• LED-Leuchten Produktion

    Auf dem Weg zur kreislauffähigen LED. Bild: Fraunhofer IZM

Dienstag, 10. Mai 2022

Mit Ökobilanzen zur Ressourcenschonung: Beispiel LED-Leuchten

Treibhausgasneutralität lässt sich nur mit verbesserten Produkten erreichen, die den Ressourceneinsatz reduzieren und im Kreislauf führen. Neuentwicklungen lassen sich am besten anstoßen, in dem man den Einsatz untersucht und mit Partnern optimiert. In einem Projekt haben Hersteller mit Entsorgern und Wissenschaftler*innen moderne LED-Leuchten untersucht. Das Projekt gibt viele Hinweise darauf, wie in Unternehmens- und Wissenschaftskooperationen kreislauffähige ressourcenschonende Produkte entstehen können.

Leuchten, Leuchtmittel, Lampen: Sie sind ein Massenartikel, stark individualisiert, mit begrenzter Lebensdauer und unterschiedlichem Energieverbrauch. Über ihren Rohstoffverbrauch ist wenig bekannt, Käufer*innen freuen sich über niedrigen Stromverbrauch und Preis bei hoher Leistung. Je länger die Produkte halten, umso besser. Meist enden sie nach einigen Jahren als Elektroschrott, Materialrecycling spielt bisher kaum eine Rolle.

Vor dem Hintergrund des Pariser Klimaziels, bis Mitte des Jahrhunderts klimaneutral zu wirtschaften, müssen die Lampen und Leuchten der Zukunft als Produkte der Kreislaufwirtschaft neu entstehen. Ziel muss sein, den Ressourcenverbrauch zu senken, Elektroschrott zu vermeiden und Energie zu sparen – und das über die gesamte Fertigungskette, die Nutzung und wieder zurück. Schließlich sind die CO2-Emissionen auch in Deutschland 2021 wieder gestiegen – und eine konsequente Circular Economy ist der Schlüssel zur Klimaneutralität.

Im SUMATRA genannten Projekt (Sustainable Materials in Future Luminaire Designs) arbeiten Industrievertreter*innen und Forschende des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in Berlin an der Realisierung dieses Ziels. Das Fraunhofer IZM ist dabei für die Ökobilanzen und davon abgeleiteten Designempfehlungen zuständig. Mit dem Umweltdienstleister Interseroh unterstützen die Wissenschaftler*innen auf dieser Basis die Hersteller TRILUX und Osram bei der ökologischen Gestaltung der Produktion und der Auswahl nachhaltiger Materialien.

Innerhalb des Projekts nehmen die Beteiligten sowohl die LED-Fertigung als auch die Herstellung der gesamten Leuchte mit den darin verbauten Komponenten unter die Lupe. Berücksichtigt werden zwei Bereiche der Nachhaltigkeit – der Energieverbrauch sowie die Materialeffizienz.

Die Aufgaben des Fraunhofer IZM liegen im Projekt SUMATRA außerhalb der Produktionskette. Die Umwelt-Expert*innen des Berliner Instituts bewerten bisherige Designs und zeigen mögliche Verbesserungsvorschläge auf Basis von Ökobilanzergebnissen auf.

Die Ökobilanzen adressieren die Umweltauswirkungen von Leuchten und ihren Komponenten hinsichtlich Ressourcenverbrauch und Treibhausgaspotential. In SUMATRA sollen diese Ökobilanzen modular gestaltet werden, um verschiedene LED-Typen, Vorschaltgeräte sowie Gehäusematerialien und -formen vergleichen zu können.

Die Forschenden vom Fraunhofer IZM bewerten bestehende und neue Leuchtendesigns der Firma TRILUX bezüglich ihrer Nachhaltigkeit und erarbeiten Vorschläge, wie sie langlebiger und effizienter gestaltet werden können. Ziel des neuen Designs ist, eine Lebensdauer bzw. Einsatzdauer von 20 bis 25 Jahren für alle Einzelteile und Komponenten der Beleuchtung zu realisieren und dabei nachhaltige Materialien mit niedrigstem Umwelteinfluss zu verwenden.

Das projektleitende Unternehmen TRILUX beschäftigt sich insbesondere damit, wie man die spätere Reparierbarkeit von Leuchten schon im Designprozess berücksichtigen kann. Das ebenfalls beteiligte Unternehmen OSRAM untersucht, wie man die Systemarchitektur optimieren muss, damit Komponenten ausgetauscht, universell kombiniert und gegebenenfalls in neuer Konfiguration wiederverwendet werden können.

