Umweltbewertungen in der AVT und von elektronischen Produkten

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1 Corporate Technology Umweltbewertungen in der AVT und von elektronischen Produkten Siemens AG Corporate Technology Sustainable Lifecycle Management CT T DE HW 5 Dipl.-Ing. Christian Wegener Siemensdamm Berlin tel fax mo christian.wegener@siemens.com Copyright Siemens AG All rights reserved.

2 Inhalt Siemens Corporate Technology Definition Ökobilanz Energieeffizienz in der Baugruppenfertigung Ökologische Bewertung an Siprotec Geräteschutztechnik Fazit und weitere Vorgehensweise Page 2 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

3 Innovationsgetriebene Wachstumsmärkte Beispiel: Siemens Umweltportfolio Siemens Umweltportfolio Das Siemens Umweltportfolio besteht aus Produkten & Lösungen, die direkt zum Umwelt- und Klimaschutz beitragen Mit 29,9 Milliarden macht es über 40% des Gesamtumsatzes aus Unser Ziel ist es mit dem Umweltportfolio 40 Milliarden im Geschäftsjahr 2014 umzusetzen Im GJ 2011 halfen die Produkte und Lösungen des Umweltportfolios unseren Kunden 317 Millionen Tonnen 1) CO 2 einzusparen das entspricht im Jahr 2010 etwa 1% der weltweiten energiebedingten CO 2 -Emissionen oder fast 40% der Emissionen Deutschlands Umsatz Umweltportfolio (in Millionen ) 27, ) CO 2 Einsparungen bei unseren Kunden (in Millionen Tonnen) , , (Ziel) etwa 1% der weltweiten CO 2 -Emissionen im Jahr ) Inkl. OSRAM; 2) GJ 2010 vergleichbar gerechnet, exkl. OSRAM, inkl. neu hinzugekommenem Portfolio Page 3 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

4 Corporate Technology Innovationsnetzwerk im integrierten Technologiekonzern Kunden Chief Technology Officer (CTO) Innovationsstrategien bewerten Technologiebasiert Synergien fördern Innovationskraft sichern Technologien bewerten Lenken und Führen Energy Sektoren / Divisions Healthcare Industry Infrastructure & Cities Regionen Chief Technology Office (CT O) Direkte Unterstützung des CTO Corporate Research and Technologies (CT T) GTF mit Mehrfachwirkung Pictures of the Future Accelerators Corporate Development Center (CT DC) Software-Entwicklungspartner für die Sektoren Corporate Intellectual Property and Functions (CT IP) Intellectual Property Standardization and Regulation Information Research Corporate Technology (CT) Page 4 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

5 Corporate Technology (CT) CT macht Siemens zum Trendsetter auf all seinen Arbeitsgebieten Strategische Prinzipien der CT Fokussierung auf unternehmensrelevante richtungweisende Technologiefelder Service Provider mit Kundenorientierung Bündeln von Anwendungs- und Domänenwissen in offenen Netzwerken Differenzierung durch Spitzenleistung bei Planung und Projektierung Ausgewogenes Verhältnis von lang- und mittelfristiger Ausrichtung Auftrag der CT Stärken des Bedeutung und Sichern der technologischen Zukunft des Unternehmens: Technologien, Prozesse und IP-Dienstleistungen für die Business Units Schaffen von "innovation excellence" und Synergien in einem globalen Netzwerk mit Divisions und externen F&E- Partnern Unterstützung des CTO beim Angehen der künftigen zentralen Herausforderungen des Unternehmens Anwerbung und Ausbildung von Top-Experten und technischen Spitzenführungskräften für das Unternehmen Siemens-Vision Eine Welt erfolgreicher Begabungen, die Durchbruchinnovationen liefern, unseren Kunden einzigartige Wettbewerbsvorteile verschaffen, es Gesellschaften ermöglichen, ihre wichtigsten Herausforderungen zu meistern, und nachhaltige Werte schaffen Page 5 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

