Der Einsatz der Blockchain-Technologie innerhalb der Food Supply Chain. Sicherheit durch Rückverfolgbarkeit


Bachelorarbeit, 2020

64 Seiten, Note: 1,3


Leseprobe


Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung
1.1 Ausgangssituation
1.2 Stand der Forschung
1.3 Aufbau und Ziel der Arbeit

2. Food Supply Chain
2.1 Definition und das Zusammenspiel verschiedener Akteure
2.2 Verbraucheranspruch und der Einfluss der Globalisierung
2.3 Lebensmittelsicherheit, Rückverfolgbarkeit und Transparenz
2.4 Herausforderungen

3. Blockchain-Technologie
3.1 Definition und Funktionsweise
3.2 Eigenschaften und Unterschiede zu traditionellen Datenbanksystemen
3.3 Smart Contracts

4. Methodisches Vorgehen
4.1 Vorgehensweise bei der Literaturrecherche
4.2 Ein- und Ausschlusskriterien
4.3 Übersicht der ausgewählten Studien
4.4 Auswahl der Fallbeispiele

5. Anwendungen der Blockchain-Technologie in der FSC
5.1 Chancen
5.1.1 BCT verbessert die Sicherheit durch transparente Rückverfolgung
5.1.2 Einsatz der BCT in Kombination mit der IoT-Technologie
5.1.3 Vertrauenswürdige Zusammenarbeit und Steigerung der Lieferketteneffizienz durch den Einsatz der BCT
5.1.4 BCT verbessert die Nachhaltigkeit und stärkt die Robustheit der Lieferkette
5.2 Herausforderungen
5.2.1 Verlust der Privatsphäre durch den Einsatz der BCT
5.2.2 Hohe Kosten und schwierige Inklusion aller beteiligten Akteure
5.2.3 Technische Hürden beim Einsatz der BCT
5.2.4 Mangel an Vorschriften und Gesetzen zum Einsatz der BCT

6. Überprüfung von Anwendungsbereichen und konkreten Fallbeispielen zum Einsatz der BCT
6.1 Reishandel, Fleischhandel und Fischerei
6.2 Konkrete Fallbeispiele
6.2.1 Fallbeispiel 1: Fujitsu und Rice Exchange
6.2.2 Fallbeispiel 2: BeefLedger - Fleischhandel
6.2.3 Fallbeispiel 3: Fishcoin
6.3 Überblick der Ergebnisse

7. Unterstützung der FSC durch den Einsatz der BCT während der Corona-Pandemie

8. Fazit

Literaturverzeichnis

Anhang

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Beispielhafte Darstellung einer Lebensmittelversorgungskette

Abb. 2: Vereinfachte Darstellung einer Blockchain

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Konzeptualisierung der relevanten Suchbegriffe

Tabelle 2: Kriterien für die Auswahl der Studien

Tabelle 3: Übersichtliche Darstellung der Fallbeispiel-Ergebnisse

Tabelle 4: Literaturübersicht der ausgewählten Studien XVI

Tabelle 5: Überblick der Analyse pro untersuchte Studie XXVI

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung

1.1 Ausgangssituation

Laut Weltgesundheitsorganisation erkrankt fast jeder zehnte Mensch einmal in seinem Leben an kon­taminierten Lebensmitteln, 420 000 Menschen sterben jedes Jahr dadurch (World Health Organiza­tion 2019). Dies liegt auch daran, dass es in der Vergangenheit auf der ganzen Welt immer wieder zu schwerwiegenden Missständen in der Lebensmittelindustrie gekommen ist. Unter anderem sorgte in Europa der Pferdefleischskandal zu Beginn des Jahres 2013 für Schlagzeilen (Süddeutsche Zeitung 2017). Nicht nur das Vertrauen der Konsumenten litt hierbei, sondern auch Händler und Supermärkte mussten finanzielle Schäden hinnehmen (Süddeutsche Zeitung 2017). Die Lebensmittelbranche ist in ihrer Historie durchgehend gekennzeichnet durch wiederholt auftretende Skandale. In Anbetracht der Globalisierung werden Food Supply Chains (FSC) zunehmend komplexer und Informationen über eigene Zwischenhändler sind nur unzureichend verfügbar. Es herrscht demzufolge eine asymmetri­sche Informationsverteilung (Feng Tian 2017). Dadurch wird die Rückverfolgbarkeit und Kontrolle des gesamten Lieferkettenprozesses zu einer schwierigen Herausforderung und die Ineffizienz der Lieferketten wirkt sich auf die Sicherheit der Lebensmittelprodukte aus.

Aktuell werden verschiedenste IoT-Lösungen (Internet of Things) zur Rückverfolgbarkeit von Le­bensmittelprodukten angewendet, um z. B. Informationen über die Herkunft dieser Produkte zu emp­fangen. Trotzdem kann nicht garantiert werden, dass die bereitgestellten Informationen vertrauens­würdig sind, zumal diese unter der Aufsicht von zentralisierten Datenbanken laufen (A. Imeri und D. Khadraoui 2018; Feng et al. 2020). Folglich konnten herkömmliche Rückverfolgungssysteme die Lebensmittelsicherheit bisher nicht vollständig gewährleisten.

Nun kommt es auf Grund der andauernden Corona-Pandemie zur Verschärfung der ursprünglichen Problematiken, wodurch sich die Anfälligkeit der FSC deutlich zeigt. Laut WEF (2020) ist die Not­wendigkeit einer besseren globalen Zusammenarbeit wichtiger denn je, damit die Lieferkette die Nachfrageanforderungen der Verbraucher erfüllen kann. Dabei hängt die Robustheit der Lieferkette vor allem von Faktoren wie Vertrauen, Transparenz und Zuverlässigkeit ab. In dieser Hinsicht kann die Blockchain-Technologie (BCT) die Eigenschaft besitzen, die FSC grundlegend zu verändern und eine Lösung für die herrschenden Problematiken bereitzustellen.

