Produktbezogener Umweltschutz Vortrag am 11. 6. 2002 an der Universität Paderborn

CT ES PE / Quella/Pdb/ 22.04.23Produktbezogener Umweltschutz

Produktbezogener Umweltschutz

Vortrag am 11. 6. 2002 an der Universität Paderborn

Dr. Ferdinand Quella, Siemens AG, Referat „Produktbezogener

Umweltschutz“, D 81730 München


Reduzierung der Umweltwirkungen, die von Produkten ausgehen!

Damit könnte verbunden sein: Ein definierter Beitrag zu globalen Umweltzielen.

Dies ist zu erreichen durch

• umweltverträgliche Produktgestaltung unter Einbeziehung des gesamten Lebensweges

• umweltverträgliche Gestaltung des Systems, in dem das Produkt angewendet wird (evtl. unter Einbeziehung von Innovationen und Dienstleistungen)

Bemerkung: Praktikable globale Ziele fehlen oft. Deshalb entweder selbst Ziele setzen oder sich an existenten Konzeptenorientieren (Faktor 4/Faktor 10-Reduzierung in 10 Jahren).

Das Ziel des produktbezogenen Umweltschutzes


Beitrag zur Produktqualität

Gesetze,Internationale Entwicklung

Produkt-eigenschaften

RecyclingfähigModularerAufbau

Transport/Verpackung

Energiesparend

Langlebig

Produktanalyseganzer Lebens-zyklus:Angebot...Entsorgung


Planung über alle Produktlebensphasen

Qualitätsanforderungen, Preis,Umweltverträglichkeit, Gesetzliche Vorgaben

Design zur Wiederverwendung,Prüfverfahren

Produktion

Nutzen

Wieder-verwendung

VerwertungBeseitigung

Demontage-,Materialplanung

Verpackung,TransportService

GefahrstoffeUmweltverträglichkeit

VermeidungGesetzeHilfsstoffeoptimierter Verbrauch

Rückgabe zur Entsorgung

EntwicklungBeschaffung

Marketing

Vertrieb

Gefahrstoffe, Umweltverträglichkeit

Rücknahme Vertrieb

Kommunikation

Qualitäts- undUmweltmanagemen

tüber alle

Lebensphasen des Produktes


Die nächsten 10 Jahre wird der produktbezogene Umweltschutz geprägt durchRichtlinie der EU

Regelung Wirksam ab Risiken, Kosten

WEEE Altgeräte-rücknahme, Quoten

2005 Rück-stellungen

RoS Stoff-restriktionen u.a. Blei

2007-2010 Entwicklungs-kosten, Umstellung Wettbewerb

EEE Design, Management, Produkt- Umwelt-erklärung

ca. 2010 Kosten für Analyse und Umwelt-erklärung

Trends im produktbezogenen Umweltschutz


0 10 20 30 40 Jahre

100 %Ausgangs-menge

50 %

0 %

50 % Rücknahmequote10 J. Lebensdauer O90 % Recyclinggrad

90 % Rücknahmequote10 J. Lebensdauer O90 % Recyclinggrad

Recyclingszenarien

Bsp.: ICP WV30 % Rücknahme5 J Lebensdauerca. 90 Recyclinggrad


Analyse der Lebensphasen: Größte Umweltbelastung

WirkungskategorienEnergieverbrauch

Nutzung

Herstellung Verwertung

Rücknahme

WiederverwendungVerwertung

Marketing

EntwicklungBeschaffung

WartungNutzung

Fertigung

VertriebTransport

RessourcenBeseitigung

Ressourcen


Teil 2 : Gefährliche Stoffe, Verbotsliste, Vermeidungsliste

SN 36350 : Inhaltsübersicht

Teil 1 : Leitlinien zur Produktgestaltung • Prinzipien und Leitlinien• Integration in die Planung und Entwicklung

• Verbotsliste gefährlicher Stoffe• Deklarations- und Vermeidungsliste

Teil 4 : Metallische Werkstoffe - Bewertung der Recyclingeignung und Misch- verträglichkeit

Teil 3 : Kunststoffe - Bewertung von Re- cyclingeignung und Mischbarkeit thermoplastischer Kunststoffe

• Bewertungsstufen der Recyclingeignung• Matrix zur Mischverträglichkeit gebräuchlicher Thermoplaste

• Recyclingeignung von Metallen und metallischen Stoffverbunden• Matrix zur Mischverträglichkeit von gebräuchlichen Metallen und Legierungen

