Um den ökologischen Fussabdruck der Gesellschaft zu reduzieren, können neben Verhaltensänderungen und spezifischen Gesetzen vor allem technische Innovationen einen Beitrag leisten. Insbesondere Forschende im Ingenieurwesen tragen somit in der Gestaltung und Auslegung von neuen Produkten eine hohe Verantwortung, die weit über den wirtschaftlichen Erfolg hinausgeht. Aus diesem Grund werden an der ZHAW School of Engineering alle Studierenden in der Blockwoche Mensch Technik Umwelt (METU) zu verschiedenen Aspekten der Nachhaltigkeit unterrichtet. In den dreimal jährlich stattfindenden Kursen können sich die Studierenden in acht Themenschwerpunkten vertiefen und entwickeln mögliche Lösungen zu realen Aufgaben.

Grosses Potenzial in der nachhaltigen Produktgestaltung

Wie viel Potenzial zur Einsparung von Energie und Ressourcen in der nachhaltigen Gestaltung von Produkten steckt, zeigen Forschende am Zentrum für Produkt- und Prozessentwicklung (ZPP). «Die Studierenden lernen hier den gesamten Lebenszyklus eines Produktes kennen, vom Abbau der Rohstoffe zur Herstellung bis zum Recycling und der Entsorgung», so Adrian Burri, Leiter des ZPP. Die Studierenden wählen die existierende Verpackung eines beliebigen Konsumentenproduktes aus und analysieren sie in Bezug auf Materialzusammensetzung, Gewicht und Funktionalität. Dann entwerfen sie eine neue, nachhaltige Verpackung und vergleichen die Umweltbelastung beider Produkte. Verpackungen eignen sich sehr gut, um nicht nur konkrete ökologische Belastungen sichtbar und messbar zu machen, wie Adrian Burri erklärt: «Aspekte wie die Herstellkosten, die Verbraucherfreundlichkeit, Toxizität oder Transportierbarkeit sind für Ingenieure oft nur Kontextfragen, bilden aber im Fall der Verpackung zentrale Komponenten guten Designs.» Beim Optimieren der Produktverpackung sind der Kreativität der Studierenden jeweils keine Grenzen gesetzt. Mit dem Einsatz von neuen Materialien wie Biokunststoffen oder Verpackungen aus Pilzkulturen, mit der Neugestaltung des Verpackungsdesigns und der Herstellung von einfachen Funktionsmustern aus Papier, Karton oder 3D-Druck-Bauteilen zeigen die Studierenden die Machbarkeit ihrer Lösungen auf. Bisher wurden auf diese Weise schon über 30 Verpackungen verschiedener Hersteller aus dem Food- wie dem Non-Food-Bereich optimiert. Eine Reduktion der Umweltbelastungen um 70 bis 90 Prozent liess sich dabei meist ohne grosse Herausforderung realisieren.

Umweltbelastungspunkte ermitteln und vergleichen

Zum Beispiel: Die Verpackung von Rasierklingen eines namhaften Herstellers besteht aus einem plastifizierten Karton, einer Mehrschichtfolie, dem Rasierklingenhalter als Polystyrol-Spritzgussbauteil und einer PET-E-Verpackungsschale. Die Verpackung wiegt insgesamt 43 Gramm. Mit Hilfe des Datensatzes der Ökobilanzdatenbank ecoinvent haben die Studierenden die Umweltbelastungspunkte (UBP) und CO2-Äquivalente der Verpackungsbestandteile berechnet. «Bei der Verteilung der UBP auf die Verpackung der Rasierklingen wird offensichtlich, dass das grösste Optimierungspotenzial bei der Verpackungsschale und dem Rasierklingenhalter liegt», so Adrian Burri. Die Studierenden entwarfen computergestützt einen neuen Rasierklingenhalter mit gleicher Funktionalität und stellten im 3D-Drucker einen Prototyp her. Das neue Design zeichnet sich durch eine dünnere Wandstärke und eine optimierte Anordnung der Rasierklingen aus. Durch die kompaktere Bauweise werden auch die Etikette und die Verpackungsschale kleiner. Das Resultat: Die neue Verpackung wiegt nur noch knapp 8 Gramm und belastet die Umwelt nur mit 10 anstelle von fast 160 UBP des Originalprodukts. «Das optimierte Produktdesign der Studierenden reduziert die Umweltbelastung um 93 Prozent», so Adrian Burri. «Die gewichts- und platzoptimierte Verpackung wird als Nebeneffekt auch günstiger in der Herstellung und führt zudem zu einer massiven Reduktion der Umweltbelastungen durch den Transport des Produktes vom Produktionsort zu den Verkaufsstellen.»

Kontakt zu Herstellern angestrebt

Die ZHAW School of Engineering leistet mit der METU-Woche einen Beitrag, damit Ingenieurinnen und Ingenieure in ihrem Berufsalltag Produkte nachhaltiger gestalten werden. Eine ökologisch optimierte Verpackung ist in den meisten Fällen auch günstiger in der Herstellung und praktischer im Gebrauch – also eine klassisch nachhaltige Win-Win-Situation. Das ZPP sucht den Kontakt zu den Herstellern der bisher untersuchten Verpackungen, um die Umsetzung der von den Studierenden erarbeiteten Resultate anzustreben. Das Potenzial am nachhaltigen Produktdesign ist noch lange nicht ausgeschöpft.