Wie größtmögliche Transparenz das Potenzial für Ressourcen- und Umweltschonung erhöht

Sicherheit, Gesundheits- und Umweltschutz, Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit sind in den Unternehmenswerten von Freudenberg verwurzelt. Nachhaltigkeit hat im Unternehmen zwei Dimensionen: Einerseits werden Prozesse und Anlagen kontinuierlich verbessert, um möglichst ressourceneffizient zu arbeiten. Die zweite Dimension bezieht sich auf die Produkte und Dienstleistungen für die Kunden, die ihnen ihrerseits ermöglichen, ihre Effizienz zu erhöhen.
Ein Unternehmensziel ist die CO2-Neutralität. Diese möchte das Weinheimer Unternehmen vollständig spätestens 2045 erreichen und verfolgt dabei eine mehrstufige Strategie aus Reduktion, Elektrifizierung, Grünstrom und Kompensation [1]:

1. Reduzierung des CO2-Fußabdrucks über eine höhere Energieeffizienz etwa von Gebäuden, Prozessen und durch Vermeidung von Abfall.
2. Verbessern des Energie-Fußabdrucks über sukzessive immer mehr Strom aus regenerativen Quellen.
3. Weitere Effektverstärkung über kontinuierlich zunehmende elektrifizierte Prozesse.
4. Und schließlich Kompensation, um eventuell verbleibende CO2-Emissionen auszugleichen.

Anforderungen an Nachhaltigkeit und CO2-Neutralität kommen sowohl vom Markt wie auch über behördliche Regulierungen. Als strategischer Lieferant und Partner für globale OEM in allen Industrien spielt FST eine wichtige Rolle beim Erschließen neuer Potenziale im Hinblick auf nachhaltige Lösungen. Kunden fragen beispielsweise nach dem Fußabdruck von Produkten und Prozessen, nach Recyclingaktivitäten, dem Einsatz „grüner“ Rohstoffe und Ökobilanzen. Mit gutem Grund, denn alle Akteure in der gesamten Liefer-kette müssen zukünftig behördlichen Vorgaben nachkommen und einheitliche Nachhaltigkeitskennzahlen berichten: beispielsweise zu CO2-Fußabdruck und Verbrauch von Wasser, Energie und Fläche. Zusätzlich gilt es die Chemikaliengesetzgebung zu erfüllen.

Der Dichtungshersteller schafft bei allen Faktoren größtmögliche Transparenz und orientiert sich dabei, wie die gesamte Freudenberg-Gruppe, am Konzept von Handprint und Footprint.

• Der Handprint beschreibt, wie sich die Nachhaltigkeit der Anwender mit Hilfe von Produkten und Services verbessert. Je größer der Handprint ist, desto vorteilhafter. Daher sind Produkte so gestaltet und optimiert, dass sie Reibungsverluste, Bauraum, Gewicht und damit Kraftstoffverbrauch, Stromverbrauch und Emissionen reduzieren. Reibungsreduzierung führt zu längerer Lebensdauer und dies wiederum reduziert den Footprint.
• Der Footprint beschreibt die kontinuierliche Verringerung des eigenen CO2-Fußabdrucks. Je geringer er ist, desto besser. Als Hersteller technischer Polymerprodukte beeinflussen ihn vor allem zwei Aspekte direkt: Material und Prozess.

Der Elastomerverarbeiter kauft die zum Fertigen seiner Produkte notwendigen Rohstoffe wie Kautschuke, Füllstoffe, Weichmacher, Kleinchemikalien und Metalle zu. Für die wichtigsten Rohstoffe betrachtet das Unternehmen das „Global Warming Potential“ (GWP): das CO2-Äquivalent in Kilogramm pro Kilogramm Rohstoff als Maßzahl für den relativen Beitrag zum Treibhauseffekt. Ein geringes GWP könnte zukünftig ein ausschlaggebendes Kriterium beim Rohstoffeinkauf sein [2].

