Energieeffiziente Kunststoffverarbeitung Heute erfolgreiche Entscheidungen treffen

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1 Energieeffiziente Kunststoffverarbeitung Heute erfolgreiche Entscheidungen treffen Lehren aus der Aktuellen Europäischen Analyse Dr. Otto Urbanek Gurten, 4. März 2013

2 Agenda Urbanek Innovation Consulting - Spezialisierte Beratung für Maschinenbau und Kunststoffverarbeitung Ressourceneffizienz Definitionen. Daten. Fakten Das schwarze Loch zwischen Maschinen und Betrieb Erfolgshebel: Produktbezogenes Energie - Monitoring Resümee 2

3 Agenda Urbanek Innovation Consulting - Spezialisierte Beratung für Maschinenbau und Kunststoffverarbeitung Ressourceneffizienz Definitionen. Daten. Fakten Das schwarze Loch zwischen Maschinen und Betrieb Erfolgshebel: Produktbezogenes Energie - Monitoring Resümee 3

4 Der Spezialist für Unabhängige Beratung und Erfolgreiche Umsetzung Branchen Maschinenbau Serien- und Sondermaschinen Anlagenbau Automatisierung Kunststoffverarbeitung Schwerpunkte Unternehmensstrategie und Organisation Energieeffizienz, Leichtbau M&A Interim-Management Für Innovative Unternehmen im zentral-europäischen Raum 4

5 Urbanek Innovation Consulting liefert qualifizierte und ergebnisorientierte Beratungsleistung für Unternehmen Investoren Interessensverbände Kunden nutzen Kompetenz und Netzwerk Spezialisten Finance, M&A Human Ressources Sondertechnologien Forschungseinrichtungen Technologienetzwerken 5

6 Agenda Urbanek Innovation Consulting - Spezialisierte Beratung für Maschinenbau und Kunststoffverarbeitung Ressourceneffizienz Definitionen. Daten. Fakten Das schwarze Loch zwischen Maschinen und Betrieb Erfolgshebel: Produktbezogenes Energie - Monitoring Resümee 6

7 The EU goal the driving force to make energy efficiency transparent for the plastics and rubber machinery industry " " goal Reduce greenhouse gas emissions by 20% by 2020 in relation to 1990 levels Reduce primary energy consumption by 20% compared to projections for 2020 Achieve a 20% share of energy from renewable sources in the overall energy mix Source: Commission of the European communities, KOM(2008) 772 final 7

8 daraus resultieren Fragen und Sorgen Wie betrifft dieses Ziel die eigene Industrie? (Maschinenindustrie, verarbeitende Betriebe) Sind diese Ziele realisierbar? Wo stehen wir heute? Welche Effizienz-Potentiale gibt es überhaupt? Wird es zu neuen Gesetzen kommen? Wie werden diese aussehen? Führt die Forderung nach Energieeffizienz zu höheren Kosten? Auswirkungen auf die internationale Wettbewerbsfähigkeit? EUROMAP beauftragt Studie bei Urbanek Innovation Consulting Ziel: Daten, Fakten, Handlungsempfehlungen Grundlagen für politische Diskussion 8

9 Clear definitions necessary prior to analysis Studying several reports and study we identified the fundamental need for clear definitions otherwise any comparison would be misleading! EC (Energy Consumption) [kwh, TWh] usually considered per Site Product (S-EC) (P-EC) SEC (specific energy consumption) [kwh/kg], [kj/kg] being used for Site (Product) Converting Machine Material Enthalpy (S-SEC) (P-SEC) (M-SEC) (h) 9

10 Zu Beginn: Der spezifischen Energieverbrauch (SEC) als Vergleichswert Klare Definitionen erforderlich! Energy supply 1 kg plastics raw material drying conveying preheating enterprise infrastructure curing other processes converting machines assembly 1 kg products trimming painting cooling Illustrations: BASF (granulate), greiner bio-one (preanalytics product) 10

11 Maschinenhersteller kommunizieren üblicherweise einen sogenannten M-SEC. Der Wärmeeintrag ist dabei meist enthalten M-SEC The M-SEC includes: Heat input into material Machine movements (screw, clamp, ejector, ) Energy supply 1 kg plastics raw material drying conveying preheating enterprise infrastructure curing other processes converting machines assembly 1 kg products trimming painting cooling Illustrations: BASF (granulate), greiner bio-one (preanalytics product) 11

12 Das Einzige, was man wirklich genau kennt: Der SEC der Fabrik (S-SEC) Beinhaltet alles, auch nicht produktionsrelevante Elemente S-SEC Energy supply The S-SEC includes: Any energy relevant activity of a production site 1 kg plastics raw material drying conveying preheating enterprise infrastructure curing other processes converting machines assembly 1 kg products trimming painting cooling Illustrations: BASF (granulate), greiner bio-one (preanalytics product) 12