1.2 Stand der Forschung

In den letzten Jahren wurde das Thema rund um Blockchain durch das Interesse an Bitcoin angetrie­ben. Frühere Forschungsarbeiten haben sich dabei hauptsächlich auf den Finanzsektor konzentriert, während in anderen Bereichen die Forschung nur sehr langsam vorankam. Im Lebensmittelsektor gewinnt die Blockchain-Technologie jedoch immer mehr an Akzeptanz und das Forschungsinteresse wächst. Durch die bestehenden Problematiken in Bezug auf die Sicherheit beschäftigen sich immer mehr Forscher mit der Anwendung von geeigneten Technologien für die Rückverfolgbarkeit in der FSC.

Bereits im Jahre 2006 diskutierten Folinas et al., von welchen Faktoren die Effizienz eines Rückver­folgungssystems abhängt. Demnach muss das System im Stande sein, Informationen über die Pro­duktqualität und deren Herkunft bereitzustellen, beginnend von der Produktion bis zur Entsorgung durch den Verbraucher. Aung und Chang (2014) stellten heraus, dass der Verbraucher bei der Rück­verfolgbarkeit von Lebensmittelprodukten in früheren Arbeiten vernachlässigt wurde und Studien hinsichtlich dieser Akteure ausgedehnt werden sollten. Gegenwärtig können Informationen über Pro­dukte durch Geschäftstransaktionen und IoT-fähige Geräte wie Radio Frequency Identification (RFID), Wireless Sensor Network (WSN), QR-Code usw. zurückverfolgt werden, jedoch kann nicht garantiert werden, dass die bereitgestellten Informationen vertrauenswürdig sind, zumal diese über zentralisierte Datenbanken laufen und somit eine Abhängigkeitsbeziehung besteht (A. Imeri und D. Khadraoui 2018; Feng et al. 2020).

Hinsichtlich dieser Problematiken gilt die Blockchain-Technologie als eine vielversprechende Lö­sung für die Lebensmittelbranche, jedoch gibt es in diesem Bereich einige Forschungslücken. Frühere Arbeiten zielten vor allem auf die Anwendung der Blockchain-Technologie in Kombination mit IoT- Systemen ab. Bereits im Jahr 2016 stellte Feng Tian heraus, dass die Lebensmittelsicherheit in Bezug auf China zu einem großen Problem herangewachsen war und nicht mehr den Anforderungen des Marktes entsprach. Somit wurde das Interesse an einem geeigneten Rückverfolgungssystem immer bedeutender. Der veröffentlichte Artikel liefert auch heute einen zentralen Beitrag für die wissen­schaftliche Community und hat damit eine hohe Relevanz für den Einsatz der Blockchain-Technolo- gie in der FSC. In dem Beitrag wird ein Rückverfolgungssystem vorgeschlagen, welches die Block- chain-Technologie in Kombination mit der RFID-Technologie einführt, um Informationen zuverläs­sig und vertrauenswürdig zu teilen. Einen weiteren elementaren Beitrag lieferte zudem Feng Tian im Jahr 2017, indem er auf Grundlage des HACCP-Konzepts ein Rückverfolgungssystem basierend auf der Blockchain-Technologie und dem IoT für die FSC vorschlug. Bei dem Begriff HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points) handelt es sich um eine Methode zur Identifizierung von Risiken im Zusammenhang mit der Lebensmittelsicherheit (Feng Tian 2017).

Des Weiteren wurden einige Pilotstudien veröffentlicht, in denen praktische Anwendungsmöglich­keiten untersucht wurden. Eine der bekanntesten Pilotstudien in diesem Bereich veröffentlichten Walmart und IBM in Zusammenarbeit (Yiannas 2017; Kamath 2018). Hierbei wurde die BCT auf Basis von Hyperledger Fabric (Blockchain-Framework) für die Rückverfolgbarkeit von Schweine­fleisch in China und Mangos in Amerika eingesetzt. Ergebnis war, dass Walmart die Zeit für die Rückverfolgung von Mangos von 7 Tagen auf 2,2 Sekunden reduzieren konnte und damit eine erheb­liche Transparenz in der gesamten FSC erzielte (Yiannas 2017).

Juan F. Galvez et al. (2018) untersuchten das Potenzial der BCT in Bezug auf die Rückverfolgbarkeit in einer Literaturübersicht und bezogen sich zusätzlich auf die zukünftigen Herausforderungen, die sich der innovativen BCT stellen. Ebenso veröffentlichten Andreas Kamilaris et al. (2019) in einer umfassenden Literaturübersicht die möglichen Vorteile, allerdings auch potenzielle Herausforderun­gen bei der Implementierung der BCT in der FSC. Es zeigte sich, dass bereits einige Projekte in diesem Bereich verwendet werden, es jedoch viele Probleme hinsichtlich der Umsetzung gibt. Dabei sollte die Digitalisierung weiterhin in allen Bereichen gefördert werden, um die Barrieren für den Einsatz der BCT zu reduzieren. Kay Behnke und M. F. W. H. A. Janssen (2020) veröffentlichten den ersten Beitrag zur Untersuchung der Rahmenbedingungen für den Einsatz der BCT in der FSC. Dabei wurden insgesamt achtzehn Rahmenbedingungen für die Rückverfolgbarkeit von Lebensmitteln identifiziert, von denen fünf direkt auf die BCT zutreffen.

1.3 Aufbau und Ziel der Arbeit

Es gibt einige Forschungsarbeiten, die den Einsatz der BCT in der Supply Chain (SC) sowie der FCS untersuchen, jedoch legt keine der Arbeiten einen zusätzlichen Fokus auf derzeitig herrschende Prob­lematiken (Corona-Pandemie). Somit fehlt es diesen Beiträgen an aktuellem Bezug. Daher wird in dieser Arbeit die Frage gestellt: „Welche Chancen bietet die Blockchain-Technologie innerhalb der Food Supply Chain in Zeiten der Corona-Pandemie und welche Herausforderungen stellen sich?“

Um die aufgeworfene Fragestellung zu beantworten und einen Beitrag zur Schließung dieser For­schungslücke zu leisten, wird im ersten Teil der Arbeit die Methodik eines systematischen Literatur­Reviews verwendet, um allgemeine Chancen und Herausforderungen zum Einsatz der BCT zu er­schließen. Weiterhin werden im zweiten Teil der Arbeit drei Anwendungsbereiche ausgewählt, um anknüpfend jeweils ein Fallbeispiel vorzustellen. Das Ziel ist es insgesamt, das Potenzial der BCT in der Anwendung für die FSC zu identifizieren und anschließend zu überprüfen, inwiefern sich dieses Potenzial zur Lösung der Probleme innerhalb der FSC bedingt durch die Corona-Pandemie anwenden lässt.

