Product Carbon Footprint berechnen Der CO2-Fußabdruck von Steckverbindern

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Der ökologische Fußabdruck auf Produktebene beschreibt CO₂-Emissionen und -Äquivalente über den gesamten Lebenszyklus eines Produktes. Für Unternehmen bietet die CO₂-Bilanzierung die Grundlage für eine effektive Nachhaltigkeitsstrategie.

Die Beobachtungsdaten zeigen, dass seit 1850 die Durchschnittstemperatur auf der Erdoberfläche auf über 1,2 °C gestiegen ist [1]. Durch anthropogene Einflüsse entstehende Treibhausgasemissonen wie Kohlenstoffdioxid (CO₂) tragen zur Erderwärmung bei. Diese klimatischen Veränderungen haben Auswirkungen auf das gesamte globale System.

Als Reaktion auf die Klimakrise wurde 2015 das Pariser Klimaübereinkommen beschlossen, mit dem sich auf Empfehlung des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) die teilnehmenden Staaten dazu verpflichteten, eine Begrenzung der Erderwärmung auf unter 2°C anzustreben [2].

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Auf europäischer Ebene wurde 2019 die Europäische Kommission aufgerufen, alle Gesetzesvorschläge mit dem Ziel in Einklang zu bringen, die Erderwärmung auf unter 1,5 °C zu begrenzen. Der von der Kommission präsentierte europäische Grüne Deal umfasst einen Fahrplan für ein klimaneutrales Europa bis 2050 [3]. Ziel der Europäischen Union ist es, bis 2030 die Netto-Treibhausgasemissionen um mindestens 55 % zu senken [4].

Warum ist der CO₂-Fußabdruck von Bedeutung?

Der CO₂-Fußabdruck für Produkte (engl. Product Carbon Footprint) hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen, um CO₂-Emissionen und -Äquivalente über den gesamten Lebenszyklus eines Produktes zu erfassen.

Für Unternehmen bietet die CO₂-Bilanzierung die Grundlage, um eine effektive Nachhaltigkeitsstrategie zu planen und die Marktfähigkeit ihrer Produkte sicherzustellen. Somit liegt eine nachhaltige Produktentwicklung und -fertigung im Interesse der Unternehmen.

Der CO₂-Fußabdruck, ökologischer Fußabdruck und/oder Lebenszyklusanalysen werden in mehreren EU-Regularien aufgegriffen, die sich aktuell in der Ausgestaltung befinden. Darunter ist u.a. die EU-Ökodesign-Verordnung, die den PCF und PEF in den Produktinformationspflichten unter dem Digitalen Produktpass aufgreift. Ebenfalls beschreibt die EU-Batterie-Verordnung einen CO₂-Fußabdruck.

Der Batteriepass, über den zukünftig Produktinformationen wie der CO₂-Fußabdruck übermittelt werden sollen, gilt in dieser Hinsicht als Vorreiter.

Es ist demnach absehbar, dass der CO₂-Fußabdruck gesetzlich verankert werden wird und in wenigen Jahren erste Berichtspflichten gelten. Voraussichtlich ist ab 2027 mit ersten Batteriepässen und Digitalen Produktpässen zu rechnen.

Normen und Standards zur Ermittlung des CO₂-Fußabdrucks

Zur Ermittlung des CO₂-Fußabdrucks existieren derzeit verschiedene Normen und Standards parallel. Weit verbreitet in der Praxis sind u.a. der Standard des Greenhouse Gas Protocols, ISO 14067 und ISO 14040. Weiterhin existieren produktgruppenspezifische Normen. Die IEC 63372 bezieht sich beispielsweise speziell auf elektrische und elektronische Produkte.

Bei der Analyse der existierenden Normen und Standards wird schnell deutlich, dass aktuell ein einheitlicher Rahmen fehlt [6] [7]. Letzterer ist erforderlich, um eine Validität der Vergleichbarkeit der ermittelten Werte für den CO₂-Fußabdruck sicherzustellen.

Es existieren mehrere Industrie-Initiativen, die sich mit dem CO₂-Fußabdruck auseinandersetzen. Dies betrifft sowohl die Berechnung als auch die Voraussetzungen für die Erhebung und Weitergabe innerhalb der Lieferkette.

Sogenannte digitale Datenökosysteme befassen sich mit der Schaffung der grundlegenden digitalen Infrastrukturen, die einen transparenten und sicheren Datenaustausch von umweltbezogenen Produktinformationen wie dem CO₂-Fußandruck ermöglichen sollen: Catena-X (Datenökosystem der Automobilbranche), Gaia-X (europäisches Daten- und Infrastrukturökosystem), Estainium (Lieferkette) und SiGreen (CO₂-Management-Tool zur Steuerung der Emissionen entlang der Lieferkette von Siemens).

Weitere Initiativen, die sich mit den Grundlagen und Leitlinien zur Erhebung des CO₂-Fußabdrucks befassen, sind der VDMA, Science-Based Targets Initiative (SBTi), Partnership for Carbon Transparency, PEP ecopassport und Together for Sustainability (TfS).

Innerhalb des ZVEI Arbeitskreises PCF Connectors hat sich der VDMA-Leitfaden [12] als praktikabel herausgestellt, um die produktspezifischen Herausforderungen der Bilanzierung zu meistern.

Was ist für eine praxisgerechte Umsetzung erforderlich?

Der Arbeitskreis PCF Connectors ist im Fachverband Electronic Components and Systems Teil der Fachabteilung Steckverbinder. Die Gründung mit etwa 20 teilnehmenden Firmen erfolgte im März 2022 mit folgenden Zielen:

• Schaffen einer gemeinsamen Wissensbasis und Weitergabe dieser zu externen Interessenten (Gremien z.B. VDMA, Kunden, Lieferanten...),

• Erarbeiten einer Prozessbeschreibung als Berechnungsbasis,

• Leitfaden (externes Dokument) auf Basis der Prozessbeschreibung im Anschluss. Erarbeitung eines gemeinsamen Verständnispapieres „Bilanzierung des CO₂ Footprints von elektro-mechanischen Bauelementen (bis Ende 2023).

Insbesondere der Austausch mit anderen Gremien als auch Dienstleistern mit PCF-Service-Angeboten erbrachte spannende Diskussionsrunden. Durch den gemeinsamen Aufbau der Wissensbasis innerhalb des Arbeitskreises erwuchs die Erkenntnis, dass es Stand Februar 2023 genug (abweichende) Leitfäden gibt, d.h. ein weiteres Dokument aus dem Arbeitskreis PCF Connectors wenig Sinn macht. Der Leitfaden des VDMA hat an dieser Stelle bislang überzeugt und kam folglich zur Anwendung.

Neben dem Verständnispapier (Leitfaden) wurde auch der Bedarf einer Prozessbeschreibung auf den Prüfstand gestellt. Es könnte sich noch der Bedarf eines branchenspezifischen Add-Ons zum Leitfaden für die einheitliche Betrachtung von Graubereichen ergeben. Das soll in einem gemeinsamen Workshop mit dem VDMA in Zukunft erarbeitet werden.

Berechnung des CO₂-Fußabdrucks

Zur exakten Berechnung inklusive aller Vorgaben und zu berücksichtigenden Aspekte verweisen die Autoren auf den 55-seitigen VDMA-Leitfaden [12].

Der Produkt-CO₂-Fußabdruck (PCF) ist ein Maß für die Menge an Treibhausgasemissionen, die bei der Herstellung, Nutzung und Entsorgung eines Produkts entstehen. Die Berechnung des PCF ermöglicht Unternehmen und Verbrauchern, die Umweltauswirkungen von Produkten zu verstehen und Maßnahmen zur Reduzierung ihres ökologischen Fußabdrucks zu ergreifen. In diesem Artikel werden wir eine Anleitung zur Berechnung des PCF geben und praktische Schritte zur Verringerung der Umweltauswirkungen von Produkten aufzeigen.

Definieren der Systemgrenzen: Bestimmen Sie den Umfang der PCF-Berechnung, indem Sie festlegen, welche Stufen des Produktlebenszyklus einbezogen werden sollen. Normalerweise umfasst dies die Rohstoffgewinnung, die Herstellung, den Transport, die Nutzung und die Entsorgung des Produkts. Klare Systemgrenzen gewährleisten Vergleichbarkeit und Genauigkeit der Ergebnisse. Insbesondere sei hier auf das Konzept der funktionellen Einheit als Vergleichsmaß hingewiesen.

Der gewählte Ansatz ist eine Cradle-to-Gate (bis zum eigenen Werkstor) Bilanzierung. Hierbei sind dann die Emissionen Scope 3-Upstream, Scope 1 und Scope 2 berücksichtigt.

Datenerfassung: Zur Berechnung des PCF sind detaillierte Kenntnisse zu dem jeweiligen Produkt sowie der Prozesse und Lieferketten notwendig. Bei diesen Daten unterscheidet man zwischen Primär- und Sekundärdaten.

Primärdaten sind unternehmensspezifische Daten, direkt gemessen oder gesammelt aus Prozessen oder Anlagen und spezifische Daten aus dem Lebenszyklus des jeweiligen Produkts. Sie werden in drei Kategorien nach Granularität und Genauigkeit unterteilt in verfahrensspezifische Daten, anlagenspezifische Daten und standortspezifische Daten. Primärdaten sind genauer und spezifischer als Sekundärdaten.

Die Sekundärdaten speisen sich aus den Durchschnittsdaten aus diversen Datenbanken (z.B. Gabi-Datenbank, Ecoinvent), Branchendurchschnitte, Literaturwerte, veröffentlichte Produktionsdaten, Statistiken, Studien etc. Überprüfungen von unabhängiger Stelle sind möglich und erhöhen die Zuverlässigkeit. Die Sekundärdaten sollten nur verwendet werden, wenn eine Ermittlung von Primärdaten nicht möglich ist. Generell sollten die verwendeten Daten die höchste, wirtschaftlich vertretbare Genauigkeit aufweisen.

Datenbanken und Software: Auf dem Markt gibt es verschiedene Angebote für Datenbanken und Software. Es gibt verschiedene Konstellationen wie Open-Source, Lizenzsoftware oder Trial-Angebote. Hierbei haben einige Anbieter eigene Datenbanken. Andere greifen auf öffentlich zugängliche Systeme zurück.

In den durchgeführten Berechnungen sind u.a. openLCA, GaBi sowie ecoinvent und andere Datenbanken zum Einsatz gekommen.

Das fiktive Steckverbindermodell

Die Arbeit in Verbänden wie dem ZVEI e.V. unterliegt definierten Regeln um compliant zu sein. Aus diesem Grund wurde ein fiktiver Steckverbinder generiert, der z.B. keine Rückschlüsse auf einzelne teilnehmende Unternehmen und deren Prozesse zulässt. (Die Berechnung erfolgte nach den gängigen Regeln zur Erstellung von Statistiken auf Verbandsebene.)

Als fiktiver Steckverbinder wurde ein 5-poliger Stiftkontakt als fliegende Kupplung definiert und branchentypisch Materialien, Gewichte, etc. angenommen (Bild 1). Er besteht aus Gehäuse und Kontaktträger aus Kunststoff (PA 66 19 bzw. 15 g), Kunststoff-Kabelverschraubung (PA GF 25 8 g), Dichtung (Silikon 0,5 g), fünf Kontakten (Kupfer) beschichtet mit 2 µm Nickel und 4 µm Zink (je 5 g), verpackt in Tüten und zu je 20 Stück im Karton. Als Fertigungsprozesse werden angenommen: Spritzguss der Kunststoffteile, Stanzbiegen der Kontaktteile und Galvanik auf die Kontakte. Die fiktive Fertigung der Einzelteile des Steckverbinders erfolgt in einer Fabrik in Deutschland; anschließend ist ein Transport nach China per Schifffracht zur Handmontage sowie Verpackung berücksichtigt. Der Rückweg geschieht per Luftfracht in ein Lager in Deutschland. Jeweilige Zwischentransporte wurden per LKW (Bild 2) durchgeführt:

Berechnungsbeispiel

Die Berechnung erfolgte in einigen der teilnehmenden Unternehmen. Aus den Ergebnissen berechnete eine neutrale Stelle im ZVEI die Durchschnittswerte. Exemplarische Berechnung für das Einzelteil „Gehäuse“ (Material: PA 66 – 19 Gramm). Sekundärdaten aus Datenbank: Faktor 8,24 (kgCO₂)/kg).

Gewicht (kg) * Faktor (kg(CO₂)/kg) = Teilewert (kg CO₂e)

0,019 [kg] * 8,24 [kg(CO₂)/kg] = 0,15656 (kg(CO₂)/kg)

Diese Berechnung erfolgte analog für die weiteren Bauteile (Tabelle 1). Es ergab sich eine Gesamtsumme von 0,837448 kgCO₂e.

Interpretation der Ergebnisse

Der PCF-Wert von rund 0,837 kgCO₂e für den fiktiven Steckverbinder mit fiktiven Transportwegen entspricht etwa 11 Tassen Kaffee (74,9g CO₂/Tasse).

Die berechneten Daten und die Einzelwerte zeigen die Quellen der Emissionen im Produktlebenszyklus. Dies kann helfen, Hotspots zu erkennen und sich auf die wichtigsten Bereiche für die Reduzierung des PCF zu konzentrieren.

Die Einzelwerte in der Bilanzierung (siehe Tabelle 1) zeigten mitunter sehr starke Abweichungen, obwohl es sich um jeweils gleiche Einzelteile handelte. Die Hauptaspekte sich u.a. folgende:

• Firmenspezifische Betrachtungen bei Ausschuss etc.,

• Firmenspezifische Betrachtungen beim Transport, z.B. welche Art von LKW, wird eine Kompensation beim Lufttransport gewählt etc.

Die Ergebnisse der Berechnung sind in einem Report transparent zusammengefasst, inklusive der angewandten Methodik. Eine verständliche Zusammenfassung der Ergebnisse hilft, um Verbrauchern, Stakeholdern und der Öffentlichkeit die Umweltauswirkungen des Produkts zu vermitteln. Durch Transparenz und Offenheit können Vertrauen und Verständnis geschaffen werden.

Zusammenfassung und Ausblick

Die Berechnung des Produkt-CO₂-Fußabdrucks (PCF) ermöglicht es Unternehmen und Verbrauchern, die Umweltauswirkungen von Produkten zu verstehen und Maßnahmen zur Reduzierung ihres ökologischen Fußabdrucks zu ergreifen.

In der Berechnung wurde deutlich, dass es eine sehr hohe Varianz bei den Einzelwerten aus den verschiedenen teilnehmenden Unternehmen gab. Diese sind auf Graubereiche wie zum Beispiel firmenspezifische Betrachtungen zurückzuführen. Obwohl es sich um einen stark vordefinierten Steckverbinder handelte, waren diese Abweichungen doch überraschend deutlich.

Durch die Anwendung der hier beschriebenen Schritte können Unternehmen ihre Produkte nachhaltiger gestalten und Verbraucher informierte Entscheidungen treffen, um ihren ökologischen Fußabdruck zu verringern und zum Klimaschutz beizutragen. Es hat sich gezeigt, dass eine gemeinsame Datenbasis (beispielsweise eine freie Datenbank von der Europäischen Union) zur Vergleichbarkeit von Ergebnissen beitragen kann. (kr)

Der Beitrag ist ein Auszug des Vortrags auf dem Anwenderkongress Steckverbinder 2023.

Literatur

[1] Ed Hawkins, National Centre for Atmospheric Science, University of Reading, [Online]. Available: https://showyourstripes.info/. [Zugriff am 10. 05. 2023].

[2] United Nations, „The Paris Agreement,“ [Online]. Available: https://www.un.org/en/climatechange/paris-agreement. [Zugriff am 08. 05. 2023].

[3] EU-Kommission, „Der europäische Grüne Deal,“ 11. 12. 2019. [Online]. Available: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/HTML/?uri=CELEX:52019DC0640&from=ES. [Zugriff am 08. 05. 2023].

[4] Europäische Union, [Online]. Available: https://www.consilium.europa.eu/de/policies/green-deal/fit-for-55-the-eu-plan-for-a-green-transition/. [Zugriff am 08. 05. 2023].

[5] M. Finkbeiner, V. Bach, A. Lehmann, Umweltbundesamt, „Der Umweltfußabdruck von Produkten und Dienstleistungen. Abschlussbericht,“ Texte 76/2018.

[6] S. Lewandowski, A. Ullrich, N. Gronau, „Normen zur Berechnung des CO2-Fußabdrucks – Ein Vergleich von PAS 2050, GHG Protocol und ISO 14067,“ Industrie 4.0 Management 37 (2021) 4, 2021.

[7] ZVEI e.V., „White Paper ZVEI-Show-Case PCF@Control Cabinet - Product Carbon Footprint Calculation of a Control Cabinet using the Asset Administration Shell,“ Mai 2022. [Online]. Available: https://www.zvei.org/presse-medien/publikationen/zvei-show-case-pcfcontrolcabinet-whitepaper.

[8] Catena-X. [Online]. Available: https://catena-x.net/de/. [Zugriff am 08. 05. 2023].

[9] Gaia-X. [Online]. Available: https://gaia-x.eu/. [Zugriff am 15. 05. 2023].

[10] Estainium. [Online]. Available: https://www.estainium.eco/en/. [Zugriff am 15. 05. 2023].

[11] SiGreen. [Online]. Available: https://app.sigreen.siemens.com/. [Zugriff am 08. 05. 2023].

[12] VDMA, „VDMA Guideline: Berechnung des Product Carbon Footprint im Maschinen- und Anlagenbau,“ Dezember 2023.

[13] Science-Based Targets initiative (SBTi) , [Online]. Available: https://sciencebasedtargets.org/. [Zugriff am 08. 05. 2023].

[14] Partnership for Carbon Transparency, [Online]. Available: https://www.carbon-transparency.com/. [Zugriff am 10. 05. 2023].

[15] PEP ecopassport , [Online]. Available: http://www.pep-ecopassport.org/. [Zugriff am 10. 05. 2023].

[16] Together for Sustainability (TfS), [Online]. Available: https://www.tfs-initiative.com/. [Zugriff am 12. 05. 2023].

* Alexander Hornung ist Global Technology Manager bei Stäubli Electrical Connectors. Marion Graupner ist Manager Environmental Policy & Sustainability beim ZVEI e.V.

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