Welche Nachhaltigkeitskennzahlen (Energie, CO2, Wasser) lassen sich für Mischprozesse sinnvoll reporten?
Für industrielle Mischprozesse eignen sich insbesondere spezifische, produktbezogene Nachhaltigkeitskennzahlen, ergänzt um absolute Energie-, Emissions- und Wasserwerte. Diese Kombination ermöglicht es, Prozesse über Zeiträume, Rezepturen, Anlagen und Standorte hinweg einzuordnen, Effizienzpotenziale zu erkennen und Daten in anerkannte Management- und Reporting-Systeme zu integrieren. Voraussetzung für belastbare Vergleiche sind eine eindeutig definierte Systemgrenze, eine klare Funktionseinheit – beispielsweise eine Tonne verkaufsfähiges Produkt oder eine Charge – sowie konsistente Mess- und Berechnungsmethoden.
Für die energetische Bewertung eines Mischprozesses ist der spezifische Energieverbrauch eine zentrale Kennzahl. Er wird üblicherweise als elektrische Energie in kWh je Tonne, Kilogramm oder Kubikmeter verkaufsfähiges Produkt ausgewiesen. Bei Chargenmischern kann zusätzlich der Energieverbrauch je Charge sinnvoll sein. Entscheidend ist, dass nicht nur die Energieaufnahme des Mischantriebs betrachtet wird, sondern – je nach gewählter Systemgrenze – auch Nebenaggregate wie Dosierorgane, Fördertechnik, Vakuumerzeugung, Druckluft, Absaugung, Temperierung und Steuerungstechnik einbezogen werden. Nur so lässt sich der tatsächliche Energiebedarf des Mischschritts nachvollziehbar bewerten.
Die elektrische Leistungsaufnahme des Mischers in kW als zeitlicher Verlauf ergänzt den spezifischen Energieverbrauch. Lastprofile machen Anlaufspitzen, Leerlaufphasen, ungewöhnliche Belastungen und prozessbedingte Leistungsschwankungen sichtbar. Besonders aussagekräftig ist die Betrachtung des Anteils von Leerlauf-, Rüst-, Reinigungs- und Standby-Energie am gesamten Energieverbrauch des Mischschritts. Hohe Werte können auf vermeidbare Wartezeiten, ungünstige Schichtübergaben, lange Produktwechsel, unpassende Rezepturabläufe oder ineffiziente Steuerungsparameter hinweisen. Bei hochviskosen Medien, Dispergierprozessen oder intensiven Mischaufgaben kann zusätzlich die spezifische Rührenergie in kWh/kg oder Wh/L erfasst werden.
Wenn ein Mischer beheizt, gekühlt, getrocknet oder für exotherme Prozesse eingesetzt wird, sollte auch der thermische Energiebedarf separat bewertet werden. Sinnvolle Kennzahlen sind beispielsweise der Wärmebedarf oder Kältebedarf in kWh beziehungsweise MJ je Charge oder je Tonne Produkt. Dabei können Dampf, Thermalöl, elektrische Beheizung, Kühlwasser, Kaltwasser oder andere Energieträger berücksichtigt werden. Eine Kennzahl zur Energierückgewinnung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn aus Abluft, Kühlkreisläufen, thermischen Medien oder Prozesswärme tatsächlich nutzbare Energie zurückgewonnen und in einem anderen Prozessschritt eingesetzt wird. Bei klassischen trockenen Pulvermischprozessen ohne nennenswerte Wärmequellen hat eine solche Kennzahl häufig nur begrenzte Aussagekraft.
