Die erste Jahresübersicht Umweltschutz und Energietechnik wurde in der Giesserei Nr. 6/2013 veröffentlicht. Die dort angesprochenen prozessintegrierten Umweltschutzmaßnahmen, wie z. B. Verbesserung von organischen Bindern, sind weiterhin aktuell. Positive Effekte auf die Gussoberflächenbeschaffenheit bei organischen Bindern entstehen einerseits durch die schützende Glanzkohlenstoffschicht, welche sich zwischen Guss und Kern legt, und anderseits durch die entstehenden
Gaspolster, welche das Eindringen des Flüssigmetalls in die Sandstruktur und somit die Entstehung von Penetrationen erschwert. In der Literatur wird in den letzten Jahren aber vor allem über den Umstieg von organischen auf anorganische Binder diskutiert. Der Artikel von J. Müller u. a. [1] listet Faktoren auf, die maßgeblichen Einfluss auf Penetrationen haben können (Bild 1) und hebt die Vorteile von anorganischen Bindern hervor. Gleichzeitig räumt dieser Artikel mit gängigen Vorurteilen, wie z. B. geringere
Maßhaltigkeit beim Abguss, höherer Kernbruch und Nichtregenerierbarkeit gegenüber anorganischen Bindersystemen auf.
 

H. Deters und J. Müller [2] berichten über einen zertifizierten Ökobilanzvergleich von anorganischen Bindersystemen gegenüber klassischen Cold-Box-Bindersystemen. Der Vergleich zeigt, dass anorganische Binder zwar bei Kernherstellung, Entkernen und Sandregenerierung gegenüber dem verglichenen Cold-Box-System, z. B. durch höheren Strombedarf, (leicht) im Nachteil, jedoch über den gesamten Lebenszyklus – vor allem durch die nicht benötigte Aufbereitung der Abluft – deutlich umweltfreundlicher sind (Bild 2).
 

Um auch weiterhin den Gießereisand zu einem hohen Anteil im Kreislauf fahren zu können, sind energieeffiziente Sandregenerierungen in der Gießerei-Industrie gefragt. Neue Sandregenerierungen bedingen durch Einbau einer thermischen Regenerierungsstufe einen erhöhten Strombedarf, was sich in den Energiekennzahlen pro Tonne guter Guss negativ bemerkbar macht. K. Herbers [3] berichtet über eine neue Sandregenerierung für das in Deutschland eher selten angewandte Pep-Set-Verfahren. Die gewählte Regenerieranlage verfügt neben der mechanischen auch über eine thermische Regenerierungsstufe, die den Binder während eines Brennprozesses in einem etwa 700 °C heißen Ofen vom Sand trennt. Durch diese intensive Regenerierung sank der Neusandbedarf von 40 auf 10 %, was die Gießereirestsand-Entsorgungskosten und die Kosten für Neusand insgesamt reduziert. Diese Verbesserung überwiegt den Mehrbedarf an elektrischer Energie bei weitem.

Mit der Möglichkeit zur Aufbereitung von genutztem Trennmittel – gelöst bzw. emulgiert im betrieblichen Abwasser aus einer Aluminiumdruckgießerei – beschäftigt sich J. Freund [4]. Die Entsorgung von Abwasser zusammen mit anderen betrieblichen Abfällen führt zu hohen Entsorgungskosten, weshalb eine hausinterne Aufbereitung des Abwassers ökonomisch und ökologisch sinnvoll ist. Mit effizienten Vakuumdestillationssystemen werden alle Substanzen, die einen höheren Siedepunkt als Wasser haben, verdampft. Zurück bleibt eine zu entsorgende Menge von unter 5 % im Vergleich zu einer ungefilterten Abwassermenge.

