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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Klassifizierung von
Leder, bei dem der Herstellungsprozess gesteuert und bewertet wird,
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Die
Herstellung von Leder umfasst eine Vielzahl von Prozessschritten
unterschiedlicher Art, die sich sowohl auf das Produkt selbst als
auch auf die Umwelt auswirken. Es sind schon verschiedene Vorschläge
gemacht worden, den Umwelteinflüssen zu begegnen und andererseits
auch bestimmte Kennwerte des Lederprodukts während des
Herstellungsprozesses zu erfassen. So ist vorgeschlagen worden,
Abwässer aus der Lederherstellung chemisch zu behandeln,
wie die
DE 44 16 130
C2 zeigt. Hierbei geht es um die Abtrennung von Chrom und
anderen Schwermetallen aus emulgierte Fette enthaltenden und ähnlich
beschaffenen Abwässern. Die
DE 27 32 217 C2 schlägt die Verwendung
kristalliner, feinteiliger, wasserunlöslicher Natriumaluminiumsilikate
bei der Lederherstellung vor. Durch Verminderung der Menge an Grobgerbstoffen
soll eine erhebliche Entlastung der Abwässer der Gerbereien
erreicht werden. Auch die
WO
03/012149 A1 bezieht sich auf Besonderheiten des Einsatzes
chemischer Substanzen bei der Lederherstellung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Klassifizierung
von Leder bereit zu stellen, das zur umweltverträglichen
Herstellung von Leder beiträgt.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Hierbei ist vorgesehen, dass beim Herstellungsprozess der Energiebedarf und/oder
der Wasserverbrauch und/oder eine Kohlendioxiderzeugung und/oder
der chemische Sauerstoffbedarf COD messtechnisch erfasst oder berechnet
(bzw. rechnerisch geschätzt) und einer Herstellungseinheit
des Leders zugeordnet wird/werden.
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Eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in der
Weise ausgestaltet, dass die Steuereinrichtung eine Erfassungsvorrichtung
zum Feststellen zumindest einer der Erfassungsgrößen
Energiebedarf, Wasserbedarf, chemischer Sauerstoffbedarf COD oder
erzeugte Kohlendioxidmenge aufweist und dass eine Bewertungsvorrichtung
zum Bewerten der Erfassungsgröße(n) vorhanden
ist, die mit der Steuereinrichtung in Verbindung gebracht und zur
Ausgabe einer aus der Erfassungsgröße gewonnenen
Bewertungsgröße pro Herstellungseinheit ausgebildet
ist.
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Mit
diesem Verfahren und der Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens wird eine Kennzeichnung des aus einem Herstellungsprozess
hervorgegangenen Lederproduktes mit einer quantitativen Angabe zum
Grad der Umweltbelastung durch das jeweilige Produkt erhalten. Der
Hersteller selbst kann demgemäß das Herstellungsverfahren
optimieren oder ein Abnehmer kann sein Kaufverhalten nach der Klassifizierung
richten, wenn dafür eine Kennzeichnung auf dem Produkt
aufgebracht ist.
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Eine
differenzierte Betrachtung und Optimierung der Herstellung werden
dabei dadurch begünstigt, dass der Energiebedarf aufgeschlüsselt
nach einzelnen Prozessschritten erfasst wird, die eine Aufheizung
von Wasser und/oder die Erzeugung von Wasserdampf umfassen.
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Eine
aussagekräftige Angabe als Maß für die Umweltbelastung
für die jeweilige Herstellungseinheit bzw. das Lederprodukt
ergibt sich dabei dadurch, dass der Energiebedarf in Abhängigkeit
von der damit verbundenen Kohlendioxiderzeugung bewertet wird und
der Herstellungsprozess nach dem Grad der Kohlendioxiderzeugung
eingestuft wird.
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Wesentliche
Betrachtungsgrößen bestehen dabei darin, dass
der Energiebedarf zum Aufheizen des Wassers bei der Nachgerbung
und/oder zum Erzeugen des Wasserdampfes bei der Trocknung erfasst
wird.
