Pro Umwelt: wässrig reinigen mit geringstem Wasserverbrauch

Wird Wasser das neue Öl? – lautete im vergangenen Jahr eine Schlagzeile der Bild-Zeitung und bezog sich auf den mittlerweile jährlich erscheinenden „World Water Development Report“ der Vereinten Nationen. Viele Experten beantworten diese Frage zunehmend mit einem klaren „Ja“. Schwarzmalerei? Ein paar Zahlen: Dass für die Tasse Kaffee auf unserem Frühstückstisch 140 Liter Wasser verbraucht wurden, dass für ein Kilo Weizen 1.300 und für ein Kilo Rindfleisch 15.000 Liter benötigt werden hat man schon einmal irgendwo gehört. In der Schule haben wir gelernt, dass 70 % unseres Planeten mit Wasser bedeckt sind, Süßwasser davon aber nur drei Prozent ausmacht und davon wiederum nur 0,65 % direkt verfügbar sind, weil der Rest größtenteils an den Polkappen oder auf Gletschern gebunden ist.

Aber was bedeutet das, angesichts eines Bevölkerungswachstums, das nach aktuellen UN-Schätzungen 2050 bei 9,1 Milliarden sein soll, einhergehend mit der entsprechenden Nachfrage nach Nahrung und Verbrauchsgütern?

Zunächst einmal wird der Bedarf an Wasser bis 2050 voraussichtlich um weitere 55 % ansteigen. Allerdings sind unsere Süßwasserreserven bereits jetzt vollkommen übernützt. Allen voran Landwirtschaft und Industrie verbrauchen massiv mehr Wasser, als der natürliche Kreislauf neu bildet. Bereits bis 2030 wird diese Diskrepanz laut UN etwa 40 % betragen. Schon heute ist in den Ebenen Nordchinas (einem Land, in dem ca. 20 % der Weltbevölkerung leben, das aber nur über 8 % der globalen Süßwasservorräte verfügt) der Grundwasserspiegel um 40 Meter abgesunken. Saudi Arabien, das über einen der weltweit größten Grundwasserspeicher verfügt hat, ist es gelungen durch maßlose Agrar- und Viehzuchtprojekte diesen innerhalb von nur einer Generation nahezu komplett zu leeren. In Australien hilft oft nur noch beten gegen die Wasserknappheit. In Rio de Janeiro oder Sao Paulo wird tageweise das Wasser komplett abgestellt.

Auf Mallorca karren Tanklastwagen Wasser in die Touristenhotels, Zypern importiert Wasser aus der Türkei und in den USA, wo den Südweststaaten mittlerweile eine permanente Dürre droht, gibt es seit einiger Zeit das Berufsbild des Rasenlackierers. Um den Schein von Normalität aufrecht zu erhalten lassen amerikanische Eigenheimbesitzer ihrem vertrockneten und verbrannten Gras mit Spezialfarbe ein sattes Grün verleihen. So als hätte man sich in Zeiten der Ölkrise ins Auto gesetzt und „Brrrrmmm, brrrmmm“ gemacht oder würde mit dem Foto von einer Lampe in den dunklen Keller gehen.

Dürren, Mangel an Trinkwasser werden laut einer Studie der US-Regierung dazu verstärkt Konflikte schüren, die dann zwangsläufig signifikante wirtschaftliche Verwerfungen nach sich ziehen müssen. Dazu kaufen die großen Lebensmittelkonzerne wie Nestlé, Danone, CocaCola und PepsiCo weltweit Wasserrechte an Quellen oder auch an privatisierter Wasserversorgung. Darf also künftig nur trinken, wer zahlen kann? „Das Recht auf Wasser ist ein Menschenrecht, und zwar im Umfang von 25 Litern pro Person und Tag, (…) das zählt für 1,5 % des Wasserverbrauchs. Die übrigen 98,5 % dürfen nicht als Menschenrecht bezeichnet werden (…) Wasser ist ein Lebensmittel. Und wie jedes andere Lebensmittel sollte das einen Marktwert haben“ (Zitat von Nestlé CEO Peter Brabeck-Letmathe beim Weltwirtschaftsforum 2012 in Davos). Zu diesem Thema schrieb das Handelsblatt 2013: „Bald könnten die Schweizer (Nestlé) auch in Deutschland eine umstrittene Einnahmequelle ausbauen, fürchten Kritiker – unser Grundwasser.“

Zur Übernutzung und Kommerzialisierung kommt die zunehmende Verschmutzung des Trinkwassers vor allem durch Landwirtschaft und Industrie, die für etwa 75 % des weltweiten Süßwasserverbrauchs stehen.

