Projekt 19122/01

Produktökobilanz nichtwassermischbarer Kühlschmierstoffe auf Basis von Mineralöl, pflanzlichen Ölen sowie Altspeisefetten und technischen tierischen Fetten

Projektdurchführung

LCE Consulting GmbH
Langer Kamp 19b
38106 Braunschweig

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Kühlschmierstoffe (KSS) sind in der Regel mineralölbasierte Produkte, die arbeitsphysiologisch bedenklich sind, gebraucht gelten sie als Sonderabfälle. Das Gesamtaufkommen nichtwassermischbarer KSS beträgt in Deutschland etwa 50.000 t pro Jahr. Umwelt- und arbeitsverträgliche Alternativen können Ester auf Basis pflanzlicher Öle oder tierischer Fette sein. Im Vorhaben 17205 wurde eine erste Screeninganalyse solcher Schmierstoffe erstellt, eine umfassende ökologische Bewertung der Produkte fehlt bisher jedoch. Ziel dieses Vorhabens ist daher eine vergleichende Analyse von Referenzprodukten aus den drei Gruppen von Kühlschmierstoffen aus Mineralöl, Pflanzenöl- und Tierfettester.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenLCE Consulting GmbH erstellt eine Analyse und Bewertung der drei Gruppen von KSS mittels vergleichender Produktökobilanz in enger Zusammenarbeit mit den Projektpartnern des DBU-Projektes Kühlschmierstoffe aus Altspeisefetten und technischen tierischen Fetten (Az 17205). Ihre Aufgaben umfas-sen die Datenrecherche und -verwaltung, die Modellierung der Lebenswege von der Wiege bis zur Bahre einschließlich sinnvoller Szenarien sowie die Auswertung und Dokumentation der Ergebnisse.
Die Lebenswege in Deutschland verwendeter nichtwassermischbarer KSS werden beginnend bei der Rohstoffgewinnung und endend mit der Verwertung bzw. der endgültigen Entsorgung untersucht. Aufgrund der am Markt befindlichen Produktvielfalt an nichtwassermischbaren KSS erfolgt für die mineralölbasierten Produkte die Untersuchung an einem Referenzprodukt auf Grundlage von Absatzzahlen und für die nativ basierten anhand der Ergebnisse zweier vorangegangener DBU-Projekte bezüglich ihrer technischen Eignung. Stellvertretend für die pflanzenölesterbasierten KSS wird ein Rapsölester untersucht. Daten aus der Nutzungsphase stammen aus dem Einsatz der beiden Referenzprodukte in der Serienfertigung, die im Rahmen eines vorangegangenen DBU-Projektes stattfand. Daten zur Herstellung und zum Einsatz von tierfettesterbasierten Produkten hingegen liefert das laufende DBU-Projekt. Hierbei gilt es zu klären, inwieweit Tierfett als Rohstoff oder als Abfall zur Verwertung anzusehen ist. Bei der Entsorgung gebrauchter KSS ist für alle drei Referenzprodukte zu bestimmen, welche stofflichen als auch energetischen Verwertungsmöglichkeiten ökologisch (und ökonomisch) die größten Vorteile erbringen und wie hoch die daraus resultierenden Umweltwirkungen im Vergleich untereinander sind.


Ergebnisse und Diskussion

Mit Hilfe einer softwaregestützten Stoffstromanalyse wurden drei nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe (Ester) zur Metallbearbeitung auf Basis von Mineralöl, pflanzlichen Ölen sowie technischen tierischen Fetten hinsichtlich ihrer Umweltwirkungen für den gesamten Lebensweg (von der Wiege bis zur Bahre) bewertet. Die Daten für den tierfettbasierten Ester stammten aus dem DBU-Praxisvorhaben Az 17205, diejenigen für die Vergleichslinien aus verschiedenen Literaturquellen.
Anhand ihrer Umweltwirkungen wurde beurteilt, ob der native tierfettbasierte Schmierstoff neben technischen und arbeitsphysiologischen Vorteilen, auf die das Praxisvorhaben bereits hindeutet, auch aus ökologischer Sicht den Vergleichslinien vorzuziehen ist. Als Umweltwirkungen wurden der Treibhauseffekt, das Versauerungs- und Eutrophierungspotential, Sommersmoggefährdung, endlicher Ressourcenverbrauch sowie Ökotoxizität (über Krebsrisikopotential und Emission lungengängiger Stäube) berück-sichtigt. Die Analyse wurde mittels Sensitivitätsszenarien abgesichert. Aus dem Umfang ihrer Umweltwirkungen ergab sich für die drei Schmierstofflinien folgende Rangfolge:
Der Tierfett-2-Ethyl-1-Hexyl-Ester ist günstiger zu bewerten als der untersuchte Rapsöl-2-Ethyl-1-Hexyl-Ester und dieser wiederum verursacht weniger Umweltwirkungen als ein mineralölbasierter Ester.
Die beiden nativ basierten Schmierstoffe sind eindeutig günstiger zu bewerten als der mineralölbasierte. Werden die Grundannahmen der Analyse variiert, wie beispielsweise die Bewertung des Tierfettes als Abfall statt als Sekundärrohstoff, die Verwendung von Palmöl statt Rapsöl als Grundöl oder erhöhte Verbrauchswerte für den tierfettbasierten Schmierstoff ändert sich an dieser Rangfolge nichts. Unter der Voraussetzung, dass die letzten technischen Probleme des tierfettbasierten Schmierstoffes gelöst werden können, ist also insgesamt von einer Umweltentlastung durch den Einsatz eines tierfettesterbasierten nichtwassermischbaren Kühlschmierstoffs auszugehen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Präsentation auf Messen im Jahr 2003: HannoverMesse Industrie (7.-12.4), ACHEMA Frankfurt (19.-24.5.), naro.tech Erfurt (11.+12.9.), BIOTECHNICA Hannover (7.-9.10.) sowie auf int. wiss. Veranstaltun-gen: 2nd Int. Conf. on Tribology in Environmental Design 2003, Bournemouth, GB (8.-10.9.), 4. Int. Symposium Werkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen Erfurt, 11./12.9. Publikation als Coolants based on Native Fat Ester - Comparative Life Cycle Assessment. A. Hansen, M. Flake, T. Dettmer, R. Bock. In: Materials and Design (Special Issue) http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2004.08.008.


Fazit

Die Vorteile aus einer begleitenden LCA konnten im Verlauf des Vorhabens nicht erzielt werden, da sich der praktische Einsatz des Schmierstoffs auf Basis eines Tierfettesters verzögerte. Die aus diesen Ver-suchen erwarteten Kennwerte zu Verbrauchskennzahlen und Ausschleppung konnten daher nicht gewonnen werden, um die Aussagen aus der existierenden Screeninganalyse zu verifizieren.
Das Gesamtziel des Vorhabens, mittels einer Stoffstromanalyse die Umweltwirkungen der Schmierstoff-varianten zu ermitteln und zu vergleichen, konnte aber - wenn auch mit einiger Verzögerung - erfolgreich abgeschlossen werden.