Projekt 35484/01

Entwicklung einer Methodik und Aufbau eines Benchmarks zur vergleichbaren Bewertung der Energie- und Ressourceneffizienz von Galvanikbetrieben

Projektträger

Universität Stuttgart Institut für Energieeffizienz in der Produktion
Nobelstr. 12
70569 Stuttgart
Telefon: +49 711 970 3624

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens


Die Kosten für Energie und Material sind in der Galvanotechnik sehr hoch und ihr Anteil an den Gesamtkosten wird zukünftig weiter steigen. Gleichzeitig sind die Potenziale zur Reduzierung des Energie- und Ressourceneinsatzes groß und werden bisher kaum ausgeschöpft. Studien gehen hier von 10 bis 20 Prozent aus. Auf dem Weg zur Klimaneutralität ist die Ermittlung von Energie- und Ressourceneffizienzpotenzialen der erste wichtige Schritt. Dafür müssen die Galvanikbetriebe zunächst wissen, wie hoch ihr Energie- und Ressourcenverbrauch im Vergleich ist und welche Maßnahmen zur Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz besonders geeignet sind.

Im Projekt „Benchmark Galvanotechnik“ (BenG) wurde ein Energie- und Ressourceneffizienz Benchmark für die Galvanikbranche methodisch entwickelt und aufgebaut. Mit vielen Unternehmen aus unterschiedlichen Verfahrensklassen und Unternehmensgrößen wurden die Energieverbräuche und der Ressourceneinsatz sowohl auf Unternehmens-, als auch zum Teil auf Linienebne ermittelt, aufbereitet und ein quantifizierbarer Vergleich realisiert. In relevanten und aussagekräftigen Kennzahlen konnten die teilnehmenden Unternehmen aus der Galvanobranche miteinander verglichen werden. Daraus konnten zum Teil Maßnahmen abgeleitet werden, wie Blockheizkraftwerke (BHKWs), Erneuerung von älteren Becken, PV-Anlagen, die nutzenbringend von einer Vielzahl von Unternehmen umgesetzt werden könnten, um die Energie- und Ressourceneffizienz zu erhöhen und zeitgleich den CO2-Fußabdruck zu reduzieren.




Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenPhase 1: Bestandsaufnahme
Die Erstellung einer soliden Datengrundlage ist beim Aufbau eines Benchmarks besonders wichtig. Zur Gewährleistung der Vergleichbarkeit müssen die Unternehmen auf die gleichen, bzw. auf vergleichbare Datenstammsätze zurückgreifen. Da allerdings die vorhandenen Datengrundlagen – durch installierte Messsysteme, integrierte PPS-Systeme, oder ähnliche Produktionsplanungssysteme – bei den KMU un-terschiedlich stark ausgeprägt sind, wurde diese erste Phase dazu genutzt, um die vorhandenen Syste-me und Informationsquellen, wie Lastgänge, Messgeräte, Energierechnungen, Inventarlisten, Gleichzei-tigkeitsfaktoren, Hauptenergieverbrauchern in der Galvanotechnik und PPS-Systeme in Galvanikbetrie-ben zu bestimmen.
Darüber hinaus ergab die Auswertung des aktuellen Stands der Technik, dass momentan kein Bench-marking-Tool verfügbar ist, welches die spezifischen Anforderungen für das Benchmarking von Galva-nikbetrieben vollumfänglich abbildet. Obwohl sich das Benchmarking als eines der zentralen Instrumente zur Potenzialausschöpfung dieser veränderten Rahmenbedingungen herausstellt, wird und kann dieses von Galvanikbetrieben momentan noch nicht angewendet werden. Somit wurde ein großer Bedarf für ein Benchmarking-Tool identifiziert, mit dem sich Galvanikbetriebe anonym und leicht miteinander verglei-chen und ebendiese Potenziale mit aussagekräftigen Kennzahlen offenlegen können.