Zuerst werden in Kapitel 2 alle relevanten Begriffe und theoretischen Grundlagen der FSC erklärt, während in Kapitel 3 auf das allgemeine Konzept der BCT eingegangen wird. Daraufhin wird in Kapitel 4 das methodische Vorgehen beschrieben. Kapitel 5 beinhaltet die Ergebnisse des systemati­schen Literatur-Reviews, Kapitel 6 die Ergebnisse der Fallbeispiele. Anschließend erfolgt die An­wendung auf die derzeitige Situation der Corona-Pandemie in Kapitel 7. Schlussendlich werden die grundsätzlichen Ergebnisse sowie Vorschläge für weitere Forschung in Kapitel 8 zusammengefasst.

2. Food Supply Chain

Nach den Prognosen der Vereinten Nationen könnte bis 2100 die Weltbevölkerung bis auf 11 Milli­arden steigen und somit ihren Höhepunkt erreichen (Handelsblatt 2019). Aus diesem Grund werden Nahrungsmittelversorgungsketten auch in Zukunft eine entscheidende Rolle spielen, um den Lebens­mittelbedarf zu decken. Als oberste Priorität gilt es dabei, Lebensmittel zur richtigen Zeit, in der richtigen Qualität und in der richtigen Menge bereitzustellen (Dani 2015, S. 1-2).

Seit Beginn der Industrialisierung hat sich das Nahrungsmittelsystem ständig verändert und weiter­entwickelt. Angesichts der Globalisierung werden Lieferketten zudem immer komplexer, da viele Unternehmen verschiedene Bereiche der Lieferkette wie z. B. die Fertigung und Logistik auslagern. Infolgedessen können Produkte nur noch sehr schwer kontrolliert werden. So ist z. B. oft nicht klar, unter welchen Temperaturbedingungen die Zwischenhändler Lebensmittel lagern oder unter welchen Umständen der Transport erfolgt. Informationen über die eigenen Zwischenhändler sind also unzu­reichend und es entwickeln sich Lücken in der Lieferkette, die ausgenutzt werden können (Sarpong 2014). Hoch vernetzte Nahrungsmittelversorgungsketten durchlaufen verschiedenste Stationen auf der gesamten Welt und bieten damit einen optimalen Nährboden für Lebensmittelbetrug wie z. B. im Jahr 2013 der Pferdefleischskandal (Süddeutsche Zeitung 2017). Das Thema Lebensmittelsicherheit rückte durch solche Skandale anhaltend in die Öffentlichkeit, was die zunehmend zentrale Rolle der Nachverfolgbarkeit von Lebensmitteln unterstrich (Hoffbauer 2017). Aktuell werden diese bereits in der Vergangenheit bestehenden Schwachstellen der FSC in puncto Rückverfolgbarkeit und Transpa­renz durch die Covid-19-Pandemie und die dadurch entstehenden Problematiken verschärft. Die Wi­derstandsfähigkeit der Lieferkette wird stark auf die Probe gestellt.

Um die bestehende Problemstellung besser zu verstehen, ist es zunächst essenziell, im nächsten Un­terpunkt die verschiedenen Akteure einer Lebensmittellieferkette aufzuzeigen und die Terminologie zu definieren. Dadurch wird deutlich, welchen Weg Lebensmittel in einer Lieferkette durchlaufen müssen, bevor sie dem Endverbraucher zur Verfügung stehen. Zudem werden im weiteren Unter­punkt der Verbraucheranspruch und der Einfluss der Globalisierung thematisiert und wichtige Schlüsselbegriffe wie Lebensmittelsicherheit, Rückverfolgbarkeit und Transparenz in Verbindung zueinander gesetzt. Weiterhin werden im letzten Unterpunkt die aktuellen Herausforderungen der FSC genauer aufgezeigt.

2.1 Definition und das Zusammenspiel verschiedener Akteure

In erster Linie ist die Lebensmittelversorgungskette nicht mit der klassischen Lieferkette von Produk­ten zur verwechseln, da Lebensmittel zu jedem Zeitpunkt, sowohl beim Transport als auch bei der Lagerung, an Qualität verlieren können und somit eine besondere Handhabung erfordern (Bloemhof und Soysal 2017, S. 397).Der gesamte Prozess und die Stationen, die Lebensmittel vom Rohstoffzu­stand über den Einzelhandel zum Endverbraucher durchlaufen, wird als Lebensmittelversorgungs­kette definiert - im Englischen Food Supply Chain (Dani 2015, S. 2). Dabei arbeiten eine Reihe an Unternehmen eng zusammen, um Lebensmittelprodukte entlang der Wertschöpfungskette zu koordi­nieren, mit dem Ziel, einen optimalen Kundennutzen zu erreichen und dabei die Kosten möglichst niedrig zu halten (Folkerts und Koehorst 1997).

