Prozesskosten senken in der chemischen Industrie

« Sparen bei Wasser, Abwasser und Energie »

Unternehmen sind heutzutage aus verschiedenen Gründen gehalten, ressourceneffizient und umweltfreundlich zu arbeiten. Nicht nur die Prozesskosten steigen, auch die Gesellschaft trägt an den Wunsch heran, nachhaltig zu handeln und sich ihrer Verantwortung bewusst zu sein. Es lohnt sich also in mehrfacher Hinsicht, die eigenen firmeninternen Prozesse unter die Lupe zu nehmen und nach Einsparpotenzial sowie umweltfreundlicheren Alternativen zu suchen. Wie lassen sich die Prozesskosten senken? Erfahren Sie mehr.

Kosteneinsparungen in vielen Unternehmen der chemischen Industrie noch lange nicht ausgeschöpft

Laut einer Studie des VDI haben Firmen der chemischen Industrie in puncto Energie- und Ressourceneffizienz noch Luft nach oben[1]. Zwischen 5% und 30% könnten vor allem kleine und mittlere Firmen durch eine Analyse und damit verbundene Verbesserung ihrer Prozesse einsparen. Betrachtet man den gesamten Endenergieverbrauch für das Jahr 2017 in Deutschland, so entfallen 6,7% auf die chemische Industrie. In Zahlen waren das um die 173 Terrawattstunden [Twh] Energie oder, etwas bildlicher ausgedrückt, die Energiemenge, die beim Verbrennen von 21 Millionen Tonnen Steinkohle freigesetzt wird[2]. Wenn man nun bedenkt, dass bis zu 30% davon eingespart werden könnten, so wären dies 51,9 TWh. Zum Vergleich: Die Kernenergie erzeugte im Jahr 2017 eine Energiemenge von 75,9 TWh, Steinkohle 84,2 TWh.

Energiesparpotenziale aufdecken und Prozesskosten senken

Der Blick auf das große Ganze mag beeindruckend sein, aber am Ende des Tages betrachtet ein Unternehmen seine eigenen Prozesse, Kosten und Möglichkeiten. Hier stellt sich die Frage, an welchen Stellen konkret es möglich ist, Energie zu sparen, um gleichzeitig Kosteneinsparungen zu realisieren.

Laut VDI wie auch der deutschen Energieagentur dena liegen die Einsparpotenziale in den Industrieunternehmen in den Bereichen Heizen und Kühlen, Lüftungsanlagen, Elektromotoren und elektrische Antriebe, Druckluft sowie Beleuchtung. Dabei kann in den einzelnen Bereichen unterschiedlich viel eingespart werden.

Bis zu 30% sind im Bereich Heizen und Kühlen möglich, während bei Druckluftsystemen oder elektrischen Antrieben, wie Kompressoren oder Motoren, die Einsparpotentiale bis zu 50% erreichen können.

Kosteneinsparungen sind einerseits durch relativ einfache Maßnahmen möglich, wie dem Überprüfen der tatsächlich notwendigen Kühltemperatur. So bringt das Heraufsetzen der Temperatur von -23°C auf -18°C in einem Kühlraum bereits eine Energieersparnis von 25%. Einsparungen der Prozesskosten auf lange Sicht schaffen die Investition in energieeffiziente Geräte oder eine Aufrüstung der Heizungsanlage.

Auch optimierte Lüftungsanlagen sparen bis zu 25% Energie – indem regelbare Lüfter und Sensoren eingebaut werden oder die Anlage mit Wärmetauschern ausgestattet wird. Mit einer optimalen Beleuchtung, die Sensoren und LED-Lampen sowie das Tageslicht optimal ausnutzt, können Unternehmen bis zu 70% ihrer Energiekosten einsparen. Ein – im wahrsten Sinne des Wortes – konsequentes Durchleuchten aller Unternehmensbereiche kann Einsparpotenziale bei Prozesskosten ans Licht bringen, die nicht immer große Investitionen nach sich ziehen müssen.

Wasser ist nicht immer gleich

Die Ressource Wasser ist kostbar. 10% des heute eingesetzten Nutzwassers werden in Privathaushalten verbraucht, 70% gehen in die Landwirtschaft und 20% werden in Industrieprozessen verbraucht. Allein die chemische Industrie benötigt rund 3000 Millionen Kubikmeter pro Jahr. Davon werden circa 80% für Kühlprozesse benötigt, während die restlichen 20% als Transport-, Lösungs- und industrielle Reinigungsmittel eingesetzt werden. Der Prozess bestimmt dabei die Waserqualität. So reicht für Kühlprozesse aufbereitetes Fluss- oder Oberflächenwasser. Andere Prozesse, wie Verfahren für die Oberflächenbehandlung bzw. Oberflächenvorbehandlung von Metallen, dürfen nur mit vollentsalztem Wasser gefahren werden. “Normales” Wasser enthält Ionen, die die Oberflächenbehandlung stören, weshalb die noch vorhandenen Metallionen in der Flüssigkeit vor der eigentlichen Behandlung durch Umkehrosmose oder über Ionenaustauscher entfernt werden.

