Produktionsintegrierter Umweltschutz Teil 1: PIUS – Mit weniger

Produktionsintegrierter Umweltschutz Teil 1: PIUS – Mit weniger

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Produktionsintegrierter
Umweltschutz
Teil 1: PIUS –
Mit weniger mehr erreichen
Produktionsintegrierter Umweltschutz (PIUS) bedeutet die
Hinwendung vom nachsorgenden zum vorsorgenden Umweltschutz. Mit weniger mehr erreichen heißt Kostensenkung im
Betrieb und gleichzeitig Entlastung der Umwelt.
Stichworte: Produktionsintegrierter Umweltschutz (PIUS); nachsorgender Umweltschutz; Produktionsprozesse; Ressourceneinsatz; Wertschöpfungskette; Einsparpotenziale; Stoffkreisläufe; Emissionsminderung; Prozessoptimierung; Ressourceneffizienz; Ökoeffizienz.
Nachsorgender Umweltschutz
Der betriebliche Umweltschutz hat bisher hauptsächlich den nachsorgenden,
also additiven Umweltschutz als Schwerpunkt. Bei der industriellen Produktion
entstehende ökologisch bedenkliche Nebenprodukte werden durch der Produktion nachgeschaltete Prozesse separiert
und neutralisiert. Als Beispiele seien hier
nur Rauchgasreinigungs- oder Kläranlagen genannt. Diese Prozesse verlaufen
weitgehend losgelöst von eigentlichen
Produktionsprozessen, um die Emissionsgrenzwerte entsprechend den Richtlinien und Verordnungen einzuhalten, die
den maximalen Schadstoffgehalt von
Abwasser, Abluft oder Abfall definieren.
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In diesem Beitrag erfahren Sie:
! Wie sich PIUS vom nachsorgenden
Umweltschutz unterscheidet,
! welche Ansätze und Ziele PIUS
verfolgt,
! wie Beispiele für eine erfolgreiche
Umsetzung von PIUS aussehen.
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PETER JAHNS und HENNING H. SITTEL
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Teil 1: PIUS
Letztendlich werden betriebliche Maßnahmen durchgeführt, die zwar die Symptome bekämpfen, an den Ursachen –
also der Entstehung der Schadstoffe
während des Produktionsprozesses – jedoch meist vorbei gehen.
Zusätzlich fallen hierdurch in den
Betrieben Kosten an, die nicht unmittelbar zur Wertschöpfung beitragen. Der
Bau einer Rauchgasreinigungsanlage auf
Grund einer gesetzlichen Verordnung
beispielsweise bedeutet Ausgaben, denen
aus Sicht des Unternehmens zunächst
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weil Schadstoffe gar nicht erst entstehen
und somit nicht aufwändig entsorgt werden müssen, zum anderen ergeben sich
durch eine Verringerung des Ressourcenverbrauchs und des Entsorgungsaufwandes effektiv Einsparpotenziale im Betrieb. Durch Kreislaufschließungen sind
Mehrfachnutzungen der eingesetzten
Ressourcen möglich, die Minimierung
und Vermeidung des Einsatzes schadstoffintensiver Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe spart Kosten, und nicht entstehender Abfall muss nicht entsorgt werden.
Hierdurch wird der Umweltschutz zu
einem integralen Bestandteil der WertPIUS als ökonomische
schöpfungskette. Zentrale Ansätze des
und ökologische Chance
Einen anderen Ansatz verfolgt das Prin- Produktionsintegrierten Umweltschutzes
zip des Produktionsintegrierten Umwelt- sind:
schutzes – kurz PIUS. Die Devise lautet: " Minimierung des Einsatzes von Roh-,
Hilfs- und Betriebsstoffen bei gleichVermeiden statt entsorgen. Der PIUS
bleibender Produktqualität durch
hat das Ziel, schon während des ProdukSteigerung
des Prozesswirkungsrades.
tionsprozesses
" Einsatz der Hilfs- und Betriebsstoffe
– den Ressourceneinsatz zu
über einen längeren Zeitraum, also
vermindern,
Schließung von Stoffkreisläufen in
– Kreisläufe zu schließen,
der Produktion bzw. Mehrfachnut– Emissionen zu vermeiden.
zungen.