Teil 5 : Ökologische Anforderungen an Verpackungen

• Gestaltungsgrundsätze• Vorzugs- und Vermeidungsliste• Verbote

http://standardization.ct.siemens.de/areas/btechnik/ippumwelt/uw-sn/index.html

Teil 6 : Erfassung von Stoffen in Produkten • Anforderungen an die Stofferfassung• Vorgehensweise und Stoffliste


Kostensenkung durch umweltverträgliche Produktgestaltung

Kosten-Einsparung

Höhere Wettbe-werbsfähigkeit

Verminderung des Materialeinsatzes

Verminderung der Material- und Bauteilevielfalt

Ressourcenschonender Produktgebrauch

Leichte Demontage (entspricht leichter Montage)

Vermeidung von Schadstoffen

Verwertbarkeit und Wiederverwendbarkeit


Leitfaden „Umweltverträgliche Produktgestaltung - Lösungen und Beispiele zur Siemens-Norm SN 36350“

SN 36350-1 (normativ) Leitfaden (informativ)

Prinzipien und Leitlinien Lösungen und Beispiele

Was soll getan werden ? Wie kann es getan werden ?

Beispiel:

:5. Materialeinsatz minimieren:

5 Materialeinsatz minimieren

Die Gewinnung und Herstellung von Materialien belastet die Umwelt. Diese Belastung der Umwelt wirdgrundsätzlich durch geringeren Materialeinsatz vermindert. Dies gilt ebenfalls für „natürliche“ Materialien oderMaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen, auch wenn hier die Belastung in einigen Umweltkategorien geringersein mag.

Die Forderung nach der Verminderung des Materialeinsatzes hat zwei Aspekte:

1. Verminderung des im Produkt verbleibenden Materials durch optimierte Bauweisen und

2. Verminderung des zur Herstellung eingesetzten Materials durch optimierte Verfahren (s. Pkt. 6).

Möglichkeiten zur Verminderung des im Produkt verbleibenden Materials sind:

- Verminderung der Materialstärken durch Verwendung von Material mit höherer Festigkeit. Ein möglicherZielkonflikt ist hier die Verschlechterung der Rezyklierbarkeit z.B. durch die Wahl von faserverstärktenKunststoffen zum Erzielen höherer Festigkeitswerte.

- Verminderung der Materialstärken durch konstruktive Verstärkungselemente wie z.B. Versteifungsrippen.

- Optimieren mit der Finite-Elemente-Methode zur Vermeidung von Überdimensionierung.

- Materialsparende Bestückungstechnik einsetzen (s. Pkt. 10).

Es gibt allerdings Beispiele, die belegen, daß solche Regeln wie auch die Regeln zur Materialauswahl nicht zustarr angewandt werden dürfen. Das Material ist immer aufgrund seiner Funktion im Gesamtprodukt unterBetrachtung des gesamten Produktlebenswegs zu beurteilen:

Bei der Analyse der von Energiekabeln ausgehenden Umweltbelastungen zeigt sich, daß die Leistungsverluste in derGebrauchsphase die größte Rolle spielen. Diese Leistungsverluste werden stark vom Kabelaufbau und den Isolations- undMantelmaterialien beeinflußt. Durch die Optimierung des Kabelaufbaus und der Materialien können über die gesamte langeNutzungsphase eines solchen Kabels erhebliche Energiemengen und somit Emissionen eingespart werden. Eine Materialauswahl nurunter Recyclinggesichtspunkten könnte hier zu einer Vergrößerung der Gesamt-Umweltbelastung über den Produktlebenswegführen. Auch eine Neukonstruktion rein unter dem Gesichtspunkt der Verringerung des Materialeinsatzes würde die Gesamt-Umweltbelastung erhöhen, da aus der Verkleinerung der Leitungsquerschnitte eine größere Verlustleistung resultiert.

Im Intranet unterhttp://greendesign.ct.siemens.de



Die Siemens-Norm SN 36350 und ihr Umfeld

SN 36350-1 (normativ)

Prinzipien und Leitlinien

Was soll getan werden ?

Leitfaden (informativ)

Lösungen und Beispiele

Wie kann es getan werden ?

Produktbewertung

Checkliste

Was wurde erreicht ?