Zunächst war vorgesehen, dass im Jahr 2012 mit der Revision des „Merkblatts über Beste Verfügbare Techniken (BVT) in der Gießerei-Industrie“ begonnen wird. inzwischen ist mit einem Beginn der Revision frühestens Ende 2016 rechnen. Für diese Revision sind fundierte deutsche Beiträge wichtig, um einen, den Entwicklungen in Deutschland gerecht werdenden Stand der Technik in dieses internationale Dokument einzubringen. Dafür sind im IfG - Institut für Gießerei-technik, Düsseldorf, die gegenwärtig besten verfügbaren Techniken in der Gießerei-Industrie recherchiert und dokumentiert worden. Ende 2013 wurde das Projekt „Innovative Techniken: Beste Verfügbare Techniken (BVT) in Gießereien“ abgeschlossen und seit Anfang 2015 sind die Ergebnisse auf der Homepage des Umweltbundesamts abrufbar [5]. Im ersten
Teilprojekt wurden 23 Maßnahmen in deutschen Gießereien systematisch beschrieben, z. B. Verbesserungen im Schmelzbetrieb oder beim Ausbringen sowie Maßnahmen zur Reduzierung von Emissionen. Eine Übersicht über alle BVTMaßnahmen gibt die Tabelle 1.
 

Im zweiten Teilprojekt folgte eine Darstellung der Emissionssituation in deutschen Gießereien Anfang der 2010er-Jahre sowie abschließend die Erhebung zur Verbreitung von Verfahren der Fertigungsund der Umwelttechnik in deutschen Gießereien.

Größere Potenziale zur Verbesserung der Umweltleistung von Gießereien lassen sich jedoch insbesondere in Ländern wie den sogenannten BRICS-Staaten (Brasilien, Russland, Indien, China und Südafrika) erreichen. In den letzten Jahrzenten wählte die Volksrepublik China bei der Auswahl zwischen Umweltschutz und Wirtschaftswachstum alle Möglichkeiten, um BIP-Steigerungsraten von über 10 % zu erzielen. Spätestens seit Beginn der 2010er-Jahre treibt das „Reich der Mitte“ jedoch seine eigene Energiewende voran. China hat mittlerweile weltweit die größte installierte Windenergieleistung und wird Deutschland voraussichtlich im Jahr 2015 auch bei der installierten Photovoltaikleistung den Spitzenplatz streitig machen. Bei nachgelagerten Umweltschutzmaßnahmen sind chinesische Gießereien sehr interessiert, wie man zuletzt im Jahr 2014 beim persönlichen Austausch von Vertretern des Hauses der Gießerei-Industrie anlässlich einer Konferenz in China oder auch auf der GIFA 2015 bemerken konnte. Auch die anderen BRICS-Staaten treiben Umweltschutzbemühungen voran, z. B. verschiedene Projekte zur Sandregenerierung oder Sandverwertung in brasilianischen Gießereien oder auch gemeinsam mit deutschen Partnern durchgeführte Forschungsprojekte mit südafrikanischen Gießereien [6].

Wie ein ganzheitlicher Ansatz zur Ressourcenschonung im Gießereibetrieb aussehen kann, ist in [7] anhand spezialisierter Bindemittel beschreiben (Bild 3).
 

In der letzten Jahresübersicht wurde bereits über die Studie „Treibhausgasneutrales Deutschland bis 2050“ des Umweltbundesamts berichtet [11]. In einem rein nationalen Szenario soll nur mit technischen Maßnahmen ein Treibhausgasminderungsziel bis ins Jahr 2050 von 95 % gegenüber dem Jahr 1990 erreicht werden. Wirtschaftliche Überlegungen wurden bei dieser Studie ausgeklammert, was zu dem Ergebnis führte, dass aus rein technischer Sicht eine Substitution brennstoffbefeuerter Öfen möglich sei. Einzig der kokslose Kupolofen könnte eine Perspektive haben. In Deutschland wird jedoch aus verschiedenen Gründen kein solches Schmelzaggregat mehr betrieben. Etwa 50 bis 60 % des Flüssigeisens wird in Deutschland an einem der 60 Gießerei-Standorte in Kupolöfen geschmolzen.

Die letzte Technikerhebung im IfG vor über fünf Jahren wies 75 Kupolofen-Standorte aus. Die IfG-Service GmbH, Düsseldorf, hat in einer aktuellen Studie im Jahr 2015 insgesamt 28 Gießereistandorte mit Heißwind- und 32 Kaltwindkupolöfen ermittelt. Diese Daten wurden zusätzlich mit Industrieofenbauern abgeglichen. Damit lässt sich im Bereich der Kaltwindkupolöfen als Schmelzaggregate in deutschen Gießereien ein deutlicher Trend über die letzten zehn Jahre erkennen: Entweder werden die Aggregate auf den neusten Stand gebracht oder, was in den letzten Jahren häufiger der Fall war, durch Induktionsöfen substituiert.

