Energie einsparen, Ressourcen schonen

„Wir können gleichzeitig Energie sparen, Ressourcen schonen und die Wirtschaftlichkeit verbessern. Es kommt einzig darauf an, wie ‚das Paket‘ geschnürt wird“, betont Prof. Thomas Volling.


„Zauberwürfel“ Produktionsplanung – Weiterdenken ist Pflicht

Viele reden über Nachhaltigkeit – doch was ist das eigentlich? Und nutzt sie Unternehmen überhaupt? Prof. Dr. Thomas Volling von der FernUniversität in Hagen definiert Nachhaltigkeit als Integration von Ökonomie, Ökologie und Sozialem. Einen Widerspruch darin sieht er nicht: „Wir können gleichzeitig Energie sparen, Ressourcen schonen und die Wirtschaftlichkeit verbessern. Es kommt einzig darauf an, wie ‚das Paket‘ geschnürt wird.“ Durch Kombination der richtigen technologischen und organisatorischen Konzepte lässt sich die Nachhaltigkeit der Produktion radikal verbessern, ob in neuen oder bestehenden Fabriken. Und die Zeit eilt. Viele vertraute Rohstoffe gehen zur Neige, die Vorkommen an Nickel könnten bereits in 15 Jahren erschöpft sein, die an Kupfer in 31 und Eisenerz in 35. Die Preise? Sie steigen. Damit wird ein effizienter Umgang mit Energie und Ressourcen immer wichtiger.

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Prof. Thomas Volling

Dafür stehen viele Maßnahmen zur Verfügung. Trotz immenser Potentiale und geringer Amortisationszeiten ist der Umsetzungsstand in den Unternehmen jedoch sehr unterschiedlich. Ein wesentlicher Grund sind viele, oft unvorhersehbare Abhängigkeiten und Wechselwirkungen. Die Auswahl der richtigen Maßnahmen wird so zur Suche der Nadel im Heuhaufen. Hier setzt Prof. Thomas Volling mit seinem Lehrstuhl für Produktion und Logistik an.

Er erforscht neue Planungsansätze für die energie- und ressourceneffiziente Gestaltung von Fabriken. Diese Ansätze erlauben es, Technologien und Prozesse ganzheitlich zu bewerten, auszuwählen und zu dimensionieren. Die Grundlage bilden integrierte Fabrikmodelle, die an Vollings Lehrstuhl auf der Basis ingenieurwissenschaftlicher Beschreibungsansätze und mathematischer Methoden erarbeitet werden. Auf der Suche nach dem richtigen Fabrikzuschnitt lassen sich so tausende von Alternativen per Mausklick durchspielen.

Eine andere Frage ist, wie die Produktion geplant werden soll: Wann und wie werden z.B. Werkstücke in welcher Reihenfolge bearbeitet? Wie intensiv sollen die Maschinen arbeiten? Ist ein völliger Stillstand, etwa am Wochenende, sinnvoll? Immerhin steigt der Energieverbrauch enorm an, wenn eine Maschine hochgefahren wird. Ist ein Standby-Modus vielleicht sinnvoller? Was passiert, wenn man an einer Stellschraube dreht und Maschinen weniger Energie verbrauchen, aber auch weniger Abwärme liefern? Muss dann mehr geheizt werden? Ein kompliziertes Geflecht von Wechselbeziehungen, das Volling in seinem „integrierten Fabrikmodell“ vollständig im Rechner abbilden will.

Einen Vortrag „Auf das Paket kommt es an – Ansätze der energie- und ressourceneffizienten Produktion“ hielt Prof. Thomas Volling bei der Tagung „Nachhaltigkeit in Produktion und Logistik: Mehr Chancen als Risiken“ in der Reihe „Nachhaltiges Wirtschaften“

Ganzheitliche Bewertung und Auswahl von Systemkonfiguration und Maßnahmenpaketen

Bevor ökologisch hergestellte Produkte die Werkshallen verlassen, müssen das eingesetzte Material, seine Weiterverarbeitung, die Versorgung mit Energie etc. genau aufeinander abgestimmt werden. Das erfordert eine ganzheitliche Bewertung und Auswahl von Systemkonfiguration und Maßnahmenpaketen. Schließlich sind Unternehmen höchst komplexe Gebilde, zahlreiche Einzelprozesse ziehen die verschiedensten Wechselwirkungen nach sich. Volling: „Auf Glück und Bauchgefühl kann man hier nicht mehr vertrauen, man muss weiterdenken – wie beim Zauberwürfel: Wenn ich diese Kante drehe, wie werden sich die anderen Kanten verändern? Welche Möglichkeiten ergeben sich dadurch? Und welche Probleme handele ich mir ein?“

