Bachelorarbeit: Verbesserung der Umweltleistung eines Industriebetriebs

Mit weniger Energie zur Alufolie

Aluminium zu verarbeiten ist in der Regel mit einem hohen Energieaufwand verbunden. Umso mehr lohnt es sich, die Herstellungsprozesse kritisch zu analysieren. In seiner Bachelorarbeit hat David Schaltegger konkrete Empfehlungen für ein Unternehmen erarbeitet.

Das Unternehmen Novelis Deutschland GmbH verarbeitet grosse Mengen Aluminium zu Produkten des täglichen Bedarfs. Der Herstellungsprozess vom Rohmaterial zur schlussendlichen Form als Grillschale oder Alufolie benötigt viel Energie – zu viel Energie, findet David Schaltegger, Absolvent im Studiengang Energie- und Umwelttechnik. Er hat im Rahmen seiner Bachelorarbeit unterschiedliche Lösungsansätze erarbeitet und untersucht, wie die Prozesse in der Herstellung so optimiert werden können, dass nicht nur die Umwelt, sondern auch das Unternehmen davon profitiert. Denn wo Energie eingespart wird, sinken schliesslich auch die Betriebskosten.

Drei Lösungsansätze

David Schaltegger hat viel Potenzial zum Energiesparen entdeckt.

Bereits in seiner Projektarbeit hatte David Schaltegger mit dem deutschen Unternehmen Novelis zusammengearbeitet. Damals bewertete der Absolvent rückwirkend bereits erfolgte Prozessoptimierungen aus Umweltaspekten. In seiner Bachelorarbeit hat er nun in enger Zusammenarbeit mit den Umweltingenieuren von Novelis konkrete Empfehlungen für die Energieeinsparung abgegeben. Im Fokus stand dabei eine 30 Jahre alte Glühofenanlage. Insgesamt hat der Absolvent drei Lösungsansätze erarbeitet. «Zunächst habe ich die Folgen eines neuen Wärmetauschers im Abluftstrom der Glühöfen betrachtet», so David Schaltegger. «Das heisst, dass die Prozessabwärme zurückgewonnen wird.» Doch das war dem Absolventen noch nicht genug.

Ölbelastung als Problem

Als zweiten Lösungsansatz hat David Schaltegger die Anpassung der Prozesssteuerung ermöglicht: « Durch eine Messung der Ölbelastung im Abluftstrom können sich die Steuerelemente dynamisch an den Prozess anpassen.» In seinem dritten Lösungsansatz betrachtete der Absolvent einen vorgelagerten Walzprozess, der sich als entscheidender Faktor herausstellen sollte: «Im Walzprozess entsteht ein Ölfilm auf den Aluminiumprodukten», erklärt David Schaltegger. «Durch eine Reduktion dieser Ölbelastung liesse sich das Glühprogramm anpassen, sprich die benötigte Glühzeit senken.» Dies würde wiederum zu einer Reduktion der benötigten Energiemenge führen.

Auswirkungen simuliert

Die verschiedenen Lösungsansätze und deren Varianten hat David Schaltegger mit Hilfe eines Simulationsprogramms modelliert, um die daraus resultierenden Umweltauswirkungen abzuschätzen. «Die verwendeten Methoden berücksichtigen sowohl die Exergieaufwände durch die Temperaturunterschiede als auch den Ausstoss von treibhausrelevanten Gasen in Bezug auf die daraus resultierenden Schäden an Mensch und Umwelt», sagt der Absolvent. «Ich habe mich dabei an den Umweltzielen des Unternehmens Novelis orientiert.»

Grafik dynamischen Temperaturprofile — Die Abbildung zeigt die dynamischen Temperaturprofile der Prozesskombinationen «Umwelt» und «Kosten».

Konkrete Empfehlungen

Anhand der vorgegebenen Zielwerte hinsichtlich der Energieeinsparung hat der Absolvent die einzelnen Varianten auf ihre Wirksamkeit geprüft. Abschliessend hat er zwei Prozesskombinationen vorgestellt, welche alle drei Lösungsansätze kombinieren. David Schaltegger erklärt: «In der einen Variante habe ich die absolut umweltverträglichste Kombination zusammengestellt, in der zweiten die kostengünstigste Kombination mit dem grössten Effekt.» Durch die Prozesskombination «Umwelt» kann die benötigte Energie um 73 Prozent verringert werden. Mithilfe der Prozesskombination «Kosten» würde eine Reduktion um 54 Prozent möglich. Damit hat David Schaltegger die angestrebten Werte des Unternehmens sogar deutlich unterboten.

Die optimierten Prozesse (3. und 4. Säule) liegen im Energieaufwand deutlich unter den aktuellen Werten (1. Säule) und den Zielwerten (2. Säule).

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