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Substitution von Materialien

Neben einem effizienteren Einsatz von Rohstoffen und Materialien ist die Substitution, also der gleichwertige Ersatz kritischer und endlicher Ressourcen in Produkten, ein Weg zu mehr Unabhängigkeit vom krisenanfälligen globalen Rohstoffmarkt und zu mehr Umweltfreundlichkeit für Unternehmen. Die Material- oder Stoffsubstitution hat zum Ziel, Materialien und Stoffe durch alternative Materialien zu ersetzen. Hier kommen beispielsweise Sekundärrohstoffe zum Einsatz sowie Rohmaterial mit umweltverträglicheren und effizienteren Herstellungsprozessen oder aus nachwachsenden Rohstoffen. Ziel ist es, den Eigenschaften des zu substituierenden Materials oder Stoffs möglichst ähnlich und gerecht zu werden mit geringeren Umweltauswirkungen und ökonomischen Risiken.

• REZ Lexikon: Materialsubstitution

Weitere Vorteile der Materialsubstitution liegen auf der Hand. Durch Substitute können der Einsatz toxischer und umweltschädlicher Substanzen reduziert, effizientere Werkstoffe eingesetzt und geänderte Kundenanforderungen berücksichtigt werden. Diese Vorteile sind jedoch nicht bei allen Substituten gegeben. Der Ersatz eines Materials durch ein anderes kann mitunter durch eine andere Motivation gelenkt sein wie z. B. geringere Preisschwankungen, niedrigere Beschaffungskosten oder auch eine höhere Verfügbarkeit. Weiterhin ist nicht jeder Betriebsstoff durch einen Stoff substituierbar, der bei gleicher Funktionalität bessere ökonomische oder ökologische Eigenschaften aufweist.

Die Auswahl des Werkstoffs ist entscheidend für die Ressourceninanspruchnahme eines Produkts in allen Phasen des Lebenswegs. Die Materialsubstitution beginnt bereits bei einer ressourcenschonenden Auswahl der Ausgangsmaterialien. Sie setzt sich beim ökologischen Produktdesign (Ökodesign) fort durch die Optimierung der Funktion, Lebensdauer und der Möglichkeit eines späteren Materialrecyclings und einer Verarbeitung ohne größere Umweltauswirkungen. Eine entscheidende Frage ist, wie dieses Material am Ende seiner Lebenszeit, entsprechend des Cradle-to-Cradle-Ansatzes, als Ausgangsstoff für die erneute Herstellung von Produkten verwendet werden kann.

Beispiele für Substitute:

• Die Nutzung von biobasierten und bioabbaubaren Hilfs- und Betriebsstoffen als Substitut zu Stoffen basierend auf fossilen Rohstoffen hat einige Vorteile. Durch die Substitution von fossilen Rohstoffen ist das Unternehmen unabhängiger von Preisschwankungen der Rohstoffe (wie beispielsweise bei Rohöl). Auch der Ressourcenverbrauch kann in der Herstellung geringer sein. Eine biologische Abbaubarkeit ermöglicht den Einsatz in umweltsensiblen Bereichen und schlussendlich werden aufwendig zu entsorgende Abfälle vermieden. Beispiele für biobasierte und biologisch abbaubare Hilfs- und Betriebsstoffe gibt es viele, wie biobasierte Kühlschmierstoffe oder nachhaltige Beschichtungen von Möbelflächen.
  VDI ZRE: Materialsubstitution von Hilfs- und Betriebsstoffen
  
  
• Durch Ersatzbrennstoffe oder Sekundärbrennstoffe werden Brennstoffe aus fossilen Quellen durch Abfälle substituiert. Diese entstammen verschiedenen Quellen wie dem Hausmüll oder Industrie- und Gewerbeabfälle und können in fester, flüssiger oder gasförmiger Form vorliegen. Sie werden als Brennmaterial je nach Zweck aufbereitet und kommen vor allem in Zement-, Stahl, Braunkohle- und Industriekraftwerken zum Einsatz.
  LfU: UmweltWissen – Produkte und Abfall - PDF
  
  
• Kupfer ist einer der kritischen Rohstoffe, der sich je nach Anwendung gut ersetzen lässt. Beispiele für Substitute von Kupfer sind in der Telekommunikation und Datenübertragung der Einsatz von Glasfaserkabeln, Aluminium in elektrischen Geräten, Titan und Stahl in Wärmetauschern oder Kunststoffe in Wasserleitungen und Abflussrohren.
  IZT: Kritische Rohstoffe für Deutschland (Berlin, 30.11.2011) - PDF

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