3D-Druck und die Umweltauswirkungen des verarbeitenden Gewerbes

Der Klimawandel ist real und bleibt ein heißes Thema in der Forschung, im öffentlichen Bereich und im kulturellen Dialog. Was einst unvorstellbar war – dass sich menschliche Aktivitäten auf etwas so unermesslich Großes wie den Planeten Erde selbst auswirken könnten – ist heute eine wissenschaftliche Tatsache.

Die Umweltauswirkungen des verarbeitenden Gewerbes spielen eine große Rolle beim Klimawandel. Dazu trägt nicht nur die in der Produktion, sondern auch die für den Transport von Rohstoffen und Teilen an verschiedenen Punkten der Lieferketten verbrauchte Energie bei. Infolgedessen legen immer mehr Unternehmen und Verbraucher Wert auf nachhaltige, umweltfreundliche Geschäftspraktiken.

Lesen Sie diesen Artikel, um sich einen Überblick über den Klimawandel zu verschaffen und zu erfahren, warum Unternehmen von umweltbewussten Praktiken profitieren, wie die Herstellung von Teilen im 3D-Druck die Kohlenstoffemissionen erheblich reduziert und wie zwei Organisationen 3D-Drucker von Markforged einsetzen, um eine nachhaltigere Zukunft zu gestalten.

Die Folgen des durch massive Kohlenstoffemissionen verursachten Klimawandels sind gut dokumentiert. Die Durchschnittstemperaturen steigen langsam aber stetig an und Wettermuster werden mit ausgeprägteren Dürren und heftigeren Stürmen immer extremer. Durch die globale Erwärmung schmelzen mehr Eiskappen als je zuvor, was zum Anstieg des Meeresspiegels beiträgt. Zu den ökologischen Auswirkungen des Klimawandels gehört die Zerstörung fragiler Ökosysteme und Lebensräume, die das langfristige Überleben zahlloser Arten von Lebewesen und die biologische Vielfalt des Planeten insgesamt bedrohen.

Daraus ergeben sich anthropologische Konsequenzen. Extreme Wetterbedingungen und Dürren können Ernteerträge beeinträchtigen und die Nahrungsmittelversorgung weltweit gefährden. Starke Stürme können sowohl Sachschäden als auch den Verlust von Menschenleben verursachen. Durch den Anstieg des Meeresspiegels verringert sich außerdem die bewohnbare Fläche: Experten sagen voraus, dass Überschwemmungen an den Küsten in den 2030er Jahren zu einem ernsten Problem werden und möglicherweise zur Vertreibung von Küstenbewohnern und einer daraus resultierenden Überbevölkerung führen.

Die Umweltauswirkungen des verarbeitenden Gewerbes. Fertigungsanalgen verbrauchen eine Menge Energie. Die Entwicklung, die Produktion von Waren und der Transport von Teilen über Lieferketten hinweg sind für einen erheblichen Teil der Emissionen verantwortlich, die zum Klimawandel beitragen.

Aber welchen Nutzen haben Unternehmen? Unternehmen erkennen zunehmend, dass umweltbewusstes Handeln greifbare Geschäftsvorteile bringt.

Durch die Verringerung von Abfällen und des Energieverbrauchs verbessern nachhaltige Herstellungsverfahren die betriebliche Effizienz und erleichtern die Einhaltung von Vorschriften. Zudem werden nachhaltige Geschäftspraktiken zur Norm. Wie die Harvard Business Review bereits 2016 feststellte, haben Untersuchungen gezeigt, dass Verbraucher eher bereit sind, höhere Preise für nachhaltig produzierte Produkte zu zahlen, und eine größere Markentreue haben. Untersuchungen von Deloitte haben ergeben, dass auch Investoren, Partner in der Lieferkette und Mitarbeiter umweltbewusste Unternehmen bevorzugen. Mehr als die Hälfte von 750 Führungskräften gab 2021 an, dass „ihre Initiativen zur ökologischen Nachhaltigkeit die finanziellen Ergebnisse ihres Unternehmens messbar gesteigert haben“.

Die kurze Antwort lautet ja. Eine der effektivsten Möglichkeiten für Hersteller, die Umwelt weniger zu belasten, ist die Herstellung möglichst vieler Komponenten mithilfe der Additive Fertigung. Herkömmliche Lieferketten verursachen einen enormen CO₂-Fußabdruck durch Logistikbrücken, die fossile Brennstoffe verbrauchen.

Der 3D-Druck reduziert den CO₂-Fußabdruck auf verschiedene Weise:

• Weniger Energie- und Materialvergeudung. Der Prozess der Additiven Fertigung selbst hat im Vergleich zu subtraktiven Verfahren einen weitaus geringeren CO₂-Fußabdruck. In der Additiven Fertigung wird weitaus weniger Abfall produziert. Die Form der gefertigten Teile wird nicht durch Materialreduzierung erreicht, durch hohle Füllstrukturen wird zusätzliches Material eingespart, während die Leistung erhalten bleibt. Hersteller können außerdem nur das produzieren, was benötigt wird.