Für CO₂- und Treibhausgasemissionen sollte der Mischschritt klar vom gesamten Produktfußabdruck unterschieden werden. Direkte Emissionen aus vor Ort eingesetzten Brennstoffen für Wärme, Dampf, Thermalöl oder direkt befeuerte Aggregate werden als Scope 1 erfasst. Indirekte Emissionen aus bezogenem Strom, Dampf, Wärme und Kälte werden als Scope 2 ausgewiesen. Das GHG Protocol unterscheidet dabei die location-based Methode, die mit durchschnittlichen Emissionsfaktoren des jeweiligen Stromnetzes arbeitet, und die market-based Methode, die bestimmte vertragliche beziehungsweise lieferantenspezifische Beschaffungsinformationen berücksichtigt. In Märkten mit geeigneten vertraglichen Instrumenten und Daten sollten beide Scope-2-Perspektiven nachvollziehbar berichtet werden.
Eine zentrale produktbezogene Kennzahl ist die CO₂-Intensität des Mischschritts, beispielsweise in kg CO₂e je Tonne verkaufsfähiges Produkt, je Kilogramm oder je Charge. Sie ermöglicht den Vergleich unterschiedlicher Betriebsweisen, Anlagen oder Standorte, sofern Systemgrenze, Funktionseinheit, Stromemissionsfaktor, Berichtszeitraum und Berechnungsmethode übereinstimmen. Kennzahlen wie kg CO₂e je Betriebsstunde können ergänzend hilfreich sein, sind allein jedoch weniger aussagekräftig, weil sie die tatsächlich produzierte Menge nicht berücksichtigen. Ein Product Carbon Footprint sollte nur dann ausgewiesen werden, wenn seine Systemgrenze eindeutig beschrieben ist. Ein Gate-to-Gate-PCF bezieht sich auf den definierten Produktionsschritt, während ein Cradle-to-Gate-PCF zusätzlich wesentliche vorgelagerte Emissionen aus Rohstoffen, Additiven, Verpackungen, Hilfsstoffen und Transporten einbeziehen kann. Gerade bei emissionsintensiven Rohstoffen sind diese vorgelagerten Emissionen häufig relevanter als die Energieaufnahme des eigentlichen Mischers.
Vermiedene Emissionen sollten nicht mit bilanzierten Scope-1-, Scope-2- oder Scope-3-Emissionen vermischt werden. Sie eignen sich als separate Projekt- oder Vergleichskennzahl, beispielsweise bei einem Retrofit, einer Rezepturoptimierung, der Verbesserung der Restentleerung oder einer Umstellung des Energieträgers. Voraussetzung ist ein transparent dokumentiertes Referenzszenario mit gleicher Funktionseinheit, identischen Systemgrenzen, klaren Annahmen, vergleichbaren Betriebsbedingungen und nachvollziehbaren Emissionsfaktoren.
Wasserbezogene Kennzahlen sollten zwischen Wasserentnahme, Wasserverbrauch und Abwassereinleitung unterscheiden. Wasser kann im Mischprozess als Rezepturbestandteil, Kühlmedium, Reinigungsmedium oder Hilfsstoff eingesetzt werden. Die Wasserentnahme sollte in m³ oder Litern pro Jahr und zusätzlich bezogen auf eine Produktionseinheit, beispielsweise m³ je Tonne Produkt, erfasst werden. Eine sinnvolle Aufteilung unterscheidet Prozesswasser, Reinigungswasser, Kühlwasser und sonstige Verbräuche. Wasserverbrauch beschreibt die Wassermenge, die nicht wieder an dieselbe oder eine vergleichbare Umgebung zurückgegeben wird. Er kann grundsätzlich als Wasserentnahme abzüglich Wassereinleitung und Veränderungen von Wasserspeichern bestimmt werden. GRI 303 behandelt Wasserentnahme, Wassereinleitung und Wasserverbrauch deshalb als zusammenhängende Angaben.
Bei häufigen Produktwechseln oder hohen Hygieneanforderungen ist der Reinigungswasserverbrauch je Reinigung oder je Produktwechsel besonders relevant. Er kann in Litern oder Kubikmetern je CIP-, WIP- oder manuellen Reinigungszyklus sowie zusätzlich in Relation zur produzierten Produktmenge ausgewiesen werden. Neben der Wassermenge sollte auch der Verbrauch von Reinigungschemikalien erfasst werden, wenn diese für die Umweltwirkung oder die Kosten wesentlich sind. Das Abwasseraufkommen kann als m³ je Tonne Produkt oder je Charge berichtet werden. Je nach Branche und Einleitbedingungen sind zusätzlich relevante Frachtparameter wie chemischer Sauerstoffbedarf, biologischer Sauerstoffbedarf, Feststofffracht, pH-Wert, Leitfähigkeit oder weitere produktspezifische Parameter sinnvoll.