6 Corporate Technology: Präsenz auf führenden Märkten und technologischen Hot Spots Bratislava Brünn St. Petersburg Kopenhagen Prag Zilina Berkeley Princeton Berlin Nürnberg Erlangen München Hamburg Linz Salzburg Wien Istanbul Graz Moskau Kosice Peking Braşov Gurgaon Kolkata Tokio Ankara Shanghai Pune Chennai Bangalore Singapur Page 6 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

7 Siemens AG, Corporate Technology Sustainable Lifecycle Engineering Corporate Technology Zentrale Forschungsabteilung 150 Standorte weltweit In Global Technology Fields (GTF) werden Experten aus den global agierenden Forscherteams zusammen geführt, um die Kompetenzen zu bündeln und für die Sektoren von Siemens als bevorzugter Partner für Innovationen tätig werden zu können GTF: Sustainable Lifecycle Engineering Ökologische, ökonomische und technologische Ressourcenoptimierung im Produktdesign und der Herstellungsphase Integration von Umweltanforderungen im PLM-Prozess Beratung bei der Entwicklung neuer Technologien unter Berücksichtigung ökologischer Aspekte Umweltbewertungen von Siemens Produkten Page 7 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

8 Definition Ökobilanz Ökobilanz (engl. auch LCA Life Cycle Assessment) : systematische Analyse der Umweltwirkungen von Produkten während des gesamten Lebensweges ( von der Wiege bis zur Bahre ) Betrachtung sämtlicher Umweltwirkungen während der Produktion, der Nutzungsphase und der Entsorgung des Produktes, sowie die damit verbundenen vor- und nachgeschalteten Prozesse (z. B. Herstellung der Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe) Umweltwirkungen: sämtliche umweltrelevanten Entnahmen aus der Umwelt (z. B. Erze, Rohöl) sowie die Emissionen in die Umwelt (z. B. Abfälle, Kohlendioxidemissionen) Anwendungen o ganzheitliche Bilanzierung o vergleichenden Ökobilanz o Optimierung einzelner Umweltaspekte Page 8 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

9 Kumulierter Energieaufwand, Wirkungskategorien Primärenergieaufwand (kumulierter Energieaufwand = KEA) Beinhaltet sämtliche energetischen Aufwände zur Herstellung eines Produkts Wirkungskategorien Acidification o Ökologische Wirkungen einzelner Stoffe werden zusammen gefasst. o Stoffe und Emissionen aus der Stoffbilanz werden nach ihren Umweltwirkungen gegliedert und den entsprechenden Wirkungskategorien zugeordnet. Resource depletion Human Toxicity Photochemical ozone creation Global Warming Eutrophication Source: IISI Sustainability Assessment in Internet Page 9 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

10 Ökobilanzierung - ISO Normen Umweltmanagement Ökobilanz o Grundsätze und Rahmenbedingungen (ISO 14040:2006) o Anforderungen und Anleitungen (ISO 14044:2006) Emissionen und Abfall Erderwärmung Erderw ärmung, Sommersmog Sommersmog, Versauerung Versauerung, Eutrophierung etc. Ressourcen Ressourcen Herstellung Herstellung Transport Transport Nutzung Nutzung Entsorgung Entsorgung Lebensweg Lebensweg Wirkungsabschätzung Sachbilanz Vorbereitung Ökobilanz Aufbereitung Projektstruktur Team Ansprechpartner Terminplan Arbeitsplan Kick off Ziel und Untersuchungsrahmen Sachbilanz Wirkungsabschätzung Auswertung Darstellung der Ergebnisse Dokumentation Critical Review Page 10 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

11 Energy Efficiency for Electronics Research Focus Energieeffizienz in der Elektronikfertigung Fertigungslogistik, Anlagenverbrauch Energieeffizientes Design Materialien, Fertigung, Betrieb Energiebilanzierung Verifizierung der Verbrauchswerte Recherche im Betätigungsumfeld Normen, Konferenzen, Institute Page 11 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

12 Energieverbrauch in der Elektronikfertigung Testbaugruppe in EPA - Assembly Line Board und Setup: Pb-freier Prozess Einseitiger Aufbau 57 Baugruppen Aufbau incl. Setup / Vorlauf etc. o 08:30 12:00 Uhr o Betrieb: 08:30 Uhr 11:50 Uhr o Baugruppendurchlauf: 10:00 Uhr 11:50 Uhr Reflowofen benötigt mit Abstand die meiste Energie! Energy Consumption / kwh Energy Consumption Assembly Line 7-12 am incl. Setup Time 0 Printing Assembling Force Convection Page 12 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