Durch den Einsatz von innovativen Fer- " Substitution von bedenklichen Roh-,
Hilfs- und Betriebsstoffen durch untigungs- und Prozessabläufen können
gefährliche und möglichst auf Basis
Arbeitsvorgänge effektiver gestaltet und
von nachwachsenden Rohstoffen erkostenintensive, nachsorgende Maßnahzeugten Materialien.
men vermieden werden. Zwei entschei" Weitgehende Emissionsminderung
dende Vorteile ergeben sich gegenüber
zur Minimierung des nachsorgenden
dem nachsorgenden Umweltschutz:
Umweltschutzes.
zum einen wird die Umwelt entlastet,
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kein betriebswirtschaftlicher Gewinn
gegenübersteht.
Darüber hinaus sorgen die Reinigungsmaßnahmen zwar für eine Entlastung des
behandelten Mediums, verlagern aber die
Schadstoffe und somit das Problem oft nur
in einen anderen Bereich. So entstehen
beispielsweise bei der Abwasserreinigung
meist auch Abfallstoffe, die wiederum entsorgt werden müssen. Eine Schonung der
Ressourcen wird in solchen Fällen nur im
geringen Maße erreicht.
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Die Verringerung von kostenerzeugenden Emissionen einerseits und einer besseren Ausbeute der eingesetzten Rohstoffe andererseits bedeutet also nicht nur
eine höhere Entlastung der Umwelt,
sondern auch eine Nutzensteigerung für
den Unternehmer. Die Tatsache, dass
sich Umweltschutz nicht nur ökologisch
lohnt, sondern auch wirtschaftlich rechnet, motiviert erfolgsorientierte Betriebe
mehr als jede Verordnung oder Richtlinie. Produktionsintegrierter Umweltschutz birgt ein hohes Potenzial zur Prozessoptimierung.
Was genau ist nun PIUS? Die Palette
der Maßnahmen ist groß. Sie reicht von
einfachen organisatorischen Aktivitäten
bis hin zur Implementierung komplett
neuer Fertigungstechnologien.
Folgende Beispiele geben einen ersten Überblick über die vielfältigen
Chancen und Möglichkeiten, die mit
PIUS erreicht werden können. Hier wird
deutlich, dass PIUS kein branchen- oder
unternehmensspezifisches Instrument ist,
sondern sich dadurch Potenziale zur
Steigerung der Ressourceneffizienz in
vielen Bereichen des produzierenden Gewerbes eröffnen lassen.
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Emissionen
(Abwasser, Abluft, Abwärme und Lärm)
Rohstoffe
Hilfsstoffe
Vorprodukte
Betriebsstoffe
Energie
Produktion:η
Prozess 1
Prozess 3
Prozess 2
Prozess n
Produkte
Abfall
ProduktionsIntegrierter UmweltSchutz:
- Verbrauchs- und emissionsarme Prozessführung
- Schadstoffarme Rohstoffe, Betriebsmittel und Produkte
- Prozessnahe Kreislaufschließung
Abb. 1: Vereinfachtes Fließschema PIUS, ® PIUS ist ein eingetragenes Warenzeichen der EffizienzAgentur NRW
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Beispiele der erfolgreichen
Umsetzung von PIUS
Beispiel 1
Abb. 2: Präzitec, Einsatz des vibro-tec-Verfahrens zur Reinigung von ölbehafteten Werkstücken
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Ein in Unna ansässiger Betrieb für Präzisionsbearbeitungstechnik und Werkzeugbau, der vorwiegend als Zulieferer
für den Maschinen- und Anlagenbau
sowie die Chemische Industrie tätig ist,
konnte ein neuartiges Trockenreinigungsverfahren entwickeln. Hintergrund
war, dass bei der herkömmlichen Befreiung der Werkstücke von Ölen, Kühlschmierstoffen und anderen Verunreinigungen sowohl per Nassreinigung als
auch einer speziellen Blas-/Saug-Technik
sehr viel Energie, Wasser und Platz gebraucht wurde. Zusätzlich sind belastete
Wasser- und Ölschlämme angefallen –
was natürlich mit hohen Kosten verbunden war. Das jetzt entwickelte Trockenreinigungsverfahren überwindet mit Hilfe von Schwingungen die Adhäsionskraft, also die Anhaftung von Ölen,
Emulsionen und anderen Verunreinigungen an den Werkstücken. Das sogenannte vibro-tec-Verfahren arbeitet abwasserfrei und vermeidet unerwünschte
Aerosolbildung. Das Ergebnis: 80 Prozent geringere Betriebskosten, keine zu
entsorgenden Lösemittel und eine um-
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weltschonende Öl-Rückgewinnung von
nahezu 100 Prozent.
