Ketenanalyse vermogenselektronica module

Transcriptie

1 Ketenanalyse vermogenselektronica module Reference number 49/DIV/001 Project number 49 Version : 1.0 Date : 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

2 VERSIEBEHEER Author Version Date Remarks A. Kieft Alle Ketenanalyse IPM750 Blz 2/29

3 Table of Content 1 INLEIDING DOELSTELLING LEESWIJZER DE ALSTOM TRANSPORT WAARDEKETEN & DE RELEVANTE SCOPE 3 EMISSIE CATEGORIEËN EEN VERMOGENSELEKTRONICA MODULE ALS RELEVANTE KETENANALYSE IDENTIFICEREN VAN PARTNERS BINNEN DE WAARDEKETEN VASTSTELLEN SYSTEEMGRENZEN IPM750 VERMOGENSELEKTRONICA MODULE VOORNAAMSTE COMPONENTEN IPM PARTNERS IN DE IPM750 WAARDEKETEN KWANTIFICEREN VAN DE CO 2 -EMISSIES DATAVERZAMELING KARAKTERISATIE METHODE AANNAMES RESULTATEN REDUCTIEMOGELIJKHEDEN DISCUSSIE CONCLUSIE BRONVERMELDING Bijlage BIJLAGE 1: BOM IPM BIJLAGE 2: PRODUCTIE ALUMINIUM LEGERING ALMGSI BIJLAGE 3: STAAL PRODUCTIE BIJLAGE 4: STAAL BEWERKING BIJLAGE 5: CONDENSATOREN BIJLAGE 6: IGBT POWERMODULES BIJLAGE 7: KOPER PRODUCTIE BIJLAGE 8: KOPER BEWERKING BIJLAGE 9: PRINTPLAAT PRODUCTIE LOODBEVATTEND BIJLAGE 10: PRINTPLAAT PRODUCTIE LOODVRIJ Ketenanalyse IPM750 Blz 3/29

4 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 CO 2 -prestatieladder geïntroduceerd. Het doel van de CO 2 -prestatieladder is om bedrijven die deelnemen aan aanbestedingen uit te dagen en te stimuleren hun eigen CO 2 -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 CO 2 - prestatieladder 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 CO 2 -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 CO 2 -bewustzijn certificaat niveau 3. Niveau 3 van de CO 2 -prestatieladder is met name gericht op de integratie van CO 2 -management en bewustzijn in de interne bedrijfsvoering. Alstom Transport heeft nu de ambitie om met haar ervaringen buiten de bedrijfsgrenzen te treden en het CO 2 -bewustzijn te verspreiden door de gehele waardeketen. Deze ambitie moet concreet vorm krijgen middels het behalen van het CO 2 -bewustzijn certificaat niveau 4. Het integreren van de waardeketen in het CO 2 -management systeem is een centraal thema in het CO 2 -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 CO 2 -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 CO 2 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 CO 2 -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. Ketenanalyse IPM750 Blz 4/29

5 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 CO 2 -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 CO 2 -uitstoot binnen de keten. De doelgroep van deze ketenanalyse bestaat daarmee uit Alstom Transport zelf alsmede sectorgenoten die vanuit hun vergelijkbare activiteiten ook vergelijkbare CO 2 -emissies veroorzaken binnen de keten. 1.2 LEESWIJZER Volgens het GHG-protocol dient een ketenanalyse de volgende stappen te doorlopen [GHG, 2004]: 1. Beschrijving van de waardeketen 2. Bepalen van relevante scope 3 emissie categorieën 3. Identificeren van de partners binnen de waardeketen 4. 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. Ketenanalyse IPM750 Blz 5/29

6 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 CO 2 - emissies 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 CO 2 -uitstoot van de componenten binnen de Scope 3 emissies van Alstom Transport. Hiernaast bevat een vermogenselektronica module meerdere componenten die naar verwachting een hoge CO 2 - uitstoot 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 CO 2 -uitstoot binnen de toeleveringsketen. Een dergelijk inzicht draagt bij aan het maken van bewuste keuzes voor bepaalde componenten op het gebied van CO 2 -uitstoot. Ketenanalyse IPM750 Blz 6/29

7 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 CO 2 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 CO 2 -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 CO 2 -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 CO 2 -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 Ketenanalyse IPM750 Blz 7/29