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Weitere
Maßnahmen, auf eine Verringerung der Umweltbelastung hinzuwirken,
ergeben sich daraus, dass der chemische Sauerstoffbedarf COD der einzelnen
Flotten durch Erfassen des pH-Wertes, der Flottentemperatur, der
Flottenlänge, einer Fassumlaufgeschwindigkeit und/oder
einer Prozesslaufzeit beeinflusst und geregelt wird/werden. Dabei
werden die bei der Abwasserbehandlung bei der Oxidation des COD
entstehende CO2-Menge und der Energieaufwand
der Abwasserreinigung bewertet.
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Vorteilhafte
Maßnahmen, die Lederherstellung hinsichtlich einer möglichst
geringen Umweltbelastung zu steuern, ergeben sich dadurch, dass
beim Trocknungsprozessschritt Wärme aus der abströmenden
feuchten Warmluft zurück gewonnen und der einströmenden
Trockenluft wieder zugeführt wird.
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Weitere
vorteilhafte Maßnahmen, die Umweltbelastung bei der Lederherstellung
zu erfassen, abzuschätzen bzw. zu berechnen und zu beurteilen, ergeben
sich dadurch, dass die beim Produktionsprozess aufgewandte elektrische
Energie unter Einrechnung eines betreffenden offiziellen Landesfaktors
in eine entsprechende erzeugte Kohlendioxidmenge umgerechnet wird,
dass auch die bei der Heißwasser- und Wasserdampfaufbereitung
entstehende Kohlendioxidmenge ermittelt wird und dass die Summe
der bei den jeweiligen Prozessschritten entstehenden Kohlendioxidmenge
als Gesamtschadstoffbelastung ermittelt wird und in einer Angabe
als Kohlendioxidemission pro Herstellungseinheit ausgegeben wird.
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Zu
einer umweltschonenden Herstellung tragen bei der Vorrichtung die
Maßnahmen bei, dass der Anlage zur Erwärmung des
beim Herstellungsprozess benötigten Wassers oder Wasserdampfes eine
mit Solarenergie und/oder regenerativer Energie betriebene Wärmeerzeugungsvorrichtung
zugeordnet ist, und ferner, dass die Anlage eine Wärmerückgewinnungseinheit
mit Wärmetauscher aufweist, mit der Wärme aus
abgeführtem Warmwasser oder aus abgeführtem Wasserdampf
und/oder Rauchgas entnommen und auf den Eingang zum Aufwärmen
zugeführten Wassers oder zum Erzeugen von Wasserdampf zurückgeführt
wird, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen darin bestehen, dass der
Wärmetauscher als Rekuperationswärmeübertrager,
insbesondere Plattenwärmeübertrager, oder als
Regeneratiorswärmeübertrager, insbesondere Rotationswärmeübertrager,
ausgebildet ist.
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Eine
weitere umweltschonende Maßnahme zur Reduktion von fossilen
Energieträger sowie der Wassermenge bei der Wasseraufbereitung
ist die Speicherung des Vorlaufwassers, welches in der Wassermischanlage
bei der Temperatureinstellung aus kaltem und heißem Wasser
entsteht, bevor die erforderliche Temperatur erreicht ist. Dieses
warme Vorlaufwasser wird zur Erzeugung von Heißwasser anstelle
von frischem Kaltwasser genutzt.
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Mit
den genannten Maßnahmen kann das hergestellte Lederprodukt,
z. B. auch aufgeschlüsselt nach Ledertyp nach dem Grad
der Umweltbelastung klassifiziert und eingegliedert werden. Durch
die klare Klassifizierung erhält der Kunde eine eindeutige Angabe
zur umweltfreundlichen Herstellung des Lederproduktes und kann danach
seine Kaufentscheidung richten. Der Lederproduzent kann Maßnahmen treffen,
die Lederwaren umweltfreundlich herzustellen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
erweiterte Anlage zur Herstellung von Leder in schematischer Darstellung
und
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2 Prozessschritte
im Verlauf der Herstellung eines Lederproduktes.
