Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Forschungsziel und -methodik
1.3 Aufbau und Struktur
2 Kreislaufwirtschaft
2.1 Entwicklung und Konzept der Kreislaufwirtschaft
2.2 Kreislaufwirtschaftsgesetz
2.3 Ressourcen- und Klimaschutz
2.4 Logistische Prozesse
3 RFID-Technologie
3.1 Entwicklung, Bestandteile und Technik
3.1.1 Geschichtliche Entwicklung
3.1.2 Komponenten eines RFID-Systems
3.1.3 Funktionsweise
3.2 Bauformen
3.3 Frequenz und Reichweite
3.4 Logistische Funktionen
4 Mit RFID zur innovativen Kreislaufwirtschaft
4.1 Nutzenpotenziale von RFID in der Entsorgungswirtschaft
4.2 Herausforderungen und Risiken
4.2.1 Herausforderungen
4.2.2 Risiken
4.2.3 SWOT-Analyse
4.3 RFID Anwendungsbereiche
4.3.1 Siedlungsabfall
4.3.2 Altfahrzeuge
4.3.3 Elektroaltgeräte
5 Zusammenfassung und Ausblick
5.1 Zusammenfassung
5.2 Ausblick
Literaturverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 2-1: Darstellung des Strukturwandels vom linearen zum zyklischen System (in Anlehnung an (Arnold et al., 2008, S. 487))
Abbildung 2-2: Fünfstufige Abfallhierarchie (eigene Darstellung in Anlehnung an (BMU, 2011, S. 10))
Abbildung 2-3: Mehr Wertstoffe als Restmüll (eigene Darstellung in Anlehnung an (Jaron und Walter, 2016, S. 12))
Abbildung 3-1: Bestandteile eines RFID-Systems (in Anlehnung an (https://www.logistics-journal.de/not-reviewed/2005/3/rfid) Stand 22.11.2017)
Tabellenverzeichnis
Tabelle 3-1: Bauformen der Transponder (eigene Darstellung in Anlehnung an (Finkenzeller, 2015, S. 16 ff.))
Tabelle 4-1: SWOT-Analyse für RFID in der Kreislaufwirtschaft (eigene Darstellung in Anlehnung an (Tamm and Tribowski, 2010, S. 48))
Abkürzungsverzeichnis
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1 Einleitung
Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Problematik der Auswirkung der modernen RFID-Technologie auf die Kreislaufwirtschaft. Zunächst wird in diesem Kapitel die Ausgangssituation erläutert. Hiernach folgt zum besseren Verständnis die Darstellung des Forschungsziels und der damit zusammenhängenden Vorgehensweise. Anschließend werden der Aufbau und die Struktur der Bachelorarbeit dargelegt.
1.1 Problemstellung
Durch das Wachstum der Weltbevölkerung und den zunehmenden Wohlstand ist der Verbrauch natürlicher Ressourcen in den letzten Jahren drastisch gestiegen. Heute nutzt der Mensch natürliche Ressourcen viel schneller, als die Erde sie regenerieren kann. Um die Ressourcen zu schonen, müssen daher Stoffkreisläufe geschlossen werden. Die moderne Kreislauf- und Abfallpolitik bildet hierfür eine wichtige Grundlage. Das im Jahre 1996 in Kraft getretene Kreislaufwirtschaftsgesetz verfolgt die Intentionen, die natürlichen Ressourcen zu schonen und die umweltverträgliche Bewirtschaftung von Abfällen zu sichern. Heute wird deutlich, dass die moderne Kreislaufwirtschaft Ressourcen gewinnt, das Klima und die Umwelt schützt und gleichzeitig ökologisch wirtschaftet (Kranert, 2017, S. 2). Jedoch sind innovative Technologien notwendig, um diese Prozesse effizient, schnell und kostengünstig zu gestalten. Diese Technologien ermöglichen es, dass Rohstoffe aus dem Abfall effizient in den Wirtschaftskreislauf zurückgeführt werden. Durch die Rückführung wird ein Teil der Primärrohstoffe durch Sekundärrohstoffe ersetzt. Bei Primärrohstoffen handelt es sich um natürliche Ressourcen, dagegen stammen Sekundärrohstoffe nicht aus natürlichen Quellen, sondern werden durch die Wiederverarbeitung der Primärrohstoffe gewonnen. Auffallend dabei ist, dass die Nutzung von Sekundärrohstoffen zu einer Steigerung der Ressourceneffizienz beiträgt (Bilitewski und Härdtle, 2013, S. 19).
