Ecologische footprint van afvulsystemen: lessen uit de levenscyclus
22 Aug 2022
Om haar productontwikkeling consequent af te stemmen op de klimaatdoelen en tevens fabrikanten te voorzien van duurzaamheidsgegevens, stelt GEA de milieu-impact van haar machines vast aan de hand van zogenoemde levenscyclusanalyses (LCA). In de toekomst worden deze levenscyclusanalyses integraal onderdeel van het ontwerpproces voor alle nieuwe producten, om zowel de duurzaamheid als de transparantie voor klanten te verhogen. GEA behoorde tot de eersten in de branche die deze analyses uitvoerden op een drankenafvulsysteem.
Gea heeft zich als doel gesteld om in 2040 netto-nul te bereiken voor al haar emissies. Om dit te realiseren concentreert GEA zich vooral op de Scope 3-emissies langs de waardeketen, aangezien hier het merendeel van de CO2e-emissies van het bedrijf wordt veroorzaakt. In een eerste stap plant GEA voor 2030 een daling van de Scope 3-emissies met 18% ten opzichte van het niveau van 2019. Cruciaal hierbij is het verkleinen van de koolstofvoetafdruk van de machines in de gebruiksfase. Dit geldt zowel voor de machinebouw als de productie-industrie in zijn geheel, die met de technologieën van vandaag en innovaties van de toekomst een belangrijke bijdrage kunnen leveren op weg naar Netto Nul. Als het lukt om de bedrijfsefficiëntie van installaties steeds verder te verbeteren, worden klanten geholpen om warmte-energie, elektriciteit en middelen te sparen.
Een eerste stap op deze reis is het waarborgen van transparantie: “Steeds vaker vragen klanten ons om gedetailleerde informatie over de milieu-impact van GEA’s apparatuur – niet alleen in de gebruiksfase, maar over de hele levensduur van het product,” zegt Donato De Dominicis, Senior Vice President bij GEA’s Filling and Packaging in het Italiaanse Sala Baganza. Als eerste aanbieder van afvulsystemen ging GEA in mei 2021 een samenwerkingsverband aan met de Universiteit van Parma. Deze samenwerking was erop gericht de verbruikscijfers van twee van GEA’s belangrijkste aseptische afvulsystemen te bepalen en bovendien de progressie van GEA’s richting haar eigen ambitieuze klimaatdoelen een flinke impuls te geven. “We wilden een nauwkeurig overzicht krijgen en een gedetailleerd begrip van de voetafdruk van onze afvulsystemen. En een levenscyclusanalyse is het meest volledige instrument om milieu-impact te meten,” zegt Paolo Abelli, R&D Director Filling and Packaging bij GEA. Natuurlijk is het uitvoeren van een dergelijke analyse volgens de belangrijkste internationale normen geen peulenschil. Naast de ISO 14040-normen moeten ook de specifieke regels voor elke branche en elk machinetype nauwgezet worden nageleefd. “Levenscyclusanalyses vereisen een strikt bureaucratisch proces, een wetenschap op zich. Daarom heeft GEA zich op weg laten helpen door externe specialisten”, voegt Abelli toe.
Dr. Nadine Sterley, Chief Sustainability Officer bij GEA
“Levenscyclusanalyses zijn een krachtige tool om emissie-intensieve ‘hot spots’ in ecologische footprints te identificeren, duurzaamheidsverbeteringen in het ontwerpproces te prioriteren en de transparantie voor onze klanten te verbeteren.” Dr. Nadine Sterley, Chief Sustainability Officer bij GEA
Dr. Nadine Sterley, Chief Sustainability Officer bij GEA
De kneepjes van de levenscyclusanalyse leren met CIPACK
GEA contacteerde het Interdepartmental Center for Packaging (CIPACK) van de Universiteit van Parma. Dit heeft zich gespecialiseerd in fundamenteel en toegepast onderzoek op het gebied van verpakking en afvullen, met name gericht op farmaceutische producten en voedingsmiddelen. Barbara Bricoli, R&D Innovation Manager bij GEA Filling and Packaging, legt uit: “De Universiteit van Parma heeft ons geleerd hoe gegevens moeten worden verzameld volgens de regels van de productcategorie “Dranken en afvullen” en voor hantering van de software.” Voor de levenscyclusanalyse maakten de onderzoekers uit Parma gebruik van een van de belangrijkste impact assessment-programma’s, dat voldoet aan de Environmental Product Declaration (EPD).
Beoordeeld werden de twee belangrijkste aseptische blaasvulsystemen van GEA: het aseptische blaasvulsysteem ABF 2.0 met droge sterilisatie van voorvormen, en de ECOSpin2 Zero met natte sterilisatie van flessen. “Dit zijn grote, complexe machines met talrijke modules, waaronder blazers, afvulmachines, ovens en nog veel meer andere componenten,” legt Bricoli uit. “Omdat elke module apart werd bekeken en het verbruik van elk onderdeel berekend werd, kregen we een zeer nauwkeurige analyse.”
