Iron and steel production is one of the most resource and energy demanding industries around the world. Throughout the life cycle of iron and steel products, the intensive use of raw materials and energy results in contributions to a wide range of environmental impacts. This study conducts a life cycle assessment (LCA) for iron and steel production in Turkey using SimaPro software and IMPACT 2002+ impact assessment method with the purpose of comparing the impacts of life cycle stage (coke making, sintering, iron making, steel making) and final products (billet, slab, hot rolled wire rod, hot rolled coil). The system boundary was set as cradle-to-gate, the functional unit was selected as 1 ton of product, and the study was conducted using the inventory data collected from one of the three integrated iron and steel facilities representing the majority of the industry in Turkey. Different production scenarios for the final products were also evaluated to see the variation in the total impacts. The results indicated that, liquid steel production process exhibited the highest total environmental impact, which was followed by sinter production. Coke production process showed the highest impact on depletion of non-renewable energy sources. The comparison of the impacts for different final products revealed that hot rolled coil causes the highest total environmental impact. Moreover, the environmental impact of mechanical workshop of the facility was found negligible when compared to the production processes.

Produktivitätssteigerung und Effizienzsteigerung sind Ziele, die durch marktwirtschaftlichen Wettbewerb vielfach zum Standardrepertoire der Entwicklung sowie der kontinuierlichen Verbesserung gehören. Trotzdem besteht hinsichtlich der Energieeffizienz in der Produktion noch immer dringender Handlungsbedarf. Auch wenn ein großer Teil aller Umweltauswirkungen eines Produktes in Entwicklung und Konstruktion festgelegt werden und in der Nutzungsphase anfallen, besteht der Handlungsbedarf zunächst in der Produktion. Ohne Transparenz hinsichtlich des verursachten Energiebedarfs zur Herstellung eines Produktes in der Produktion, kann dieser in der Konstruktion nicht berücksichtigt und daher nicht zielgerichtet minimiert werden. Weiterhin werden sehr viele Produkte für die Industrie wiederum in der Produktion eingesetzt und sind damit in ihrer Lebensphase Verursacher des Energiebedarfs in der Herstellungsphase der nächsten Generation von Produkten. Gegenstand dieser Arbeit ist es die Grundlage zur zielgerichteten Erfassung und Dokumentation des Energieeinsatzes in der Produktion am Beispiel von Prozessketten rund um Fügeprozesse zu untersuchen und einen Kennwert zu entwickeln, der in der Produktion erfasst und in der Konstruktion sowie der Arbeitsvorbereitung verwendet werden kann, um den Energiebedarf zunächst zu beurteilen und im Weiteren nachhaltig zu reduzieren. Diese Arbeit liefert das Werkzeug, um Transparenz zu schaffen und damit im Folgenden den produktspezifischen Energiebedarf in der Produktion zu reduzieren. Im Ergebnis wird ein Kennwert entwickelte der zusätzlich geeignet ist als dynamischer Leistungsindikator in der Prozessoptimierung und im Fabrikbetrieb verwendet zu werden.:1 Einleitung 1.1 Zielsetzung 1.2 Abgrenzung des Betrachtungsbereiches 2 Energie im Produktlebenszyklus – Stand der Technik 2.1 Produktlebenszyklus 2.1.1 Lebenszyklusanalyse 2.1.2 Kumulierter Energieaufwand (KEA) 2.1.3 Produktentwicklung und Konstruktion 2.2 Energie- und ressourceneffiziente Produktion 2.3 Prozessketten 2.4 Resümee der Analysen des Stands der Technik 3 Fügeprozesse im Produktlebenszyklus – eine naturwissenschaftliche Betrachtung 3.1 Energie im Schweißprozess 3.2 Schweißtechnologien im Zentrum der Betrachtung 3.2.1 Metallschutzgasschweißen 3.2.2 Laserschweißen 3.2.3 Reibrührschweißen 3.2.4 Hybridisierung von Schweißverfahren 3.3 Fügeprozessketten 3.3.1 Vorbereitung und Nachbereitung 3.3.2 Trennen 3.3.3 Spanende Bearbeitung - Nahtvorbereitung 3.3.4 Richten 3.3.5 Reinigen 3.4 Energieeinsatz in Fügeprozessen 3.5 Energieeffizienz 3.5.1 Physikalische Betrachtung 3.5.2 Thermodynamische Analyse 3.5.3 Primär-Sekundär-Analyse 4 Handlungsbedarf 5 Energieeffizienz in Fügeprozessketten 5.1 Kritische Diskussion des Kennwertes der Streckenenergie 5.2 Definition des Kennwertes des spezifischen Energiebedarfs 5.3 Berechnung von spezifischen Energiebedarfen 5.3.1 Betriebszustände 5.3.2 Systemgrenze 5.3.3 Berücksichtigung von nicht-elektrischen Energieformen in der Bilanzierung 5.3.4 Elektrisches Äquivalent von Energiebedarfen aller Art 5.3.5 Unterscheidung primärer und sekundärer Verbraucher 5.3.6 Unterscheidung dynamischer und statischer Energiebedarfe 5.4 Energiemesssystem 5.5 Bestimmung von Energieprofilen einzelner Fertigungsverfahren 5.5.1 Wirkungsgradketten bei Schweißprozessen 5.5.2 Steckdoseneffizienz 5.5.3 „Verlustarten“ 5.5.4 Übertragung auf verwandte Prozessvarianten 5.6 Energiedaten von Alternativprozessen 5.6.1 Vorgehen bei andersartigen Technologien 5.6.2 Entwicklung einer alternativen Herangehensweise 5.7 Reichweite der Energieprofile auf Ebene einer Fertigungstechnologie 5.8 Wertschöpfung an „Verlustleistungen“ 6 Anwendung 6.1 Betrachtung der Prozesskette 6.2 Berechnung spezifischen Energiebedarfs für das MIG-Schweißen 6.2.1 Unterscheidung primärer und sekundärer Verbraucher 6.3 Berechnung des spezifischen FSW-Energiebedarfs 6.4 Ergebnis 7 Zusammenfassung und Ausblick 7.1 Zusammenfassung 7.2 Ausblick 8 Literatur 8.1 Abbildungsverzeichnis 8.2 Tabellenverzeichnis A Anhang A-1 Typische Betriebszustände A-2 Vergrößerte Abbildungen A-3 Abbildungen „in Anlehnung“