Eine Herausforderung für die Kreislaufwirtschaft bringt der Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien mit sich. Der RFID-Technologie kommt hier eine zunehmende Aufmerksamkeit zu. Dabei wird die RFID-Technologie bereits in vielen Wirtschaftsbereichen erfolgreich eingesetzt. Die vielen Vorteile dieser Technologie lassen sich nicht nur in logistischen Prozessen und dem Supply Chain Management nutzen, sie können ebenso in der Entsorgungslogistik als eine Unterstützung fungieren (Halm und Urban, 2009, S. 60).
1.2 Forschungsziel und -methodik
Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, das umfangreiche Spektrum der Einsatzmöglichkeiten dieser innovativen RFID-Technologie innerhalb der Kreislaufwirtschaft strukturiert darzustellen. In diesem Zusammenhang soll evaluiert werden, ob sich der Einsatz der RFID als optimierend erweist. Dieses Thema wird anhand der folgenden Forschungsfrage erarbeitet:
- Können logistische Einheiten in der Kreislaufwirtschaft durch den Einsatz von RFID-Technologie optimiert werden?
Die Kreislaufwirtschaft in Deutschland ist Forschungsgegenstand vieler Fachbereiche. Die Themen zur Förderung der Kreislaufwirtschaft und die Sicherstellung der umweltgerechten Beseitigung der Abfälle wurden erstmals 1995 in „Entsorgungslogistik III.: Kreislaufwirtschaft“ publiziert (Rinschede und Wehking, 1995). Auf Grund der Wandel und den neuen Technologien liegt der Fokus in der Kreislaufwirtschaft auf Ressourcen- und Klimaschutz und auf die Verwertung von Abfällen (Kranert, 2017). Des Weiteren werden Forschungsprojekte zur ressourcenoptimierte Recyclingstrategien mit Hilfe der RFID-Technologie in Betracht gezogen (Urban et al., 2011).
Um einen Einstieg in das Thema zu finden, wurde damit begonnen in dem Onlinekatalog der Staats- und Universitätsbibliothek Bremen (SuUB) nach Literatur zu recherchieren. Hierbei wurden neben deutschsprachigen Werken auch englischsprachige Werke in Betracht gezogen. Für eine weitreichende Suche wurde neben SuUB auch Google Scholar verwendet. Anschließend wurde mit Hilfe der Fachdatenbank EBSCOhost nach geeigneten wissenschaftlichen Artikeln ausschließlich in englischer Sprache recherchiert. Hier erfolgt die Suche unter Eingabe geeigneter Schlüsselwörter, wie Circular Economy, RFID-Technology oder Waste Management.
1.3 Aufbau und Struktur
Die Arbeit gliedert sich neben der Einleitung und der Zusammenfassung in drei Kapitel. In Kapitel zwei werden zunächst die Grundlagen der Kreislaufwirtschaft erläutert. Die Entwicklung und das Konzept der Kreislaufwirtschaft bilden das erste Unterkapitel. Dies verschafft dem Leser einen Einblick in die Kreislaufwirtschaft und dient zum weiteren Verständnis der Thematik. Danach folgen die beiden Unterkapitel zum Kreislaufwirtschaftsgesetz sowie zum Klima- und Ressourcenschutz. Das Kreislaufwirtschaftsgesetz bildet den rechtlichen Rahmen und der Klima- und Ressourcenschutz zeigt die Vorteile von Kreislaufwirtschaft auf. Als Letztes werden die logistischen Prozesse dargestellt.
Das nächste Kapitel handelt von der RFID-Technologie. Hier werden zunächst für das Verständnis die Entwicklung, die Komponenten und die Funktionsweise der Technologie erläutert. Des Weiteren spielen die Bauform, die Frequenz und die Reichweite eine wichtige Rolle, denn hier wird dem Leser deutlich, wo und wie die Technologie eingesetzt werden kann. Dann folgt die Beschreibung der logistischen Funktion. Dieses Kapitel stellt die Anwendungsmöglichkeiten und daraus resultierende Potenziale dar.