Startpunt: verbruik van energie en middelen in de gebruiksfase
Om de ecologische impact vast te stellen werden bij beide machines de drie hoofdfasen van de levenscyclus in aanmerking genomen:
- Bouw van de machine (met inbegrip van de winning van grondstoffen)
- Gebruik (verbruik tijdens bedrijf, reiniging en sterilisatie)
- Verwerking als afval (na een levensduur van 15 jaar)
Voor elk van deze fasen werden met de LCA de gevolgen voor het milieu in zeven verschillende impactcategorieën bepaald1:
- Verzuring: de verzuring van water, bodem en lucht die te wijten is aan verzurende stoffen als salpeterzuur, zwavelzuur, zwaveldioxide, waterstofchloride, waterstof, fosforzuur, etc., gemeten in kg SO2 equivalent
- Eutrofiëring: overmatige groei van plantaardige organismen die het ecologische evenwicht van het aquatische milieu veranderen, gemeten in kg PO4
- Opwarming van de Aarde: stijging van de gemiddelde temperatuur op Aarde als gevolg van activiteiten van de mens waarbij broeikasgassen, zoals CO2, vrijkomen in de atmosfeer. Deze gassen, die opgesloten blijven in de onderste laag van de atmosfeer, werken als barrière voor door het aardoppervlak gereflecteerde zonnestralen waarvan de energie wordt omgezet in warmte. Hierdoor stijgt de gemiddelde temperatuur van de Aarde, gemeten in kg CO2 equivalent
- Fotochemische oxidatie: dit verschijnsel wordt veroorzaakt door stikstofoxiden en koolwaterstoffen die door het effect van door zonnestralen opgewekte fotochemische reacties leiden tot oxidatie van stikstofmonoxide (NO). Zo ontstaat stikstof (NO2) en worden ozon (O3) en andere chemische verbindingen gevormd met toxische effecten op het ecosysteem en de menselijke gezondheid, gemeten in kg NMVOS (vluchtige organische stoffen met uitzondering van methaan).
- Abiotische uitputting, elementen: uitputting van elementen, zoals metalen, gemeten in kg Sb equivalent.
- Abiotische uitputting, fossiele brandstoffen: uitputting van fossiele brandstoffen, in gemeten MJ.
- Waterschaarste: in m3 equivalent.
- Aantasting van de ozonlaag: verdunning van de ozonlaag. Deze categorie is optioneel, maar werd meegenomen in de analyse, gemeten in kg CFC-11 equivalent.
“We hebben de primaire gegevens voor het onderzoek aangeleverd, inclusief een inventarisatie/analyse van alle machinecomponenten en materialen, plus de verbruiksgegevens in de gebruiksfase,” legt Bricoli uit. “De berekening van de impact aan het einde van de levenscyclus werd gebaseerd op een scenario met Europese afvalverwerkingsgegevens.”
Uit de analyse bleek dat gemiddeld 95% van de milieu-impact van beide machines over alle impactcategorieën terug te voeren is op het verbruik van energie en middelen tijdens de gebruiksfase. Slechts in één impactcategorie – abiotische uitputting van elementen – heeft de winning van grondstoffen en de gebruiksfase met 46% een impact van meer dan slechts enkele procentpunten. “Gezien de grote hoeveelheid staal die gebruikt wordt om machines te bouwen, was het nogal verrassend om te ontdekken dat de materialen die worden gebruikt bij de vervaardiging gemiddeld een impact hebben die minder is dan 4% van het totaal,” zegt Bricoli. “Dit maakt de beoordeling van de gebruiksfasen des te interessanter, want hier ligt voor ons en onze klanten het grootste potentieel om de milieu-impact van onze afvulmachines te verkleinen.”
Gemiddeld is 95% van de milieu-impact van beide machines over alle impactcategorieën terug te voeren op het verbruik van energie en middelen tijdens de gebruiksfase. Resultaat van de levenscyclusanalyse bij GEA Filling & Packaging
Resultaat van de levenscyclusanalyse bij GEA Filling & Packaging
Technische aanpassingen verlagen de Co₂e-belasting met 30%
In de gebruiksfase hadden drie soorten middelenverbruik - elektrische energie, processtoom en perslucht - in bijna alle categorieën de grootste impact. Met het oog op de opwarming van de Aarde representeert het verbruik van deze drie middelen 76% van de totale CO2e-emissies van de ABF 2.0. “Omdat GEA zich focust op de Scope 3-emissies, hebben CO2e-emissies onze prioriteit. De resultaten van de LCA laten nu duidelijk zien welke weg we moeten inslaan,” zegt Bricoli.
Aan de hand van de analyse kon GEA onmiddellijk drie snelle winstpunten identificeren en maatregelen implementeren om de klimaatvoetafdruk van haar afvulsystemen verder terug te dringen.
- Door de terugwinning van extra condensaat kon de benodigde hoeveelheid processtoom in de gebruiksfase worden teruggebracht. Daardoor daalde ook het stroomverbruik tijdens het verwarmingsproces.