Um das Zusammenspiel zwischen den Akteuren zu veranschaulichen, kann die FSC in einzelne Be­reiche heruntergebrochen werden. Den Grundbaustein legen hierbei die Primärproduzenten, beste­hend aus Landwirtschaft, Fischerei, Aquakultur und Gartenbau. Im weiteren Schritt der Kette kom­men die Hersteller hinzu, deren Aufgabe es ist, die Anfangsrohstoffe in Produkte umzuwandeln und im späteren Verlauf konsumfertig weiterzuleiten (Eastham et al. 2001). In der Endphase befinden sich die Groß-und Einzelhändler, die das vollendete Produkt dem Endverbraucher bereitstellen (East­ham et al. 2001, S. 38-40).In Abbildung 1werden beispielhaft die verschiedenen Akteure einer Le­bensmittelversorgungskette detaillierter dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Beispielhafte Darstellung einer Lebensmittelversorgungskette (Eigene Darstellung in Anlehnung an Dani 2015, S. 2; M. P. Caro et al. 2018, S. 2; Bosona und Gebresenbet 2013, S. 35)

1. Rohstoff-Lieferant: Hierbei handelt es sich meistens um größere Unternehmen, die die Le­bensmittelproduzenten mit den benötigten Rohstoffen wie Dünger, Saatgut sowie Pestiziden versorgen.
2. Produzent: Diese Akteure beschränken sich nur auf die Pflanzung und Ernte von Lebensmit­teln (Getreide, Obst, Gemüse usw.) sowie auf die Schlachtung von Tieren. Anschließend folgt die unverarbeitete Übermittlung an den nächsten Akteur der Lieferkette.
3. Verarbeiter: Die Aufgabe der Verarbeiter ist es, den ursprünglichen primären Zustand der Lebensmittel in einen weiterentwickelten Zustand auszudehnen. Die Tätigkeitsbereiche an dieser Stelle können sehr vielfältig sein und reichen von einfachen Arbeitsschritten wie dem Verpacken von Lebensmittelprodukten bis hin zu komplexeren Vorgängen wie z. B. dem Auspressen von Oliven.
4. Distributor: Der Distributor dient als Verteiler und ist eine Verbindungsstelle zwischen den Produzenten, Verarbeitern und Verkaufsmärkten. Darüber hinaus ist dieser auch für die glo­balen Lieferungen elementar.
5. Händler: Dieser Akteur ist für den Verkaufsprozess der Lebensmittelprodukte verant­wortlich. Händler reichen von einfachen lokalen Geschäften bis hin zu großen Super­märkten.
6. Konsument: Der Verbraucher ist immer die letzte Station in einer Lebensmittelversorgungs­kette und beendet damit die Abfolge.

Weiterhin wird zwischen den verschiedenen Akteure die Beförderung durch Logistik- und Transport­unternehmen vollzogen, damit die FSC sowohl zeitlich als auch qualitätsbedingt aufeinander abge­stimmt werden kann (Dani 2015, S. 2-6; M. P. Caro et al. 2018, S. 1-4).

Eine weitere wesentliche Bedeutung in einer FSC haben zudem Regierungen und Non-Profit-Orga­nisationen (NPO). Die Aufgabe dieser Parteien ist es, die gesamte FSC vom Lebensmittelproduzenten bis hin zum Endverbraucher zu kontrollieren und gegebenenfalls bei Sicherheits- und Qualitätsbe­denken einzugreifen (Bosona und Gebresenbet 2013, S. 34). Hierbei wird sichergestellt, dass Stan­dards, Vorschriften und Gesetze durch alle beteiligten Akteure an der FSC eingehalten werden (M. P. Caro et al. 2018, S. 2).

2.2 Verbraucheranspruch und der Einfluss der Globalisierung

Es gibt verschiedene Einflussfaktoren, die dazu beitragen, dass die Welt einem ständigen Wandel ausgesetzt ist. Dies betrifft auch die FSC, die sich infolge der Globalisierung und der Weiterentwicklung der Technologien ständig umorganisieren muss, da der Anspruch der Verbraucher an die Lebensmittelbranche stetig wächst (Dani 2015, S. 9-10).

Die Folgen der Globalisierung machen sich nicht nur durch eine erhöhte Verfügbarkeit von Lebens­mitteln bemerkbar, sondern auch durch einen steigenden Wettbewerb beim Lebensmitteleinkauf. Große Supermarktketten wachsen immer schneller und haben entsprechend einen größeren Einfluss auf den Lebensmittelsektor. Somit haben kleinere Händler das Problem, aus dem Markt gedrängt zu werden, zumal Supermärkte den Anforderungen der Konsumenten - z. B. höhere Lebensmittelquali­tät, niedrigere Preise und eine größere Auswahl - leichter gerecht werden können. (Gina et al. 2004, S. 1-2). Darüber hinaus ist die FSC nicht als statisch zu betrachten, sondern als ständig veränderbar. Infolge der anhaltenden Globalisierung und des steigenden Wettbewerbsdrucks hat sich die Lebens­mittelkette fortlaufend erweitert und durch die Zunahme weiterer Zwischenhändler ausgedehnt, um auf die Bedürfnisse der Verbraucher zügig reagieren zu können (Duan et al. 2020; Abeyratne und Monfared 2016) Dadurch hat die FSC fortlaufend an Komplexität und Dynamik gewonnen.

Mit immer vielfältigeren Lebensmittellieferketten hat sich zudem die Nachfrage der Verbraucher ver­ändert. Nicht nur das Interesse an verschiedenen Arten von Lebensmitteln steht im Vordergrund, sondern es bestehen auch unterschiedliche Präferenzen hinsichtlich der Herkunft, Inhaltsstoffe und Qualität von Lebensmitteln. Während manche Verbraucher eine einfache Zubereitung bevorzugen, legen andere viel Wert auf Lebensmittel, bei denen die Natürlichkeit beibehalten wird und die keine Konservierungsstoffe enthalten (Eastham et al. 2001, S. 24-28). Der BMEL-Ernährungsreport aus dem Jahr 2019, der in Deutschland durchgeführt wurde, zeigt jedoch, dass sich der Verbraucheran­spruch allgemein verschärft hat. Lebensmittel sollen nicht nur gut schmecken, sondern auch schnell zubereitet und darüber hinaus gesund sein (Bundesministerin für Ernährung und Landwirtschaft 2019).

Des Weiteren spielt der Faktor Lebensmittelsicherheit eine zentrale Rolle. Aus einer Umfrage der EFSA bezogen auf Europa lässt sich feststellen, dass der Missbrauch von Antibiotika, Hormonen und Steroiden bei der Fleischproduktion sowie Pestizidrückstände in Lebensmitteln und auch Lebensmit­telzusatzstoffe für Verbraucher ernstzunehmende Angelegenheiten sind (European Food Safety Au­thority 2019). Einen weiteren Einfluss hatten zudem Lebensmittelskandale in der Vergangenheit. Diese haben den Verbraucher in zunehmendem Maß verunsichert, da die Sicherheit von Lebensmit­teln nicht garantiert werden konnte.

