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VDI ZRE Publikationen: Studien

Analyse von Potenzialen der Material- und Energieeffizienz in ausgewählten Branchen der Metall verarbeitenden Industrie

Juni 2013

Studie: Analyse von Potenzialen der Material- und Energieeffizienz in ausgewählten Branchen der Metall verarbeitenden Industrie

Erstellt von:

ITCL GmbH

Transfer Center for Logistics Plannig and Innovation

Hardenbergstr. 9

10623 Berlin

Technische Universität Berlin

Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF)

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Günther Seliger

Autoren:

Soner Emec

Tim Stock

Pinar Bilge

Philippe Tufinkgi

Cornelia Kaden

Günther Seliger

Im Auftrag der VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH

Fachliche Ansprechpartner:

Kerstin Drechsler

Christof Oberender

Sebastian Schmidt

Redaktion:

VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH

Johannisstr. 5 – 6

10117 Berlin

Tel. 030 - 27 59 506 - 0

Fax 030 - 27 59 506 - 30

[email protected]

www.ressource-deutschland.de

Grafik und Satz: Marco Naujokat; ESM Satz und Grafik GmbH

Titelbild: © beermedia - Fotolia.com

Studie

Analyse von Potenzialen der Material- und Energieeffizienz in ausgewählten Branchen der Metall verarbeitenden Industrie

InhAltSvErzEIchnIS

ABkürzungSvErzEIchnIS 6

ABBIldungSvErzEIchnIS 7

tABEllEnvErzEIchnIS 9

1. MAnAgEMEnt SuMMAry 10

2. zIEl und MEthodIk dEr wISSEnSchAftlIchEn untErSuchung 12

2.1. ziele der untersuchung 12

2.2. Methodik der untersuchung 13

3. dAS vErArBEItEndE gEwErBE und dIE fokuSBrAnchEn 22

4. ErgEBnISSE dEr untErSuchung 29

4.1. Ergebnisse der grobpotenzialbewertung 29

4.2. Ergebnisse der feinpotenzialanalyse 40

4.2.1 Prozesskettenbetrachtung und Energietreiber 454.2.2 Peripherie-, Methoden- und technologiematrix 494.2.3 hochrechnung 59

4.3. kritische würdigung der Ergebnisse 65

5. hAndlungSEMPfEhlungEn 70

5.1. verbesserung der datenbasis für die Bestimmung von ressourceneffizienzpotenzialen 70

5.2. weiterbildung, methodische Standardisierung und zertifizierung im Bereich rohstoff-/Energieeffizienz 71

5.3. ganzheitliche ressourcenmanagementsysteme 72

6. lItErAturvErzEIchnIS 74

7. AnhAng 78

8. gloSSAr 79

6

randnotizen

Abkürzungsverzeichnis

ABkürzungSvErzEIchnIS

a. n. g. anderweitignichtgenannt

BWS Bruttowertschöpfung(DefinitionsieheGlossar)

ERP „Enterprise-Resource-Planning“

FEM Finite-Elemente-Methode

FMEA Fehlermöglichkeits-und-einflussanalyse

KMU KleineundMittlereUnternehmen(DefinitionsieheGlossar)

KVP KontinuierlicherVerbesserungsprozess

QFD QualityFunctionDeployment

RHB Roh-,Hilfs-undBetriebsstoffe(DefinitionsieheGlossar)

UGR UmweltökonomischeGesamtrechnung(DefinitionsieheGlossar)

UMS Umweltmanagementsystem

VDI ZRE VDIZentrumRessourceneffizienz

WZ Wirtschaftszweig

7

randnotizen

Abbildungsverzeichnis

ABBIldungSvErzEIchnIS

Abbildung 1: StrukturderUntersuchung 13

Abbildung 2: MethodikderGrobpotenzialanalyse 17

Abbildung 3: BewertungsrelevanteGrößenaufBranchen-undProzessebene 18

Abbildung 4: VorgehenderFeinpotenzialanalyse 20

Abbildung 5: EntwicklungderBruttowertschöpfunginDeutschlandvon1992bis2011 22

Abbildung 6: AnteilederWirtschaftsbereicheanderBruttowertschöpfung2011 23

Abbildung 7: BruttowertschöpfungimVerarbeitendenGewerbe2010 24

Abbildung 8: VerbrauchanRHBimVerarbeitendenGewerbe2010 24

Abbildung 9: Material-undEnergieverbrauchimVerarbeitendenGewerbe2010 25

Abbildung 10: Beschäftige,UmsatzundAnzahlderUnternehmenimWZ25„HerstellungvonMetallerzeugnissen“ 27

Abbildung 11: Energie-undMaterialverbrauchgesamt“HerstellungvonMetallerzeugnissen”,Stand2010 28

Abbildung 12: VorgehensweiseundErgebnisderGrobpotenzialbewertung 30

Abbildung 13: ErgebnisseGrobanalyse,AuswahlWirtschaftszweige(Arbeitsschritt2,Arbeitspaket1) 34

Abbildung 14: ErgebnisseGrobanalyse,AuswahlBranchen(Arbeitsschritt3,Arbeitspaket1) 37

Abbildung 15: Scoring-ModellzurBewertungzukünftigerRessourcenverbräuche 39

Abbildung 16: ErgebnisseGrobanalyse,AuswahlBranchenfürdieFeinanalyse(Arbeitsschritt4,Arbeitspaket1) 40

Abbildung 17: ErmittelteEinsparpotenzialefürMaterialundEnergiefürWirtschaftszweig25 42

Abbildung 18: TheoretischesVorgehensmodellzurHochrechnung 43

Abbildung 19: DurchschnittlicheVerteilungdesEnergieverbrauchsaufdieAnwendungsbereicheinderIndustrie 44

Abbildung 20: BeispielBoxplot-Darstellung 44

Abbildung 21: DarstellungderBranchenSchmiedeundMetalltanksmitihrenProzessketten,ProzessenundzugeordnetenVerfahrensowieÜberschneidungenderBranchen 47

Abbildung 22: DarstellungderBrancheOberflächenveredelungmitihrenProzessketten,ProzessenundzugeordnetenVerfahren 48

Abbildung 23: Übersicht:MatrizenundMethodezurkonservativenAbschätzungderPotenziale 51

Abbildung 24: Sankey-Diagramm,MaterialverlustfürdiebetrachtetenFirmenproJahrnachVerMat-2012 54

8

randnotizen

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 25: Boxplot-DarstellungderPotenzialezurEnergieeinsparunginderPeripherie 59

Abbildung 26: Boxplot-DarstellungPotenzialezurMaterialeinsparungdurchAnalyse-undOptimierungsmethoden 60

Abbildung 27: Boxplot-Darstellung:PotenzialezurEnergie-undMaterialeinsparungdurchTechnologien 61

Abbildung 28: DarstellungderanteiligenEnergieeinsparpotenziale 63

Abbildung 29: DarstellungderminimalenundmaximalenMaterialeinsparungenbezogenaufWZ 64

9

randnotizen

tabellenverzeichnis

tABEllEnvErzEIchnIS

Tabelle 1: Wirtschaftszweige(WZ)desVerarbeitendenGewerbes 15

Tabelle 2: WirtschaftszweigeundBranchenderMetallverarbeitendenIndustrien 16

Tabelle 3: BewertungsfaktorenfürdasScoring-Modell 19

Tabelle 4: FokusbranchenunddazugehörigeSubbranchen 26

Tabelle 5: Beschäftige,UmsatzundAnzahlderUnternehmenindenFokusbranchen 27

Tabelle 6: IntensitätskennzahlenamBeispielEnergie 31

Tabelle 7: VerbrauchsintensitätskennzahlenamBeispielEnergie 32

Tabelle 8: RangfolgenderVerbrauchsintensitätenderWirtschaftszweige 32

Tabelle 9: RangplätzedergewichtetenVerbrauchsintensitäten 33

Tabelle 10: ÜbersichtderBrancheninderzweitenStufedesFilterprozesses 35

Tabelle 11: RangfolgenderEnergie-undMaterialintensitätenjeBrancheinnerhalbderWZ 36

Tabelle 12: GrundlegendeBewertungsrichtlinienfürdasScoring-Modell 41

Tabelle 13: Hochrechnungsmodell 44

Tabelle 14: EnergietreiberinderMetallverarbeitendenIndustrie 46

Tabelle 15: Peripheriematrix:PotenzialederEnergieeinsparungjeSystemverbesserunginProzent 52

Tabelle 16: AuszugdesMaßnahmenkatalogs,BereichAnalyse-undOptimierungsmethoden 55

Tabelle 17: AusschnittausderTechnologiematrix 58

Tabelle 18: ÜbersichtderHochrechnungenfürdasHIGH-undLOW-Potenzial 62

Tabelle 19: EnergieeinsparpotenzialejeBranche 63

Tabelle 20: MaterialeinsparpotenzialejeBranche 64

Tabelle 21: ErmitteltePotenzialefürCO2-Reduktion,bezogenaufMaterial-undEnergieeinsparung 64

10

randnotizen

Management Summary

MAnAgEMEnt SuMMAry1.

AngesichtsderVerfünffachungvonPreisenfürMetallewiezumBeispielKupfer1undderVerdreifachungvonEnergiepreisen2indenletztenzehnJahrenstelltdieErhöhungderRessourcenproduktivitätinderdeutschenMetallverarbeitendenIndustrieeinenentscheidendenWettbewerbsfaktordar.

DasZielderUntersuchungliegtinderAbschätzungvonPotenzialenderMaterial-und Energieeffizienz für ausgewählte Branchen der Metall verarbeitendenIndustrie.DieAuswahlderbetrachtetenBranchenbasiertaufeinerGrobanalysederEffizienzpotenzialederverschiedenenBranchenderMetallverarbeitendenIndustrie, die sowohl die aktuellen Ressourcenverbräuche beziehungsweise-intensitäten als auch zukünftige Branchenentwicklungen berücksichtigt. ImErgebnisdieserGrobanalysewurdendieBranchen

Oberflächenveredelung und Wärmebehandlung; Mechanik anderweitig•nichtgenannt[a.n.g.],

HerstellungvonSchmiede-,Press-,Zieh-undStanzteilen,gewalztenRingen•undpulvermetallurgischenErzeugnissen,

HerstellungvonMetalltanksund-behältern;HerstellungvonHeizkörpern•und-kesselnfürZentralheizungen

identifiziertundinvertiefendeFeinanalyseneinbezogen.MitdenausgewähltenBranchen werden 44 Prozent der Beschäftigten, mehr als die Hälfte derregistrierten Unternehmen und rund 40 Prozent des erwirtschaftetenUmsatzesdesWirtschaftszweiges[WZ]„HerstellungvonMetallerzeugnissen“repräsentiert.

In der Feinanalyse wurden zu möglichen Effizienzpotenzialen die BereicheTechnologie,PeripherieundOptimierungsmethodenanalysiertundalsGrundlageder Hochrechnung zur Bestimmung sinnvoller Schätzintervalle genutzt. ZurZuordnungundSystematisierungderrelevantenEffizienzpotenzialewurdeeineprozessorientierteSichtgewählt,dieeineentsprechendeSchwerpunktsetzungzukünftigerMaßnahmenzurErhöhungderRessourceneffizienzerlaubt.

ImErgebnisderHochrechnungüberdiedreibetrachtetenBranchenkonntenim Bereich Material Einsparpotenziale von zwei bis sechs Prozent pro Jahrausgewiesen werden. Dies entspricht einem monetären Wert im Jahr 2012von763bis2.364MillionenEuro.ImBereichEnergiewurdenimRahmenderHochrechnungEinsparpotenzialeüberalleBrancheninHöhevonfünfbis14Prozent ermittelt, was einemonetäre Einsparung von 96 bis 280MillionenEuroausmacht.DashöchsteEinsparpotenzialimBereichMaterialmitmaximal1.298 Millionen Euro konnte in der Branche „Herstellung von Schmiede-,Press-, Zieh- und Stanzteilen, gewalzten Ringen und pulvermetallurgischenErzeugnissen“ ausgewiesen werden. Im Bereich Energie sind die höchstenEinsparungenmit146MillionenEuroinderBranche„OberflächenveredelungundWärmebehandlung;Mechanika.n.g.“festzumachen.

1 Vgl. London Metal Exchange (1/2013).2 Vgl. Statistisches Bundesamt, Wiesbaden 2013c, S. 13 ff.

11

randnotizen

Management Summary

ZurSteigerungderRessourceneffizienzinderMetallverarbeitendenIndustriewurdendreiSchwerpunktthemenidentifiziert:

Die Datenbasis, die einerseits eine Grundlage für belastbare Aussagen•undEntscheidungeninnerhalbderUnternehmenbildetundandererseitszur Kommunikation und Bewertung nach außen dient,muss verbessertwerden.

Des Weiteren sind Zertifizierungen im Bereich der Ressourceneffizienz•differenziertnachverschiedenenRohstoffartenweiterzuentwickeln.

ZurgezieltenUmsetzungundBewertungbestehenderEffizienzmaßnahmen•werdenvorallemdieWeiterentwicklungundImplementierungintegrierterUmwelt-undRessourcenmanagementsystemeherangezogen.

Alle drei Schwerpunktthemen solltendurchgezielte InformationsprogrammesowieBeratungs-undWeiterbildungsförderungunterstütztwerden.

12 ziel und Methodik der wissenschaftlichen untersuchung

Quantifizierung von Potenzialen der Material- und Energieeffizienz als ziel der untersuchung

zIEl und MEthodIk dEr wISSEnSchAftlIchEn 2. untErSuchung

Das definierte Ziel der Untersuchung besteht in der Quantifizierung vonPotenzialen derMaterial- und Energieeffizienz in derMetall verarbeitendenIndustrie.HierfürwurdeeineMethodezurBewertungderbranchenspezifischenPotenziale entwickelt. Dazu werden drei aus 35 Branchen der MetallverarbeitendenIndustrie tiefergehendaufPotenzialeuntersucht. ImErgebnisderUntersuchungwerdenHandlungsempfehlungenabgeleitet,mitdeneneinBeitragzurVerbesserungderRessourceneffizienzinderMetallverarbeitendenIndustrie geleistet werden kann. Die Methodik der Untersuchung basiertauf einem zweistufigen Analyseprozess, der sich über eine Grob- und eineFeinpotenzialanalyseerstreckt.

2.1. ziele der untersuchung

Die Studie wurde mit zwei wesentlichen Zielstellungen vom VDIZentrum Ressourceneffizienz (VDI ZRE), einer Projektkooperation desBundesumweltministeriums mit dem Verein Deutscher Ingenieure, initiiert.Die Entwicklung einer wissenschaftlich fundiertenMethodik zur Bewertungvon Ressourceneffizienzpotenzialen bildet die Ausgangszielstellung fürdie folgende Untersuchung. Unter Anwendung der entwickelten Methodeerfolgt eine umfassende, sekundärdatenbasierte Analyse der Material- undEnergieeffizienzindreiBranchenderMetallverarbeitendenIndustrie,beideneneinhohesEinsparpotenzialzuerwarten ist. ImErgebnis liegenverständlicheundpraktikableLösungenvor,dieeinenwesentlichenBeitragzurErschließungvonPotenzialenundsomitauchzumDeutschenRessourceneffizienzprogramm(ProgRess)3derBundesregierungleisten.ResultierendausdenErgebnissenderStudiekönnenfürdieAkteureausWirtschaftundPolitik,hierimSpeziellenfürdieFokusbranchenderMetallverarbeitendenIndustrie,Effizienzmaßnahmenund Handlungsempfehlungen abgeleitet werden, die die BerücksichtigungderWechselwirkungenzwischenÖkonomieundÖkologieindenbetrachtetenUnternehmen ermöglichen und somit einen Beitrag zur Erhöhung derRessourcenproduktivitätleisten.

DerZuwachsvonWohlstandundBevölkerungstelltnureineUrsachefürdieseit Jahrzehnten kontinuierliche Zunahme derNachfrage nachKonsum- undWirtschaftsgütern dar. Durch eine nicht nachhaltige Produktion werden dienatürlichen Ressourcen unserer Erde stark in Anspruch genommen, wasunabdingbarzueinerzunehmendenKonkurrenzumdieknapperwerdendenRohstoffe führt. Infolgedessen ist der effizienteUmgangmit dennatürlichenRessourceneineglobaleHerausforderungundeinedringlicheAufgabe,diebereitsindenpolitischenFokusgerücktist.DieVerankerungderRessourcenschonungsowohl im EU-Fahrplan für ein ressourcenschonendes Europa als auch imDeutschenRessourceneffizienzprogrammderBundesregierunglässtzukünftigeineFokussierungderpolitischenEntscheidungenaufRahmenbedingungenfüreinenachhaltigeWirtschaftinVerbindungmitRessourcenschutzund-effizienz

3 Deutsches Ressourceneffizienzprogramm (ProgRess), Programm zur nachhaltigen Nutzung und zum Schutz der natürlichen Ressourcen, Beschluss des Bundeskabinetts vom 29.02.2012

13

randnotizen

ziel und Methodik der wissenschaftlichen untersuchung

erwarten.GleichesgiltfürdiedeutscheNachhaltigkeits-undfürdiedeutscheRohstoffstrategie.

DieBetrachtunginderStudiebeziehtsichaufdieProduktionsprozesse,derenunmittelbare Peripherie sowie prozessuale und strukturelle Maßnahmen imFabrikbetrieb. Aspekte der Gebäudegestaltung, der Gebäudeeinrichtung undentsprechende Maßnahmen des Energiemanagements werden im Rahmender vorliegenden Untersuchung nicht berücksichtigt. Eine Bewertung deridentifiziertenMaßnahmenzurUmsetzungvonRessourceneffizienzpotenzialenhinsichtlich notwendiger Investitionen und korrespondierenderAmortisationszeiten ist nicht Bestandteil der Untersuchung, da eineentsprechende Betrachtung unternehmensspezifische Kontexte einbeziehenmüssteundnichtübereinegenerischeBetrachtungsinnvollrealisierbarist.

2.2. Methodik der untersuchung

Die entwickelte Methodik basiert auf einer sekundärdatenbasierten Analyseeinzelner, im Rahmen der Untersuchung identifizierter Branchen derMetallverarbeitenden Industrie. Der grundsätzlichemethodische Ansatz entsprichteinerbottom-up-orientierten,fallbasiertenAnalysevonEffizienzpotenzialeninausgewähltenBranchen.DieIdentifikationundAuswahldieserFokusbranchenerfolgenüberdieBewertungvergangenheitsbezogenerVerbrauchsintensitätenundeinezukunftsorientierteBewertungderBranchenentwicklung.

Die grundsätzliche Methodik der Untersuchung der Branchen der Metallverarbeitenden Industrie, wie in Abbildung 1 schematisch dargestellt, setztsichausverschiedenenaufeinanderaufbauendenArbeitsschrittenzusammen.AusgehendvondenVorgabenfürdieUntersuchungwerdeninArbeitspaket1imRahmeneinerGrobpotenzialanalysealleBranchenderMetallverarbeitendenIndustrieuntersuchtunddreiBranchenidentifiziert,aufdieArbeitspaket2mitderFeinpotenzialanalysefokussiert.

RechnungsmodellHerstellung von

Metallerzeugnissen

Methoden-matrix

Peripherie-matrix

B1 Heizungs-

und Tankbau

B3 Oberflächen-veredelung

B2Schmiedebranche Energie-

einsparpotenzial

Material-einsparpotenzialTechnologie-

matrix

Synergien

Arbeitspaket 2

Feinpotenzial-analyse

Arbeitspaket 1

Grobpotenzial-analyse

Handlungs-empfehlungen

Branchen der Metall verarbeitendenIndustrie

3 Fokusbranchen

Abbildung 1: Struktur der Untersuchung


verwendung der nomenklatur des Statistischen Bundesamtes

grobpotenzialanalyse

DieBranchenderMetall verarbeitenden Industrieunterscheiden sich indeneinzelnen Dimensionen, beispielhaft genannt seien hier Produktspektrum,LeistungstiefeundWertschöpfungsstufe.EineklareBranchenabgrenzungistoftdurchdieunterschiedlicheAusprägung indenobengenanntenDimensionennicht möglich. Dieser Aspekt wurde im Rahmen von Literaturrecherchendeutlich. Eine einheitliche Branchennomenklatur wird in Deutschland nichtangewendet.VielmehrnutzenVerbände,Institutionen,UnternehmenundÄmtereigene Nomenklaturen für die Datenerhebung und die Branchendarstellung.Dieses Vorgehen erschwert eine Sekundärdatenerhebung beträchtlich, daBranchendatenzwargrundsätzlicherhobenundzurVerfügunggestelltwerden,durchdiefehlendeEinheitlichkeitindenverwendetenNomenklaturensindsiejedochinderAnalysenurschwermiteinandervergleichbar.