Eine Wasserwiederverwendungs- oder Recyclingquote kann ausgewiesen werden, wenn aufbereitetes Wasser tatsächlich in zulässigen Anwendungen erneut eingesetzt wird. Dabei muss klar angegeben werden, ob es sich um eine interne Kreislaufführung, eine Nutzung für Reinigung, Kühlung oder andere Hilfsprozesse handelt. Die bloße Umwälzung von Kühlwasser ist nicht automatisch eine Wiederverwendung im Sinne einer zusätzlichen Ressourceneinsparung. Die Bedeutung des Wasserverbrauchs sollte außerdem im Kontext des Standorts betrachtet werden. Entnahmen in wasserstressgefährdeten Regionen können ökologisch relevanter sein als deutlich höhere Mengen an wasserreichen Standorten. Daher ist eine Einordnung anhand anerkannter Wasserstressindikatoren sinnvoll. GRI 303 fordert eine gesonderte Betrachtung von Wasserentnahmen in wasserstressgefährdeten Gebieten.
Ergänzende Prozesskennzahlen helfen, Ursachen eines hohen Energie-, CO₂- oder Wasserverbrauchs sichtbar zu machen. Dazu gehören die Overall Equipment Effectiveness, ungeplante Stillstandszeiten, Ausschuss- und Nacharbeitsquoten, Restmengen nach Entleerung, Reinigungsdauer, Reinigungsfrequenz und Batch-zu-Batch-Konsistenz. Eine geringe Anlagenverfügbarkeit oder fehlerhafte Chargen erhöhen den Ressourcenverbrauch pro verkaufsfähiger Produktmenge, weil Energie, Wasser und Rohstoffe eingesetzt werden, ohne dass entsprechende Wertschöpfung entsteht. Eine gute Restentleerung und stabile Prozessführung können Produktverluste, Reinigungsaufwand und Nacharbeit verringern.
Für ein aussagekräftiges Nachhaltigkeitsreporting sollten absolute Jahreswerte und spezifische Produktkennzahlen gemeinsam ausgewiesen werden. Absolute Werte zeigen die gesamte Umweltwirkung eines Standorts oder Unternehmens. Spezifische Werte machen Effizienzveränderungen sichtbar, auch wenn Produktionsmenge, Produktmix oder Betriebsstunden schwanken. Eine praxistaugliche Kennzahlenbasis umfasst daher mindestens den Gesamtenergieverbrauch und die Energieintensität je Tonne Produkt, Scope-1- und Scope-2-Emissionen, die CO₂e-Intensität des abgegrenzten Mischschritts, Wasserentnahme, Wasserverbrauch, Abwassermenge, Reinigungswasser je Produktwechsel sowie relevante Kennzahlen zu Ausschuss, Nacharbeit und Restentleerung.
Die Datenerfassung sollte möglichst automatisiert über geeignete und nachvollziehbar kalibrierte Strom-, Wärme-, Wasser- und gegebenenfalls Abwasserzähler erfolgen. Die Verknüpfung mit Prozessleitsystem, Energiemanagementsystem, übergeordneten Leit- und Produktionssystemen, ERP oder Instandhaltungssoftware erleichtert die Zuordnung zu Chargen, Rezepturen, Produktionsmengen und Stillstandsursachen. Für konsistente und auditierbare Angaben sollten Systemgrenzen, Funktionseinheiten, Berichtszeiträume, Messverfahren, Datenlücken, Emissionsfaktoren, Berechnungsmethoden und Verantwortlichkeiten dokumentiert werden. Die Einordnung kann sich an GHG Protocol, ISO 50001, ISO 14064, GRI 302, GRI 303 und GRI 305 sowie – bei berichtspflichtigen Unternehmen – an den einschlägigen Anforderungen von ESRS E1 für Klima und ESRS E3 für Wasser und Meeresressourcen orientieren.
