Ketenanalyse vermogenselektronica module
Reference number 4957-10027/DIV/001 Version : 1.0
Project number 4957-10027 Date : 10-12-2010
Utrecht, 10 december 2010 Auteur: Alco Kieft (Primum/adviseur Primum)) Nagezien door: Arnold Lagerweij (Alstom Transport BV/Technisch Projectleider) Versie: 1.0
© ALSTOM Transport B.V. Alle rechten voorbehouden. Niets mag worden verveelvoudigd, opgeslagen, gebruikt of openbaar gemaakt zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van ALSTOM Transport B.V.
Page 1/29
TRANSPORT VERSIEBEHEER Author A. Kieft
57-10027 V1.0
Version 1.0
Date 10-12-2010
§
Remarks
Alle
Ketenanalyse IPM750
Blz 2/29
TRANSPORT
Table of Content 1 INLEIDING ......................................................................................................................... 4 1.1 DOELSTELLING ....................................................................................................................................................... 4 1.2 LEESWIJZER........................................................................................................................................................... 5
2 DE ALSTOM TRANSPORT WAARDEKETEN & DE RELEVANTE SCOPE 3 EMISSIE CATEGORIEËN ....................... 6 2.1 EEN VERMOGENSELEKTRONICA MODULE ALS RELEVANTE KETENANALYSE .......................................................................... 6
3 IDENTIFICEREN VAN PARTNERS BINNEN DE WAARDEKETEN ............................................................. 7 3.1 VASTSTELLEN SYSTEEMGRENZEN ............................................................................................................................... 7 3.2 IPM750 VERMOGENSELEKTRONICA MODULE .............................................................................................................. 8 3.3 VOORNAAMSTE COMPONENTEN IPM750 ................................................................................................................... 8 3.4 PARTNERS IN DE IPM750 WAARDEKETEN ................................................................................................................ 10
4 KWANTIFICEREN VAN DE CO2-EMISSIES................................................................................... 11 4.1 DATAVERZAMELING ............................................................................................................................................... 11 4.2 KARAKTERISATIE METHODE .................................................................................................................................... 11 4.3 AANNAMES ......................................................................................................................................................... 11 4.4 RESULTATEN ........................................................................................................................................................ 12
5 REDUCTIEMOGELIJKHEDEN ................................................................................................... 15 6 DISCUSSIE ....................................................................................................................... 16 7 CONCLUSIE....................................................................................................................... 17 BRONVERMELDING ............................................................................................................... 18
Bijlage BIJLAGE 1: BOM IPM750 ..................................................................................................... 19 BIJLAGE 2: PRODUCTIE ALUMINIUM LEGERING ALMGSI ................................................................... 21 BIJLAGE 3: STAAL PRODUCTIE ................................................................................................... 22 BIJLAGE 4: STAAL BEWERKING ................................................................................................. 23 BIJLAGE 5: CONDENSATOREN................................................................................................... 24 BIJLAGE 6: IGBT POWERMODULES ............................................................................................ 25 BIJLAGE 7: KOPER PRODUCTIE .................................................................................................. 26 BIJLAGE 8: KOPER BEWERKING ................................................................................................ 27 BIJLAGE 9: PRINTPLAAT PRODUCTIE LOODBEVATTEND ..................................................................... 28 BIJLAGE 10: PRINTPLAAT PRODUCTIE LOODVRIJ ............................................................................. 29 57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 3/29
TRANSPORT
1 INLEIDING Alstom Transport is als leverancier van duurzame railoplossingen wereldwijd actief. Met rollend materieel producten zoals metro, tram en trein, en treinbeveiligingssystemen is Alstom Transport een promotor van duurzaam transport en heeft duurzaamheid in haar bedrijfsvoering verankerd. Onze innovatieve, milieuvriendelijke technologieën vormen een benchmark op het gebied van spoortransport. We zetten ons in om de meest energie-efficiënte producten en technologieën met zo laag mogelijk emissie te leveren. Tevens zetten we ons in om onze eigen bedrijfsvoering zo schoon en zuinig mogelijk te maken. Per 1 december 2009 heeft ProRail de CO2-prestatieladder geïntroduceerd. Het doel van de CO2-prestatieladder is om bedrijven die deelnemen aan aanbestedingen uit te dagen en te stimuleren hun eigen CO2-productie te kennen en te verminderen. De stimulans voor bedrijven om hierin te participeren is het voordeel wat gehaald kan worden bij aanbestedingen doormiddel van een (fictieve) korting op de inschrijvingsprijs. Hoe hoger een bedrijf op de CO2prestatieladder staat hoe hoger de korting oploopt, tot een maximum van 10%. Dit initiatief vanuit ProRail is een goed uitgangspunt voor Alstom Transport om te werken aan CO2-management en sluit ook aan op de duurzaamheids missie van Alstom Transport. Op 20 september zag Alstom Transport haar inspanningen beloond door het behalen van het CO2-bewustzijn certificaat niveau 3. Niveau 3 van de CO2-prestatieladder is met name gericht op de integratie van CO2-management en bewustzijn in de interne bedrijfsvoering. Alstom Transport heeft nu de ambitie om met haar ervaringen buiten de bedrijfsgrenzen te treden en het CO2-bewustzijn te verspreiden door de gehele waardeketen. Deze ambitie moet concreet vorm krijgen middels het behalen van het CO2-bewustzijn certificaat niveau 4. Het integreren van de waardeketen in het CO2-management systeem is een centraal thema in het CO2-bewustzijn certificaat niveau 4. Een belangrijke manier om inzicht te krijgen in de reductiemogelijkheden buiten de bedrijfsgrenzen is het uitvoeren van twee ketenanalyses. Alstom Transport heeft hiervoor twee onderwerpen gekozen: de vermogenselektronica module en de hybride rangeer locomotief. Dit document beschrijft de ketenanalyse van de vermogenselektronica module. Voor de ketenanalyse van de hybrid loc wordt verwezen naar het document `Ketenanalyse Hybrid Loc; toepassing bij rangeeractiviteiten’. De ketenanalyse is in samenwerking met duurzaamheidsadviesbureau Primum opgesteld.