Die Definition eines einheitlichen Verständnisses über die Zielsetzung undden Untersuchungsrahmen bildet die Grundlage der Untersuchung. Um beider Sekundärdatenanalyse einemöglichst hohe Datendichte zu erzielen, hatsichfürdieUntersuchungdieVerwendungderNomenklaturdesStatistischenBundesamtes4alszweckmäßigeLösungherausgestellt.

ImRahmenderStudiewurdenausdenWirtschaftszweigendesVerarbeitendenGewerbes–inderArtwievomStatistischenBundesamtzugeordnetundinTabelle1abgebildet–diejenigenbetrachtet,diederMetallverarbeitenden Industrieangehören.DieuntersuchtenMetallverarbeitendenWirtschaftszweigesindinTabelle 1weiß hinterlegt.Die Branchen „MetallerzeugungundBearbeitung“sowiederBausektorwurdenexplizitvonderAnalyseausgeschlossenundsindsomitnichtimUntersuchungsrahmenenthalten.

Diese sechs ausgewähltenWirtschaftszweige fassen insgesamt 35 BranchenderMetallverarbeitendenIndustriezusammen,unterdenen70Subbranchensubsumiert sind. Tabelle 2 zeigt die betreffendenWirtschaftszweigeunddieBranchen.

Der Fokus derUntersuchungwird auf die Branchenebene gelegt, die zweiteGliederungsebeneinTabelle2.ImRahmendeserstenArbeitspaketeswerdenkennzahlenbasiertauseinerGesamtmengevon35BranchendiedreiBranchenmit den zu erwartenden größtennutzbarenPotenzialenherausgefiltert. ZumbesserenVerständnisistdieMethodikderGrobpotenzialanalyse,diedenInhaltdeserstenArbeitspaketesergibt,inAbbildung2detailliertmitdeneinzelnenArbeitsschrittendargestellt.

ZurDefinitiondesUntersuchungsrahmenszähltnebenderzuverwendendenBranchennomenklatur auch die Festlegung des zeitlichen Bezugs für dieBerechnungderKennzahlen.AlszeitlicherBezugwirdder jeweilsaktuellsteJahreszeitraumfestgelegt,fürdenSekundärdatenzudendefiniertenBranchenerhobenwerdenkönnen.

4 Vgl. Statistisches Bundesamt (2007), S. 2.

15

randnotizen


WZ 2008 Code WZ 2008 – Bezeichnung (a. n. g. = anderweitig nicht genannt)

10 Herstellung von Nahrungs- und Futtermitteln

11 Getränkeherstellung

12 Tabakverarbeitung

13 Herstellung von Textilien

14 Herstellung von Bekleidung

15 Herstellung von Leder, Lederwaren und Schuhen

16 Herstellung von Holz-, Flecht-, Korb- und Korkwaren (ohne Möbel)

17 Herstellung von Papier, Pappe und Waren daraus

18Herstellung von Druckerzeugnissen; Vervielfältigung von bespielten Ton-, Bild- und Datenträgern

19 Kokerei und Mineralölverarbeitung

20 Herstellung von chemischen Erzeugnissen

21 Herstellung von pharmazeutischen Erzeugnissen

22 Herstellung von Gummi- und Kunststoffwaren

23 Herstellung von Glas und Glaswaren, Keramik, Verarbeitung von Steinen und Erden

24 Metallerzeugung und -bearbeitung

25 Herstellung von Metallerzeugnissen

26Herstellung von Datenverarbeitungsgeräten, elektronischen und optischen Erzeugnissen

27 Herstellung von elektrischen Ausrüstungen

28 Maschinenbau

29 Herstellung von Kraftwagen und Kraftwagenteilen

30 Sonstiger Fahrzeugbau

31 Herstellung von Möbeln

32 Herstellung von sonstigen Waren

33 Reparatur und Installation von Maschinen und Ausrüstungen

Tabelle 1: Wirtschaftszweige (WZ) des Verarbeitenden Gewerbes5

Jeder Produktionsprozess entlang der Wertschöpfungskette istcharakterisiert durch Input, spezifische Produktion und Output. Die für diePotenzialuntersuchungrelevantenRessourcenimProduktionsprozesswerdengrundsätzlichinzweiKategorienunterteilt,indieInput-Ressourcenundindenumweltrelevanten Output, siehe Abbildung 3. Die im Rahmen dieser StudieanalysiertenRessourceneffizienzpotenzialebeziehensichaufdieeingesetztenRessourcen.Potenziale,beispielsweiseausderVerminderungvonAbfallundüberschüssigemMaterialoderdessen (innerbetrieblichem)Recyclingbleibenunberücksichtigt.

5 Vgl. Statistisches Bundesamt (2007), S. 78 ff.

16

randnotizen


25 H. v. Metallerzeugnissen

25.1. Stahl- und Leichtmetallbau

25.2.Herstellung von Metalltanks und -behältern; Herstellung von Heizkörpern und Kesseln für Zentralheizungen

25.3. Herstellung von Dampfkesseln (ohne Zentralheizungskessel)

25.4. Herstellung von Waffen und Munition

25.5. Herstellung von Schmiede-, Press-, Zieh- und Stanzteilen, gewalzten Ringen und pulvermetallurgischen Erzeugnissen

25.6. Oberflächenveredelung und Wärmebehandlung; Mechanik a. n. g.

25.7. Herstellung von Schneidwaren, Werkzeugen, Schlössern und Beschlägen aus unedlen Metallen

25.9. Herstellung von sonstigen Metallwaren

26 H. v. Datenverarbeitungsgeräten, elektronischen und optischen Erzeugnissen .......

26.1. Herstellung von elektronischen Bauelementen und Leiterplatten

26.2. Herstellung von Datenverarbeitungsgeräten und peripheren Geräten

26.3. Herstellung von Geräten und Einrichtungen der Telekommunikationstechnik

26.4. Herstellung von Geräten der Unterhaltungselektronik

26.5. Herstellung von Mess-, Kontroll-, Navigations- u. ä. Instrumenten und Vorrichtungen; Herstellung von Uhren

26.6. Herstellung von Uhren

26.7. Herstellung von optischen und fotografischen Instrumenten und Geräten

26.8. Herstellung von magnetischen und optischen Datenträgern

27 H. v. elektrischen Ausrüstungen

27.1. Herstellung von Elektromotoren, Generatoren, Transformatoren, Elektrizitätsverteilungs- und schalteinrichtungen

27.2. Herstellung von Batterien und Akkumulatoren

27.3. Herstellung von Kabeln und elektrischem Installationsmaterial

27.4. Herstellung von elektrischen Lampen und Leuchten

27.5. Herstellung von Haushaltsgeräten

27.9. Herstellung von sonstigen elektrischen Ausrüstungen und Geräten a. n. g.

28 Maschinenbau

28.1. Herstellung von nicht wirtschaftszweigspezifischen Maschinen

28.2. Herstellung von sonstigen nicht wirtschaftszweigspezifischen Maschinen

28.3. Herstellung von land- und forstwirtschaftlichen Maschinen

28.4. Herstellung von Werkzeugmaschinen

28.9. Herstellung von Maschinen für sonstige bestimmte Wirtschaftszweige

29 H. v. Kraftwagen und Kraftwagenteilen

29.1. Herstellung von Kraftwagen und Kraftwagenmotoren

29.2. Herstellung von Karosserien, Aufbauten und Anhängern

29.3. Herstellung von Teilen und Zubehör für Kraftwagen

30 Sonstiger Fahrzeugbau

30.1. Schiff- und Bootsbau

30.2. Schienenfahrzeugbau

30.3. Luft- und Raumfahrzeugbau

30.4. Herstellung von militärischen Kampffahrzeugen

30.9. Herstellung von Fahrzeugen a. n. g.

Tabelle 2: Wirtschaftszweige und Branchen der Metall verarbeitenden Industrien6


17

randnotizen


Auswahl von 3 Fokusbranchen für Arbeitspaket 2

Definition des Untersuchungsrahmens und Festlegung der Branchennomenklatur

Bewertung und Gewichtung der Verbrauchsintensitäten für die Ressourcen Energie, Wasser, Material und den umweltrelevanten Output in Form von Emissionen und Abwasser

Bewertung der Material- und Energieverbrauchsintensitäten für insgesamt 19 Branchen

Entwicklung eines zweidimensionalen Scoring-Modells zur Bewertung der erwarteten Branchenentwicklungen durch Expertenbefragung

Priorisierung der in der Detailanalyse zu verfolgenden BranchenReflexion der Ergebnisse anhand politischer Schwerpunktthemen

6 Wirtschaftszweige derMetall verabeitenden Industrie

3 Wirtschaftszweige mitinsgesamt 19 Branchen

9 Branchen

3 Branchen

100x66Abbildung 2: Methodik der Grobpotenzialanalyse

DieUnterteilunginInputundOutputermöglichteineweitereDifferenzierungderbeidenKategorien.ZumInputzählendieproduktspezifischenRohstoffeundHalbzeuge,ebensodieprozessspezifischenHilfs-undBetriebsstoffe(RHB).ZumOutputrechnenalleprozess-undproduktspezifischenEmissionenwieAbfall,Abwasser,CO2, etc.unddieErzeugnisseselbst. JedederRessourcengruppenlässt sich weiter in ihre einzelnen Ressourcen aufgliedern. BeispielhaftbedeutetdasfürdieRessourcengruppeEnergieeineAufteilunginMineralöl,Erdgas, Steinkohle, Braunkohle, Kernenergie, erneuerbare Energien, etc. DieDatenverfügbarkeitindiesemDetaillierungsgradistfüralleRessourcengruppenundBranchennurunzureichendgegeben.FürEmissionenwieAbfall,Staub,Abwärme, Materialreste und sonstige Gase liegen keine aktuellen Datenauf Branchenebene vor. Sie sind der Vollständigkeit halber in Abbildung 3aufgeführt(grauhinterlegt).

DieBewertungdersechsdefiniertenWirtschaftszweigeimzweitenArbeitsschritterfolgtüberdieBerechnungeinerGesamtressourcenverbrauchsintensität.DiestrukturierteGegenüberstellungderRessourcenverbrauchskennzahlenineinerBranchen-Rohstoff-Gruppen-Matrix ermöglicht Aussagen über die Höhe derRessourcenverbräuche, lässt jedoch keine Aussagen hinsichtlich möglicherEffizienzpotenzialezu.

In Anlehnung an das Statistische Bundesamt, das die Effizienz bei derFaktorennutzung in der Umweltökonomischen Gesamtrechnung [UGR] alsIntensitätskennzahlen ausweist, wurden im Rahmen der UntersuchungIntensitätskennzahlen als Rechengrundlage genutzt. „Intensitätenwerden in den UGR berechnet, um den ‚Umweltverbrauch‘ verschiedenerBranchenmiteinandervergleichbarzumachen.“7

7 Statistisches Bundesamt (2011), Tabellenband Teil 1

18

randnotizen


Hilfs- und Betriebsstoffe

InputRessourcen

Rohstoffe

Emissionen

Erzeugnisse

Halbzeuge /

Fertigteile /

Produkte

Halbzeuge /

Halbfertigprodukte

Energie

Wasser

Gas

Chemikalien

sonstige Werkstoffe

überschüssiges Material

sonstige Gase

Abw

ärme

Abfall

Staub/

Partikel

CO2

Branche / Prozess

Abbildung 3: Bewertungsrelevante Größen auf Branchen- und Prozessebene

Zur Bewertung und zum Vergleich der Ressourcenverbräuche in den sechsWirtschaftszweigen werden zunächst je Ressourcengruppe Intensitätskenn-zahlen berechnet, die die Branchenverbräuche mit den dazugehörigenBruttoproduktionswerten des Vergleichszeitraumes ins Verhältnis setzen.EineGewichtungderRessourcenanhanddesBranchenanteilsamGesamtver-brauch ermöglicht die Bildung einer Gesamtverbrauchsintensitätskennzahlfür den Ressourcenverbrauch und die Bildung einer Rangfolge derVerbrauchsintensitäten.MitHilfedieseserstenFilterswirdeineReduzierungvonursprünglichsechsbetrachtetenWirtschaftszweigenaufdreimöglich.

Im sich anschließenden dritten Arbeitsschritt erfolgt eine differenzierteBewertungderinsgesamt19BranchenderdreiausgewähltenWirtschaftszweigehinsichtlich Materialintensität einerseits und Energieintensität andererseits.DieseBewertungbildetdieGrundlagefürdieAuswahlvonneunaus19Branchen.Um in der weiteren Bewertung der Branchen keinen der drei ausgewähltenWirtschaftszweigezuverlieren,werdenjeWirtschaftszweigdiedreiBranchenherangezogen,diediehöchsteMaterial-undEnergieintensitätaufweisen.AmEnde des dritten Arbeitsschrittes liegen insgesamt neun Branchen aus dreiWirtschaftszweigenfürdieweitereAnalysevor.

Um neben der reinen Vergangenheitsbetrachtung über Verbrauchs- undIntensitätskennzahlen auch die zukünftige Entwicklung der Branchen inden kommenden Jahren zu berücksichtigen, werden die neun Branchen inArbeitsschritt vier anhand eines entwickelten zweidimensionalen Scoring-Modells bewertet. Die beiden Dimensionen für die Bewertung umfassen dieBranchenentwicklungunddastechnologischeInnovationspotenzial.Denbeiden

19

randnotizen


Dimensionensind,inAnlehnungandas5-Kräfte-ModellvonMichaelE.Porter8,Faktorenzugeordnet,diedenRessourcenverbrauchindenkommendenJahrensignifikantbeeinflussenkönnen.

Die Auswahl der qualitativen und quantitativen Faktoren innerhalb derDimensionenerfolgtunterderMaßgabederÜberschneidungsfreiheit,umeineübermäßigstarkeGewichtungeinzelnerZieleauszuschließen.DieGewichtungder einzelnen Faktoren findet in Abstimmungmit dem Forschungsteam derStudie statt und wird im Anschluss mit Experten verschiedener relevanterFachdisziplinenderTUBerlin9diskutiertundfinalisiert.DemModellliegteineBewertungsskalavoneinembiszehnPunktenzugrunde,diefüralleKriterienverwendetwird.DurchdiePunktevergabejeSubbrancheundKriteriumwirddie Höhe des Faktoreneinflusses auf die Entwicklung der zu erwartendenRessourcenverbräuche bewertet. Die Einschätzung „vollständig branchen-wachstumsbeschränkend“ entspricht einem Wert von 1, „nicht branchen-wachstumsbeschränkend“einemWertvon10.DiequantitativenFaktoren imScoring-Modell werden über Zeitreihenanalysen bewertet, die qualitativenFaktoren über Literaturanalysen und Expertenbefragungen innerhalbverschiedener relevanter Fachdisziplinen der TU Berlin. Um den teilweisegroßen Ermessenspielräumen bei dieser Bewertung entgegenzuwirken, wirddiePunktvergabeimExpertenteamdurchgeführt.

Dimension Faktor

BranchenentwicklungRessourcen-

verfügbarkeit

Zugang zu Rohstoffen

Preisentwicklung von Rohstoffen

Rohstoffreichweite

Recyclingrate in Deutschland

Substituierbarkeit von Rohstoffen

Demographische Einflüsse

Branchen-

attraktivität

Branchengröße in Deutschland

Branchenwachstum

Marktstabilität

Wettbewerbs-

stärke

Partizipationsrate BIC Staaten

Anteil Exportrate

Wertschöpfungstiefe Deutschland

Technologisches Innovationspotenzial

Investitionen in Forschung & Entwicklung; staatl. Forschungsausgaben

Produktlebenszyklus

Innovationsintensität

Tabelle 3: Bewertungsfaktoren für das Scoring-Modell

8 Vgl. Porter, M. E. (1989), S. 17 ff.9 Befragung von Mitarbeitern folgender Fachgebiete der TU Berlin: Energie- und Rohstoff-wirtschaft, Technologie- und Innovationsmanagement, Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik


Ermittlung der Einsparpotenziale in drei Schritten

DieErmittlungdergewichtetenGesamtpunktzahlfürjedederneunBranchenermöglichtdiePriorisierungvondreiBranchenals Input füreinedetaillierteBranchenanalyseimzweitenArbeitspaket.EswerdendiedreiBranchenmitdengrößtenPunktzahlenausgewählt–jehöherdiePunktzahl,destopositiverdaserwarteteBranchenwachstumunddietechnologischenInnovationspotenziale.

EineReflexionderpriorisiertenBranchenanhandpolitischerSchwerpunktthemendientalsKontrollinstrumentvorBeginnderArbeiteninArbeitspaket2.MitHilfederzweistufigenMethodewerdendreiaus35Branchenidentifiziert,dienebeneinerbestehendenhohenRessourcenintensitätzukünftigeinerseitseinweiteresBranchenwachstum in Deutschland erwarten lassen, wasmit einemAnstiegdesRessourcenverbrauchseinhergehenwürde,undbeidenenandererseitsdietechnologischenInnovationspotenzialenochnichtausgeschöpftsind.

feinpotenzialanalyse

Die anschließende Ermittlung spezifischer Einsparpotenziale in den dreiidentifizierten Branchen aus der Grobpotenzialanalyse erfolgt in dreiwesentlichen Schritten. Zunächst werden für die einzelnen Branchendie branchenspezifischen Fertigungsprozesse in Form von Input-Output-Beziehungen erfasst und entsprechend der Prozesslogik zu Prozesskettenverdichtet,diedenganzheitlichenFertigungsumfangeinerBrancheabbilden.ImErgebnisdiesesSchrittesliegenallerelevantenProzessebeziehungsweiseProzesskettenvor,aufderenBasisinsbesonderedieAuswahlwesentlicherzubetrachtenderFertigungstechnologienerfolgt.ZudemkönnenprozessbedingteBranchenüberschneidungenherausgearbeitetwerden.

Ermitteln der Potenziale zur Material- und Energieeffizienzbezogen auf die gesamte Metall verarbeitende Industrie

Entwickeln eines Hochrechnungsmodells zur Bestimmung der theoretisch möglichen Einsparpotenziale

Analysieren der Potenziale zur Ressourceneffizienzin den Bereichen Fertigungstechnologie, Maßnahmen

in der Peripherie und allgemeiner Verbesserungsmaßnahmen

Verdichtung der Input-Output-Beziehungen und Modell der branchenspezifischen Prozessketten

Untersuchung der 3 Fokusbranchen auf Input,Produktionsprozess und Output

High-Low-Modell

Quantifizierung derEinsparpotenzialeauf drei Aspekte

BranchenspezifischeProzessketten

Prozessanalysender 3 Fokusbranchen

Energieeinsparung 50-146 [Mio €]Materialeinsparung 265-821 [Mio €]

Abbildung 4: Vorgehen der Feinpotenzialanalyse

21

randnotizen


Im zweiten Schritt werden Einsparmöglichkeiten in Einzelbetrachtungenanalysiert und in Form von Ressourceneinsparpotenzialen quantifiziert.Für die Einzelbetrachtungen haben sich die erwarteten Unterschiede in derDatenbasis und -qualität bestätigt. Bei der Quantifizierung von Potenzialenwirdzumeinenaufdirekte,fertigungsprozessbezogeneEinsparmöglichkeitenim Bereich der Fertigungstechnologien fokussiert. Zum anderen werdenMaßnahmen zur Einsparung in der Peripherie der Prozesse und imBereichdesFabrikbetriebs–imSinneorganisatorischer,prozessualerundpersonellerVerbesserungsmaßnahmen–betrachtet.ImErgebnisdiesesSchrittesliegenausEinzelbetrachtungenermittelte,quantifizierteEinsparpotenzialevor,diejenachBezugineinerTechnologie-,Peripherie-oderVerbesserungsmaßnahmenmetrikabgebildetwerden.

