Ressourcenschonung ist das zentrale Thema unserer Zeit. Lösungsansätze sind oftmals widersprüchlich und Begrifflichkeiten irreführend. „Grün“, „Bio“ und „Öko“ sind geflügelte Beiworte, die in jedem Diskurs zur Nachhaltigkeit auftauchen und bei weitem nicht eindeutig definiert sind. Es wird noch einige Zeit dauern, bis sich eine einheitliche Definition und Verwendung der Vielzahl an Schlagwörtern global durchsetzen wird. Auch viele der rechtlichen Vorgaben, die derzeit entstehen, leiden unter Unschärfe oder einem eingeschränkten Blickwinkel. Zumindest auf der Normierungsseite gibt es bereits klare Definitionen, wie z. B. mit der Normengruppe ISO 14040ff über die Ökobilanzerstellung. Diese Definitionen sind jedoch noch nicht im gesellschaftlich-politischen Diskurs angekommen.
Es gilt, in dem Spannungsfeld der Interessen nun die Balance zwischen den „three Ps“ (People, Profit, Planet) zu finden. Bei einem Investitionsprojekt sind daher zwei Dimensionen relevant. Was für ein Prozess soll realisiert werden und welche Möglichkeiten gibt es, ihn entsprechend zu gestalten? Und wie wird das Projekt möglichst ressourcenschonend abgewickelt?
Frühe Planungsphase entscheidend
Viele Ideen sind naheliegend und werden teils schon seit längerem verfolgt. Bei einem chemischen Prozess spielen die Art und Menge der verwendeten Substanzen, die Reaktionsbedingungen sowie der erforderliche Energieeinsatz mit allen Möglichkeiten von Kreisläufen und Sekundärnutzungen eine wichtige Rolle. Hier bieten sich Ansatzpunkte basierend auf den „three Rs“ – reduce, reuse, recycle an. So sollte bei der Errichtung der Anlage auf Altstoffnutzung bei Bau und Apparaten geachtet und Massenreduktion durch entsprechendes Design gewährleistet werden, auch ablauflogistische Optimierungen bieten Einsparpotenzial.
Eine systematische Vorgangsweise von Beginn an ist wichtig, da spätere Anpassungen im Design oder im Ablauf auf jeden Fall mit Mehrkosten verbunden oder möglicherweise gar nicht mehr möglich sind. Das Front End Loading, also das Prinzip der Informationssammlung in den frühen Planungsphasen vor der Detailplanung, ist zentral für eine erfolgreiche und effiziente Umsetzung. Daher hat VTU eine klare und durchgängige Methodologie entwickelt, um den Nachhaltigkeitsaspekt von Anfang an vollumfänglich zu berücksichtigen und für jede Planungsphase geeignete Analyse- und Entscheidungswerkzeuge bereitzustellen.
Ganzheitlicher Ansatz ist Pflicht
Bei der Prozessentwicklung (FEL 0) wird ausgehend von der Technologiewahl anhand der abgeleiteten Kenngrößen das Verfahren entwickelt sowie maßstabsvergrößert. Eine optimale Entwicklung beinhaltet auch eine Modellierung des Prozesses, um die einzelnen Ergebnisse durch Simulationen zu überprüfen. Bei der Bewertung der Nachhaltigkeitsparameter ist ein ganzheitlicher Ansatz entscheidend, um damit eine Ökobilanz über den gesamten Lebenszyklus der einzelnen Komponenten zu erstellen. Diese Art der Life Cycle Analyse (LCA) mit den drei Schritten der Bilanzerstellung (Ziel- und Umfangsdefinition, Sachbilanz, Wirkungsabschätzung) ist auch in der oben erwähnten Norm ISO 14040/44 vorgegeben und detailliert methodisch beschrieben. Ein gesamtheitlicher Ansatz ist notwendig, um zu den richtigen Entscheidungsgrundlagen zu gelangen. So kann z. B. die Deponierung eines inerten Stoffes im Vergleich zu einer energieintensiven oder Sekundärabfall erzeugenden Rezyklierung sinnvoller sein.
Nachvollziehbare Berwertung
In der nächsten Planungsphase, der Konzeptstudie (Concept Design; FEL 1), werden die einzelnen Aspekte detaillierter betrachtet, wobei auf der Ebene der Einheitsoperationen und der Apparate der jeweilige Einfluss auf die Gesamtbilanz abgeschätzt wird. Anschließend werden Designalternativen und „low impact“-Lösungen gesucht. In der darauf folgenden Entwurfsplanung (Basic Engineering; FEL 2) bekommt nun das „Green Value Engineering“ seine höchste Granularität. Hier werden die Aspekte Energie- und Ressourceneinsatz sowie Abfälle des „Green Engineering“ mit „Value Improvement Practices“ wie Standardisierung, Design nach Notwendigkeit oder Prozessvereinfachung vereint. Jede Maßnahme wird nun hinsichtlich ihrer ökologischen und ökonomischen Auswirkungen sowie dem Reifegrad der Idee klassifiziert. Eine zweite Bewertungsebene kann kundenspezifisch auf den Investitionsbedarf, das Risiko, den Umsetzungsaufwand und den Realisierungszeitraum ausgerichtet werden. Eine standardisierte Dokumentation ermöglicht die individuelle Nachvollziehbarkeit der Bewertungen und eine graphische Darstellung der Kosten-Nutzen-Relation, die als Basis für die Entscheidung über die Umsetzung dienen. Aus den erarbeiteten Unterlagen können auch spezielle Themen wie z. B. Gebäudezertifizierungen nach anerkannten Standards wie LEED oder WELL abgeleitet werden.
Der abschließende Report fasst in wenigen aussagekräftigen Parametern die erzielten Einsparungen zusammen. Diese Zahlen können z. B. für Nachhaltigkeitsberichte oder Zertifizierungen genutzt werden.
Digitalisierung spielt große Rolle
Ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung nachhaltiger Lösungen ist die Digitalisierung. Hier spielt das gesamte Spektrum von Datenerfassung und -auswertung über Prozessteuerung bis hin zu lernenden Systemen eine Rolle. Häufig sind die offensichtlichen Maßnahmen ohne umfangreiche Datenbasis bereits ausgeschöpft. Daher sind Methoden wie Datenbereinigung, Datenauswertung, Modellierung und Simulation unverzichtbar. Prozessteuerungen erlauben eine hohe Reproduzierbarkeit und optimierte Reaktionen auf Schwankungen. KI-Systeme tragen zu einer kontinuierlichen Verbesserung der Resultate hinsichtlich Ausbeute und Qualität bei. Natürlich ist der Einsatz von dem betrachteten Prozess abhängig und hat vielfach Rahmenbedingungen wie z. B. regulatorische Aspekte zu berücksichtigen, aber Nachhaltigkeit und „advanced manufacturing“ bzw. Industrie 4.0 sind kaum mehr voneinander zu trennen.
VTU-Engineering GmbH, Grambach
Autor: Dr. Konrad Schaefer
Division Manager
Operational Experts,
VTU