• Das GWP von in der Dichtungstechnik üblichen Elastomerwerkstoffen wird maßgeblich durch den verwendeten Basiskautschuk bestimmt. Kautschuke aus biobasierten Quellen und entsprechend reduziertem GWP sind heute noch die Ausnahme.
• Bereits mit Abstand folgt das GWP der Füllstoffe aufgrund ihres meist geringeren Anteils im Rezept. Hier steht inzwischen eine wachsende Auswahl biobasierter oder recyclierter Typen zur Verfügung.
• Weichmacher fallen beim GWP zu einem noch geringeren Anteil ins Gewicht. Verschiedene biobasierte Weichmacher sind heute bereits kommerziell erhältlich.
• Eine geringe Bedeutung beim GWP haben Kleinchemikalien, da Rezepte diese nur in geringen Mengen enthalten.
• Viele Produkte bestehen aus Kautschuk-Metall-Verbunden. Das GWP verschiedener Metalle ist unterschiedlich groß. In dieser Hinsicht an der Spitze steht Aluminium aufgrund des erheblichen Energieeinsatzes bei der Erzeugung.
• Der Transport trägt in einem sehr untergeordneten Maß zum GWP bei.

Die Betrachtung wird mit einer unternehmensinternen Klassifizierung, dem „Green Index“ [2] erweitert. Das GWP von Rohstoffen berücksichtigt beispielsweise Toxizität und Umweltauswirkungen nur begrenzt. Der Green Index bietet eine umfassendere Aussage. Er kombiniert drei Faktoren: die Konzentration des Bestandteils im Rezept, das GWP jedes Rohstoffs als Nachhaltigkeitskriterium sowie Ökopunkte für Umweltauswirkungen und Toxizität. Dieser Umweltfaktor beträgt 1 bei ungefährlichen Rohstoffen. Bei Rohstoffen mit Gefährdungspotential für Mensch oder Umwelt wird er über drei Stufen zu einem Malus-Faktor (1,33/1,66/2). Die Basisinformationen für die Umwelteinstufung stammen aus den Sicherheitsdatenblättern der Rohstoffe. Der schlechteste Einzelwert bestimmt den Faktor, der mit dem gesamten GWP multipliziert wird. Letztendlich ergibt sich ein dimensionsloser Wert, mit dem der Dichtungswerkstoff einer bestimmten Nachhaltigkeitsklasse des Green Index zugeordnet werden kann. Alle einmal bestimmten Index-Werte werden in einer unternehmensweit genutzten Werkstoffdatenbank hinterlegt und stehen damit den Entwicklungsingenieuren zur Verfügung. Mit dem Green Index wird eine einseitige Fokussierung auf nur eine Kennzahl, das GWP, vermieden. Bei der Entwicklung nachhaltiger Elastomermaterialien wird somit berücksichtigt, dass bio-basiert nicht unbedingt mit geringem GWP gleichzusetzen ist. Ein niedriges GWP bedeutet wiederum nicht automatisch, dass der Rohstoff für Mensch und Umwelt unbedenklich ist. Auch wenn aktuell die Auswahl von Rohstoffen hauptsächlich anwendungs- und preisgetrieben ist, werden Nachhaltigkeitsaspekte zukünftig eine größere Rolle spielen – möglicherweise sogar zum wichtigsten Differentiator werden.

Die Prozesskette wird ebenfalls sehr detailliert unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten betrachtet, vom Rohstoff über die Kautschukmischung bis hin zur Bauteilfertigung inklusive Endbearbeitung. Eine wichtige Stellschraube ist die Abfallvermeidung. Denn je nach Prozess sind bis zu 40 % des verwendeten Gummimaterials im fertigen Produkt nicht mehr vorhanden, sondern fertigungsbedingter Abfall („Engineered Waste“ – etwa Angussschirme, Verteilerspinnen oder Grate). In dieser Hinsicht vorteilhaft sind Prozesse, die keinerlei Nachbearbeitung des fertigen Bauteils erfordern (Net Shape, Engieneered Waste ≈0). Die Betrachtung der einzelnen Verfahren zeigt, dass beim Spritzgießen mit allen Unterverfahren das höchste Potenzial zum Reduzieren der Abfallquote liegt – bis auf null Prozent mit entsprechenden Kaltkanalverfahren. Die Auswahl des Prozesses erfordert ein gezieltes Ausbalancieren der Einflussfaktoren Abfallreduzierung, Produktionskosten und Kundenanforderungen. Doch auch die Energie, die für die Herstellung von Dichtungen aufgebracht wird, führt zu CO2-Emissionen, sofern die Energieversorgung der Produktionswerke nicht bereits vollständig auf treibhausgasneutrale Quellen umgestellt wurde. Die große Herausforderung besteht darin, die CO2-Emissionen, die durch den Energiebezug oder auch die Eigenerzeugung an einem Produktionsstandort anfallen, korrekt auf einzelne Materialchargen oder Produkte umzulegen. Eine Voraussetzung dafür ist durch Messungen abgesichertes Wissen darüber, wieviel Energie in einzelnen Prozessschritten spezifisch, also auf das Gewicht, das Volumen oder die Oberfläche bezogen, tatsächlich verbraucht wird. Anhand von Kernprozessen des Unternehmens untersuchte ein Team den spezifischen Energieverbrauch sowie weitere umweltrelevante Parameter wie die Menge an „Engineered Waste“. Die vier untersuchten Kernprozesse umfassen das Mischen des Materials, die Formgebung einschließlich der Vulkanisation, die Beschichtung sowie das Nachheizen. Auf das Materialgewicht bezogen erwies sich das Mischen in etwa so energieintensiv wie Formgebung und Vulkanisation. Besonders auffällig: das Nachheizen verbraucht fast so viel Energie wie Formgebung und Vulkanisation. Die ersten Analysen liegen bereits mehr als 13 Jahre zurück [4].

