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LCS Life Cycle Simulation GmbH, www.lcslcs.de
Ökobilanzen als Maß für
Ressourceneffizienz von Beschichtungen
Dr. Matthias Harsch, Julian Maruschke, Judith Schnaiter
LCS Life Cycle Simulation GmbH, Backnang
www.lcslcs.de
Ressourcenschonung durch Beschichtungen77. Lacktagung, GDCh, 26.-28. September 2012, Bremerhaven
LCS Life Cycle Simulation GmbH, www.lcslcs.de
� Ressourceneffizienz - Einführung
� Ressourceneffizienz - Chemie
� Ressourceneffizienz - Korrosionsschutz
� Ressourceneffizienz - High-Tech
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Ökobilanzen als Maß für RessourceneffizienzÜbersicht
LCS Life Cycle Simulation GmbH, www.lcslcs.de
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Ressourceneffizienz - EinführungBetrachtungswinkel
DetailGesamt
Beide Sichtweisen sind für nachhaltige Entscheidungen wichtig
LCS Life Cycle Simulation GmbH, www.lcslcs.de
� In 2040 wird die Weltbevölkerung ihren Höchststand erreichen (8,1 Milliarden)
� Klimawandel wird voranschreiten(globale Erwärmung, Reduzierungder Artenvielfalt, Rückgang des arktischen Eises, etc.)
� Fokus auf kurzfristige Ziele verhindert das Treffen von weisen Entscheidungen für langfristiges Wohlbefinden
� “Business as usual is not an option if we want our grand-children to live in a sustainable and equitable planet”
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Ressourceneffizienz - EinführungStatement: Club of Rome
Source: 2052: A Global Forecast for the Next Forty Years, 2012The Limits of Growth: The 30-Year Update, 2004
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� Zustand des Planeten: Artenvielfalt ist global zurückgegangen, menschliche Forderungen an den Planeten übersteigen die Ressourcen (Versorgung, Wasserknappheit)
� Steigende Treibhausgasemissionen und globale Temperatur haben signifikante Wirkung auf Artenvielfalt, Wasser, Ökosysteme, Nahrung und menschliches Wohlergehen im Allgemeinen
� „Do Nothing“-Szenario ist keine Alternative. WWF schlägt vor, das Kapital der Erde innerhalb den natürliche Grenzen zu verwalten und zu teilen
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Ressourceneffizienz - EinführungStatement: WWF Living Planet Report 2012
Source: www.wwf.de/fileadmin/fm-wwf/Publikationen-PDF/WWF_LPR_2012.pdf
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Ressourcen-verknappung
Demografischer Wandel
Klimawandel;Energieverbrauch
Süßwasser-mangel
Megatrendsder
Nachhaltigkeit
Complexity
Dynamic
Wissensmanagement für steigende “dynaxity*”
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Ressourceneffizienz - EinführungHerausforderungen einer nachhaltigen Zukunft
*Dynaxity = Dynamics + ComplexitySource: megatrends of sustainability, Bundesministerium für Umwelt, Berlin, 2008
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Produktions-standorte
weltweit
Technologien
Stand der Technik, Innovationen
Arbeits-zeitmodell
LCS
Lebenszyklus-modelle
Technologie
Stärken, Schwächen, Potenziale
Ökonomie
Rentabilitätsgrenzen, Kostentreiber
Ökologie
Ressourcen, Emissionen
Benchmark
Transparenz schaffen – umgestalten – bewerten – implementieren
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Ressourceneffizienz - EinführungWissensmanagement – Teil der LCS Dienstleistungen
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ErneuerbareRessourcen
Nicht-erneuerbareRessourcen
Reaktion auf sich permanent ändernde Randbedingungen
Technosphäre Ökosphäre
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Ressourceneffizienz - EinführungInteraktion zwischen Technosphäre und Ökosphäre
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Produktion
Nutzung
Recycling
Herstellung
Ökobilanz (ISO Standard 14040 und 14044)
Ziel/ Umfangsdefinition
Sachbilanz
Wirkungsabschätzung
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Ressourceneffizienz - EinführungMaß für Ressourceneffizienz: Ökobilanz
Ressourcen
Emissionenin die Umwelt
Erneuerbare RessourcenCO2-Zyklus
Methode Ökobilanz
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� Ressourceneffizienz - Einführung
� Ressourceneffizienz - Chemie
� Ressourceneffizienz - Korrosionsschutz
� Ressourceneffizienz - High-Tech
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Ökobilanzen als Maß für RessourceneffizienzÜbersicht
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Ethylen- glykol
Ethylen- oxid
EthylenPyrolyse- benzin
PropylenChlor AmmoniakSynthese-
gas
CO
Bisphenol A
Phenol Aceton
Cumol
Glycidyl- methacrylat
Hydroxy- ethylmeth-
acrylat
Butyl- acrylat
Hydroxy- ethylacrylat
Methyl- meth- acrylat
Methyldi- ethanol
als Diamin
Polyether als
Polyol
Polyester als
Polyol
Iso- cyanate
Acetoncy- anhydrin
Epichlor- hydrin
Dicarbon- säure
Calcium- hydroxid
Ethyl- benzol
Meth- acryl- säure
Allyl- chlorid
Acryl- säure
Methan
Butanol
Propylen- oxid
Epoxidharz Acrylatharz Polyurethanharz
Steinsalz Erdöl Erdgas
AcroleinBenzol
Styrol
Xylol
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Produkte
Ressourcen
Ressourceneffizienz - ChemieBilanzierung der Herstellungswege von Lackrohstoffen
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Prozess
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Verwertung
Energie-bereitstellung
Vorprodukte
Hauptprodukt
Nebenprodukte
InternesRecycling
• Abfall• Abwasser• Abluft• Abwärme
Emissionen in die UmweltInterne
Verwertung
Transporte
Ressourceneffizienz - ChemieDatenaufnahme und Auswertung bei Prozessen
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0
50
100
150
200
250
300
Bindemittel Lösemittel Härter Pigmente Additive Füllstoffe
Pri
mä
ren
erg
ieb
ed
arf
in M
Jz
ur
He
rste
llun
g v
on
1 k
g L
ac
kro
hs
toff
en
700 500„Exotische“ Produktekönnen noch höhereWerte aufweisen.