1.1 DOELSTELLING Om de CO2-footprint van een bedrijf in beeld te brengen wordt een onderscheid gemaakt tussen scope 1, scope 2 en scope 3. De uitstoot in scope 1 geeft aan hoeveel CO2 direct door het bedrijf wordt uitgestoten. Hieronder valt bijvoorbeeld gas- en dieselverbruik en andere brandstoffen. Onder scope 2 valt de uitstoot die indirect door het bedrijf wordt veroorzaakt. Dit is bijvoorbeeld het elektriciteitsverbruik dat wel door Alstom Transport wordt gebruikt, maar waarvan de CO2-uitstoot door de elektriciteitproducent wordt uitgestoten. In scope 3 wordt de uitstoot verzameld die wel ontstaan vanuit de activiteiten van Alstom Transport, maar die uitgestoten worden door bronnen die niet eigendom zijn van het bedrijf zelf. Hierbij kan men denken aan een leverancier of ingehuurde transporteur.
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 4/29
TRANSPORT De doelstelling van het opstellen van deze ketenanalyse is tweeledig. Enerzijds heeft Alstom Transport graag inzicht in de scope 3 emissies die tijdens de productie van de vermogenselektronica wordt uitgestoten, zodat een bijdrage geleverd kan worden aan het reduceren van de CO2-uitstoot binnen deze waardeketen. Anderzijds verstrekt Alstom Transport graag informatie aan de sector over de invloed van de productie van een vermogenselektronica module op de CO2-uitstoot binnen de keten. De doelgroep van deze ketenanalyse bestaat daarmee uit Alstom Transport zelf alsmede sectorgenoten die vanuit hun vergelijkbare activiteiten ook vergelijkbare CO2-emissies veroorzaken binnen de keten.
1.2 LEESWIJZER Volgens het GHG-protocol dient een ketenanalyse de volgende stappen te doorlopen [GHG, 2004]: 1. 2. 3. 4.
Beschrijving van de waardeketen Bepalen van relevante scope 3 emissie categorieën Identificeren van de partners binnen de waardeketen Kwantificeren van de scope 3 emissies
Stap 1 en 2 staan uitvoerig beschreven in het document ‘Ketenanalyse Hybrid Loc; toepassing bij rangeeractiviteiten’ en worden om die reden maar kort besproken in dit document.
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 5/29
TRANSPORT
2 DE ALSTOM TRANSPORT WAARDEKETEN & DE RELEVANTE SCOPE 3 EMISSIE CATEGORIEËN In het document ‘Ketenanalyse Hybrid Loc; toepassing bij rangeeractiviteiten’ wordt de waardeketen van Alstom Transport beschreven. Om tot een goede keuze voor twee ketenanalyses te komen is rekening gehouden met de (rand)voorwaarden die ProRail stelt. Het bepalen van de relevante scope 3 emissie categorieën en het kiezen van de uit te voeren ketenanalyses staat tevens beschreven in het document ‘Ketenanalyse Hybrid Loc; toepassing bij rangeeractiviteiten’. Uit alle bekeken opties blijken de ‘Hybrid Loc’ en ‘vermogenselektronica module’ naar verwachting grote CO2emissies te veroorzaken binnen Scope 3. Tevens denkt Alstom Transport samen met haar partners voldoende invloed te hebben om tot reducties binnen de waardeketen te komen. Er is gekozen voor de volgende twee ketenanalyses: •
•
Hybrid Loc: De productie van de benodigde onderdelen en de emissies tijdens het gebruik van de hybrid loc in vergelijking met de emissies van een reguliere rangeerlocomotief. Deze ketenanalyse valt binnen de ‘Extraction of purchased materials and fuels” en Transport-related activities” en ‘Use of sold products & services” categorieën van het GHG-protocol. Vermogenselektronica module: De toeleveringsketen van de benodigde halffabricaten aan Alstom Transport voor de productie van deze vermogenselektronica module. Deze ketenanalyse valt binnen de ‘Extraction of purchased materials and fuels’ en ‘Transport-related activities’ categorieën van het GHG-protocol;
Dit document beschrijft de ketenanalyse van de vermogenselektronica module.
2.1 EEN VERMOGENSELEKTRONICA MODULE ALS RELEVANTE KETENANALYSE Alstom Transport produceert per jaar een groot aantal vermogenselektronica modules. Alleen van het type IPM750 zijn er in 2009 al 114 geproduceerd. Aangezien alle materialen pasklaar worden ingekocht valt alle CO2-uitstoot van de componenten binnen de Scope 3 emissies van Alstom Transport. Hiernaast bevat een vermogenselektronica module meerdere componenten die naar verwachting een hoge CO2uitstoot genereren tijdens de winning van de noodzakelijke grondstoffen en het produceren van het component. Aangezien Alstom Transport de modules zelf ontwerpt bestaat er een aardige invloed op het type en de hoeveelheid gebruikt materiaal. Deze ketenanalyse kan o.a. bijdragen aan inzicht in de mate waarin bepaalde componenten bijdragen aan de CO2-uitstoot binnen de toeleveringsketen. Een dergelijk inzicht draagt bij aan het maken van bewuste keuzes voor bepaalde componenten op het gebied van CO2-uitstoot.
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 6/29
TRANSPORT
3 IDENTIFICEREN VAN PARTNERS BINNEN DE WAARDEKETEN Ten eerste worden de systeemgrenzen vastgesteld om duidelijk te maken welke processen wel en niet meegenomen worden binnen de analyse. Hierna worden de activiteiten en de partners geïdentificeerd.
