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Ökobilanzierung von Kühlschmierstoffsystemen in der Metallbearbeitung
Der Einsatz von Kühlschmierstoff (KSS) ist in der industriellen Metallbearbeitung weit verbreitet, da durch dessen Kühl-, Schmier- und Spülwirkung ein leistungsfähiger und wirtschaftlicher Zerspanungsprozess ermöglicht wird. In der Regel werden hierzu konventionelle wassermischbare oder nicht wassermischbare Kühlschmierstoffe auf Mineralölbasis eingesetzt. Die Gewinnung, Produktion, Verwendung und Entsorgung von Mineralöl ist jedoch mit vielfältigen, negativen ökologischen Einflüssen verbunden. Darüber hinaus bestimmt die Auswahl des jeweiligen Kühlschmierstoffes auch wie nachhaltig eine Prozesskette in der Zerspanung funktioniert.
Bewertung von Umweltauswirkungen am Beispiel der Kurbelwellenfertigung
Ein großer Anteil des eingesetzten Kühlschmierstoffes wird innerhalb des Prozesses über die Anhaftung am Werkstück ausgeschleppt. Abhängig davon welche Art von KSS in dem darauf folgenden Prozessschritt eingesetzt wird, muss ein aufwendiger Zwischenwaschschritt erfolgen. Um den Problemen entgegenzuwirken, wurde von Oemeta das Multifunktionsöl HYCUT entwickelt, welches sowohl als nicht wassermischbares Bearbeitungsöl, als auch als wassermischbare Emulsion eingesetzt werden kann. Im Gegensatz zu den konventionellen Kühlschmierstoffen wurde es auf Basis nachwachsender Rohstoffe entwickelt und lässt demnach Umweltvorteile erwarten.
In Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der TU Braunschweig wurden die potenziellen Umweltwirkungen von Oemeta HYCUT anhand einer Ökobilanz untersucht und denen eines konventionellen, mineralölbasierten Referenzschmierstoffsystems gegenübergestellt.
Anwendung der Ökobilanz-Methode in einem österreichischen Motorenwerk
Im Sinne einer ganzheitlichen Bewertung der Umweltwirkungen wird der gesamte Lebensweg eines Produktes betrachtet – von der Rohstoffgewinnung über die Produktherstellung und Nutzung bis zur Entsorgung. Dabei werden entlang des Lebensweges sowohl die verbrauchten Ressourcen als auch die entstandenen Emissionen bei allen betrachteten Prozessen erfasst und in Umweltwirkungen umgerechnet.
Die Ökobilanz wurde im Rahmen einer Fallstudie in einem Motorenwerk eines deutschen Automobilherstellers in Österreich durchgeführt. Es wurde hierbei die Prozesskette zur Kurbelwellenproduktion betrachtet, die sich aus den unterschiedlichsten Bearbeitungsprozessen, wie z. B. Fräsen, Drehen, Tiefbohren und Schleifen zusammensetzt. Die Prozesskette zeichnet sich dabei durch einen häufigen Wechsel von wassergemischten und nicht wassermischbaren Kühlschmierstoffen aus (siehe Abbildung 1).
Abbildung 1: Prozesskettenlayout
Oemeta HYCUT mit guter Ökobilanz
Die Prozesskette wird in der Praxis bereits mit dem esterbasierten HYCUT betrieben, welches so aufgebaut ist, dass die wassermischbaren und nicht wassermischbaren Komponenten kompatibel sind. Ein gegenseitiges Einschleppen von Kühlschmierstoff-Anhaftungen an Bauteilen ist somit nicht problematisch, wie bei konventionellen Kühlschmierstoffen.
Dies führt im Vergleich zu den mineralölbasierten Referenzprodukten zu einem deutlich effizienteren Einsatz der Kühlschmierstoffe in der gesamten Fertigungslinie, da Zwischenwaschschritte und Kühlschmierstoffverluste hier weitgehend vermieden werden können.
Insbesondere die Wiederverwendung des Waschmediums aus der Bauteilreinigung als KSS für die Bearbeitungsprozesse wirkt sich in der Ökobilanz positiv aus. Um die Vorteile voll nutzen zu können, wurde von den Planern das Design der Fertigungslinie auf den Prozessstoff abgestimmt. So wurden mehrere Anlagen zur Bauteilreinigung nicht installiert, die üblicherweise benötigt werden.
Beim Einsatz des Oemeta HYCUT-Systems in allen betrachteten Umweltwirkungskategorien resultieren deutlich geringere Umweltwirkungen (40–60 %) über den gesamten Lebensweg als im Referenzsystem (siehe Abbildung 2).
Abbildung 2: Übersicht der relativen Umweltwirkungspotentiale
Vergleiche zur Einsparung an Treibhauspotenzial (GWP)
Für das GWP (Global Warming Potential) konnte für den untersuchten Fall eine Einsparung von rund 470 t CO2-eq für die Jahresproduktion ermittelt werden. Diese Einsparung ist z. B. vergleichbar mit der Umweltbelastung, die durch den jährlichen Fahrbetrieb von 158 PKW1 verursacht wird. Die ermittelten absoluten Werte sind fallspezifisch und hängen von der Vergleichsbasis, dem betrachteten System und den einbezogenen Prozessen ab.
Die relativen Werte deuten auf die generelle Tendenz in dem Vergleich hin. Somit konnte anhand der Ökobilanz gezeigt werden, dass der Einsatz von Oemeta HYCUT in der Metallbearbeitung zu deutlich geringeren Umweltwirkungen führt als ein nutzengleiches konventionelles, mineralölbasiertes Kühlschmierstoff-System.
Siehe dazu die Abbildung unten.
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