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2 zeigt
schematisch einen Ablauf bei der Lederherstellung mit Prozessschritten
P1 ausgehend von vorgegerbtem Leder (wet blue) bis zu dem fertigen
Lederprodukt in einem Schritt P12. Das aus einer Rohware durch Vorbehandlung
erhaltene vorgegerbte Leder wird nach dem Prozessschritt P1 geweicht. In
einem anschließenden Prozessschritt P3 wird das nasse Ledermaterial
durch Abwelken entwässert und danach in einem Prozessschritt
P4 gespalten, um ein möglichst gleichmäßig
dickes Leder bestimmter Stärke zu erhalten. Beim Falzen
in einem nachfolgenden Prozessschritt P5 wird die Stärke
des Leders vergleichmäßigt, wobei Unebenheiten
entfernt werden. In einem Prozessschritt P6 erfolgt ein Nachgerben, um
den abschließenden Ledercharakter zu erreichen. In einem
weiteren Prozessschritt P7 erfolgt eine weitere Behandlung mit einem
Ausrecken und nachfolgendem Trocknen in einem Prozessschritt P8,
z. B durch Vakuumtrocknen, bei dem die Feuchtigkeit abgesaugt wird,
oder Hängetrocknen, bei dem die Leder durch Trockenöfen
gefahren werden. Um das Leder nach dem Trocknen weich zu machen, wird
es maschinell gewalkt, d. h. gestollt, und in weiteren Arbeitsgängen
für die Zurichtung vorbereitet. Dabei erfolgt in einem
Prozessschritt P9 ein Schleifen, in einem Prozessschritt P10 eine
weitere Nachbearbeitung, in einem Prozessschritt P11 z. B. ein Farbauftrag,
ein Appretieren, ein Pressen und Bügeln, um schließlich
das fertige Leder in dem Prozessschritt P12 zu erhalten.
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Die
Lederherstellung umfasst somit viele Behandlungsschritte mit einem
relativ hohen Aufwand an Energie, Wasser und verschiedenen Zusätzen, die
schließlich auch im Abwasser zu Verunreinigungen und einem
chemischen Sauerstoffbedarf (chemical oxygen demand, COD) führen
und auch eine aufwändige Abwasserbehandlung erforderlich
machen, wie bekannt.
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Mit
dem Verfahren und der Vorrichtung vorliegender Anmeldung wird die
Lederherstellung hinsichtlich umweltfreundlicher Kriterien kontrolliert
und bewertet, und zwar bezogen auf das hergestellte betreffende
Lederprodukt und/oder auf eine Herstellungs- bzw. Verkaufseinheit.
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Die
in 1 dargestellte Vorrichtung umfasst eine Anlage 10 zur
Herstellung von Leder, in der insbesondere die vorstehend genannten
Prozessschritte P1 bis P12 und gegebenenfalls ergänzende Prozessschritte
durchgeführt werden. Der Anlage werden aus einer Energieversorgungsvorrichtung 20, beispielsweise
dem öffentlichen Elektrizitätsnetz, einer Wärmeenergieerzeugungsvorrichtung
mit Schweröl sowie regenerativ arbeitenden Wärmeerzeugungsvorrichtungen
und evtl. zusätzlichen Elektrizitätserzeugungsvorrichtungen
zugeführt. Außerdem wird der Anlage 10 aus
einer Wasserversorgungsvorrichtung 30 und 70 zur
Durchführung der betreffenden Prozessschritte, wie Weichen,
Nachgerben und Nachbearbeitung bzw. Zurichtung Wasser zugeführt,
das kalt zugeführt oder auf die jeweils erforderliche Temperatur
gebracht ist. Auch werden bei dem Herstellungsprozess an sich bekannte
weitere Substanzen aus einer betreffenden Vorrichtung 40 zugegeben.
