Der blinde Fleck der Glasfaserindustrie: Wasser

Von Pascal Szarko, Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University

Glasfasern sind aus einer modernen Industriegesellschaft kaum wegzudenken. Sie verstärken Kunststoffe in Fahrzeugen, Windenergieanlagen, Rohrleitungen und Bauprodukten. Sie ermöglichen leichte und zugleich mechanisch hoch belastbare Bauteile und tragen damit indirekt selbst zur Ressourceneffizienz bei. Ihre Herstellung ist allerdings anspruchsvoll. Rohstoffe werden bei hohen Temperaturen zu Glas geschmolzen, anschließend durch feine Düsen zu Filamenten ausgezogen und unmittelbar danach weiterverarbeitet. Der Prozess läuft in großen Produktionsanlagen kontinuierlich im Dauerbetrieb. Während über den damit verbundenen Energiebedarf und die CO₂-Emissionen inzwischen intensiv diskutiert wird, bleibt eine zweite Ressource häufig im Hintergrund: Wasser.

Wasser wird sowohl für die Kühlung der frisch gezogenen Filamente als auch im weiteren Herstellungsprozess benötigt. Zusätzlich werden die Fasern unmittelbar nach ihrer Entstehung mit einer wasserbasierten Schlichte beschichtet. Wie relevant das Thema ist, zeigt eine Lebenszyklusanalyse des europäischen Branchenverbandes Glass Fibre Europe. Nach den dort ausgewerteten Produktionsdaten werden im Mittel rund 15 Liter Wasser je Kilogramm Glasfaser verbraucht. Betrachtet man nur die Wassernutzung an den Produktionsstandorten, liegt der Durchschnitt bei etwa 8 Litern je Kilogramm Fertigprodukt. Auffällig ist insbesondere die große Streuung: Je nach Werk und Produkt wurden zwischen rund 2 und 44 Litern pro Kilogramm ermittelt. Unterschiedliche Produkte, Produktionswege, lokale Wasserversorgung und Aufbereitungskonzepte beeinflussen die Bilanz erheblich. Die Spannweite macht aber deutlich, dass Wassermanagement keineswegs eine unveränderliche Eigenschaft des Prozesses ist.

Hinzu kommt ein zweiter Punkt: Nicht die gesamte Wassernutzung findet innerhalb der Glasfaserfabrik statt. Die europäische Lebenszyklusanalyse zeigt, dass ein erheblicher Teil bereits mit der Bereitstellung der Rohstoffe verbunden ist. Nachhaltiges Wassermanagement beginnt deshalb nicht erst an der Werkstür des Glasfaserproduzenten.

Für eine sachliche Diskussion ist zudem eine Unterscheidung wichtig. Umgangssprachlich wird meist von „Wasserverbrauch“ gesprochen. Für industrielle Prozesse muss jedoch zwischen Wasserentnahme, Wassernutzung, tatsächlichem Verbrauch, Kreislaufführung und anschließender Einleitung unterschieden werden. Wasser, das beispielsweise in einem geschlossenen Kühlkreislauf mehrfach verwendet wird, ist anders zu bewerten als Frischwasser, das verdunstet oder Bestandteil eines Produktes wird. Ebenso macht es einen Unterschied, ob Trinkwasser, Grundwasser oder aufbereitetes Prozesswasser eingesetzt wird.

Einfach „weniger Wasser einzusetzen“ wäre bei der Glasfaserherstellung allerdings zu kurz gedacht. Wasser erfüllt technische Funktionen. Die wenige Mikrometer dünnen Filamente verlassen die Ziehdüsen mit hoher Geschwindigkeit und müssen kontrolliert gekühlt werden. Unmittelbar danach wird die Schlichte aufgebracht. Diese Beschichtung schützt die Fasern, ermöglicht ihre textile Verarbeitung und beeinflusst später wesentlich die Haftung zwischen Glasfaser und Kunststoff.