13 Energieverbrauch in der Elektronikfertigung Zusammenfassung Energieaufteilung Hochheizung der Anlage ca. 45 kw (max. Leistungsaufnahme einstellbar, Wert unbekannt) Hoher Energiebedarf für das Setup und Run up Betrieb zwischen 7 kw 25 kw Energy Consumption Assembly Testboard - Force Convection Energy Consumption / kwh Setup Phase Soldering Phase Total Consumption Page 13 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

14 Energieverbrauch in Elektronikfertigung Einflussgrößen auf Energieverbrauch Hoher Einfluss auf den Energieverbrauch Force Convection Reflowofen: o Profil / Temperaturen o Lüfterfrequenzen Geringer Einfluss auf den Energieverbrauch Force Convection Reflowofen: o Löten unter Stickstoff o Bandgeschwindigkeit o Transportbreite Energieverbrauch / kwh 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 Energieverbrauch / kwh Einflussgrößen Energieverbrauch - Reflowofen Bandgeschwindigkeit Low Medium High Profil Einflussgrößen Energieverbrauch - Baugruppenabstand 720 mm/min 920 mm/min 0, mm 0 Low Medium Profil High 20 mm 50 mm Baugruppenabstand Page 14 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

15 Energieverbrauch in Elektronikfertigung Einsparpotentiale Reflowofen Bisherige Messungen zeigen Energie-Einsparpotentiale durch folgende Maßnahmen: Im Betrieb o Möglichst niedriges Temperatur-Profil o Maximale Baugruppen-Beladung o Hohe Bandgeschwindigkeit o Niedriger Baugruppenabstand o Keine N 2 -Verwendung Im Leerlauf o Herunterfahren ( Kühlenprofil ) lohnt sich schon ab 29 min Leerlaufzeit o Reduzierung der Lüfterfrequenzen Page 15 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

16 Ökologische Bewertung an Siprotec Geräteschutztechnik - Beschreibung Page 16 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

17 Ökologische Bewertung an Siprotec Geräteschutztechnik - Motivation Systematische Analyse der Umweltwirkungen von Produkten während des gesamten Lebensweges ( von der Wiege bis zur Bahre ) Ergebnisdarstellung der Wirkungskategorien Global Warming Potential (u.a. CO 2 -Footprint ), abiotischer Ressourcenverbrauch, Versauerung, Eutrophierung, Humantoxizität, bodennahe Ozonbildung Betrachtung relevanter Umweltwirkungen während der Produktion, der Nutzungsphase und der Entsorgung des Produktes, sowie die damit verbundenen vor- und nachgeschalteten Prozesse (z. B. Herstellung der Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe) Produktsystembezogene Darstellung von CO 2 -Footprint und Materialzusammensetzung Bereitstellen entsprechend aufbereiteter LCA-Ergebnisse für eine Produktumwelterklärung Typ II+ gemäß SN Variantenvergleich bzgl. GWP und Materialzusammensetzung in der Herstellungs- und Nutzungsphase einschließlich Interpretation Page 17 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

18 Ökologische Bewertung an Siprotec Modellierung Nutzung Siprotec V5 Nutzungsphase: o 20 Jahre Wartung o o dreijährige Wartungs-Intervalle Pufferbatterie - Wechsel nach spätestens 10 Jahren Produktsystem Gehäuse 1-3 Gerät Einbau CP-200 PS-201 IO-202 Page 18 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

19 Ökologische Bewertung an Siprotec Modellierung Recycling Siprotec V5 Batterie o Stoffliches / thermisches Recycling + Gutschriften Flachbaugruppen und elektrische Bauelemente o Shredder, Kupferhütte, Edelmetallscheidung, stoffliches Recycling + Gutschriften Mechanik o stoffliches/thermisches Recycling + Gutschriften Page 19 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