SN 36350-2..6 (normativ)




SN 36350 - 1 : Beispiele für Leitlinien zur Produktgestaltung

Marketing-, Planungs- und Entwicklungsaspekte

1. Umweltauswirkungen über den gesamten Produktlebensweg abschätzen und daraus Entwicklungsziele ableiten.

Aspekte der Beschaffung und Herstellung

5. Materialeinsatz minimieren.

9. Anzahl und Vielfalt von Produktteilen (Komponenten) minimieren.

Vertriebs- und Serviceaspekte

18. Kunden über die umweltverträgliche Entsorgung der Verpackung informieren.

Aspekte des Produktgebrauchs

21. Produkt leicht reparierbar und nachrüstbar gestalten.

22. Energieverbrauch im Warte- und Arbeitszustand minimieren.

Aspekte der Demontage und Entsorgung

33. Anzahl der notwendigen Demontageschritte minimieren.

37. Recyclinggeeignete Kunststoffe kennzeichnen.


SN 36350 - 2 : Aufnahmekriterien für die Deklarations- und Vermeidungsliste

Gesundheitsgefährdend

Umweltgefährdend

- Cancerogen, mutagen, reproduktionstoxisch (CMR-Stoffe, Kategorie 1 und 2)

- Chronisch toxisch

- Akut sehr giftig oder giftig

- Bildet leicht CMR-Stoffe (Kategorie 1 und 2), chronisch oder akut toxische Stoffe

- Radioaktiv

- Wassergefährdend

- Persistent + bioakkumulativ

- Klimaverändernd

- Ozonabbauend


Vorgehensweise bei der umweltverträglichen Produktgestaltung

Umweltbelastungen ermitteln,Gewichtung abschätzen(Analyse des Referenzprodukts)

UmweltbezogeneKundenforderungen

Entwicklungsziele ableiten,Schwerpunkte setzen

Maßnahmen zum Erreichen derEntwicklungsziele ermitteln

Lastenheft

Pflichtenheft

Bewertung der Maßnahmen hinsicht-lich Wirkung auf Kosten, Funktions-erfüllung und Marktchancen

Neu nach ISO TR 14062:

Strategie

Organisation

Umsetzung im PEP


Produkt- Entwicklung Fertigung Vertrieb Nutzung Recyclingdefinition Beschaffung Service Beseitigung

Regeln zur umweltverträglichen Produktgestaltung: Siemens-Norm SN 36 350

Life Cycle Assessment (LCA), Life Cycle Costing (LCC)

QFD

TuT

Target Costing

DemontagetoolDemontagetool

SIS

Dokumentation,Information

FMEA

Gesetzliche Vorgaben für alle Phasen (KrW-/AbfG, BattV, ......)

Werkzeuge


Notwendigkeit zur Innovation

100 %

Energie-,WasserverbrauchHilfsstoffeFertigungshilfsmittel Neue

Steuerung

Innovationssprung

ZeitJahre0 10

Neues Verfahren

technische oderphysikalische Grenze


Umweltvorteil Sortenreiner, halogenfrei flammwidriger Gehäusekunststoff Keine Batterie Weniger Produktionsabfälle Recycling des Produkts bringt Erlöse

Arbeitsschutzvorteil Reduzierte Exposition der Mitarbeiter durch

- entfallendes Schwall-Löten (Ersatz durch Einpreßen und IR-Löten)- entfallende Maschinenreinigung- entfallender Umgang mit Lösemitteln und Farben

Technische Vorteile 40% weniger Energieverbrauch 15% leichter bei höherer Funktionalität Wartungsfrei, hochrüstbar Halbierte Montagezeit (SMD, höherer Automatisierungsgrad);

Run-In reduziert von 12 Stunden auf 17 Minuten

SIMATIC S7-300 : Innovation und Umwelt

Umweltpreis der Siemens AG 1997 (Kategorie Produkte)


Computerrecycling (ICP WV)

1988 19980 %

100 % Schrottmenge

Rest- undSonderabfall

Wiederverwendung

600 t 6000 t

Wiederverwendung: Komplettgerät Aufrüstung, Verkauf

Wiedervermarktung: KomponentenVerkauf elektronischer Bauteile

Wiederverwertung: RohstoffeKunststoffe, Metalle

Recycling

Konsequente Anwendung der NormUmweltverträgliche Produktgestaltung

Konstruktive Verbesserung


Equivalent-to-new: DIN 48480 Internationale Norm bei IEC TC 56

• Deutsche Norm DIN 48 480 im April 2001 verabschiedet• IEC TC 56 arbeitet an internationaler Norm (Prof. Belli)

Inhalte• Beschreibt Qualitätsprüfung von Teilen und Produkten wie neu• Notwendigkeit der Kundeninformation• Eigenschaften werden gegenüber der Produktspezifikation geprüft (praktisch keine Abweichung zulässig)• Die Teile werden in den normalen Produktionsprozess integriert

Siemens Medical Solutions spart durch Wiederverwendung sehr viel Geld• Röntgenabschirmung• Röntgenröhrengehäuse, • Magnetspule für CT etc. • Als Qualitätssiegel: Proven Excellence (wie neu)


Was ist festzulegen?(Rahmennorm, Produktgruppen)