Große Heißwindkupolöfen sind weiterhin für die Branche unverzichtbar, was das Positionspapier des Bundesverbandes der Deutschen Gießerei-Industrie ausführlich darlegt (Bild 4) [12]. Gleichzeitig muss betont werden, dass diese großen Schmelzaggregate unter den EUEmissionshandel fallen und somit ohnehin eine kontinuierliche Senkung des CO2-Ausstoßes vorangetrieben werden muss. 
 

Neuste Beispiele zu energieeffizienten Lösungen für die Gießerei-Industrie wurden bei der gut besuchten Sonderschau „Energieeffiziente Gießereibetrieb 2.0“ auf der GIFA 2015 gezeigt. Die vier Themenfelder behandelten Abwärmepotenziale, erneuerbare Energien, beste verfügbare Techniken sowie das Thema „Ausbringung erhöhen“. Es sei auf die Nachberichterstattung in [13] verwiesen.

Nicht alle Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz in Gießereien, über die in Fachartikeln berichtet wurden, konnten auf der Sonderschau präsentiert werden. Daher sind im Folgenden die wichtigsten Beiträge seit der letzten Jahresübersicht in der GIESSEREI Nr. 10/ 2014 systematisch aufgearbeitet:

Größte Einflussmöglichkeiten auf eine effiziente Gestaltung von Gussstücken ergeben sich bereits vor der Serienproduktion in der Planung, Simulation und Durchführung von Gießversuchen. Mittels statistischer virtueller Methoden kann ein belastbares Verfahren zur Auslegung robuster Fertigungsprozesse geschaffen werden. An Beispielen aus dem Automobilguss wurden verschiedene Optimierungsziele in der Gießprozesssimulation verdeutlicht [14]. Die bestmöglichen Bedingungen für Fertigungsparameter, für die Laufdimensionierung und Anschnittpositionen, aber auch für die Lage und Größe von Speisern und Kühlkokillen zeigen anhand weiterer Beispiele I. Hahn und J. C. Sturm [15].

Ein innovatives Angusskonzept mit optimiertem Strömungsverlauf im Aluminiumdruckguss wurde von P. Kohlmeyer, O. Lemanski und G. Röders [16] entwickelt.

K. Bembenek und K. Gregel [17] beschreiben ein funktionierendes Enterprise Content Management, welches die Basis für einen energieeffizienten Gießereibetrieb legt und wichtige Verwaltungsund Produktionsprozesse standardisiert.

Wie die Einführung einer Software die Prozessabläufe in einer Stahlgießerei verbessert, wird von J.-J. Alperowitsch u. a. [18] beschrieben. Durch durchgängige Dokumentation und gesicherte Vorgaben für die Nachlegierung und die Schmelzebehandlung wird für eine hohe Prozesssicherheit sowie Fehlervermeidung gesorgt.

C. Herrmann, T. Heinemann und S. Thiede [19] plädieren dafür, dass bei Neu- oder Umbauten in Gießereien die Ressourcen- und Energieeffizienz noch systematischer in die betrieblichen Entscheidungsprozesse einfließen müssen. Dazu müssen ganzheitliche Lösungen geschaffen werden, indem die energetischen und stofflichen Flüsse innerhalb der Gießerei transparent gemacht werden (Bild 5). Auf die energie- und ressourceneffiziente Gestaltung der Prozesskette beim Aluminiumdruckgießen wird dann im weiteren Beitrag intensiv eingegangen. Die Energiebedarfserfassung in Druckgießereien erfordert spezielles Knowhow, weshalb Druckgießereien sich von den Werkzeugbauunternehmen durch integrierte Lösungen Unterstützung erhoffen. Erste Ergebnisse wurden für Druckgießereien und einzelne Druckgießzellen präsentiert [20]. S. Theis [21] beschreibt eine weitere Software zur Energiedatenerfassung und -auswertung. Wie viel Energie für die tatsächliche Wertschöpfung beim Druckgießprozess erforderlich ist, wird in vielen Gießereien trotzdem nicht erfasst.