13 Das wirklich Entscheidende: Der P-SEC (produktbezogene SEC) Allgemeiner Befund: Unbekannt! P-SEC The P-SEC includes: All the energy which is needed to produce a particular finished good Relevant to product cost! Energy supply 1 kg plastics raw material drying conveying preheating enterprise infrastructure curing other processes converting machines assembly 1 kg products trimming painting cooling Illustrations: BASF (granulate), greiner bio-one (preanalytics product) 13

14 Der Maschinenhersteller kümmert sich um die Effizienz der Maschinen, nur selten um den Produktionsprozess! Der M-SEC inkludiert: Enthalpie-Differenz des verarbeiteten Materials Alle Maschinenfunktionen (Antrieb, Heizung, Steuerung,..) Energieversorgung Infrastruktur Peripherie 1 kg Rohmaterial kwh Andere Prozesse Maschine Verarbeitungsmaschine 1 kg Produkt Das energiebezogene Leistungsmerkmal der Maschine ist der Spezifische Energieverbrauch M-SEC (machine specific energy consumption) Illustrations: BASF (granulate), greiner bio-one (preanalytics product) 14

15 Our methodological approach to identify the M-SEC: Analyze technology - combine with material flow and create market models quantity today Technology today today 100% T2 Population + T1 T2 T3 T4 + T3 T4 Market Outlook age time time time average machine life time Direct interviews with European machine manufacturers by UIC 15

16 Expected technology shifts driven by market forces exemplary for Injection Moulding Technology (share) 100% Constant pump Electric variable displacement pump Hydraulic pump with variable motor Hydraulic variable displacement pump Electric machine Estimation for 2020: 85% of population <400t (50% el. machine, 50% hydr. pump with variable motor) time average machine lifetime 18 years, continuous renewal of machines (1:1) Efficiency numbers of single technologies according to received information and countercheck with measurement data; special high speed machinery for packaging not particularly considered 15% 400t (100% hydraulic pump with variable motor.) 16

17 Expected technology shifts driven by market forces exemplary for Extrusion Technology (share) 100% AC- Motor DC-Motor Efficiency gain by AC motor technology 10-15% + continuous improvement of gear efficiency time Only minimal efficiency gain on gear boxes to be expected due to present efficiency levels of 0,94 0,965; Torque motors could substitute conventional power trains especially on smaller units, but at present do not lead to a significant efficiency gain. 17

18 Blow Moulding: Analogue technological development according to related technologies Expectations Extrusion Hydraulic drive DC - drive Blow air is excluded AC - drive Movements Constant pump Variable displacement pump Electric machine Servo pump Energy consumption blow moulding machine Movements 1/3 2/3 Extruder (Plasticizing) 18

19 Heute allgemein: Produktivität + Preis im Fokus Ressourceneffizienz = Nebenschauplatz Produktivität Kosten Markterfolg der Maschinenhersteller definiert sich stark über Preis und Leistung Primäre Ausrichtung auf Produktivität und Preis Nutzung des aktuellen Angebots an Komponenten und Bauteilen Energieeffizienz Ressourcen- und Energie-Effizienz liefert Diskussionsstoff, ist aber nur selten das Kriterium für Investitionsentscheidungen TCO (total cost of ownership) wird im Markt noch wenig gelebt, Verarbeiter entscheiden vielfach nach Lieferpreis Anstrengungen der Maschinenhersteller beschränken sich bestenfalls auf die Einzelmaschine, nicht auf den Gesamtprozess Bei den Verarbeitern ebenfalls viele Einzelentscheidungen, oftmals ohne Hinterfragen von Systemzusammenhängen 19

20 Resümee: Produktivität treibt Energieeffizienz! In der Vergangenheit und in Zukunft! Höhere Produktivität von Anlagen bringt (nahezu) automatisch eine bessere Energieeffizienz. Verdoppelte Produktivität Die daraus resultierende marktgetriebene Erneuerung der Maschinenpopulation wird alleine einen zumindest 14% geringeren spezifischen Energieverbrauch aufweisen (Vergleich 2020 zu 2010) ohne verfahrenstechnische Verbesserungen! Zusatzerfolge leicht möglich, jedoch abhängig von begleitenden Maßnahmen Spezifischer Energieverbrauch = minus 30 Prozent 0,48 Population % 0,41 Organically renewed Population % - 0,03 kwh/kg Additional potential 20

