Universität Bielefeld
Fakultät für Biologie
Grundständiger Studiengang Umweltwissenschaften

Diplomarbeit

Ermittlung und Bewertung von Stoffströmen eines mittelständischen
Chemieunternehmens im Rahmen des Umweltmanagements

vorgelegt von:

André Leipold

Bielefeld im Mai 2004

Danksagung

[...]

Inhaltsverzeichnis 

Verzeichnis der Abbildungen ... 1
Verzeichnis der Tabellen  ... 2
Liste der Abkürzungen ... 3

1 Einleitung
1.1 Ziel der Diplomarbeit ... 4
1.2 Das Unternehmen ... 5

2 Theoretischer Hintergrund
2.1 Umweltmanagementsysteme  ... 6
2.1.1 Intention der einzelnen Systeme ... 7
2.1.2 Vergleich der Inhalte ... 7
2.1.3 Ablauf der Zertifizierung ... 8
2.1.4 Vergleich des Aufbaus der ISO 14001 und EMAS  ... 9
2.1.5 Nutzenpotentiale eines funktionierenden Umweltmanagementsystems ... 11
2.1.6 Bewertung und Entwicklung von EMAS und ISO 14001 in Deutschland  ... 13
2.2 Stoffstrommanagement ... 16
2.2.1 Definitionen und Grundlagen  ... 16
2.2.2 Akteure des Stoffstrommanagements ... 18
2.2.3 Ziele des Stoffstrommanagements  ... 18
2.2.4 Instrumente des Stoffstrommanagements  ... 19
2.2.4.1 Stoffstromanalyse ... 21
2.2.5 Stoffstromrecht  ... 23

3 Ermittlung des Ist-Zustandes  ... 26
3.1 Energiestromanalyse  ... 26
3.1.1 Gesamtstrommessung ... 27
3.1.1.1 Tag- und Nachtverbrauch  ... 29
3.1.2 Anlagenkataster Strom ... 30
3.1.3 Langzeitmessung Stadtwerke Musterstadt  ... 31
3.1.4 Einzelmessungen Großverbraucher
3.1.4.1 Druckluftanlage ... 32
3.1.4.2 Dissolver ... 34
3.1.4.3 Abwasserbehandlungsanlage ABWASSER EX ... 35
3.2 Energiestromanalyse Produkte
3.2.1 Eisfrei ... 37
3.2.2 Schweißgel  ... 39
3.3 Gasverbrauchsmessung ... 

4 Bewertung und Maßnahmen ... 42
4.1 Energiestromanalyse
4.1.1 Strom ... 42
4.1.1.1 Druckluftanlage ... 45
4.1.1.2 Dissolver ... 46
4.1.1.3 Abwasserbehandlungsanlage „ABWASSER EX“  ... 46
4.1.2 Gas  ... 47
4.2 Auswertung Produktanalyse
4.2.1 Eisfrei ... 49
4.2.2 Schweißgel  ... 50
4.3 BHKW-Analyse
4.3.1 Definition und Grundlagen  ... 51
4.3.2 Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung  ... 52
4.3.3 Ökologische Betrachtung ... 53
4.3.4 Ökonomische Betrachtung  ... 54
4.3.5 Durchführung der Analyse  ... 55
4.3.6 Auswertung ... 56
4.3.6.1 Energiebilanz ... 58
4.3.6.2 Schadstoffbilanz  ... 59
4.3.6.3 Betriebswirtschaftliche Bilanz  ... 60
4.3.7 Zusammenfassung  ... 60
4.4 Maßnahmenkatalog  ... 61