3.1 VASTSTELLEN SYSTEEMGRENZEN Het doel van deze ketenanalyse kan alsvolgt beschreven worden:
‘Voor één vermogenselektronica module van het type IPM750 een inschatting maken hoeveel CO2 er uitgestoten is tijdens de grondstofwinning voor- en productie en transport van de gebruikte componenten’ Binnen de systeemgrenzen vallen de voornaamste componenten zoals gebruikt in de IPM750 module. De selectie van de voornaamste onderdelen wordt in het volgende hoofdstuk besproken. Voor de voornaamste componenten wordt beide de winning van ruwe grondstoffen tot basisproduct en de bewerking van het basisproduct tot een pasklaar component binnen de systeemgrenzen meegenomen. Buiten de systeemgrenzen vallen de CO2-uitstoot tijdens de assemblage van de module. Aangezien alle componenten pasklaar aan Alstom Transport geleverd worden en de assemblage in minder dan één dag uitgevoerd wordt zal de CO2-uitstoot tijdens assemblage erg laag zijn. Bij de IPM750 module is er geen sprake van een ‘gebruikersfase’ aangezien de module zelf geen elektriciteit gebruikt. De demontage en recycling, danwel afvalverwerkingfase vormt geen onderdeel van deze ketenanalyse. De invloed van Alstom Transport op de CO2-uitstoot binnen de keten wordt voornamelijk gevormd door de mogelijkheid om tijdens de ontwerp fase te kiezen voor bepaalde componenten. Een afbakening bij de toelevering van de pasklare componenten aan Alstom Transport is daarmee een gerechtvaardige keus.
winning van grondstoffen
transport
bewerking tot pasklaar component
transport
assemblage van module
transport
demontage en recycling
Figuur 1: Processtappen en systeemgrenzen
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 7/29
TRANSPORT 3.2 IPM750 VERMOGENSELEKTRONICA MODULE De IPM750 vermogensmodule wordt veelvuldig toegepast in door Alstom Transport geleverd tractie-installaties voor trolleybussen, trams metro’s en treinen. De IPM 750 vermogensmodule is daartoe uitgerust met drie fase-takken (halvebrug schakelingen) bestaande uit drie parallelgeschakelde IGBTs inclusief gate driver. Daarnaast is de voor het schakelgedrag benodigde condensator op de module ondergebracht. Deze condensator doet daarnaast dienst als filtercondensator, welke voor de toepassing benodigd is. Met de IPM750 zijn verschillende functionaliteiten te realiseren door het toevoegen van de benodigde passieve componenten (transformator, spoel, weerstand etc.) en het aanbieden van een bijbehorend pulspatroon. Tot deze functionaliteiten dienen die van lijnconverter (vierqudrantenbrug, up- en downchopper), inverter, ankerchopper en remchopper gerekend te worden. Een vermogenselektronica module bestaat uit vele verschillende componenten. Aangezien de assemblage van de module door Alstom Transport wordt uitgevoerd is er exact bekend welke componenten dit zijn. Een zogenaamde Bill Of Materials (BOM-lijst) geeft een overzicht van alle componenten. Deze is bijgevoegd in Bijlage 1. Deze BOM-lijst bevat componenten van minder dan 5 gram tot aan componenten van meerdere kilogrammen. De grotere componenten dragen veelal meer bij aan de CO2-uitstoot dan de kleinere componenten. Om deze reden is er een selectie uitgevoerd van de voornaamste componenten.
3.3 VOORNAAMSTE COMPONENTEN IPM750 Op basis van de volgende criteria kan er binnen een ketenanalyse gekozen worden om een bepaalde input-, danwel output stroom niet mee te nemen [Simapro, 2008]: Als de massa lager is dan een bepaalde waarde Als de economische waarde minder is dan een bepaalde waarde Als de bijdrage aan CO2-uitstoot lager is dan een bepaalde waarde
• • •
Binnen deze analyse is de massa van de componenten als voornaamste selectiecriteria gehanteerd. De volgende stappen zijn hierin ondernomen: 1.
Bepalen van de grootste componenten binnen de module op basis van ‘common sense’.
2.
Bepalen wat de materiaalsamenstelling van deze componenten is;
3.
Berekenen en/of wegen van deze componenten;
4.
Vergelijken van de massa van de totale module met de gezamenlijke massa van de voornaamste componenten om te bepalen of het overgrote gedeelte van de module uit deze voornaamste componenten bestaat;
Alstom Transport koopt alle componenten in zoals aangegeven op de BOM-lijst. Al deze componenten zijn klaar voor assemblage. Alstom Transport voert zelf geen bewerkingen uit, zoals het bewerken van staalplaat en/of koperplaat tot de gewenste vorm. Echter, aangezien het ontwerp door Alstom Transport is uitgevoerd is er exact bekend uit welke materialen de verschillende componenten bestaan. Bij het bepalen van de voornaamste componenten is gebruik gemaakt van deze informatie. Onderstaande tabel geeft een overzicht van de voornaamste componenten en de massa per stuk. Tevens staat aangegeven op welke wijze de massa bepaald is. 57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 8/29
TRANSPORT
Massa Component
Aantal
Massa / stuk
bijdrage
(kg)
(kg)
Materiaal/type
Massabepaling
Koellichaam
1 Aluminium (AlMgSi)
21,6
21,60 Berekening
Strippenpakket
1 Koper
3,90
3,90 Berekening
Staalplaat 1*
1 Staal
6,65
5,13* Ontwerptekening
Staalplaat 2*
1 Staal
1,73
1,33* Ontwerptekening
Vermogenscondensator
3 750 uF
6,8
20,40 Gewogen
Vermogenscondensator
6 0,75 uF
0,099
0,59 Gewogen
IGBT powermodules
9 150A 1700V
0,34
3,06 Gewogen
Printplaat
3 P-IDB1
0,14
0,42 Gewogen
Aansluitstrip*
1 Koper
0,15
Koperdraad
1 Koper, 35mm2
0,25 Totaal:
0,12* Ontwerptekening 0,25 Schatting 56,79
Tabel 1: Voornaamste componenten binnen de IPM750 module. Voor uitleg van * zie hieronder.