Im Anschluss wird in Kapitel vier die RFID-Technologie als ein Medium einer innovativen Kreislaufwirtschaft beschrieben. Hier werden zunächst die Potenziale der RFID-Technologie in der Kreislaufwirtschaft dargelegt. Die daraus hervorgegangenen Herausforderungen und Risiken bilden das zweite Unterkapitel. Danach werden für ein besseres Verständnis von den Einsatzmöglichkeiten drei Anwendungsgebiete der Technologie beschrieben.
Das letzte Kapitel bildet den Abschluss der Arbeit, in dem die gewonnenen Erkenntnisse zusammengefasst und die Forschungsfrage beantwortet werden und ein Ausblick über zukünftige Entwicklungen vermittelt wird.
2 Kreislaufwirtschaft
In diesem Kapitel werden als Erstes die Grundlagen der Kreislaufwirtschaft erläutert. Hierzu werden für das Verständnis die Entwicklung und das Konzept näher beschrieben. Anschließend folgen Erläuterungen zum Kreislaufwirtschaftsgesetz und zu ihrer Relevanz. Weiterer Bestandteil dieses Kapitels sind die logistischen Prozesse der Kreislaufwirtschaft. Letzteres bildet eine wichtige Grundlage für die Beantwortung der Forschungsfrage.
2.1 Entwicklung und Konzept der Kreislaufwirtschaft
Abfälle entstehen bei der Produktion von wirtschaftlichen Gütern, bei deren Gebrauch und am Ende ihrer Nutzungszeit. Aufgrund des Wirtschaftswachstums und des damit verbundenen gestiegenen Wohlstands kam der Abfallentsorgung in den 1970er Jahren eine zunehmende politische Beachtung zu. Die erste Rechtsnorm zur Abfallentsorgung trat im Jahre 1972 in Kraft und zwar das Abfallbeseitigungsgesetz (AbfG). Diese Rechtsnorm bildete in erster Linie die Grundlage für die Hausmüllbeseitigung. Zudem sollte sie eine bundeseinheitliche Infrastruktur für eine geordnete Abfallwirtschaft regeln (Krampe, 2012, S. 435).
Mit diesem Gesetz konnte das Ziel, die Abfallbeseitigung zu ordnen, erreicht werden, jedoch wurde der Anspruch, die Abfallmengen zu steuern, nicht erfüllt. Daraus resultierte im Jahre 1986 eine Ergänzung des Abfallbeseitigungsgesetzes. Die Intention dieser Novelle war nicht die Beseitigung von Abfall, sondern die Abfallvermeidung und -verwertung. Dieses Gesetz wurde im Jahre 1996 aufgrund der gesellschaftlichen Veränderungen und des erweiterten Umweltbewusstseins durch das Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz (KrW-/AbfG) erweitert. Dies fügte eine neue Dimension zu der Abfallpolitik hinzu, welche sich von der Abfallbeseitigung differenzierte und hin zu einer Kreislaufwirtschaft führte. Ebenso kann dieses Gesetz als ein Wendepunkt in der Abfallwirtschaft betrachtet werden, da dadurch ein verantwortungsbewusster Abfallbegriff eingeführt wurde. Infolgedessen wurde das bisherige lineare System der Güterherstellung durch einen zyklischen Ablauf ersetzt (vgl. Abbildung 2‑1). Das lineare System hat das Ablaufschema Rohstoffentnahme – Produktion – Produktgebrauch – Abfallbeseitigung, jedoch hat sich dies als unvorteilhaft für die zukünftige Entwicklung herausgestellt, da hierdurch die stofflichen und die energetischen Ressourcen abnehmen. Daher ist ein grundlegender Wandel unabdingbar. Im Gegensatz hierzu ist es die Kernidee des zyklischen Systems, Kreisläufe zu entwickeln. Bei diesem System bestehen die Rohstoffe sowohl aus Primärrohstoffen als auch aus Sekundärrohstoffen. Hierbei werden die Sekundärrohstoffe aus den Abfällen gewonnen, welche die Verbraucher verursachen. Von der Umstellung vom linearen zum zyklischen System sind alle Wirtschaftsbereiche betroffen (Arnold et al., 2008, S. 487 ff.).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2-1: Darstellung des Strukturwandels vom linearen zum zyklischen System (in Anlehnung an (Arnold et al., 2008, S. 487))
Dabei muss berücksichtigt werden, dass mit der Einführung von Kreisläufen auch neue Aufgaben zu bewältigen sind. Deshalb kommt der Logistik bei der Realisierung der Kreislaufwirtschaft eine wichtige Rolle zu. Die Aufgaben in Systemen der Kreislaufwirtschaft sind das Bewältigen von Zulieferung, Produktion, Distribution, Handel, Redistribution, Aufarbeitung, Aufbereitung und Beseitigung. Diese Aufgaben müssen in logistische Prozesse umgewandelt und den verschiedenen Akteuren zugeteilt werden. Dabei ist es möglich, dass einzelne Akteure mehrere dieser Aufgaben übernehmen (Haasis, 2008, S. 158).