5 Zusammenfassung und Ausblick ... 66

6 Literatur- und Quellenverzeichnis ... 68

7 Anhang  ... 71

Verzeichnis der Abbildungen
Abb. 1 Ablauf Teilnahme ISO 14001 ... 8
Abb. 2 Ablauf Teilnahme EMAS II ... 9
Abb. 3 Zahl der teilnehmenden Betriebe in Dtl. an ISO 14001 bzw. EMA  ... 15
Abb. 4 Input-Output-Analyse eines Unternehmens ... 19
Abb. 5 Stoffstromanalyse eines Unternehmens ... 20
Abb. 6 Stromverbrauch BIO AG 1995-2003 ... 27
Abb. 7 Gesamtstromverbrauch BIO AG vom 18.08.03 bis 26.11.03 ... 28
Abb. 8 Stromverbrauch Gesamt Tag und Nachttarif vom 18.08.03 bis 26.11.03  ... 29
Abb. 9 Schematischer Grundriss Standort Musterstadt ohne Maßstab  ... 30
Abb. 10 Tagesgänge Leistung Strom über eine Woche ... 31
Abb. 11 Tagesverlauf Strom, Sonntag, 19.10.03 v.00:15h bis 23:45h  ... 32
Abb. 12 Schema Druckluftanlage ... 33
Abb. 13 Arbeitsweise eines Dissolvers  ... 35
Abb. 14 Schema Abwasseranlage BIO AG ... 36
Abb. 15 Produktionsstätte „Eisfrei ... 37
Abb. 16 Rührkessel mit Heizung ... 39
Abb. 17 Gasverbrauch 1995-2002 BIO AG ... 41
Abb. 18 Elektrische Energieverteilung nach Subsystemen ... 42
Abb. 19 Stromverbrauch UV Klimaanlage / Außenbeleuchtung ... 43
Abb. 20 Tagesgang Leistung Strom gemittelt  ... 44
Abb. 21 Gasverbrauch BIO AG v. 02.10.2003 – 26.11.2003  ... 47
Abb. 22 Foto BHKW ... 51
Abb. 23 Schema BHKW ... 52
Abb. 24 Jahreswärmebedarf BIO AG 2003 ... 55
Abb. 25 Jahresstunden BHKW und Kessel für thermische Energie ... 56
Abb. 26 Jahresstunden BHKW und Kessel für elektrische Energie  ... 57
Abb. 27 Vergleich Einsatz an Primärenergie und CO2-Emission  ... 59
Abb. 28 Anzahl der teilnehmenden Betriebe an ISO 14001 weltweit  ... 70

Verzeichnis der Tabellen
Tab. 1 Vergleich des Aufbaus von ISO 14001 mit EMAS II  ... 10
Tab. 2 Ergebnisse Anlagenkataster: Jahresverbrauch in einzelnen Bereichen  ... 30
Tab. 3 Komponenten der Abwasserbehandlungsanlage „ABWASSER EX“  ... 36
Tab. 4 Produktionsprozesse „Eisfrei“  ... 38
Tab. 5 Produktionsprozesse „Schweißgel“  ... 40
Tab. 6 Energieeinsatz Herstellung „Eisfrei“  ... 49
Tab. 7 Energieeinsatz Herstellung „Schweißgel“  ... 50
Tab. 8 CO2-Bilanz BHKW-Analyse, aus KWK-Plan 1.10  ... 59
Tab. 9 Maßnahmenkatalog Energieeinsparung BIO AG ... 61
Tab. 10 Zahl der teilnehmenden Betriebe in Dtl. an EMAS bzw. ISO 14001  ... 70
Tab. 11 Energieverbrauch BIO AG 1995-2003  ... 71
Tab. 12 Gasverbrauch 1995 – 2002 BIO AG ... 71
Tab. 13 Gasverbrauch BIO AG v. 02.10.2003 – 26.11.2003  ... 71
Tab. 14 Stromwerte gesamt Messung vom 18.08.2003 - 17.12.2003  ... 72-74
Tab. 15 Anlagenkataster BIO AG  ... 75-79
Tab. 16 Strommessung Stadtwerke Musterstadt  ... 80-85
Tab. 17 ASUE BHKW-Checkliste; Stand 12.03.2003; Ergebnis  ... 86
Tab. 18 Auswertung KWK-Plan; Version 1.10  ... 87-92

Liste der Abkürzungen

[...]

1. Einleitung

1.1 Das Unternehmen

Die Firma BIO AG* mit Hauptsitz in Musterstadt* wurde 1965 als kleines mittelständisches Unternehmen (KMU) von Firmeninhaber Max Mustermann* gegründet. Das expandierende Unternehmen entwickelt und produziert in internen und externen Labors Reinigungs- Entfettungs- und Schmiermittel sowie diverse Reinigungsgeräte. Daneben zählen Korrosionsschutzprodukte zur Oberflächenbehandlung, Schweißzubehörstoffe und Spezialschmierstoffe für die Metall- und Lebensmittelindustrie ebenso zur Produktpalette wie Wartungsprodukte für den Werkstattbereich, Reinigungs- und Entfettungsanlagen, die teilweise auf mikrobieller Basis arbeiten sowie Enteisungsprodukte für den Winter. 

Die Produkte werden weltweit vertrieben.

Seit Firmengründung legt das Unternehmen großen Wert auf die Ökologie bei der Herstellung, dem Vertrieb sowie der Rücknahme der Produkte und sichert eine gleich bleibende Produktqualität durch einwandfreie Werkstoffe und eine interne sowie externe Qualitätskontrolle. Auf den Einsatz von chlorierten Kohlenwasserstoffen (CKW´s) wird aus ökologischen Gründen in der Produktion vollständig verzichtet.

Die Firma BIO AG ist nach der weltweit anerkannten Normenreihe DIN ISO 14000ff. zertifiziert und war bis 2000 auch nach der europaweiten Öko-Audit-Verordnung (EMAS) validiert.

