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Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik Nachhaltige Produktion ist unumgänglich

Autor / Redakteur: Gerda Kneifel / M.A. Frauke Finus

Der Green Deal kann die deutsche Produktionstechnik in Pole-Position bringen. Dass Produktion deutlich ressourcenschonender und umweltfreundlicher geht, beleuchtet die Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik (WGP).

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Die umweltfreundliche Fabrik der Zukunft.
Die umweltfreundliche Fabrik der Zukunft.
(Bild: WGP/AdobeStock_299724174)

Das Ziel ist formuliert: Europa soll der erste klimaneutrale Kontinent werden. Der Green Deal soll die Kreislaufwirtschaft voranbringen, Lebenszyklen von Produkten erhöhen, Re- und Upcycling stärken. „Die Industrie in Deutschland, genauso wie die produktionstechnische Forschung sind innovativ genug, aus diesen Anforderungen neue Geschäftsmodelle zu entwickeln“, ist sich Prof. Christian Brecher, Präsident der WGP (Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktionstechnik) und Direktor des Werkzeugmaschinenlabors (WZL) der RWTH Aachen, sicher. „Eine ambitionierte deutsche und europäische Politik in Sachen Klimaschutz kann die Produktionstechnik in unserem Land sogar in die Pole Position bringen.“

Dass die Covid-19-Pandemie die Umsetzung verzögert, ist ebenso bedauerlich wie verständlich. Doch sie hat auch ein 130-Milliarden-Konjukturprogramm zur Folge, mit dem die Bundesregierung die Wirtschaft wieder auf Trab bringen möchte – mit bislang nicht gesehenem klimapolitischem Anspruch, auch im internationalen Vergleich. Für hiesige produzierende Unternehmen haben beide Programme zumindest Signalwirkung.

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Forschungen zeigen neue Wege im Energiesektor auf

Bei der WGP, dem Zusammenschluss führender deutscher produktionstechnischer Professoren ist energie- und ressourceneffiziente Produktion nicht erst seit gestern Thema. Dass Politiker nun das Ziel formuliert haben, bis 2050 80 % des Strombedarfs in Deutschland aus erneuerbaren Energieformen zu decken, hat die Forscherinnen und Forscher nur weiter in ihrem Bestreben bestärkt, die Industrie auf nichtfossile Energiequellen umzustellen. Gleichzeitig ist ausgesprochenes Ziel, Energie in der Produktion einzusparen. Erste Erfolge sind bereits sichtbar.

So starteten im Jahr 2016 sechs WGP-Institute mit rund 100 Partnern das bundesweite Kopernikus-Projekt Synergie. Bis 2026 sollen vor allem energieintensive Branchen wie etwa die Stahlindustrie in erheblichem Umfang auf Sonnen-, Wind- und andere neue Energiequellen zurückgreifen – soziale und rechtliche Fragen, die sich aus der Umstellung ergeben, werden von Anfang an mitgedacht. Das aber bedeutet, dass sich die Industrie auf Schwankungen im Stromnetz einstellen muss. Gerade bei den energieintensiven Branchen ist das eine Herausforderung.

Doch es gibt bereits Beispiele, die zeigen, dass es geht: Der Aluminiumproduzent Trimet in Essen verbraucht jährlich 1,6 % des gesamten deutschen Strombedarfs und ist damit der grösste privatwirtschaftliche Verbraucher im Lande. War das Unternehmen früher auf konstante Stromzufuhr angewiesen, können seine Aluminiumöfen heute Schwankungen von 22,5 106 W (Megawatt) über ein bis zwei Tage verkraften. Das entspricht der Leistung von rund 25.000 Drei-Personen-Haushalten. „Wenn wir den Energiebedarf der Industrie mit dem schwankenden Angebot erneuerbarer Energien synchronisieren, sind zudem noch drastische Einsparungen und Steigerungen der Effizienz möglich“, ergänzt Prof. Eberhard Abele, der das Projekt in den ersten drei Jahren leitete. Abele ist Mitglied im Präsidialausschuss der WGP und ehemaliger Leiter des Instituts für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der TU Darmstadt. Und nicht nur das: Deutschland könnte mit dem innovativen Know-how zum internationalen Leitanbieter für flexible Industrieprozesse und Produktionstechnologien werden. Das Konjunkturprogramm der Bundesregierung und der Green Deal könnten dafür sorgen, dass dieses Wissen sogar früher in die Wirtschaft getragen wird als bislang gedacht.

