Arburg beschäftigt sich schon sehr lange und intensiv mit dem Thema Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz. Als Lieferant von Allrounder-Spritzgießmaschinen wird der Maschinenhersteller von seinen Kunden vermehrt aktiv in die Bewertung von Klimaschutzaktivitäten entlang der gesamten Wertschöpfungskette eingebunden. Auf Basis des Standard ISO TS 14067:2015, der die Treibhausgasbilanz eines Produkts definiert, hat Arburg untersucht, wie sich der Product Carbon Footprint (PCF) und der spezifische Energiebedarf seiner Spritzgießmaschinen ermitteln lassen.
Ein entscheidender Aspekt für den spezifischen Energiebedarf ist, ob die Spritzgießmaschine elektrisch, hybrid oder hydraulisch angetrieben wird. Weiterhin spielt eine Rolle, ob Ein- oder Zwei-Kreis-Pumpentechnik bzw. Hydraulikspeicher zum Einsatz kommen und Optionen wie servoelektrisches Dosieren oder Auswerfen zur Ausstattung zählen. Positiv auf die CO2-Bilanz während der Nutzung wirken sich Features aus, die gleichzeitige, dynamische und schnelle Bewegungen und somit kurze Zykluszeiten ermöglichen. Das gleiche gilt für den Schneckendurchmesser und die installierte Leistung - je größer das Schussgewicht und je kleiner die Leistungsaufnahme, desto besser. Zusammengefasst gesagt: Eine punktgenau auf die Anforderungen und Prozesse angepasste Maschinenausrüstung kann den Energiebedarf entscheidend verbessern. Bei dieser Aufgabe unterstützt Arburg seine Kunden mit großem Know-how in Anwendungs- und Verfahrenstechnik und nutzt die Vorteile modularer Maschinentechnik.
Die Empfehlung Euromap 60.2 bildet die Grundlage für die Ermittlung des Energiebedarfs von Spritzgießmaschinen in einem kundenspezifischen Prozess. Um einen objektiven Vergleich verschiedener Maschinenkonzepte zu ermöglichen, wird bei mittlerer Leistungsaufnahme unter einheitlichen Vorgaben über einen festgelegten Bilanzraum gemessen und dokumentiert. Die Werte hängen dabei sowohl von der Maschinentechnik als auch von Auslastung und Art der Anwendung ab. So ist der spezifsche Energiebedarf z. B. bei der Fertigung technischer Spritzteile in kleineren Stückzahlen per se deutlich größer als etwa bei der Fertigung schnelllaufender Verpackungsartikel.
Die Messergebnisse zeigen: Elektrische Maschinen zeichnen sich gegenüber hydraulischen Standartmaschinen durch einen rund 50 Prozent geringeren Energiebedarf aus. Die Unterschiede sind umso signifikanter, je kleiner der Materialdurchsatz ist. Aber auch energieoptimierte hydraulische Maschinen können den CO2-Fußabdruck deutlich reduzieren.
Im Rahmen einer Praxisanwendung hat Arburg beispielhafte verschiedene Szenarien untersucht: Zum Einsatz kamen hydraulische und elektrische Allrounder der Baureihen S und Alldrive in den drei Baugrößen 370, 570 und 820 mit Schließkräften von 600, 2.000 und 4.000 kN. Dabei wurde zwischen hydraulischer Antriebstechnik mit Zwei-Kreis-Pumpentechnik (T2) und elektrischer Antriebstechnik in der Leistungsvariante „Comfort“ unterschieden. Produziert wurde zum einen ein technischer Artikel aus PA66 (GF30) in einer Zykluszeit von 30 Sekunden bei 50 Prozent Plastifizier-Auslastung und zum anderen ein Verpackungsartikel aus PP in fünf Sekunden Zykluszeit bei 100 Prozent Plastifizier-Auslastung. Die CO2-Emissionen wurden dabei auf Basis des deutschen Strommixes berechnet.
Der elektrische Allrounder 820 A mit einem Durchsatz von 115,2 kg/h verursachte beim Spritzgießen des Verpackungsartikels Emissionen von 1,07 kg CO2 pro kg Kunststoff-Material. Rund doppelt so viel (2,13) emittierte die elektrische Maschine in der Baugröße 370 beim Spritzgießen des technischen Artikels bei 4,2 kg/h Durchsatz. Dieser Wert betrug beim hydraulischen Allrounder 370 S sogar 4,43.
Soweit die exemplarische Betrachtung. Je nach Anwendungsfall kann es zu Abweichungen davon kommen. Die tatsächlich aufgenommene Leistung hängt im Einzelfall von Einschaltdauer, Auslastung und Wirkungsgrad der zugeschalteten Verbraucher ab. Diese Faktoren werden wiederum vom Spritzgießprozess beeinflusst. Generell lässt sich jedoch die Aussage treffen, dass der Energiebedarf bei beiden Antriebsarten mit steigendem Materialdurchsatz sinkt. Eine elektrische Maschine erzeugt in jedem Fall rund 50 Prozent weniger CO2-Emissionen. Dieses Ergebnis zeigt sich auch, wenn die CO2-Emissionen durchgängig über den Materialdurchsatz ermittelt werden.
Nicht eingeflossen in diese Betrachtung sind die CO2-Emissionen zur Herstellung des Kunststoff-Granulats und sonstige Verbraucher wie z. B. Peripheriegeräte zur Temperierung der Werkzeuge oder Hallenklimatisierung (Abwärme und Kühlung). Gerade bei technischen Artikeln nehmen der Energiebedarf und damit die CO2-Emissionen der Peripheriegeräte stark zu und anteilig sogar den der Spritzgießmaschine übersteigen. Eine weitere interessante Kenngröße ist der CO2-Fußabdruck umgerechnet auf ein einzelnes Spritzgießteil.
Für Spritzgießmaschinen lässt sich eine aussagekräftige CO2-Bilanz „Cradle to Gate“ ermitteln. Die Rohstoffe haben einen rund zehnfach größeren Einfluss auf den „Product Carbon Footprint“ als der Stromverbrauch während der Herstellungsphase. Lokale Lieferketten, eine hohe Eigenfertigungstiefe und der Einsatz regenerativer Energien können die Bilanz positiv beeinflussen. Der PCF während der Nutzungsphase hängt von vielen Faktoren ab. Hier ist eine spezifische Fallbetrachtung erforderlich. In der Regel sinkt der spezifische Energiebedarf einer Spritzgießmaschine mit ihrer Auslastung. Zudem erzeugen elektrische Maschinen im Vergleich zu hydraulisch angetriebenen abhängig von Ausrüstung und Materialdurchsatz bis zu rund 50 Prozent weniger CO2-Emissionen.
Das Ziel für die Zukunft ist, eine wissenschaftlich fundierte, ganzheitliche Ökobilanz für Spritzgießmaschinen ermitteln zu können. Dazu ist ein weit größerer Aufwand erforderlich. Genau damit beschäftigen sich das Institut für Kunststoff- und Kreislauftechnik (IKK) an der Leibniz Universität in Hannover unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Hans-Josef Endres, unter anderem in Kooperation mit Arburg.
Autor: Bertram Stern, Sustainability Manager bei Arburg