Im abschließenden Schritt erfolgt die Hochrechnung der Ressourcen-einsparpotenzialeaufBranchenebene.HierzuwerdenzunächstaufBasisderim zweiten Schritt ermittelten Einsparpotenziale untere und obere Grenzenabgeleitet (Low-High-Prinzip). Dazu erfolgt die Datenvisualisierung in FormvonBox-Plot-Diagrammen;überdasunterstebeziehungsweiseobersteQuantilwirddasminimalebeziehungsweisemaximaleEinsparpotenzialabgeschätzt.AnschließendwerdenfürdieminimalenundmaximalenbranchenspezifischenMaterial-undEnergieeinsparpotenzialediearithmetischenMittelüberdiedreiEinspardimensionen (Technologie, Peripherie, Verbesserungsmaßnahmen)berechnetundaufdiebranchenspezifischenMaterial-undEnergieverbräucheprojiziert.DasErgebnisderHochrechnungergibtminimalebeziehungsweisemaximale Material- und Energieeinsparpotenziale für die drei betrachtetenBranchen.

22

randnotizen

das verarbeitende gewerbe und die fokusbranchen

dAS vErArBEItEndE gEwErBE und dIE 3. fokuSBrAnchEn

Die Weltwirtschaft und damit auch die wirtschaftliche EntwicklungDeutschlandshängendirektvonderVerfügbarkeitnatürlicherRessourcenundderRessourcenproduktivitätab.Eszeichnetsichab,dassnatürlicheRessourcenauf der ganzenWelt langfristigknapperund somit kostenintensiverwerden.NureineSteigerungderRessourcenproduktivitätunddienachhaltigeNutzungder gegebenen Ressourcen werden langfristig die Wettbewerbsfähigkeit desIndustriestandortesDeutschlandsichern.

DieWarenundProdukteausDeutschlandsindweltweitgefragt.DeutschlandzählteimJahr2011zudenweltweitführendenExportnationennebenChinaunddenUSAmiteinemWertanausgeführtenWareninHöhevon1.060MilliardenEuro.DasentsprichteinemPlusvon11,4Prozentgegenüber2010.10

Trotz des Trends zur Auslagerung von Wertschöpfungsstufen in Niedrig-lohnländer hat sich die Bruttowertschöpfung (BWS) in Deutschland in denvergangenen zwanzig Jahren kontinuierlich positiv entwickelt. Nach einemkurzen Einbruch im Jahr 2009 – als Resultat der internationalenFinanzkrise – wurden in den Jahren 2010 und 2011 wieder Zuwächse derBruttowertschöpfungverzeichnet(Abbildung5).DerAnteildesProduzierendenGewerbes an der Bruttowertschöpfung macht – neben dem Dienstleistungs-bereich als dem größten deutschen Wirtschaftssektor – konstant um die30Prozentaus.

Dienstleistungsbereiche

Land- und Forstwirtschaft, Fischerei

Produzierendes Gewerbe

Bruttowertschöpfung in jeweiligen Preisen in den Wirtschaftsbereichen in Mrd. €

Abbildung 5: Entwicklung der Bruttowertschöpfung in Deutschland von 1992 bis 201111

10 Vgl. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (2012).11 Vgl. Statistisches Bundesamt (2012 a), Ergebnisse einer Datenabfrage.

23

randnotizen


Innerhalb des Wirtschaftssektors Produzierendes Gewerbe weist dasVerarbeitendeGewerbemiteinemAnteilvon23ProzentdiewirtschaftlichgrößteRelevanzauf(Abbildung6).DiewirtschaftlicheBedeutungdesVerarbeitendenGewerbesinDeutschlandzeigtsichauchinderHöhedesVerbrauchsvonRoh-,Hilfs-undBetriebsstoffen,dieimJahr2010bei748,58MilliardenEurolag.

Eine differenzierte Betrachtung desVerarbeitendenGewerbes zeigt deutlich,dassdieBranchenderMetallverarbeitendenIndustriedenmitAbstandgrößtenBeitragzurBruttowertschöpfungleisten(sieheAbbildung7).

DementsprechendhochistauchderAnteilamVerbrauchvonRoh-,Hilfs-undBetriebsstoffen inderMetallverarbeitenden Industrie.Abbildung8zeigtdieVerbrauchszahlenvon2010.DieBranchenderMetallverarbeitendenIndustrieverbrauchten Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe im Wert von 434,3 MilliardenEuro. Das entspricht 58 Prozent des Gesamtverbrauchs des VerarbeitendenGewerbes.

Land- und Forstwirtschaft,

Fischerei

23 %

Bruttowertschöpfung nach Wirtschaftsbereichen 2011

Abbildung 6: Anteile der Wirtschaftsbereiche an der Bruttowertschöpfung 201112

12 Vgl. Statistisches Bundesamt (2012 a), Ergebnisse einer Datenabfrage.

24

randnotizen


Bruttowertschöpfung der Wirtschaftszweige des Verarbeitenden Gewerbes 2010 in Mrd. €

Abbildung 7: Bruttowertschöpfung im Verarbeitenden Gewerbe 2010 13

0

100.000

200.000

300.000

400.000

Verbrauch an Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffenim Verarbeitenden Gewerbe, Dtl. 2010

Abbildung 8: Verbrauch an RHB im Verarbeitenden Gewerbe 201014

13 Vgl. Statistisches Bundesamt (2012 a), Ergebnisse einer Datenabfrage.14 Vgl. Statistisches Bundesamt (2012b), S. 176 – 234.

25

randnotizen


Energieverbrauch 2010in Mio.€; %

Metall verarbeitende Industrie

Sonst. Verarbeitendes Gewerbe

Metall verarbeitende Industrie

Sonst. Verarbeitendes Gewerbe

Materialverbrauch 2010in Mio.€; %

292.409

41 %

419.058

59 %

21.879

59 %

15.235

41 %

Abbildung 9: Material- und Energieverbrauch im Verarbeitenden Gewerbe 201015

ZurVerdeutlichungderwirtschaftlichenBedeutungderMetallverarbeitendenIndustriesindderenVerbräuchevonMaterialundEnergieimVerarbeitendenGewerbe in Abbildung 9 dargestellt. Die hohen Ressourcenverbräuche derMetall verarbeitenden Industrie lassen unter anderem ein großes absolutesEffizienzpotenzialerwarten.

UmdieseVermutungzuuntermauernunddamiteinenBeitragzurErforschungder Ressourceneffizienzpotenziale in derMetall verarbeitenden Industrie zuleisten,wirdimRahmenderStudieeinebranchenweiteGrobpotenzialanalyseüber alle 35 Branchen der Metall verarbeitenden Industrie durchgeführt.Eine vertiefende Analyse erfolgt für drei ausgewählte Branchen im zweitenArbeitspaket.

ZurErmittlungdieserdreiBranchenwirdnachderinKapitel2beschriebenenMethodik vorgegangen. In diesem Kapitel, den Untersuchungsergebnissenvorgreifend,werdendiedreiFokusbranchenvorgestellt.

die fokusbranchen der untersuchung allgemein

Die Fokusbranchen der Untersuchung gehören alle dem Wirtschaftszweig„HerstellungvonMetallerzeugnissen“an.DieserträgtgemäßderKlassifikationdesStatistischenBundesamtesdenWZCode25.DiedreiFokusbranchensindin Tabelle 4 hervorgehoben. Unter den drei Fokusbranchen sind insgesamtneunSubbranchensubsummiert.

Zur wirtschaftlichen Einordnung der drei Fokusbranchen innerhalb ihresWirtschaftszweiges „Herstellung von Metallerzeugnissen“ dient Tabelle 5.Insgesamt arbeiten 44 Prozent der Beschäftigten der Metall verarbeitendenIndustrieineinerderausgewähltenBranchen.MehralsdieHälftederregistriertenUnternehmen des Wirtschaftszweiges „Herstellung von Metallerzeugnissen“gehöreneinerderdreiBranchenan.Zusammenerwirtschaftensie40ProzentdesUmsatzesdiesesWirtschaftszweiges.

15 Vgl. Statistisches Bundesamt (2012b), S. 176 – 234.

26

randnotizen


Zur Verdeutlichung der Bedeutung der ausgewählten Branchen sind dieBranchenanteile in den Kategorien Beschäftigte, Umsatz und AnzahlUnternehmeninAbbildung10prozentualdargestellt.

WZ Code 2008

Branchennamen



25.2.Herstellung von Metalltanks und -behältern; Herstellung von Heizkörpern und kesseln für Zentralheizungen

25.21 Herstellung von Heizkörpern und –kesseln für Zentralheizungen

25.29 Herstellung von Sammelbehältern, Tanks u. ä. Behältern aus Metall

25.3. Herstellung von Dampfkesseln (ohne Zentralheizungskessel)

25.4. Herstellung von Waffen und Munition

25.5.Herstellung von Schmiede-, Press-, Zieh- und Stanzteilen, gewalzten Ringen und pulvermetallurgischen Erz

25.50.1 Herstellung von Freiformschmiedestücken

25.50.2 Herstellung von Gesenkschmiedeteilen

25.50.3 Herstellung von Kaltfließpressteilen

25.50.4 Herstellung von Press-, Zieh- und Stanzteilen

25.50.5 Herstellung von pulvermetallurgischen Erzeugnissen


25.60.1 Oberflächenbehandlung und Wärmebehandlung

25.60.2 Mechanik a.n.g.

25.7.Herstellung von Schneidwaren, Werkzeugen, Schlössern und Beschlägen aus unedlen Metallen

25.9. Herstellung von sonstigen Metallwaren

Tabelle 4: Fokusbranchen und dazugehörige Subbranchen16

16 Statistisches Bundesamt (2008), S. 95 ff.

27

randnotizen


BrancheAnzahl der

BeschäftigtenUmsatz in

Mio. €Anzahl der Unternehmen

Gesamt WZ 25 H. v. Metallerzeugnissen 815.306 111.031,2 42.452

Branche B1 WZ 25.20Herstellung von Metalltanks und -behältern; Herstellung von Heizkörpern und Kesseln für Zentralheizungen

22.828 4.134,7 494

Branche B2 WZ 25.50 Herstellung von Schmiede-, Press-, Zieh- und Stanzteilen, gewalzten Ringen und pulvermetallurgischen Erzeugnissen

103.956 18.196,6 1.545

Branche B3 WZ 25.60 Oberflächenveredelung und Wärmebehandlung; Mechanik a. n. g.

231.752 22.444,7 20.142

Tabelle 5: Beschäftige, Umsatz und Anzahl der Unternehmen in den Fokusbran-chen17

0

20

40

60

80

100

56 6048

Abbildung 10: Beschäftige, Umsatz und Anzahl der Unternehmen im WZ 25 „Her-stellung von Metallerzeugnissen“18

17 Vgl. Eurostat (2012), Stand 2010.18 Vgl. Eurostat (2012), Stand 2010.

28

randnotizen


Energie- und Materialverbrauch der fokusbranchen

Der gesamte Energieverbrauch der Branchen, die unter die Klassifizierung„HerstellungvonMetallerzeugnissen“zählen,betrug94MillionenGigajoule19im Jahr2010 (sieheAbbildung11).Weitmehr als dieHälfte dessenwird inden Fokusbranchen verbraucht. Die Fokusbranche „Oberflächenveredelung;Wärmebehandlung;Mechanika.n.g.“nimmtmit28ProzentdengrößtenAnteilamEnergieverbrauchderbetrachtetenBranchenein.MiteinemetwaskleinerenAnteilvon24ProzentweistdieBranche„HerstellungvonSchmiede-,Press-,Zieh-undStanzteilen,gewalztenRingenundpulvermetallurgischenErzeugnissen“einen Energieverbrauch auf, der in etwa dem jährlichen EnergieverbraucheinerStadtwieLudwigsburgmit86.000Einwohnernentspricht.20MiteinemEnergieverbrauchvon2,8Gigajoule,waseinenAnteil voncircadreiProzentausmacht,verbrauchtdieBranche„WZ25.20HerstellungvonMetalltanksund-behältern;Herstellung vonHeizkörpern und -kesseln für Zentralheizungen“vondenbetrachtetenFokusbranchenamwenigstenEnergie.

In der rechten Grafik in Abbildung 11 sind die Materialverbräuche derdrei Fokusbranchen denen der anderen Branchen der „Herstellung vonMetallerzeugnissen“ gegenübergestellt. Die Schmiedeindustrie verbrauchtjährlichRoh-,Hilfs- undBetriebsstoffe imWert von8,3MilliardenEuroundweistdamiteinenAnteilvon22ProzentamGesamtverbrauchauf.Verglichenmit dem in Tabelle 5 bezifferten Umsatz in Höhe von 18,2Milliarden EurostellensieeinebedeutendeKostenstelledar.

Energieverbrauch gesamt„Herstellung von Metallerzeugnissen”

93.952.148 GJ

Sonstige:45 %

Oberflächen-veredelung:

28 %

Oberflächen-veredelung:

14 %

Schmieden:24 %

Heizungs- und Tankbau:

3 %

Heizungs- und Tankbau:

4 %

Schmieden:22 %

Sonstige:60 %

Materialverbrauch gesamt„Herstellung von Metallerzeugnissen”

37,5 Mrd €

Abbildung 11: Energie- und Materialverbrauch gesamt “Herstellung von Metaller-zeugnissen”, Stand 2010

19 Vgl. Statistisches Bundesamt (2011a), Tabellenband Teil 2.20 Vgl. Jank, R. (2010), S. 25 ff.

29Ergebnisse der untersuchung

zweistufige Analysemethode zur Identifikation und Erschließung von ressourceneffizienz-Potenzialen

ErgEBnISSE dEr untErSuchung4.

Zur Identifikation und Erschließung von Potenzialen zur Ressourceneffizienzwurde eine zweistufige Analysemethode entwickelt. Im ersten Schrittwerden die material- und energieintensivsten Branchen identifiziert undim zweiten Schritt wird für diese Branchen eine detaillierte Analyse derEffizienzpotenzialeaufProzess-undProzesskettenebenedurchgeführt.Währendder Untersuchungsgegenstand des ersten Arbeitspaketes eine vergleichendeDarstellungallerrelevantenBranchendarstellt,liegtderFokusderimzweitenArbeitspaketentwickeltenMethodeaufeinervertiefendenAnalysederPotenzialezur Energie- undMaterialeffizienz, auf deren Basis Handlungsempfehlungenabgeleitetwerden.

4.1. Ergebnisse der grobpotenzialbewertung

Erhebliche Potenziale für eine Ressourceneffizienz werden in der deutschenMetallverarbeitendenIndustrievermutet.UmdieseVermutungzuuntermauernund den Unternehmen Hilfestellungen und Möglichkeiten zur Nutzungvorhandener Potenziale zu geben, werden aus den insgesamt 35 Branchender Metall verarbeitenden Industrie im ersten Arbeitsschritt drei Branchenausgewählt, die anhand einer rückwärts betrachteten SekundärdatenanalysekombiniertmiteinerzukunftsorientiertenBewertungdurcheinScoring-Modellauf ein hohes Potenzial schließen lassen. Das Ergebnis bildet die GrundlagefürdieDetailuntersuchungim2.Arbeitspaket,derenErgebnisse in4.2nähererläutertsind.

BeiderVorauswahlaussechsWirtschaftszweigenmitinsgesamt35Branchender Metall verarbeitenden Industrie wurden drei Branchen identifiziert, dieinsgesamt einen im Verhältnis zum erwirtschafteten Bruttoproduktionswertdes Vergleichszeitraumes hohen Ressourcenverbrauch aufweisen und auchzukünftig für den Wirtschaftsstandort Deutschland von Bedeutung sind. DieFokusbranchen als Ergebnis des ersten Arbeitspaketes sind in Abbildung 12dargestellt.

Die Grobanalyse beinhaltet einerseits die Betrachtung und Bewertung vonVerbrauchsdateninVerbindungmitderBerechnungvonIntensitätskennzahlenund andererseits eine Abschätzung der zukünftig erwarteten Branchen-entwicklungmitHilfeeineszweidimensionalenScoring-Modells.

Bildung gewichteter verbrauchsintensitätskennzahlen:

Auswahl von drei aus sechs wirtschaftszweigen

DieDatenerhebung ergab, dassVerbrauchskennzahlen fürRessourcen sowieKennzahlen über Emissionen nicht in einheitlichen Detaillierungsgradenvorliegen.Auffällighierbeiwar,dasszwischendenErhebungenunddendaraufbasierendenBerechnungen für dieVerbräuche vonWasserundGenerierungvonAbwasserZeitabständevonfünfJahrenliegen.ÄhnlichesgiltfürdieCO2-Emissionen.DieaufBerechnungendesStatistischenBundesamtesbasierenden

30

randnotizen

Ergebnisse der untersuchung

VeröffentlichungenerfolgeninderumweltökonomischenGesamtrechnungaufWirtschaftszweigebene,detaillierteBranchendatenwerdennichtberechnet.




Bewertung der Material- und Energieverbrauchsintensitäten für insgesamt 19 Branchen


Priorisierung der in der Detailanalyse zu verfolgenden Branchen/Reflexion der Ergebnisse anhand politischer Schwerpunktthemen



9 Branchen

3 Branchen

• Oberflächenveredelung und Wärmebehandlung; Mechanik a. n. g.• Herstellung von Schmiede-, Press-, Zieh- und Stanzteilen, gewalzten Ringen und pulvermetallurgischen Erzeugnissen• Herstellung von Metalltanks und -behältern; Herstellung von Heizkörpern und -kesseln für Zentralheizungen

Abbildung 12: Vorgehensweise und Ergebnis der Grobpotenzialbewertung

Untereinander vergleichbare Daten für die betrachteten Ressourcen liegenauf Ebene der Wirtschaftszweige vor. In der nächsten Gliederungsebene,den Branchen, beschränken sich die verfügbaren Daten auf Energie- undMaterialverbräuche.DieAngabenzudenVerbräuchenfindensichalsmonetäreWerte.

UmdieRessourcenunddieEmissionenzuberücksichtigen,wurdenimerstenSchrittVerbrauchsintensitätskennzahlenaufWirtschaftszweigebeneberechnet.DiesermöglichteineVorauswahlvondreiausdensechsWirtschaftszweigen.

Da die verfügbaren Verbrauchs- und Output-Daten nicht in vergleichbarenZeiträumen erhoben beziehungsweise veröffentlicht werden, wurdenzur Berechnung der Intensitätskennzahlen (Ressourcenverbrauch/Bruttowertschöpfung) die jeweils aktuellstenDaten je Ressource undOutputerhoben und mit der Bruttowertschöpfung des Bezugsjahres ins Verhältnisgesetzt. Mit Hilfe der Intensitätskennzahlen je Ressourcengruppe sind dieVerbräuchedersechsWirtschaftszweigejeRessourcengruppevergleichbar.FürdenVergleichderKennzahlengilt:

Annahme 1: Je höher der Verbrauch einer Ressource [Rohstoffverbrauch]ineinerBrancheimVerhältniszurBruttowertschöpfungliegt,destohöheristdieRessourcenintensitätderBranche.

Beispielhaft sind in Tabelle 6 die Intensitätskennzahlen für Energie jeWirtschaftszweig dargestellt. Der ermittelte Faktor für die EnergieintensitätgibtAuskunftdarüber,wiehochderVerbrauchvonEnergieimVerhältniszurBruttowertschöpfungderBrancheimVergleichsjahrwar.

31

randnotizen


AnalogwurdenIntensitätskennzahlenfürallerelevantenRessourcengruppen(Energie,Material,Wasser,Abwasser,Emissionen)berechnet.

DieRohstoffintensität als solchegibt keinenHinweis,wie großder jeweiligeAnteil am Verbrauch der Wirtschaftszweige ausfällt. Um mit Hilfe derIntensitätskennzahlen eine Aussage über erwartete Potenziale treffen zukönnen,wurdeeinezweiteAnnahmeformuliert.

Annahme 2: Die Einsparpotenziale sind umso wahrscheinlicher, je höherdie Intensität beim Ressourcenverbrauch und je höher derBranchenanteilamGesamtressourcenverbrauchsind.

UmdieanteiligenVerbräuchederWirtschaftszweigezuberücksichtigen,wurdendie ermittelten Intensitätskennzahlen je Wirtschaftszweig und Ressourcen-gruppe mit dem jeweiligen Anteil am Gesamtressourcenverbrauch multipli-ziert.BasierendaufdensoermitteltenVerbrauchsintensitätskennzahlenkonntendieWirtschaftszweigejeRessourcengruppenachihrenVerbrauchsintensitätenineineRangfolgegebrachtwerden.

