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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
info@vdi-zre.de
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
14 ziel und Methodik der wissenschaftlichen 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
ziel und Methodik der wissenschaftlichen untersuchung
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
ziel und Methodik der wissenschaftlichen untersuchung
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
6 Vgl. Statistisches Bundesamt (2007), S. 91 ff.
17
randnotizen
ziel und Methodik der wissenschaftlichen untersuchung
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
ziel und Methodik der wissenschaftlichen untersuchung
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
ziel und Methodik der wissenschaftlichen untersuchung
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
20 ziel und Methodik der wissenschaftlichen untersuchung
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
ziel und Methodik der wissenschaftlichen untersuchung
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
das verarbeitende gewerbe und die fokusbranchen
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
das verarbeitende gewerbe und die fokusbranchen
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
das verarbeitende gewerbe und die fokusbranchen
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
das verarbeitende gewerbe und die fokusbranchen
Zur Verdeutlichung der Bedeutung der ausgewählten Branchen sind dieBranchenanteile in den Kategorien Beschäftigte, Umsatz und AnzahlUnternehmeninAbbildung10prozentualdargestellt.
WZ Code 2008
Branchennamen
25 H. v. Metallerzeugnissen
25.1. Stahl- und Leichtmetallbau
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
25.6. Oberflächenveredelung und Wärmebehandlung; Mechanik a. n. g.
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
das verarbeitende gewerbe und die fokusbranchen
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
das verarbeitende gewerbe und die fokusbranchen
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.
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 Branchen/Reflexion der Ergebnisse anhand politischer Schwerpunktthemen
6 Wirtschaftszweige derMetall verabeitenden Industrie
3 Wirtschaftszweige mitinsgesamt 19 Branchen
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
6 Wirtschaftszweige derMetall verabeitenden Industrie
3 Wirtschaftszweige mitinsgesamt 19 Branchen
• 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
Ergebnisse der untersuchung
WZ
CodeBetrachtete Wirtschaftszweige und dazugehörige Branchen
25 H. v. Metallerzeugnissen
25.1. Stahl- und Leichtmetallbau
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
25.6. Oberflächenveredelung und Wärmebehandlung; Mechanik a. n. g.
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.
26 Vgl. Statistisches Bundesamt (2008), S. 95 ff.
36
randnotizen
Ergebnisse der untersuchung
WZ C
ode
Intensitäts-faktor
RankingIntensitäts-
faktorRanking
gemittelter RangplatzVerbrauch
/ BWS
Energie-intensität
Verbrauch /
BWS
Material-intensität
25 H. v. Metallerzeugnissen
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
Ergebnisse der untersuchung
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 alle 19 Branchen
6 Wirtschaftszweige derMetall verabeitenden Industrie
3 Wirtschaftszweige mitinsgesamt 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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
0,05
0,04
5
0,02
5
0,02
0,06
0,04
5
0,04
0,04
0,03
0,04
5
0,15
0,1
0,25
0,15
0,1
0,25
0,33
3
0,08
3
Gro
upWeigh
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ing
Bra
nche
1
1-10
Rat
ing
Bra
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2
1-10
0,5
0,5
Value 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
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
Ergebnisse der untersuchung
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 alle 19 Branchen
Entwicklung eines zweidimensionalen Scoring-Modells zur Bewertung der erwarteten Branchenentwicklungen durch Expertenbefragung
Priorisierung der in der Detailanalyse zu verfolgenden Branchen/Reflexion der Ergebnisse anhand politischer Schwerpunktthemen
6 Wirtschaftszweige derMetall verabeitenden Industrie
3 Wirtschaftszweige mitinsgesamt 19 Branchen
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
Hers
tellun
g vo
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hmiede
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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
Ergebnisse der untersuchung
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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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
Materiale
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Energieeinsparungen
Methodenmatrix
56 demea-Berichte
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10 Studien
Technolo
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Peripheriematrix
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quantitativ angegebenen
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konservativ abgeschätzten
Einsparpotenziale
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Einsparpotenziale
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Q3:
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Einsparpotenzial
Low/High Energie-
Einsparpotenziale
Q1:
5 %
M:
10 %
Q3:
10 %
Einsparpotenzial
Low/High Material-
Einsparpotenziale
Q1:
5 %
M:
12 %
Q3:
21 %
Einsparpotenzial
Low/High Energie-
Einsparpotenziale
Q1:
13 %
M:
18 %
Q3:
24 %
Einsparpotenzial
Abbildung 23: Übersicht: Matrizen und Methode zur konservativen Abschätzung der Potenziale
52
randnotizen
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
Material-Input3500 t
Material-Output2645 t
3,5 %13,7 %2,9 %2,1 %1 %1,3 %
100% 75,5%
45 t Verschnitt
Sägen
35 t Verschnitt Scheren
74 t Übermaterial
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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Tabelle 17: Ausschnitt aus der Technologiematrix
59
randnotizen
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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
Ergebnisse der untersuchung
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).
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handlungsempfehlungen
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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handlungsempfehlungen
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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handlungsempfehlungen
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
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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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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randnotizen
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 59 506-30info@vdi-zre.dewww.ressource-deutschland.de
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