Das entstehende Abwasser wird in einer Abwasserreinigungsanlage 80 gereinigt.
Die Steuerung des Prozessablaufes erfolgt mittels einer Steuereinrichtung 50,
die andererseits mit einer Bewertungsvorrichtung 60 in
Verbindung gebracht ist. Die Steuerung kann dabei teilweise automatisch,
wobei einzelne Erfassungsgrößen von Hand in die
Steuereinrichtung 50 und/oder die Bewertungseinrichtung 60 über
eine entsprechend ausgebildete Eingabevorrichtung eingegeben werden,
oder (weitgehend) voll automatisch ausgeführt sein, wobei
die Erfassungsgrößen der Steuereinrichtung 50 und/oder
der Bewertungsvorrichtung 60 automatisch zugeführt
und nach vorgegebenen Programmen verarbeitet und ausgewertet werden.
Auch kann die Prozesssteuerung auf der Basis der Bewertung manuell
geändert oder automatisch geregelt werden.
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Mit
der Steuereinrichtung 50 wird dabei auch der Energiebedarf,
aufgeschlüsselt nach elektrischer Energie und Wärmeenergie,
sowie der Wasserbedarf und die Menge zugesetzter Substanzen überwacht und
gesteuert. Die elektrische Energie wird dabei unterteilt nach einem
Energieanteil, der über das Elektrizitätsnetz
zugeführt wird, sowie gegebenenfalls nach einem Energieanteil,
der durch der Anlage zugeordnete lokale Generatoren erzeugt wird.
Hierbei kann die elektrische Energie auch einen Anteil zur Erwärmung
von Wasser umfassen. Die Wärmeenergie, die zur Erhöhung
der Temperatur des Brauchwassers bzw. zur Wasserdampferzeugung z.
B. beim Trocknen benötigt wird, wird üblicherweise
aus fossilen Brennstoffen direkt gewonnen, womit aber ein entsprechend
hoher CO2-Ausstoß verbunden ist. Vorliegend
wird daher möglichst viel Wärmeenergie durch andere
Wärmequellen erzeugt, die eine möglichst geringe
CO2-Menge ergeben, beispielsweise mittels
Solarkollektoren und/oder andere regenerative Energie. Beim Trocknungsprozess
insbesondere im Wasserdampf und/oder im Rauchgas anfallende Abwärme
wird mittels einer Wärmeübertragervorrichtung
der abströmenden Luft entnommen und auf den Eingang zum
Erzeugen der Warmluft bzw. von Wasserdampf für die Erwärmung
zurückgeführt. Hierzu werden rekuperative und/oder
regenerative Wärmeübertrager (Wärmetauscher)
eingesetzt, insbesondere eine Rotationswärmeübertragervorrichtung
oder eine Plattenwärmeübertragervorrichtung. Warmes
Vorlaufwasser aus der Tempera turmischanlage wird gespeichert und
zur Heißwasseraufbereitung genutzt. Die Abwasserbelastung
(COD) wird verringert, um den bei der Behandlung ausgestoßenen
CO2-Anteil möglichst gering zu halten und die notwendige
Energie für die Reinigung zu minimieren.
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Mittels
der Steuereinrichtung 50 werden Prozessparameter wie zugeführte
Energie, Menge an Wasser und zugesetzten Substanzen über
eine Sensorik mit unterschiedlichen Messfühlern und an
unterschiedlichen Messpositionen erfasst und über entsprechende
Aktoren werden die Energiezufuhr und Zufuhr an Wasser und Substanzen
und weitere Prozessparameter gesteuert. Ist z. B. genügend
Sonnenenergie vorhanden, wird diese möglichst vollständig
genutzt, damit die anfallende CO2-Menge
möglichst weitgehend reduziert werden kann. Dabei kann die
Gesamtsteuerung auch z. B. so ausgelegt sein, dass die am meisten
Wärmeenergie benötigenden Prozessschritte dann
durchgeführt werden, wenn am meisten regenerative, umweltschonende
Energieformen zur Verfügung stehen. Auch wird mittels der Steuereinrichtung 50 gemessen,
wie viel elektrische Energie den Herstellungsprozessen zugeführt
wird, aufgegliedert nach Energiequelle (z. B. Elektrizitätsnetz
oder lokale Elektrizitätserzeugungsvorrichtung).