Verbrauch an Primärenergie

Bruttowert-schöpfung

Energie-intensität

2009 2009

Terajoule in 1.000 €Terajoule BWS

in 1.000 €

379.829 209.430.000 Faktor

25 H. v. Metallerzeugnissen 102.295 37.930.000 0,0027

26H. v. DV Geräten, elektronischen und optischen Erzeugnissen…

31.461 20.000.000 0,0016

27 H. v. elektrischen Ausrüstungen 31.172 33.330.000 0,0009

28 Maschinenbau 88.877 63.530.000 0,0014

29 H. v. Kraftwagen und Kraftwagenteilen 112.779 45.930.000 0,0025

30 Sonstiger Fahrzeugbau 13.245 8.710.000 0,0015

Wirtschaftszweig

WZ C

ode

Tabelle 6: Intensitätskennzahlen am Beispiel Energie21

Die Gewichtung der Rohstoffintensitäten mit dem Branchenanteil amGesamtverbrauch der betrachteten Branchen ermöglicht die Ermittlungbewerteter Rohstoff- und Verbrauchsintensitäten je Wirtschaftszweig fürdie Ressourcengruppen Energie, Material, Wasser sowie Emissionen wieAbwasser und CO2. Im Ergebnis des Berechnungsschrittes liegen für alleRessourcengruppen Rangfolgen der Verbräuche vor (siehe Tabelle 8). ZurAuswahl von dreiWirtschaftszweigen über alle Ressourcen und Emissionenwurde eine Gesamtrangfolge aus den fünf Ressourcen-/Emissionsrangfolgengebildet.

21 Eigene Berechnungen nach Angaben des Statistischen Bundesamtes (2011a).

32

randnotizen


Energie-intensität

Anteil des monetären Verbrauchs

gewichtete Intensitäts- kennzahl Energie

Ranking

2009 2009 Energie

TJ BWS in 1000 €

%

Energieintensität *

Anteil am Verbrauch

Faktor 1 FAKTOR 1-6

25 H. v. Metallerzeugnissen 0,0027 0,24 0,00064 2

26 H. v. DV Geräten, elektr. und optischen Erzeugnissen… 0,0016 0,08 0,00012 4

27 H. v. elektrischen Ausrüstungen 0,0009 0,11 0,00011 5

28 Maschinenbau 0,0014 0,24 0,00033 3

29 H. v. Kraftwagen und Kraftwagenteilen 0,0025 0,30 0,00075 1

30 Sonstiger Fahrzeugbau 0,0015 0,03 0,00005 6

Wirtschaftszweig

WZ

Code

Tabelle 7: Verbrauchsintensitätskennzahlen am Beispiel Energie22

WZ Wirtschaftszweig

Rangplätze

Energie Material Wasser Abwasser CO2 Emissionen

25 H. v. Metallerzeugnissen 2 5 4 5 1

26H. v. DV Geräten, elektr. und optischen Erzeugnissen .......

4 2 1 1 3

27H. v. elektrischen Ausrüstungen

5 4 6 6 5

28 Maschinenbau 3 3 5 4 4

29H. v. Kraftwagen und Kraftwagenteilen

1 1 3 3 2

30 Sonstiger Fahrzeugbau 6 6 2 2 6

Tabelle 8: Rangfolgen der Verbrauchsintensitäten der Wirtschaftszweige23

Annahme 3: Je größer die Verbrauchsintensität einer Ressourcein einer Branche, desto höher der Rangplatz (höchsteVerbrauchsintensitätskennzahl = höchster Rangplatz = 1). JekleinerdieSummederRangplätzeüberalleRessourcengruppen,destohöherliegtdieGesamtverbrauchsintensitätderBranche.

UmdieunterschiedlicheBedeutungderbetrachtetenRessourcenundEmissionenfürdieRessourcenproduktivitätbeiderErmittlungeinerGesamtrangfolgezuberücksichtigen,werdendieinTabelle8dargestelltenRangplätzegewichtet.

22 Eigene Berechnungen nach Angaben des Statistischen Bundesamtes (2011a).23 Eigene Berechnungen.

33

randnotizen


Nach der Recherche in verschiedenen aktuellen Studien und aufgrund derEinschätzung ausgewählter Fachexperten24 wurden die Gewichtungsfaktorenfür die Ressourcen festgelegt. Die größte Bedeutung wurde dabei denRessourcengruppenEnergieundMaterialzugerechnet,dieausheutigerSichtdie für die Zukunft wichtigsten Ressourcengruppen bilden. Die RessourceWasser und die Emission Abwasser wurden mit dem niedrigsten Faktorbewertet,dadiesenachEinschätzungderaktuellenSituation inDeutschlandkeinekritischenGrößendarstellen.

Annahme 4: Die betrachteten Ressourcen unterscheiden sich in ihrerBedeutung.FürdieBildungeinerGesamtrangfolgewurdendieRangplätzederVerbrauchsintensitätenanhandihrerBedeutunggewichtet.

Die Rangfolgebildung über die gewichteten Verbrauchsintensitäten, wie inTabelle 9 dargestellt, ermöglicht eine Auswahl von drei Wirtschaftszweigenunter Berücksichtigung ihrer spezifischen Verbrauchsintensitäten für diefünfrelevantenRessourcenbeziehungsweiseEmissionen.DieBewertungundGewichtung der Verbrauchsintensitäten ermöglicht eine Fokussierung derursprünglichensechsWirtschaftszweigeaufdrei,dieinAbbildung13benanntwerden.

DiedreimitHilfederGrobanalyseidentifiziertenWirtschaftszweige

WZ25:HerstellungvonMetallerzeugnissen,•

WZ26:Herstellung vonDatenverarbeitungsgeräten, elektronischen und•optischenErzeugnissen...,

WZ29:HerstellungvonKraftwagenundKraftwagenteilen,•

lassen auf Grund ihres Ressourcenverbrauchs und des Anteils amGesamtressourcenverbrauchaufeinverhältnismäßighöheresEinsparpotenzialschließenalsdieausderAnalyseausgeschiedenenWirtschaftszweige.

gewichtetes Ranking

gewichtetes Ranking

gewichtetes Ranking

gewichtetes Ranking

gewichtetes Ranking

Energie Material Wasser AbwasserCO

2.

Emissionen

25 H. v. Metallerzeugnissen 0,67 1,67 0,22 0,28 0,22

26H. v. DV-Geräten,

elektr. undoptischen Erzeugnissen ...

1,33 0,67 0,08 0,06 0,67

27Herstellung elektrischer

Ausrüstungen1,67 1,33 0,33 0,33 1,11

28 Maschinenbau 1,00 1,00 0,28 0,22 0,89

29H. v. Kraftwagen und

Kraftwagenteilen0,33 0,33 0,17 0,17 0,44

30 Sonstiger Fahrzeugbau 2,00 2,00 0,11 0,11 1,33

Rangplätze

3,06 3

2,78 2

4,78 5

3,39 4

1,44 1

5,56 6

GesamtrankingWirtschaftszweig

WZ C

ode

Tabelle 9: Rangplätze der gewichteten Verbrauchsintensitäten25

24 Befragung von Mitarbeitern folgender Fachgebiete der TU Berlin: Energie- und Rohstoff-wirtschaft, Technologie- und Innovationsmanagement, Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik25 Eigene Berechnungen.

34

randnotizen






• H. v. Kraftwagen und Kraftwagenteilen• H. v. Datenverarbeitungsgeräten, elektronischen und optischen Erzeugnissen• H. v. Metallerzeugnissen

Abbildung 13: Ergebnisse Grobanalyse, Auswahl Wirtschaftszweige (Arbeitsschritt 2, Arbeitspaket 1)

Bildung von Energie- und Materialverbrauchskennzahlen:

Auswahl von neun aus 19 Branchen

DiedreiausgewähltenWirtschaftszweigederMetallverarbeitendenIndustriesubsumieren insgesamt 19 verschiedene Branchen mit unterschiedlichenProdukten,wasfürdieweitereUntersuchungeinedifferenzierteBetrachtungaufBranchenebeneerfordert.Tabelle10schlüsseltdiedreiWirtschaftszweigemitdenjeweilsdazugehörigenBranchenauf.

Auf Grund der mangelhaften Datenlage auf Branchenebene stützt sich derAuswahlprozess auf die Branchenverbräuche von Energie undMaterial. DasdefinierteKriteriumzurReduzierungder19aufneunBranchen istdieHöhederEnergie-undMaterialintensität.Beide–sowohlMaterialalsauchEnergie– konnten im Rahmen der Gewichtung bereits als die beiden kritischenRessourcengruppenbestimmtwerden.

Annahme 5: Je größer die Energie- und Materialintensität einer Branche,destogrößerdaserwartetePotenzialderRessourceneffizienz.

Die Methodik sieht vor, für die weitere Bewertung im Rahmen derGrobpotenzialanalysedie19BranchenaufneunBranchenzureduzieren.Uminderfolgenden,zukunftsorientiertenBewertungderBranchenentwicklungauchausjederderdreiidentifiziertenHauptgruppenBranchenzuberücksichtigen,fieldieAuswahlaufjeweilsdiedreiBranchenjeWirtschaftszweig,diedenhöchstenVerbrauch an Energie und Material im Verhältnis zur Bruttowertschöpfungaufwiesen. Das entspricht den Branchen mit den höchsten Rangplätzen jeWirtschaftszweig(inTabelle11rotdargestellt).

35

randnotizen


WZ

CodeBetrachtete Wirtschaftszweige und dazugehörige Branchen



25.2.H. v. Metalltanks und -behältern; H. v. Heizkörpern und Kesseln für

Zentralheizungen

25.3. H. v. Dampfkesseln (ohne Zentralheizungskessel)

25.4. H. v. Waffen und Munition

25.5.H. v. Schmiede-, Press-, Zieh- und Stanzteilen, gewalzten Ringen und

pulvermetallurgischen Erzeugnissen


25.7. H. v. Schneidwaren, Werkzeugen, Schlössern und Beschlägen aus unedlen Metallen

25.9. H. v. sonstigen Metallwaren

26 H. v. Datenverarbeitungsgeräten, elektronischen und optischen Erzeugnissen ...

26.1. H. v. elektronischen Bauelementen und Leiterplatten

26.2. H. v. Datenverarbeitungsgeräten und peripheren Geräten

26.3. H. v. Geräten und Einrichtungen der Telekommunikationstechnik

26.4. H. v. Geräten der Unterhaltungselektronik

26.5. H. v. Mess-, Kontroll-, Navigations- u. ä. Instrumenten und Vorrichtungen

26.6. H. v. Uhren

26.7. H. v. optischen und fotografischen Instrumenten und Geräten

26.8. H. v. magnetischen und optischen Datenträgern

29 H. v. Kraftwagen und Kraftwagenteilen

29.1. H. v. Kraftwagen und Kraftwagenmotoren

29.2. H. v. Karosserien, Aufbauten und Anhängern

29.3. H. v. Teilen und Zubehör für Kraftwagen

Tabelle 10: Übersicht der Branchen in der zweiten Stufe des Filterprozesses26

Die Daten und Verbräuche zur Branche 25.4. „Herstellung von Waffen undMunition“ spiegeln nicht die tatsächlichen Branchenverbräuche wider. DieAngabendesStatistischenBundesamtshinsichtlichderBranchefallenlückenhaftausundsinddahernichtvergleichbarmitdenenderanderenBranchen.DieBranche25.9.„HerstellungsonstigerMetallwaren“wurdebeiderAuswahlderBranchennichtberücksichtigt,daeineZuordnungvonProduktionsprozessenzurBrancheaufGrundderAbstraktheitderBezeichnungnichtmöglichist.


36

randnotizen


WZ C

ode

Intensitäts-faktor

RankingIntensitäts-

faktorRanking

gemittelter RangplatzVerbrauch

/ BWS

Energie-intensität

Verbrauch /

BWS

Material-intensität


25.1. Stahl- und Leichtmetallbau 0,041 5 1,265 4 4,5

25.2.

H. v. Metalltanks und -behältern; Herstellung von Heizkörpern und -kesseln für Zentralheizungen

0,054 4 1,338 2 3,0

25.3.H. v. Dampfkesseln (ohne Zentralheizungskessel)

0,032 6 1,337 3 4,5

25.4. H. v. Waffen und Munition 0,029 7 0,997 6 6,5

25.5.

Herstellung von Schmiede-, Press-, Zieh- und Stanzteilen, gewalzten Ringen und pulvermetallurgischen Erzeugnissen

0,078 2 1,359 1 1,5

25.6.Oberflächenveredelung und Wärmebehandlung; Mechanik a. n. g.

0,090 1 0,756 7 4,0

25.7.

H. v. Schneidwaren, Werkzeugen, Schlössern und Beschlägen aus unedlen Metallen

0,041 5 0,723 8 6,5

25.9. H. v. sonstigen Metallwaren 0,064 3 1,169 5 4,0

26H. v. DV Geräten, elektr. und optischen Erzeugnissen...

26.1.H. v. elektronischen Bauelementen und Leiterplatten

0,072 2 1,750 3 2,5

26.2.H. v. Datenverarbeitungsgeräten und peripheren Geräten

0,015 5 1,518 4 4,5

26.3.H. v. Geräten und Einrichtungen der Telekommunikationstechnik

0,015 5 1,083 6 5,5

26.4.H. v. Geräten der Unterhaltungselektronik

0,019 3 1,776 2 2,5

26.5.

H. v. Mess-, Kontroll-, Navigations- u. ä. Instrumenten und Vorrichtungen

0,018 4 0,829 7 5,5

26.6. H. v. Uhren 0,014 6 1,135 5 5,5

26.7.H. v. optischen und fotografischen Instrumenten und Geräten

0,015 5 0,609 8 6,5

26.8.H. v. magnetischen und optischen Datenträgern

0,135 1 2,988 1 1

29H. v. Kraftwagen und Kraftwagenteilen

29.1.H. v. Kraftwagen und Kraftwagenmotoren

0,035 3 2,681 1 2

29.2.H. v. Karosserien, Aufbauten und Anhängern

0,042 2 2,407 2 2

29.3.H. v. Teilen und Zubehör für

Kraftwagen0,049 1 2,088 3 2

Wirtschaftszweige und Branchen

Tabelle 11: Rangfolgen der Energie- und Materialintensitäten je Branche innerhalb der WZ27

27 Eigene Berechnungen, Statistisches Bundesamt (2012b).

37

randnotizen




Bewertung der Material- und Energieverbrauchsintensitäten für alle 19 Branchen



9 Branchen • H. v. Metalltanks und - behältern ...• H. v. Schmiede-, Press-, Zieh- und Stanzteilen ...• Oberflächenveredelung und Wärmebehandlung; Mechanik a. n. g.• H. v. elektronischen Bauelementen und Leiterplatten• H. v. Geräten der Unterhaltungselektronik• H. v. magnetischen und optischen Datenträgern• H. v. Kraftwagen und Kraftwagenmotoren• H. v. Karosserien, Aufbauten und Anhängern• H. v. Teilen und Zubehör für Kraftwagen

Abbildung 14: Ergebnisse Grobanalyse, Auswahl Branchen (Arbeitsschritt 3, Arbeitspaket 1)

Bewertung der Entwicklung von Branchen und ressourcenverbräuchen

EineAnalysedervergangenheitsbezogenenVerbrauchskennzahlengibtkeinenAufschlussüberdieerwarteteEntwicklungeinerBranche.UmdiesenFaktorin die Bewertung mit einfließen zu lassen, wurde ein Bewertungsmodellentwickelt, das Aussagen zur erwarteten Entwicklung der Branchen zulässt.DabeiwirdbeieinererwartetenpositivenEntwicklungeinerBrancheaucheinAnstieganRessourcenverbräuchenprognostiziert.

Das Bewertungsmodell wird als Scoring-Modell aufgebaut und bedientsich der beiden Dimensionen Branchenentwicklung und technologischesInnovationspotenzial.

Annahme 6: Aussagen zu den zukünftigenRessourcenverbräuchen lassensich über die Branchenentwicklung und das technologischeInnovationspotenzialableiten.

Annahme 7: BranchenentwicklungundtechnologischesInnovationspotenzialwerdenimScoring-Modellgleichgewichtet.

DieGewichtungderimScoring-ModelldenbeidenDimensionenzugeordnetenFaktorenerfolgtezunächstinnerhalbderArbeitsgruppe.DieErgebnissewurdenmit Experten verschiedener Fachrichtungen28 diskutiert und gegebenenfallsangepasst.DenRahmendesScoring-ModellsunddieGewichtungderFaktorenzeigtAbbildung14.

28 Befragung von Mitarbeitern folgender Fachgebiete der TU Berlin: Energie- und Rohstoff-wirtschaft, Technologie- und Innovationsmanagement, Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik

38

randnotizen


IneinemumfänglichenAnalyse-undBewertungsprozesswurdendiequalitativenundquantitativenFaktoren fürdieneunBranchenbewertet (Anhang1).ZurUnterstützungdientengrundsätzlicheBewertungsrichtlinien:

Im Ergebnis wurden im ersten Arbeitspaket mit Hilfe des Untersuchungs-ansatzes, wie in Abbildung 15 dargestellt, drei Branchen identifiziert, indenen große Potenziale zur Ressourceneffizienz vermutet werden. Nachder Priorisierung von drei aus 35 Branchen erfolgte eine Reflexion derErgebnisse anhand aktueller, politischer Schwerpunktthemen. Sowohl derFokus der Rohstoffstrategie der Bundesregierung 2010 als auch der desDeutschen Ressourceneffizienzprogramms 2012 liegen auf der langfristigenGewährleistungderVersorgungssicherheit der deutschen Industriemit nichtnachwachsenden Rohstoffen sowie der nachhaltigen Nutzung vorhandenerRessourcen.AlspositivesErgebnisderReflexionkonntefestgehaltenwerden,dass der priorisierte Wirtschaftszweig den Anforderungen der politischenSchwerpunktthemenentspricht.

39

randnotizen


0,1

0,1

0,1

0,09

0,05

0,04

0,12

0,09

0,08

0,08

0,06

0,09

0,05

0,05

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0,02

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0,02

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0,04

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0,03

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0,15

0,1

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3

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Value 00 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Abbildung 15: Scoring-Modell zur Bewertung zukünftiger Ressourcenverbräuche

40

randnotizen





Bewertung der Material- und Energieverbrauchsintensitäten für alle 19 Branchen


Priorisierung der in der Detailanalyse zu verfolgenden Branchen/Reflexion der Ergebnisse anhand politischer Schwerpunktthemen



9 Branchen

3 Branchen

• Oberflächenveredelung und Wärmebehandlung; Mechanik a. n. g.• Herstellung von Schmiede-, Press-, Zieh- und Stanzteilen, gewalzten Ringen und pulvermetallurgischen Erzeugnissen• Herstellung von Metalltanks und -behältern; Herstellung von Heizkörpern und -kesseln für Zentralheizungen

Abbildung 16: Ergebnisse Grobanalyse, Auswahl Branchen für die Feinanalyse (Ar-beitsschritt 4, Arbeitspaket 1)

DiedreiBranchenwerdenimzweitenArbeitspaketimRahmenderFeinanalyseaufdiePotenzialeunddiemöglicheErschließungdieseruntersucht.

4.2. Ergebnisse der feinpotenzialanalyse

Die Ergebnisse der Feinpotenzialanalyse ermöglichen Aussagen zu dentheoretischen Einsparpotenzialen für Material und Energie in den dreiFokusbranchen. Die aus der Untersuchung einzelner Unternehmen undTechnologien berechneten Potenziale zur Materialeinsparung über alleBranchen des Wirtschaftszweiges „25. Herstellung von Metallerzeugnissen“liegenbeieinerkonservativenBetrachtungzwischenzweiundsechsProzentproJahr.DasentsprichtunterderAnnahmederMetallpreisevon2010einemWarenwertvon763bis2.364MillionenEuro.DieermitteltenEinsparpotenzialeimBereichEnergie sind zwischen fünf und14Prozent für den betrachtetenWirtschaftszweig auszumachen. Das ergibt unter der Annahme derEnergiepreisefürdieIndustrievon2010einenWertvon96bis631MillionenEuro.UmgerechnetinCO2entsprichtdaseinerEinsparunginHöhevon631bis1.826MillionenTonnenCO2.Abbildung17zeigtdieberechnetenErgebnissefürdieMaterial-undEnergieeinsparungbezogenaufdenWirtschaftszweig„25.HerstellungvonMetallerzeugnissen“.

hochrechnung

Für die Ergebnisberechnung wird die Methode der Hochrechnung genutzt.Dasbedeutet,beidemGesamtergebnisfürdieMetallverarbeitendeIndustriehandeltessichumeinegeschätzteExtrapolationaufBasisderTeilergebnisseausderPeripherie-,Methoden-undTechnologiematrix.DiesebeziehensichaufdiePotenzialederRessourceneffizienzderdreiFokusbranchen.

