Lebenszyklusanalyse für Gleitlager: Wie viel CO₂ steckt in einem Lager?

Kunden, Ausschreibungen und Regulierung fragen heute nicht mehr nur nach Preis, Lieferzeit und Lebensdauer. Immer häufiger steht auch eine andere Frage im Lastenheft: Wie hoch ist der CO₂-Fußabdruck dieses Bauteils?

Für Gleitlager in Windkraftanlagen haben wir diese Frage mit eine vollständigen Lebenszyklusanalye für eine Gleitlagerbuchse aus einem Windkraftgetriebe beantwortet.

In diesem Beitrag erfahren Sie, warum der größte Hebel für den CO₂-Fußabdruck nicht dort liegt, wo die meisten ihn vermuten. Außerdem,

was eine Lebenszyklusanalyse ist und was es für Ihre Anwendung leistet,
welche vier Faktoren den CO₂-Fußabdruck eines Gleitlagers bestimmen,
warum der Vergleich pro Kilogramm in die Irre führt und
was das für die Lagerauswahl in Windkraftanlagen bedeutet.

Was ist eine Lebenszyklusanalyse?

Eine Lebenszyklusanalyse oder auch Ökobilanz genannt, bewertet die Umweltwirkungen eines Produkts über seinen gesamten Lebensweg. Nicht nur die eigene Fertigung, sondern auch Rohstoffgewinnung, Transporte und der Betrieb werden mitbetrachtet.

Der Ablauf ist in den Normen ISO 14040 und 14044 geregelt und umfasst vier Schritte: Ziel und Systemgrenze festlegen, alle Ein- und Ausgänge erfassen, diese in Umweltwirkungen umrechnen und das Ergebnis interpretieren.

Für das Klima heißt das Ergebnis Product Carbon Footprint, kurz PCF. Er umfasst alle Treibhausgase entlang der Kette, umgerechnet in CO₂-Äquivalente.

Wichtig für die Praxis: Die Norm gibt den Ablauf vor, nicht die Rechenwege. Zwei PCF-Werte von zwei Herstellern sind deshalb nur vergleichbar, wenn Systemgrenze, Bezugsgröße und Datenbasis offenliegen

Die Lebenszyklusanalyse einer Gleitlagerbuchse in der Praxis

Untersucht wurde eine außenbeschichtete Gleitlagerbuchse für die Planetenstufe eines Windkraftgetriebes, ein Serienbauteil mit Stahlrücken und Aluminium-Zinn-Gleitschicht.

Betrachtet wurde der Prozess von der Rohstoffgewinnung bis zum fertigen Lager am Werkstor.

Die vier größten Hebel für den CO₂-Fußabdruck

Der PCF der Gleitlagerbuchse liegt bei rund 3,3 Kilogramm CO₂ pro Kilogramm Lager. Vier Faktoren bestimmen diesen Wert:

Stahlgewinnung
Der Stahlrücken macht den größten Materialanteil aus. Entscheidend ist der Anteil an Sekundärstahl aus Recycling.

Aluminiumgewinnung
Die Gleitschicht ist leicht, aber energieintensiv in der Herstellung. Herkunft und Verfahren des Primäraluminiums fallen hier ins Gewicht.

Strom in der Fertigung
Fräsen, Drehen, Schweißen und Reinigen brauchen Energie. Ausschlaggebend ist der Strommix am Standort.

Transporte
Nicht nur die Anlieferung der Rohstoffe, auch jeder externe Bearbeitungsschritt kostet Kilometer und damit CO₂.

Die Erkenntnis daraus: Den Fußabdruck bestimmen Material, Energie und Logistik, nicht die Zerspanung selbst. Wer den Wert senken will, setzt beim Recyclinganteil, beim Strombezug, bei der Materialausnutzung und bei der Prozesskette an.

Wie viel dabei möglich ist, zeigen die untersuchten Szenarien: Werden externe Bearbeitungsschritte ins eigene Werk verlagert, das Ausgangsmaterial maßgenauer bezogen und der Strommix umgestellt, sinkt der Wert um rund 40 Prozent ohne eine einzige Änderung am Bauteil.

Die bisher betrachteten Werte beziehen sich auf die Gleitlagerbuchse selbst. Für die Praxis ist jedoch eine andere Frage entscheidend: Wie aussagekräftig ist dieser Wert eigentlich im Vergleich zu alternativen Lagerkonzepten? Denn die CO₂-Bilanz eines einzelnen Kilogramms Material sagt noch nichts darüber aus, welche Umweltwirkung eine komplette Lagerstelle verursacht. Um die Ergebnisse einzuordnen, lohnt sich daher der Vergleich mit einer technisch gleichwertigen Wälzlagerlösung.