8 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 CO 2 -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 CO 2 -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. Ketenanalyse IPM750 Blz 8/29

9 Massa Component Aantal Materiaal/type Massa / stuk (kg) bijdrage (kg) 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 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 0,12* Ontwerptekening Koperdraad 1 Koper, 35mm2 0,25 0,25 Schatting Totaal: 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 CO 2 -uitstoot tijdens de toeleverketen berekend. Ketenanalyse IPM750 Blz 9/29

10 3.4 PARTNERS IN DE IPM750 WAARDEKETEN Component Massabijdrage (kg) Leverancier Locatie Koellichaam 21,60 Deltour Amsterdam Strippenpakket 3,90 Rogers Gent, België Staalplaat 1* 5,13* Boers & Co Schiedam Staalplaat 2* 1,33* Boers & Co Schiedam Vermogenscondensator 750 uf 20,40 KWx Oud-beijerland Vermogenscondensator 0,75 uf 0,59 Added Value Electronics Dordrecht IGBT powermodules 3,06 Infineon Großostheim nabij Frankfurt Printplaat 0,42 Azteco Zwijndrecht Aansluitstrip* 0,12* Boers & Co Schiedam Koperdraad 0,25 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 CO 2 - uitstoot tijdens het vervoer van deze leveranciers naar Alstom Transport te Ridderkerk wordt meegenomen binnen deze analyse, zodat dit vergeleken kan worden met de CO 2 -uitstoot tijdens de andere processtappen. Ketenanalyse IPM750 Blz 10/29

11 4 KWANTIFICEREN VAN DE CO 2 -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 De aanwezige data is aangevuld d.m.v.: De Ecoinvent database [Ecoinvent] voor het bepalen van de CO 2 -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 CO 2 -uitstoot door gebruik te maken van de Greenhouse Gas Protocol v1.00 / CO 2 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 CO 2 -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 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 CO 2 -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. Ketenanalyse IPM750 Blz 11/29

12 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 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 CO 2 -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 CO 2 -uitstoot weinig invloed, zie bijlage 10. Transport van leverancier Voor de berekening van de CO 2 -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 CO 2 -uitstoot tijdens het vervoer niet te laag wordt ingeschat. De uitstoot van een bestelauto bedraagt 630 g CO 2 /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. Ketenanalyse IPM750 Blz 12/29

13 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. Component Massa (kg) Productie (kg CO 2 /kg) Bewerking (kg CO 2 /kg) Transport vanaf leverancier (kg CO 2 ) Totaal kg CO 2 per component Koellichaam 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* ,49 Koperdraad 0,25 1,88 1, ,94 Totaal: 1696,94 Tabel 3: CO 2 -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 CO 2 -uitstoot van een IPM750 module bedraagt bijna 1700 kg CO 2 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 CO 2 -uitstoot tijdens de toeleveringsketen van de door Alstom Transport geleverde IPM750 vermogenselektronica modules is ~193,5 ton CO 2. 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 CO 2 -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 CO 2 -uitstoot per kg component. De CO 2 -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 CO 2 -uitstoot tijdens de productie van de printplaten komt vanwege het hoge elektriciteitsverbruik. Voor de IGBT powermodules wordt zelfs meer dan 80% van de CO 2 -uitstoot veroorzaakt door het elektriciteitsverbruik tijdens productie, zie bijlage 6. De grondstofwinning- en productie van de aluminiumlegering zorgt voor ~2x zoveel CO 2 -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 CO 2 -uitstoot. Bij de Bewerking van aluminium tot eindproduct, zoals het koellichaam, komt tevens ~2x zoveel CO 2 vrij per kg in vergelijking met staal en koper. Ketenanalyse IPM750 Blz 13/29