41

randnotizen


Faktor Bewertungsrichtlinie

Zugang zu RohstoffenJe höher der Mittelwert der Länderrisikos und je höher die Anzahl der Rohstoffe, desto kritischer der Zugang, desto kleiner der Wert.

Preisentwicklung beiRohstoffen

Je kleiner der Mittelwert der Preisanstiege, desto positiver die erwartete Preisstabilität, desto größer der Wert.

Rohstoffreichweite Je kürzer die Reichweite, desto kleiner der Wert.

RecyclingrateJe kleiner die Recyclingrate, desto negativer, desto kleiner der Wert.

Substituierbarkeit von Rohstoffen

Je substituierbarer, desto größer der Wert.

Demographische EinflüsseJe abhängiger vom demographischen Faktor, desto kleiner der Wert.

Branchengröße in Deutschland

Je weniger Mitarbeiter und je weniger KMU, desto kleiner der Wert.

Branchenwachstum Je höher der Anstieg, desto kleiner der Wert.

MarktstabilitätJe kleiner der Einbruch 2009, desto robuster, desto kleiner der Wert.

Partizipationsrate BIC Staaten

Je höher der Anteil am Export in BIC, desto mehr Partizipation und erwartetes Wachstum, desto größer der Wert.

Exportrate Je höher die Exportrate und je instabiler, desto abhängiger, desto kleiner der Wert.

Wertschöpfungstiefe in Dtl.

Je größer die Wertschöpfungstiefe, desto größer der Wert, da Prozessoptimierung möglich.

Investition in F&E; staatl. Forschungsausgaben

Je niedriger die staatlichen Forschungsausgaben in der letzten Periode, desto größer der Faktor.

ProduktlebenszyklenJe länger die Produktlebenszeit, desto höher das Potenzial zur Prozessverbesserung, desto größer der Wert.

InnovationsintensitätJe höher die Innovationen in der Vergangenheit, desto weniger Potenzial, desto kleiner der Wert.

Tabelle 12: Grundlegende Bewertungsrichtlinien für das Scoring-Modell

Da sich die Erschließung vonPotenzialen über Technologien auf bestehendeProzesse und Prozessketten richtet, werden die Teilergebnisse aus derTechnologiematrix nach dem Bottom-up-Prinzip in der Hochrechnungberücksichtigt.DieErgebnisseausderPeripherie-undMethodenmatrixhingegensind branchenunabhängig. Diese Ergebnisse fließen unter Berücksichtigungdes Top-down-Ansatzes in die Berechnung der Einsparpotenziale ein (sieheAbbildung18).

Das Grundgerüst der Hochrechnung ist in Tabelle 13 aufgezeigt. Da beider Berechnung der Potenziale innerhalb der Peripherie-, Methoden- undTechnologiematrix eine große Streuung der Werte festgestellt wurde, sinddiesejeweilsalsSpanneindieBerechnungeingeflossen.DieBerechnungdesGesamtergebnisses erfolgt somit sowohl für LOW-Werte als auch für HIGH-Werte.

42 Ergebnisse der untersuchung

Materialeinsparungen bis zu 2,3 Milliarden Euro und Energie-einsparungen bis zu 631 Millionen Euro pro Jahr möglich Abb 19

Marterialeinsparungen:Wirtschaftszweig 25.„Herstellung von Metallerzeugnissen”

Einsparung (HIGH)

Einsparung (LOW)

Energieleinsparungen:Wirtschaftszweig 25.„Herstellung von Metallerzeugnissen”

Marterialeinsparungen:Wirtschaftszweig 25.

„Herstellung von Metallerzeugnissen”

Energieeinsparungen:Wirtschaftszweig 25.

„Herstellung von Metallerzeugnissen”

6%

94%98%

2%

14%

86%95%

5%

100x65

Abb 19

Marterialeinsparungen:Wirtschaftszweig 25.„Herstellung von Metallerzeugnissen”

Einsparung (HIGH)

Einsparung (LOW)

Energieleinsparungen:Wirtschaftszweig 25.„Herstellung von Metallerzeugnissen”

100x65Abbildung 17: Ermittelte Einsparpotenziale für Material und Energie für Wirtschaftszweig 25

DabeiteiltsichderenEinflussaufEnergie-undMaterialeinsparungwiefolgtauf:

Peripheriematrix:Energieeinsparung,•

Methodenmatrix:Materialeinsparung,•

Technologiematrix:MaterialeinsparungundEnergieeinsparung.•

Die Potenziale der vorstehenden Matrizen werden mit dem Faktor R = 0,5gleichgewichtet.BeieinerbesserenDatengrundlagebietetdasModelljedochdieMöglichkeit,Technologienhöherzugewichten,dadieseinderRegeleinenstarkenEinflussaufdiezukünftigeEntwicklungeinerBrancheausüben.AufderbeschriebenenBasiswerdenGesamtergebnisseunterteiltinMaterial-undEnergieeinsparung.AnalogerfolgtdieBerechnungfürdieMaximalbetrachtung.AlsGesamtergebnissederHochrechnungergebensicheineMaterialeinsparungin Millionen Euro pro Jahr und eine Energieeinsparung in Gigajoule,Kilowattstunden,MillionenEuroundMillionenTonnenCO2.

Als Basis der Hochrechnung dienen der Materialverbrauch an Roh-, Hilfs-undBetriebsstoffen sowiederEnergieverbrauchderBranchen.DesWeiterenwirdderEnergieverbrauchnachAnwendungsbereichenunterschieden (sieheAbbildung 19). Für die Berechnung der Einsparung werden in erster Liniedie zur Erzeugung der Prozesswärme benötigte thermische Energie und diemechanische Energie berücksichtigt. Dies entspricht einem Anteil von 87ProzentandergesamteninderBrancheverbrauchtenEnergie.29

low-hIgh-Prinzip der hochrechnung

Die ermittelten Einsparpotenziale der dreiMatrizen weichen zum Teil starkvoneinanderab.UmdieRobustheitzugewährleisten,wirdfürdieHochrechnung,

29 Vgl. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (2012b).

43

randnotizen


wiebereitserläutert,einePotenzialspannegebildet.HierzuwerdenproMatrixdie ermittelten Einsparpotenziale in Boxplots zusammengefasst und jeweilseinLOW-undeinHIGH-Wertberechnet.DerLOW-Wertstelltdieminimale,derHIGH-Wert diemaximaleEinsparungdar. EinBoxplot besteht aus folgendenKomponenten30:

Arbeitspaket 2

Feinpotenzial-analyse

Handlungs-empfehlungen

RechnungsmodellHerstellung von

Metallerzeugnissen

Methoden-matrix

Peripherie-matrix

B1 Heizungs-

und Tankbau

B3 Oberflächen-veredelung

B2Schmiedebranche Energie-

einsparpotenzial

Material-einsparpotenzialTechnologie-

matrix

Synergien

Abbildung 18: Theoretisches Vorgehensmodell zur Hochrechnung

Rechteck,•

MinimumundMaximum,•

Whisker(=dasRechteckverlängerndeHaarlinien),•

Median,•

Quantilsabstand.•

FürjedeDatenreiheergibtsichsomiteinunteresundoberesQuantil,zwischendenen 50 Prozent aller Werte liegen. Das untere Quantil bildet den LOW-Wert, dasobereQuantil denHIGH-Wert.DesWeiteren ist inderDarstellungderMedianzuerkennen,alsoderWert,derinderMitteeinerderGrößenachsortiertenDatenreihesteht.AußerdemistjeweilsderminimaleundmaximaleWertderDatenreihedargestellt.

AlsBeispielfürdieBoxplot-DarstellungdientAbbildung20.Mit„Min“und„Max“sinddiejeweiligenminimalenundmaximalenmöglichenPotenzialeabgebildet,dieimvorliegendenBeispielbeinullbeziehungsweise42Prozentliegen.DieblaudargestellteBoxwirddurchdasuntereQuantilmitQ1=fünfProzentunddasobereQuantilmitQ3=21Prozentbegrenzt. InnerhalbderBoxbefindensich50ProzentderWertederDatenreihe.DerMedianliegtbeielfProzentundteiltdiegesamteBox,wobeiaufjederSeite50ProzentderPotenziale,ermitteltausdenDatenreihen,zufindensind.FürdiespätereHochrechnungwurdenderWertdesunterenQuantilsfürdenanzusetzendenLOW-WertundderWertdesoberenQuantilsfürdenanzusetzendenHIGH-Wertgenutzt.

30 Vgl. Friedrich, D. (2004)

44

randnotizen


Input Low Output Low

Peripherie MethodenMaterial-einsparung

Energieeinsparung

Branche Material R Energie R Energie R Material RMaterial

[Mio. €]

Energie

[GJ]

Energie

[kWh]

Energie

[Mio €]

CO2

[Mio t]

0,5 0,5 0,5 0,5B2

B1

B3

Technologie

Tabelle 13: Hochrechnungsmodell

Energieverbrauch nach Anwendungsbereichen in der Industrie (Stand 2010): insgesamt 2541,4 PJ

Klimakälte (Strom)

1 %

IKT (Strom)1 %

Beleuchtung (Strom)

1 %

Warmwasser1 %

sonstige Prozesskälte

(Strom)1 %

mechanischeEnergie22 %

Prozesswärme65 %

Raumwärme8 %

Abbildung 19: Durchschnittliche Verteilung des Energieverbrauchs auf die An-wendungsbereiche in der Industrie

• Q1 = unteres Quantil = Low-Potential = 5 %

• Q3 = oberes Quantil = High-Potential = 21%

• 50 % der Werte liegen zwischen den beiden Quantilen

Beispiel Boxplot

50 452515 3510 3020

Q1

Min Max

Q3

5 % 11 % 21 %

Median

40

High- und Low-Potential gehen in die Hochrechnung ein

Abbildung 20: Beispiel Boxplot-Darstellung

45

randnotizen


4.2.1 Prozesskettenbetrachtung und Energietreiber

Die Grundlage der Analysemethode bildet die Betrachtung der dreiFokusbranchen auf der Prozessketten- und Prozessebene. Die BetrachtungbeginntmitderkleinstenEinheit,demFertigungsprozess,daraufaufbauend,derProzessketteundschließlichderGesamtbetrachtungderBranche. InderLiteratur finden sich Definitionen für einen Prozess auf unterschiedlichemAbstraktionsniveau:

Definition 1: „Ein Prozess ist eine Gesamtheit aufeinander einwirkenderVorgänge in einem System, durch die Materie, Energie oderInformationen umgeformt, transportiert oder gespeichertwerden.“31

Definition 2: „Ein Prozess ist die kausale Abfolge von Aktivitäten, dieeinen oder mehrere Inputs benötigt, um unter VerwendungbetrieblicherRessourcenund InformationeneinErgebnisvonWertfüreineKundengruppezuerzeugen.“32

Grundsätzlich ist jeder Produktionsprozess im gesamten WirtschaftszweigdurchInputwieRoh-,Hilfs-undBetriebsstoffeundOutputdurchErzeugnisseund Emissionen gekennzeichnet. Daherwird in Anlehnung an diese beidenDefinitionenzunächsteinProzessmodellaufgestellt(wiebereitsinAbbildung3beschrieben).AnderTerminologiederdreiFokusbranchenistzuerkennen,dass die Aufteilung nach der Klassifikation derWirtschaftszweigeWZ 2008meist produktspezifisch erfolgt. Bei der Betrachtung der Prozessebene istfestzustellen,dasssicheinzelneVerfahrenausderNormderFertigungsverfahrenDIN8580derjeweiligenBranchezuordnenlassenundsichinderNomenklaturwiederfinden.

Die Abbildungen 21 bis 22 zeigen, dass mehrere Prozesse aus den dreiFokusbranchen branchenübergreifend angewendet werden. Dies giltinsbesondere für die Wertschöpfungsprozesse aus der Fokusbranche„Oberflächenveredelung und Wärmebehandlung; Mechanik a. n. g.“. Dieseprozessorientierte Branche ist zum größten Teil in dieWertschöpfungskettederbeidenanderenproduktorientiertenBranchenintegriert.DieBezeichnung„Mechanik a. n. g.“ umfasst nicht nur die gängigen spanenden Fertigungs-verfahrenwiebeispielsweiseBohren,DrehenundFräsen.AuchdasSchweißenundStoßenoderdasSchärfenmetallischerWerkstückefallenindiesenBereich.DieBezeichnungschließtaußerdemdasSchneidenundBeschriftenvonMetalldurchLaserstrahlenein.AufgrunddieserumfangreichenDefinitionfindendieVerfahren von „Mechanik a. n. g.“ fast überall Verwendung.33 Ähnliches giltfür das Fertigungsverfahren Umformen, das in den beiden Fokusbranchen„HerstellungvonMetalltanksund-behältern;HerstellungvonHeizkörpernund-kesselnfürZentralheizungen“undin„HerstellungvonSchmiede-,Press-,Zieh-undStanzteilen,gewalztenRingenundpulvermetallurgischenErzeugnissen“angewendetwird.

31 DIN IEC Norm der Leittechnik (2009),Teil 351.32 Stark, R. (2012)33 Vgl. Statistisches Bundesamt (2007), S. 2.

46

randnotizen


Eine Ausnahme bildet die Herstellung pulvermetallurgischer Erzeugnisse,insbesonderedasSintern,dasnurineinerderFokusbranchenvorkommt.SomitbestehenkeineÜberschneidungenmitanderenProzesskettenbeziehungsweiseBranchen.

Unter Berücksichtigung der aufgeführten Bedingungen wurdenbranchenspezifische Fertigungsprozesse zu Prozessketten entlang derWertschöpfungskette zusammengefasst. Anschließend erfolgt die AnalyseeinzelnerElementederProzessketten,beidenenPotenzialezurSteigerungderRessourcenproduktivitätvorliegen.

Energietreiber im wirtschaftszweig – herstellung von Metallerzeugnissen

Ein wichtiger Hilfs- und Betriebsstoff in der Metallbearbeitung durchWarmumformen dient der Wandlung in die benötigte thermische Energiezur Erwärmung der Metalle. Dazu müssen zum Beispiel beim SchmiedenTemperaturenzwischen1150°Cund1300°Cerreichtwerden.Diesbedeutet,dasszurErwärmungeinerTonneSchmiedematerialcirca400KilowattstundenEnergiebenötigtwerden.BeieinerSchmiedetonnageinDeutschlandvoncirca2,9MillionenTonnenpro JahrmachtalleindieseinenEnergieverbrauchvon4.176.000 Gigajoule aus. Dieser Prozess ist durch erheblicheWärmeverlustegekennzeichnet. So geht etwa ein Drittel der Energie bei der Erwärmungverloren und wird zumeist ungenutzt durch das Kühlwasser abgeleitet. Fürdie Erwärmung des Rohmaterials kommen in der WarmmassivumformunghauptsächlichzweiTypenvonErwärmungsanlagenzumEinsatz:gasbetriebeneund elektrisch betriebene Anlagen. 80 Prozent der Erwärmung in derWarmmassivumformungerfolgendurchInduktionsanlagen34.

Weitere energieintensive Prozesse, sogenannte Energietreiber der Metallverarbeitenden Industrie, werden in der umfassenden Fraunhofer-Studie„UntersuchungzurEnergieeffizienz inderProduktion“durchBefragungvonUnternehmen identifiziert35 und in Tabelle 14 den verschiedenen Prozessenzugeordnet.

Urformen Umformen Trennen Fügen BeschichtenStoffeigenschaft

ändern

Mechanik a.n.g.

Druckguss Tiefziehen Fräsen Schweißen Lackieren Brennen

Spritzgießen Walzen Drehen Löten Galvanisieren Härten

… Biegen Schleifen … … Schmieden

… Bohren Vulkanisieren

… …

Tabelle 14: Energietreiber in der Metall verarbeitenden Industrie

34 Vgl. Widdermann, S. et al. (2012), S. 24 ff.35 Vgl. Neugebauer, R. (2008).

47

randnotizen


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Abbildung 21: Darstellung der Branchen Schmiede und Metalltanks mit ihren Prozessketten, Prozessen und zugeordneten Verfahren sowie Überschneidungen der Branchen36

36 Eigene Darstellung, Orientierung der Begrifflichkeiten nach DIN 8580 ff., DIN 10052 und Eurostat 2012.

48

randnotizen


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Abbildung 22: Darstellung der Branche Oberflächenveredelung mit ihren Prozess-ketten, Prozessen und zugeordneten Verfahren37

37 Eigene Darstellung in Anlehnung an Eurostat 2012.

49

randnotizen


4.2.2 Peripherie-, Methoden- und technologiematrix

AufbauendaufderProzesskettenbetrachtungdesvorhergehendenAbschnittswerdenMaßnahmen hinsichtlich der Systemverbesserung und Technologienbetrachtet,diemindestenseinesderfolgendenKriterienerfüllen.

Kriterium 1: Die Ermöglichung einer Steigerung des vertikalenWirkungsgradesvonHilfs-undBetriebsstoffenzuEmissionen(sieheAbbildung3).

Kriterium 2: Die Ermöglichung einer Steigerung des horizontalenWirkungsgrades von Rohstoffen, Halbzeugen undHalbfertigproduktenzuErzeugnissen,Halbzeugen,FertigteilenundProdukten.

Kriterium 3: DieErmöglichung,nichtnachwachsendeRohstoffesolangewiemöglichimWertschöpfungskreislaufzuhalten.*

Kriterium 4: Die Ermöglichung, nicht nachwachsende Rohstoffe durchnachwachsendeRohstoffezusubstituieren.*

(*ausGründenderVollständigkeitmitaufgeführt)

Die Untersuchungsergebnisse werden in den folgenden drei Matrizenzusammengestellt:

Peripherie:AnalysevonQuerschnittstechnologien(zumBeispielPumpen•undDruckluftsysteme)zurEnergieeinsparung

Methoden: Analyse innerbetrieblicher Maßnahmen und Methoden zur•Materialeinsparung

Technologie:AnalysefertigungsspezifischerTechnologienzuEnergie-und•Materialeinsparungen

Anschließend werden Potenziale zur Material- und Energieeinsparung ausden Matrizen abgeleitet. Nicht jede wissenschaftliche Veröffentlichung oderStudieweistkonkreteAngabenzudenEinsparpotenzialenfürdieRessourcenEnergie und Material auf. Technologien mit quantitativen Angaben zuEinsparpotenzialen konnten in die Technologiematrix direkt übernommenwerden.BeidenTechnologienohnequantitativeAngabenwurdeeineMethodezur konservativen Potenzialabschätzung entwickelt (siehe Abbildung 23).BeimVorliegenreinqualitativerAngabenerfolgteeinedurchExpertenrunden38bestätigte konservative Potenzialermittlung mit fünf oder zehn Prozent. DieGrenzen für die konservative Abschätzung bezüglich des Potenzials einerTechnologiefürdieMaterialeinsparungwurdenwiefolgtfestgelegt:

DieuntereGrenzevonfünfProzentliegtimWertebereichdesunterenQuantilsdes Boxplots, ermittelt aus der Methodenmatrix, und des unteren QuantilsdesBoxplots der quantifizierten Potenziale der Technologiematrix von sechsProzent.Die obereGrenze von zehnProzentwurde so abgeschätzt, dass sie

38 Involvierte Fachexperten folgender Fachgebiete des Produktionstechnischen Zentrums der Technischen Universität Berlin und des Fraunhofer IPK: Werkzeugmaschinen und Fertigung-stechnik, Montagetechnik und Fabrikbetrieb, Industrielle Automatisierungstechnik, Industri-elle Informationstechnik, Qualitätswissenschaft, Füge- und Beschichtungstechnik

50

randnotizen


sich in etwa imWertebereich desMedians des Boxplots der Potenziale ausder Methodenmatrix von zwölf Prozent und des Medians des Boxplots derquantifiziertenPotenzialederTechnologiematrixvonachtProzentbefindet.

DieGrenzenfürdiekonservativeAbschätzungbezüglichdesPotenzialseinerTechnologie für die Energieeinsparung wurden auf Grund der wesentlichgrößeren Streuung der Werte der quantifizierten Potenziale restriktiverdefiniert.DieuntereundobereGrenzevonfünfundzehnProzentliegthierbeistetsunterdemunterenQuantildesBoxplotsderquantitativenPotenzialederPeripheriematrix von 13Prozent und demunterenQuantil desBoxplots derquantifiziertenPotenzialederTechnologiematrixvon13Prozent.