20 AP 1: Materialzusammensetzung (Massenanteil) Gerät (Produktsystem 1-3 Einbau) Produktsystem Gehäuse 1-3 Gerät Einbau CP-200 PS-201 IO-202 Page 20 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

21 AP 1: LCA Siprotec 5 Overall view lifecycle impact Page 21 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

22 Global Warming Potential (GWP) Das (relative) Treibhauspotenzial (engl.: Global Warming Potential, Greenhouse Warming Potential oder GWP) oder CO 2 -Äquivalent gibt an, wie viel eine festgelegte Menge eines Treibhausgases zum Treibhauseffekt beiträgt. Als Vergleichswert dient Kohlendioxid; die Abkürzung lautet CO2e (für equivalent). Der Wert beschreibt die mittlere Erwärmungswirkung über einen bestimmten Zeitraum; oft werden 100 Jahre betrachtet. Zum Beispiel hat CH 4 (Methan) einen GWP von 23 (ein Methan-Molekül hat die gleiche Wirkung wie 23 CO 2 -Moleküle Sources: IISI Sustainability Assessment in Internet University of Copenhagen, DTU Dep. of Management Engineering Section for Quantitative Sustainability Assessment Page 22 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

23 AP 1: Wirkungsabschätzung Lebensweg GWP 100 in kg CO2-equiv. (Produktsystem 1-3 Einbau) Produktsystem Gehäuse 1-3 Gerät Einbau CP-200 PS-201 IO-202 Page 23 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

24 AP 1: Wirkungsabschätzung Nutzungsphase mit verschiedenen Strom-Mixen (Produktsystem 1-3 Einbau) Produktsystem Gehäuse 1-3 Gerät Einbau CP-200 PS-201 IO-202 Page 24 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

25 Ökologische Bewertung an Siprotec Ergebnisse und Fazit Nutzungsphase GWP absolut dominiert (87%) o Power Grid Mix (EU-25) dominiert o Standby-Betrieb Herstellungsphase o Flachbaugruppen dominieren Elektronische Bauelemente dominieren (Folgende Komponenten / Materialien haben Auswirkungen auf die jeweilige Wirkungskategorie): Treibhauspotential (GWP) Flüssigkristall-Displays (Bleioxide in Glasloten) Keramikkondensatoren (Silberanteil) Versauerungspotential (AP) Keramikkondensatoren (Silberanteil) SO 2 beim Strom-Mix BGA (Inorganische Ammoniak-Emissionen) Photochem. Ozonbildungspotential (POCP) BGA (SO 2 ) FPGA (SO 2 ) Das Design elektronischer Komponenten beeinflusst die Energieeffizienz! Page 25 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

26 SIPROTEC 5 Environmental Assessment acc. to ISO First complete Lifecycle Assessment carried out including all possible product configurations Environmental hotspots identified IPC-Configurator will be one of the leading worldwide approaches to provide costumer specific environmental information on demand Advantages SIPROTEC o o Weight reduction of 19 % with enhanced functionality Modularity enables easy adaption to costumer requirements Page 26 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

27 Produktumweltdeklaration Aufbereitung der Ergebnisse für Öffentlichkeit Entsprechend SN o Umweltdeklarationen Typ II+ (ISO/TR 14025): Umweltdeklarationen mit quantifizierten Daten und Informationen, die auf einem "Life cycle Inventory Analysis (LCI)" gemäß ISO beruhen und deren Inhalt und Format durch Siemens empfohlen werden. o Produktumweltdeklaration wird durch EPD- Reviewboard begutachtet (internal critical review) Bereitstellung entsprechend aufbereiteter LCA- Ergebnisse durch Corporate Technology Inhalt und Layout werden durch den Auftraggeber festgelegt und freigegeben. Page 27 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering

28 Energy Efficiency for Electronics Advanced Electronics can substantially contribute to energy saving SCM PLM Design of energy efficient electronics (low power design) Energy saving and environmentally friendly operation of the electronic itself Energy efficient manufacturing of electronics Energy efficient industrial production Operations Electronics enabling a maximum energy efficient operation of a system Energy saving and environmentally friendly operation of an entire system / plant Page 28 March 13, 2012 C. Wegener Sustainable Lifecycle Engineering