währende Reinigung nötig machte. Das
bis dahin eingesetzte KationenaustauschVerfahren war aufgrund seiner hohen
Kosten und dem Anfall großer Mengen
Beispiel 2
schwermetallbelasteten Abwassers ökologisch und ökonomisch unattraktiv. Bei
Ein mittelständischer Galvanik-Betrieb
dem jetzt eingesetzten Verfahren der
aus Bielefeld mit dem ArbeitsschwerElektro-Dialyse werden die Arbeitsbäder
punkt der hochwertigen technischen
Hartverchromung von Werkstücken ent- durch Entfernung bzw. Aufoxidierung
der Fremdionen vor Ort gereinigt, was
wickelte und implementierte das eigens
entwickelte Verfahren der Elektro-Dialy- eine theoretisch unendliche Lebensdauer
der Bäder zur Folge hat. Die entfernten
se. Hintergrund war, dass während des
Verunreinigungen werden elektrolytisch
Verchromungsvorgangs der Elektrolyt
durch Metallkationen verunreinigt wur- abgeschieden und recycelt. Vorteile sind
vor allem der Wegfall von Abwasser und
de, was sich negativ auf die AnwenKonzentraten sowie der reduzierte Rohdungsqualität auswirkte und seine fort-
Abb. 3: Jatzke, Standzeitverlängerung durch Einsatz des Elektro-Dialyse-Verfahrens bei der Hartverchromung
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Abb. 4: Vulkanfiber,
UmkehrosmoseAnlage zur
Abwasserbehandlung und Wasserkreislaufschließung
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und Textilindustrie setzt die Membrantechnik zur Verbesserung der Produktionsprozesse ein. Hintergrund war die
Suche nach einer Alternative zum herkömmlichen Fällungs- und Flockungsverfahren, mit dem das beim Pergamentiervorgang anfallende zinkchloridhaltige
Abwasser vor der Ableitung in die Kanalisation behandelt wurde. Durch den
Einsatz einer Umkehrosmose-Anlage mit
einer Leistung von 5 m3 bei 300 m2
Membranfläche werden aus dem anfallenden Abwasser sowohl Reinstwasser
für Spülzwecke als auch eine hochwertige Zinkchloridlösung für das Prozessbad
zurückgewonnen. Das Ergebnis: Neben
der Einsparung von Fällungs- und FlokBeispiel 3
kungsmitteln hat sich der Bedarf an
Zinkchlorid durch die gezielte WertstoffEin Gelderner Zulieferer von Dichtungen, Webführungen und Stanzteilen aus rückgewinnung minimiert. Darüber hinVulkanfiber für die Automobil-, Elektro- aus entstehen dem Unternehmen dank
stoff- und Chemikalieneinsatz. Es entstehen keine schwermetallhaltigen und kostenintensiv zu entsorgende Schlämme.
Das Ergebnis: Eine jährliche Senkung
der Betriebskosten um 90.000 DM.
Große Mengen belasteten Abwassers
und 7,5 t Schwermetall-Schlamm werden vermieden. Der jährliche Chemikalienbedarf wird um 25.000 kg reduziert,
und statt 10.000 Liter Schwefelsäure
werden nur noch 750 Liter unbedenkliche Zitronensäure eingesetzt. Durch den
Einsatz einer computergesteuerten Kühlanlage schließlich konnte der Wasserverbrauch um 28.000 m3 reduziert werden.
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der Wasserkreislaufschließung und dem
dadurch niedrigeren Bedarf an Brauchwasser geringere Kosten für die Enthärtung des Brunnenwassers.
Beispiel 4
Im Obersontheimer Werk eines Herstellers von Reinigungssystemen werden
Bauteile, die zur Pulverlackierung vorgesehen sind, in einer kombinierten Entfettungs- und Phosphatierungsanlage
(Tunnelspritzverfahren) vorbehandelt.
Bisher wurde die Entfettungs-/Phosphatierlösung nicht aufbereitet, sondern wöchentlich ausgetauscht. Dadurch ergab
sich sowohl eine organische Belastung als
auch große Menge des anfallenden Hydroxid- und Phosphatschlamms. Durch
die Installation einer Mikro- und Ultrafiltration zur Standzeitverlängerung und
Abwasserbehandlung und damit zusammanhängender Optimierungsschritte der
Prozessabläufe konnten entscheidende
Verbesserungen erzielt werden. Die
Menge des Fällungsschlammes aus der
nachgeschalteten Abwasserbehandlungsanlage hat sich von über 5 t pro Jahr auf
180 kg pro Jahr reduziert. Nach der Einführung der Mikrofiltrationsanlage mit
Keramikmodulen erhöhte sich die
Standzeit des Vorbehandlungsbades um
das 40-fache. Die Menge der mit hohen
organischen Anteilen behafteten Phosphatierschlämme wurde um 46 Prozent
verringert. Insgesamt ergibt sich für den
Betreiber der Anlage eine jährliche Kostenersparnis von fast 60.000 DM.
Durch den stark reduzierten Verbrauch
von Einsatzchemikalien fallen mit 7.300
DM pro Jahr nur 15 Prozent der Kosten
für diese an, der Wasserverbrauch wurde
um 68 Prozent auf 1.000m3 pro Jahr
gesenkt. Für die Mikrofiltrationsanlage
ergibt sich eine Amortisationszeit von
weniger als zwei Jahren.
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Der PIUS-Check der
Effizienz-Agentur NRW
Um diese Entwicklung des Produktionsintegrierten Umweltschutzes am Wirtschaftsstandort Nordrhein-Westfalen gezielt zu fördern, wurde – bundesweit bisher einzigartig – 1998 von der Landesregierung NRW die Effizienz-Agentur
NRW (www.efanrw.de) mit als erste Anlaufstelle zum Thema PIUS gegründet.
Die vom Ministerium für Umwelt
und Naturschutz, Landwirtschaft und
Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen
(MUNLV) initiierte Agentur soll den
PIUS-Gedanken vor allem bei kleineren
und mittelständischen Unternehmen
(KMU) bekannt machen, um seine vielfältigen Chancen zu erkennen und Potenziale zu nutzen. Die Effizienz-Agentur
NRW stellt hierzu in thematischen Veranstaltungen und Veröffentlichungen
erfolgreiche Referenzprojekte in den verschiedensten Bereichen vor. Schwerpunktthemen sind gegenwärtig Mem-
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und Informationsvermittlung rund um
das Thema PIUS. Darüber hinaus bietet
sie den bewährten PIUS-Check an, ein
Kooperationsprojekt der EFA gemeinsam mit dem Unternehmen, bei dem ein
externer Berater die Stoffströme und
Prozesse analysiert und erste PIUS-Potenziale aufzeigt. 70 Prozent der Kosten
übernimmt die Effizienz-Agentur NRW.
Natürlich erfordert der Produktionsintegrierte Umweltschutz ein grundleAbb. 5: Haus der
Wirtschaftsförderung, Duisburg,
Standort der EFA
NRW
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brantechnik, Ressourcenkostenrechnung
und Stoffstrommanagement. In Projektforen zu verschiedenen Themen werden
Netzwerke mit Vertretern aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik geknüpft, um Know-how-Transfer zu ermöglichen und Lösungsideen und -ansätze zum PIUS zu initiieren.
Die Effizienz-Agentur NRW unterstützt die Unternehmen zum Beispiel
durch ein kostenfreies Initialgespräch
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Teil 1: PIUS
Abb. 6: Umweltschutz-Investitionen in KMU; Quelle: Befragung von rund 1.400 KMU in Deutschland,
2000; Fraunhofer-Institut, ISI Karlsruhe
gendes Umdenken und umfassende
Überzeugungsarbeit. Doch selten wurden die Vorteile eines neuen Denkens so
deutlich wie hier: Wenn Abfall meist nur
der richtige Rohstoff am falschen Platz
ist und Unternehmen und Umwelt glei-
chermaßen von seiner Vermeidung profitieren können, dann ist jede Mark, die
heute in vorsorgende Maßnahmen investiert wird, eine richtige Investition in
die Zukunft.
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Zusammenfassung
Die Umstellung vom nachsorgenden auf den vorsorgenden Umweltwichtiger Bestandteil zur nachhaltigen Entlastung der Umwelt. Diese
Darstellung zeigt, dass schon viele Betriebe Investitionen in den
Umweltschutz getätigt haben, aber auch noch ein großes Potenzial
für weitere Maßnahmen besteht.
PIUS soll aber nicht das Ende auf dem Weg zu einem effektiven,
nachhaltigen Umweltschutz markieren. Neben der umweltverträglichen Gestaltung der Produktion müssen weitere Faktoren einfließen,
die schließlich zum Ziel »Ökoeffizienz« führen. Produktintegrierter
Umweltschutz, Ressourcenkostenrechnung oder effektives Stoffstrommanagement sind solche integralen Bestandteile einer ganzheitlichen Betrachtung auf dem Weg zur Ökoeffizienz.
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