21 Die absehbaren Technologie-Shifts ermöglichen deutliche Effizienz- Zugewinne für Verarbeitungsmaschinen Bis zum Jahr 2020 ergibt der Markt / Technologie Research: Die heute verkaufte Maschinentechnik (= verfügbar) weist einen um 14% geringeren Energieverbrauch auf als jenen der aktuellen Maschinen-Population Die bereits heute absehbare technologische Entwicklung, deren erwartete Marktdurchdringung lässt eine Technologie erwarten, womit die Maschinengeneration des Jahres 2020 rund 26% weniger Energie verbraucht als die aktuelle Maschinen-Population 21

22 Agenda Urbanek Innovation Consulting - Spezialisierte Beratung für Maschinenbau und Kunststoffverarbeitung Ressourceneffizienz Definitionen. Daten. Fakten Das schwarze Loch zwischen Maschinen und Betrieb Erfolgshebel: Produktbezogenes Energie - Monitoring Resümee 22

23 Europäische Maschinenpopulation: Durchschnittlicher spezifischer Energieverbrauch M-SEC von 0,48 kwh/kg Die Durchsatz-Mengenanteile der Verarbeitungstechnologien M-SEC 0,48 kwh/kg Thermoformen Blasformen Extrusion Spritzguss Durchschnitt ,2 0,4 0,6 0,8 1 Mengen 2008, Werte gerundet; Plastics Europe, UIC Interviews und Berechnungen Die Extrusionstechnologie als kontinuierliches Verarbeitungsverfahren liegt mit - M-SEC deutlich unter Mittelwert, - der große Durchsatzanteil liefert einen wesentlichen Beitrag am gewichteten Durchschnitt 23

24 Große Differenzen zwischen Maschinen und Fabrik! kwh/kg 2,5 2 1,5 1 Maschinen Fabrik 0,5 0 Spritzguss Extrusion Blasformen Thermoformen Durchschnitt Spezifische Energieverbräuche von Verarbeitungsbetrieben Internet-Befragung UIC, 2011: Verarbeitungsbetriebe in GER, AUT, ITA 24

25 Das schwarze Loch: Die Fabrik verbraucht im Durchschnitt dreimal mehr Energie als die Maschine! 66,5 TWh?? S-EC..Energieverbrauch der Verarbeitungsbetriebe P-EC..Energieverbrauch für die Herstellung aller Produkte M-EC..Energieverbrauch der Kunststoffmaschinen Enthalpie..i.w. Schmelzwärme für den Formgebungsprozess (weitgehend unbeeinflussbar) 22,8 TWh 8,0 TWh 9 : 3 : 1 S-EC P-EC M-EC Enthalpie 25

26 Allgemeiner Befund: produktbezogener /prozessbezogener Energieverbrauch unbekannt?? P-SEC Nicht bekannt: wo und wieviel Energie im Prozess wirklich verbraucht wird produktbezogene Energiekosten!!! Die Ausnahmen: Hochleistungs-Großserien-Applikationen mit hohem Integrationsgrad (Verpackung in Spritzguss und Thermoformen, PET, Medical, ) 26

27 Overview: Energy saving improvement potential; bridge from site to enthalpy Infrastructure, Building 1,41 Commitment EU PlastVoltage -14% SEC [kwh/kg] - 50% SEC gain by machine renewal, expected technology changes included! 100,0 % Pop ,9 % Pop ,48 0,41 0,17-14% Additional SEC potential, which can be reasonably influenced Minimum energy for transformation incl. energy losses S-SEC P-SEC M-SEC machine renewal additional potential "best technology" 27 average enthalpy

28 Die dramatische Folge: Große Effizienzgewinne bleiben aus! Fehlendes Datenmaterial und die Unkenntnis der gegenseitigen Abhängigkeiten von Verbrauchern verhindert die großen Sprünge durch strukturelle Maßnahmen Die Mehrausgaben für höherwertige Maschinentechnik bringen ohne Einbeziehen der Produktionsinfrastruktur nur einen Teil des möglichen Einsparungseffekts Derzeit fehlen geeignete Standards und Werkzeuge, die dem Verarbeiter eine brauchbare Entscheidungshilfe geben, um die Energie-Effizienzpotentiale besser zu nutzen 28

29 Agenda Urbanek Innovation Consulting - Spezialisierte Beratung für Maschinenbau und Kunststoffverarbeitung Ressourceneffizienz Definitionen. Daten. Fakten Das schwarze Loch zwischen Maschinen und Betrieb Erfolgshebel: Produktbezogenes Energie - Monitoring Resümee 29

30 Das Erfolgsrezept: Den produktbezogenen Herstellprozess ans Licht bringen (P-SEC) Nicht mit singulären Lösungsansätzen sondern mit Systemverständnis den ganzen Prozess betrachten! Die Energieverbräuche aller für die Herstellung eines Produkts erforderlichen Produktionselemente erfassen und monitoren 3 Druckluft Kühlung 30 + vorgelagerte Prozesse, Qualität (Ausschuss, Nacharbeit), Nachfolgeprozesse, Logistik,