Neu

neuwertig

Volle Garantie

Definierter gebrauchter Zustand,geringer wertig

Reduzierte Garantie

undefiniert

Ohne Garantie

Qualifizierungsverfahren

Zustand

Komponenten System

Gerätkomplexe Baugruppen

Verschleißteile Bauelemente (Elektronik)BaugruppenTeile ohne Verschleiß

• Ausbau, Prüfung, Prüfablauf• Prozeßfähigkeit• Eigenschaften des Neuteils (ggf. Abstriche)• Kosten-/Nutzenanalyse• Ermittlung von Alter und Beanspruchung

Kennzahlen: Mittlere Lebensdauer des Neuprodukts, ZuverlässigkeitAnteil an gebrauchten Teilen (<5 %, < 25 %, >50 %)Produktgruppen/Branchen: Elektrotechnik, Maschinenbau, Kunststoffe, Bau...


Umweltgerechte Konstruktion (1)

Frontblenden der Moduln aus Chromedelstahl - Laserbeschriftet

früher: Alu, chem. oxyd. + lackiert + gedruckte Beschriftung

> HK Reduzierung 50%

Allgemeine Raumreduzierung - Im selben Raum nun 8 statt

6 Funkeinheiten.

Neues Lüftungskonzept - Bis 55 °C Umgebungstemperatur

keine aktive Kühlung (Klimaanlage) mehr erforderlich bei der

Outdoor-Basisstation


– 35% Reduzierung der Leistungsaufnahme verglichen zur bisherigen

Generation BS60/61 führt zu

– 57.000 Tonnen CO2 Einsparung bereits im ersten Verkaufsjahr

– 6 Mill. € Kosteneinsparung für unsere Kunden

503 Güterwaggons mit Kohle wären nötig um die eingesparte Energie zu erzeugen(nur erstes Verkaufsjahr !)

Einsparung von Energie


Key Features- Anzahl der Einzelteile: 66 insgesamt: 6 Strangpressteile 2 Seitenplatten 16 LP-Führungen 10 Steckführungen 4 Gitter 4 Backplane – Positionierungen 24 Schrauben

- Umwelt: 4 verschiedene Materialien- Kosten:100 %

Umweltgerechte Konstruktion (2)- Altes Subrack -


Key Features- Anzahl der Einzelteile: 17 insgesamt: 4 Bleche

1 Strebe12 Schrauben

- Design-Komplexität: 4 verschiedene Teile

- Integrierte Teile: Leiterplattenführungen Lüftergitter Flansch zur Fixierung Backplane Positionierung- Umwelt 1 einheitliches Material- Kosten: 20 %

Umweltgerechte Konstruktion (3)- Neues Subrack -


Advanced Cooling mit Membranfilter (Outdoor)(EU- Patent)

Wegfall Heatexchanger

7 K bessere Wärmebilanz

MTBF - Verbesserung 31%

HK minus 33%

Gewicht minus 50%

Volumen minus 38%

Energieverbrauch minus 180 W


Software hilft Umwelt (Remote Inventory)

Fernabfragbare „Elektronische Seriennummer“ liefertalle Konfigurationsdaten

Wegfall des Verwaltungs- und Wartungsaufwandes bei

- Einbringung

- Archivierung

- Service

- beim Inventarisieren durch

den Kunden

Costs / Benefit for Remote Inventory - Business Unit ICN CA

(Travel expenses: 125 DM/NE; period for update: BTS: once, 1st year;)

-5.000

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

97/98 98/99 99/00 00/01 01/02 02/03 03/04 04/05

Fiscal Year

Ben

efit

s in

TD

M

Benefit p.a. [TDM]

Benefit cumulated [TDM]

Kosteneinsparungen durch Remote Inventory


37% Reduzierung der Sendeleistung aller Handys im Netz

Verringerte Strahlungsbelastung der Handy-Nutzer

Erhöhte Standzeit und Lebensdauer der Akkus

Vebesserte Empfängerempfindlichkeit


Das “Eco-efficiency Level Concept”(Delft University of Technology / Kathalys Centre for Sustainable Product Innovation)

Nachhaltigkeit

5 10 20 Jahre

Zeit

Eco-Effizienz

Produkt-Verbesserung

Produkt-Redesign

Funktions-Innovation

System-Innovation

Verhaltensänderung


Wo stehen wir heute?

Öko PC

seit Jahren Testsiegernach BUND-Computerliste Instabus*

• Umweltverträgliche Materialien, Konstruktion• Umweltverträglicheres System (Steuerung der Energieverbraucher im Gebäude)• Materialsparende Installation

*Umweltpreis Stadt Regensburg 1995

Systemebene

Produktebene

End-of-Pipe

Reifegrad

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