* Van staalplaat nr. 1 en nr. 2 en de koper aansluitstrip worden door de leverancier verschillende componenten voor Alstom Transport vervaardigd. Uit staalplaat 1 worden o.a. stalen support platen gemaakt. Deze worden vervolgens aan Alstom Transport geleverd. Uit staalpaat 2 wordt voornamelijk een montageplaat voor de printplaten vervaardigd. Ook dit wordt niet door Alstom Transport zelf uitgevoerd. Aangezien er materiaalverliezen bestaan tijdens de productie van de componenten uit de staalplaten en de koperstrip is de massa bijdrage van deze componenten binnen de module lager dan de massa / stuk zoals aangegeven in tabel 1. Op basis van een verlies van 22,8% tijdens de productie van staal tot eindproduct [EcoInvent] en een verlies van 22,9% tijdens de productie van koper tot eindproduct [EcoInvent] is berekend dat de voornaamste componenten voor 56,79 kg bijdragen aan de massa van de totale IPM750 module. De totale massa van de IPM750 module bedraagt volgens het typeplaatje 60 kg. De bovengenoemde voornaamste componenten beslaan daarmee ~95% van de totale massa van de module. De rest van de massa bestaat uit diverse bouten/moeren/borgringen en (koper)kabels. Aangezien het geringe gewicht van al deze kleine componenten is besloten deze niet mee te nemen binnen de verdere analyse. Voor de voornaamste componenten wordt in het volgende hoofdstuk de CO2-uitstoot tijdens de toeleverketen berekend.
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 9/29
TRANSPORT
3.4 PARTNERS IN DE IPM750 WAARDEKETEN
Massabijdrage Component Koellichaam Strippenpakket
(kg)
Leverancier
Locatie
21,60
Deltour Amsterdam
3,90
Rogers Gent, België
Staalplaat 1*
5,13*
Boers & Co Schiedam
Staalplaat 2*
1,33*
Boers & Co Schiedam
Vermogenscondensator 750 uF
20,40
Vermogenscondensator 0,75 uF
0,59
IGBT powermodules
3,06
Printplaat
0,42
Aansluitstrip* Koperdraad
KWx Oud-beijerland Added Value Electronics Dordrecht
0,12* 0,25
Infineon Großostheim nabij Frankfurt Azteco Zwijndrecht Boers & Co Schiedam Romal Utrecht
Tabel 2: Alstom Transport leveranciers van voornaamste componenten
* Boers & Co levert pasklare componenten aan Alstom Transport aan. Gegevens over de staalplaten die door Boers & Co gebruikt worden zijn afkomstig uit de ontwerptekeningen zoals bekend bij Alstom Transport. Opvallend is dat de meeste leveranciers op relatief kleine afstand van Alstom Transport gevestigd zijn. De CO2uitstoot tijdens het vervoer van deze leveranciers naar Alstom Transport te Ridderkerk wordt meegenomen binnen deze analyse, zodat dit vergeleken kan worden met de CO2-uitstoot tijdens de andere processtappen.
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 10/29
TRANSPORT
4 KWANTIFICEREN VAN DE CO2-EMISSIES 4.1 DATAVERZAMELING De data die gebruikt is voor deze ketenanalyse is voornamelijk afkomstig van de volgende bronnen: Bill-Of-Materials. Deze lijst geeft een overzicht van alle componenten van de IPM750. Zie bijlage 1;
•
Arnold Lagerweij (Technisch Projectleider) voor de interpretatie van de BOM-lijst, het bepalen van de
•
voornaamste componenten en het berekenen van de massa; Robert Quint (Buyer) voor de leveranciers van deze voornaamste componenten en het aantal ingekochte
•
koellichamen in 2009. De aanwezige data is aangevuld d.m.v.: •
De Ecoinvent database [Ecoinvent] voor het bepalen van de CO2-uitstoot tijdens de grondstofwinning voor- en productie van de voornaamste componenten;
•
Google Maps voor een inschatting van de transportafstanden.
4.2 KARAKTERISATIE METHODE Gegevens afkomstig uit de Ecoinvent 2.0 database zijn omgerekend naar CO2-uitstoot door gebruik te maken van de Greenhouse Gas Protocol v1.00 / CO2 eq (kg) karakterisatie methode.
4.3 AANNAMES Per component wordt uiteengezet welke gegevens gebruikt zijn voor de berekening van de CO2-uitstoot tijdens de toeleveringsketen. De EcoInvent 2.0 database bevat kengetallen voor de voornaamste materiaalsoorten en bewerkingstechnieken. De gemaakte aannames voor het kiezen van bepaalde kengetallen staat aangegeven. Het coaten van de verschillende componenten vormt geen onderdeel van deze analyse. Dit aangezien, in de regel, een coatlaag erg dun is in vergelijking met het gecoate materiaal. De CO2-uitstoot van het coaten is daarmee te verwaarlozen t.o.v. de productie en bewerking van het gecoate materiaal.
Koellichaam Het koellichaam bestaat uit een aluminium legering 0.5 F22 DIN 1725. De chemische samenstelling van een DIN 1725 aluminium legering wordt gegeven in Comhan, 2008; Al 97,95%, Si 0,6%, Mg 0,6%, Pb 0,05%, Cr 0,05%, Ti 0,10%, Zn 0,15%, Mn 0,10%, Cu 0,10%, Fe 0,30%. Het kengetal in de EcoInvent 2.0 database van AlMg3 is aangepast met bovenstaande waarde om tot de CO2-uitstoot van AlMgSi te komen, zie bijlage 2.
Staalplaat 1 & 2 Voor de staalplaten is gebruik gemaakt van een kengetal voor een productiemix van verschillende typen staal en hot rolling. De productiemix is hierbij gebaseerd op de consumptie mix binnen europa van staal, zie bijlage 3. De waarde voor de bewerking van de staalplaat tot een pasklaar eindproduct bevat de gebruikte machines alsmede de fabriek waar de bewerking plaatsvindt. Hierbij is het materiaalverlies tijdens de bewerking niet meegenomen, aangezien de massa van de staalplaten de massa voor bewerking betreft, zij bijlage 4.
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 11/29
TRANSPORT Vermogenscondensatoren De 750 uF vermogenscondensatoren zijn zogenaamde Metalized PolyPropylene (MPP) condensatoren. Er is gebruik gemaakt van een standaard waarde voor een Capacitor, film, through-hole mounted. Deze waarde omvat de input van ruwe materialen en productie activiteiten, zie bijlage 5.