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Ressourceneffizienz - ChemiePrimärenergiebedarf zur Herstellung von Lackrohstoffen (wichtige Produkte)
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Kompoundierung
BM1 BM1 BM3 BM5 Härter1 Hauptprodukte
5 2 5 7 1 1 1 8 8 38
15 6 15 21 3 2 2 16 16 96
30 12 30 42 6 4 4 32 32 192
Bindemittelsynthese
BM3 Härter2 8 LM 8 Additive
Synthesestufenzum Erdöl
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Ressourceneffizienz - ChemieKomplexität von Lacksystemen
1 kg Lack
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0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
KT
L
F (
LM
)
F (
H20)
F (
Pulv
er)
BC
(LM
, uni)
BC
(LM
, m
et)
BC
(H
20,
uni)
BC
(H
20,
met)
CC
(LM
, 1K
)
CC
(LM
, 2K
)
CC
(H
20,
1K
)
CC
(P
-Slu
rry)
CC
(P
ulv
er)
Primärenergiebedarf in MJ pro kg Lackfestkörper
F = Füllerlack, BC = Basislack, CC = Klarlack, LM = lösemittelbasiert, H2O = wasserbasiert
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Ressourceneffizienz - ChemieÖkobilanz: Festkörperbezogener Primärenergiebedarf (Bsp. Automobillacke)
Lacksysteme können sehr unterschiedliche Ökoprofile haben
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� Ressourceneffizienz - Einführung
� Ressourceneffizienz - Chemie
� Ressourceneffizienz - Korrosionsschutz
� Ressourceneffizienz - High-Tech
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Ökobilanzen als Maß für RessourceneffizienzÜbersicht
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Ziel der ÖkobilanzDefinition Vergleich von Korrosionsschutzkonzepten
Umfang der ÖkobilanzFunktionelle Einheit 1 m² beschichtetes Blech für 10 Jahre korrosionsgeschützt
Zu vergleichende Technologien
� Blech mit Standardkorrosionsschutz, 5 Jahre� Blech mit Langzeitkorrosionsschutz, 10 Jahre
Systemgrenzen Ressourcen bis 10 Jahre Lebensdauer des Blechs; Lebensende nicht betrachtet, da als identisch angenommen
Datengrundlage � Energie- und Stoffstromsimulationen von industriellen Lackierprozessen
� Material- und Energieökoprofile aus LCS Ökobilanzdatenbank umfasst freigegebene Industriedaten, Patente, Literatur, Ökobilanzdatenbanken und LCS Berechnungen
Bilanzparameter Siehe nächste Folie
Auswertung � Sachbilanz, Wirkungsabschätzung und Normierung auf EU25+3 Referenzfaktoren der ausgewählten Bilanzparameter
� Ergebnisdarstellung ohne Durchführung eines Critical Reviews
Ressourceneffizienz - KorrosionsschutzZieldefinition einer Ökobilanz
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Einheit Beschreibung Beispiele
Parameter Sachbilanzebene
Primärenergie (PE)
MJ
Summe der Heizwerte der fossilen Energieträger und regenerativen Energien (Wasserkraft, Wind, etc.)
Erdöl, Erdgas, Kohle, Uran
Parameter Wirkungsabschätzung
Treibhauspotenzial (GWP)
kg CO2-Äquiv.
Emissionen in Luft, die den Wärmehaushalt der Atmosphäre beeinflussen
CH4, CO2
Oxidantienbildungspotenzial(POCP, Sommersmog)
kg Ethen-Äquiv.
Emissionen in Luft, die als Ozonbildner in Bodennähe fungieren
KWs
Versauerungspotenzial (AP)
kg SO2-Äquiv.
Emissionen in Luft, die eine Regenwasserversauerung verursachen
NOx, SO2
Eutrophierungspotenzial (EP)
kg PO4-Äquiv.