14 De vermogenscondensatoren zorgen voor de grootste CO 2 -uitstoot tijdens de toeleveringsketen, 57% en ~950 kg CO 2. Dit komt door de hoge massabijdrage van de condensatoren (20,4 kg van de 60 kg) en de hoge CO 2 -uitstoot per kg condensator (46,9 kg CO 2 /kg). De IGBT powermodules dragen voor 27% bij aan de CO 2 -uitstoot. Niet door de hoge massabijdrage (3,06 kg van de 60 kg), maar vanwege de zeer hoge CO 2 -uitstoot per kg powermodule (145 kg CO 2 /kg). Het aluminium koellichaam heeft weliswaar de hoogste massabijdrage, maar doordat de CO 2 -uitstoot van aluminium per kg substantieel lager is dan die van de elektronische componenten draagt het aluminium voor ~10% bij aan de totale CO 2 -uitstoot. De printplaten hebben een lage massabijdrage, maar door de zeer hoge CO 2 -uitstoot per kg tijdens productie zorgen de printplaten toch voor 4% van de totale CO 2 -uitstoot. De componenten gemaakt uit de staalplaten, de kopercomponenten en het transport vanaf de leverancier dragen zeer beperkt bij aan de CO 2 -uitstoot tijdens de toeleveringsketen. Ketenanalyse IPM750 Blz 14/29

15 5 REDUCTIEMOGELIJKHEDEN Tijdens het uitvoeren van deze ketenanalyse is inzicht verkregen in de CO 2 -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 CO 2 -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 CO 2 -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 CO 2 -uitstoot. Ten eerste kan er gekozen worden voor minder CO 2 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 CO 2 -uitstoot. Zo zorgt een Magnesium toevoeging in een aluminiumlegering tot een substantiële verhoging van de CO 2 -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 CO 2 uitstoot tijdens de grondstofwinning- en productieketen. Aangezien het aluminium koellichaam voor ~9% verantwoordelijk is voor de CO 2 -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 CO 2 - uitstootbesparing 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 CO 2 -uitstoot van de IPM750 module. Het zeer hoge aandeel van het elektriciteitsverbruik binnen de CO 2 -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. Ketenanalyse IPM750 Blz 15/29

16 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 CO 2 -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 CO 2 -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 CO 2 -uitstoot gegevens hebben de Modelonzekerheden naar verwachting geen invloed op de conclusies van deze analyse. Ketenanalyse IPM750 Blz 16/29

17 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 CO 2 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 CO 2. Dit is zeker significant te noemen ten opzichte van de 1315 ton CO 2 -uitstoot binnen Scope 1 & 2 van Alstom Transport. Het opzetten van activiteiten tot het reduceren van de hoeveelheid CO 2 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 CO 2 -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 CO 2 -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 CO 2 -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 CO 2 -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 CO 2 -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. Ketenanalyse IPM750 Blz 17/29

18 BRONVERMELDING [Comhan, 2008] Technisch infoblad; Aluminium profielen AlMgSi 0.5 F22, Comhan Holland, , bezocht op [Ecoinvent] EcoInvent 2.0, 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, DN2, bezocht op [ProRail, 2010] CO 2 -prestatieladder, Samen zorgen voor minder CO 2, 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 Ketenanalyse IPM750 Blz 18/29

19 Bijlage 1: BOM IPM750 Component Omschrijving Netto hoeveelheid Eenheid IPM750 SWITCH MOD.ASSEMB 1 st Document 2 SP08021 KOELLICHAAM 84x750x300MM 25 kg ALMGSI 0,5 F22 VLG.DIN BEV.BLOK TBV CONDENSATOR 4 st Document SUPPORT RECHTS 1 st Document 6 T BLINDKL.MOER ST.6K M6X16 4 st Staal S355J2G PROFIEL TBV SUPPORT LINK 1 st Document 8 T PLAAT S355J2G3 3 MM GEB kg Staal S355J2G STEKERPLAAT 1 st Document 11 I EPOXYLAMINAATPLAAT 8 MM 0.5 kg Epoxyplaat GELEIDINGSPEN 2 st Document RUBBERBAND 15SH 20X m Rubber CIL.SCHR.B6K ST. M 6X50/ 8 st Staal SCHOTELBORGRING M 6 CILS 44 st Staal 16 T VERZ.B6KSCHR.ST. M6X10 8 st Staal ZESKANTMOER MS M 8 NI 8 st CUZN39PB3 F44 VLG. DIN MONTAGEPL. TBV PRINTEN I 1 st Document PLAAT DC01-A-M 2 MM DI kg Staal STIFTLASDR.BUS ST.M6X15 1 st Staal AFST.STEUN NYLON M4X16 R 12 st Nylon RUBBERBAND 45SH 15X m Rubber HANDGREEP ST.CHR.101X27 1 st Staal 24 T ZESKANTMOER MS M10 NI 5 st CUZN39PB3 F44 VLG. DIN ASBORGRING ROND 24 (SEE 5 st Verenstaal CIL.KOPSCHR.NYLON M4X 8 12 st Nylon CIL.SCHR.B6K ST. M 6X16/ 36 st Staal BESCHERMKAP 1 st Document PLAAT DC01-A-M 1 MM (DIE kg Staal SP05039 GETAND U-PROFIEL 1,1-1, m Polyethyleen 31 I SLUITRING RVS M 8 ZWAAR 12 st RVS ZESKANTMOER RVS M 8 12 st RVS IPM750 SWITCH MOD.LIST O 1 st Document CONTACTBUS 0,2-0,56 MM2 51 st Messing BEHUIZ. 6P (BUSSEN) PLU 9 st Plastic 52 SP07990 CONDENSATOR 750 UF 10 3 st Vermogenscondensator 55 I CONDENSATOR 0,75UF 16 6 st Vermogenscondensator 61 I TEMP.SENSOR 63GR.C.5% 1 1 st 66 I CU-LITZE 2XM 8 16 MM st Draad 67 I WEERSTAND OHM 10 1 st Vermogensweerstand 68 I IGBT POWERMODUUL 150A 17 9 st Halfgeleider STRIPPENPAKKET IPM st E-CU Materiaal Ketenanalyse IPM750 Blz 19/29

