Ökologische Schmierstoffe – Problemstellung des Stands der Technik
Bei Verwendung des nach wie vor größtenteils eingesetzten Flutens ergeben sich mit Blick auf den Energiebedarf, den Ressourceneinsatz sowie die gesundheitlichen Risiken erhebliche Problemstellungen.
Diese werden im Folgenden zusammengefasst dargestellt:
Kühlschmierstoffe unterliegen während ihres Einsatzes verschiedenen Verunreinigungen, deren Entstehung im normalen Betriebsablauf nur zum Teil verhindert werden kann. Durch Abrieb von Metalloberflächen verunreinigen Feststoffe die Kühlschmierstoffe, Hydrauliköle gelangen in den Kreislauf, Zersetzungsprodukte durch thermische Einflüsse oder Bakterien vermindern die Qualität, gesundheitsgefährdende Nitrosamine können entstehen. Um hier entgegenzuwirken, müssen Fremdstoffe durch mechanische,
zum Teil sehr energieintensive Maßnahmen entfernt (z. B. Absetzbecken, Zentrifugalabscheider, Filtrationsanlagen, etc.), Fremdflüssigkeit abgetrennt (z. B. Öltrennbehälter, Ringkammerentöler, etc.) sowie der Bildung von biologischen Arbeitsstoffen bzw. Biofilmen entgegengewirkt werden (z. B. Pestizide, Fungizide, Biozide).
Bei der Verwendung herkömmlicher Kühlschmierstoffe wird eine energieintensive Absaugung und Lüftung benötigt. Darüber hinaus müssen die eingesetzten Umwälzpumpen aufgrund ihrer geringen Lebensdauer in regelmäßigen Abständen getauscht werden.
Die eingesetzten Kühlschmiermittel bilden im Rahmen des Bearbeitungsprozesses Kühlschmierstoff-Aerosole, -Rauche und -Dämpfe. Diese entstehen zum einen mechanisch durch Zerstäubung bei schnell rotierenden Teilen (z. B. Drehen und Schleifen) und zum anderen thermisch durch Cracken und Rückkondensation von verdampften Kühlschmierstoffen an heißen Oberflächen (z. B. Werkstücke, Werkzeuge und Späne). Durch die Aufnahme der Dämpfe und Aerosole über die Atemwege, den Verdauungstrakt sowie Hautkontakt entstehen dabei zahlreiche gesundheitliche Gefahrenpotenziale, wie beispielsweise allergisierende und toxische Wirkungen, irritative und erbgutverändernde Effekte sowie krebserregende Reaktionen. Diesbezüglich kann eine Studie der Berufsgenossenschaft aus dem Jahr 2008 herangezogen werden, welche belegt, dass 30 Prozent der berufsbedingten Hautkrankheiten auf den Kontakt mit KSS zurückgeführt werden können.(1) Besonders problematisch ist dabei insbesondere die Verwendung von Bioziden und Pestiziden, die bei der Umlaufschmierung aufgrund der Bildung von Mikroorganismen benötigt werden.
Die Rückgewinnung und Wiederverwertung der nassen Späne ist nur durch eine intensive Aufbereitung und Reinigung möglich. Darüber hinaus wird durch die nassen Späne in Verbindung mit der Aerosolbildung der Umlaufschmierung kontinuierlich Schmiermittel entzogen. Dieser Austrag beträgt ca. ein Liter je Stunde, ist aber unter anderem abhängig vom eingesetzten Bearbeitungsverfahren sowie der Anlagengröße.
Verbrauchte Kühlschmierstoffe sind generell als gefährliche Abfälle (Sondermüll) einzustufen und müssen nach Abfallverzeichnisverordnung den verschiedenen Abfallarten zugeordnet und getrennt gesammelt werden.