Wege zu zeitnaher Energiewende

Auch die ETA-Fabrik am PTW Darmstadt ist als Modellfabrik für Energieeffizienz bundesweit bekannt. Bis zu 40 % der Energie lässt sich hier einsparen, wenn Produktion, Versorgungstechnik und Gebäudestruktur ganzheitlich betrachtet werden. Die Viessmann-Werke etwa haben sich nach eigenen Angaben vom Anbieter von Heizungen zum Anbieter von Klimalösungen entwickelt. Mit Unterstützung des Teams der ETA-Fabrik hat das Familienunternehmen aus dem hessischen Allendorf die Klimaziele der Bundesregierung für 2050 bereits seit sechs Jahren realisiert. Seit 2014 ist Viessman klimaneutral.

Nicht zuletzt war die WGP massgeblich an dem Projekt der Green Factory Bavaria beteiligt. Darüber hinaus arbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der Optimierung von Stromnetzen. Sie forschen zu Gleichstrom-Anwendungen (DC-Industrie), optimieren Mittelspannungsnetze (HYB Komp) oder machen den Nordosten Deutschlands zu einer Art Reallabor für ein intelligentes Energiesystem (Windnode).

Längere Lebensdauer der Produkte

Dass sich die EU nun die Kreislaufwirtschaft mit längeren Produkt-Lebenszyklen auf die Fahnen geschrieben hat, trifft die produktionstechnischen Professoren ebenfalls nicht unvorbereitet. Relife ist ein Projekt, mit dem die Lebenszyklen von Investitionsgütern durch eine „adaptive Instandhaltungsstrategie“ verlängert werden sollen. Die Forscherinnen und Forscher am wbk Institut für Produktionstechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) etwa haben im vergangenen Jahr AgiProbot gestartet. Sie widmen sich in diesem Projekt dem Remanufacturing von Elektromotoren. Autonom arbeitende, mobile Roboter gewinnen dabei Altteile aus dem Markt zurück. Bis 2023 wird eine Demo-Fabrik am KIT zu sehen sein.

Noch in den Anfängen hingegen steckt die Update-Factory, eine Idee, die ursprünglich Prof. Jens Wulfsberg, Leiter des Laboratoriums Fertigungstechnik (LaFT) der Helmut-Schmidt-Universität in Hamburg, aufgebracht hat. Seither entwickelt eine Arbeitsgruppe aus fünf WGP-Professoren die Idee weiter. Das Innovative an dem Konzept: Die Nutzungszeit von Produkten wird verlängert und über ein in industriellem Massstab durchgeführtes Update des jeweiligen Gebrauchsgegenstands wird ein gesteigerter Nutzen für den Kunden generiert. „Beispielsweise könnten eine gebrauchte Büromaschine oder eine veraltete Waschmaschine in die Update-Factory gebracht werden, um das Produkt auf den aktuellen Stand der Technik zu bringen“, erläutert Prof. Volker Schulze, einer der Leiter des Instituts für Produktionstechnik (wbk) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), das Konzept. „Ein zusätzliches Update des äusseren Erscheinungsbilds könnte den Wunsch der Kunden nach neuen Produkten zufrieden stellen.“ Auch die industrielle Aufwertung von Komponenten mit schnelllebigen Entwicklungszyklen wie Touchdisplays oder von Verschleissteilen wie Akkus auf den bestmöglichen aktuellen Zustand ermöglicht hohe Kundenzufriedenheit und einen Beitrag zum Werterhalt des Produkts.

Bei bisherigen Konzepten wie dem Remanufacturing erfolgt erst am Ende der Nutzungszeit ein Zerlegen und Rückführen von Komponenten oder Materialien. Die Update-Factory geht hier weiter und der Kunde kann im Besitz des Produktes bleiben. „Es könnte ein Update der Hard- und Software generiert werden, ohne die ressourcenintensive Fertigung eines komplett neuen Produkts. Die Verlängerung der Nutzungsdauer würde damit von einzelnen Bestandteilen auf das gesamte Produkt ausgeweitet“, berichtet Schulze. Dadurch wird es möglich den aktuell schwankenden und steigenden Rohstoffpreisen sowie einer Nutzung von natürlichen Ressourcen, die deren Regenerationsfähigkeit übersteigt, mit gesenktem Ressourcenverbrauch und weniger Abfall zu begegnen. „Auf diesem Weg ist die Schlüsselkompetenz eines schonenden und effizienten Umgangs mit Ressourcen für die deutsche Industrie erreichbar“, so Schulze. Mit geeigneten Schnittstellen sowie einem modularen Aufbau bereits in der Entwicklung von Produkten kann durch die Update-Factory ein ganzheitliches grünes Konzept generiert werden, das gleichzeitig sowohl Kunden als auch Unternehmen einen Vorteil bringt und die Umweltbelastungen deutlich verringert.