AusdenkonservativabgeschätztenunddenbereitsquantitativangegebenenEinsparpotenzialen der Technologien wurde anschließend für die gesamteTechnologiematrix ein LOW- und HIGH-Potenzial für Energie und Materialabgeleitet. Abbildung 23 zeigt die Einflüsse der einzelnen Matrizen zurErmittlung der Energie- undMaterialeinsparungen auf Grundlage der LOW-undHIGH-Spanne,diesichausdemjeweiligenBoxplotergibt.

Peripheriematrix

Unter Peripherie werden in dieser Studie die nähere Umgebung vonProzessketten sowie periphere Anlagen und Systeme zur Unterstützung derFertigung verstanden. In den Fokusbranchen gehören die in der Peripherieeingesetzten Anlagen zu den Hauptverbrauchern von Energie. Eine gezielteEffizienzsteigerungderPeripherieübtdemzufolgeeinenerheblichenEinflussaufdiegesamteEnergiebilanzaus.

ImRahmenderStudiewurdenzehnwissenschaftlicheVeröffentlichungen39zuperipherenAnlagenundSystemenanalysiert,die jeweilseineVielzahlneuerTechnologienundquantitativeAngabenzurEnergieeinsparung,beispielsweisebei derNutzung von Prozesswärme, liefern. Die Peripheriematrix stellt eineÜbersichtderErgebnissevonAnalysenzuPotenzialenderEnergieeffizienzinderPeripheriesowieBest-Practice-Technologiendar.DiequantitativenAngabenzuPotenzialeninderPeripheriematrixbeziehensichaufEnergieeinsparungensowohl in der Peripherie von Werkzeugmaschinen als auch auf periphereAnlagenundSystemezurUnterstützungderFertigung,wieraumlufttechnischeAnlagenundDruckluftsysteme.DiebetrachtetenBereichederPeripherielassensichdemnachfolgendermaßenunterteilten:40

Prozesswärme,•

Elektromotoren,•

Pumpen,•

Druckluft,•

Sonstige.•

39 Vgl. Peripheriematrix im Anhang40 Vgl. Widdermann, S. et al. (2012), S. 24 f.

51

randnotizen


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Einsparpotenziale

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Einsparpotenzial

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Einsparpotenziale

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Einsparpotenzial

Abbildung 23: Übersicht: Matrizen und Methode zur konservativen Abschätzung der Potenziale

52

randnotizen


Bei der Strukturierung der Ergebnisse der eingeflossenen Untersuchungenwurde diese Einteilung übernommen (siehe Tabelle 12). Die Ergebnisse derzehn Untersuchungen wurden in der Peripheriematrix den entsprechendenBereichenzugeordnet.BeivorhandenerAngabevonPotenzialspanneninFormvon Min-/Max-Werten wurden diese in die Darstellung integriert und überMittelwertefürdiespätereHochrechnungberücksichtigt(sieheAbbildung23).

Bereich Einsparpotenziale min [%] max [%] Ø [%]

Prozess-wärme

„Optimised Process Heating - Forging Industry Energy Workshop”

10 30 20

optimierte Wärmeversorgung - Initiative EnergieEffizienz

- - 15

Elektro-motoren

„Electric Motor Systems“ 5 10 8

Systemoptimierung Elektromotoren und Antriebssysteme

20 30 25

Einsatz hocheffizienter Motoren - - 3

Einsatz drehzahlvariabler Antriebe - - 11

Pumpen

„Pumping System“ 10 20 15

Optimierung Gesamtsystem Pumpe 18 90 54

Systemverbesserung bei Pumpensystemen

- - 30

Druckluft

„Optimised Compressed Air System“ 10 20 15

bedarfsgerechtes Druckangebot 5 10 8

Projekt Energieoptimierung Druckluftnutzung

- - 20

Optimierung des Druckluftsystems - - 49

Druckluftsysteme 5 50 28

Systemverbesserung der Druckluftsysteme

- - 33

Sonstiges

Elektronische Vorschaltgeräte (EVG) - - 5

Systemverbesserung bei Kältesystemen - - 18

Systemverbesserung beiraumlufttechnischen Anlagen und

Ventilatoren- - 25

Tabelle 15: Peripheriematrix: Potenziale der Energieeinsparung je Systemverbesse-rung in Prozent

Methodenmatrix

Einsparpotenziale ergeben sich nicht nur durch die oft investitionsintensiveVerbesserung von Technologie und Peripheriegeräten, sondern auch durchdie Umsetzung prozessualer und struktureller Maßnahmen im Fabrikbetriebsowie Qualifizierungs- und Weiterbildungsmaßnahmen im Personalbereich.ZurAbleitungmöglicherPotenzialederartigerMaßnahmenwurdeninsgesamt100 Ergebnisberichte der Deutschen Materialeffizienzagentur „demea“ des

53

randnotizen


BundesministeriumsfürWirtschaftundTechnologiegesichtetundausgewertet.Die relevanten Analyse- und Optimierungsmethoden sind in der Tabelle 16zusammengefasst.

Der Inhalt der Berichte umfasst Projektbeschreibungen und -ergebnisse, dienach der „Beratung von kleinen und mittleren Unternehmen zur rentablenVerbesserung der Materialeffizienz (VerMat)” von den verantwortlichenMaterialeffizienzberaternerfasstwurden.DabeiwurdenausschließlichkleineundmittlereUnternehmen(KMU)vondenbeauftragtenBeraternundInstitutenanalysiert und ausgewertet. Die Berichte sind inhaltlich gleich strukturiertaufgebautundinihrenAussagenunterteiltin:

Jahresumsatz,•

AnzahlderMitarbeiter,•

Branchenzuordnung,•

Produktpalette,•

betroffenerBereich/Prozess,•

Hilfs-undBetriebsstoffesowieEmissionen,•

Ausschussreduktion,•

generellesEinsparpotenzialdesUnternehmens,•

angewendeteMaßnahmenundAnalysemethoden.•

Die analysiertenBerichte beziehen sich ausschließlich aufUnternehmen derBranchenderMetallverarbeitendenIndustrie.Vondengesichteten100BerichtenwurdendieInhaltevon56BerichtenindieMethodenmatrixaufgenommenunddenFokusbranchenzugeordnet.DieAussagenzuEffizienzpotenzialenausden„VerMat“-Berichten beziehen sich ausschließlich auf Materialeinsparungenund liefern quantitative Zahlen auf der Fabrikebene (siehe Abbildung 23).ZusammenfassendgiltausderInput-Output-Analyseder„VerMat“-BerichtefürdiebetrachtetenBranchen,dasseinbeachtlicherTeilvoncirca25ProzentdeseingesetztenMaterialsbeimGesenkschmiedenentlangderWertschöpfungsketteverlorengeht(sieheSankey-DiagrammAbbildung24).InsGewichtfallenvorallemderhoheGratanteilsowiedieZunderentstehungbeiderErwärmung.

Nach der Sichtung der Berichte wurden die beschriebenen Methoden unddazugehörigen Beispiele aufgenommen und in einer Methodenmatrix(Anhang 2) strukturiert dargestellt. Die Zuordnung der Methoden erfolgtnach denWertschöpfungsfaktorenMensch,Maschine,Material, Prozess undOrganisation.

54

randnotizen


Material-Input3500 t

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Sägen

35 t Verschnitt Scheren

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100 t Zunder

478 t Grat u.

Kernschrott

123 t Ausschuss

Abbildung 24: Sankey-Diagramm, Materialverlust für die betrachteten Firmen pro Jahr nach VerMat-2012

technologiematrix

DieMetallverarbeitendeIndustriezeichnetsichdurcheinehoheEnergie-undMaterialintensität in ihren Produktionsprozessen aus. Die Fokusbranchengehören,wieinAbschnitt3dargestellt,zudenSpitzenreiternbeimVerbrauchvon Energie undMaterial imVerhältnis zur Bruttowertschöpfung.Durch dieOptimierungdereingesetztenProzessekannsowohldieEnergie-alsauchdieMaterialbilanzsignifikantbeeinflusstwerden.

Im Rahmen der Studie wurden zahlreiche Veröffentlichungen ausgewertet,die jeweils Aussagen zum Technologieeinsatz und zu den realisiertenRessourceneinsparungen in bereits abgeschlossenen Projekten treffen.Nach der Auswertung konnten insgesamt 34 Technologien als relevant fürdie Fokusbranchen bewertet werden. Grundlage der Auswahl bildete ineinem ersten Schritt eine entsprechende Zuordnung zu den identifiziertenFertigungsprozessen.

BeivorliegenderÜbereinstimmungmiteinemKriteriumwurdedieTechnologiein die Technologiematrix (Tabelle 17, Anhang 3) aufgenommen und dortentsprechend über die Fertigungsprozesse den jeweiligen Fokusbranchenzugeordnet. Die Matrix spannt sich horizontal über die beschreibendenElementederTechnologienauf(Tabelle17):

Branche,ZuordnungzurFokusbranche,

Ziel,etwaMaterialeffizienz,Energieeffizienz…,•

Prozess,beispielsweiseTrennen…,•

Beschreibung,Technologiebeschreibung,•

Förderung/Partner,Projektträger,•

JahrderTechnologieentwicklung,nichtälteralsfünfJahre,•

EinsparfeldHilfs-undBetriebsstoffe,Energie,Gas,Wasser,Chemikalien,•Sonstige…,

EinsparfeldRohstoff,Material…•

55

randnotizen


Bezogen auf… Methode Beschreibung

Analyse

WertstromanalyseDient der Analyse des Ist-Zustandes und bildet im Modell Material- und Informationsflüsse einzelner Wertströme ab.

MaterialflussanalyseDient dem Erfassen aller Transportvorgänge, Lagerungen, mit dem Ziel, Schwachstellen zu identifizieren und die Ursachen zu erkennen.

StoffstromanalyseErmitteln von Stoff- und Energiebilanzen einzelner Prozessschritte oder Prozessketten.

Prozessketten-darstellung

Dient der Modellierung und Visualisierung von Prozessen in ihrer geordneten Abfolge; dabei kann sowohl der Informations- als auch der Material- beziehungsweise Warenfluss dargestellt werden.

Technologieanalyse

Dabei werden die derzeit im Unternehmen eingesetzten Technologien sowie ihr Anwendungsbereich untersucht, um, darauf aufbauend, alternative Technologien durch etwa eine Kosten-Nutzen-Analyse zu bewerten und zu empfehlen.

Input-Output-Analyse

Eine auf Tabellen basierende Analyse, die Input und Output der Produktion nach Kategorien darstellt.

Kennzahlenanalyse

Dient der Entscheidung einer Lösung hinsichtlich ihrer Auswirkung auf das Unternehmen. Dabei werden unternehmens- und bereichsbezogene Kennzahlen unterschieden.

BegehungBegehung, zum Beispiel der Werkstatt / des Montagebereichs, um sich einen Eindruck vor Ort zu verschaffen.41

InterviewsBefragung von Mitarbeitern, mit dem Ziel, Probleme zu identifizieren.

Optimierung

Design FMEAFehlermöglichkeits- und Einflussanalyse in Bezug auf Fertigungs- und Montageeignung eines Produktes.

Bauteil Wertanalyse

Erweiterung des Zielkostenansatzes, wobei Wertschöpfungsprozesse bis hin zu einzelnen Bauteilen eines Produktes untersucht und bewertet werden.

FEM SimulationFestkörpersimulation zum rechnerischen Nachweis und zur Optimierung von Konstruktionen

KVPKontinuierliche Verbesserungsprozesse im Unternehmen etablieren / einführen.

Six SigmaUmfangreiche Methodik zur Prozessverbesserung auf Grundlage statistischer Untersuchungen.

5S

Methodik, um den Arbeitsplatz sicher, sauber und übersichtlich zu gestalten (Sortieren / Anordnen / Säubern / Ordnung standardisieren / Ordnung bewahren)

Austausch mit Best-Practise Unternehmen

Vergleich der eigenen Prozesse mit einem Best-Pratice Beispiel. Ziel dabei ist es, das Verbesserungspotenzial im eigenen Prozess zu identifizieren und die Lösung zu adaptieren.

QFDMethode der Qualitätssicherung, mit deren Hilfe kundenseitige Anforderungen in spezifische Produktanforderungen übersetzt werden.

Tabelle 16: Auszug des Maßnahmenkatalogs, Bereich Analyse- und Optimierungs-methoden41

41 Im Leanmanagement wird hierfür auch der japanische Begriff „Gemba“ gebraucht.

56

randnotizen


Zuallen34TechnologienkonntensomitAussagenzuEinsparpotenzialenfürdieRessourcenEnergieundMaterialermitteltwerden,wobeihinter40Prozentder Technologien direkt quantitative Aussagen standen. Zusätzlich wurdeninsgesamt für 21 der 34 Technologien Materialeinsparpotenziale gesondertausgewiesen(sieheAbbildung23).

Projektbeispiele aus der technologiematrix42

technologiebeispiele mit Anwendung in der Schmiedebranche

DasReckwalzenstellteinesderwichtigstenVerfahrenzurMassenvorverteilungbeiderHerstellungvonGesenkschmiedeteilendarundkommtsehrbreitflächigzum Einsatz. Daher ist es bezüglich der Ressourceneinsparpotenzialeäußerst interessant. Wesentlichen Einfluss auf das Reckwalzprodukt übenUmformtemperatur, Walzspalt und deren Wechselwirkung aus. Im RahmendesausgewertetenENERMASS-ProjektswurdeeinLeitfadenzurReduzierungdes Materialaufmaßes bei diesem Verfahren erstellt. Mittels einer speziellentwickeltenSoftwarewurdenGeometrieundMasseabweichungenbestimmtund später die verantwortlichen Prozessparameter identifiziert. Hinsichtlichder Prozessstabilität wird empfohlen, am Erwärmerausgang die zulässigeTemperaturschwankungauf±20°Czureduzierensowiemindestenseinmalpro Jahr eine vorbeugende Instandhaltungswartung durchzuführen, um dasWalzlagerspielunddenWalzspalt zuüberprüfen.EinWalzlagerspielvon0,5Millimeternsolltenichtüberschrittenwerden.AußerdemsolltenzurOptimierungder Ausgangsgeometrie des Walzstücks automatische Maßkorrekturen inder Konstruktionssoftware abgeschaltet werden. Diese dienen der Schaffungeines Sicherheitsaufmaßes, erschweren jedoch maßgeblich die punktuelleOptimierungderWerkstückgeometrien.

HinsichtlichderErwärmeranlagen zeigen aktuelleUntersuchungen, dassdiederzeiteingesetztenInduktionserwärmereinenGesamtwirkungsgradkleinerals60Prozentbesitzen.DerelektrischeWirkungsgradwirdimWesentlichendurchdasVerhältnis vonWärmegutdurchmesser zu Spulendurchmesser bestimmt.Unternehmenwird empfohlen, diesen für das jeweilige Produktspektrum zuuntersuchenundgegebenenfallszuoptimieren.EineAbweichungvonmehrals30ProzentvonInduktor-zuMaterialdurchmessersollteunbedingtvermiedenwerden.

EinweitererderzeitigerForschungsschwerpunktliegtinderMagnetheiztechnikaufBasisvonhochtemperatursupraleitenden (HTS)Magneten.Diesesind fürdieAluminiumindustrieentwickeltwordenundbesitzeneinenum15bis20ProzenthöherenWirkungsgradalsdiezuvorerwähntenInduktionserwärmer.AuseinemTechnologietransferwürdeeinenormesEnergieeinsparpotenzialfürdieSchmiedebrancheresultieren.ErsteTestssindvielversprechend,esbestehtallerdingsweitererForschungs-undHandlungsbedarf.

GroßesPotenzialbietenaußerdemausscheidungshärtendeferritisch-perlitischeStähle (AFP-Stähle) sowie hoch duktile bainitische Stähle (HDB-Stähle). SieermöglichendiegezielteGefügeeinstellungdirektausderSchmiedehitze,zeigen

42 Vgl. Widdermann, S. et al. (2012), S. 24 f.

57

randnotizen


jedochvergleichbareHärtenundEigenschaftenwietraditionellvergüteteStähle.„NebendemEinsparenderEnergienundKostenfürdasHärtenundAnlassenbeimVergütensowiedemhäufignotwendigenRichtenundSpannungsarmglühenwerdendieHerstellkostendurchgeringerenHärteausschuss,niedrigerenPrüf-undHandlingsaufwandunddurchverbesserteZerspanbarkeitentlastet.“43AndieserStelleseiaufdasvonderAllianzIndustrieForschung(AIF)geförderteProjekt ECO-Forge verwiesen, das die Optimierung dieser Prozesskette zumZielhat.44

technologiebeispiele mit Anwendung in der oberflächenveredelung

In einem vom Bundesumweltministerium geförderten Projekt45 konnten ineinem Unternehmen durch eine Verfahrensumstellung bei der Aufbringungfunktionaler Schichten 50 Prozent Energie eingespart werden. Durch denWegfall einesReinigungsschritteskonnten außerdemdieEmissionen inLuftundWasseraufnullgesenktwerden.

Ein weiteres Projekt im Bereich der Oberflächenbeschichtung beschäftigtesichmit derAufbringungvonNano-undMikrohartstoffschichten.Durchdasneuentwickelte„DreidimensionaleHybrid-Anodenunterstützte-Quadroimpuls-Chemical-Vapour-Dispositions-Verfahren“ kann bei vergleichsweise niedrigenTemperaturen eine extrem abriebfeste und harte Oberfläche abgeschiedenwerden,diedieLebensdauervonbeispielsweiseWerkzeugenumdasZwei-bis25-Facheerhöht.46

Prozessrecherche mit Anwendung in der herstellung von Metalltanks und -behältern; herstellung von heizkörpern und -kesseln für zentralheizungen

Die Recherche zum Prozess „Fügen“ ergab auf Grundlage des aktuellenAbschlussberichtsdesVerbundprojekts „ENERWELD–Effiziente thermischeFügeverfahren“,dassdavonauszugehenist,dassauchhiersehrwenigEnergie-oderMaterialeinsparpotenzialvorhandenist:„DieLichtbogenschweiß-Verfahrenhaben einen hohen technologischen Stand erreicht, was Anlagentechnik,Produktivität und Prozesssicherheit sowie die Vielfalt der einsetzbarenZusatzwerkstoffebetrifft.“47

43 Tönshoff, H.K. (2010). 44 Vgl. AiF (2012).45 Vgl. Gänz, K. et al. (2006).46 Vgl. Paterok, L. (2012).47 Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) (2012), S. 15.

58

randnotizen


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Tabelle 17: Ausschnitt aus der Technologiematrix

59

randnotizen


4.2.3 hochrechnung

DieHochrechnungenderErgebnissefürPeripherie,MethodenundTechnologienerfolgtenunterdenfolgendenAnnahmen:

Annahme 8: Die Analyse- und Optimierungsmethoden sind nichtprozessspezifischundlassensichaufalleBranchenderMetallverarbeitendenIndustrieanwenden.

Annahme 9: Technologien,dieeinemFertigungsprozesszugeordnetwurden,können in weiteren Branchen Potenziale zur Energie- undMaterialeinsparungaufweisen(Abbildungen21und22).

Annahme 10: Technologien, die in ihrer Beschreibung als „gut“ eingestuftwurden, sind mit einem Einsparpotenzial von fünf Prozent,solche mit einer „sehr guten“ Bewertung mit einem Ein-sparpotenzial von zehn Prozent bewertet worden (Abbildung23–MethodezurkonservativenAbschätzung).

Peripheriematrix – hochrechnung

DieErgebnissederBerechnungderQuantilezurBestimmungvonLOW-undHIGH-Werten als Input für dieHochrechnung sind grafisch inAbbildung22dargestellt.DasuntereQuantilliegtbei13Prozent,dasoberebei26Prozent.DieseWertegeheneinerseitsalsInputLOW-undandererseitsalsInputHIGH-Potenzial zu jeweils50Prozent indieHochrechnungderEnergieeinsparungein.

70 14 21 28 35 42 49 56

Min Max

18 %13 % 26 %

Q3Q1Median

Peripherie-Potenzial Energieeinsparung

Abbildung 25: Boxplot-Darstellung der Potenziale zur Energieeinsparung in der Peripherie

Methodenmatrix – hochrechnung

Für die Berechnung des Einsparpotenzials gilt die Annahme, dass dieidentifizierten Maßnahmen aufgrund der hohen Prozessähnlichkeit wenigbranchenspezifischsindundsichaufalleBranchenderMetallverarbeitendenIndustrieanwendenlassen.

60

randnotizen


ZunächstwurdenhierbeifürjedenBereichdieMaterialeinsparungenbetrachtetundaufdenUnternehmensinputbezogen,umdieprozentualenEinsparungenim gesamtenUnternehmen zu ermitteln. Aufgrund des DetaillierungsgradesderAufschlüsselungenkonntendieEinsparpotenzialeaufgegliedertwerdenindieBereiche:

Material,•

Hilfs-undBetriebsstoffe,•

Ausschussreduktion.•

ImAnschlusswurdezurErmittlungdesHIGH-undLOW-Potenzialsebenfallsein Boxplot der gesamten Mittelwerte erstellt (siehe Abbildung 23). Dabeiergeben sich ein LOW-Potenzial von fünf Prozent sowie ein HIGH-Potenzialvon 21 Prozent. Im Mittel können durch die Anwendung verschiedener imMaßnahmenkatalog benannter Maßnahmen Einsparungen von circa fünfProzent bis 21 Prozent realisiert werden. Die Ergebnisse der BerechnungenzurMaterialeinsparungüberdieMethodenmatrixfließenzu50ProzentindieHochrechnungderMaterialeinsparungein.

Methoden-Potenzial Materialentwicklung

50 452515 3510 3020

Q1

Min Max

Q3

5 % 11 % 21 %

Median

40

Abbildung 26: Boxplot-Darstellung Potenziale zur Materialeinsparung durch Analyse- und Optimierungsmethoden

technologiematrix – hochrechnung

Die Datenlage im Bereich der betrachteten Technologie erwies sich als sehrinhomogen.DieAngabenzudenEinsparpotenzialenfürEnergieundMaterialje Technologie erfolgten sowohl qualitativ als auch quantitativ. Um dieEingangsgrößen für die Hochrechnung ermitteln zu können, wurde für dieTechnologien eine Methode zur konservativen Abschätzung der Potenzialeentwickelt(sieheAbbildung23).

61

randnotizen


DiekonservativabgeschätztenPotenzialefürdieEnergie-undMaterialeinsparungdurch neue Technologien liegen jeweils unter den quantitativ bestimmbarenPotenzialen aus den drei Matrizen. Die Abschätzung und die Zuordnungder qualitativ beschriebenen Technologien erfolgte mit wissenschaftlichenMitarbeiternausdenFachgebietenWerkzeugmaschinenundFertigungstechnik,Montagetechnik und Fabrikbetrieb, Industrielle Automatisierungstechnik,Industrielle Informationstechnik, Qualitätswissenschaft sowie Füge- undBeschichtungstechnik aus dem Produktionstechnischen Zentrum Berlin.Technologien, bei denen keine fundierte Bewertung durchgeführt werdenkonnte,gehennichtindieBerechnungein.

DasEnergieeinsparpotenzialderquantifiziertenTechnologien(LOW)ergibteineSpannevon13bis34Prozent,dasMaterialeinsparpotenzialliegtzwischensechsundelfProzent.AusdenquantitativundkonservativbewertetenTechnologien(HIGH)ergebensicheinEnergieeinsparpotenzialvonfünfbis26ProzentsowieeinMaterialeinsparpotenzialvonfünfbiszehnProzent.

Technologie-Potenzial Energieeinsparung

Low-Potential: 5 %High-Potential: 26 %

70 14 21 28 35 42 49 56

Technologie-Potenzial Materialeinsparung

Low-Potential: 5 %High-Potential: 10 %

100 20 30 40 50 60 70

Abbildung 27: Boxplot-Darstellung: Potenziale zur Energie- und Materialein- sparung durch Technologien

62

randnotizen


Auswertung und Ergebnisse

AlsEingangsdatenfürdieHochrechnungdienendieLOW-undHIGH-Werte,dieimRahmenderBoxplot-DarstellungausTechnologie,PeripherieundMaßnahmenermitteltwurden.AufdieserGrundlagesindzweiBerechnungen,jeweilsfürdasLOW-undHIGH-Potenzial,durchgeführtworden.AlsBasisderHochrechnungwerden derMaterialverbrauch an Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen sowie derEnergieverbrauchjederFokusbranche,diemonetärbewertetausdemJahrbuchdesStatistischenBundesamtesentnommenwordensind,herangezogen.

Aufgrund der begrenzten Datengrundlage konnten die Einsparpotenzialenicht durchgehend branchenspezifisch bewertet werden, so dass von einembranchenübergreifendenEinsparpotenzialausgegangenwurde.Daherbeträgtbeispielsweise die Materialeinsparung durch technologische Maßnahmenin allen drei Branchen fünf Prozent (siehe Tabelle 14). Das entwickelteHochrechnungsmodell bietet dieMöglichkeit, für jede einzelneBranche eineseparate Hochrechnung vorzunehmen, sofern die erforderliche Datenbasisvorhandenist.

Input Low Output Low

TechnologiePeri- pherie

Metho-den

Material-einsparung

Energieeinsparung

Bran-che

Material R Energie R Energie R Material RMaterial [Mio. €]

Energie[GJ]

Energie [kWh]

Energie [Mio €]

CO2 [Mio t]

B1 5 % 0,5 5 % 0,5 13 % 0,5 5 % 0,5 79 207.888 57.746.586 4 32

B2 5 % 0,5 5 % 0,5 13 % 0,5 5 % 0,5 419 1.754.218 487.282.872 42 274

B3 5 % 0,5 5 % 0,5 13 % 0,5 5 % 0,5 265 2.079.941 577.761.447 50 325

Input High Output High

TechnologiePeri-pherie

Metho-den

Material-einsparung

Energieeinsparung

Bran-che

Material R Energie R Energie R Material RMaterial [Mio. €]

Energie[GJ]

Energie [kWh]

Energie [Mio €]

CO2 [Mio t]

B1 10 % 0,5 26 % 0,5 26% 0,5 21 % 0,5 246 600.564 166.823.472 12 94

B2 10 % 0,5 26 % 0,5 26% 0,5 21 % 0,5 1.298 5.067.742 1.407.706.074 122 791

B3 10 % 0,5 26 % 0,5 26% 0,5 21 % 0,5 821 6.008.719 1.669.088.626 146 938

Tabelle 18: Übersicht der Hochrechnungen für das HIGH- und LOW-Potenzial

Energieeinsparung

DiePotenziale fürEnergieeinsparungüberallebetrachtetenBranchen liegenzwischen 96 und 280Millionen Euro. Dabei ist das größte Einsparpotenzialin der Branche „Oberflächenveredelung und Wärmebehandlung; Mechanika. n. g.“mitminimal50Millionenundmaximal146Millionenausgewiesenworden.

Das ermittelte Energieeinsparpotenzial, bezogen auf die gesamte Branche„HerstellungvonMetallerzeugnissen“,liegtzwischenvierund11,7MillionenGigajoule.DiesentsprichteinemAnteilzwischen fünfund14Prozent (sieheAbbildung 25). Auf der Grundlage des ermittelten Potenzials zur Energie-einsparung können die Reduktionspotenziale für Kohlendioxidemissionen

63

randnotizen


der einzelnen Branchen bestimmt werden.48 Somit ergeben sich möglicheReduktioneninHöhevon631bis1.826MillionenTonnenCO2.

Branche Low-Potential High-Potential

B1: Metalltanks und -behälter; Herstellung von Heizkörpern und -kesseln für Zentralheizungen ...

4 12

B2: Schmiede-, Press-, Zieh- und Stanzteile ...

42 122

B3: Oberflächenveredelung und Wärmebehandlung ...

50 146

Energieeinsparung [Mio.€]

Tabelle 19: Energieeinsparpotenziale je Branche

Energieverbrauch Low-Potential:4.042.047 GJ

Energieverbrauch High-Potential:11.677.025 GJ

Sonstige:45 %

B2; 22 %

B3; 25 %

B1; 2 %B1; 3 %

Einsparung5 %

Sonstige:45 %

B2; 18 %

B3; 21 %

Einsparung14 %

Abbildung 28: Darstellung der anteiligen Energieeinsparpotenziale49

Materialeinsparung

DiePotenzialefürdieMaterialeinsparungüberalleBranchenbetragenzwischen763und2.364MillionenEuro.DasgrößteEinsparpotenzialistinderBranche„HerstellungvonSchmiede-, Press-, Zieh-undStanzteilen, gewalztenRingenundpulvermetallurgischenErzeugnissen“mitminimal419undmaximal1.298MillionenEuroausgewiesenworden.

Bezogen auf denMaterialverbrauch der gesamten Branche „Herstellung vonMetallerzeugnissen“ wurden Einsparpotenziale zwischen zwei und sechsProzentdesGesamtmaterialverbrauchsermittelt(sieheAbbildung26).

In der Tabelle 21 sind die Ergebnisse der Hochrechnung abschließend zu-sammengefasst.DabeibeträgtdieBezugsgrößeein JahrbeiUmsetzungallerMaßnahmen.

48 Vgl. Statistisches Bundesamt (2010).49 Eigene Darstellung nach Berechnung.

64

randnotizen


Branche Low-Potential High-Potential

B1: Metalltanks und -behälter; Herstellung von Heizkörpern und -kesseln für Zentralheizungen ...

79 246

B2: Schmiede-, Press-, Zieh- und Stanzteile ...

419 1298

B3: Oberflächenveredelung und Wärmebehandlung ...

265 821

Materialeinsparung [Mio.€]100 mm x 38 mm

Tabelle 20: Materialeinsparpotenziale je Branche

Sonstige:45 %

B2; 22 %

B3; 25 %

Materialeinsparung Low-Potential:763 Mio €

Energieeinsparung High-Potential:2,365 Mio €

B3; 21 % B3; 19 %

B1; 4 % B1; 4 %

Einsparung2 %

Einsparung6 %

Sonstige:59 %

B2:13 %

B2:12 %

Sonstige:59 %

Abbildung 29: Darstellung der minimalen und maximalen Materialeinsparungen50 bezogen auf WZ

LOW HIGH

MaterialIn Mio. € 763 2.364

Anteil 2 % 6 %

Energie

In Mio. € 96 280

In t CO2

631 Mio. 1.826 Mio.

Anteil 5% 14%

Tabelle 21: Ermittelte Potenziale für CO2-Reduktion, bezogen auf Material- und Energieeinsparung

50 Eigene Darstellung nach Berechnung

65

randnotizen


4.3. kritische würdigung der Ergebnisse

kritische würdigung der grobpotenzialanalyse

Die Untersuchung der Einsparpotenziale in der Metall verarbeitendenIndustriestütztsichhauptsächlichaufSekundärdatenunddaraufbasierendeeigeneBerechnungen.Als Basis diente die Erhebung von Sekundärdaten zuden Verbräuchen von Energie, Material und Wasser sowie den Emissionenvon Abwasser, CO2 und Abfall in den Branchen der Metall verarbeitendenIndustrie.

BeiderErhebungderDatenwurdendieGrenzenderUntersuchungdeutlichsichtbar,wasinderMethodikderGrobpotenzialanalyseberücksichtigtwerdenmusste.AufdenbenötigtenBranchenebenensindnurDatenzudenMaterial-undEnergieverbräuchenverfügbar.AngabenzudenVerbräuchenvonWasseroderdemumweltrelevantenOutputvonRessourcenstehenaufBranchenebenenicht zur Verfügung. Die Angaben zu Material- und Energieverbräuchenliegen zwar auf Branchenebene vor, jedoch nur als monetär bewertete,kumulierte Größen. Die Verteilung der Anteile von Rohstoffen, Hilfsstoffenund Betriebsstoffen auf den gesamten Materialverbrauch ist nicht ablesbar.Gleiches gilt für die Verteilung der Energieverbräuche auf die einzelnenEnergieträger. Bei den verfügbaren Daten zum Abfallaufkommen stellt dieAbfallartdenBetrachtungsgegenstanddar.HinsichtlichderWirtschaftszweigeundBranchenliegenkeinedetailliertenAngabenvor.DasAbfallaufkommenalsumweltrelevanterOutputkonntesomitnichtindieBerechnungenmiteinfließen.Angaben zu Abwasser und Wasser werden nur in größeren Zeitabständenveröffentlicht. Die aktuellsten Zahlen, die vom Statistischen Bundesamt imRahmen der umweltökonomischen Gesamtrechnung veröffentlicht wurden,sindderamtlichenUmweltstatistikdesJahres2007entnommen.DieAngabenliegen bezogen auf dieWirtschaftszweigebene vor, eine Aufgliederung nachBranchen istnicht verfügbar.Output-DatenzuumweltrelevantenEmissionenwerden vom Statistischen Bundesamt auf Wirtschaftszweigebene berechnetund veröffentlicht. Eine höhere Granularität der Sekundärdaten bis aufBranchenebene könnte zu einer anderen Fokussierung in der vorliegendenUntersuchungführen.

UmtrotzdemmöglichstallezugänglichenDatenmitindieAuswahlentscheidungder Branchen einfließen zu lassen, wurde der Auswahlprozess zweistufiggestaltet. Die gewichteten Verbrauchsintensitäten wurden auf Ebene derWirtschaftszweige berechnet, um somit einemFilterprozess dieAnzahl derbetrachteten Wirtschaftszweige von sechs auf drei zu reduzieren. Für denWirtschaftszweigWZ30„SonstigerFahrzeugbau“werdennurunvollständigeDatenzudenbetrachtetenVerbräuchenveröffentlicht,dasichdiesemehrheitlichaufBranchenmitmilitärischemHintergrundbeziehen.Dasbedeutet,dassvondensechsWirtschaftszweigenderMetallverarbeitendenIndustrievergleichbareAngaben nur für fünf der Wirtschaftszweige zur Verfügung standen. Beider Vorauswahl der Wirtschaftszweige im ersten Schritt über gewichteteVerbrauchsintensitätenderWirtschaftszweigewurdedieAnzahlderdaruntersubsumiertenBranchennichtberücksichtigt.

66 Ergebnisse der untersuchung

Ermittlung der durchschnittlich erforderlichen hilfs- und Betriebsstoffe für Querschnitts-prozesse

Nach Auswahl der drei Wirtschaftszweige wurden auf Branchenebene dieVerbrauchsintensitätenfürEnergieundMaterialberechnetundbewertet.DieBewertungerfolgte, anders als imerstenFilterprozess, ohnedieGewichtungdes Anteils am Gesamtverbrauch. Eine Gewichtung hätte im Ergebnis zueiner geringfügigen Veränderung der Rangfolgen geführt. Die Branche„Herstellung vonMetalltanks“wäre beiDurchführung einer entsprechendenGewichtung nicht berücksichtigt worden. Bei zukünftigen Untersuchungenmit derAnwendung einer analogenMethodikwird empfohlen, auch bei derBetrachtungaufBranchenebeneeineGewichtungentsprechenddenanteiligenBranchenverbräuchendurchzuführen.Weiterhinistdaraufhinzuweisen,dassdieAuswahlderneunBranchenfürdasScoring-ModellunterderPrämisseerfolgte,jeweilsdreiBranchenausdendreiWirtschaftszweigenzuberücksichtigen.

BezüglichdesScoring-VerfahrenssindfolgendeAnmerkungenvorzunehmen:Die Gewichtung der beiden Dimensionen in Abstimmung mit Experten imScoring-Modell unterliegt einer gewissen Subjektivität. Zudem ist aufGrundder unterschiedlichen Anzahl der darunter liegenden Einzelindikatorender beiden Dimensionen „Branchenentwicklung“ und „TechnologischesInnovationspotenzial“ eine unterschiedliche Sensitivität der einzelnenIndikatorenaufdasGesamtergebnisgegeben.

kritische würdigung der feinpotenzialanalyse

Die kritische Würdigung der Feinpotenzialanalyse wird entsprechend demmethodischen Vorgehen in zwei Abschnitte gegliedert. Im ersten Abschnittwerden die kritischen Einflussgrößen im Rahmen der Feinpotenzialanalyseherausgestellt. Der zweite Abschnitt führt kritische Bestandteile derHochrechnungauf.

Für die drei Branchen wurde nach DIN 8580 und DIN 10052 jeweils einvereinfachtes Prozesskettenmodell entwickelt. In der Prozesskettenanalysewurden die in allen drei Branchen erforderlichen WertschöpfungsprozessewieErwärmen,Umformen,Mechanik,etc.identifiziert.FürdieseQuerschnitts-prozessekonntendieimDurchschnitterforderlichenHilfs-undBetriebsstoffeermitteltwerden.

Der Grund hierfür besteht in der grob aggregierten Form der Daten desStatistischenBundesamtessowieinderbranchenspezifischenSekundärliteratur.ZumBeispielliegtdieErhebungvonEnergieverbräucheninFormvonHilfs-undBetriebsstoffendesStatistischenBundesamtesaufWirtschaftszweigebenevor,jedochnichtaufBranchenebene.ImStatistischenJahrbuchfindensichAngabenzu monetären Energieverbräuchen, die jedoch nicht nach Energieträgerndifferenziert wurden. Dies erschwert die Zuordnung der Prozesse zu denHauptenergieverbrauchern.IndenbetrachtetenBranchenwirddiethermischeEnergiehauptsächlichdurchVerbrennungsprozessegewonnen,diemechanischeEnergiedurchdieUmwandlungderelektrischenEnergieinElektromotoren.

Eine zusätzliche Schwierigkeit bildete die Gliederung der Branchen nachden Vorgaben des Statistischen Bundesamtes, die sowohl produkt- als auchprozessbezogen erfolgt. Somit konnte aus den vorhandenen Branchendaten

67

randnotizen


keine quantitative Input- undOutput-Analyse von Roh-, Hilfs-, und Betriebs-stoffenaufderProzesskettenebenedurchgeführtwerden.

Die Auswirkungen einzelner Maßnahmen aus den demea-Berichten zurSteigerungderRohstoffeffizienzsindnichteindeutigaufdiegesamteBrancheübertragbar.NurdasEinsparpotenzialeinesBündelsvonMaßnahmenkonnteinderStudiequantifiziertwerden.DadurchergibtsichdieAnnahme,dassdurchdie Kombination verschiedenerMaßnahmen die durchschnittlich ermitteltenquantitativenEinsparungenerzieltwerdenkönnen.

Die in der Peripheriematrix ermittelten Maßnahmen und TechnologienhinsichtlichmöglicherEnergieeinsparpotenzialedivergierenzwischenfünfund55Prozent,jenachBrancheundUnternehmen.FürdieserelativgroßeSpanneanmöglichen Einsparungenwurdenmittels der Analyse durch Boxplots einunteresQuantilvon13ProzentundeinoberesQuantilvon26Prozentermittelt.DerMedianfürdasEnergieeinsparpotenzialfüreinKMUausdendreiBranchen,dasindenletztenfünfJahrenkeineMaßnahmenzurEnergieeffizienzsteigerunginderInfrastrukturdurchgeführthat,liegtbei18Prozent.

In der Technologiematrix wurden 33 Technologien untersucht. Davongab es 18 Technologien mit quantitativen Angaben zu Material- undEnergieeinsparpotenzialen. Diese Angaben wurden meist durch eineprototypischeImplementierunginbestehendeProzesseermitteltundsindnichtdirektaufdiegesamteBrancheübertragbar.DierestlichenfehlendenAngabenwurdenaufGrundlagevonExpertenbefragungenkonservativabgeschätzt.

Während der Feinpotenzialanalyse wurde deutlich, dass die Branche„HerstellungvonMetalltanksund-behältern;HerstellungvonHeizkörpernund-kesselnfürZentralheizungen“überkeinsehrgroßesPotenzialzurEnergie-undMaterialeinsparungverfügt.HierbeibildetdiegeringeWertschöpfungstiefeinDeutschlandnureinenFaktornebendemgeringenEnergieverbrauchvondreiProzent,BeschäftigtenvondreiProzent,UmsatzvonvierProzentundAnzahlderUnternehmenvoneinemProzent,bezogenaufdengesamtenWirtschaftszweig„HerstellungvonMetallerzeugnissen“.EinüberdurchschnittlichgroßerTeilderErzeugnissewirdnicht selberhergestellt, sondern fremdbezogen.DieeigeneWertschöpfunginderHeizungsindustriefälltmiteinemAnteilvon20ProzentamgesamtenProduktionswertgeringaus.DieHerstellervonHeizungenkaufenviele fertige Erzeugnisse bei anderen Produzenten ein und vertreiben sielediglichweiter.DerAnteilderHandelswarenliegtdaherbei24Prozent.InderübergeordnetenGruppe„HerstellungvonMetallerzeugnissen“machenfremdzugekaufteWarennurfünfProzentderKostenstrukturaus.51

AufGrundlagedieserErgebnissewurdebereitsbeimWorkshopam8.November2012imEinvernehmenmitdemVDIZentrumRessourceneffizienzbeschlossen,dieHeizungsindustrieausderweiterenBetrachtungauszuschließen.