Phase 2: Methodikerstellung
In Vorbereitung der Methodikentwicklung wurde die Marktsituation und Struktur der Galvanoindustrie so-wie den Hauptenergieverbrauchern in der Galvanotechnik durchgeführt. Zudem wurden in der Literatur Methoden zur Gestaltung und Durchführung von Benchmarks in der Galvanoindustrie und KMU- sowie galvanospezifische Probleme bei der Durchführung von Benchmarkings identifiziert. Wichtig war das Li-teraturscreening zu aktuell verfügbaren Benchmarking-Tools für die verarbeitende Industrie. Dabei wur-den die in den Tools genutzten Effizienzkennzahlen erläutert. Im letzten Schritt der Literatursichtung wur-den weitere in der Fachliteratur empfohlene Kennzahlen, die nicht in aktuellen Tools verwendet werden, identifiziert. Es wurden Anforderungen an die Benchmarking-Methodik sowohl durch die DIN EN 16231 als auch für KMU im Allgemeinen und für Galvanikbetriebe im Speziellen definiert, die aus der ausgewer-teten Literatur abgeleitet wurden. Anhand dieses Anforderungskatalogs wurde die Methodik schrittweise entwickelt, um den vorhandenen Mangel bisheriger Benchmarks hinsichtlich einer Eignung für die Galva-notechnik gerecht zu werden.

Der Kennzahlenkatalog bildet die Grundlage der entwickelten Benchmarking-Methodik. Als Anforderung wurde die theoretische, galvanikspezifische Eignung der Kennzahlen vorausgesetzt. Üblicherweise ver-wendete Kennzahlen wurden verdichtet, angepasst und um weitere Kennzahlen ergänzt. Der so theore-tisch entstandene Kennzahlenkatalog wurde anschließend mithilfe der beiden assoziierten Lohnbeschich-tungsbetriebe auf dessen praktische Eignung hin bewertet und eingegrenzt. Um sowohl die Übersicht-lichkeit der Benchmarking-Methodik als auch einfache Aussagen zu gewährleisten wurden theoretisch verfügbare Kennzahlen reduziert. Kennzahlen zur Energie- und Ressourceneffizienz stellen stets ein Ver-hältnis zwischen einem Aufwand, beispielsweise dem Energieeinsatz, und einem Nutzen, beispielsweise der beschichteten Oberfläche, dar. In einem ersten Schritt zur Verdichtung des Kennzahlenkatalogs wur-den daher nur Kennzahlen aufgenommen, die ein solches Verhältnis beschreiben. Ausgenommen hiervon wurden einige Kennzahlen für statistische Auswertungen wie Anteil Energieverbrauch aus Kraft-Wärme-Kopplung [%] oder Anteil Energieverbrauch aus erneuerbaren Energiequellen [%].

Phase 3: Aufbau des Benchmarks

Das ursprüngliche Vorgehen mit geplanten Messkampagnen musste aufgrund der COVID-Pandemie und der darauffolgenden Vorsicht der Unternehmen, nur noch für das Unternehmen elementare Besuche zu-zulassen, verworfen werden und es wurde auf den entwickelten Fragebogen zurückgegriffen. Das ur-sprüngliche Vorgehen sah vor, dass als Grundlage ein Messkonzept erstellt wird. Dieses Messkonzept hätte auch anderen KMU zur Verfügung gestellt werden sollen, da viele Unternehmen nicht wissen, wo, wie und welche Messgeräte angeschlossen werden können, um Energieeffizienzpotenziale zu identifizie-ren. Die Entwicklung des Messkonzepts sollte unter der Beteiligung der beiden KMU erfolgen. Anschlie-ßend war es vorgesehen die entsprechenden Messungen bei den assoziierten Partnern und den Bench-mark-Teilnehmern durchzuführen. Durch die Pandemie wurde bereits in der Methodikerstellung auf einen Fragebogen als Tool der Datenerhebung zurückgegriffen und ein entsprechendes Template erstellt.