Tatsache ist: China hat seine Umweltschutzgesetze im vergangenen Jahr drastisch verschärft und scheint auch Willens diese durchzusetzen und Länder wie die Vereinigten Staaten, Indien, Pakistan, Iran, Saudi-Arabien oder Mexiko, deren Grundwasservorkommen heillos übernutzt sind, stehen unter enormen Druck den Mangel in den Griff zu bekommen. Für Deutschland, dessen Industrie in einem hohen Maß von Exporten abhängig ist und dessen Konzerne weltweit produzieren bedeutet das: Wassermanagement wird in vieler Hinsicht und schon in naher Zukunft ein wichtiger Faktor werden. Vor allem für Unternehmen, für deren Produkte oder Prozesse die Verwendung von Wasser eine Grundvoraussetzung ist.

Solch ein Unternehmen ist die kolb Cleaning Technology GmbH in Willich, Hersteller von Reinigungsmaschinen und Chemie für Elektronikbauteile und -werkzeuge. Die hier geschilderte Problematik ist beim weltweit agierenden Mittelständler allgegenwärtig.

Georg Pollmann, geschäftsführender Inhaber und zuständig für Entwicklung und Vertrieb und sein kaufmännisches Pendant Christian Ortmann legen Wert darauf, dass diese Thematik nicht nur Chefsache ist. „Sicher ist nicht jeder unserer Mitarbeiter über sämtliche Details der zunehmenden weltweiten Wasserknappheit informiert, aber wir fördern und fordern ein grundsätzliches Bewusstsein für schonenden und sparsamen Umgang mit Ressourcen im gesamten Unternehmen“, bekräftigt Ortmann. Und dies geschehe nicht auf Grund von Öko-Romantik, sondern vorwiegend im Vorausblick auf die Veränderung wirtschaftlicher Rahmenbedingungen.

So hat das Unternehmen sein komplettes Maschinenangebot bereits vor drei Jahren von einem unabhängigen Institut für Energie und Wasser sparenden Betrieb zertifizieren lassen. Trocknungsverfahren wie die patentierten VMH (Venturi Mixed Hot air) oder die CWA (Compressed Warm Air) Technologien leisten hohe Temperaturen bei geringst möglichem Energieeinsatz. Gut für die Umwelt, aber vor allem auch gut für die Betriebskosten.

Und die dürften sich überall dort, wo Wasser eingesetzt wird, in Zukunft deutlich erhöhen. Sei es durch staatliche Auflagen oder Steuern, sei es durch Privatisierung und damit Kommerzialisierung – vor allem wenn Visionen wie die erwähnte von Peter Brabeck-Letmathe wahr werden nach denen 98,5 % der (schwindenden) globalen Süßwasserreserven ein Wirtschaftsgut wie Erdöl werden sollen. Die Preissteigerungen, die Experten voraussagen, liegen in manchen Regionen bei 200 % und mehr.

kolb Cleaning Technology gilt als Pionier und bis heute Innovationstreiber der wässrigen maschinellen Reinigung in der Elektronikindustrie. Als Ende der 80er Jahre vor allem in der Werkzeugreinigung (Schablonen, Siebe, Lötrahmen, Carrier etc.) noch Lösemittel und Handarbeit der Normalfall waren, setzte man in Willich bereits auf alternative Reinigungsverfahren. Spätestens seit 2001 die 31. BImSchV (Verordnung zur Begrenzung der Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen bei der Verwendung organischer Lösemittel in bestimmten Anlagen) in Kraft trat, dürfen hierzulande Lösemittelreiniger nur noch massiv eingeschränkt verwendet werden.

2006 entwickelte das Unternehmen Neutralreiniger mit patentierter TernarySequence Technologie, die z.B. bei der maschinellen Schablonenreinigung erlauben auch ohne Wasser zu spülen.

