Op weg naar een kleinere koolstofvoetafdruk

Door: Tobias Thelemann, Productmanager Mechanische Componenten en Automatiseringstechnologie bij reichelt elektronik

Bij de ontwikkeling van producten is het belangrijker dan ooit om na te denken over de impact op het klimaat. Hierbij moet men rekening houden met een groot aantal componenten. Hoe sneller de verschillende factoren met elkaar worden afgewogen om inzicht te krijgen in de tegenstrijdige doelstellingen, hoe beter het uiteindelijke resultaat zal zijn. De meest doeltreffende manier om dit te realiseren is de productie en de automatisering ervan reeds in het stadium van de productdefinitie op elkaar te stemmen.

De opwarming van de aarde vormt een bedreiging voor mens en milieu. Om de klimaatverandering en de gevolgen ervan te beperken, moet de verdere uitstoot energiegerelateerde broeikasgasemissies beperkt worden.

Producten en het effect op het milieu

Elk product heeft op verschillende manieren impact op het klimaat, gedurende de levensduur door de directe uitstoot van broeikasgassen of door de emissies die ontstaan bij de opwekking en opslag van de benodigde energie. Daarnaast genereren zowel de productie als de logistiek nog meer vergelijkbare emissie, denk bijvoorbeeld aan de gewinning van materialen in de mijnbouw, eindassemblage en het logistieke proces naar de toeleverancier. Al deze stappen genereren uitstoot van koolstofdioxide.

Ook met het klimaateffect van de transportketen naar de detailhandel of naar de eindgebruiker moet rekening worden gehouden. Tot slotte moet ook gedacht worden aan de inspanningen die nodig zijn voor een correcte verwerking van een product aan het einde van de levenscyclus of de reclycling ervan. Al deze factoren vormen de ecologische voetafdruk van een product.

Uitgangspunten bij het definiëren van het product

Het is de moeite waard deze criteria al mee te nemen bij het definiëren van de productvereisten en ze als doelstellingen te formuleren tijdens de productontwikkeling. In deze fase van de levenscyclus van het product is het hefboomeffect enorm. Bovendien is er de mogelijkheid om concepten te veranderen zonder veel tijd en geld te verliezen.

Tegelijkertijd vergroot dit de kans dat er geen vertragingen in het ontwikkelingsproces optreden en dat het eindproduct meteen aan de marktbehoeften voldoet. Eindgebruikers vinden duurzaamheid steeds belangrijker. Hiermee rekening houden tijdens het ontwikkelingsproces is dan ook een economische succesfactor.

Holistische aanpak

Voor veel zowel kleine als grote bedrijven is de belangrijkste innovatie het in kaart brengen van de gehele levenscyclus van het product, denk aan brainstormen, ontwikkeling, productie en gebruik (inclusief de reparatiemogelijkheid om de gebruiksduur van het product te verlengen) en tenslotte het weggooien. Het is van essentieel belang om duurzaamheidsdoelstellingen op te nemen in de formulering van de productkenmerken. Alleen op die manier kan in een vroeg stadium een feitelijke afweging van de verschillende aspecten plaatsvinden.

Het is raadzaam de koolstofvoetafdruk van de gebruikte materialen en primaire producten in deze definitie op te nemen. Op het eerste gezicht vergroten dergelijke overwegingen de werkdruk bij onderzoek en ontwikkeling. De noodzakelijke onderzoeken kunnen echter vaak al vóór de eigenlijke ontwikkeling op een ander niveau worden uitgevoerd en voor een aanzienlijk deel worden overgedragen aan toeleveranciers.

Less is more

Alle productiebedrijven die hun productontwikkeling duurzaam willen maken, moeten ook handelen volgens het principe "less is more". Het werd uitgevonden toen primaire materialen schaars en duur waren. Ook al komt dit niet altijd tot uitdrukking in de prijs, toch moet elk materiaal of primair product worden beschouwd als een schaarse hulpbron in termen van duurzaamheid. De aanpak begint met het bekijken van het materiaalverbruik van mechanische componenten en eindigt bij de vereiste materiaaleigenschappen en de te produceren hoeveelheid.

Zo is een fabrikant van hoogwaardige consumentenelektronica voor de behuizingen overgestapt van een composietmateriaal met een hoge sterkte van aluminium. Hierdoor verminderde het totale energieverbruik bij de productie, het transport en de verwerking van het materiaal aanzienlijk. Het gevolg is wel dat de behuizing niet langer hittebestendig is. Anderzijds is het totale energieverbruik voor materiaalproductie, transport en verwerking (spuitgieten en afwerking) aanzienlijk lager en kan het materiaal worden omgesmolten en zo vaak als gewenst worden hergebruikt. Het voorbeeld toont aan dat het raadzaam is om bij het ontwerpen van een product niet alleen rekening te houden met het energieverbruik bij de productie.

Miniaturisering als succesfactor

In de elektronica nemen het vermogen en de functionele dichtheid van veel componenten voortdurend toe. Ontwikkelaars kunnen dus hetzelfde niveau van functionaliteit bereiken met minder componenten en zo de omvang van het product op lange termijn verkleinen, waardoor de uitstoot van broeikasgassen afneemt.