51 IG-Metall Branchenreport Heizungsindustrie (2010), S. 5.

68

randnotizen


kritische würdigung der hochrechnung

ZuersterfolgtdieBetrachtungderDatengrundlageundanschließendwirddasHochrechnungsmodellhinsichtlichmöglicherkritischerAnnahmenanalysiert.

AufgrundderobengenanntenAusführungenergibtsichfürdieHochrechnungeine Datengrundlage, die hinsichtlich der Anzahl der berücksichtigtenTechnologien,Maßnahmen und durch die konservativen Abschätzungen derEinsparpotenziale nur bedingt statistisch repräsentativ ist. Diesem Umstandwurde versucht mittels folgender Rand- und Übergangsbedingungen zubegegnen:

Die Hochrechnung erfolgt im Rahmen einer oberen und unteren Schranke,die einenMindest- undMaximalwert für das Einsparpotenzial derBranchenliefert.DieseSchrankenwurdenfürdiedreibetrachtetenBereicheTechnologie,PeripherieundMaßnahmenzurRohstoffeffizienzdurcheineDatenanalysemitBoxplotsermittelt.DieseAnalyseglättetDaten,indemsiestatistischeAusreißernichtberücksichtigt.

AlleAbschätzungenbasierenaufkonservativenAnnahmen.Dasheißt,eswurdefürfünfzehnbetrachteteTechnologieneineuntereGrenzefürdasMaterial-oderEnergieeinsparpotenzial von fünf Prozent ermittelt (siehe Abbildung 20) –MethodezurkonservativenAbschätzung.

DieAnnahmen,die fürdasHochrechnungsmodell getroffenwurden,könnenwiefolgtkritischbetrachtetwerden:

DieAnnahme,dassTechnologienaufdiegesamteBrancheundnichtauf•einzelneProzesseangewendetwerden,birgteinegewisseUngenauigkeithinsichtlich des Einsparpotenzials für die einzelnen Branchen. DieseAnnahme stellt eine Folgerung aus der Hypothese dar, dass dieaggregiertenEinsparpotenzialederTechnologienaufdiedurchschnittlichenQuerschnittsprozesseeinerBrancheangewendetwerdenkönnen.

DieAnnahme,dassdasEinsparpotenzialdurchPeripherieundMethoden•in allen betrachteten Branchen gleich hoch liegt, ist nicht validiert. EswurdevoneinembranchenübergreifendenEinsparpotenzialderPeripherieundMethodenausgegangen.

Die Basis für die Berechnung des Energieeinsparpotenzials ist•eine durchschnittliche Verteilung des Energieverbrauchs nachAnwendungsbereichen in der Industrie. Die Prozesswärme undmechanische Energie ergeben hierbei mit einem prozentualen Anteilvon 65 beziehungsweise 22 Prozent am Gesamtenergieverbrauch dierelevantenEnergieverbräuchefürdieHochrechnung.52DieBerechnungistdahernichtbranchenspezifischaufgeschlüsselt.

AlsGrundlagefürdiemonetärbewerteteMaterialeinsparungeinerBranche•dientderbranchenspezifischeInputanRoh-,Hilfs-undBetriebsstoffen(intausendEuro).DieKostenstrukturverschiedenerMaterialien(zumBeispielMetalle,Chemikalien)wurdedahernichtberücksichtigt.

52 Vgl. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (2013).

69

randnotizen


Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die kritischen BestandteilederFeinpotenzialanalyseundderHochrechnungaus einernichthochgenugaufgelöstensowieunvollständigenDatengrundlageresultieren.Damitdennocheine valide Branchenhochrechnung durchgeführt werden konnte, wurdenAbschätzungen grundsätzlich konservativ vorgenommen. Weiterhin wurdendieDatendurchdiezugrundeliegendeAnalysemethodegeglättetundzueinerunteren und oberen Schranke aggregiert. Die resultierende Spanne solltedaher eine geeignete Abbildung hinsichtlich der vorhandenen quantitativenEinsparpotenzialeinnerhalbderbetrachtetenBranchengewährleisten.

70

randnotizen

handlungsempfehlungen

hAndlungSEMPfEhlungEn5.

EslassensichdreiHandlungsempfehlungenableiten.Siebeziehensicherstensauf die Datenbasis zur Bestimmung von Ressourceneffizienzpotenzialen,zweitensaufdieWeiterbildungsowiediemethodischeStandardisierungundZertifizierung im Bereich Rohstoff- und Energieeffizienz und drittens aufRessourcenmanagementsysteme. Alle drei Handlungsempfehlungen solltenUnterstützung durch gezielte Informationsprogramme sowie Beratungs- undWeiterbildungsförderungfinden.

5.1. verbesserung der datenbasis für die Bestimmung von ressourceneffizienzpotenzialen

Die Erhebung von Materialdaten in Form von Rohstoffen, Halbzeugen undErzeugnissen des Statistischen Bundesamtes erfolgt ausschließlich monetär.DerenAufteilung inMaterialbestandteile undMaterialmengen inKilogrammwerdennichterfasst.AngabenzumMaterialmixundMaterialverbraucheinerBranche sind nur vereinzelt in der Literatur zu finden und damit schwervergleichbar.AuchdieAuswertungder„VerMat“-BerichtederdemeakommtzudemselbenErgebnis.MaterialmengenwerdenoftabgeschätztodereswirdeinMengendurchschnittgebildet.DieserschwertdieBestimmungvonPotenzialenfürdieRohstoffeffizienzinderMetallverarbeitendenIndustrie,vorallemwennberücksichtigt wird, dass sich die Metallpreise in den letzten zehn Jahrenteilweiseverfünffachthaben.53

DieErhebungvonEnergieverbräucheninFormvonHilfs-undBetriebsstoffendesStatistischenBundesamtesliegtaufWirtschaftszweigebeneinTerajoulevor,jedochnichtaufBranchenebene.AufdieserStufefindensichimStatistischenJahrbuch des Statistischen Bundesamts Angaben zu den monetärenEnergieverbräuchen. Jedoch wird nicht nach Energieträgern differenziert.Wird zusätzlich die Verdreifachung der Strompreise in Deutschland für denIndustriebetrieb in den letzten zehn Jahren berücksichtigt54, kann eine reinquantitative Bewertung von Energieeffizienzpotenzialen auf Branchen- undSubbranchenebene kaumund auf der Prozessebene gar nicht erfolgen. EinemöglicheLösungfürdiesesProblemzeigtVikhorev55durcheinestandardisierteInfrastrukturundMessauflösungfüreineSensorüberwachungaufFabrik-undProzesskettenebeneauf.

53 Vgl. London Metal Exchange (1/2013).54 Vgl. Arepo Consult, Frontier economics/ ewi (4/2012).55 Vgl. Vikhorev, K. et al. (10/2012).

71

randnotizen


I. Handlungsempfehlung: ZurSchaffungeinerbesserenDatengrundlagewirdempfohlen,sowohlMaterialartund-mengealsauchdenEnergieeinsatzpseudonymisiert auf der Fabrikebene zu erfassen. Die digitale ErhebungdereingesetztenRohstoffeundderEnergieentscheidetüberWettbewerbs-fähigkeit,QualitätundReichweitedesRessourcenmanagements.

Die weitgehend automatisierte Sensorüberwachung, die zum BeispielrelevanteVerbrauchsdatenfürHilfs-undBetriebsstoffe,wiebeispielsweisedenEnergieeinsatzinEchtzeiterfasst,spieltbeidersicherenDatenerhebungeine große Rolle. In Abhängigkeit der Fragestellung beziehungsweisezwecks der Datenerhebung sowie der zeitlichen Anforderungen derweiterverarbeitenden Systememüssen die Kontinuität der Daten und dieRelevanzderEchtzeiterfassungimSpeziellenermitteltwerden.

JenachFragestellungsindoftmalsInitialmessungenoderingrößerenzeitlichenAbständenerfolgendeEinzelmessungenausreichend.Diesgiltbeispielsweisefür die Analyse von Einzelprozessen, Prozessketten, Betriebsbereichen mitdem Ziel der Entwicklung von betrieblichen Prozessverbesserungen oderder Datennutzung für Zeitreihen der Statistischen Ämter auf Bundes- oderLänderebene.DennochgibteseineReiheanPotenzialenzurEffizienzsteigerung,dieinsbesonderedurchDatenerfassungund-verarbeitunginEchtzeitgehobenwerdenkönnen,diessindzumBeispiel:

Zustandsorientierte Instandhaltung von Produktionssystemen: Senkung•der Stillstandszeiten,Verringerung der Sekundärschäden, Erhöhung derMaschinenverfügbarkeit,LebensdauervonBauteilenundMaschinen;

Umplanung der energieintensiven Produktionsprozesse auf Zeiten•hoher Verfügbarkeit von regenerativen Energien: emissionsärmere undkostengünstigereProduktion;

DynamischesBenchmarkingvonProzesseninProduktionseinrichtungen:•Identifikation von besten Methoden, Technologien, Verfahren undgegebenenfallsProzessparameternausdergesamtenMetallverarbeitendenIndustrie.

5.2. weiterbildung, methodische Standardisierung und zertifizierung im Bereich rohstoff-/Energieeffizienz

Aufgrund der überwiegendmittelständisch geprägtenUnternehmensstrukturder Metall verarbeitenden Industrie sind die finanziellen und personellenKapazitätenzurFeststellungundUmsetzungvonMaßnahmenzurErhöhungderRohstoff-undEnergieeffizienzzumeistbegrenzt.

Wie bereits im Kapitel zur Technologie-, Peripherie- und Methodenmatrixbeschrieben,existierteineVielzahlanaktuellenStudienundwissenschaftlichenVeröffentlichungenzuEnergieeffizienzpotenzialenindenBereichenPumpen-,Druckluftsysteme,ProzesswärmeundElektromotoren.Dieindervorliegenden

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randnotizen


StudieermitteltenpotenziellenEnergieeinsparungenindenPeripherieprozessenliegenbeiderUmwandlungvonelektrischerEnergie:

inmechanischeEnergiedurchElektromotoren• ~12Prozent

inkinetischeundpotenzialeEnergiedurchPumpen-undDruckluftsysteme•

~28Prozent

inthermischeEnergiedurchWärmepumpen• ~18Prozent.

Die Auswertung der im Rahmen der Studie durchgeführten Akteneinsichtbei der demea zur „Beratung von kleinen und mittleren Unternehmen zurrentablen Verbesserung der Materialeffizienz (VerMat)“ ergab, dass durchAnalyse-undOptimierungsmethoden ineinemZeitfenstervoneinemJahr indenMetallverarbeitendenUnternehmenMaterialeinsparungenvonfünfbis21Prozent erzieltwurden. Dabeiwurden nurAkten berücksichtigt, die auf diedrei betrachteten Branchen fokussieren. Die beiden vorstehendenMethodengliedernsichindiefolgendenBestandteileauf:

Analysemethoden: Wertstrom-, Materialfluss-, Stoffstrom-, Technologie-,•Kennzahlenanalyse,Prozesskettendarstellung,Interviews,etc.

Optimierungsmethoden: Six Sigma, 5S, Fehlermöglichkeits- und•-einflussanalyse (FMEA), Bauteil-Wertanalyse, Finite-Elemente-Methode(FEM)Simulation,KontinuierlicherVerbesserungsprozess(KVP),QualityFunction Deployment (QFD), Austausch mit Best-Practice-Unternehmen,etc.

II. Handlungsempfehlung: EswirdeineFörderungderStandardisierungimBereichPumpen-,Druckluftsysteme,ProzesswärmeundElektromotoreninderIndustriealszielführenderachtet.VorallemumeineVergleichbarkeitderzumEinsatzkommendenHilfs-undBetriebsstoffeindenunterschiedlichenBranchenerhaltenzukönnen,wirdempfohlen,standardisierteMessungenbeispielsweise für die unterschiedlichen Energieträger wieWasserdampf,elektrischeEnergie,Druckluft,Methan,etc.zuerarbeiten.

DesWeiteren wird eine Zertifizierung der Rohstoff- und Energieeffizienzbefürwortet, die zu einer bewusstenAuseinandersetzungmit demThemamotiviert.DabeisollteninsbesondereinkleinenundmittlerenUnternehmenneue Maßnahmen, Technologien und der aktuelle Stand der Forschungkommuniziertwerden.

5.3. ganzheitliche ressourcenmanagementsysteme

In der Management- und Unternehmenspraxis werden zahlreiche Systemefür einen effizienten Umgang mit Ressourcen angewendet. Im Bereich desEnergiemanagementswerdendurchdieISO50001dersystematischeAufbauunddieImplementierungeinesEnergiemanagementsystemsthematisiert.DieISO14001unddieEMAS-VerordnungbeschreibenAufbauundUmsetzungeinesUmweltmanagementsystemsmit dem primären Ziel, die durch die IndustrieinduziertenEmissionenzuverringern.Festzustellen ist,dassein integriertes

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RessourcenmanagementsystemzurBewertungderEffizienzmaßnahmennichtumfänglichbeschriebenundumgesetztist.

III. Handlungsempfehlung: Entwicklung integrativer Ansätze und dieImplementierung eines informationstechnischen Werkzeuges, das diedynamischen Wechselwirkungen zwischen den globalen Energie- undRohstoffmärktenundderMetallverarbeitendenIndustrieberücksichtigt,umdieEffizienzmaßnahmenunterNachhaltigkeitskriterienausökonomischer,ökologischerundsozialerPerspektivebewertenzukönnen.

Hierbei sollte auf bestehende und im einzelnen Unternehmen bereitsetablierte Managementsysteme (Energie-, Umwelt- und gegebenenfallsQualitätsmanagementsysteme)aufgesetztwerden.

Voraussetzungen sind:I. Handlungsempfehlung: Schaffung einer detaillierten und zuverläs-sigenDatenbasisfüreinintegriertesRessourcenmanagementsystem.

II. Handlungsempfehlung: Wettbewerbssteigerung durch die Vermitt-lungvonMaßnahmenundStandardszurRohstoff-undEnergieeffizienz.

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randnotizen

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78

randnotizen

Anhang

AnhAng7.

1. Bewertungsergebnisse Scoring-Modell

2. Methodenmatrix

3. technologiematrix

die Anhänge stehen Ihnen online unter www.vdi-zre.de/metallstudie zum download zur verfügung.

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randnotizen

glossar

gloSSAr8.

Branche BrancheninderzweitenGliederungsebene(Abteilungsebene)derKlassifikationderWirtschaftszweigedesStatistischenBundesamtesvomJahr2008.56

Branchen-/rohstoffgruppen-MatrixStrukturierteZuordnungvonSekundärdaten/ZahlenwertenzuausgewähltenRohstoffenundBerechnungdefinierterKennzahlenjeSubbranche.

Bruttoproduktionswert57

Umsatz(ohneUmsatzsteuer)plusbeziehungsweiseminusBestandsveränderungan unfertigen und fertigen Erzeugnissen aus eigener Produktion zuzüglichselbsterstellterAnlagen.

Bruttowertschöpfung (vgr)58

Die Bruttowertschöpfung wird in der Regel durch Abzug der Vorleistungenvon den Produktionswerten für die einzelnen Wirtschaftsbereiche ermittelt:Sie umfasst also nur den im Produktionsprozess geschaffenen Mehrwert.Die Bruttowertschöpfung ist zu Herstellungspreisen (basic prices) bewertet,das heißt ohne die auf dieGüter zu zahlenden Steuern (Gütersteuern), abereinschließlich der empfangenenGütersubventionen. BeimÜbergang von derBruttowertschöpfung (zu Herstellungspreisen) zum Bruttoinlandsprodukt(zuMarktpreisen) sind zum Ausgleich der Bewertungsdifferenzen zwischenEntstehungs und Verwendungsseite die Nettogütersteuern (also der SaldozwischenGütersteuernundGütersubventionen)globalwiederhinzuzufügen.

gewichtete IntensitätskennzahlBei der gewichteten Intensitätskennzahl wird die Intensitätskennzahl einerRessource(sieheGlossarRessourcenintensität)mitdemprozentualenAnteilammonetärbewertetenGesamtverbrauchallerbetrachtetenBranchenbewertet.

GewichteteIntensitätskennzahl=IntensitätskennzahlxBranchenanteilamVerbrauch(jeRessource) (jeRessource) (derbetrachtetenBranchen)

kleine und mittlere unternehmen59 Zu den kleinen und mittleren Unternehmen werden in den AuswertungendesStatistischenBundeamtesUnternehmenzugeordnet,diewenigerals250MitarbeiterbeschäftigenundderenJahresumsatzhöchstens50MillionenEurobeträgt.

56 Vgl. Statistisches Bundesamt (2007), S. 2.57 Vgl. Statistisches Bundesamt (2013).58 Vgl. Statistisches Bundesamt (2013a).59 Vgl. Statistisches Bundesamt (2013b).

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randnotizen

glossar

roh-, hilfs- und Betriebsstoffe60 Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe bilden eine Gruppe der Vorräte einesUnternehmens,diealsBilanzpostengesondertauszuweisenist.RohstoffegehenalsHauptbestandteildirektineinFertigproduktein,Hilfsstoffeunmittelbarinein Fertigprodukt, gehören jedoch nicht zu den Hauptbestandteilen. Zu denBetriebsstoffen gehören alle unmittelbar oder mittelbar bei der Produktionverbrauchten Güter, die keinen Bestandteil des fertigen Erzeugnissesdarstellen.

ressourcenintensität AufderEbenederProduktions-undWirtschaftsbereichewirdzurBerechnungderEffizienzderFaktornutzungdieBruttowertschöpfung(BWS)herangezogen.StehtdiewirtschaftlicheLeistungbeidemBruchimNenner,handeltessichumeine “Intensität”. Intensitätenwerden indenUGR (sieheGlossar)berechnet,umden“Umweltverbrauch”verschiedenerBranchenmiteinandervergleichbarzumachen.61

Intensitätskennzahl(jeRessource)=VerbrauchderRessource

BruttowertschöpfungderBranche

Scoring-ModellEin Punktebewertungsmodell, das als Instrument zur mehrdimensionalenBewertungvonHandlungsalternativen(hierBranchen)eingesetztwerdenkann.DasModelleignetsichinsbesondere,wenndieFaktoren,diedieEntscheidungbeeinflussen, nicht in monetären Größen abbildbar sind. Es ermöglicht beiderEntscheidungzwischendenHandlungsalternativendieBerücksichtigungqualitativerundquantitativerFaktoren(sieheGlossar).

Scoring-Modell – quantitative faktorenQuantitative Faktoren lassen sich über konkrete Zahlen bewerten. ImvorliegendenScoring-ModellwurdenfürdieBewertungZeitreihenanalysiert.Beispiel für einen quantitativen Faktor ist das Branchenwachstum inDeutschland.

Scoring-Modell – qualitative faktorenQualitativeFaktorenlassensichimGegensatzzudenquantitativenFaktorennicht über Zeitreihenanalysen oder Datenmengen abbilden. Die BewertungqualitativerFaktorenerfolgtüberLiteraturanalysenundExpertenbefragungenundistimmereinerhohenSubjektivitätausgesetzt.

umweltökonomische gesamtrechnungenDie Umweltökonomischen Gesamtrechnungen (UGR) werden durch dasStatistischeBundesamtunddieStatistischenÄmterderLänderveröffentlicht,umdieWechselwirkungzwischenWirtschaftundNaturaufzuzeigen.MitHilfederUGRwirdeinerseitsuntersucht,welcheAuswirkungendiewirtschaftlichen

60 Vgl. Krieger, W. (2013).61 Vgl. Statistisches Bundesamt (2011).

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glossar

AktivitätenaufdieUmweltzeigen,undanderseits,welcheRolledieUmweltfürdieÖkonomiespielt.

wirtschaftszweigeWirtschaftszweige in der ersten Gliederungsebene (Abschnittsebene) derKlassifikationderWirtschaftszweigedesStatistischenBundesamtesvomJahr2008.62ImUntersuchungsrahmenenthaltensinddieAbteilungen25bis30ausAbschnittC“VerarbeitendesGewerbe”.

62 Vgl. Statistisches Bundesamt (2011).

Ein Projekt im Rahmen der Klimaschutzinitiative des Bundes-ministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit.

VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH (VDI ZRE)Johannisstr. 5-610117 BerlinTel. 030-27 59 506-0Fax 030-27 59 [email protected]

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