2.3 Lebensmittelsicherheit, Rückverfolgbarkeit und Transparenz

In der Vergangenheit kam es auf der gesamten Welt zu schweren Lebensmittelskandalen (Gammel­fleisch, Spuren von Pferdefleisch in Rindfleischprodukten, BSE etc.), die durch den internationalen Handel intensiviert und beschleunigt wurden. So wurden Zwischenfälle, die eigentlich auf nationaler Ebene stattfanden, durch global vernetzte Liefersysteme schnell zu einem internationalen Problem. Solche Zwischenfälle können von durch Lebensmittel übertragene Krankheiten, Lebensmittelvergif­tungen oder minderwertiger Qualität bis hin zu falsch oder nicht gekennzeichneten Inhaltsstoffen reichen. Infolgedessen rückt die Sicherheit des Verbrauchers immer mehr in den Fokus und die Nach­frage nach Lebensmittelqualität steigt (World Health Organization 2019).

Heutzutage durchqueren Lebensmittelprodukte innerhalb der Lieferkette verschiedenste Stationen auf der ganzen Welt. Dabei ist jede Station ausschlaggebend für die Lebensmittelendprodukte. Aus diesem Grund ist es erforderlich, dass Regierungen, Hersteller und Verbraucher eng und effizient zusammenarbeiten, damit die Sicherheit in jeder Phase gewährleistet werden kann (World Health Organization 2019). Deshalb gewinnen Rückverfolgungssysteme zunehmend an Bedeutung, da sie sich als geeignete Lösung erweisen, um Informationen zu einem Produkt über die gesamte Lebens­mittelversorgungskette hinweg bereitstellen zu können. Damit ist es möglich, bei der Gefährdung der Lebensmittelsicherheit auf schnellem Weg Produkte zurückzurufen (Tan et al. 2018).

In einer FSC spielt der Begriff Rückverfolgbarkeit eine zunehmend zentrale Rolle, damit Faktoren wie Sicherheit und Qualität über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg garantiert werden können. Somit nimmt dieser Begriff auch in dieser Arbeit eine wesentliche Rolle ein und wird aus dem Grund genauer betrachtet. Der deutsche Lebensmittelverband definiert den Begriff Rückverfolgbarkeit als eine „Möglichkeit, ein Lebensmittel durch alle Produktions-, Verarbeitungs- und Vertriebsstufen zu verfolgen“ (Lebensmittelverband Deutschland, o. J.). Präziser formuliert, ist die Rückverfolgbarkeit von Lebensmitteln der Aufgabenbereich des Logistikmanagements, das Informationen einzelner Le­bensmittel in allen Phasen über die gesamten FSC registriert und abspeichert, damit die Qualität der Lebensmittelprodukte jederzeit kontrolliert und zurückverfolgt werden kann (Bosona und Gebresen- bet 2013). Dies führt nicht nur zur besseren Einhaltung von Gesetzgebungen, die die Lebensmittelsi­cherheit betreffen, sondern dienen dem Endverbraucher auch als Vertrauensquelle (Aung und Chang 2014).

Weiterhin ist der Begriff Transparenz in Bezug auf die FSC immer wieder ein relevantes Anliegen und ein wünschenswertes Ziel. Dabei kann der Begriff definiert werden als der Zugang zu sämtlichen Informationen durch teilnehmende Akteure in einem Netzwerk, die sich auf die Produkte und Prozesse beziehen (Beulens et al. 2005). Darüber hinaus sollten in diesem Sinne Informationen ohne Verzögerungen, Verfälschungen oder viel Aufwand bereitgestellt werden können (Beulens et al. 2005).

2.4 Herausforderungen

Wie in den vorherigen Punkten deutlich wurde, wird der Lebensmittelhandel durch global vernetzte Lieferketten komplexer und die Sicherheit spielt für Verbraucher und Produzenten eine zunehmend wichtige Rolle. Somit ist die Nachfrage nach effizienten Kontrollsystemen zwingender geworden, damit Lebensmittelgesetzgebungen und Richtlinien befolgt werden können. Allerdings lässt sich fest­stellen, dass trotz des Einsatzes von neuen Technologien im Bereich der Rückverfolgbarkeit von Le­bensmittellieferketten kein System unzweifelhaft arbeitet und sich dadurch zahlreiche Herausforde­rungen ergeben. (Aung und Chang 2014)

Die Probleme, die sich in diesem Fall stellen, hängen von verschieden Faktoren ab. Bemerkenswert ist vor allem, dass ein großer Teil der Unternehmen nur wenig oder überhaupt keine Informationen über die eigenen Akteure der Lieferkette ab der zweiten und dritten Stufe besitzen (Abeyratne und Monfared 2016). Da die Lieferketten immer langgliedriger werden, steigt gleichzeitig auch die Menge an Informationen, die potenziell übermittelt werden können. Dieses Übermaß führt zu einer Beeinträchtigung der Rückverfolgbarkeit (X. Zhang et al. 2020; K. Salah et al. 2019).