Neue Produktionsmethoden

Produktion muss – soll sie ressourcen- und umweltschonend sein – auch lokal stattfinden. Hierfür tritt Wulfsberg immer wieder ein. Seine Idee: Kleine Werkzeugmaschinen, die leicht zu bedienen und zu transportieren sind. „Um eine lokale urbane Produktion zu ermöglichen, müssen wir weg von den hochkomplizierten Maschinen“, mahnt Wulfsberg. „Der Trend hin zu immer komplexeren Bearbeitungszentren bringt auch wesentliche Nachteile mit sich.“ So können nur intensiv geschulte Mitarbeiter die Maschinen bedienen und sie erfordern ein aufwändiges Umfeld und ausgebaute Infrastruktur. Jede der kleinen „Elementarmaschinen“, wie sie Wulfsberg nennt, erfüllt genau eine Bearbeitungsaufgabe. In einer Prozesskette, in der weitere kleine Maschinen hintereinandergeschaltet werden, funktioniert sie wie eine Art „Hardware-Modul“. Je nachdem, welche Produkte entstehen sollen, werden die Module variiert. Solche modularen Prozessketten werden komplexe Bearbeitungszentren etwa für die ultrafeine Produktion nicht ersetzen. Doch können solche Werkzeugmaschinen für jedermann und überall eine Produktion vor Ort ohne lange Transportwege für einfachere Produkte ermöglichen. Denkbar wäre zum Beispiel, Plastikflaschen vom Sammelbehälter im Discounter von nachgeschalteten Maschinen zu recyceln, um dann vor Ort mittels 3D-Druck beispielsweise Ersatzteile für die Kaffeemaschine oder andere individualisierte Haushaltsgegenstände oder Geschenke daraus herzustellen. Hamburg ist als erste deutsche Stadt auf Initiative Wulfsbergs bereits Mitglied im Fab City Network. Das Ziel aller teilnehmenden Städte ist es, in rund 35 Jahren alles, was sie benötigen, vor Ort zu produzieren, eigene Wertschöpfungsketten aufzubauen und sich wirtschaftlich unabhängig zu machen. Die Covid-19-Pandemie hat gezeigt, wie schnell das unter Umständen wichtig werden kann. Hamburg jedenfalls steht als Fab City nun in einer Reihe mit Städten wie Mexiko City, Paris, Seoul und Shenzen.

Neue Geschäftsmodelle werden aufgezeigt

Es gibt sie also, die Ideen für nachhaltige Produktion, und Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler arbeiten bereits seit geraumer Zeit an ihrer Realisierung. Denn „es besteht bei den Mitgliedern der WGP Einigkeit, dass die Themen Nachhaltigkeit und Klimaschutz zu den zentralen Zukunftsaufgaben der Gesellschaft und damit auch des produzierenden Gewerbes gehören“, postulierte Prof. Berend Denkena, Vizepräsident der WGP und Leiter des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz-Universität Hannover bereits Ende des vergangenen Jahres auf der WGP-Herbsttagung in Berlin. „Wir haben daher die ersten Schritte getan, um für die hiesige Industrie einen objektivierten Handlungsleitfaden zu erarbeiten. Er soll wegführen von den widersprüchlichen Studienergebnissen und oft emotionalen Diskussionen.“ Und Prof. Wolfram Volk, Leiter des Wissenschaftsausschusses ergänzt: „Der Ressourcengedanke muss im Vordergrund stehen. Aber wir haben uns bei alldem zum Ziel gesetzt, die Chance der Nachhaltigkeits- und Umweltdiskussion für die Produktionstechnik auch im Sinne von Geschäftsmodellen aufzuzeigen. Denn Ökologie und Ökonomie schliessen sich nicht mehr automatisch aus. Und nur wenn es Unternehmen auch gelingt, auch mit umweltgerechten Verfahren Gewinn zu machen, werden wir unser Ziel erreichen.“ Hier verstehe sich die WGP als Thinktank, der aufzeige, wie mittels Wirtschaftlichkeit als treibender Kraft umweltgerechte Produktion bei langfristiger Wettbewerbsfähigkeit möglich sei. Der Green Deal der EU und das Konjunkturprogramm der Bundesregierung könnten hier durchaus beschleunigend wirken.

Im vergangenen Jahr noch war die Hoffnung, die Politik davon zu überzeugen, dass umweltgerechte Produktion nicht nur möglich, sondern sogar eine grosse Chance für den Standort Deutschland sein könnte. Diese Position könnte durch die aktuelle Corona-Krise und das daraus folgende Konjunkturpaket der Bundesregierung sowie den Green Deal der EU weiteren Schwung bekommen.

Dieser Beitrag stammt von unserem Partnerportal blechnet.com

* M.A. Gerda Kneifel ist Sprecherin der WGP – Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik e.V. in 60325 Frankfurt am Main, Tel.: (0 69) 75 60 81-32, kneifel@wgp.de

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