Potenzial, um Material und Energie zu sparen, besteht entlang des gesamten Herstellungsprozesses: Von der Entwicklung der Produktzusammensetzungen über einzelne Produktionsschritte bis hin zur Abfüllung. Ziele von Verbesserungen des Herstellungsverfahrens sind u. a. möglichst wenig Ausschuss zu produzieren, Abfall zu vermeiden oder Hilfsstoffe wie Lösemittel zurückzugewinnen. Die Ansätze in der Farben- und Lackherstellung ressourceneffizienter zu produzieren sind vielfältig. Im Folgenden sind wesentliche Ansatzpunkte zur Steigerung der Ressourceneffizienz vorgestellt.
Produktentwicklung
Schon in der Produktentwicklung werden die Weichen für eine material- und energieeffiziente Produktion gestellt. Hier getroffene Entscheidungen haben eine direkte Auswirkung auf die Produktion. Beispielsweise werden mit der Zusammensetzung die Stoffeigenschaften der Farben bzw. Lacke bestimmt. Daraus leitet sich ab, wie effizient die Verarbeitung ist. Ist eine Inhaltskomponente zu zähflüssig, muss für eine bessere Verarbeitung mehr Energie zugeführt werden. Bei der Produktentwicklung sollten bei den Entscheidungen über die Zusammensetzung immer auch die Konsequenzen in Bezug auf den Energieverbrauch während der Produktion im Blick behalten werden. Produktentwickler sollten durch ihre Entscheidungen anstreben, den Energieverbrauch in der Produktionsphase zu minimieren.
Ebenfalls ein Hebel für mehr Ressourceneffizienz kann das Verpackungsmaterial für die Farben und Lacke sein. Ein führender Farbenhersteller in Europa hat als erster bereits 2011 Kunststoffbehälter aus hundertprozentig recyceltem Polypropylen (PP) für seine Farberzeugnisse verwendet. Die Entwicklung des ressourcenschonenden Verpackungsmaterials, mit Zugabe von Sekundärrohstoff, erfolgte in Kooperation mit einem Entsorgungsdienstleister und Verpackungshersteller. Über den gesamten Produktlebenszyklus betrachtet wird mit Farbeimern aus hundertprozentig recyceltem Kunststoff rund 50 % an Kohlendioxid gegenüber Eimern aus neuen Kunststoffen eingespart.
Einsatz von Rezeptursteuerung
In der Farb- und Lackherstellung können sämtliche Inhaltsstoffe mittels einer Rezeptursteuerung automatisiert in dem Ansetzbehälter zudosiert und verarbeitet werden. Die automatisierte Zusammenstellung der Inhaltsstoffe hat folgende Vorteile: Bei der manuellen Einwaage von Rohstoffen im Produktionsprozess von Lacken und Farben kann es leicht zu Verunreinigungen des Produktes oder zu Rohstoffverwechslungen kommen. Die hieraus resultierenden Fehlchargen müssen aufwendig entsorgt werden. Das bedeutet Rohstoffverluste und somit Kosten für das Unternehmen. Ein automatisiertes Dosiersystem reduziert die Anzahl an Fehlchargen. Gleichzeitig steigt die Prozessbeherrschung, was die Grundlage für eine weitere Steigerung der Ressourceneffizienz darstellt.
