Auf dem Weg zu einer nachhaltigen Produktzukunft Ob Smartphone, Kühlschrank oder Auto – wie nachhaltig ist eigentlich die Herstellung unserer Produkte? Wie hoch ist der Strom- und Wasserverbrauch während der Produktion? Sind einzelne Bauteile recycelbar? All das sind Fragen, die sich immer mehr Verbraucher*innen stellen und die doch meist unbeantwortet bleiben. Der OFFIS Forschungsbereich Produktion möchte das ändern und Unternehmen dabei unterstützen, nachhaltige, transparente Produktionsprozesse zu schaffen.
Das zentrale Ziel: Einen Weg in eine Produktzukunft aufzuzeigen, in der Nachhaltigkeit großgeschrieben wird. Das bedeutet: In Produktionsprozessen sollen in Zukunft idealerweise keine Verluste mehr entstehen, Produkte werden CO2-neutral mithilfe erneuerbarer Energien hergestellt und eben diese Produkte werden zu 100 Prozent wieder recycelbar sein. Wie kann also eine nachhaltige Produktion gelingen? Entscheidend ist, welche Materialien verwendet werden, aber auch, wie hoch der Energie- und Ressourcenverbrauch während der Produktionsprozesse ist.
Gezielte Steigerung der Energieeffizienz durch intelligente Sensoren und digitale Zwillinge
Das zentrale Problem in der heutigen Produktion: Oft ist gar nicht bekannt, wie viel Energie die einzelnen Industriemaschinen bei der Herstellung überhaupt verbrauchen. Unnötig hohe Energieverbräuche durch Anomalien, zum Beispiel durch Druckverlust in einer undichten Pneumatikleitung, können daher nicht festgestellt und behoben werden. Im Projekt „GREEN“ will die OFFIS-Forschungsgruppe dieses Problem lösen – mithilfe der Digitalisierung. Bestandsmaschinen werden dafür mit zusätzlichen Sensoren ausgestattet, die Daten systematisch erfassen und beobachten. So wird transparent gemacht, wie groß der Energieverbrauch tatsächlich ist. OFFIS ergänzt die Produktion dazu um einen sogenannten digitalen Zwilling der Maschine, um eine digitale Kopie, die Daten über die Verbräuche der Maschine erfasst, modelliert und auswertet. Eine entsprechende Messsensorik und die zu ihrer Auswertung notwendige Software, wird von OFFIS gemeinsam mit den Industriepartnern entwickelt und installiert.
Dank der konstanten Messung des Energieverbrauchs an den Maschinen und einer KI-unterstützten Anomaliedetektion werden Schwankungen und Abweichungen im Produktionsverlauf erkannt. Unnötige Ressourcenverbräuche können so rechtzeitig erkannt und vermieden, Maschinen können schnell repariert und der Energieverbrauch reduziert werden. Die Forschenden konzentrieren sich im Projekt „GREEN“ derzeit in erster Linie auf den Energiebedarf. Längerfristig werden auch weitere Verbräuche betrachtet: Was benötigen die Maschinen an wertvollen Ressourcen? Produzieren sie Abfallstoffe? Wie hoch ist der Wasserverbrauch?
Nicht nur die Maschine, auch das Produkt selbst kann einen digitalen Zwilling haben. Damit beschäftigt sich ein weiteres OFFIS-Projekt: „ThermoTwin“. Das Ziel des Projekts: Es soll eine bessere, nachhaltige Art entwickelt werden, Flugzeugteile aus leichtem Material zu produzieren. OFFIS erstellt dafür ein digitales Abbild der einzelnen Bauteile und sammelt auf diese Weise während des Produktionsprozesses Daten, die dann für eine ökonomische und ökologische Analyse bereitgestellt werden.
Dank des digitalen Zwillings wird ein Produkt an jeder Station der Fertigung individuell erfasst. Wie viel Energie hat es an welcher Maschine verbraucht? Wie hoch waren der Wasser- und Druckluftverbrauch? Wie weit waren die Transportwege? Wie viele kritische Rohstoffe wurden verarbeitet? All das soll man in Zukunft nachvollziehen und mit Erwartungswerten vergleichen können, denn der Digitale Zwilling kann die Werte für jede Ressource vorhersagen und so Abweichungen erkennen. Dank digitaler Technologien kann die Produktion dann sowohl auf der Seite der Maschinen, als auch auf der Seite der Produkte nachhaltiger und effizienter gestaltet werden. Nicht nur die Herstellung, auch der gesamte Lebenszyklus des Produkts wird betrachtet, damit eine nachhaltige Produktion erreicht werden kann. Das bedeutet: Produkte und Rohstoffe müssen so lange wie möglich nutzbar sein, Stoffkreisläufe müssen geschlossen, Abfälle vermieden oder wiederverwendet werden – Stichwort: Kreislaufwirtschaft.
Nachhaltigere Komponenten für eine effizientere Kreislaufwirtschaft
Das OFFIS-Projekt „Circuits“ basiert auf eben diesen Gedanken der Kreislaufwirtschaft. Das Ziel des Projekts: Eine nachhaltige Gestaltung elektronischer Bauteile. Auch hier liegt der Fokus auf den Verbrauch von Ressourcen. Durch die Verwendung von Bauteilen, die länger halten und leichter recycelbar sind, wird ein geschlossener Kreislauf ermöglicht. Gerade das Design der Produkte ist dabei entscheidend. Also: Wie können Produkte von Anfang an so gebaut werden, dass beispielsweise die seltenen Metalle, die enthalten sind, leichter zurückgewonnen werden können?
OFFIS möchte mit all diesen Projekten zeigen: Eine nachhaltige Produktion ist möglich – und notwendig. Nachhaltigkeit ist mittlerweile ein wichtiger Treiber für Innovationen und zu einem entscheidenden Wettbewerbsfaktor geworden. Unternehmen müssen Nachhaltigkeitsberichte anfertigen und den Kund*innen zeigen, dass sie ihre Produktion nachhaltiger gestalten wollen. Es ist daher erforderlich, die Produktion ganzheitlich auf Ressourceneffizienz auszurichten, um auch zukünftig im Markt erfolgreich zu sein.
Außerdem: Unsere Erde ist nur begrenzt belastbar und ein Großteil der natürlichen Ressourcen begrenzt verfügbar. Um auch zukünftigen Generationen eine lebenswerte Zukunft zu ermöglichen, müssen wir bewusst und ressourcenschonend leben und wirtschaften – eine nachhaltige Produktion leistet hier einen entscheidenden Beitrag.
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