So löst amixon® diese Aufgabe
Nachhaltigkeit bei amixon® bedeutet, Energieeinsatz, Rohstoffausbeute, Reinigungsaufwand, Wartung und Nutzungsdauer gemeinsam zu betrachten. Die tatsächliche Umwelt- und Wirtschaftswirkung hängt jedoch immer von Produkt, Rezeptur, Chargengröße, Füllgrad, Mischaufgabe, Hygieneanforderungen und Betriebsweise ab. Deshalb bewertet amixon® wesentliche Prozessparameter möglichst anwendungsbezogen – etwa durch Versuche mit Originalprodukt im Technikum oder durch Messungen im späteren Betrieb.
Die Energieeffizienz eines Mischers wird wesentlich durch das Mischprinzip, die Werkzeuggeometrie, die Drehzahl, den Füllgrad und die benötigte Mischzeit bestimmt. amixon® Mischer arbeiten in vielen Anwendungen mit niedrigen Umfangsgeschwindigkeiten der Mischwerkzeuge. Dies kann einen schonenden Produktumsatz ermöglichen und den mechanischen Energieeintrag begrenzen. Die optimale Drehzahl und der tatsächliche Leistungsbedarf werden jedoch immer auf die jeweilige Mischaufgabe abgestimmt. Beim Gyraton®-Mischer GM für große Chargen steht eine präzise, produktschonende und mit vergleichsweise niedriger Anschlussleistung realisierbare Mischaufgabe im Vordergrund. Die konkrete Anschlussleistung sowie der spezifische Energieverbrauch je Charge oder Tonne Produkt hängen von Produkt, Füllgrad, Rezeptur, Mischzeit und erforderlicher Homogenität ab.
Kurze Mischzeiten können den Energieverbrauch pro Charge reduzieren, sofern die erforderliche Mischqualität reproduzierbar erreicht wird. Beim KoneSlid®-Mischer KS nennt amixon® eine optimale Mischgüte nach etwa 20 bis 30 Werkzeugumdrehungen. Diese Angabe ist produktspezifisch und nicht ohne Weiteres auf andere Mischertypen, Rezepturen oder Füllgrade übertragbar. Für eine belastbare Bewertung sollte der spezifische Energieverbrauch daher anhand von Technikumsversuchen oder Betriebsmessungen ermittelt werden. Aussagekräftige Kennzahlen sind beispielsweise kWh je Charge, kWh je Tonne Produkt und die Leistungsaufnahme im zeitlichen Verlauf.
Ein zentraler Hebel für den effizienten Einsatz von Rohstoffen ist die möglichst vollständige Entleerung des Mischers. Geringe Restmengen können Produktverluste, zusätzlichen Reinigungsaufwand und bei Produktwechseln auch Risiken einer Kreuzkontamination verringern. Je nach Produkt, Mischertyp und Ausführung können amixon® Mischer hohe Entleerungsgrade erreichen. Mit der ComDisc®-Technologie sind unter geeigneten Bedingungen Entleerungsgrade bis zu 99,997 Prozent und höher möglich. Die erreichbare Restentleerung muss jedoch mit dem jeweiligen Originalprodukt bewertet werden, weil Fließverhalten, Feuchte, Partikelgröße, Schüttdichte und Anhaftungsneigung einen wesentlichen Einfluss haben.