Aufgrund der vorangehend dargestellten Problemstellungen bietet die Implementierung von MMS-Systemen aus ökologischer und auch ökonomischer Sicht grundsätzlich erhebliche Vorteile. Dabei kann man hier von Trockenbearbeitung bzw. fast Trockenbearbeitung sprechen.
Während im Bereich der Umlaufschmierung ein Systemaustrag von ca. einem Liter pro Stunde unterstellt werden kann (und somit auch ein Austrag an wertvollen Ressourcen), beträgt der Verlust bei der MMS (Luft-Öl bzw Öl-Luft Schmierung) ca. 25 Milliliter die Stunde. Hiermit einhergehen beispielsweise trockene Späne und somit eine vereinfachte Aufbereitung und Wiederverwertung, trockene Werkstücke, reduzierte Gefahrenpotenziale für Bedienpersonal sowie eine grundsätzlich höhere Ressourceneffizienz beim Betriebsmitteleinsatz.
Herkömmliche Hochleistungsschmierstoffe greifen auf Mineralöl-Raffinate, Hydrocracköle und synthetische Öle (insbesondere Polyalphaolefine und Carbonsäureester) als Basisflüssigkeiten zurück. Dabei sind die Gewinnung und Herstellung dieser Basisflüssigkeiten aufwendig und energieintensiv. Da bislang am Markt keine wasserbasierten Schmierstoffe oder ökologische Schmierstoffe im Bereich der MMS etabliert werden konnten, bieten sich erhebliche Möglichkeiten zur Umweltentlastung.
Festzuhalten gilt an dieser Stelle, dass der Einsatz einer MMS (Luft-Öl Schmierung) gegenüber dem Fluten insbesondere aus ökologischer Sicht mit erheblichen Vorteilen verbunden ist. Da in Bezug auf die verwendeten Basisflüssigkeiten der MMS-Fluide jedoch stets auf mineralische und synthetische Öle zurückgegriffen wird, ergeben sich diesbezüglich maßgebliche Optimierungspotenziale zur Realisierung umfangreicher Umweltentlastungen und Ressourceneinsparungen durch wasserbasierte und damit ökologische Schmierstoffe.
Ökologische Schmierstoffe – Umweltrelevanz des Vorhabens der HPM Technologie
Im Rahmen des Innovationsvorhabens hat die HPM Technologie GmbH erstmals einen nicht kennzeichnungspflichtiges Hochleistungsschmierstoff für die innere und äußere Minimalmengenschmierung entwickelt werden, welches als Basisflüssigkeit Wasser statt wie bislang Öl verwendet. Dass diesbezüglich hinsichtlich der erreichten Umweltentlastung der Verzicht auf mineralölbasierte Basisflüssigkeiten von entscheidender Bedeutung ist, zeigten bereits unterschiedliche Forschungsergebnisse.(2) Dabei wurde im Rahmen der ökologischen Bewertung eindeutig festgestellt, dass in Bezug auf die untersuchten Wirkungskategorien abiotischer Ressourcenverbrauch, Klimarelevanz, Versauerung und Eutrophierung, Hochleistungsschmierstoffe auf Basis von Polymeren bzw. pflanzlichen Ölen den mineralölbasierten Schmierstoffen vorzuziehen sind. Diesbezüglich würde die Realisierung eines wasserbasierten Schmierstoffes unter ökologischen Gesichtspunkten einen erheblichen Mehrwert bieten und aufgrund der erreichten Leistungsparameter die Substitution der mineralölbasierten Schmierstoffe in der spanenden Fertigung weiter forcieren.
Hinsichtlich der hier erreichten, zukünftig möglichen Umweltentlastungen sowie der Reduzierung der gesundheitlichen Gefahrenpotenziale für das Maschinenpersonal sehen wir aktuell unterschiedliche Zielstellungen und Verbesserungsmöglichkeiten.
