Kreislaufgerechte Produktgestaltung

Gestaltungsprinzipien für recyclinggerechtes Produktdesign

In der einschlägigen Fachliteratur wurden bereits zahlreiche Gestaltungsprinzipien zur recyclingfreundlichen Produktgestaltung veröffentlicht. Diese können als erste Orientierung für eine Überarbeitung von Produktentwürfen verwendet werden [1, S. 15]. Hierbei stehen vor allem Hilfestellungen für die Minimierung der Materialvielfalt und eine Erhöhung der Demontagefähigkeit im Vordergrund.

Abstimmung zwischen Wiederaufarbeitung/Recycling und Produktentwicklung

Erfolgt die Aufarbeitung bzw. das Recycling von Produkten im eigenen Unternehmen sollten Probleme, die hierbei entstehen (z. B. schwierige Demontierbarkeit), regelmäßig an die Produktentwicklung kommuniziert werden, um dauerhafte Verbesserungen herbeizuführen.

Modulare Produktstrukturen

Modulare Produktstrukturen können dabei helfen, Produkte leichter in einzelne Baugruppen und/oder Materialfraktionen zu zerlegen. Für ein Recycling muss das Produkt entsprechend homogenen Materialgruppen bzw. gleichen Recyclingwegen strukturiert sein. Für eine Wiederverwendung hingegen stehen andere Anforderungen an die Baustruktur im Vordergrund (z. B. funktonale Modularisierung). Zu den bekanntesten Modularisierungsmethoden gehören die Vorgehensweisen von Pimmler, T. U. und Eppinger, S. D. [13], Dahmus, J. B. et al. [14] sowie Krause, D. und Gebhard, N. [15].

Materialdatenbanken

Für eine analytische Materialauswahl unter Gesichtspunkten der Funktionalität und Ressourceneffizienz müssen zahlreiche Parameter gleichzeitig betrachtet und gegeneinander abgewogen werden. Hierbei sind neben den klassischen Faktoren der beanspruchungsgerechten Werkstoffauswahl (Härte, Festigkeit, Gewicht, Viskosität etc.) weitere Aspekte zu berücksichtigen wie Energieaufwand Herstellung und Recyclingfähigkeit. Gerade für letztere Faktoren ist jedoch eine angemessene Datenlage erforderlich. Hierfür wurden kommerzielle Materialdatenbanken (z. B. GRANTA CES Selector) entwickelt, welche entsprechende Werte beinhalten. Der Zugang und die Nutzung dieser Datenbanken sind in der Regel sehr einfach gestaltet und verlangen wenige Vorkenntnisse.

Bestimmung der Material-Kreislaufeignung

Um zu entscheiden, ob es ökonomisch lohnenswert ist, ein Material im Kreislauf zu führen, wird in der VDI Richtlinie 2243 eine einfache Formel zur Berechnung vorgestellt. Hierfür werden die Kosten der Neuproduktion eines Materials zu den Recyclingkosten ins Verhältnis gesetzt. Konkret werden im Zähler die Kosten des Neuteils und die Beseitigungskosten des Altteils addiert. Im Nenner finden sich die Recyclingkosten für das Altteil, die sich aus den Kosten für Demontage, Aufarbeitung und Logistik zusammensetzen. Ein Beispiel zur Berechnung der Material-Kreislaufeignung findet sich in der Richtlinie [1].

Kumulierter Rohstoffaufwand (KRA)

Der kumulierte Rohstoffaufwand (KRA) definiert die „Summe aller in ein System eingehenden Rohstoffe – außer Wasser und Luft – ausgedrückt in Gewichtseinheiten“ [16], z. B. Tonne verbrauchte Rohstoffe pro Tonne Produkt. Der KRA beinhaltet also die zur Herstellung, Nutzung und Entsorgung eines Produktes oder einer Dienstleistung erforderlichen Rohstoffe und Energierohstoffe. Diese lassen sich in metallische, biotische, energetische Rohstoffe sowie Bau- und Industriemineralien einteilen. Die für eine Bewertung erforderliche Datenbasis bezieht sich dabei auf eine funktionelle Einheit [17]. Die funktionale Einheit gibt an, auf welcher Basis verschiedene Prozesse, Technologien o. Ä. miteinander verglichen werden können. Für den Vergleich der Effizienz von zwei Verkehrsmitteln beispielsweise könnte der notwendige Rohstoffaufwand bestimmt werden, um 100 km Strecke zu überwinden. Hierdurch wird die Vergleichbarkeit ermöglicht bzw. der Nutzen des Systems definiert.

Die Anwendung der Methode ist grundsätzlich komplex und erfordert eine fundierte Datenbasis, die in Datenbanken wie der freizugänglichen Datenbank ProBas des Umweltbundesamtes [18] oder der lizensierungspflichtigen Datenbank ecoinvent zur Verfügung gestellt wird.

Kumulierter Energieaufwand (KEA)

Der Kumulierte Energieaufwand (KEA) bezeichnet „die Gesamtheit des primärenergetisch bewerteten Aufwands, der im Zusammenhang mit der Herstellung, Nutzung und Beseitigung eines Produkts oder einer Dienstleistung entsteht“ [19]. Der KEA setzt sich also aus der benötigten Energie zur Herstellung, Nutzung und Entsorgung eines Produkts bzw. einer Dienstleistung zusammen [19]. Neben einem guten Verständnis der Systemgrenzen erfordert die Berechnung des KEA eine umfangreiche Datenbasis, die auf eine funktionelle Einheit zu beziehen ist. Die funktionale Einheit gibt an, auf welcher Basis verschiedene Prozesse, Technologien o. Ä. miteinander verglichen werden können. Für den Vergleich der Effizienz von zwei Verkehrsmitteln beispielsweise könnte der notwendige Energieaufwand bestimmt werden, um 100 km Strecke zu überwinden. Im Ergebnis wird der Energieverbrauch festgelegt, der z. B. in Megajoule je gewählter Bezugsgröße angegeben wird.

Die Anwendung der Methode ist grundsätzlich komplex und erfordert eine fundierte Datenbasis, die in Datenbanken wie der freizugänglichen Datenbank ProBas des Umweltbundesamtes [18] oder der lizensierungspflichtigen Datenbank ecoinvent zur Verfügung gestellt wird.

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