Überdüngung von Gewässern und Böden
P- und N-Verbindungen
Ressourceneffizienz - KorrosionsschutzÖkologische Bilanzparameter
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Produktion
Ressourcen
Nutzu
ng
Herstellung
Recycling
Emissionenin Umwelt
Jährliche Umweltlasten der EU25+3 Länder Jährliche Umweltlasten der Technologien
Normierung: CW = (jährl. Umweltlasten Konzepte) / (jährl. Umweltlasten EU25+3 Länder)
Charakteristische Werte (CW) ohne Einheit für ADP, GWP, POCP, AP, EPum Relevanz der einzelnen Wirkkategorien darzustellen
Standard Langzeit
Ressourceneffizienz - KorrosionsschutzInformationen zur Normierung – Methodik zur Berechnung
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Zink
Zink-Phosphat
KTL
Lack (Pulver)
Standardkorrosionsschutz*(5 Jahre Lebensdauer)
Langzeitkorrosionsschutz*(10 Jahre Lebensdauer)
Ressourceneffizienz - KorrosionsschutzVerfahrensvergleich – Aufbau der Beschichtungssysteme
*Nicht maßstabsgetreu
Stahlblech
Lack (lösemittel-
basiert, high-solid, flüssig)
Stahlblech
gestrahlt
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≈≈
Ressourceneffizienz - KorrosionsschutzVerfahrensvergleich – nur Beschichtungsprozess (cradle to gate) ohne Substrat
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≈≈
Ressourceneffizienz - KorrosionsschutzVerfahrensvergleich – Beschichtungsprozess + Nutzungsphase (10a)
Langzeitkorrosionsschutz ist ökologisch.
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� Ressourceneffizienz - Einführung
� Ressourceneffizienz - Chemie
� Ressourceneffizienz - Korrosionsschutz
� Ressourceneffizienz - High-Tech
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Ökobilanzen als Maß für RessourceneffizienzÜbersicht
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Lackherstellung
Energiebereitstellung
Transport-/
Recyclingprozesse
Harze/Härter Lösemittel Pigmente Füllstoffe Additive
Applikation
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Ressourceneffizienz - High-Tech - Beispiel füllerlose LackierungSystemgrenzen: Ökobilanzierung (cradle to gate)
Lackierte Autokarosserie
Autokarosserie
Ressourcenaufbereitung
Herstellung chemischer Grundstoffe
Herstellung chemischer Zwischenprodukte
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KTL-Trockner
180°C, Karosse
KTL-SchleifenReparatur
KTL
20.000 m3/h
Vorbehandlung
10.000 m3/h
NAD
60.000 m3/h
UBS
60.000 m3/h
NAD/UBS-Trockner
130°C, Karosse
FüllerSpritzkabine
300.000 m3/h
vom Rohbau
BasislackSpritzkabine
400.000 m3/h
Abdunsten
80°C, Karosse
Füller-Schleifen
Füller-Trockner
160°C, Karosse
KlarlackSpritzkabine
300.000 m3/h
Decklack-Trockner
140°C, Karosse
Inspektion, Polieren
ReparaturVorbereitung
Spot repair
HRK
zur Montage
Ressourceneffizienz - High-Tech - Beispiel füllerlose LackierungStandard Autolackierprozess: Überblick Prozessschritte
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100%
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Ressourceneffizienz - High-Tech - Beispiel füllerlose LackierungStandard Autolackierprozess: Ausgangssituation
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85%
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Ressourceneffizienz - High-Tech - Beispiel füllerlose LackierungStandard Autolackierprozess: Umstellung auf füllerlose Lackierung
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Neue high-tech Materialien und Prozesse verbessern die Ressourceneffizienz
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31%Material
69%Prozess
2% Material-Ressourceneffizienz
13% Prozess-Ressourceneffizienz
Ressourceneffizienz - High-Tech - Beispiel füllerlose LackierungStandard Autolackierprozess: Prozess- und Materialoptimierung
100 % Primärenergie
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Randbedingung: 1 Mio. füllerlos lackierte Mittelklassewagen (weltweite Pkw Produktion 2011: 65,4 Millionen)
Einsparung: Differenz Standard zur füllerlosen Lackierung
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Ressourceneffizienz - High-Tech - Beispiel füllerlose LackierungÖkologisches Potenzial - Abschätzung
ca. 18.000 Tonnen Rohöläquivalente pro Jahr
ca. 700 Tanklastzüge Öl á 26t Nutzlast pro Jahr
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� Ausschöpfung von Energieeffizienzpotenzialen
� Ausschöpfung von Materialeffizienzpotenzialen
� Vom betrieblichen Optimum zum Life Cycle Optimum
(optimale Wertschöpfungskette, inklusive Kreisläufe)
� Erhöhung der regenerativen Energiebereitstellung
� Verstärkter Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen
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Ökobilanzen als Maß für RessourceneffizienzAusblick – Entwicklungsschritte (Ökologie und Ökonomie)
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Ihre Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Matthias HarschGeschäftsführer
Tel.: +49 7191 9035 835Email: matthias.harsch@lcslcs.de
Dipl.-Ing. Julian MaruschkeProjektleiter
Tel.: +49 7191 2104 298 Email: julian.maruschke@lcslcs.de
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