Freudenberg Sealing Technologies hat bereits vor rund fünfzehn Jahren die LESS-Initiative gestartet, kurz für „Low Emission Sealing Solutions“. Diese eröffnet umfassende Nachhaltigkeitspotenziale in der Dichtungstechnik. LESS bündelt auf Basis von Werkstoffkompetenz und Konstruktionsmerkmalen Produktinnovationen, die Reibungsverluste, Bauraum, Gewicht und damit Kraftstoffverbrauch und Emissionen reduzieren. Das Ergebnis sind hochwertige Produkte mit hohem Anwendernutzen und somit einem möglichst starken Handprint. Denn bis zu 99 % der mit einer Dichtung verbundenen CO2-Emissionen entstehen während ihrer Nutzungsphase. Vorteile der LESS-Initiative während der Produktnutzung:

• Weniger Reibung bedeutet weniger Energieaufwand und weniger Emissionen und damit eine erhöhte Gesamteffizienz.
• Weniger Reibung sorgt für weniger Verschleiß und damit eine höhere Lebensdauer. Doppelte Lebensdauer bedeutet halbierter Footprint bei der Herstellung und geringere Wartungskosten.
• Minimierte Bauräume, etwa in „Downsizing“-Verbrennungsmotoren, erfordern neue Lösungen in der Dichtungstechnik, beispielsweise in puncto Hitzeresistenz.
• Die Integration von Zusatzfunktionen in eine Dichtungskomponente bedeutet höhere Funktionalität, minimierten Platzbedarf im Endprodukt und reduzierten Logistikaufwand.

Bei Produkten, die mit diesen Maßgaben gestaltet sind, liegen die positiven Auswirkungen in der Nutzungsphase und damit der Handprint um ein Vielfaches höher als der Footprint [6]. Das Beispiel einer dynamischen Dichtung mit optimierter Dichtlippe macht es deutlich [7]: Sie kann die erforderliche Leistung des Elektromotors für den Antrieb einer Welle erheblich reduzieren. Faktor zwei bis drei sind möglich, mit erheblichen Effekten: Beträgt zum Beispiel mit einer modifizierten Dichtung bei einer Wellendrehzahl von 4.000/min bei 3 bar der Reibungsverlust 0,2 Nm statt 0,6 Nm, resultiert das bei 2.000 Betriebsstunden pro Jahr in einem Energieaufwand von 165 kWh statt 500 kWh. Freudenberg Sealing Technologies verkauft eine solchermaßen optimierte Dichtung 1,3 Mio. Mal pro Jahr. Mit der konservativen Annahme einer Lebensdauer von durchschnittlich fünf Jahren sind somit 6,5 Mio. dieser Dichtungen im Einsatz. Der Energieaufwand zum Überwinden der Reibung dieser 6,5 Mio. Dichtungen beträgt 1.100 GWh statt 3.250 GWh pro Jahr – eine Differenz von 2.150 GWh. Zum Vergleich: Der eingesparte Strom entspricht der Hälfte des Stromverbrauchs aller Haushalte in Berlin [8]. Eine weitere Vergleichsrechnung unterstreicht das Potenzial: Ein Kilogramm einer typischen Gummimischung bringt einen „Rohstoffrucksack“ von 2 bis 9 kg CO2-Äquivalenten mit. Die Verarbeitung addiert 1,3 bis 2,1 kg CO2-Äquivalente. In der Summe sind es 3,3 bis 11,1 kg CO2-Äquivalente bis zum fertigen Produkt. Wenn die betrachtete Dichtung 30 g Gummi enthält, so entspricht dies einem CO2-Äquivalent von 0,1 bis 0,34 kg. Dem gegenüber steht die Energieeinsparung mit Hilfe der optimierten dynamischen Dichtung von 335 kWh pro Jahr und Dichtung in der Anwendung, was einem Positivwert von 150 kg CO2-Äquivalent entspricht. In diesem Fall ist der Handprint 440- bis 1.500-mal größer als der Footprint in der Herstellung. Auch mit statischen Dichtungen lassen sich erhebliche Potenziale heben. So hat beispielsweise ihr Design einen entscheidenden Einfluss auf die Nachhaltigkeit. Material oder Herstellprozess spielen oft nur eine untergeordnete Rolle. Ist die Dichtung etwa als „Curve Gasket“ ausgeführt und damit dünner und schlanker als eine herkömmliche Dichtung, benötigt sie weniger Bauraum, erlaubt ein breiteres Toleranzfenster und aufgrund niedrigerer Verpressungskräfte können Maschinenkomponenten wie beispielsweise Kunststoffdeckel weniger steif und damit leichter und materialsparender ausgeführt werden [9].