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Die
von der Steuereinrichtung 50 erfassten Daten zum Energiebedarf,
der Energieart und der Energiequelle sowie zum Wasserbedarf, der
zugeführten Aufwärmenergie und zur Zuführung
weiterer Substanzen und auch zu dem chemischen Sauerstoffbedarf
im Abwasser werden der Bewertungsvorrichtung 60 zugeführt,
mit der die Schadstofferzeugung bewertet und klassifiziert sowie
der jeweiligen Herstellungseinheit bzw. Verkaufseinheit zugeordnet wird,
z. B. pro Produkt, pro Produktgruppe und/oder pro Flächeneinheit
hergestellten Leders. Dabei ist eine umfassende, aussagekräftige
Angabe die beim Herstellungsprozess pro Herstellungseinheit angefallene
CO2-Menge, die automatisch unter Einbeziehung
bekannter oder ermittelter Kenngrößen berechnet
bzw. rechnerisch geschätzt wird. Dabei kann die CO2-Menge in angemessene Kategorien aufgegliedert
und den Lederprodukten zugeordnet werden. Umwelt belastende Mengen,
die nicht an Ort und Stelle erfasst werden können, können
beispielsweise in Verbindung mit der über das öffentliche
Stromnetz zugeführten elektrischen Energie, durch landestypische
Faktoren erfasst und eingerechnet werden. Auf diese Weise ergibt
sich eine für einen Kunden anschauliche Größe
zur Beurteilung der Umweltfreundlichkeit eines Lederproduktes und
auch der Herstellungsprozess kann im Hinblick auf eine möglichst umweltschonende
Herstellung hinsichtlich einer möglichst geringen erzeugten
CO2-Menge pro Herstellungseinheit optimiert
werden.
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Im
Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele für
die Beurteilung eines Lederherstellungsprozesses hinsichtlich einer
umweltfreundlichen Herstellung und Möglichkeiten einer
Einflussnahme auf die Prozessführung hinsichtlich einer möglichst
umweltschonenden Herstellung gezeigt.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Bereitstellung
von Wärmeenergie für die Wassererwärmung.
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Beim
Gerben von Leder wird eine große Menge heißen
Wassers für den Gerbprozess verwendet. In dem Prozess werden
Chemikalien (Substanzen) gelöst und im aufgewärmten
Zustand in das Leder durch Walken eingebracht. Das Warmwasser wird üblicherweise
durch Dampfinjektion in kaltes Wasser erzeugt, wobei das Wasser
z. B. auf eine gewünschte Temperatur von 65°C
erwärmt wird. Vorliegend wird möglichst viel warmes
Wasser für den Herstellungsprozess unter Verwendung von
Sonnenenergie erzeugt.
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Auch
wird Druckwasser beim Trocknen des Leders z. B. mittels Vakuumtrockners
verwendet, wobei Dampf zum Erhitzen des Vakuumtrockners eingesetzt
wird. Auch für die Aufwärmung dieses Wassers kann
Sonnenenergie verwendet werden. Mit Schweröl befeuerte
Wassererhitzer können dadurch reduziert werden, so dass
der Bedarf an fossilen Energieträgern auf ein Minimum verringert
wird.
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Bei
einem zweiten Ausführungsbeispiel, das in Verbindung mit
dem vorstehend genannten ersten Ausführungsbeispiel angewendet
werden kann, wird der chemische Sauerstoffbedarf COD im Zusammenhang
mit dem Nachgerben reduziert. Der Nachgerbprozess, der den späteren
Charakter des Leders (Weichheit, Farbe) bestimmt, wird unter Verwendung von
Chemikalien wie Ölen, Fetten, Gerbmitteln und dgl. durchgeführt.