2.2 Kreislaufwirtschaftsgesetz
Das Kreislaufwirtschaftsgesetz ist erstmals im Jahre 1996 in Kraft getreten. Mit diesem Gesetz verfolgte der Gesetzgeber gem. § 1 KrWG die Absicht, die Kreislaufwirtschaft zur Schonung der natürlichen Ressourcen zu fördern und den Schutz von Mensch und Umwelt bei der Erzeugung und der Bewirtschaftung von Abfällen sicherzustellen. Das Ziel dieses Gesetzes ist es, Wertstoffe durch Getrenntsammlung, Sortierung und Nutzung wieder in den Wirtschaftskreislauf zurückzuführen (Kranert, 2017, S. 17 f.).
Ein wichtiger Bestandteil des Kreislaufwirtschaftsgesetzes ist die Abfallhierarchie. In den 1980er Jahren wurde erstmals die dreistufige Abfallhierarchie durchgesetzt. Die Kernelemente hier sind „Vermeiden, Verwerten, Beseitigen“ (BMU, 2011, S. 6). Das primäre Ziel besteht im Vermeiden von Abfall. Nach Möglichkeit soll die Entstehung von Müll in der Herstellung von Waren verhindert werden. Falls die Müllentstehung unumgänglich ist, sollen die Hersteller sich bemühen, nur wiederverwertbare Stoffe zu verwenden. Was an Abfall verbleibt, sollte dann möglichst auf eine ökologisch schonende Weise beseitigt werden (Thiele, 2016).
Im Jahre 2008 ist diese Abfallhierarchie auf fünf Stufen erweitert (siehe Abbildung 2‑2) worden, was auch europaweit Geltung fand. Die neue Hierarchie differenziert die Verwertungsstufe weiter aus. Demnach liegt weiterhin die oberste Priorität auf der Vermeidung von Abfällen. Durch die Vermeidung soll die Abfallmenge reduziert werden. Dies wird u. a. erreicht, indem die Lebensdauer der Erzeugnisse verlängert wird. Die Vorbereitung zur Wiederverwendung steht an zweiter Stelle der Abfallhierarchie. Hier geht es um ein Verwertungsverfahren, bei dem Erzeugnisse ohne Vorbehandlung weiterverwendet werden können. Die dritte Stufe ist das Recycling. Dieses beinhaltet alle Verfahren, bei denen Abfallmaterialien zu Erzeugnissen aufbereitet werden, welche für den ursprünglichen Zweck oder für andere Zwecke benutzt werden. Die sonstige Verwertung bildet die vierte Stufe. Hier wird zwischen stofflicher und energetischer Verwertung differenziert. Die stoffliche Verwertung tritt nur ein, sofern keine der zwei Verwertungsstufen in dieser Abfallhierarchie Anwendung finden. Die energetische Verwertung beinhaltet den Einsatz von Abfällen als Ersatzbrennstoff. Die letzte Stufe der Hierarchie bildet die Beseitigung von Abfällen (Kranert, 2017, S. 56).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2-2: Fünfstufige Abfallhierarchie (eigene Darstellung in Anlehnung an (BMU, 2011, S. 10))
Die Abfallhierarchie ist eine rechtsverbindliche Prioritätenfolge zur Abfallvermeidung und -bewirtschaftung. Demnach soll die Bewirtschaftung von Abfall so erfolgen, dass keine Gefahr für die Umwelt und für die menschliche Gesundheit mehr besteht. Zeitgleich soll Abfall als Ressource dienen, um die Primärrohstoffe zu ersetzen (Oehlmann, 2017, S. 22).