IGBT powermodules De IGBT powermodules zijn van het type INFINEON BSM150GB170DN2. Specificaties zijn te vinden in [Infineon, 1997]. Aangezien de IGBT powermodule een zeer complex en specifiek component betreft is er geen kengetal beschikbaar. Er is gebruik gemaakt van een waarde van een standaard grote transistor, zie bijlage 6.
Koper Het kengetal voor de productie van het koper voor het strippenpakket, de aansluitstrip en het koperdraad is gebaseerd op de consumptiemix van Duitsland in 1994. Het transport van het primaire koper naar Europa is hierin meegenomen, zie bijlage 7. Het kengetal voor de bewerking van het koper tot een pasklaar eindproduct bevat de gebruikte machines alsmede de fabriek waar de bewerking plaatsvindt. Hierbij is voor de aansluitstrip het materiaalverlies tijdens de bewerking voor de aansluitstrip niet meegenomen, aangezien de gebruikte massa van de aansluitstrip de massa voor bewerking betreft, zij bijlage 8.
Printplaat Voor het inschatten van de CO2-uitstoot tijdens de toeleveringsketen van de printplaten is het gemiddelde genomen van lood bevattende surface mounted en through-hole mounted printplaten. De kengetallen zijn specifiek opgesteld voor gebruik in elektronische apparaten. Het gebruik van secundair materiaal voortkomend uit recycling activiteiten is hierin meegenomen, zij bijlage 9. Het kiezen voor lood-vrije printplaten heeft op de CO2-uitstoot weinig invloed, zie bijlage 10.
Transport van leverancier Voor de berekening van de CO2-uitstoot tijdens het transport vanaf de leverancier naar Alstom Transport te Ridderkerk wordt aangenomen dat de componenten per bestelauto vervoerd worden. Een bestelauto heeft een relatief hoge uitstoot vergeleken met een vrachtwagen. Door te rekenen met de conversiefactor voor de bestelauto wordt zeker gesteld dat de CO2-uitstoot tijdens het vervoer niet te laag wordt ingeschat. De uitstoot van een bestelauto bedraagt 630 g CO2/tonkm [ProRail, 2010]. Met behulp van Google Maps is vervolgens de afstand bepaald. De massabijdrage van de componenten staat weergegeven in Tabel 1 & 2. Het transport tussen eerdere processtappen is onderdeel van de kengetallen zoals eerder in deze paragraaf beschreven voor de verschillende componenten.
4.4 RESULTATEN Onderstaande tabel brengt alle van toepassing zijnde CO2-uitstoot getallen samen. De Productie omvat de winning van grondstoffen en de productie van het basismateriaal, zoals een aluminium legering. De Bewerking omvat de activiteiten om van het basismateriaal een pasklaar component te maken, zoals het koellichaam.
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 12/29
TRANSPORT De genoemde waardes voor de vermogenscondensatoren, IGBT powermodules en de printplaat bij Productie omvatten tevens de Bewerking tot pasklaar component. Voor bronnen en gemaakte aannames zie het vorige hoofdstuk. Transport vanaf Component
Massa (kg)
Koellichaam
Productie
Bewerking
leverancier
Totaal kg CO2 per
(kg CO2/kg)
(kg CO2/kg)
(kg CO2)
component
21,60
4,05
3,34
1,37
160,99
Strippenpakket
3,90
1,88
1,83
0,35
14,82
Staalplaat 1
6,65
1,72
1,40*
0,09
20,82
Staalplaat 2
1,73
1,72
1,40*
0,02
5,41
Vermogenscondensator
20,40
46,90
Nvt
0,26
957,02
Vermogenscondensator
0,59
46,90
Nvt
0,01
27,53
IGBT powermodules
3,06
145,00
Nvt
0,86
444,56
Printplaat
0,42
155,00
Nvt
0,00
64,36
Aansluitstrip
0,15
1,88
1,40*
0.00
0,49
Koperdraad
0,25
1,88
1,83
0.01
0,94
Totaal:
1696,94
Tabel 3: CO2-uitstoot tijdens de IPM750 toeleveringsketen
* Zoals eerder aangegeven wordt voor de staalplaten 1&2 en de aansluitstrip geen materiaalverlies tijdens de bewerking meegenomen, aangezien de massa van deze componenten de massa voor bewerking betreft. De CO2-uitstoot van een IPM750 module bedraagt bijna 1700 kg CO2 tijdens de toeleveringsketen van de componenten. Dit is ongeveer 28x het gewicht van de IPM750 module zelf. In 2009 werden er door Alstom Transport 114 IPM750 modules gefabriceerd. De totale CO2-uitstoot tijdens de toeleveringsketen van de door Alstom Transport geleverde IPM750 vermogenselektronica modules is ~193,5 ton CO2. Dit is zeker significant te noemen ten opzichte van de 1315 ton CO2-uitstoot binnen Scope 1 & 2 van Alstom Transport. Het valt op dat de CO2-uitstoot van de verschillende componenten ver uit elkaar liggen. Dit heeft niet alleen met de massabijdrage van de componenten te maken, maar ook met de grote verschillen in CO2-uitstoot per kg component. De CO2-uitstoot tijdens de productie van elektronische componenten is per kg component structureel hoger dan de productie/bewerking van de overige componenten. Uit bijlage 9 blijkt dat de helft van de CO2-uitstoot tijdens de productie van de printplaten komt vanwege het hoge elektriciteitsverbruik. Voor de IGBT powermodules wordt zelfs meer dan 80% van de CO2-uitstoot veroorzaakt door het elektriciteitsverbruik tijdens productie, zie bijlage 6. De grondstofwinning- en productie van de aluminiumlegering zorgt voor ~2x zoveel CO2-uitstoot per kg in vergelijking met koper en staal. De toevoeging van Magnesium in de aluminiumlegering draagt hier voor een substantieel gedeelte aan bij. Zo zorgt de 0.6% aanwezige Magnesium voor ~10% van de CO2-uitstoot. Bij de Bewerking van aluminium tot eindproduct, zoals het koellichaam, komt tevens ~2x zoveel CO2 vrij per kg in vergelijking met staal en koper.
