Umweltbewertung: Neuer Workflow macht Luft- und Raumfahrtbranche nachhaltiger

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Immer mehr Industrien und Unternehmen reagieren auf den Klimawandel, indem sie Wege finden, ihren CO2-Fußabdruck zu verringern und Nachhaltigkeit im Unternehmen zur Priorität machen. Von diesen Entwicklungen ist auch die Luft- und Raumfahrtindustrie nicht ausgenommen. Dafür wurde ein Workflow entwickelt, der die Umweltbewertung von Werkstoffen und Verfahren bereits in die Konzeptionsphase integriert.

Umweltbewertung in der Praxis: Die kommerzielle Luftfahrt ist für etwa 2 bis 3 Prozent der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich. Herstellungsunternehmen in der Branche setzen sich Ziele zur Verringerung der Emissionen. Dazu zählt auch Rolls-Royce, die sich das Ziel gesetzt haben, im eigenen Betrieb bis 2030 Netto-Null zu erreichen und gleichzeitig andere Akteure der Branche zu unterstützen, ihre Emissionen bis 2050 auf Netto-Null zu reduzieren.

Nachhaltigkeit als zentraler Bestandteil der Designphase

In der Luft- und Raumfahrtindustrie fallen 80 Prozent der Produktlebenskosten in die Konzeptionsphase. In dieser werden Entscheidungen zu Materialien und Herstellung getroffen und die Effizienz des Gesamtsystems offengelegt. Deshalb ist es von entscheidender Bedeutung, bereits in dieser Phase nachhaltig zu denken und ökologische Designprozesse zu implementieren. So kann sichergestellt werden, dass die mit den Materialien und ihrer Herstellung gebundene Energie und der CO2-Ausstoß ermittelt und optimiert werden. Zudem haben Unternehmen auf diese Weise Zugriff auf Informationen zum Umwelteinfluss des Endprodukts vor der Fertigstellung mit geringem Zeit- und Kostenaufwand.

Das Pleiades-Projekt (Project Leading the Integration of Eco-design with Aerospace Development and Engineering Systems) ist ein wichtiger Versuch, die Nachhaltigkeitsbemühungen der Luft- und Raumfahrtindustrie zu verbessern. Pleiades wird von Ansys koordiniert und von Rolls-Royce PLC unter dem Thema „Industrial Eco-Design“ gesponsert, das in der zweiten Phase von Clean Sky 2 untergebracht ist. (Clean Sky ist ein Zusammenschluss großer Industrieunternehmen des europäischen Luftfahrtsektors.) Im Rahmen des Projekts wurde ein Workflow entwickelt, der die Umweltbewertung von Werkstoffen und Herstellungsverfahren für Luft- und Raumfahrtprodukte bereits in die Konzeptionsphase integriert, damit die Hersteller emissionsärmere und umweltfreundlichere Produkte herstellen können.

Es verfolgt dabei vier Hauptziele:

• Kombination von technischen, ökologischen, nachhaltigen und geschäftlichen Erwägungen, die alle auf die Auswahl von Materialien und Prozessen in Design-Workflows anwendbar sind;

• Integration und Nutzung verfügbarer primärer und sekundärer Umweltdaten während des gesamten Prozesses;

• bessere Konsistenz, Interoperabilität und ein besseres Verständnis der Risiken auf den verschiedenen Ebenen der Lebenszyklusanalyse gewährleisten;

• Integration in technische Arbeitsabläufe, um praktisches Ökodesign zu ermöglichen

Umweltbewertung und Nachhaltigkeitsauswirkungen

Über einen Zeitraum von vier Jahren analysierte, entwickelte und testete das Materials-Team bei Ansys einen Workflow für industrielles Ökodesign, um die Umwelt- und Nachhaltigkeitsauswirkungen von Flugzeugkomponenten bereits während der Konzeptionsphase zu bewerten. Dazu stellte Rolls-Royce interne Spezifikationen, Material- und Prozessdaten zur Verfügung, die in Ansys Granta MI Enterprise Materials Information Management Software Suite gespeichert wurden. Granta MI Enterprise ermöglicht mit Hilfe des Restricted-Substances-Moduls die Überprüfung von Materiallisten auf beschränkte Stoffe, kritische Materialien und Aspekte der sozialen Verantwortung von Konfliktstoffen. In Kombination mit den Material- und Prozessdaten aus MaterialUniverse können Informationen wie CO2-Ausstoß, Abfälle der Energieerzeugung und Wasserauswirkungen, die neben den technischen Leistungsdaten für ökologische Designprozesse verwendet werden, zugeordnet werden.

Ansys nutzte MaterialUniverse, einen Datensatz mit mehr als 4.000 kommerziell erhältlichen Materialien, um Referenzdaten auf Rolls-Royce-Spezifikationen abzubilden. MaterialUniverse enthält Daten zu Technik, Kosten und Umweltauswirkungen sowie umfassendere Nachhaltigkeitsinformationen – Auskünfte, die für eine fundierte Material- und Prozessauswahl sowie möglicher Ersatzentscheidungen so früh wie möglich im Konstruktionsprozess wesentlich sind. Mithilfe dieser leicht zugänglichen Referenzdaten konnten die Ingenieure die technische Leistung und die Umweltauswirkungen bewerten und so die Zeit für die Zuordnung von Umweltdaten zu komplexen Konstruktionen um das zehn- bis 100-fache reduzieren.

Das Pleiades-Projekt war für Ansys und Rolls-Royce ein voller Erfolg und ebnet den Weg zu umweltbewussteren Entscheidungen für die Branche. Es wurde eine Lösung gefunden, Best Practices für eine nachhaltige Herstellung in die Arbeitsabläufe der Luft- und Raumfahrttechnik zu implementieren. Die Offenlegung zentraler ökologischer, gesetzlicher und technischer Kennzahlen sowie die Rückverfolgbarkeit von Materialien wird immer wichtiger. Die im Rahmen von Pleiades entwickelten Werkzeuge und Methoden lassen sich in die bestehende umfassende Materialdatenbank von Ansys Granta integrieren, um die dringend benötigte zusätzliche Nachhaltigkeitsbewertung zu ermöglichen. Mit diesem Ansatz sind Ingenieure und Konstrukteure in der Lage, bessere Entscheidungen zu treffen und sicherzustellen, dass die Aspekte Nachhaltigkeit und Umweltbewusstsein berücksichtigt und integriert werden.

Nachhaltigere Zukunft für die Luft- und Raumfahrindustrie

Die Automatisierung und Standardisierung eines Prozesses für Umweltdaten in der Luft- und Raumfahrtindustrie ist ein komplexer, und gleichzeitig essenzieller Prozess, besonders aus Sicht der Endanwender, und es ist noch ein langer Weg zu gehen.

Ansys unterstützt und fördert eine nachhaltige Zukunft der Luft- und Raumfahrtindustrie, indem es eine Lösung bereitstellt, der nicht nur die Entscheidungsfindung in der Konstruktion beschleunigt, sondern es den Herstellern auch ermöglicht, die Nachhaltigkeitsbemühungen und Umweltbewertung innerhalb ihrer Organisation voranzutreiben und so letztlich das Unternehmen und die Branche in eine bessere Zukunft zu führen.

Von Donna Dykeman.

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