2.3 Ressourcen- und Klimaschutz
Der Bedarf an Rohstoffen ist in dem letzten Jahrzehnt zusammen mit dem Wirtschaftswachstum gestiegen. Daraus resultieren auch steigende Preise für die Primärrohstoffe, wie Erdöl und Eisenerz. Eine Alternative zu den Primärrohstoffen sind die Sekundärrohstoffe. Diese tragen dazu bei, dass die Abhängigkeit von steigenden Rohstoffpreisen verringert wird. Die Entstehung von Sekundärrohstoffen erfolgt durch das Recycling von Abfällen und Reststoffen. Hierbei werden aus den Abfällen und Reststoffen die als Rohstoffe nutzbare Elemente herausgefiltert und wieder in den Produktionsprozess eingefügt. So eignet sich beispielsweise Altglas besonders gut für das Recycling, da es beliebig oft eingeschmolzen und zu neuen Produkten verarbeitet werden kann. Im Gegensatz zur Neuglasherstellung werden beim Altglasrecycling Rohstoffe geschont und der Energiebedarf wird verringert (BMU, 2011, S. 24). Aufgrund dieser Potenziale ist eine moderne Abfallwirtschaft darauf konzentriert, die Effizienz des Rohstoffeinsatzes zu maximieren. Dabei sollten die Quoten der Verwertung möglichst gesteigert und die Restabfälle, die nicht mehr verwendet werden können, auf Dauer sicher aus der Lebensumwelt entfernt werden (Kranert, 2017, S. 56).
Aufgrund der abfallrechtlichen Regelungen und der modernen Anlagetechniken sind in den letzten Jahren weniger Abfälle entstanden. Trotz starken Wirtschaftswachstums und gestiegenem Konsum ist die Summe der sich ergebenden Siedlungsabfälle im langjährigen Vergleich von 1990 bis 2013 nahezu konstant geblieben (siehe Abbildung 2‑3). Zudem tragen die Haushalte einen erheblichen Beitrag zum verbesserten Recycling bei, indem sie die Bereitschaft zeigen, Abfälle getrennt zu sammeln. So wird deutlich, dass im Gegensatz zu 1990 im Jahre 2013 52 % mehr Wertstoffe gesammelt wurden. Als Wertstoffe werden die Stoffe bezeichnet, die nach ihrem Gebrauch entweder zu anderen Produkten umgewandelt oder als Rohstoffe eingesetzt werden. Dabei beinhalten Wertstoffe Biomüll, Verpackungen, Glas und Papier. Diese werden durch Recycling vor der Verbrennung bewahrt und wieder in den Wirtschaftskreislauf zurückgeführt (BMU, 2011, S. 11 f.).
Die nachfolgende Abbildung stellt den Anteil an Restmüll und an Wertstoffen in Siedlungsabfällen dar. Dabei ist es auffällig, dass seit 2004 mehr Wertstoffe als Restmüll in den Siedlungsabfällen vorhanden sind.
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Abbildung 2-3: Mehr Wertstoffe als Restmüll (eigene Darstellung in Anlehnung an (Jaron und Walter, 2016, S. 12))
Aus der wirtschaftlichen Sicht kann Abfallwirtschaft durch das Recycling von Abfällen Ressourcen gewinnen, welche dann als Rohstoffe in der industriellen Produktion zum Einsatz kommen. Dadurch wird auch die ökonomische Entwicklung gefördert. Im Gegensatz verfolgt die ökologische Perspektive die Ziele, Abfälle schadlos zu behandeln und durch deren Einsatz als Sekundärrohstoffe die Primärrohstoffe zu schützen. Daraus folgt, dass ein Ausbau der Kreislaufwirtschaft aus ökonomischen sowie aus ökologischen Gründen unumgänglich ist (Bilitewski and Härdtle, 2013, S. 185).
Die Maßnahmen zur Abfallwirtschaft tragen gleichzeitig zum Klimaschutz bei. Demnach wurden seit 1990 die jährlichen Emissionen aus der Abfallwirtschaft um 60 Mio. Tonnen CO2-Äquivalent reduziert. Zusätzlich kommen durch Recycling und durch die Energienutzung aus den Abfällen klimareduzierende Effekte hinzu Dieser Wandel konnte durch die Vermeidung von Treibhausgasemissionen erreicht werden. Ein großer Auslöser der Methanemissionen waren die Mülldeponien (Wilke, 2013).
