Ökobilanzielle Bewertung einer additiven und einer konventionellen Fertigungsroute

Die vorliegende Arbeit untersucht die möglichst normgerechte, akkumulierte ökologische Belastung zweier sich technologisch unterscheidender Fertigungsrouten für ein Bauteil aus korrosionsbeständigem Stahl. Anlass für diese Untersuchung ist die zunehmende Bedeutung und die Notwendigkeit, vor dem Hintergrund wachsender Anforderungen an Ressourceneffizienz und Klimaschutz, industrielle Herstellverfahren und deren Prozessketten hinsichtlich ihres Energie- und Emissionsprofils zu verstehen und zu bewerten. Vor dem Hintergrund literarischer Divergenz, die Studienlage der ökologischen Wirkung metallischer additiver Fertigungsverfahren betreffend, ergibt sich die Notwendigkeit eines methodisch klar abgegrenzten Vergleichs mit einer konventionellen Herstellroute. Die modellierte Ökobilanz umfasst dabei die Material-, Fertigungs- und Transportphase beider Routen und wurde mit dem ANSYS Granta Eco Audit Tool auf Basis eigener Materialdatensätze, mit stellenweise Literatur ergänzenden Quellen, durchgeführt. Um eine Vergleichbarkeit sicherzustellen und die ökologischen Auswirkungen der reinen Prozessketten gegenüberzustellen, wird für beide Routen dieselbe Fertigbauteilmasse zugrunde gelegt. Dabei wurden konstruktive und topologieoptimierende Gewichtsreduktionen, welche im Rahmen der additiven Fertigung potenziell möglich wären, bewusst nicht miteinbezogen. Letztlich wurden die beiden Indikatoren des Energieaufwands und der Treibhausgasemissionen im Rahmen eines ¿von der Wiege bis zum Werkstor¿-Ansatzes ausgewertet. Die Analyse des untersuchten Szenarios fiel zugunsten der konventionellen Fertigungsroute aus. Diese wies mit einem kumulierten Energiebedarf von rund 800 MJ und einem Kohlenstoffdioxidausstoß von etwa 65 kg eine weitaus geringere ökologische Belastung auf. Die Kennzahlen der additiven Route lagen mit ungefähr 1700 MJ Energiebedarf und Emissionen von rund 140 kg etwa doppelt so hoch wie bei der konventionellen Fertigung. Weiters zeigten die Ergebnisse, dass sich die Belastungsschwerpunkte beider Routen unterscheiden: Während die konventionelle Route vor allem durch die Materialphase beeinflusst wird, zeigt die Auswertung der additiven Route, dass diese nahezu vollständig durch den Energiebedarf des selektiven Laserschmelzens geprägt wird. Der transportbedingte Anteil fällt dabei vergleichsweise gering aus. Die Analyse verdeutlicht, dass die Ergebnisse vor allem von dem gewählten methodischen Rahmen abhängen, den definierten Systemgrenzen, aber auch von zugrunde liegenden Annahmen, insbesondere dem Energiebedarf und Strommix der einzelnen Prozessmodule. Die Arbeit schafft somit eine nachvollziehbare Grundlage, um die ökologische Leistungsfähigkeit von additiven und konventionellen Fertigungsrouten zu vergleichen. Weiterführende Untersuchungen sollten dabei reale Energieprofile und Messdaten aus industriellen Anlagen berücksichtigen und die Systemgrenzen auf Nutzungs- und Lebensendephasen ausweiten.