Durch die Mailingaktionen des Fraunhofer IPAs und des Zentralverbands für Oberflächentechnik (ZVO) und deren vorhandene Datenbanken, die Platzierung in diverseren branchenspezifischen Newslettern und Webseiten (WOMAG, IPA, ZVO, etc.) konnten mehr als 1.000 Unternehmen aufgerufen werden am Benchmark teilzunehmen. Diesem Aufruf sind 40 Unternehmen gefolgt, wobei schlussendlich 17 Unter-nehmen/Standorte/Werke miteinander verglichen werden können. Dabei konnten 17 Unternehmen auf Un-ternehmens- und neun auf Linienebene verglichen werden. Die Hauptgründe, weshalb wenige Rückläufer nach Versand der Fragebogen erhalten wurden, liegt vermutlich am hohen Zeitaufwand zur Befüllung des Fragebogens, oder an der vorhandenen Datengrundlage des Unternehmens.


Ergebnisse und Diskussion

Im Gegensatz zu den 1985 und 2007 durchgeführten Benchmarks für die Galvanobranche wurden beim Benchmark des Projekts BenG vor allem energetische Verbrauchsdaten für die Bestimmung von Kenn-zahlen verwendet. Dabei wurden die Kennzahlen nicht, wie im österreichischen Benchmark, auf die Mitar-beitenden, sondern auf Rohmaterialeinsatz, Betriebsstunden, Beschichtungsvolumen und -oberfläche sowie auf schichtmetallhaltiges Material bezogen. Weiterhin wurde zwischen dem elektrischen und ther-mischen Energieverbrauch unterschieden und die dadurch entstehenden CO2-Emissionen berücksichtigt.
Im Folgenden werden vor allem die Kennzahlen Energiebedarf pro beschichteter Oberfläche (kWh/m²), Gesamt-CO2-Emissionen eines Unternehmens (tCO2) sowie CO2-Emissionen pro Gesamtenergiever-brauch (kgCO2/kWh) für ausgewählte Unternehmen dargestellt und bewertet. Die Auswahl ergibt sich durch den Ausfüllungsgrad der Fragebögen sowie die Vergleichbarkeit der Verfahren.
Am Benchmark haben insgesamt 17 Unternehmensstandorte mit verschiedenen Einzelschichten und Li-nien teilgenommen. Nicht alle haben den Fragebogen vollständig ausgefüllt. Bei vielen Unternehmen ist eine exakte Aufschlüsselung der Daten, wie sie für die Bestimmung der Kennzahlen notwendig wäre, nicht vollumfänglich möglich gewesen. Aufgrund der hohen Heterogenität und der relativ geringen Anzahl an Standorten konnten nur zwei Verfahren detaillierter untereinander verglichen werden. Diese sind Zink sowie Kupfer-Nickel-Chrom bei der Kunststoffbeschichtung.
Eines der wichtigsten Kennzahlen ist der „Energiebedarfe in Kilowattstunden pro beschichteter Oberflä-che“ von den Unternehmen auf Unternehmensebene. Die Kennzahl konnte aufgrund der entsprechenden Datenverfügbarkeit bei 9 von 17 Unternehmen gebildet werden. Die Energiebedarfe sind jeweils in elektrischen und thermischen Energieverbrauch aufgeteilt. Auffällig ist, dass bei den Kunststoffgalvani-ken der Anteil des elektrischen Energieverbrauchs am Gesamtenergieverbrauch höher ist als bei den Zink- und Kupfer-Nickel-Chrom-Verfahren. Bei der Betrachtung auf Unternehmensebene ist in diesem Bi-lanzrahmen allerdings nicht deutlich erkennbar, welche weiteren elektrischen Verbraucher mit in den Ver-brauch einfließen. Dies kann erst bei einer Betrachtung auf Linien oder Prozessebene schlüssig interpre-tiert werden. Über den gesamten Benchmark beträgt der durchschnittliche Energiebedarf ungefähr 24 kWh/m² auf Unternehmensebene.