- Door lucht uit de blazer te laten recirculeren, werd de benodigde hoeveelheid perslucht en stroom verder gereduceerd.
- Klanten kunnen steriel water nu produceren door middel van microfiltratie in plaats van UHT. Hierdoor is er minder stroom nodig om het water in de machine te verhitten.
“Alles bij elkaar maken deze drie maatregelen een reductie van de CO2-emissies van 30% mogelijk tijdens de gebruiksfase van de machine,” zegt Paolo Abelli. “Ook al zullen sommige klanten de voorkeur geven aan de praktische UHT-behandeling boven microfiltratie: het belangrijkste is in dit geval de transparantie die we bereiken met de levenscyclusanalyse en onze klanten nu in staat stelt om hun beslissingen te nemen op basis van duidelijke cijfers.”
Dankzij de duidelijkheid die de LCA heeft opgeleverd, kon het R&D-team bij GEA de verdere ontwikkeling van machines versnellen.
“Momenteel onderzoeken we verdere opties om energie terug te winnen, bijvoorbeeld in de blaasoven of andere verwarmingsprocessen. Daarnaast werken we er samen met andere GEA-units aan om elektrische energie in onze installaties nog beter terug te winnen. De resultaten van de levenscyclusanalyse helpen om binnen GEA op één lijn samen te werken.”
“Deze eerste levenscyclusanalyse heeft specifieke aanpassingen mogelijk gemaakt op twee van onze afvulsystemen, met belangrijke verbeteringen in de CO2e-waarde. Maar dit is nog maar het begin,” Barbara Bricoli, R&D Innovation Manager bij GEA Filling and Packaging
Barbara Bricoli, R&D Innovation Manager bij GEA Filling and Packaging
Leren voor langetermijneffecten
Na het eerste samenwerkingsproject met de Universiteit van Parma beschikt GEA nu over de tools en de knowhow om ook andere producten uit haar portfolio te onderwerpen aan een levenscyclusanalyse. “Aan alle kanten groeit de interesse – van eindverbruikers, klanten van GEA, leveranciers, en natuurlijk binnen GEA zelf – om de milieu-impact van productieprocessen en eindproducten te kwantificeren. Ten slotte willen we allemaal geïnformeerde beslissingen kunnen nemen over wat we kopen of, in ons geval, hoe je installaties zo efficiënt en duurzaam mogelijk ontwerpt,” zegt Jannik Desel, Project Manager Sustainability bij GEA. “Totnogtoe konden we alleen maar ruwe schattingen geven van de ecologische voetafdruk van onze machines. Maar nu hebben we bij GEA de competentie om zelf de milieu-impact te berekenen. Voortaan kunnen we gedetailleerde analyses maken en nauwkeurige, bruikbare cijfers overleggen.”
Voor elk product kan Desel een grafisch overzicht van de emissies creëren en snel de grootste veroorzakers van opwarming van de Aarde, maar ook andere impactcategorieën, identificeren en maatregelen voor verbetering van ecologische prestaties prioriteren. Maar net zoals zijn collega Bricoli van R&D, benadrukt hij dat dit nog maar het begin is. “Als het gaat om een duidelijk, nauwkeurig plaatje van de ecologische voetafdruk van leveranciers, staan de zaken nog in hun kinderschoenen,” zegt Desel. “We hebben ons totnogtoe sterk gericht op de gemiddelde waarden in de branche. Maar dat zal snel moeten veranderen.”
Zo werkt GEA al met enkele leveranciers samen om een dieper inzicht te krijgen in de CO2-voetafdruk van hun apparatuur. Daarbij bleek het voordeel van de competentie om zelf levenscyclusanalyses te kunnen uitvoeren. “Bedrijven over de hele toeleveringsketen beginnen actie te ondernemen om hun ecologische voetafdruk te meten en te verlagen. Maar voor velen gaat het nog om onontgonnen gebied en ontbreekt het aan ervaring én aan een duidelijke strategie,” zegt Desel.
“Door onze competentie om levenscyclusanalyses te verrichten kunnen we klanten met raad en daad terzijde staan. We ondersteunen hen graag bij de ontwikkeling van producten die gedurende de hele levenscyclus milieuvriendelijk zijn.” Jannik Desel, Project Manager Sustainability, GEA
Jannik Desel, Project Manager Sustainability, GEA
LCA als vast onderdeel van productontwikkelingsprocessen bij GEA
Onder leiding van GEA’s Chief Sustainability Officer Nadine Sterley spant Desel zich in om levenscyclusanalyses systematisch te integreren in de ontwikkeling van alle nieuwe producten bij GEA. “Onze collega’s in Italië hebben de eerste grote stap gezet om levenscyclusanalyses een vaste plek te geven binnen GEA,” zegt Sterley. “Zoals blijkt uit hun resultaten, zijn LCA’s een krachtige tool om emissie-intensieve ‘hot spots’ te identificeren in de ecologische voetafdruk, duurzaamheidsverbeteringen in ons ontwerpproces te prioriteren en onze klanten de nodige transparantie te bieden.”