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 13/29
TRANSPORT
De vermogenscondensatoren zorgen voor de grootste CO2-uitstoot tijdens de toeleveringsketen, 57% en ~950 kg CO2. Dit komt door de hoge massabijdrage van de condensatoren (20,4 kg van de 60 kg) en de hoge CO2-uitstoot per kg condensator (46,9 kg CO2/kg). De IGBT powermodules dragen voor 27% bij aan de CO2-uitstoot. Niet door de hoge massabijdrage (3,06 kg van de 60 kg), maar vanwege de zeer hoge CO2-uitstoot per kg powermodule (145 kg CO2/kg). Het aluminium koellichaam heeft weliswaar de hoogste massabijdrage, maar doordat de CO2-uitstoot van aluminium per kg substantieel lager is dan die van de elektronische componenten draagt het aluminium voor ~10% bij aan de totale CO2-uitstoot. De printplaten hebben een lage massabijdrage, maar door de zeer hoge CO2-uitstoot per kg tijdens productie zorgen de printplaten toch voor 4% van de totale CO2-uitstoot. De componenten gemaakt uit de staalplaten, de kopercomponenten en het transport vanaf de leverancier dragen zeer beperkt bij aan de CO2-uitstoot tijdens de toeleveringsketen.
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 14/29
TRANSPORT
5 REDUCTIEMOGELIJKHEDEN Tijdens het uitvoeren van deze ketenanalyse is inzicht verkregen in de CO2-uitstoot tijdens de toeleveringsketen van de voornaamste componenten binnen de IPM750 module. Ook is bekend wat de bijdrage van de verschillende componenten aan deze totale CO2-uitstoot is. Op basis van het opgedane inzicht kunnen een aantal reductiemogelijkheden benoemd worden. Niet alle mogelijkheden zijn vanuit praktisch oogpunt mogelijk, danwel wenselijk. Dit wordt tevens beschreven waar van toepassing.
Terugbrengen van de hoeveelheid materiaal zorgt voor een lagere CO2-uitstoot tijdens de toeleveringsketen. Vanuit praktisch oogpunt is dit echter lastig te bewerkstelligen aangezien er geen concessies gedaan kunnen worden op de functionaliteit en betrouwbaarheid van de module. Het gebruik van dunnere koperstrips of een kleiner koellichaam brengt dit risico met zich mee.
Materiaalkeuzes tijdens ontwerp heeft invloed op de CO2-uitstoot. Ten eerste kan er gekozen worden voor minder CO2 intensieve materialen op plaatsen waar de functionaliteit niet afhangt van specifieke materiaaleigenschappen. Ten tweede heeft de keuze voor een bepaald type legering invloed op de CO2-uitstoot. Zo zorgt een Magnesium toevoeging in een aluminiumlegering tot een substantiële verhoging van de CO2-uitstoot. Als het Magnesium niet bijdraagt aan de functionaliteit van het aluminium koellichaam kan hier een besparing gerealiseerd worden. Het is op dit moment niet duidelijk of de materiaaleigenschappen behouden blijven als er minder Magnesium in de legering wordt gebruikt of als er gekozen wordt voor een andere aluminium legering. Door hierover met de producent van de koellichamen in gesprek te gaan denkt Alstom Transport tot een samenstelling van het koellichaam te kunnen komen die 5% minder CO2 uitstoot tijdens de grondstofwinning- en productieketen. Aangezien het aluminium koellichaam voor ~9% verantwoordelijk is voor de CO2-uitstoot van de totale module kan een reductie behaald worden van ongeveer 0,5%.
De toepassing van watergekoelde vermogenselektronica modules kan nader onderzocht worden. De CO2uitstootbesparing wordt gerealiseerd door het wegvallen van de noodzaak van een zwaar aluminium koellichaam. Watergekoelde koellichamen zijn veelal ook van aluminium, maar een stuk lichter. Daarnaast zijn dan wel een warmtewisselaar, koelpomp en koelvloeistof noodzakelijk.
Kiezen voor elektronica leveranciers die groene stroom gebruiken draagt substantieel bij aan het verlagen van de CO2-uitstoot van de IPM750 module. Het zeer hoge aandeel van het elektriciteitsverbruik binnen de CO2-uitstoot tijdens de productie van o.a. de printplaten, condensatoren en IGBT powermodules (~55%, ~60% en ~80% respectievelijk) maakt de keuze voor een leverancier die groene stroom gebruikt zeer invloedrijk. Tijdens inkoop kan rekening gehouden worden met het gebruik van groene stroom door de producenten van de elektronische componenten. Ervan uitgaande dat elke producent nu grijze stroom gebruikt en dat het overstappen naar groene stroom een reductie van 51% met zich meebrengt [ProRail, 2010] kan er een theoretische reductie van 34% plaatsvinden als alle producenten groene stroom gaan gebruiken.
Het terugbrengen van ‘verlies’ door weerstand binnen de module tijdens bedrijf biedt weinig potentieel, aangezien deze uitdaging al decennia ten grondslag ligt aan een goed ontwerp van een module. Ook het beter afstemmen van de capaciteit van de module op de gevraagde capaciteit biedt weinig mogelijkheden, aangezien nu al meerdere modules naast elkaar gebruikt worden indien er een grotere capaciteit nodig is dan één module kan leveren. 57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 15/29
TRANSPORT
6 DISCUSSIE De Data onzekerheden, oftewel de onzekerheden binnen de gebruikte gegevens is relatief laag, aangezien de kengetallen binnen de EcoInvent database gebaseerd zijn op relatief betrouwbare literatuur. Data onzekerheden voortkomend uit incompleetheid van de gekozen systeemgrenzen en keuzes voor het verwaarlozen van bepaalde processen worden binnen deze analyse voornamelijk bepaald door het verwaarlozen van de zeer kleine componenten, zoals bouten en moeren binnen de analyse en het niet meenemen van de gebruikte aluminium en staalcoatings. Zoals besproken is het gewicht van de zeer kleine componenten laag, waardoor het niet voor de hand ligt dat deze voor een grote CO2-uitstoot tijdens de toeleveringsketen zorgen. Door de zeer geringe massa van de coating ten opzichte van het gecoate materiaal is ook de invloed van het niet meenemen van de coating van beperkte invloed op de resultaten. De grootste onzekerheden binnen deze analyse bestaan uit de Model onzekerheden oftewel binnen de representativiteit van de gebruikte kengetallen voor de specifieke situatie van de IPM750. Zo is er bijvoorbeeld gebruik gemaakt van een kengetal over de CO2-uitstoot tijdens de toeleveringsketen van een Transistor om een inschatting te geven voor de IGBT-powermodules. Een ander voorbeeld is het gebruik van een kengetal voor het gemiddelde van through-hole mounted en surface-mounted printplaten aangezien het specifieke type printplaat niet bekend was. Echter, aangezien de belangrijkste conclusies gebaseerd zijn op de ‘orde van grootte’ van de resultaten en niet op zeer specifieke CO2-uitstoot gegevens hebben de Modelonzekerheden naar verwachting geen invloed op de conclusies van deze analyse.