Die unterschiedlichen Verhältnisse von thermischem und elektrischem Energiebedarf entstehen durch die Heterogenität der Verfahren. Jedes Beschichtungsverfahren erfordert eine Abfolge von Vorbehandlungs-, Beschichtungs- und Nachbehandlungsprozessen einschließlich Spülstufen. Für die einzelnen Schritte sind je nach Verfahren spezifische Temperaturen notwendig, wodurch sich die Unterschiede beim ther-mischen Energiebedarf erklären lassen. Das ist die Ursache für den höheren thermischen Energiebedarf bei den Unternehmen, die chemisch Vernickeln. Im Gegensatz zum Verzinken erfolgt die chemische Ver-nicklung nicht bei Raumtemperatur, sondern bei Prozesstemperaturen von 85 bis 95°C. Wer ausschließ-lich Zinkverfahren anwendet, weist einen geringen Energieverbrauch auf. Die CO2-Emissionen sind bei Unternehmen mit dem deutschen Strommix im Mittel höher als die mit Ökostrom. Die Emissionen wer-den weiter in Emissionen durch elektrischen und thermischen Verbrauch sowie durch Nutzung eines Blockheizkraftwerks (BHKW) unterteilt. Auffällig ist, dass Unternehmen mit geringen Energieverbräuchen keinen Ökostrom beziehen und sich die beiden Säulen entsprechend nicht unterscheiden. Überdurch-schnittlich hohe Emissionen sind bei den Unternehmen festzustellen, was zum Teil auf den höheren Energieverbrauch schon auf Unternehmensebene zurückzuführen ist.

Das Ziel dieses Forschungsprojekts war es einen Energie- und Ressourcenbenchmark für die Galvanik-branche aufzubauen. Mit dem Benchmark verfolgt das Forschungsteam zwei Hauptziele:
Zum einen sollte mit diesem Benchmark Unternehmen aus der Galvanotechnik motiviert werden Energie- und Ressourceneffizienzprojekt umzusetzen. Die Galvanikbranche mit den unterschiedlichen Energiein-tensitäten der eingesetzten Verfahren, Unternehmensgröße, Produktvielfalt und eingesetzten Technolo-gien lässt einen Vergleich nur bedingt zu. Dadurch haben die einzelnen Unternehmen keinen Vergleich, wie hoch die Energie- und Ressourceneffizienz und dadurch auch das Kostensenkungspotenzial sein kann. Dieser Umstand mindert die Bereitschaft in Effizienzmaßnahmen zu investieren.
Zum anderen sollte durch den erhobenen Benchmark Energie- und Ressourceneffizienzmaßnahmen ab-geleitet, quantifiziert und der Galvanikbranche als Maßnahmenkatalog zur Verfügung gestellt werden. Durch die Bestimmung des Klassenbesten und die Ableitung und Darlegung der umgesetzten Maßnah-men zur Erreichung eines besseren Energie- und Ressourceneffizienzniveaus sollte Galvanikbetrieben ein Leitfaden dokumentiert werden.

Das Ziel des Aufbaus eines Benchmarks für Energie- und Ressourceneffizienz wurde erreicht. Auf Unter-nehmensebene können Unternehmen ihre Performance im Vergleich zu anderen Galvanikbetrieben in derselben Kategorie überprüfen. Ein Rückschluss, inwiefern ein Handlungsbedarf besteht, lässt der Benchmark zu und kann so Unternehmen aus der Galvanobranche motivieren ihren Energie- und Res-sourcenbezug zu optimieren und so Emissionen und Kosten einzusparen.
Auf Linienebene ist ein Vergleich nur bei einigen wenigen Verfahren und Clustern möglich. Aufgrund der fehlenden Messinfrastruktur bei den Unternehmen und den nicht mehr durchzuführenden Messkampag-nen konnte die Energie- und Ressourcenverbräuche nicht bei allen teilnehmenden Unternehmen ermittelt werden, sodass hier eine geringfügige Abweichung vom Forschungsantrag festzustellen ist.
Ebenso war es ein Ziel ein Leitfaden und Maßnahmenkatalog für die teilnehmenden Unternehmen und al-len weiteren Unternehmen aus der Galvanikbranche zu erstellen. Aufgrund der fehlenden Messkampag-nen konnten hier die eingesetzten Technologien und Neuerungen nicht ermittelt und zusammengetragen werden. Aufgrund der Umstellung der Vorgehensweise auf eine auf Fragenkatalog-basierende Ermittlung der Energie- und Ressourceneinsätze konnte dieses Zielstellung nicht vollumfänglich abdeckt werden. In Rücksprache mit den assoziierten Partnern sollte der Fragenkatalog so gestalten werden, dass die Hür-de einer Teilnahme so gering wie möglich sein sollte. Es sollten somit auch mit weniger Detailfragen ge-stellt werden. Der Benchmark muss eine bestimmte kritische Größe erreichen, um zum einen die Anony-mität zu gewährleisten und zum anderen die relevante Aussagekraft auszuweisen. Bei zu wenigen Teil-nehmern wären beide Anforderungen nicht erfüllt worden, sodass hier ein Kompromiss aus Detaillie-rungsgrad und Aufwand zum Ausfüllen des Fragebogens eingegangen wurde. Dies führte dazu, dass ei-nige wenige Maßnahmen zur Erhöhung der Energie- und Ressourceneffizienz und Reduzierung der Emis-sionen ermittelt wurden, bspw. Alter der Anlage, BHKW, PV-Anlage, Energiemanagementsystem, etc.




Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Folgende Aufzählung zeigt einen Überblick über die Aktivitäten zur Verbreitung der Ergebnisse:

1. Die Ergebnisse wurden den teilnehmenden Unternehmen in einer Abschlusspräsentation vorgestellt. Hier konnten die Unternehmen sich anonym zuschalten, Fragen stellen und anschließend bei den Pro-jektpartnern sich melden.

2. Darüber hinaus wurden die erzielten Ergebnisse einem Fachpublikum des ZVO (Zentralverband Ober-flächentechnik) im Rahmen einer Messe/Fachkongress vorgestellt. Die Ergebnisse wurden von Stefan Kölle anschließend mit interessierten Unternehmen diskutiert und es gibt relevante Anknüpfungspunkte, dass weitere Unternehmen teilnehmen wollen. (https://oberflaechentage.zvo.org/rueckblick/nachbericht-2022)

3. Die Projektpartner vom EEP und IFF (Verena Lampret, Stefan Kölle, Ekrem Köse, Alexander Sauer) haben eine peer-reviewed Veröffentlichung mit dem Titel „Benchmarking in der Galvanotechnik - Ablei-tung relevanter Kennzahlen für Galvanobetriebe“ geschrieben. Das Paper wird in der Werkstatttechnik in der Ausgabe 02/23 veröffentlich. Nachfolgend der Abstract des Papers:
„Steigende Energiekosten und ambitionierte Klimaschutzziele erhöhen den Handlungsbedarf, die Ener-gieeffizienz zu steigern. Um einen Vergleich und eine Entscheidungshilfe von Energieeffizienzmaßnah-men für die energieintensive Galvanobranche zu schaffen, wurde ein Energie- und Ressourceneffizienz-benchmark durchgeführt. Herausforderungen bei der Erhebung sind die Heterogenität der Galvanobran-che sowie verschiedene Messinfrastrukturen. Dennoch ist es gelungen, einen Vergleich zu schaffen und Handlungsbedarfe sowie Maßnahmen zur Erhöhung der Energie- und Ressourceneffizienz zu identifizie-ren.“

4. Das Projekt und auch die Ergebnisse werden auf der Homepage des EEP (https://www.eep.uni-stuttgart.de/forschung/projekte/), des Fraunhofer IPAs (https://www.ipa.fraunhofer.de /de/referenzprojekte/BenG.html) und der GalvanoFlex-Seite (https://www.galvanoflex-bw.de/) für weitere Unternehmen aus der Galvanobranche zur Verfügung gestellt. Hier können interessierte Unternehmen die Unterlagen sichten und die Projektpartner kontaktieren.

5. Zur Verbreitung der Ergebnisse wurde ein Mailing mit den wichtigsten Erkenntnissen aufgesetzt. Hier hat das Fraunhofer IPA eine Mailingaktion gestartet und somit ca. 250 Unternehmen aus der Galva-nobranche erreicht.