Gleitlager vs. Wälzlager: Warum der Vergleich pro Kilogramm in die Irre führt

Pro Kilogramm betrachtet liegen Gleitlager und Wälzlager nahe beieinander. Ein Wälzlagerhersteller nennt für sein Portfolio 1,8 bis 5,4 - im Mittel 3,5 Kilogramm CO₂ pro Kilogramm.

Daraus ließe sich schließen: Die Lagerbauart spielt für die CO₂-Bilanz keine Rolle. Doch ein Kilogramm ist keine Funktion.

Ein Lager muss eine definierte Last bei definierter Drehzahl im vorhandenen Bauraum und über die Lebensdauer der Anlage tragen. Erst dieser Vergleich ist aussagekräftig.

Gleiche Lagerstelle, ein Zehntel der Masse

Für die Planetenstufe eines 6-Megawatt-Getriebes wurde deshalb eine gleichwertige Wälzlagerung ausgelegt.

Das Ergebnis: Wo zwei Gleitlagerbuchsen ausreichen, sind vier Wälzlager mit etwa der zehnfachen Masse pro Lagerstelle nötig.

Auf die komplette Planetenstufe gerechnet fällt in der Herstellung damit rund zehnmal weniger CO₂ an als mit Wälzlagern. Und das, obwohl der Wert pro Kilogramm praktisch identisch ist.

Der Grund ist die Leistungsdichte: Gleitlager übertragen Lasten flächig statt punktuell.

Weniger Material für dieselbe Aufgabe bedeutet weniger CO₂ und im Fall der Windkraft zusätzlich weniger Bauraum, weniger Gewicht in der Gondel und weniger Aufwand in Turm und Fundament.

Der Betrieb entscheidet mit

Eine Lebenszyklusanalyse endet nicht am Werkstor. Über 30 Jahre Betriebsdauer summiert sich jede Reibungsverlustleistung zu Energie, die nicht ins Netz gelangt.

Über die gesamte Lebensdauer betrachtet wiegt der Betrieb deshalb deutlich schwerer als die Herstellung. Zehntelprozente im Wirkungsgrad bewegen mehr als jede Optimierung in der Fertigungshalle.

Für die Windkraft ist eine weitere Größe entscheidend: Die Tragfähigkeit von Wälzlagern wächst mit steigender Last überproportional an. Bei begrenztem Bauraum ist irgendwann keine Auslegung mehr möglich. Höhere Leistungsklassen lassen sich dann nur mit Gleitlagern realisieren und jedes zusätzliche Megawatt am Netz wirkt stärker als jede Reibungsoptimierung im Bestand. Zum Vergleich: Eine Windenergieanlage erzeugt die Energie für ihre eigene Herstellung schon nach rund 2,5 Monaten wieder (Fachagentur Wind und Solar).

Was das für Ihre Anwendung bedeutet

Aus dem Projekt lassen sich vier Punkte ableiten, die für jede CO₂-Bewertung an Lagerstellen gelten:

Bezugsgröße prüfen. Ein CO₂-Wert ohne Systemgrenze, Bezugsgröße und Nutzungsannahme ist nicht belastbar.

Auf die Funktion rechnen, nicht auf das Kilogramm. Maßgeblich ist die Lagerstelle, nicht das einzelne Bauteil.

Nutzungsphase mitdenken. Über die Lebensdauer entscheidet der Wirkungsgrad, nicht die Fertigung.

Messtechnik früh einplanen. Nur wer Verbräuche pro Bauteil erfassen kann, liefert Kunden verlässliche PCF-Daten.

Fazit: Wie Miba den CO₂-Fußabdruck reduziert

Die Lebenszylusanalyse zeigt: Der CO₂-Fußabdruck eines Gleitlagers entsteht vor allem im Material, in der Energie und in der Logistik und lässt sich dort auch deutlich senken.

Den größeren Unterschied macht aber die Auslegung und zielgerichtete Integration. Weil Gleitlager für dieselbe Aufgabe erheblich weniger Masse benötigen, fällt die CO₂-Bilanz einer Lagerstelle um ein Vielfaches günstiger aus. Ist die Auslegung und Integration optimiert, lassen sich auch im Betrieb Potentiale heben und die Systemperformance verbessern.