Energie- en grondstof efficiënt produceren

Duurzame ontwikkeling staat vandaag centraal in zeer veel bedrijfsplannen. De meest gangbare definitie dateert nochtans al uit 1987: instaan voor onze huidige noden maar er tegelijk over waken dat ook de volgende generaties dat zullen kunnen. Een verhaal dat breder gaat dan alleen economie. Het economisch plaatje moet kloppen en er moet een sociaal perspectief aan gekoppeld zijn. De fameuze drietand: people – planet – profit. Ook als metaalindustrie kunnen we daartoe ons steentje bijdragen. Maar hoe kunnen we nu onze ecologische impact berekenen en, vooral, stappen ondernemen om duurzamer om te springen met energie en grondstoffen?

Als ingenieur ben ik blij dat er alvast een formule bestaat om dat te berekenen, de zogenaamde IPAT formule, waarin I staat voor onze ecologische impact, P voor de wereldbevolking, A voor de levensstandaard, en T voor de technologische factor. Als we, zoals Europa voorschrijft, onze impact tegen 2030 met 50% willen doen dalen, dan leert deze formule ons dat als er 10% mensen bijkomen en onze levensstandaard met 30% verhoogt, de technologische factor met 35% moet stijgen. Met andere woorden: we moeten onze energie- en grondstoffenefficiëntie tegen 2030 met een factor drie verhogen.

Al in 2012 hebben we met een aantal onderzoeksgroepen uit verschillende landen een methodiek opgesteld om daarmee aan de slag te gaan. Het resultaat was bijzonder bemoedigend. Door gebruik te maken van gangbare, bewezen technieken is het realistisch om gemiddeld 50% energie en grondstoffen te besparen. Een optelsom die vandaag ook economisch bijzonder veel kan opleveren door de gestegen energie- en grondstofprijzen. We hebben in deze methodologie rekening gehouden met de volledige levenscyclus van alle middelen en uit verzamelde data en metingen zowel het vermogen, verbruiksgoederen als emissies in kaart gebracht. Een studie waaruit niet alleen machinebouwers konden leren hoe ze hun werktuigmachines energie-efficiënter kunnen maken, maar waarin ook de gebruikers mogelijke besparingen in hun processen kunnen opsporen. Uit dit werk is trouwens de ISO standaard 14955 voortgekomen, voor de milieu-evaluatie van werktuigmachines.

Als we die methodiek toepassen op een CO2-lasersnijmachine van 5 kW, dan gaf dat ons verschillende inzichten. Dat er verschillen zijn tussen merken, bijvoorbeeld. Tussen de best en slechtst energetisch presterende machine gaapte een kloof van 35%. Wie die energiekost vergelijkt over een periode van twintig jaar, zal aan een ferme optelsom komen. Maar ook dat een machine van 2,5 kW een stuk ­efficiënter snijdt in het vermogensdomein van 2,5 kW. Bijna dubbel zo efficiënt, zelfs. Overdimensioneren van machines, voor die occasionele stukken die om een vermogen van 5 kW vragen, is dus niet altijd een goed idee. Maar ook overstappen naar een andere laserbron kan een ecologisch goed idee zijn. Een fiberlaser scoort vandaag 25 à 35% beter, opties zoals eco-modi voegen daar ook nog eens 20% mogelijke energiebesparingen aan toe.

Een oefening die we ook voor 3D-printen gemaakt hebben, meer bepaald voor de techniek selective laser sintering. Daar bleek vooral het poeder de belangrijkste impact te hebben op het volledige milieuplaatje. Wie zijn nesting efficiëntie met 10% kan opdrijven, ziet zijn impact al met 35% dalen. Een quick win, dus. Een andere optie is een kleinere laagdikte, waar dit technisch mogelijk is uiteraard. Maar dat additive manufacturing altijd de meest duurzame oplossing is ten opzichte van conventionele bewerkingstechnieken door de gerealiseerde gewichtsbesparing, werd weerlegd door ons onderzoek. Voor lucht- en ruimtevaart zeker wel, maar voor automotive was dit bijvoorbeeld niet het geval. Laat dus altijd de cijfers spreken. Want vandaag gaan economie en ecologie hand in hand. Energie is lang te goedkoop geweest, waardoor niemand er wakker van lag. Maar vandaag is duurzaamheid een verkoopargument.     

Prof. Dr. Ing. Karel Kellens
Core lab manager ROB core lab Flanders Make @ KU Leuven