Jedoch fehlt oft Expertenwissen, die Verantwortlichen fürchten mangelnde Qualität oder Anlagenausfälle, Ressourcen, Kontinuität oder Investitionsmittel fehlen, es gibt Zielkonflikte oder Bewertungsprobleme, die Kosten- und Leistungsrechnung schaltet „auf Rot“… Insbesondere bei kleineren und mittelgroßen Unternehmen entstehen dadurch Innovationslücken zwischen Möglichem und Realisiertem.

Wie viel eingespart werden könnte, zeigt das Beispiel Druckluft: Sie liefert 10 Prozent der Prozessenergie in heutigen Fabriken. 95 Prozent der Energie gehen jedoch durch Leckage und ungenutzte Abwärme verloren. „Mit relativ geringem Aufwand kann man viel Geld sparen – und die Umwelt schonen“, betont Volling.

Grundsätzlich geht es bei allen Einsparmaßnahmen um Transparenz, um technische und organisatorische Verbesserungen: „Um zu wissen, worüber man spricht, braucht man gute Daten, möglichst in Echtzeit.“ Einen großen Schritt in diese Richtung sieht Volling in der „Industrie 4.0“. Durch moderne Mess- und Kommunikationstechniken ermöglicht diese die detaillierte Erfassung von Verbräuchen. International standardisierte Kennzahlen machen Maschinen und Anlagen – wie Effizienzlabel von Haushaltsgeräten – vergleichbar: „Ein Schritt in die richtige Richtung, wenngleich viel aufwendiger als bei Kühlschränken.“

Ziel der technischen Maßnahmen ist es, im Produktionsprozess Energieverluste, Ausschuss und Abfall zu vermeiden oder zumindest nach entsprechender Aufbereitung so weit wie möglich weiter zu verwenden. So kann z.B. Vormaterial bereits eine endproduktähnliche Form haben – was Abfall vermindert. Kühlschmierstoffe wurden früher als Sondermüll entsorgt, heute lässt sich der Schlamm aufbereiten oder ganz vermeiden. Zurückgeführte Abgase liefern wertvolle Prozessenergie. „Es gibt eine riesige Zahl von technischen Möglichkeiten, um Energie zu sparen oder Ressourcen zu schonen. Oder beides gleichzeitig“, so Volling, „von anforderungsgerecht dimensionierten Anlagen über alternative Produktionsverfahren und Antriebe bis zur Integration unterstützender Prozesse.“ In organisatorischer Hinsicht können Energiemanagementsystem eingesetzt werden, es gibt Eingriffsmöglichkeiten bei der Prozessteuerung, die Reihenfolge der produzierten Stücke kann optimiert oder Schichten anderes geplant werden.

Bezogen auf das Beispiel Druckluft können 20 bis 45 Prozent Energie eingespart werden, etwa durch effiziente Antriebe, bedarfsgerechte Kompressoren, Abwärmenutzung, Einsatz eines Druckluftspeichers, Reduktion des Betriebsdrucks, Dichten von Leckagen und Wartung von Filtern und Leitungen.

Im Allgemeinen kann man von 15 bis 30 Prozent Reduktionspotential ausgehen, bei einfachen Lösungen sind es 5 bis 10 Prozent, bei aufwendigen bis zu 50.

Jedoch wird weniger als die Hälfte der Möglichkeiten realisiert, besonders von Klein- und mittelständischen Unternehmen. Dabei sind die Lösungen, zumindest Anregungen, einfach zu erreichen. Volling: „Informationen mit Best Practice-Beispielen gibt es im Internet. Einfach zu verstehen und kostenfrei.“ Er empfiehlt z.B. die Seiten www.ressource-deutschland.de und www.bluecompetence.net. Und ein interessantes Stadtwerkeangebot, das Auszubildende in Industrieunternehmen zu Energieagenten weiterbildet.

Gerd Dapprich | 19.05.2015