Beim Einsatz wässriger alkalischer Reiniger wird man jedoch weiterhin Spülverfahren mit Trink- und oder DI-Wasser benötigen. Dementsprechend früh begann man sich bei kolb konsequenterweise das dabei entstehende, mit abgereinigten Schwermetallen kontaminierte Abwasser zu neutralisieren. Bereits vor zehn Jahren entwickelte man deshalb das erste Abwasseraufbereitungssystem. Seit 2008 gibt es das heute gängige WPSD200 mit dem Spülwasser mit einem zu hohen Schwermetall-Anteil von Blei, Zinn, Silber und Kupfer inklusive pH-Wert Regulierung so aufbereitet werden kann, dass es nach § 151, Anhang 40 WHG, Absatz 7a (Wasserhaushaltsgesetz) nach Antrag bei der örtlichen Behörde in das öffentliche Abwassersystem indirekt eingeleitet werden kann.

Lag zu Beginn des Jahrtausends der Fokus noch hauptsächlich auf der Reinhaltung des Wassers, so hat zwischenzeitlich dessen Verbrauchsreduzierung einen ähnlich hohen Stellenwert bekommen – Tendenz steigend. Entwicklungschef Georg Pollmann rechnet vor: Ein konventionelles Baugruppenreinigungssystem benötigt pro Zyklus ca. 100 Liter Frischwasser für die Spülung. Systeme ohne separaten Prozesstank, sogenannte Open Loop-Systeme, die nach dem Prinzip einer normalen Geschirrspülmaschine mit einem offenen Kreislauf ohne Prozesstanksysteme arbeiten, geben dieses Wasser nach jedem Reinigungsvorgang komplett in die Entsorgung. Bei acht bis zehn Zyklen pro Tag kommt man im Monat leicht auf 15.000 Liter Frischwasserverbrauch pro Maschine. Man schreibe nur eine kleine aktuelle Kostenzahl hinter jeden Liter und überlege sich, was aus dieser Zahl angesichts der rapide schwindenden Ressource in Zukunft werden wird.

Heinz Zimmermann, Geschäftsführer der kolb Asia Pacific PTY in Bankstown, Australien, kennt Wasserknappheit bereits aus ganz persönlicher Erfahrung. In seinem Land darf man lange nicht mehr den eigenen Rasen wässern, sein Auto waschen oder gar seinen Swimmingpool füllen und auch nur an zwei Tagen in der Woche seine Gartenpflanzen gießen – und dies auch nur zwischen sechs und acht und zwischen 20 und 22 Uhr.

Kein Wunder also, wenn man bei kolb Cleaning Technology generell keine Open Loop Systeme baut. Man setzt stattdessen auf vier Aspekte zur Minimierung des Wasserverbrauchs beim Bau seiner Reinigungsmaschinen: 1. Innovative Konstruktion und Abstimmung von Hard- und Software, 2. ClosedLoop Technik serienmäßig in jeder Maschine, 3. optional integrierbare CrossLoop Spülwasserrecyclingmodule und 4. externe CrossLoop Recyclingsysteme.

Grundsätzlich ist die Technologieentwicklung so ausgerichtet, dass die Reinigungsprozesse an sich schon weniger Wasser benötigen als bei gängigen Systemen üblich. Desweiteren ist jeder kolb Einkammer-Vollautomat mit einer ClosedLoop Technik ausgestattet, einem geschlossenen internen Kreislauf zur Wiederverwendung von Reinigungsflüssigkeit und Spülwasser. Als drittes besteht die Option, die Systeme mit einem integrierbaren CrossLoop Wasseraufbereitungsmodul auszustatten, was eine weiter gesteigerte Mehrfachnutzung des Spülwassers zur Folge hat. Als vierte Stufe besteht die Möglichkeit das Spülwasser über ein externes CrossLoop-System noch länger zu nutzen. CrossLoop Module und Systeme arbeiten mit einem mit dem Reinigungssystem kommunizierenden Kreuz-Kreislaufverfahren zur Rückgewinnung von Spülwasser.