Grundsätzlich ist die Zielsetzung zweidimensional zu betrachten: Zum einen soll durch die Entwicklung des wasserbasierten hochleistungs-Schmierstoffs die industrielle Anwendung von MMS weiter vorangetrieben werden5 und zum anderen gilt es, eine Substitutionsmöglichkeit für herkömmliche, ölbasierte MMS-Fluide am Markt zu platzieren.
In Bezug auf die vorangehend dargestellten Problemstellungen des Stands der Technik leistet aus unserer Sicht das Entwicklungsvorhaben einen entscheidenden Beitrag, durch die Realisierung eines wasserbasierten hochleistungs-Schmierstoffes, die Verbreitung der MMS in der Industrie erheblich zu steigern. Dabei können durch den neuartigen ökologischen MMS-Schmierstoff nicht nur im Vergleich zum Fluten maßgebliche ökologische Verbesserungspotenziale erschlossen werden, sondern darüber hinaus grenzen sich die Entwicklungsziele aus ökologischer Sicht auch wesentlich von herkömmlichen MMS-Schmierstoffen ab. Ziel ist es, durch die Verwendung nicht kennzeichnungspflichtiger Additive, das Sicherstellen einer biologischen Abbaubarkeit, das rückstandslose Verdampfen bzw. Zersetzen sowie den energie- und ressourcenschonenden Einsatz von Wasser als Basisflüssigkeit entscheidende Umweltentlastungen gegenüber dem Stand der Technik in der MMS zu realisieren. Beide Dimensionen gilt es im Folgenden unter ökologischen Gesichtspunkten näher zu betrachten.
Herkömmliches Fluten vs. wasserbasiertes High-Tech-Schmierstoffe
Beim Vergleich Fluten zu wasserbasiertem MMS-Schmierstoff können die vorangehend dargestellten Problemstellungen des Stands der Technik aufgegriffen werden. Das heißt, dass die Aufbereitung des Kühlschmierstoffes und somit die hier eingesetzte energieintensive Anlageperipherie sowie die verwendeten Biozide, Pestizide etc. entfallen, Absaugung und Lüftung eingespart werden und die gesundheitliche Belastung für das Personal minimiert wird. Darüber hinaus können die Späne ohne weitere Bearbeitungsprozesse, wie beispielsweise eine nachgelagerte Trocknung und die nahezu rückstandsfreien Schmierstoffe, direkt wiederverwertet werden. Des Weiteren entfiel die gesamte Entsorgung der Kühlschmierstoffe (Sondermüll) und die hiermit einhergehende Umweltbelastung. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist dabei, dass die Ressourceneffizienz maßgeblich verbessert wird. Je nach Prozess und Anlage substituiert der Einsatz von einer Tonne MMS zwischen 20 und 60 Tonnen herkömmlicher Kühlschmierstoffe. Betrachtet man darüber hinaus das Gesamtaufkommen nichtwassermischbarer Kühlschmierstoffe in Deutschland, wird die maßgebliche Verbesserung der Ökobilanz durch Einsatz des entwickelten wasserbasierten Schmierstoffes entlang der gesamten Wertschöpfungskette deutlich. Ziel ist es, dass ca. 80% der eingesetzten Anwendungsbereiche des Flutens durch Verwendung des wasserbasierten und nahezu rückstandsfreien Schmierstoffes theoretisch substituiert, werden könnten.
Gerne beraten wir Sie ausfühlich zu unseren ökologischen Schmierstoffen.
(1) Vgl. VDMA Fachverband Allgemeine Lufttechnik (2002): Kühlschmierstoffe – Frische Luft am Arbeitsplatz.
(2) Vergleiche zum Beispiel „Schmierstoff auf Polymerbasis zum Ersatz von Mineralöl in der spanenden Fertigung – Integration in die industrielle Produktion“ Aktenzeichen und „Produktökobilanz nichtwassermischbarer Kühlschmierstoffe auf Basis von Mineralöl, pflanzlichen Ölen sowie Altspeisefetten und technischen tierischen Fetten“ Aktenzeichen 19122/01).
