Streben nach Nachhaltigkeit: Die Wahl umweltverträglicher Materialien

Immer mehr Organisationen werden von Regierungen und ihren eigenen Kunden unter Druck gesetzt, nachhaltigere Produkte zu entwickeln und herzustellen. Finanzieller Druck, die Nachfrage am Markt und soziale Verantwortung tragen ebenfalls dazu bei, dass Hersteller versuchen, die Umweltbelastung durch ihre Produkte und die zu deren Herstellung und Transport eingesetzten Prozesse auf ein Mindestmaß zu reduzieren.

Für die Entwicklung umweltverträglicher Produkte müssen Konstrukteure die Herkunft, Zusammensetzung und Toxizität der Rohstoffe, den Energie- und Ressourcenbedarf für ihre Gewinnung sowie die Recyclingfähigkeit oder Wiederverwendbarkeit des Produkts am Ende der Lebensdauer untersuchen.

Der erste Schritt bei der Entwicklung von Produkten mit geringen Umweltauswirkungen besteht in der Wahl der richtigen Materialien. Entsprechend ist die Materialauswahl ein zentraler Aspekt der nachhaltigen Produktentwicklung. Traditionell erfolgt die Materialauswahl anhand von Leistungsvorgaben aus Sicht des Service, beispielsweise Stabilität gegenüber Umwelteinflüssen, Festigkeits-Gewichtsverhältnis, Dichte und Bearbeitungseignung.

Die Kosten von Rohstoffen sowie Kundenvorlieben fließen ebenfalls in die Materialbeurteilung mit ein. Da die Rohstoffkosten und das Umweltbewusstsein der Verbraucher gleichermaßen steigen, wird die Auswahl der richtigen Materialien immer komplexer.

Damit ein Produkt nachhaltig ist, muss es aus Materialien hergestellt werden, die nicht toxisch sind und nachhaltig gewonnen werden bzw. wiederverwertet werden können. Heutzutage sind unzählige recycelte, erneuerbare und biologisch abbaubare Materialien verfügbar. Hierzu gehören Polyäthylen-Terephthalat (PET), Polypropylen, Karton, Papier, Edelstahl, Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Holz, Stahl, Aluminium sowie Polylactide (PLA).

In die Materialauswahl sollten auch die Ökobilanz, die Einfachheit der Wiederverwendung sowie die Recyclingfähigkeit mit einfließen. Beispielsweise können Verpackungskartonagen aus Pflanzenfasern hergestellt werden. Am Ende der Lebensdauer kann das Verpackungsmaterial dann kompostiert werden.

Ein weiteres Beispiel ist wiederverwertetes Aluminium, das für die Herstellung einer leichten Fahrzeugkarosserie verwendet werden kann. Am Ende der Lebensdauer kann das Aluminium eingeschmolzen, gesammelt und schließlich erneut verarbeitet werden. Die Verwendung dieser Materialien allein reicht jedoch für eine nachhaltige Konstruktion nicht aus. Die Konstrukteure müssen auch die Haltbarkeit und Entsorgung berücksichtigen.

Die Art und Weise, wie Materialien verarbeitet und zusammengebaut werden, kann die Wiederverwertung verhindern. Fernseher, Videorecorder und andere elektronische Geräte sind typische Beispiele dafür. Das Gehäuse besteht zwar vielleicht aus recycelbarem Material wie Aluminium oder Kunststoff, aber im Inneren befinden sich Chips, Stromversorgungen und Transformatoren, die meistens nicht recycelt werden können.

Qualität und Haltbarkeit spielen bei der nachhaltigen Produktentwicklung ebenfalls eine wichtige Rolle, da langlebige, besser funktionierende Produkte weniger häufig ausgetauscht werden müssen, sodass die Folgen durch die Produktion von Austauschprodukten reduziert werden.

Hersteller können die Nachhaltigkeit ihrer Produkte auch erhöhen, indem sie die Materialvielfalt einschränken. Dadurch steigt die Recyclingfähigkeit, und der Energiebedarf für die Fertigung sinkt.

Software als Rettung

Bislang mussten die Konstrukteure mehrere Materialdatenbanken durchforsten, um die verschiedenen umweltverträglichen Alternativen zu finden. Nun hilft in das CAD-System integrierte Software dabei, umweltverträglichere Optionen zu identifizieren. Die Software vergleicht verschiedene Optionen zusätzlich zu den üblichen technischen Eigenschaften wie Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit auch im Hinblick auf ihre Umweltauswirkungen.

Nach erfolgter Materialauswahl kann diese mithilfe von Analysesoftware wie FEA validiert werden, um eine Überkonstruktion zu vermeiden und den Materialverbrauch zu reduzieren. Konstrukteure und Ingenieure können auch Ökobilanztools einsetzen, um die Umweltauswirkungen von Produkten in ihrem gesamten Lebenszyklus zu quantifizieren und zu messen und um Aussagen zur Umweltverträglichkeit zu untermauern. Die Einbindung von Ökobilanzdaten früh im Produktinnovationszyklus ermöglicht fundiertere Entscheidungen, da die Umweltauswirkungen der verschiedenen Konstruktionsalternativen analysiert werden können.

Fazit

Organisationen müssen sich der Tatsache stellen, dass die Verbraucher ökologisch handeln möchten. Sie möchten Produkte, die ordnungsgemäß funktionieren und zu einem angemessenen Preis erhältlich sind. Konstrukteure müssen daher bessere Produkte entwickeln, die zugleich auch besser für die Umwelt sind.

Die Schwierigkeit für Ingenieure und Konstrukteure besteht darum, die Nachhaltigkeit schon in den frühesten Konstruktionsphasen einzubeziehen, wenn die Auswirkungen am größten sind und sie noch mit wenig Zeit- und Kostenaufwand realisiert werden können.

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