31 Erste Erfolge: Revision der Euromap 60 M-SEC und P-SEC (opt.) als Standard Aus dem Pressetext: The existing EUROMAP 60 on the determination of the energy consumption of injection moulding machines was itself an important step forward in open debate on the subject, but, despite the intensive measurement effort made, failed Energy efficiency of injection moulding machines revision of EUROMAP 60 recommendation The ability to distinguish between machine-related and productrelated energy measurement will enable us to meet both political targets and customer demands, said Dr. Karlheinz Bourdon, Vice President Technologies of KraussMaffei Technologies GmbH, Munich, at Fakuma 2012 in Friedrichshafen. Quelle: Press Release Euromap vom 30. Jan

32 Energieverbrauch produktbezogen erfassen die einzig brauchbare Informationen für die Optimierung! Die produkt- und prozessbezogene Erfassung des Energieverbrauchs liefert wichtige Information: Zusammenhang zwischen Netto Produktionsleistung, Prozessparametern Energieverbrauch Hinweise auf wechselseitige Abhängigkeiten zwischen einzelnen Produktionsmodulen Echte Energiekosten am Produkt (Kalkulation!) Grundlage für ein echtes Benchmarking zwischen unterschiedlichen Produktionsanlagen 32

33 Transparenz des P-SEC für den Verarbeiter ist der Schlüssel für nachhaltige Verbesserung Lösungsansätze: A) Punktueller Ansatz Bestandsaufnahme in Form einer Analyse der innerhalb festzulegender Systemgrenzen Identifikation und Bewertung von Maßnahmen Umsetzung der Maßnahmen Zyklische Überprüfung der Zielerreichung 33

34 Die optimale Lösung: Online-Transparenz des P-SEC Strukturanalysen und Energieflüsse Struktur der Produktionsumgebung Verknüpfen der beteiligten Elemente Energieflüsse Lösungsansätze: A) Punktueller Ansatz Bestandsaufnahme in Form einer Analyse der innerhalb festzulegender Systemgrenzen Identifikation und Bewertung von Maßnahmen Umsetzung der Maßnahmen Zyklische Überprüfung der Zielerreichung B) Systemansatz Logische Abbildung des Produktionssystems Online-Transparenz des prozess- und produktbezogenen Energie- und Ressourcenverbrauchs Feb 2013: Aktuelle Projektinitiative im KC / UC 34

35 Produktbezogenes Energiemontoring wird zum Erfolgsmotor! - Warum? Analyse Maßnahmen Umsetzung Kostenreduktion und Wettbewerbsvorteil Energiekosten am Produkt und die Einflussparameter werden transparent Energie-Verbrauchsoptimierung und Ressourceneffizienz erfolgt ganzheitlich Echtes Benchmarking zwischen Anlagen wird möglich Gezielte Maßnahmen möglich (Prozessführung, Investitionen) und in ihrer Wirkung (Rentabilität) überprüfbar Sensibilität für TCO wird wachsen, Kenntnis des ROI für Energieeffizienz steigernde Maßnahmen wird Erneuerungsprozess beschleunigen Wissensvorsprung wird zum Wettbewerbsvorteil Wachsender wirtschaftlicher Nutzen -- über die Abschreibungsperiode hinaus! 35

36 Agenda Urbanek Innovation Consulting - Spezialisierte Beratung für Maschinenbau und Kunststoffverarbeitung Ressourceneffizienz Definitionen. Daten. Fakten Das schwarze Loch zwischen Maschinen und Betrieb Erfolgshebel: Produktbezogenes Energie - Monitoring Resümee 36

37 Resümee Kunststoffmaschinen: Energieeffizienz auf gutem Weg! Aber: Wissensmangel mit großem Hebel bei Verarbeitern (1 / 3 / 9) Lösung: Aussagekräftige Standards fehl(t)en Objektive Vergleiche von Produktionsmaschinen schwierig Unterbewertung der Energiekosten, teilweise Kurzfristdenken Wirtschaftliche Potentiale bleiben ungenutzt Komponenten- statt Systemdenken, Analysetools fehlen Investitionen mit (zu) kleinem Erfolgshebel Gesamtheitliches Ressourcen-Monitoring zur Online-Erfassung der produktbezogenen Energiekosten Kosten- und Wettbewerbsvorteile durch Mehr-Wissen! 37

38 Dr. Urbanek Technologie Management GmbH Technologiezentrum Ried Molkereistraße Ried im Innkreis Austria Telefon office@urbanek-consulting.com Das spezialisierte Consulting - Unternehmen für Maschinenbau und Kunststoffverarbeitung 38