Genau darin liegt die technologische Herausforderung: Ressourceneffizienz darf nicht zulasten der Produktqualität oder Prozessstabilität gehen. Eine höher konzentrierte Schlichte könnte beispielsweise die Menge des aufzubringenden Wassers reduzieren. Gleichzeitig verändern sich dadurch jedoch Viskosität, Benetzung, Auftragsverhalten und möglicherweise die Homogenität der Beschichtung. Wird weniger Wasser aufgebracht, verändert sich außerdem die nachfolgende Trocknung. Wasser- und Energieeffizienz müssen deshalb gemeinsam betrachtet werden.

Dasselbe gilt für Kühlprozesse. Entscheidend ist nicht nur, möglichst wenig Frischwasser einzusetzen, sondern Wärmeübertragung, Wasserqualität, Prozessstabilität und Wiederverwendbarkeit gemeinsam zu optimieren.

Tracking und Überwachung: Vom Versorgungsmedium zum Prozessparameter

Viele Produktionsanlagen verfügen über detaillierte Energiekennzahlen bis hinunter zu einzelnen Aggregaten. Beim Wasser ist die Datenbasis häufig weniger differenziert. Für eine belastbare Optimierung müsste dagegen bekannt sein, wie viel Wasser in welchem Prozessschritt benötigt wird, welche Qualität tatsächlich erforderlich ist und an welcher Stelle Wasser die Anlage wieder verlässt.

Darauf aufbauend ergeben sich mehrere technische Ansätze: geschlossene oder teilgeschlossene Kühlkreisläufe, die Wiederverwendung geeigneter Prozesswässer, die Trennung unterschiedlich belasteter Wasserströme und eine bedarfsgerechte Aufbereitung. Nicht jedes Prozesswasser benötigt Trinkwasserqualität. Ebenso muss nicht jeder Wasserstrom nach einmaliger Nutzung verworfen werden.

Sensorik und digitale Prozessüberwachung können dabei einen erheblichen Beitrag leisten. Durchfluss, Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert sowie weitere Qualitätsparameter lassen sich kontinuierlich erfassen. Damit wird Wasser vom unsichtbaren Hilfsmedium zu einem regelbaren Produktionsparameter.

Wasser wird ökologisch und ökonomisch relevant werden

Diese Diskussion ist längst nicht mehr nur ökologisch motiviert. Die Europäische Kommission hat mit ihrer Wasserresilienzstrategie das Ziel formuliert, die Wassereffizienz in der EU bis 2030 um mindestens 10 Prozent zu verbessern. Forschung, Digitalisierung und innovative Wassermanagementkonzepte sollen dafür eine wichtige Rolle spielen.

Für produzierende Unternehmen kommt ein wirtschaftliches Argument hinzu. Eine Fabrik, die weniger von extern bereitgestelltem Frischwasser abhängig ist, reduziert nicht nur Kosten für Bezug und Abwasserbehandlung. Sie kann auch robuster gegenüber Nutzungskonflikten, Trockenperioden, steigenden Wasserpreisen und strengeren Genehmigungsbedingungen werden. Wassereffizienz wird damit zunehmend zu einem Bestandteil industrieller Resilienz.

Die Glasfaserindustrie hat in den vergangenen Jahrzehnten erhebliche Fortschritte bei Energieeffizienz, Emissionen und Produktionsprozessen erzielt. Der nächste Schritt sollte darin bestehen, den Nachhaltigkeitsbegriff zu erweitern und Nachhaltigkeit aktiv in der Produktion zu integrieren. Eine klimafreundlichere Glasfaser ist nicht automatisch eine ressourceneffiziente Glasfaser. Energie, Rohstoffe, Abfall und Wasser müssen gemeinsam betrachtet werden.

Gerade darin liegt eine Chance für die europäische Industrie. Wer heute Verfahren entwickelt, die hohe Produktqualität mit geschlossenen Wasserkreisläufen, intelligenter Aufbereitung und digitaler Prozessführung verbinden, löst nicht nur ein Umweltproblem. Er entwickelt Technologien für einen Produktionsfaktor, dessen Bedeutung in der Zukunft erheblich wachsen dürfte.

Wasser sollte in der Glasfaserproduktion deshalb nicht länger nur als Betriebsmittel betrachtet werden. Es ist ein Werkstoff-, Prozess- und Standortfaktor zugleich.