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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


� Ressourceneffizienz - Einführung

� Ressourceneffizienz - Chemie

� Ressourceneffizienz - Korrosionsschutz

� Ressourceneffizienz - High-Tech

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Ökobilanzen als Maß für RessourceneffizienzÜbersicht


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Ressourceneffizienz - EinführungBetrachtungswinkel

DetailGesamt

Beide Sichtweisen sind für nachhaltige Entscheidungen wichtig


� 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


� 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


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


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


ErneuerbareRessourcen

Nicht-erneuerbareRessourcen

Reaktion auf sich permanent ändernde Randbedingungen

Technosphäre Ökosphäre

8

Ressourceneffizienz - EinführungInteraktion zwischen Technosphäre und Ökosphäre


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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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- methacrylat

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


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


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)


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


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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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


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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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


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

25


100%

26

Ressourceneffizienz - High-Tech - Beispiel füllerlose LackierungStandard Autolackierprozess: Ausgangssituation


85%

27

Ressourceneffizienz - High-Tech - Beispiel füllerlose LackierungStandard Autolackierprozess: Umstellung auf füllerlose Lackierung


Neue high-tech Materialien und Prozesse verbessern die Ressourceneffizienz

28

31%Material

69%Prozess

2% Material-Ressourceneffizienz

13% Prozess-Ressourceneffizienz

Ressourceneffizienz - High-Tech - Beispiel füllerlose LackierungStandard Autolackierprozess: Prozess- und Materialoptimierung

100 % Primärenergie


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


� 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)


LCS Life Cycle Simulation GmbHwww.lcslcs.de

Ihre Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Matthias HarschGeschäftsführer

Tel.: +49 7191 9035 835Email: [email protected]

Dipl.-Ing. Julian MaruschkeProjektleiter

Tel.: +49 7191 2104 298 Email: [email protected]

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