Die Nachgerbung wird in Gerbfässern unter Verwendung von
Wasser als Träger durchgeführt. Der Anteil der
chemischen Substanzen, die nicht auf das Leder aufziehen, erzeugen
einen chemischen Sauerstoffbedarf COD im abfließenden Wasser,
der nachfolgend bei der Abwasserbehandlung reduziert werden muss.
Vorliegend wird der chemische Sauerstoffbedarf in dem abfließenden
Wasser durch eine höhere Ausnutzung der Chemikalien im
Leder reduziert. Hierzu wird der chemische Sauerstoffbedarf kontrolliert,
um ihn entsprechend zu steuern bzw. einzuregeln, wobei die verschiedenen
Möglichkeiten der Einstellung des pH-Wertes, des Temperaturverlaufs,
der Flottenlänge, der Durchlaufgeschwindigkeit in den Gerbbehältern
sowie der Zeitdauern bewertet werden. Dabei werden Gerbbehältnisse
mit neuester Technik eingesetzt, die weniger elektrische Energie
für den Fassantrieb benötigen und aufgrund spezieller
Einbauten im Fassinneren höhere Wirkungsgrade und eine
höhere Befüllungsmenge ermöglichen.
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Mit
diesen Maßnahmen werden über den gesamten Herstellungsprozess
Chemikalien eingespart und die Ausnutzung erhöht. Die Reduktion
des chemischen Sauerstoffbedarfs COD in dem abfließenden
Wasser bedeutet, dass die reduzierte Menge bei der Abwasserbehandlung
nicht berücksichtigt werden muss, so dass auch bei der
Abwasserreinigung weniger Energie und Chemikalien erforderlich sind und
zudem weniger CO2 bei der Reinigung entsteht. Ferner werden Wasser
und Energie da durch eingespart, dass Behältnisse des neuesten
Standes der Technik verwendet werden. Auch daraus resultiert eine
nachhaltige Reduzierung der Umweltbelastung.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel, das zusätzlich
zu den beiden vorstehend genannten eingesetzt werden kann, wird
Wärmeenergie am Ausgang des Herstellungsprozesses oder
eines oder mehrerer Prozessschritte zurückgewonnen und
dem Eingang des betreffenden Prozessschrittes oder eines weiter
vorhergehenden Prozessschrittes wieder zugeführt. Dies
betrifft insbesondere den Prozessschritt P8 beim Trocknen. Beim
Trocknungsprozess wird, wie schon vorstehend erwähnt, heißer
Dampf verwendet, der bei der Lederherstellung in der Regel unter
Verwendung von Schweröl in beheizten Dampferhitzern erzeugt
wird. Während des Trocknungsprozesses wird die feuchtigkeitsbeladene
Luft abgezogen und durch Frischluft ersetzt. Vorliegend wird die
in der abgeführten Feuchtluft enthaltene Wärmeenergie
durch Wärmetauscher bzw. Wärmerückgewinnung
wieder entnommen und der trockenen Luft am Eingang wieder zugeführt.
Die Wärmerückgewinnung bzw. Wärmeübertragung
geschieht mittels rekuperativen Übertragern, insbesondere
Plattenwärmeübertragern. Dabei wird die Luftfeuchtigkeit überwacht
und gegebenenfalls gesteuert oder geregelt. Mit diesen Maßnahmen
wird ein erhebliches Maß an Energie bei der Dampferzeugung
in Form von Schweröl eingespart und die damit einhergehende Erzeugung
des CO2-Ausstoßes reduziert. Damit
ist auch eine Kostenreduktion verbunden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4416130
C2 [0002]
- - DE 2732217 C2 [0002]
- - WO 03/012149 A1 [0002]