Als Hersteller anspruchsvoller und langlebiger Dichtungslösungen für verschiedenste Industrien betrachtet Freudenberg Sealing Technologies das Thema Nachhaltigkeit umfassend. Die größte Hebelwirkung für eine Reduzierung der CO2-Emissionen zeigt sich im Handprint von Dichtungen, die lange halten, wenig Reibung haben und einen kleinen Bauraum benötigen. Diese spielen erhebliche Vorteile während der Nutzungsphase aus. Darüber hinaus optimiert das Unternehmen auch die gesamte vorgeschaltete Wertschöpfungskette mit speziellem Fokus auf Abfall- und Energiereduzierung. Damit sind Herausforderungen an zukünftige gesetzliche Regulierungen und Reportingsysteme formuliert, damit diese nicht allein die Nachhaltigkeit bis zum Verlassen des Werkes bewerten (Cradle-to-gate), sondern darüber hinaus die positiven Auswirkungen während der Nutzung einbeziehen. Bei dynamischen Dichtungen ist der Handprint oft wesentlich größer als der Footprint. Wird die Dichtung bei der Produktherstellung eingesetzt, so reduziert der Handprint der Dichtung den Footprint des Produkts des Kunden.

Literatur- und Quellenverzeichnis

[1] https://www.freudenberg.com/de/unternehmen/nachhaltigkeit-bei-freudenberg.
[2] R. Bieringer, E. Bock, H. Kloos, M. Rinnbauer, R. Scavuzzo, V. Schroiff, R. Zuber: Contribution of a technical rubber goods’ producer to sustainability, DKT IRC 2021 – Nuremberg.
[3] KMU-Innovativ – BMBF Verbundvorhaben „Klimaschutz“: Steigerung der Energie-effizienz bei der Herstellung von Elastomerformteilen im Spritzgießprozess“ 2012.
[4] 35. Guth, W.; Bock, E., Schroiff, V.: LCA – Life Cycle Analyse für Dichtungen,16th International Sealing Conference, Stuttgart, Germany, Oktober 2010.
[5] Low Emission Sealing Solutions, Innovative Dichtungstechnologie zur nachhaltigen Emissionsreduzierung, Freudenberg Dichtungs- und Schwingungstechnik 2009.
[6] A. Heislitz und E. Bock, Nachhaltigkeit von der Materialentwicklung bis zum Produkt, im Rahmen des Neuland Innovationstag am Karlsruhe Institute of Technology, www.kit-neuland.de, 06. Juli 2022, https://www.youtube.com/watch?v=K5-fHDnz5KI.
[7] Bock, E.; Vogt, R., Schreiner, P.: Neue Simmerring-Konzepte zum Abdichten unter Druck stehender Medien in Hydraulikpumpen und - motoren, 12th International Sealing Conference, Stuttgart, Germany, September 2002.
[8] Amt für Statistik Berlin-Brandenburg — SB E IV 4 – j/20 – Berlin, Energie- und CO₂-Bilanz in Berlin 2020.
[9] ke.next.de; Dichtung von Freudenberg schlägt Wellen, April 2015.

Quelle: Freudenberg Sealing Technologies, Weinheim