Nach einem zweimaligen Standortwechsel hat das Unternehmen 1994 am untersuchten Standort ein Firmengebäude mit Verwaltungstrakt und Produktionshallen bezogen. Vier Jahre später wurde das Gebäude aufgrund steigender Verwaltungsaufgaben infolge expansiver Tätigkeiten der Unternehmensleitung um einen neuen Gebäudeteil, bestehend aus mehreren Büros auf drei Etagen, einem Meeting-Raum und einem Demonstrationslabor, erweitert. 

Das Unternehmen besitzt einen weiteren Produktionsstandort im Ausland und weitere Servicecenter in anderen Ländern. Derzeit arbeiten am Firmenstandort in Musterstadt 200 Mitarbeiter in Produktion und Verwaltung und weitere 100 Mitarbeiter im Außendienst.

1.2 Ziel der Diplomarbeit

Ziel der Diplomarbeit war es, die Ursachen des steigenden Stromverbrauchs im Unternehmen zu ermitteln und Verbesserungsvorschläge zu erarbeiten, um den Gesamtstromverbrauch im Rahmen des Umweltmanagementsystems zu mindern. 

Die Untersuchungen im Bereich Energie sollten anhand einer Stoffstromanalyse durchgeführt werden, um den Gesamtstromverbrauch einzelnen Subsystemen sowie Verbrauchern zuordnen zu können. Durch diese Zuordnung ist eine Steuerung der Stoffströme möglich. Da im Bereich der Produktion große Energiemengen verbraucht werden, sollten zwei ausgewählte Produkte exemplarisch auf ihren Energiebedarf untersucht werden.

Weiterhin sollte im Rahmen dieser Arbeit aufgrund des hohen Energiebedarfs die Möglichkeit für den Einsatz eines Blockheizkraftwerks geprüft werden. Beim wirtschaftlichen Betrieb eines BHKW´s können Strom und Wärme unabhängig vom Energieversorgungsunternehmen (EVU) bereitgestellt und durch einen hohen Gesamtwirkungsgrad die Umweltauswirkungen gemindert sowie monetäre Entlastungen herbeigeführt werden.

Die möglichen Maßnahmen zur Energieminderung sollten möglichst umgehend umgesetzt werden. Falls dies aufgrund eingehender Prüfung der Realisierung oder höherer Investitionssummen nicht möglich war, sollten diese Möglichkeiten in einem Maßnahmenkatalog festgehalten werden, um diese ggfs. zu einem späteren Zeitpunkt realisieren zu können.

2 Theoretischer Hintergrund

2.1 Umweltmanagementsysteme

Um sowohl gesetzliche Vorgaben und Erwartungen der Öffentlichkeit als auch selbst gesteckte ökologische Ziele zu erfüllen, hat sich die Einführung eines Umweltmanagementsystems (UMS) bewährt (JUHRE 1999).

Mit der DIN EN ISO 14001 und der EG-Öko-Audit-Verordnung sind die Voraussetzungen geschaffen, ein umfassendes betriebliches UMS einzurichten und dauerhaft zu pflegen. Anstelle der ordnungs- und umweltrechtlichen Regelungen treten mehr und mehr marktwirtschaftliche Anreize, welche die Unternehmen dazu veranlassen, Umweltleistungen stärker eigenverantwortlich wahrzunehmen. Durch selbstgesteuertes Handeln wird ein dynamischer Prozess der kontinuierlichen Verbesserung geschaffen.

Die „Verordnung (EWG) Nr. 1836/93 des Rates vom 29.Juni 1993 über die freiwillige Beteiligung gewerblicher Unternehmen an einem Gemeinschaftssystem für das Umweltmanagement und die Umweltbetriebsprüfung“ wurde am 10.Juli 1993 im Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaft veröffentlicht (Vgl.: Amtsblatt der Europ.Gem. Nr. L 168/1-18, Luxemburg, 1993, S.147-164) und ist seit April 1995 in Deutschland gültig. Im April 2001 trat die überarbeitete Fassung der EG-Öko-Audit- Verordnung (EMAS II) in Kraft (Vgl.: Amtsblatt der EG L 114/1-29, Luxemburg, 2001).

Als privatwirtschaftliche Antwort auf die EG-Öko-Audit-Verordnung wurde im Jahre 1996 die Normenserie ISO 14000 ff. veröffentlicht. Die ISO 14001 stellt den Kern der Reihe dar und ist Basis für Audits und Zertifizierungen (Vgl.: HECK ET AL. 2003).

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* Der Name der Firma, des Firmengründers sowie der Sitz der Firma wurden aus datenschutzrechtlichen Gründen verändert.