Daarnaast betekenen beter geïntegreerde componenten meestal minder input van materiaal- en energie en minder transportinspanningen in het upstreamproces. Hetzelfde geldt voor het eindproduct, waar alleen al een kleinere behuizing de materiaal-, verwerkings- en transportinspanning vermindert. Bovendien ontstaat bij het weggooien minder elektronisch afval. Dit zorgt voor een kleinere koolstofvoetafdruk over de hele levenscyclus van het product.

Het grote geheel, vele kleine hefbomen

Met name in de elektronica is het mogelijk om met kleine maatregelen een bepaalde mate van eco-efficiëntie te bereiken. De kosten voor koeling en afscherming kunnen bijvoorbeeld

worden beperkt door actieve componenten slim te rangschikken op de printplaat of in een behuizing. Daarnaast kunnen warmte-eilanden worden vermeden door componenten te scheiden en genoegen te nemen met de eerstvolgende kleinste ventilator. Als elders in dezelfde eenheid warmte nodig is, kan dit worden geleverd door een geïntegreerde warmtewisselaar.

Bij dergelijke overwegingen is een mechatronische aanpak voordelig. Meetapparatuur met metalen in plaats van kunststof behuizingen dient als koellichaam voor de overeenkomstig geplaatste vermogenselektronica en zorgt voor afscherming. Hierdoor wordt het aantal aan te schaffen en te monteren componenten aanzienlijk verminderd, wat de montage flink versnelt en vereenvoudigt.

Produceerbaarheid als ontwikkelingsdoelstelling

Voor productontwikkelaars geven dergelijke mogelijkheden aanleiding tot complexe belangenconflicten. Zo kan een materiaal dat klimaatvriendelijker is in gebruik en verwijdering, extra kosten veroorzaken in het productieproces. Om hier een evenwicht te vinden is het raadzaam dat ontwikkelaars al in het stadium van de productdefinitie plannen maken voor de productie en de automatisering daarvan.

Alleen in het geval van zeer grote hoeveelheden met weinig variatie kan het zinvol zijn een aparte productie- of assemblagelijn voor het nieuwe product te bouwen, zoals tot enkele jaren geleden in de automobielindustrie gebruikelijk was. In de meeste gevallen moeten bedrijven het doen met de bestaande productiefaciliteiten. Voor een soepele en snelle productietransitie is het gunstig de mogelijkheden en beperkingen daarvan nauwkeurig te kennen en daarmee rekening te houden bij de definitie van nieuwe producten.

Productie en automatisering aanpassen

Dit maakt het mogelijk om de produceerbaarheid al tijdens de ontwerpfase te optimaliseren via verschillende correctielussen en zo aanzienlijk bij te dragen aan de vermindering van de CO2-voetafdruk van een product. Als bovendien het machinepark voor bepaalde productiestappen wordt gemoderniseerd - bijvoorbeeld door nieuw aangekochte machines of aanpassingen in de fabrieksproductie - wordt het resultaat nog beter.

Een andere mogelijkheid is het dichten van automatiseringsgaten tussen productiestappen die ongewijzigd blijven. Een geautomatiseerd proces vergt over het algemeen vaak minder energie en middelen en is dus eco-efficiënter. Naast een kleiner aantal afzonderlijke productiestappen is ook de optimalisering van de kinetische processen van essentieel belang.

Dankzij de technologische mogelijkheden die vandaag beschikbaar zijn, kunnen de inspanningen voor het programmeren en dus ook de daaruit voortvloeiende eco-balans tot een minimum worden beperkt. Bij gebruik van besturingsmodules met kunstmatige intelligentie kan vanaf het begin een zeer snelle en toch vrij efficiënte start worden gerealiseerd. Finetuning kan dan worden uitgevoerd in de testfase of zelfs in de lopende productie met behulp van machine learning.

Door het energieverbruik te monitoren en processen te optimaliseren kunnen organisaties veel energie besparen. Motoren en machines kunnen zo optimaal opstarten om de gebruikte energie optimaal en efficiënter te gebruiken. Gericht energiebeheer kan dus helpen om het energieverbruik te verminderen.

Logistiek als beïnvloedende factor

Zoals reeds vermeld, kan de transportinspanning voor het eindproduct door de ontwikkelaar gedeeltelijk worden beïnvloed met miniaturisatie. De vergelijking tussen aankoop en eigen productie is meestal voorbehouden aan een ander niveau in het bedrijf. Ook de keuze van materialen of voorproducten heeft een invloed op de CO2-uitstoot tijdens het vervoer.

Vooral bij materialen en primaire producten die in grote hoeveelheden nodig zijn, is het goed om de transportroutes mee te nemen in de totale beoordeling. Het kan blijken dat het product uit de EU zijn iets hogere prijs meer dan compenseert met een aanzienlijk kleinere CO2-voetafdruk.

Bij kleine onderdelen die vaak snel moeten worden ingekocht, bijvoorbeeld voor elektronica, biedt het zoveel mogelijk inkopen bij één bron het voordeel dat de benodigde goederen in één vrachtwagen via collectieve levering kunnen worden afgeleverd. Dit veroorzaakt doorgaans veel minder uitstoot van broeikasgassen en fijnstof dan de levering van vele kleine pakketten per koeriersdienstbusje. Het enige wat nodig is, is een betrouwbare partner met een breed assortiment die bereid is om ook producten te leveren die niet in de catalogus staan. Een voorbeeld hiervan is online retailer reichelt elektronik, die met dit beleid zorgt voor ecologisch verantwoorde levering met de laagst mogelijke koolstofvoetafdruk.