2.4 Logistische Prozesse
In der Kreislaufwirtschaft stellt die Logistik einen wichtigen und kostenintensiven Teil dar. Die Aufgaben der Logistik werden dabei komplexer und vielfältiger, als sie es bereits sind. Die Entsorgungslogistik beseitigt lediglich die anfallenden Abfälle, wogegen die Kreislaufwirtschaft diese weitgehend ersetzt. Die Kreislaufwirtschaft bildet die Verbindung zwischen Abfallentstehung hin zu der erneuten Nutzung von Bauteilen, Werkstoffen und Energie. Die Rückführung von Stoffen und Produkten setzt zusätzliche Transport- und Lagerbedarfe voraus (Schubert and Ziegahn, 1997, S. 7).
Die Aufgaben bei Kreislaufwirtschaftssystemen sind es, die Zulieferung, die Produktion, die Distribution, der Handel, die Redistribution, die Aufarbeitung, die Aufbereitung und die Beseitigungen zu bewältigen und diese dann in logistische Prozesse zu transformieren. Die logistische Kette der Entsorgung schließt hingegen die Vorgänge der Verwendung, der Verwertung, der Aufbereitung und der Beseitigung von Abfällen mit ein. Gleichzeitig nimmt sie Bezug auf die Hauptaufgaben Sammlung, Transport, Umschlag, Lagerung und Behandlung bzw. Recycling (Haasis, 2008, S. 158).
Sammlungsprozesse haben eine besondere Bedeutung, da sie den ersten Schritt in Bezug auf die Abfallentsorgung darstellen. Aufgrund der Rückführung der Altprodukte von den Verbrauchern zu Lager- oder Behandlungsorten sind hier unterschiedliche Konfigurationsmöglichkeiten und damit verbundene Kosten möglich. Dabei gibt es verschiedene Sammlungssysteme. Diese könnten als Hol- oder Bringsystem oder als Kombination beider umgesetzt werden. Bei der Art des Sammlungssystems spielen die räumliche Verteilung der Verbraucher sowie die Art und das Aufkommen der zurückzuführenden Abfälle eine wichtige Rolle (Schnatmeyer, 2008, S. 8 f.).
Unter Transportprozesse werden Material- und Informationstransportprozesse verstanden. Im Rahmen der Materialflüsse handelt es sich um physische Transportprozesse, die mit dem Sammlungsprozess zusammen geplant werden müssen. Um ein Zusammenwirken zwischen Distribution und Redistribution zu schaffen, sollten die Transportprozesse der Distribution berücksichtigt werden. So kann z. B. die Nutzung derselben Transportmittel für Distribution und Redistribution vorteilhaft sein. Die Informationsflüsse werden durch den Austausch der Informationen, die zur Durchführung der Kreislaufwirtschaft nötig sind, optimiert. Dies betrifft neben den erforderlichen Hard- und Software die Erfassung, die Bewertung und die Verarbeitung der Informationen. Durch den Transport wird die Überbrückung der räumlichen Entfernung zwischen der Quelle und der Senke bezweckt. Hierbei kommen der Auswahl der Transportmittel und der Ladeeinheit bedeutende Rollen zu. Im Allgemeinen werden als Transportmittel Lkws eingesetzt. Diese können in unterschiedlichen Bauformen, wie bspw. mit oder ohne Anhänger oder Sattelzüge, verwendet werden. Weitere Transportmittel sind z. B. die Bahn oder das Binnenschiff. Fahrzeuge finden nicht nur in der Redistribution Einsatz, sondern auch in der Distribution, die für die Versorgung von Gütern zuständig sind (Haasis, 2008, S. 163).
Der Umschlag von Abfall beinhaltet alle Förder- und Lagerprozesse von Altprodukten, welche dann der Verwendung, der Verwertung oder der Beseitigung zugeführt werden. Für die Kreislaufwirtschaft ist die Verwendung von Produkten von großer Bedeutung. Die Lagerung erfüllt die logistische Aufgabe, die Abfallarten zur Verwendung, zur Verwertung oder zur Beseitigung zu aufbewahren. Die verschiedenen Lagerarten werden jeweils auf die Recyclinggüter zugewiesen. Dabei können die Recyclinggüter neben der Block- und der Regallagerung in Silos gelagert werden. Auch wird hierbei zwischen kurzfristiger Einlagerung, mittelfristiger Zwischenlagerung und langfristiger Endlagerung unterschieden (Schnatmeyer, 2008, S. 9).