Aktuell werden global zahlreiche IoT-Technologien genutzt - z. B. RFID und Systeme, die auf draht­losen Sensornetzwerken basieren. Sie sollen die Sicherheit von Lebensmitteln in der Lieferkette ge­währleisten. Jedoch stellt sich die Frage, ob die daraus gewonnenen Informationen unverfälscht und vertrauenswürdig sind (Feng Tian 2016). Denn diese Systeme arbeiten gegenwärtig mit zentralisier­ten Datenbanken, die Aufgabe der Datenkontrolle wird gewöhnlich durch Non-Profit-Organisatio­nen, Regierungen und anderen Drittparteien übernommen (Fuchs und Goudz 2020; Zhang et al. 2020). In diesem Zusammenhang spielt Vertrauen in diese Parteien eine zentrale Rolle, zumal sie über eine größere Anzahl an Informationen verfügen und demzufolge eine asymmetrischen Informa­tionsverteilung herrscht (Feng Tian 2017). Die Abhängigkeit von einzelnen Organisationen und Dritt­parteien führt somit dazu, dass die Anfälligkeit für Bestechung steigt (Provenance 2015). Infolgedes­sen ist das Netzwerk nicht verlässlich und es droht zusammenzubrechen. Ein weiteres potenzielles Risiko besteht bei derartigen Systemlösungen darin, dass sie zur Zielscheibe von Hackerangriffen werden, da der zentrale Speicherort einen Angriffspunkt bietet, der das gesamte System zum Einsturz bringen kann (Abeyratne und Monfared 2016). An den Ereignissen in der Vergangenheit wurden die Nachteile von zentralen Datenbanksystemen deutlich aufgezeigt. Trotz strengerer Kontrollmaßnahmen konnte die Sicherheit in der Lebensmittellieferkette nicht vollständig garantiert werden (Abeyratne und Monfared 2016). Für diese dynamische Problemstellung bieten sich daher Lösungen an, die nicht auf zentralen Systemen basieren, um Informationsungleichheiten zu beheben (Feng Tian 2017; Duan et al. 2020)

Darüber hinaus wäre es effektiver, Informationen der Lebensmittelversorgungskette in Echtzeit über­tragen zu können. Dies könnte sich positiv auf die Sicherheit auswirken, da Probleme schneller aus­findig gemacht und an der Wurzel bekämpft werden können (Duan et al. 2020; Aung und Chang 2014). Zusätzlich sollten auch Verbraucher berücksichtigt werden und die Möglichkeit besitzen, die Herkunft von Lebensmitteln selbst zurückzuverfolgen, zumal ihr Vertrauen in der Vergangenheit durch Skandale am meisten gelitten hat.

Die Herausforderungen werden anhand der Corona-Pandemie verschärft und bringen die Lebensmit­telindustrie in Bedrängnis, besonders da die Branche in der Vergangenheit durch undurchsichtige Lieferketten gekennzeichnet war. Der gewöhnliche Handel von Ressourcen erfolgte zuvor kosten­günstig und unkompliziert über den gesamten Globus, sodass Unternehmen ihre Zutaten von unter­schiedlichen Produktionspartnern auf der gesamten Welt beziehen konnten. Durch die anhaltende Situation kommt es jedoch immer wieder zum Wegfall verschiedener Akteure in der Lieferkette und der Warenfluss wird blockiert. Eine Lösung für die Probleme kann ein dezentrales und manipulati­onssicheres Datenbanksystem bieten, auch bekannt als Blockchain-Technologie. Dies wird in Bezug auf die FSC in den nächsten Kapiteln näher untersucht, um im späteren Verlauf mögliche Chancen sowie Herausforderungen dieser Technologie aufzeigen zu können.

3. Blockchain-Technologie

Lebensmittelsysteme haben viele Vorteile, jedoch auch Schwachstellen, die die gesamte FSC ver­wundbar machen. Die Schwachstellen liegen hierbei in der Rückverfolgbarkeit und der Transparenz. Folglich ist eine Lösung erforderlich, die diesen Problemen entgegentreten kann. Hierbei weist die Blockchain-Technologie nach Expertenmeinung viel Potenzial auf. In diesem Unterkapitel werden grundlegende Begriffe zur Blockchain geklärt und ein grober Einblick in die technische Funktions­weise gegeben. Im weiteren Schritt werden die Eigenschaften der Blockchain hervorgehoben und ausschlaggebende Unterschiede zu den herkömmlichen zentralen Datenbanksystemen demonstriert.

3.1 Definition und Funktionsweise

Die Blockchain-Technologie, auch Distributed Ledger Technology (DLT) genannt, wurde vor allem durch den Einsatz in der Finanzbranche bzw. die Kryptowährung Bitcoin bekannt. Es handelt sich dabei umein dezentralisiertes Datenbanksystem (Shingh et al. 2020, S. 14; Qiu 2018, S. 159; Abey- ratne und Monfared 2016, S. 2; Fill und Meier 2020, S. 49).Anfänglich war die Technologie nur für Transaktionen in Kryptowährungen gedacht, die in einem Ledger (Hauptbuch) erfasst werden, wäh­rend das Potenzial für weitere Anwendungsbereiche weitgehend unberücksichtigt gelassen wurde. Präziser formuliert ist die Blockchain „ein gemeinsames, verteiltes Konto, das den Prozess der Auf­zeichnung von Transaktionen und der Überwachung von Assets in einem Unternehmensnetzwerk vereinfacht“ (Gupta 2018, S. 3). Bei einem Asset handelt es sich, vereinfacht gesagt, um einen Ver­mögenswert, der entweder in materieller (z. B. Haus, Auto, Bargeld) oder in immaterieller Form (z.B. Patente, Markennamen) vorliegen kann (Gupta 2018, S. 3). Bei einer Blockchain werden In­formationen in Form von Datenblöcken gespeichert und unter der Verwendung von kryptografischen Verfahren untrennbar miteinander verknüpft (Lebensmittelverband Deutschland 2018; Gabler Wirt­schaftslexikon, o. J. a). Bei diesem Vorgehen wird ein sogenannter Hashwert berechnet, um mit des­sen Hilfe Datenblöcke zu einer Kette zu verbinden. Ein Hash kann mit einem digitalen Fingerabdruck verglichen werden, deres ermöglicht, eine Verknüpfung zu anderen Informationsblöcken herzustel- len und daneben auch den Hashwert des vorherigen Blocks enthält (siehe Abbildung 2).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Vereinfachte Darstellung einer Blockchain (Eigene Darstellung in Anlehnung an Gupta 2018, S. 14)

Somit können Informationen nicht verändert oder manipuliert werden, da sonst auch der Hashwert des vorherigen Blocks sich vollständig ändern würde (Deutsche Landwirtschafts-Gesellschaft 2019).

Darüber hinaus wird bei einer Blockchain zuerst die Gültigkeit von neuen Informationen geprüft. Diese werden mit den bereits eingepflegten Daten verglichen und anschließend wird entschieden, ob die Informationen in das System übernommen werden (Shingh et al. 2020, S. 14). Zudem gelingt es allen Beteiligten, Informationsdaten nicht nur von einem zentralen Rechner aus einzusehen, sondern diese werden nahezu in Echtzeit auf allen Rechnern zugänglich gemacht (Gabler Wirtschaftslexikon, o. J. a; Aung und Chang 2014).

3.2 Eigenschaften und Unterschiede zu traditionellen Datenbanksystemen

Eine traditionelle Datenbank definiert sich durch einen zentralen Serverspeicher, in dem Informatio­nen erfasst und hinterlegt werden. Die Kontrolle erfolgt hierbei mittels einer auserwählten Organisa­tion, die die Bevollmächtigung besitzt, alle Transaktionen zu prüfen und als zentrale Kommunikati­onsstelle für Mitglieder des Netzwerkes zu dienen (Hein et al. 2019, S. 6). Allerdings kann diese Vorgehensweise für Anwender sehr kostenintensiv werden, da für die Nutzung einer externen Kon­trollinstanz auch Beiträge anfallen (Gupta 2018, S. 6). Der Aufbau einer Blockchain zeigt jedoch, dass eine Administration dieser Art nicht notwendig ist (Hein et al. 2019, S. 6). Durch ein dezentral aufgebautes Netzwerk ermöglicht es die BCT, Transaktionen ohne einen dritten (zentralen) Vertreter auszuführen. Weiterhin wird die Korrektheit der Datenblöcke in jeder Phase garantiert. Dazu werden Kopien von bereits vorhandenen Informationsblöcken erstellt und durch die Plattform jedem Teil­nehmer zugänglich gemacht (Fenwick und Wrbka 2020, S. 49-50; Yiannas 2017). Entsprechend geht keine Information verloren, sollte ein Knoten im Netzwerk wegfallen (Scherk und Pöchhacker-Trö- scher 2017, S. 24). Diese Eigenschaft ist ein wesentliches und vorteilhaftes Unterscheidungsmerkmal im Vergleich zu herkömmlichen zentralen Datenbanksystemen.

Für die erweiterte Sicherheit sorgt bei der BCT zudem die Tatsache, dass die Entscheidung über das Erfassen einer Transaktion nicht mehr in der Hand eines einzelnen Akteurs liegt, sondern die Bewil­ligung aller Teilnehmer erfordert (Konsensmechanismus). Hierdurch wird die Kontrolle von ge­schäftlichen Abwicklungen auf die gesamten Teilnehmer demokratisch verteilt, indem jedes Mitglied die gleichen Datensätze und Rechte besitzt (Yiannas 2017; Shingh et al. 2020; Deutsche Landwirt­schafts-Gesellschaft 2019; Lebensmittelverband Deutschland 2018). Die Blockchain-Technologie er­möglicht es so, dass alle getätigten Transaktionen allen Mitgliedern manipulationsfrei sowie orts- und zeitunabhängig zur Verfügung stehen. Sobald die Informationen einmal im System eingepflegt sind, können sie weder geändert noch gelöscht werden (Kakavand et al. 2017, S. 4). Dadurch ist Vertrauen zwischen den Parteien keine zwingende Voraussetzung mehr, zumal alle Bewegungen im System sichtbar und zugänglich erfasst sind.

3.3 Smart Contracts

Der Begriff Smart Contract gewinnt mit den Möglichkeiten der BCT immer mehr an Bedeutung. Dabei handelt es sich vereinfacht ausgedrückt um einen elektronischen intelligenten Vertrag, der un­terschiedliche Vertragsbedingungen enthalten kann (Gabler Wirtschaftslexikon o. J. b). Dadurch ist er den üblichen Verträgen ähnlich. Eine zentrale Eigenschaft von Smart Contracts ist das automati­sche Ausführen von bestimmten Tätigkeiten, sobald die Bedingungen des jeweiligen Vertrags erfüllt sind. Durch den Einsatz von Smart Contracts können Vermittler, die zwischen den Partnern agieren, umgangen werden, da das Computerprogramm die Voraussetzungen für den Abschluss des Vertrages automatisch prüft (Guoqing Zhao et al. 2019). Jeder Benutzer kann einen Vertrag erstellen, indem er eine Transaktion auf die Blockkette bucht. Der Programmcode eines Vertrags wird beim Anlegen des Vertrags festgelegt und kann nicht geändert werden (Feng Tian 2017).

4. Methodisches Vorgehen

In diesem Abschnitt der Arbeit wird das methodische Vorgehen genauer erläutert, um die aufgewor­fene Forschungsfrage zu beantworten. Das Vorgehen lässt sich hierbei in zwei Bereiche einteilen. Im ersten Teil werden die Ergebnisse im Hinblick auf die allgemeinen Chancen und Herausforderungen der BCT zum Einsatz in der FSC dargestellt. Dabei wird nach dem Ansatz einer systematischen Li­teraturrecherche vorgegangen, die sich auf den Zeitraum 25. Mai bis 27. Juli 2020 erstreckt. Die systematische Literaturrecherche wird gewählt, da sie auch ohne großen Ressourcenaufwand rele­vante Erkenntnisse liefert, was durch den eingeschränkten Rahmen einer Bachelorarbeit von Vorteil ist. Die alternative Option eines Experteninterviews wird dadurch erschwert, dass die Anzahl der Experten in diesem Bereich sehr begrenzt ist. Neben diesen praktischen Argumenten kann ein syste­matischer Überblick über bestehende Ergebnisse zudem Einblicke liefern, die durch die limitierte Perspektive von Einzelstudien so nicht möglich sind.

Im zweiten Teil werden drei Anwendungsbereiche mit konkreten Fallbeispielen ausgewählt, um die Chancen der BCT auch im Hinblick auf die Covid-19-Pandemie analysieren zu können. Dadurch lassen sich die Ergebnisse der Literaturrecherche anhand einzelner Fallbeispiele für die Problematik der Pandemie überprüfen und erweitern. Somit geht diese Studie über bisherige Literaturrecherchen hinaus.