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 16/29
TRANSPORT
7 CONCLUSIE Tijdens de grondstofwinning voor- en de productie en transport van de gebruikte componenten voor één vermogenselektronica module van het type IPM750 komt ongeveer 1700 kg CO2 vrij. Dat is ~28 maal het gewicht van de module zelf. De 114 vermogenselektronica modules die in 2009 geproduceerd zijn zorgen binnen de toeleveringsketen voor ongeveer 195 ton CO2. Dit is zeker significant te noemen ten opzichte van de 1315 ton CO2-uitstoot binnen Scope 1 & 2 van Alstom Transport. Het opzetten van activiteiten tot het reduceren van de hoeveelheid CO2 binnen deze toeleveringsketen kan daarmee een goede bijdrage leveren aan het reduceren van de Scope 3 emissies van Alstom Transport. De elektronische componenten in de vorm van de vermogenscondensatoren, de IGBT powermodules en de gebruikte printplaten zijn verantwoordelijk voor 88% van de CO2-uitstoot binnen de toeleveringsketen van de componenten. De overige 12% wordt voornamelijk veroorzaakt door het aluminium koellichaam en de componenten gefabriceerd uit staalplaten. Een zeer kleine bijdrage aan de CO2-uitstoot is afkomstig van de kopercomponenten en het vervoer van de componenten naar Alstom Transport vanaf de leverancier. Door de grote bijdrage van de elektronische componenten aan de CO2-uitstoot binnen de keten vormt het reduceren van deze emissies een eerste prioriteit. Voor de productie van de elektronische componenten is veel elektriciteit benodigd. Door te kiezen voor producenten die groene stroom gebruiken en/of het stimuleren van de producenten om groene stroom te gaan gebruiken kan CO2-reductie binnen de keten behaald worden. Als Alstom transport 25% van de producenten kan stimuleren groene stroom te gebruiken of als in de toekomst 25% van de elektronische componenten aangekocht worden bij producenten die groene stroom gebruiken kan een CO2-uitstoot reductie behaald worden van ongeveer 8,5% binnen de totale toeleveringsketen. In combinatie met de reductiemogelijkheid tot het reduceren van het gebruik van Magnesium binnen de aluminium legering voor het koellichaam lijkt een reductie van 9% realistisch. Aangezien Alstom op dit moment geen direct contact met de producenten van de elektronische componenten onderhoudt lijkt een tijdsspanne van 2 jaar realistisch om deze reductie te behalen. Inmiddels zijn eerste inspanningen uitgevoerd om contact te leggen met de van toepassing zijnde leveranciers om de dialoog binnen de ketenpartners te starten. Het maken van bewuste materiaalkeuzes en het reduceren van materiaalgebruik tijdens de ontwerpfase kan op de langere termijn tot verdere reducties leiden.
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 17/29
TRANSPORT
BRONVERMELDING [Comhan, 2008]
Technisch infoblad; Aluminium profielen AlMgSi 0.5 F22, Comhan Holland, 16-12-2008, http://www.comhan.com/uploads/media/Aluminium_profielen_AlMgSi_0.5-_F22.pdf, bezocht op 03-12-2010
[Ecoinvent]
EcoInvent 2.0, www.ecoinvent.ch, geraadpleegd via het softwareprogramma Simapro
[GHG, 2004]
The Greenhouse Gas Protocol, A corporate Accounting and Reporting Standard, revised edition.
[Infineon, 1997]
BSM 150 GB 170 DN2; IGBT Power Module, http://www.infineon.com/cms/en/product/findProductTypeByName.html?q=BSM150GB170 DN2, bezocht op 03-12-2010
[ProRail, 2010]
CO2-prestatieladder, Samen zorgen voor minder CO2, Handboek 1.1, 23 september 2010, ProRail
[Simapro, 2008]
M. Goedkoop, A. de Schrijver, M. Oele ‘Introduction to LCA with SimaPro 7’, Pré Consultants, februari 2008
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 18/29
TRANSPORT
1
11002075 IPM750 SWITCH MOD.ASSEMB
2
SP08021 KOELLICHAAM 84x750x300MM
3
10005118 BEV.BLOK TBV CONDENSATOR
4 6
1
st
25 kg
739255 SUPPORT RECHTS T200036 BLINDKL.MOER ST.6K M6X16
Materiaal
Eenheid
Netto hoeveelheid
Omschrijving
Component
Bijlage 1: BOM IPM750
Document ALMGSI 0,5 F22 VLG.DIN 1725
4
st
Document
1
st
Document
4
st
Staal S355J2G3 Document
7
10005073 PROFIEL TBV SUPPORT LINK
1
st
8
T120012 PLAAT S355J2G3 3 MM GEB
6.6467
kg
Staal S355J2G3
1
st
Document
0.5
kg
Epoxyplaat
2
st
Document
0.3
m
Rubber
10
640368 STEKERPLAAT
11
I002544 EPOXYLAMINAATPLAAT 8 MM