Prozesskosten senken durch ein optimiertes Wassermanagement

Möchte ein Unternehmen das Thema “Wasser sparen” angehen, ist es zunächst einmal sinnvoll, die “Wasserströme” zu betrachten und den einzelnen Prozessschritten zuzuordnen. Welche Wasserqualität ist in welchem Schritt notwendig und wo fällt Abwasser an? Eine Aufbereitung von Abwasser zwischen verschiedenen Prozessschritten kann Sinn machen und Prozesskosten senken. Dafür kommen zum Beispiel Membranverfahren oder biologische Verfahren zum Einsatz. Diese sind nicht nur effektiv, sondern auch energieeffizient und umweltfreundlich, da in beiden Fällen keine zusätzlichen Chemikalien zum Einsatz kommen.

Das Ziel eines effektiven Wassermanagements innerhalb der Prozesskette ist daher eine, wenn möglich mehrmalige, Wiederverwendung und geeignete Aufbereitung, um durch einen effektiven Einsatz möglichst viel Wasser zu sparen und den Verbrauch insgesamt zu verringern. Der Idealfall – die Führung im Kreislauf ohne Verlust – ist schwierig zu erreichen. Aber allein das Entstehen von Abwasser zu senken bedeutet Kosteneinsparungen. Denn wenn dieses aus einem chemischen Prozess kommt und mit Schadstoffen belastet ist, muss teuer entsorgt werden. Um diese Kosten zu senken, kann ein Unternehmen die Aufbereitung des Abwassers verbessern oder seine Methoden so optimieren, dass das Abwasser keine bedenklichen Substanzen mehr enthält.

Umweltfreundliche Methoden in der Oberflächenbehandlung – Zinkphosphatierung und Dünnschichttechnologie im Vergleich

Zinkphosphatierung

Die Zinkphosphatierung ist eine etablierte Methode zur Vorbehandlung von Stahl- und Metalloberflächen vor dem Lackierungsprozess. Hierbei bildet sich eine mit der Metalloberfläche fest verbundene, relativ dicke Konversionsschicht aus Zinkphosphat. Diese hat eine Dicke von bis zu 10µm und ist sehr beständig gegenüber Korrosion ist. Zudem bildet sie einen guten Haftgrund für eine nachfolgende Behandlung mit Ölen oder Wachsen, wodurch die Gleiteigenschaften der Metalloberfläche signifikant verbessert werden. Auch die Haftung von Lacken ist sehr gut – gemeinsam mit dem Korrosionsschutz einer der Hauptgründe für den Einsatz dieser Methode in der Automobilindustrie.

In puncto Prozesskosten und Umweltverträglichkeit schneidet die Zinkphosphatierung allerdings schlecht ab. Das Hintereinanderschalten verschiedener Bäder treibt die Kosten in die Höhe. Auch die Betriebstemperatur liegt mit Temperaturen zwischen 40°C und 55°C relativ hoch. Zudem fallen phopshathaltige Schlämme an, die durch Nickel oder Mangan belastet und teuer entsorgt werden müssen. Um Wasser und Energie zu sparen, und damit die Prozesskosten zu senken, wurde bereits vor einigen Jahren an Alternativen gearbeitet. Eine davon ist die Dünnschichttechnologie bzw. Nanotechnologie. Diese Vorbehandlungsmethode ist komplett phosphatfrei und basiert auf der Ausbildung einer dünnen Zirkoniumoxidschicht auf der Metalloberfläche. Die Prozesskosten sind im Vergleich zur Zinkphosphatierung deutlich geringer:

1) Das Verfahren wird bei niedrigeren Temperaturen durchgeführt

2) Es fällt kein toxischer und phosphathaltiger Schlamm an, der teuer entsorgt werden muss

3) Es fällt insgesamt sehr wenig Schlamm an, wodurch die Reinigung und Wartung der Anlagen deutlich verringert ist

Dünnschichttechnologie

Die Dünnschichttechnik ist ein gutes Beispiel, um Kosteneinsparungen zu realisieren. Durch die Einsparung von Energie und Wasser kann ein Unternehmen die Prozesskosten deutlich senken. Da kaum Schlamm anfällt, sind auch die Kosten für die Abwasser- und Abfallbehandlung deutlich verringert. In Bezug auf die Qualität steht diese Technologie der Zinkphosphatierung nicht nach. Sie findet in verschiedenen Bereichen Anwendung, wie der Beschichtung von Land- und Druckmaschinen oder in der Medizintechnik. Ein gelungenes Beispiel für eine ökologische, ressourceneffiziente und kostensparende – und in diesem Sinne nachhaltige – Technologie.

Ansatzpunkte zur Kosteneinsparung finden

In einem Unternehmen gibt es viele verschiedene Ansatzpunkte für Energie- und Wassereinsparungen. Das können “low-hanging-fruits” sein, wie der Austausch von Lampen durch energieeffizientere Modelle oder die Einbindung und Schulung von Mitarbeitern zu ressourcensparendem Verhalten. In anderen Bereichen sind Investitionen oder die Umstellung von Methoden notwendig, um Prozesskosten zu senken – lohnenswert kann es in beiden Varianten sein.

[1] https://www.ressource-deutschland.de/fileadmin/user_upload/downloads/studien/VDI-ZRE-Chemiestudie-Ressourceneffizienz.pdf

[2] https://www.vci.de/ergaenzende-downloads/energiestatistik-fuer-die-chemisch-pharmazeutische-industrie.pdf