Totraumarme, gut zugängliche Mischräume und eine produktgerechte Reinigung können den Bedarf an Wasser, Reinigungschemikalien und manuellen Eingriffen reduzieren. Bei Anwendungen mit Flüssigkeitseinmischung kann eine fein verteilte und auf das Produkt abgestimmte Dosierung dazu beitragen, lokale Anhaftungen zu begrenzen. Ob daraus geringere Reinigungszeiten oder ein reduzierter Reinigungsmittelverbrauch resultieren, hängt von Rezeptur, Hygienevorgaben, Wechselhäufigkeit und dem jeweiligen Reinigungsverfahren ab. Bei temperaturempfindlichen Pulvern kann ein schonendes Mischprinzip helfen, unerwünschten Temperatureintrag zu begrenzen. Ob sich dadurch tatsächlich Kühlenergie einsparen lässt, sollte für den konkreten Prozess messtechnisch bewertet werden.
Eine lange wirtschaftliche Nutzungsdauer kann ebenfalls einen Beitrag zur Ressourcenschonung leisten. Robuste Konstruktionen, geeignete Werkstoffe, gute Wartungszugänglichkeit, Ersatzteilversorgung und Retrofit-Optionen helfen dabei, Mischanlagen über viele Jahre zu betreiben und an veränderte Anforderungen anzupassen. amixon® unterstützt Betreiber mit Wartung, Ersatzteilversorgung, Modernisierung und Retrofit. Nach Angaben von amixon® werden Ersatzteile unter anderem an Standorten in Deutschland, den USA und Japan bevorratet, um Stillstandszeiten möglichst zu begrenzen. Modernisierungen können beispielsweise Antriebe, Steuerungen, Sensorik, Sicherheitsfunktionen, Dosiertechnik, Reinigung oder Prozessdokumentation betreffen.
Für ein nachvollziehbares Nachhaltigkeitsreporting sind anwendungsbezogene Kennzahlen entscheidend. Dazu gehören insbesondere der spezifische Energieverbrauch je Charge oder Tonne Produkt, die Leistungsaufnahme im Prozessverlauf, die Restmenge nach der Entleerung, die Produktverlustquote, der Wasser- und Reinigungsmittelverbrauch je Reinigung oder Produktwechsel, der Verbrauch von Verschleißteilen sowie die Nutzungsdauer der Anlage. Je nach Automatisierungskonzept können entsprechende Betriebs- und Prozessdaten projektspezifisch erfasst, dokumentiert und für Energie-, CO₂-, Ressourcen- oder OEE-Auswertungen genutzt werden.
Vor einer Investition kann die konkrete Mischaufgabe im amixon® Technikum mit Originalprodukt erprobt werden. Am Stammsitz in Paderborn stehen hierfür mehr als 30 Testanlagen in unterschiedlichen Baugrößen zur Verfügung. Darüber hinaus unterhält amixon® technische Zentren in den USA, China, Japan, Indien, Thailand und Südkorea. Die Versuche können mit anwendungsnahen Füllgraden, Chargengrößen sowie vorgesehenen Temperatur- und Druckbereichen erfolgen. Bewertet werden unter anderem Mischqualität, Produktschonung, Energieeintrag, Entleerbarkeit, Reinigbarkeit und Reproduzierbarkeit. Die dokumentierten Ergebnisse unterstützen Betreiber bei der Auswahl einer geeigneten Ausführung und bei der Bewertung technischer sowie wirtschaftlicher Risiken vor einer Investition.
Eine kurze Mischzeit ist nicht in jeder Anwendung das vorrangige Ziel. Wenn Produktqualität, Produktschonung und eine niedrige elektrische Anschlussleistung im Mittelpunkt stehen, kann eine längere, bewusst langsam geführte Homogenisierung vorteilhaft sein. Der Gyraton®-Mischsilo folgt diesem Prinzip: Das Mischwerkzeug kann mit sehr geringer Drehzahl arbeiten und das Schüttgut schonend umwälzen. Dadurch lässt sich die benötigte Antriebsleistung im Verhältnis zur großen Chargenmenge niedrig halten. Gyraton®-Mischer sind für Chargengrößen bis 100 m³ verfügbar und eignen sich für trockene, feuchte sowie nasse Schüttgüter. Die konkrete Mischzeit und Motorleistung werden jeweils anhand von Produkt, Chargengröße, Füllgrad und geforderter Mischgüte ausgelegt.