20 AANSL.STRIP OVER IGBT 3 st Document STRIP E-CU57F21 15X kg Koper E-CU57F21 85 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 kg Die-cast light alloy 89 T3X0010 CONTACTPEN 0,75-1,0 MM2 5 st Messing 90 T3X0043 CONTACTPEN 0,5 MM2 12 st Messing 91 TPP0327 P-IDB1J 1 st Document P-IDB1J COMP.LIJST 1 st Document P-IDB1H OMBOUWINSTRUCTI 1 st Document PRINTPLAAT P-IDB st PCB AFSCHERMING FIBERLINK 0.01 kg Koper P-IDB1A BOUWSTEEN TEK. 0 st Document P-IDB1 BEPR.INSTR. 0 st Document P-IDB1A TECHN.BESCHR. 0 st Document 118 TPP0328 P-IDB1H 1 st Document P-IDB1H COMP.LIJST 1 st Document P-IDB1A BOUWSTEENSCHEMA 0 st Document IPM750 SWITCH MOD.CIRCUI 1 st Document IPM750 SWITCH MOD.WIRING 1 st Document GLASKOUS SIL.RUB.14MM m Glaskous KABELSCHOEN 35 MM2 M 8 4 st E-CU KABELSCHOEN 70 MM2 M10 2 st E-CU CU-LITZE ROND 35 MM2 BL 250 g Koper 133 I MONTAGEDRAAD 0,5 MM m Draad 134 I MONTAGEDRAAD 0,5 MM m Draad 135 S3W0034 HS KABEL 6 MM m Kabel 136 I KABEL AFG. 4X0,5 MM2 6 2 m 137 I VERBINDER TBV AFG.KABEL 6 st 138 I OOG THERMINAL T.B.V. AAR 3 st STICKERDRAW. TYPEPLATE 1 st Document IPM750 SCHAKELMOD. BEPR. 1 st Document IPM MOD. BEHANDELINGS PR 1 st Document MONTAGEINSTRUCTIE IPM750 1 st Document Ketenanalyse IPM750 Blz 20/29

21 Bijlage 2: Productie aluminium legering AlMgSi Ketenanalyse IPM750 Blz 21/29

22 Bijlage 3: Staal productie Ketenanalyse IPM750 Blz 22/29

23 Bijlage 4: Staal bewerking Ketenanalyse IPM750 Blz 23/29

24 Bijlage 5: Condensatoren Ketenanalyse IPM750 Blz 24/29

25 Bijlage 6: IGBT powermodules Ketenanalyse IPM750 Blz 25/29

26 Bijlage 7: Koper productie Ketenanalyse IPM750 Blz 26/29

27 Bijlage 8: Koper bewerking Ketenanalyse IPM750 Blz 27/29

28 Bijlage 9: Printplaat productie loodbevattend Ketenanalyse IPM750 Blz 28/29

29 Bijlage 10: Printplaat productie loodvrij Ketenanalyse IPM750 Blz 29/29