der Kosten sind Personalkosten 2-3 % der Kosten sind Energiekosten Quelle: demea 3

4 Materialkosten im produzierenden Gewerbe Sonstiges 13,4% Mieten, Pachten 1,5% Dienstleistungen 1,6% Energie 1,7% Lohnarbeiten 2,3% Abschreibungen 2,9% Kostensteuern 3,5% Handelsware 12,0% Material 42,0% In der Summe sind es mehr als 500 Mrd.! Nach Studien können davon 20% eingespart werden! Personal 19,1% Quelle: Statistisches Bundesamt

5 Energiekostenanteile nach Branchen Quelle: kfw

6 Energiekosten in Energieintensiven Branchen Industrie/Branche Kalk Zement Ziegel Chemische Industrie (Chlor, Ammoniak, Industriegase) Stahl (Integrierte Hüttenwerke) Energiekosten vom Bruttoproduktionswert (in %) 22 % 15,6 % 13,6 % bis 50 % 30 % Datenquellen: Hartard 2008, BMWi 2008, VCI 2008 Oberschmidt et al

7 Ansatzpunkte zur Steigerung der Ressourceneffizienz in Unternehmen Verminderung von Ausschuss/Blindleistung (= Steigerung der Qualität) Optimierung der Produktionsprozesse (Energieeffizienz, Verschnitt) Optimierung der Konstruktion z.b. Leichtbau, Verpackungsreduktion Verstärktes Werkstoffrecycling Bessere Auslastung von Geräten, Anlagen und Spezialmaschinen Wertschöpfungskettenübergreifende Optimierungen 7

8 Effizienz durch Optimierung der Produktion Senkung des spezifischen Primärenergieverbrauches in der Stahlindustrie seit 1990 um 20 % Quelle: Ameling, D. (2008) Vortrag Ressourceneffizienz Stahl ist die Lösung 8

9 Erreichte Effizienzsteigerungen in Energieintensiven Branchen (Hartard 2008) Branche Gesamtreduktion des spez. Energieverbrauches Zeitspanne Effizienzsteigerung pro Jahr Glas - 85 % ,6 Stahl - 60 % ,4 Zement - 46 % ,8 Chemie - 35 % ,1 Papier - 29 % ,6 Aluminium - 12 % ,4 9

10 Effizienz durch Technologiewandel Beim Elektrostahlofen wird Stahlschrott eingeschmolzen. Der Primärenergieverbrauch beträgt nur 25 % des Oxygenverfahrens (FIZ Karlsruhe 2006) Bild: Fa. Krupp Historisches Archiv Elektrostahlöfen: Lichtbogenofen 10

11 Effizienz durch Optimierung von Querschnittstechnologien Lampensysteme Elektromotoren Pumpensysteme Druckluftsysteme Klimatisierung Wärmebereitstellung Trocknungstechnik 11

12 Effizienz durch Label kennzeichnen: Energieeffizienzklassen bei Elektromotoren Europäischer Herstellerverband von elektrischen Maschinen und Leistungselektronik (CEMEP) - CEMEP-eff-Klassifizierung für Motoren im Leistungsbereich 1,1 kw und 90 kw EFF 3 Entspricht den derzeit auf dem Markt befindlichen üblichen Wirkungsgraden EFF 2 Im Wirkungsgrad verbesserte Motoren EFF 1 "Hocheffiziente" Motoren, η liegt z.t. über den nordamerikanischen Anforderungen. 12

13 Effizienz durch Lebenszykluskostenoptimierung Technologie Investitionskosten Energiekosten Instandhaltungskosten Druckluft 78 % 19 % 3 % Pumpen 82 % 10 % 8 % Ventilatoren 90 % 5 % 5 % Elektromotoren 97 % 2 % 1 % Datenquellen: Hartard 2008, Bayerisches Landesamt für Umwelt, Deutsche Energieagentur 2008, Krämer