• Keine kohlenstoffintensiven Lieferketten. Betrachtet man nur die Herstellung, so ist der CO₂-Fußabdruck in der subtraktiven Fertigung bereits deutlich höher als in der Additiven Fertigung. Der deutlich negative CO₂-Fußabdruck der konventionellen Fertigung wird durch die Aktivitäten in der Lieferkette weiter verstärkt. Diese Prozesse sind erforderlich, um das Produkt an den Ort des Bedarfs zu liefern. Nach der Produktion von Waren verursachen der notwendige Transport und die nachgelagerte Logistik einen weitaus größeren CO₂-Fußabdruck als die Herstellung selbst. Durch die flexible Herstellung am Ort des Bedarfs macht der 3D-Druck diese zahlreichen kohlenstoffintensiven Schritte überflüssig und steigert gleichzeitig die betriebliche Effizienz.

Greentown Labs in Somerville, Massachusetts, ist das größte Gründerzentrum für Klimatechnologie in Nordamerika. Diese Gemeinschaft von Innovatoren arbeitet daran, die Art und Weise, wie sich die Welt mit Energie versorgt, zu verändern. Zu den Erfolgsgeschichten von Greentown Labs gehören Sweetgreen, Form Energy, Via Seaparations und Zwitterco. Das nächste Startup, das die Art und Weise, wie wir leben, verändern will, ist Transaera. Transaera ist ein aus dem MIT hervorgegangenes Start-up-Unternehmen, das sich auf die Entwicklung umweltfreundlicher, energieeffizienter und günstiger Klimaanlagen spezialisiert hat.

Klimaanlagen tragen wesentlich zum Klimawandel bei. In den meisten Haushalten ist die Klimaanlage der größte Stromfresser und verursacht daher die meisten Kohlenstoffemissionen. Laut Ross Bonner, CTO von Transaera, sind Klimaanlagen für 4 % der weltweiten Kohlenstoffemissionen verantwortlich. Das ist doppelt so viel wie die Luftfahrtindustrie mit 2 %. In Anbetracht des Ausmaßes der weltweiten Nutzung von Klimaanlagen kann selbst eine mäßige Verbesserung ihrer Effizienz und die Verringerung von Abfällen eine erhebliche Verbesserung der globalen CO₂-Bilanz bewirken. Bis vor kurzem hat sich die Funktionsweise von Klimaanlagen seit ihrer Erfindung in den frühen 1900er Jahren kaum verändert. Durch den Einsatz eines neuartigen, feuchtigkeitsbindenden Materials (einer Art metallorganisches Gerüst ) können die Klimaanlagen von Transaera die Luft jedoch effizienter kühlen.

Bonner nennt den Zugang zu 3D-Druckern von Markforged als einen der größten Vorteile der Arbeit bei Greentown Labs: „Wenn man versucht, eine Technologie zu revolutionieren, müssen viele technische Hindernisse überwunden werden. Der Weg, diese zu überwinden, liegt in der ständigen Wiederholung; dem ständigen Überprüfen von Dingen; im Lernen; im Ausprobieren der nächsten Sache und im Verbessern."

Im Vergleich zur konventionellen Fertigung wird bei der Additiven Fertigung viel weniger Material verbraucht, da die Form des Teils nicht durch Reduktion erreicht wird. Selbst im Vergleich zu anderen 3D-Druckern hilft Markforged laut Bonner Transaera dabei, Prototypen nachhaltiger und mit weniger Abfall herzustellen:

Vestas ist ein weltweit führendes Windenergieunternehmen mit Sitz in Dänemark. Das Unternehmen entwirft, fertigt, installiert und wartet Windkraftanlagen. Vestas ist der größte Windturbinenhersteller der Welt, dessen Turbinen in über 86 Ländern stehen.

Unter den 100 nachhaltigsten Unternehmen belegte Vestas bei der Bewertung von Kriterien wie Kohlenstoffproduktivität, saubere Einnahmen und saubere Investitionen den ersten Platz in Sachen Nachhaltigkeit.

Das Unternehmen nutzt die Additive Fertigung im Sinne der Nachhaltigkeit, um bis zum Jahr 2030 eine Netto-Null-Dekarbonisierung zu erreichen, und plant, bis 2040 abfallfreie Windturbinen herzustellen.

Durch die Implementierung des Direct Digital Manufacturing (DDM)-Programms und die Speicherung von mehr als 2000 digitalen Teiledateien in der Cloud können die Spezialisten von Vestas unverzichtbare Wartungswerkzeuge, Prototypen von Turbinenteilen und Turbinenkomponenten von jedem Ort der Welt genau dort drucken, wo sie benötigt werden.

Durch The Digital Forge verbessert sich die CO₂-Bilanz von Vestas weiter, da sich der Versand- und Frachtverkehr innerhalb der Lieferketten drastisch reduziert – der wie bei allen Fertigungsaktivitäten für den Großteil der CO₂-Emissionen verantwortlich ist.