‚Wasser sparen beginnt vor dem Verbrauch‘ ist eine Maxime der kolb Entwicklungsabteilung. Konstruktionsleiter Christian Smits und sein Team sind ständig auf der Suche nach Optimierung der vorhandenen und nach neuen Möglichkeiten. „Unser Ziel ist es, schon beim Basisprozess immer deutlich unter dem Marktdurchschnitt zu bleiben.“ Mit neuen, feinsten Düsenkanalgeometrien, ausgefeilter Pumpentechnik und intelligenter Prozesssoftware kommt beispielsweise ein PSB400 H70 Druck-Sprüh Wartungsreinigungssystem auf nur 35 Liter benötigte Spülwassermenge für einen Prozesszyklus in dem solch ein System beispielsweise 11 große Lötcarrier reinigen kann.

Die interne ClosedLoop Filterkonfiguration erlaubt in der Regel eine fünffache Wiederverwendung des Spülwassers. Mit einer Spülwassercharge lassen sich demnach 55 Carrier reinigen. Das entspricht einem effektiven Spülwasserverbrauch pro Carrier von ca. 0,6 Litern bzw. 636 Millilitern.

Stattet man das Reinigungssystem nun mit einem integrierbarem WPCL IU CrossLoop Recyclingmodul aus, wird eine ca. 35-fache Wiederaufbereitung des Spülwassers möglich und der Verbrauch pro Carrier beträgt nur noch 18,2 Milliliter. Die Installation der voll verkleideten kompakten Module erfolgt an der Rückseite der Reinigungssysteme und vergrößert deren Tiefe lediglich um ca. 400 Millimeter.

Verbindet man die Reinigungsanlage stattdessen mit einem externen WPCL 100 Recyclingsystem, erhöht sich die Wiederaufbereitungsrate auf das ca. 70-fache. Das vollautomatische SPS-gesteuerte Batch Recyclingsystem mit drei Vorlagetanks mit je 120 Liter Fassungsvermögen und integriertem Wasserwechselsystem kann problemlos über Kommunikationsleitungen an geeignete Systeme mit automatischem Wasserwechsel angeschlossen werden. Jetzt werden umgerechnet für das Spülen eines Carriers nur noch 9,1 Milliliter Wasser benötigt. Die Wasserersparnis gegenüber einem Open Loop System liegt dann bei beeindruckenden 98,6 %!

Bei Baugruppenreinigungssystemen sind die Verhältnisse nicht anders wie die nebenstehende Vergleichstabelle zeigt. Mit der entsprechenden Aufbereitung kann der Wasserverbrauch auf ein absolutes Minimum bis auf ein Prozent des Verbrauchs einer vergleichbaren Open Loop Anlage reduziert werden.

Bei kolb will man auch in Zukunft weiter intensiv die Energie- und (Ab-) Wassereinsparung bei seinen Produkten vorantreiben. Auch wenn der Wasserpreis bis dato in Deutschland noch kaum Betriebskostensensibilität habe und er z.B. in den USA noch nicht einmal die Hälfte davon betrage, könne man die weltweit rapide abnehmenden Süßwasserressourcen und deren zunehmende Privatisierung nicht aus den Augen lassen, so Pollmann. Diese Einstellung sei auch bereits bei vielen fortschrittlichen Kunden nicht nur aus Umwelt-, sondern auch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten durchaus vorhanden. So hat man 2014 als Generalunternehmer für das Siemens Elektronikwerk Amberg ein komplettes Waschzentrum für SMD Werkzeuge gebaut. Dort werden bei jedem Spülgang 1.800 Liter Spülwasser eingesetzt, ohne dass Abwasser entsteht. Das Spülwasser wird dort zunächst in den Reinigungsanlagen im ClosedLoop Verfahren regeneriert und nach jeweils zehn Spülgängen extern in einem speziellen Verfahren verdampft und dann im Kreislaufverfahren erneut dem Reinigungsprozess zugeführt. Einer der Kernpunkte des damaligen Lastenheftes ist für kolb Cleaning Technology sowohl Programm als auch Perspektive: Spülen ohne Abwasser. Christian Ortmann: „Weit vorausdenken bleibt bei uns Tagesgeschäft.“