14 Die Effizienz der Natur -> bis 95 % Lichtausbeute Biolumineszenz eines Glühwürmchens (Photinus pyralis): Luciferin reagiert unter Anwesenheit des Katalysator-Enzyms Luciferase mit ATP und Sauerstoff 14

15 Lichtausbeute bei Beleuchtungssystemen (Lichtausbeute in % der aufgewendeten elektrischen Leistung) 2 % 3 % 11 % 13 % 15

16 Vergleich des Energieverbrauchs einer 100 Meter langen Leuchtstofflampenreihe aus Einzelleuchten à 150 cm Länge und einer 100 Meter langen Leuchtdiodenreihe Daten Elektrische Leistung pro Meter [W/lfm] Elektrische Leistung bei 100 m Leuchtstofflampe 80 W, KVG, 26 mm Ø, mm Leuchtmittel Lichtrohr mit 96 LEDs, 25 mm Ø, mm Inkl. Verlustleistung für Vorschaltgeräte pro Meter Lichtlinie P = 53,33 W/lfm P = 15 W/lfm 53,33 W/lfm x 100 m = W 15 W/lfm x 100 m = W Verbrauch / Jahr [kwh/j] W x h/j = ,54 kwh/j Stromkosten / Jahr [ /J] ,54 kwh/j x 0,1645 /kwh = 3.842,48 /J W x h/j = kwh/j kwh/j x 0,1645 /kwh = 1.080,77 /J => Jährliche Energiekosten-Ersparnis bei Verwendung von Leuchtdioden: 2.761,71 Fazit: Energieeinsparung und Kostensenkung von 72% Quelle: 16

17 Das Leitbild der Industrial Ecology - eine Kombination von Management- und Technologiewandel Wirtschaften nach dem Vorbild der Natur: Analogie, Biomechanik, Synergieeffekte, Nischen nachhaltige Stoff- und Energiewirtschaft: Kaskaden, Zyklen, Regenerativität, solare Energiewirtschaft Kooperation in Unternehmensnetzwerken: Symbiose Technologiewandel: Effizienz, Servicefunktionen 17

18 Wo stehen wir heute? Cleaner production Life Cycle management Industrial Ecology Grafik: Helge Brattebø - NTNU - Industrial Ecology Programme 2002 Internet: 18

19 Hemmnisse zur Nutzung der Potentiale 1. Unzureichendes Wissen über neue Materialien und Prozesse, die zur Steigerung der Ressourceneffizienz eingesetzt werden können. 2. Never Change a running system Es wird das Risiko gescheut, bestehende Produktionsprozesse zu verändern und material- oder energieeffizientere Verfahren einzusetzen. 3. Ressourceneffizienzgewinne erfordern oft eine wertschöpfungsstufenübergreifende Kooperation, die die Zusammenarbeit mehrerer Akteure bedingt (Zwischenbetriebliches Stoffstrommanagement) 19

20 Ressourceneffizienz braucht Eco-Innovationen Eine Eco-Innovation ist ein neuartiges, wettbewerbsfähiges Produkt (oder System, Prozess, Dienstleistung, Verfahren) zur Befriedigung menschlicher Bedürfnisse und zur Erhöhung der Lebensqualität unter Nutzung minimaler Verbräuche von Ressourcen (einschließlich Energie und Flächenverbrauch) über den vollständigen Lebenszyklus pro Output-Einheit und unter minimaler Emission toxischer Substanzen. (Vgl. Reid/Miedzinski 2008) 20

21 Besonders relevante Technologien Sensorik Oberflächentechnologien Prozesstechnologien Prozessintensivierungstechniken Wassermanagement Recyclinginfrastrukturen und technologien Werkstofftechnologien Technologien zur Nutzung nachwachsender Rohstoffe Energiebereitstellungstechnologien Quelle: Paper zu Arbeitspaket des Projekts Materialeffizienz und Ressourcenschonung, Wuppertal 2008, S