4.1 Vorgehensweise bei der Literaturrecherche

Ein systematisches Literatur-Review lässt sich nach Fink (2014, S. 3) definieren als eine „systemati­sche, explizite und reproduzierbare Methode zur Identifizierung, Bewertung und Synthese des vorhandenen Korpus abgeschlossener und aufgezeichneter Arbeiten, die von Forschern, Gelehrten und Praktikern erstellt wurden“. Dazu wurden nach dem Aufstellen der Forschungsfrage Onlineda­tenbanken wie Web of Science, Springer Link, IEEE Xplore, ScienceDirect und EBSCO ausgewählt, um in diesen gezielt nach Beiträgen zu suchen, die sich für die Beantwortung der Forschungsfrage eignen.

An erster Stelle wurden zu Beginn relevante Schlüsselbegriffe festgelegt und durch verwandte Schlagwörter erweitert, um den Suchprozess effektiver zu gestalten. In Tabelle 1 werden auf Grund­lage der Forschungsfrage die relevanten Schlagwörter dargestellt. Diese wurden mittels der Boole­schen Operatoren AND und OR sowie NOT in verschiedenen Variationen miteinander kombiniert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Konzeptualisierung der relevanten Suchbegriffe.

Weiterhin wurde darauf geachtet, zentrale Beiträge zum Thema mit einer hohen Relevanz ausfindig zu machen, um mit deren Hilfe Vorwärts- und Rückwärtssuchen durchzuführen und weitere elemen­tare Artikel zu identifizieren. Um die Suche erfolgreicher zu gestalten und die Relevanz der Beiträge zu bestimmten, wurde hierbei zusätzlich die Online-Suchmaschine Google Scholar verwendet. Ins­gesamt wurden bei dem gesamten Suchvorgang 779 Treffer erzielt.

4.2 Ein- und Ausschlusskriterien

Im weiteren Schritt wurden für die Auswahl der Studien zusätzlich Ein- und Ausschlusskriterien de­finiert, um zu festzulegen, welche von diesen Beiträgen gründlicher analysiert werden sollen. Diese Kriterien werden in der folgenden Tabelle dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2: Kriterien für die Auswahl der Studien

Darauffolgend reduzierten sich nach diesen Kriterien, dem Entfernen von Duplikaten und dem Ti­telscreening die Treffer auf 248 Beiträge.

4.3 Übersicht der ausgewählten Studien

Weiterhin wurde darauf geachtet, dass die Beiträge einen nicht zu technischen Fokus haben. Nach der Einsicht der Abstrakte und Schlussfolgerungen wurden schlussendlich 23 Beiträge ausgewählt, aus denen die Informationen herausgefiltert wurden, die zur Beantwortung der Forschungsfrage die­nen. Eine Übersicht der Beiträge befindet sich in Tabelle 3 im Anhang. Auffällig ist, dass ab 2016 das Forschungsinteresse hinsichtlich der Nutzung von Blockchain für die FSC stark zunimmt.

4.4 Auswahl der Fallbeispiele

Nach dem Verdeutlichen der Chancen und Herausforderungen zum Einsatz der Blockchain-Techno- logie in der FSC wurden drei Anwendungsbereiche (Fischerei, Fleischhandel, Reishandel) ausge­wählt. Diese wurden nach dem Lesen von aktuellen Nachrichten selektiert und sollen einen Bezug zur Praxis und der aktuellen Problematik herstellen. Daher waren die schlussendlich ausgewählten Anwendungsbereiche jene, die im Fokus der öffentlichen Berichtserstattung standen. Aus diesen An­wendungsbereichen wurde in einem zweiten Schritt jeweils ein Fallbeispiel ausgesucht.

5. Anwendungen der Blockchain-Technologie in der FSC

In diesem Abschnitt der Arbeit werden konkrete Ergebnisse zum Einsatz der BCT in der FSC im Hinblick auf ihre allgemeinen Chancen und Herausforderungen aufgezeigt. Ein Überblick der Ana­lyse über Chancen und Herausforderungen pro untersuchte Studie findet sich in Tabelle 4 im Anhang.

5.1 Chancen

5.1.1 BCT verbessert die Sicherheit durch transparente Rückverfolgung

In der Vergangenheit ist es global zu zahlreichen Lebensmittelskandalen gekommen und die Lebens­mittelsicherheit konnte nicht garantiert werden. Um das verlorene Vertrauen wiederaufzubauen, sind transparente Systemlösungen erforderlich, die detaillierte Informationen zu Lebensmittelprodukten in jedem Status liefern. Dabei können zentralisierte Rückverfolgungssysteme die Sicherheit von In­formationen nicht gewährleisten. Laut Feng Tian (2016) liegen die Probleme in der asymmetrischen Informationsverteilung und den undurchsichtigen Lieferketten. Diese öffnen Räume für Korruption und Betrug sowie für die Fälschung von Informationen. Demzufolge betont Yiannas (2017) beson­ders die Wichtigkeit der Transparenz im Lebensmittelsystem. Sie ist das zu erreichende Ziel, das es ermöglicht, allen beteiligten Akteuren und den Konsumenten Informationen über Lebensmittelpro­dukte unkompliziert und vertrauenswürdig zur Verfügung zu stellen.

[...]

Ende der Leseprobe aus 64 Seiten

Details

Titel
Der Einsatz der Blockchain-Technologie innerhalb der Food Supply Chain. Sicherheit durch Rückverfolgbarkeit
Hochschule
Universität Siegen
Note
1,3
Autor
Jahr
2020
Seiten
64
Katalognummer
V1165852
ISBN (eBook)
9783346576620
ISBN (Buch)
9783346576637
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Blockchain, Food Supply Chain, Rückverfolgbarkeit, Lebensmittelsicherheit, Transparenz
Arbeit zitieren
Devrim Cevik (Autor:in), 2020, Der Einsatz der Blockchain-Technologie innerhalb der Food Supply Chain. Sicherheit durch Rückverfolgbarkeit, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1165852

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