12
427360 GELEIDINGSPEN
13
1901317 RUBBERBAND 15SH 20X 4
14
4007188 CIL.SCHR.B6K ST. M 6X50/
15
4065806 SCHOTELBORGRING M 6 CILS
8
st
Staal 8.8
44
st
Staal
16
T200030 VERZ.B6KSCHR.ST. M6X10
8
st
Staal 8.8
17
4022008 ZESKANTMOER MS M 8 NI
8
st
CUZN39PB3 F44 VLG. DIN 17672
18
10005074 MONTAGEPL. TBV PRINTEN I
1
st
Document
19
0256218 PLAAT DC01-A-M 2 MM DI
1.7279
kg
Staal 12-3
20
4114034 STIFTLASDR.BUS ST.M6X15
1
st
Staal
21
4097554 AFST.STEUN NYLON M4X16 R
12
st
Nylon
22
1901710 RUBBERBAND 45SH 15X 8
0.09
m
Rubber
23
4190522 HANDGREEP ST.CHR.101X27
1
st
Staal
24
T200027 ZESKANTMOER MS M10 NI
5
st
CUZN39PB3 F44 VLG. DIN 17672
25
4263724 ASBORGRING ROND 24 (SEE
5
st
Verenstaal
26
4048078 CIL.KOPSCHR.NYLON M4X 8
12
st
Nylon
4007173 CIL.SCHR.B6K ST. M 6X16/
36
st
Staal
1
st
Document
27 28
10005100 BESCHERMKAP
29
0256213 PLAAT DC01-A-M 1 MM (DIE
0.0612
kg
Staal 12-3
30
SP05039 GETAND U-PROFIEL 1,1-1,5
0.24
m
Polyethyleen
31
I004341 SLUITRING RVS M 8 ZWAAR
12
st
RVS
4023108 ZESKANTMOER RVS M 8
32
12
st
RVS
33
11010474 IPM750 SWITCH MOD.LIST O
1
st
Document
34
7527380 CONTACTBUS 0,2-0,56 MM2
51
st
Messing
35
7527456 BEHUIZ. 6P (BUSSEN) PLU
9
st
Plastic
52
SP07990 CONDENSATOR 750 UF 10
3
st
Vermogenscondensator
55
I002118 CONDENSATOR 0,75UF 16
6
st
Vermogenscondensator
61
I003427 TEMP.SENSOR 63GR.C.5% 1
1
st
66
I004823 CU-LITZE 2XM 8 16 MM2 30
1
st
Draad
67
I002117 WEERSTAND 22000 OHM 10
1
st
Vermogensweerstand
68
I002723 IGBT POWERMODUUL 150A 17
9
st
Halfgeleider
1
st
E-CU
77 57-10027 V1.0
11002079 STRIPPENPAKKET IPM 750 Ketenanalyse IPM750
Blz 19/29
TRANSPORT 79
428503 AANSL.STRIP OVER IGBT
3
st
84
760401 STRIP E-CU57F21 15X 2
0.15
kg
Koper E-CU57F21
SP07931 CONTACTPEN M10 300A Ag
5
st
Messing
86
T3X0006 CONTACTBLOK 24P SIZE-
1
st
Kunststof
87
SP01170 CODEER-STIFT
2
st
88
SP06163 BEHUIZ. STANDARD SIZE-
89
T3X0010 CONTACTPEN 0,75-1,0 MM2
90
T3X0043 CONTACTPEN
85
91
0.088 kg
0,5 MM2
Die-cast light alloy
5
st
Messing
12
st
Messing
1
st
Document
92
11010241 P-IDB1J COMP.LIJST
1
st
Document
93
11010374 P-IDB1H OMBOUWINSTRUCTI
1
st
Document
96
11005400 PRINTPLAAT P-IDB1 0242
3
st
PCB
97
11006248 AFSCHERMING FIBERLINK
0.01 kg
100
11005128 P-IDB1A BOUWSTEEN TEK.
0
st
Document
101
11005129 P-IDB1 BEPR.INSTR.
0
st
Document
102
11005130 P-IDB1A TECHN.BESCHR.
0
st
Document
118
TPP0327 P-IDB1J
Document
TPP0328 P-IDB1H
Koper
1
st
Document
119
11010373 P-IDB1H COMP.LIJST
1
st
Document
123
11005127 P-IDB1A BOUWSTEENSCHEMA
0
st
Document
127
11002078 IPM750 SWITCH MOD.CIRCUI
1
st
Document
128
11002077 IPM750 SWITCH MOD.WIRING
1
st
Document
129
2596528 GLASKOUS SIL.RUB.14MM 20
0.5
m
Glaskous
130
4213287 KABELSCHOEN 35 MM2 M 8
4
st
E-CU
131
4213313 KABELSCHOEN 70 MM2 M10
2
st
E-CU
132
930209 CU-LITZE ROND 35 MM2 BL
250
g
Koper
133
I005058 MONTAGEDRAAD 0,5 MM2 20
3
m
Draad
134
I005059 MONTAGEDRAAD 0,5 MM2 20
3
m
Draad Kabel
135
6
m
136
I002901 KABEL AFG. 4X0,5 MM2 6
2
m
137
I003580 VERBINDER TBV AFG.KABEL
6
st
138 139
S3W0034 HS KABEL
6 MM2 25
I003581 OOG THERMINAL T.B.V. AAR 10006373 STICKERDRAW. TYPEPLATE
3
st
1
st
Document
141
923934 IPM750 SCHAKELMOD. BEPR.
1
st
Document
142
924238 IPM MOD. BEHANDELINGS PR
1
st
Document
143
924281 MONTAGEINSTRUCTIE IPM750
1
st
Document
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 20/29
TRANSPORT Bijlage 2: Productie aluminium legering AlMgSi
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 21/29
TRANSPORT Bijlage 3: Staal productie
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 22/29
TRANSPORT Bijlage 4: Staal bewerking
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 23/29
TRANSPORT Bijlage 5: Condensatoren
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 24/29
TRANSPORT Bijlage 6: IGBT powermodules
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 25/29
TRANSPORT Bijlage 7: Koper productie
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 26/29
TRANSPORT Bijlage 8: Koper bewerking
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 27/29
TRANSPORT Bijlage 9: Printplaat productie loodbevattend
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 28/29
TRANSPORT Bijlage 10: Printplaat productie loodvrij
57-10027 V1.0
Ketenanalyse IPM750
Blz 29/29