Fazit

Für das Projekt waren Messkampagnen bei teilnehmenden Unternehmen geplant, um identische Bilanz-rahmen für die Analyse der Verfahren zu gewährleisten. Die Messkampagnen waren aufgrund der mit der COVID-Pandemie einhergehenden Kontaktbeschränkungen nicht möglich. Um dennoch die für einen Benchmark notwendigen Daten zu erhalten, wurde ein Fragebogen entwickelt. Dieser Fragebogen ermit-telt auf Unternehmens- und Linien-/Prozessebene die relevanten Daten zur Berechnung von Energie- und Ressourcenkennzahlen ab. Auf den Benchmark wurde per Mailing und auf Veranstaltungen wie den Oberflächentagen hingewiesen. Zur Unterstützung beim Ausfüllen des Fragebogens, konnten teilneh-mende Unternehmen per Email Rückfragen stellen oder bilaterale Gespräche führen.

Insgesamt haben 17 Unternehmensstandorte am Benchmark teilgenommen. Von diesen Unternehmen haben neun Unternehmen den Fragebogen nicht nur auf Unternehmensebene, sondern ebenfalls voll-ständig auf Linien- und Prozessebene ausgefüllt. So konnten die Kennzahlen dieser Unternehmen be-stimmt und miteinander verglichen werden. Weiterhin war hier eine Clusterung in Gruppen mit ähnlichen Verfahren möglich. Die bestimmten Kennzahlen konnten mit Kennzahlen aus Literaturdaten verglichen werden. Durch die Heterogenität der teilnehmenden Unternehmensstandorte und die geringe Stichpro-bengröße, waren nur wenige Rückschlüsse auf den Mehrwert von Energieeffizienzmaßnahmen möglich. Lediglich bei einem Unternehmen konnte eine alte mit einer neuen Linie verglichen werden und eine Ver-besserung der Energieeffizienz bei der neuen Linie im Vergleich zur alten festgestellt werden. Weiterhin konnte allgemein festgestellt werden, dass der Einsatz von BHKW einen Mehrwert für Unternehmen dar-stellt. Bezogen auf die Ressourceneffizienz waren aufgrund der wenigen zur Verfügung gestellten Daten und der geringen Stichprobengröße kaum Aussagen möglich.

Abschließend lassen sich einige Handlungsempfehlungen für weitere Benchmarks identifizieren. Bezo-gen auf den Fragenkatalog sollte die Hemmschwelle für eine Teilnahme weiter gesenkt werden. Nach diesem ersten Benchmark ist nachvollziehbar, welche Daten bei Unternehmen vorliegen und welche Kennzahlen bestimmt werden können. Dadurch kann der Umfang des Fragenkatalogs verringert und auf wesentliche Daten beschränkt werden. Die Bearbeitungsdauer des Fragebogens würde dadurch reduziert werden. Um einen identischen Bilanzrahmen bei teilnehmenden Unternehmen und eine identische Daten-struktur zu gewährleisten, sollten bei einem weiteren Benchmark Messkampagnen durchgeführt werden. Dadurch wird gewährleistet, dass nicht nur Daten aus übergeordneten Messzählern genutzt werden kön-nen, sondern alle notwendigen Daten auf Linien- und Prozessebene vorliegen. Die Wiederholung des Benchmarks könnte bei teilnehmenden Unternehmen zu einem internen Energie- und Ressourceneffi-zienztracking beitragen und den Mehrwert von umgesetzten Maßnahmen aufzeigen.

Als letzte Empfehlung sollte der Fragenkatalog auf einer Website implementiert werden. Teilnehmende Unternehmen könnten sich registrieren und direkt ihre Daten angeben. Die Daten werden auf Plausibilität geprüft und automatisiert ausgewertet. Durch eine regelmäßige Datenerhebung und die Zuweisung zu ei-nem Profil für Unternehmen, kann das Unternehmen sich zeitnah den Mehrwert von Maßnahmen ausgeben lassen.

Übersicht

Fördersumme

125.000,00 €

Förderzeitraum

01.03.2020 - 31.10.2022

Bundesland

Baden-Württemberg

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik