Reduktion des gesamten CO
2-Fussabdrucks des weltweit führenden Herstellers von Windenergieanlagen, Arhus, Dänemark, 2012
Herausforderung
Lebenszyklus-Analysen werden durchgeführt, um den ökologischen Fußabdruck von Produkten oder Dienstleistungen über deren gesamte Lebensdauer zu bestimmen: Von der Gewinnung der Rohstoffe und deren Verarbeitung zu Vorprodukten zur Herstellung des Produkts oder der Dienstleistung, bis hin zu Demontage und Entsorgung, inklusive aller Transporte. Die Analysen fokussieren auf die Identifikation und Bewertung möglicher Verbesserungen für die Umwelt.
In diesem Fall wurde nach erfolgreicher Analyse der Lebenszyklus-Ressourcennutzung sowie der direkten und indirekten Kosten im Zusammenhang mit den Auswirkungen auf die Umwelt die wichtigsten Verbesserungsmöglichkeiten sofort ermittelt und priorisiert:
Als wichtigstes Thema wurden die Schaltanlagen mit SF-6 Gas festgelegt, welche die Industrie verwendet um das Hochspannungs-System gegen Feuer und elektrische Entladungen in der Windkraftanlage abzusichern. Hauptgrund für dessen dramatische Auswirkungen auf die Umwelt ist, dass ein Kilogramm SF-6 Gas den gleichen Treibhauseffekt hat wie 22.800 Kilogramm CO
2, was es zum stärksten Treibhausgas macht. Und da eine Windturbine im Durchschnitt etwa 7 Kilogramm SF-6 Gas enthält, entspricht dieser Betrag 10% des gesamten CO
2, das im Zusammenhang mit Herstellung, Transport, Anwendung und Entsorgung einer Windkraftanlage während deren gesamter Lebensdauer emittiert wird - wenn dieses SF-6 Gas in die Atmosphäre emittiert werden sollte.
Vorschlag
Ein zweigeteilter Ansatz, um das Problem zu beheben:
- Langfristige Forschungs- und Technologie-Entwicklung, um SF-6 Gas in Schaltanlagen durch nachhaltige Alternativen wie Gasgemische oder gar Luft zu ersetzen - da dies aber ein weiteres Jahrzehnt dauern könnte,
- sofortiges Design, Simulation, Test und Implementierung eines einzigartigen Rückhol-Systems für Schaltanlagen mit SF-6 Gas, um sicherzustellen dass das gesamte SF-6 Gas weltweit systematisch und professionell gemanagt wird, bei der Wartung sowie bei End-of-life durch Spezialisten geborgen und dann entweder recycelt oder zerstört wird.
Ergebnis
Das weltweit erste und gleichzeitig globale SF-6 Gas Management- und Rücknahme-System für eine ganze Branche, in Zusammenarbeit mit den Zulieferern und SF-6 Gas-Spezialisten weltweit - und damit eine globale CO
2-Fussabdruck-Reduktion von 10 % für den Windkraftanlagen-Hersteller allein. Dies zudem offiziell überprüft und als in Übereinstimmung mit den aktuellen besten Lebenszyklus-Analyse-Methoden und mit ISO 14044 befunden gemäß Arpad Horvath, Ph.D. Berkeley, Kalifornien sowie in den öffentlich zugänglichen Nachhaltigkeitsberichten kommuniziert.
Auf dieser Basis konnte die intelligente Interpretation der Lebenszyklus-Analyse-Ergebnisse
einen Wettbewerbsvorteil generieren
die Führungsübernahme in dieser Industrie ermöglichen,
die Vermeidung zukünftig möglicher Haftungskosten realisieren und sogar
die zukünftige Rechtssicherheit für den Hersteller von mehr als 40.000 Windenergieanlagen sowie deren jeweiliger Kunden weltweit absichern.
Ein weiteres Fallbeispiel: End-of-Life- und Cradle-to-Cradle-Projekte zum Kohlefaser- und Glasfaser-Recycling sowie deren Rezyklat-Einsatz mit verschiedenen Organisationen, Florida, USA, 2013
Herausforderung
Ein weiterer wichtiger Verbesserungsbereich, priorisiert aus den Ergebnissen der o.a. Windturbinen-Lebenszyklus-Analyse, sind die mangelnden Recycling-Lösungen für die große Menge an Glasfaser- und Kohlefaser-Materialien, die in den letzten 25-30 Jahren verbaut wurden – z.B. in der Turbinen-Schwingen-Technologie wie auch in anderen Bereichen, z.B. den Maschinenhäusern.
Diese Verbundwerkstoffe sind derzeit in der weltweiten Produktion aufgrund ihres geringen Gewichts sowie der hohen Festigkeit und Elastizität auf dem Vormarsch – nicht nur in der Wind-, sondern auch in der Luft-, Schiffsbau- und der Automobil-Industrie.
Allerdings blieb bisher, teilweise aufgrund der langen Lebensdauer der jeweiligen Produkte, die Frage der Demontage und des Recyclings dieser Verbundwerkstoffe ungelöst - derzeit existiert nur die Entsorgung auf immer knapper werdendem Deponieraum und vereinzelt Verbrennung oder Pyrolyse.
Um die steigende Dringlichkeit dieser Problematik zu veranschaulichen: Die Windindustrie allein rechnet mit rund 42.000 Windenergieanlagen, die bis zum Jahr 2020 abgebaut werden, was etwa 270.000 Tonnen Verbundmaterial entspricht, die entsorgt werden müssen: Das entspricht bei Recycling einer möglichen Einsparung von etwa 13.000.000 GJ Energie, 540.200 Tonnen CO
2, 2.431 Tonnen SOx und 810 Tonnen NOx in den nächsten zehn Jahren.
Da 13.000.000 GJ Energie nur schwer vorstellbar sind, hier ein paar Vergleichsrechnungen: Diese Energiemenge entspricht 8h an primärer Energieversorgung für Deutschland, oder 173 Tagen primärer Energieversorgung für die Stadt München - oder aber 1334 Jahren primärer Energieversorgung für das Münchner Oktoberfest.
Vorschlag
Erforschung von Alternativen zur teuren und sehr energieaufwendigen Pyrolyse, sowie zur thermischen Verwertung durch Verbrennung sowie der Entsorgung von Verbundwerkstoffen auf Deponien.
Eine Reihe von Cradle-to-Cradle-Recycling-Tests, um herauszufinden ob neu entwickelte mechanische Recycling-Technologien Glasfaser- sowie Kohlefaser-Materialien bewältigen können,
Beurteilung der dabei entstehenden Rezyklate im Vergleich zur Entsorgung auf Deponien oder in Verbrennungs- respektive Pyrolyse-Anlagen im Hinblick auf
deren physikalische Kenngrößen im Hinblick auf einen Wiedereinsatz in verschiedenen Produkten und Industrien
deren Umweltleistung über Lebenszyklus-Analysen sowie
deren Wirtschaftlichkeit durch einen Vergleich der jeweiligen Business Cases.
Ergebnis
Zunächst einmal konnten wir den Beweis dafür liefern, dass die neu entwickelten mechanischen Recycling-Technologien für Glasfasermaterialien auch Kohlefasermaterialien bewältigen können. Und damit die stoffliche Verwertung von Produkten aus Kohlefasern und sogar der immer weiter steigenden Anzahl von Produkten aus zusammen verarbeiteten aus Glas- und Kohlefasermaterialien ermöglichen.
Darüber hinaus zeigten die neuen Recyclat-Produkte aus recycelter Kohlefaser die höchsten Zugfestigkeits-Testergebnisse, die jemals gemessen wurden. Dies stellt eine Sensation dar: Ein Rezyklat-Produkt liefert bessere Festigkeits-Testergebnisse als das gleiche Produkt aus Frischfasern, d.h. die bessere Leistung eines Produkts aus billigerem Abfallmaterial im direkten Vergleich zum gleichen Produkt aus teureren Rohstoffen. Eine Win-Win-Situation in der ökologischen als auch in der ökonomischen Disziplin.
Auf der Grundlage dieser ermutigenden Ergebnisse wurden drei Szenarien entwickelt, die derzeit mit den Kunden geprüft werden, um die Umweltleistung sowie die wirtschaftliche Leistungsfähigkeit der entsprechenden Produkte zu verbessern:
- Ersatz von frischen Rohmaterial-Fasern durch Recyclat-Fasermaterialien bis zu einer Rezyklatquote von 80%,
- Ersatz von Metallbauteilen durch Recyclat-Fasermaterialien bis zur gleichen Rezyklatquote von 80%, und
- Austausch von Zementmaterial durch Recyclat-Fasermaterialien bis zu einer Rezyklatquote von 15%.
Neben der Klärung dieser wesentlichen Tatsachen bzgl. physikalischen Materialkenngrößen, Umweltleistung und Wirtschaftlichkeit erfolgt derzeit auch die Prüfung weiterer wichtiger Grundvoraussetzungen für potenzielle Kunden in der Wind- und Automobilindustrie:
Investitionen in eine Service-Organisation, die die notwendigen Mengen an hochwertigen Verbundmaterial-Abfällen aus verschiedenen Quellen zur Verfügung stellt um dieses Recyclingkonzept lebensfähig zu gestalten,
Investitionen in die notwendigen Prozessabläufe und Infrastruktur sowie
Investitionen in Marketing für mögliche Endnutzer rezyklierter Verbundfasern, sowie in die Entwicklung neuer Rezyklat-Produkte um neue Märkte zu erschließen.