22 Besonders relevante Strategien Design for Resource Efficiency Design for Reuse Produkt-Service-Systeme zur Ressourceneffizienzsteigerung in der Nutzungsphase Neue Produktions- und Konsummuster zur Steigerung der Ressourceneffizienz Umsetzung von Ressourceneffizienz in Standards und Normen Quelle: Paper zu Arbeitspaket des Projekts Materialeffizienz und Ressourcenschonung, Wuppertal 2008, S

23 Material- und Energieeffizienzberatung EffCheck Produktionsintegrierter Umweltschutz in RLP Materialeffizienzberatung über DEMEA Energieeffizienzberatung über KfW und DENA Öko-Profit EMAS/ISO Energietische und andere Netzwerke (z.b. Modell Hohenlohe)... 23

24 Impulsprogramm Materialeffizienz Die Bundesregierung fördert die Erkennung und Erschließung von Einsparpotenzialen durch Zuschüsse für Einzelbetriebliche Beratungen die Koordination von gemeinschaftlichen Aktivitäten in Materialeffizienznetzwerken 24

25 Inhalte der Förderung Analyse der Stoffströme Verlustquellenermittlung Ermittlung Einsparpotenziale Maßnahmenplanung Vertiefungsberatung Umsetzungsbegleitung Akkreditierte Materialeffizienzberater Stärken/Schwächen-Analyse Gemeinsame Aktivitäten: Information/Schulung Erfahrungsaustausch Maßnahmenplanung Synergieeffekte Neutrale Netzwerkskoordination Gleichzeitige Teilnahme an VerMat und NeMat möglich! 25

26 VerMat: Kennziffern, Basis: 236 Potenzialanalysen Ergebnisse der bisherigen Potenzialanalysen Einsparpotenziale ( ) Potenzial/Mitarbeiter Potenzial/Jahresumsatz Mittelwerte ,48 % Anzahl PA Potenzial Metallverarbeitung 116 2,52 % Kunststoffverarbeitung 25 2,60 % Sonstige Branchen 63 2,71 % Prozessverbesserung 199 2,39 % Produktverbesserung 28 3,43 % Quelle: demea 26

27 VerMat: Ergebnisse Nach den bisherigen Potenzialanalysen konnte die Materialeffizienz ohne große Investitionen erhöht werden! Die Hälfte der Vorschläge war direkt umsetzbar (Investitionen < 10 K ) Weitere 20 % der Vorschläge erforderten Investitionen < 50 K bei Amortisationszeiten < 6 Monate 27

28 Fördersätze einzelbetriebliche Beratungen Potenzialanalysen Vertiefungsberatungen, Umsetzungsbegleitung Materialeffizienznetzwerke Etablierung des Netzwerkes Umsetzung der Konzeption Beratungskosten PA: 67%, max VB: 33%, max Zusammen max Netzwerkkoordination Phase I: 75% Phase II: 50% zusammen max

29 Energieeffizienzberatung über DENA Förderung von Initial- und Detailberatung Unternehmen erhalten für die ein- bis zweitägige Initialberatung einen Zuschuss in Höhe von bis zu 80 % des vereinbarten Tageshonorars (maximal 640 Euro pro Beratungstag bei einer maximalen Bemessungsgrenze von Euro). Unternehmen erhalten für die Detailberatung einen Zuschuss in Höhe von bis zu 60 % des maximal förderfähigen Tageshonorars (maximal 480 Euro pro Tag), bei einer maximalen Bemessungsgrundlage von Euro. Initial- und Detailberatung können unabhängig voneinander beantragt werden. 29

30 Ausblick Alle Branchen sind angesprochen Beratungspotenziale vor allem für KMU Querschnittstechnologien in jedem Unternehmen Netzwerkkooperationen (z.b. Effizienztische, PIUS) Energiemanagement und Technologiewandel Fragen? 30

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