Verbesserung von Mischvorgängen
Für den Mischvorgang beim Ansetzen gibt es verschiedene Möglichkeiten, um den Rohstoff- und Energieverbrauch zu senken. Die Mischqualität und der notwendige Energieeinsatz wird u. a. bestimmt durch: die Rührerart (Form und Anzahl der Mischerblätter), die Effizienzklasse des Rührwerksmotors und der Möglichkeit bzw. Art der Motorregelung. Eine Verbesserung des Mischprozesses sollte schon in der Planungsphase berücksichtigt werden. Aber auch der Umbau vorhandener Anlagen, z. B. durch die Nachrüstung optimierter Rührsysteme, ist möglich und sinnvoll. Durch eine der im Folgenden aufgeführten Maßnahmen, oder deren Kombination, kann der Mischvorgang ressourcenschonender gestaltet werden:
- Austausch ungeeigneter Rührer
- Änderung der Auslegung des Rührerblatts
- Installation von Ablenkblechen im Ansetzbehälter
- Austausch von überdimensionierten Antrieben
- Einsatz von wirkungsgradverbesserten Hocheffizienz-Rührwerksmotoren
- Drehzahlregelung für Rührwerksmotoren mit stark wechselnden Lasten
- Installation eines Beschickungsverteilers, um die Verweilzeit im Ansetzbehälter auszugleichen
- Hinzufügen der Beschickungsströme näher am Punkt der größten Vermischung
Optimierte Reinigungsprozesse
Die Farben- und Lackherstellung ist mit einem intensiven Reinigungsprozess verbunden. Die beim Herstellungsprozess verschmutzen Betriebsmittel wie Ansetzbehälter, Misch- und Dispergierwerkzeuge und Rohrleitungen müssen nach jedem Chargenwechsel gründlich gesäubert werden, um einen Produkteintrag der vorherigen Charge in die nachfolgende Produktion zu vermeiden. Durch eine gründliche Reinigung wird Ausschuss und somit Materialverlust verhindert. Aufgrund der physikalischen und chemischen Eigenschaften werden in der Regel große Mengen an Lösemittel für einen effektiven Reinigungsprozess benötigt. Hier gibt es Ansatzpunkte, den Verbrauch zu reduzieren und die Anwendung umweltfreundlicher zu gestalten:
- Minimierung der Einsatzmenge des einzusetzenden Reinigungsmediums, indem nur so viel eingesetzt wird wie unbedingt notwendig ist für eine effektive Reinigung
- Substitution von umweltschädlichen mit umweltfreundlicheren, biologisch abbaubaren Lösemitteln
- Reduktion des Lösemittelanteils im Reinigungsmedium durch Erhöhung des Wasseranteils
- Rückgewinnung und Kreislaufführung von Lösemittel durch Destillation
Die Umsetzung dieser Maßnahmen muss für den Anwendungsfall einzeln geprüft werden, da jedes Herstellungsverfahren mit seinen Einsatzstoffen sehr spezifisch ist. Die Maßnahmenanwendung muss durch Experimente überprüft werden.
Einsparung im Labor
Auch im Labor, wo Entwicklungsarbeit und die Qualitätssicherung stattfindet, gibt es diverse Ansatzpunkte für Material- und Energieeinsparung. Ein Bestandsmanagement beispielsweise sorgt für die Kontrolle und den Überblick der eingesetzten Laborchemikalien und Verbrauchsmaterialien. In Kombination mit der Einhaltung der Vorschriften für eine korrekte Lagerung wird das Entsorgen abgelaufener oder nicht mehr benötigter Chemikalien und Verbrauchsmaterialien vermieden oder zumindest stark reduziert.
Das Festlegen von Arbeitsanweisungen für laborbezogene Untersuchungen im Rahmen von Qualitätstests und Entwicklungsprojekten unterstützt ebenfalls ein qualitätsgesichertes Arbeiten im Labor und verhindern Analysefehler, die zu Fehlentscheidungen in der Produktion und damit zu Fehlchargen führen.
Darüber hinaus sollten Laborversuche derart geplant und durchgeführt werden, dass nur kleine bzw. minimal erforderliche Mengen an Chemikalien und Verbrauchsmaterialien nötig sind. Falls am Versuchsende noch Chemikalien und Verbrauchsmaterialien übrigbleiben, sollte geprüft werden, inwieweit diese noch anderweitig (z. B. in anderen Versuchen) eingesetzt werden können. Alle Maßnahmen im Labor sollten darauf ausgelegt sein, so wenig wie nötig an Chemikalien und Verbrauchsmaterialien einzusetzen.
Unterstützung für mehr Effizienz
Kostenlose Instrumente zur Unterstützung der Entwicklung und Optimierung von Produktionsverfahren für Farben und Lacke stellt das VDI Zentrum Ressourceneffizienz (VDI ZRE) online zur Verfügung: Die Prozessvisualisierung und der Ressourcencheck „Herstellung von Farben und Lacken“ enthalten weitere Beispiele und Maßnahmen zur Steigerung der Ressourceneffizienz in der Produktion. Mit dem Ressourcencheck lässt sich das eigene Potenzial für Einsparungen leicht identifizieren. Des Weiteren können interessante Forschungs- und Entwicklungsprojekte imInnovationsradar der VDI ZRE Webseite recherchiert werden. Diese Angebote erstellt das VDI ZRE im Auftrag des Bundesumweltministeriums.
Autorin: Katja Saulich
Wissenschaftliche Mitarbeiterin,
VDI Zentrum Ressourceneffizienz