Am Ende der Kette steht die Firma Interseroh: Die Recycling-Expert*innen sind hier für das sogenannte End-of-Life verantwortlich und untersuchen, wie sich der Verwertungsweg der Leuchten optimieren lassen könnte und was am Design von Leuchten geändert werden müsste, um sie besser recyceln zu können. Mit dieser Herangehensweise sollen auch Konzepte zur Kreislaufwirtschaft erarbeitet werden.

In der Umsetzung haben sich für die Forschenden drei Prozessschritte herauskristallisiert: Zunächst entsteht ein ausführlicher Datensatz zur Bewertung der Ökobilanz von LED-Leuchten. Diese Überlegung ist nicht neu, bisherige Datensätze sind allerdings oft veraltet.

Ein zweiter wichtiger Faktor ist die Verbesserung der Ressourceneffizienz und nicht nur der reine Fokus auf die Energieeffizienz der Gesamtleuchte. Hierbei gilt es zum Beispiel darauf zu achten, die Leiterplatten so zu dimensionieren, dass sowohl eine geeignete Lichtabstrahlung als auch eine effiziente Flächenausnutzung erreicht wird. Dies bedeutet, dass die Materialressourcen optimiert werden könnten – wobei aber stets die Lichtausbeute im konkreten Anwendungsfall zu berücksichtigen ist.

Da moderne LED-Beleuchtungen bereits deutlich energieeffizienter sind als konventionelle Leuchten, ist das weitere Einsparen von Ressourcen der nächste Schritt zur nachhaltigen Produktion.

Weil LED-Leuchten im Gegensatz zu ihren traditionellen Vorgängern in den seltensten Fällen wartungsfähig sind, ist ein dritter Gesichtspunkt des Projekts ist die Verbesserung der Demontierbarkeit von Leuchten als eine Grundvoraussetzung für korrektes Recycling.

Auch hinsichtlich der Materialauswahl liefern die Ökobilanzen wichtige Unterstützung für eine effiziente Optimierung.

Produktentwickler*innen können basierend auf diesen Vorschlägen im Anschluss neue Designs umsetzen und vom Fraunhofer IZM kontinuierliches Feedback über die neue Ökobilanz erhalten. Dabei spielt die Kommunikation zwischen Theorie und Praxis im Projekt eine essenzielle Rolle. Auch die Balance zwischen Energieeffizienz und geringem Materialeinsatz muss bei der Herstellung gegeben sein.

Bei Industrie- und Büroleuchten ist der Markt sehr preisgetrieben und bereits geringe Preissteigerungen für nachhaltigere Designs lassen sich schwer auf dem Markt umsetzen.

Der große Effizienzsprung, wie er beim Umstieg von klassischen Glühbirnen oder auch Energiesparlampen auf LEDs erfolgte und zu großen ökonomischen Einsparungen beim Stromverbrauch führte, ist beim Wechsel von älteren auf aktuellere LEDs nicht mehr gegeben – auch wenn der Wechsel ökologisch nach wie vor vorteilhaft sein kann. Schließlich gilt es, die Leuchten sowohl ökologisch als auch preislich tragbar zu gestalten.

TRILUX selbst möchte nach Abschluss des Projekts Erkenntnisse aus dem Forschungsprojekt nutzen, um noch nachhaltigere Produkte auf den Markt zu bringen. Darüber hinaus erhofft sich das Unternehmen durch die Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IZM langfristig Erkenntnisse für die Umsetzung zukünftiger Projekte.

Hier soll das Fraunhofer IZM spezifisch aufzeigen, welche allgemeinen Ökodesignregeln für Leuchten abgeleitet werden können, um auch zukünftige Designs positiv zu beeinflussen. Durch dieses Vorgehen profitieren langfristig die Endnutzer*innen, da ihre Lampen länger nutzbar sind und weniger Energie verbrauchen.

Das Projekt SUMATRA wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Forschungsbereich „Ressourceneffizienz im Kontext der Energiewende“ gefördert. Das Projektvolumen beträgt ca. 1,1 Mio €. Die Projektlaufzeit ist vom 1. Juni 2021 bis zum 30. September 2023.

Quelle: idw – Informationsdienst Wissenschaft


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