Die Behandlungsprozesse sind der Beseitigung von Abfällen und Reststoffen vorzuziehen. Für die Behandlungsprozesse werden Kreislaufsysteme in Anspruch genommen, in welcher Abfälle in unterschiedlichen Formen verwertet, behandelt oder beseitigt werden. Im Hinsicht auf die Recyclingverfahren werden bestimmte Technologien zur Materialzerlegung, zur Sortierung, zur Identifizierung und zur Trennung festgelegt. Nach den Aufbereitungsverfahren wird die fertige Ware erneut bis zur Auslieferung eingelagert. Das biologische Verfahren bezweckt das organische Abbauen von Stoffen und die Reduzierung der Abfallmengen. Unter biologischen Verfahren wird bspw. die Kompostierung oder die Vergärung verstanden. Mithilfe von chemisch-physikalischen Verfahren wird der Schadstoffgehalt der Abfälle reduziert. Neutralisation, Entgiftung, Entwässerung etc. sind wichtige Bestandteile des chemisch-physikalischen Verfahrens. Energetische Nutzungsprozesse, wie Strom- oder Fernwärmeproduktion, werden mit thermischen Verfahren (wie bspw. Abfallverbrennung, Hydrierung etc.) freigesetzt (Huber und Laverentz, 2012, S. 133 ff.).
3 RFID-Technologie
In diesem Kapitel wird die RFID-Technologie näher erläutert. Zunächst wird auf die Grundlagen eingegangen. Dies verschafft einen Überblick über die Technik der RFID-Technologie und dient dem weiteren Verständnis. Darüber hinaus spielt die Bauform der RFID-Transponder sowie die Frequenz und Reichweite eine große Rolle. Diese sind auch wichtige Bestandteile zur Beantwortung der Forschungsfrage. Als Letztes wird die logistische Funktion der RFID dargelegt. Hierbei geht es hauptsächlich um den RFID-Einsatz in der Logistik und die damit verbundenen Potenziale.
3.1 Entwicklung, Bestandteile und Technik
Dieses Kapitel thematisiert zunächst den Ursprung der RFID-Technologie. Dies dient dazu, anhand der historischen Entwicklung das System besser zu verstehen. Darauf folgen die Beschreibungen der Komponenten dieses Systems. Als Letzteres wird die Funktionsweise behandelt, wobei die Funktion des Datenaustauschs in seinen Grundzügen erläutert wird.
3.1.1 Geschichtliche Entwicklung
Der Begriff RFID steht für Radio Frequency Identification. RFID ist ein automatisches Identifikationsverfahren (Auto-ID), welches in vielen Dienstleistungsbereichen, in der Beschaffungs- und Distributionslogistik, in Produktionsbetrieben und in Materialflusssystemen eine große Verbreitung gefunden hat. Dabei handelt es sich um die kontaktlose Übertragung von Daten zwischen einem Datenträger und einem zugehörigen Lesegerät. Hierbei geht es um Informationen zur Identifikation von Personen, Tieren, Gütern und Waren. Bisher waren die herkömmlichen Identifikationssysteme in einigen Bereichen beschränkt realisierbar, jedoch ermöglicht der Einsatz von RFID viele neue Anwendungen (Finkenzeller, 2015, S. 1).
Die RFID-Technologie wurde erstmals Ende des Zweiten Weltkrieges im Luftkrieg verwendet. Um heimkehrende Flieger von feindlichen Fliegern zu unterscheiden, suchten Ingenieure nach neuen technischen Möglichkeiten. Die bereits entwickelte Radartechnik bot eine wichtige Grundlage. Die Kombination von Radar und Datentausch ermöglichte eine Unterscheidung zwischen eigenen und feindlichen Kräften. Somit war das erste Einsatzgebiet der RFID-Technologie die Freund-Feind-Erkennung. Erst Jahrzehnt später wurden weitere Anwendungsgebiete erschlossen. Die erste Arbeit zu RFID-Technologie war der Beitrag ‚Communication by Means of Reflected Power‘ von Harry Stockmann aus dem Jahre 1948 (Roberts, 2006, S. 18).
In den 1950er Jahren kam es zur theoretischen Erforschung der RFID-Technologie. Hierbei wurde eine Vielzahl an wissenschaftlichen Arbeiten publiziert. In den 1960er Jahren entwickelten verschieden Entwickler und Forscher Prototypensysteme. In Folge dessen wurden die ersten Vorläufer in den Markt geführt. Hierbei handelte es sich um elektronische Warensicherungssysteme (engl. Electronic Article Surveillance, EAS). Diese Systeme wurden in Einzelhandelsgeschäften eingesetzt, indem sie an Gegenständen und Kleidungen befestigt wurden. Dies erwies sich als eine effektive Anti-Diebstahl-Maßnahme und ist wohl die erste und am weitesten verbreitete Nutzung von RFID (Roberts, 2006, S. 19).
In den 1970er Jahren gab es ein großes Interesse an RFID von Forschern, Entwicklern und akademischen Institutionen. In dieser Periode kam es zu vielen neuen Entwicklungen und Einsatzmöglichkeiten für die RFID-Technologie. Die Anwendung für die Landwirtschaft, insbesondere die Tierkennzeichnung, bildete eine wichtige Grundlage für die Weiterentwicklung der Technologie. In den 1980er Jahren erstreckten sich RFID-Anwendungen in vielen unterschiedlichen Bereichen. In Europa verbreiteten sich die Tierverfolgungssysteme. Zudem wurden RFID-Transponder im Straßenverkehr für Mautsysteme eingesetzt (Kern, 2007, S. 7 ff.).
Abschließend kann gesagt werden, dass die RFID-Technologie erstmals im Jahre 1948 konzipiert wurde und es viele Jahre gebraucht hat, um zu dem Punkt zu gelangen, wo diese Technologie günstig und zuverlässig für die weitverbreitete Nutzung wurde. Von einem elektronischen Warensicherungssystem bis hin zu anspruchsvolleren Verwendungen wird RFID als der unvermeidliche Ersatz für Barcodes gesehen. Jedoch ergibt sich mit zunehmender Nutzung auch eine wachsende Besorgnis in Bezug auf die Privatsphäre und die Sicherheit.
3.1.2 Komponenten eines RFID-Systems
Ein RFID-System fungiert zum kontaktlosen Identifizieren von Objekten über elektromagnetische Wellen. Daher besteht ein RFID-System immer aus zwei Komponenten: einem elektronischen Datenträger, dem sog. Transponder oder engl. Tag, und einem Erfassungs- oder Lesegerät. Der Transponder stellt den eigentlichen Datenträger eines RFID-Systems dar und wird i.d.R. an den zu identifizierenden Objekten angebracht. Demnach besteht der Transponder aus einem Koppelelement und einem elektronischen Mikrochip. Da der Transponder keine eigene Spannungsversorgung besitzt, ist er außerhalb des Ansprechbereichs eines Lesegeräts vollkommen passiv. Das Lesegerät besteht aus einem Hochfrequenzmodul, welches zur Sendung und zum Empfangen von Daten dient, einer Kontrolleinheit sowie einem Koppelelement zum Transponder (Thoroe, 2011, S. 5). Ebenfalls sind Lesegeräte mit einer zusätzlichen Schnittstelle, wie USB oder LAN ausgestattet, um die eingehenden Daten an ein anderes System weiterzuleiten. Die Datenverarbeitung findet meist auf einem Computer statt. Hier werden die Empfangenen Daten ausgewertet und weitergeleitet (Pawar, 2016, S. 1).
Die nachfolgende Abbildung stellt die einzelnen Komponenten und ihre Beziehung zueinander dar.
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Abbildung 3-1: Bestandteile eines RFID-Systems (in Anlehnung an (https://www.logistics-journal.de/not-reviewed/2005/3/rfid) Stand 22.11.2017)
3.1.3 Funktionsweise
Grundsätzlich kommuniziert das RFID-Lesegerät mit einem Transponder. Wenn sich der Transponder im Empfangsbereich des Lesegeräts befindet, wird eine wechselseitige Kommunikation ausgelöst. Das Lesegerät wird mit Strom versorgt, dadurch sendet es elektromagnetische Wellen aus. Transponder, die sich in diesem Feld befinden, werden aktiviert und senden Daten an das Lesegerät zurück. Sofern mehrere Transponder im Empfangsbereich verortet sind, ist die Identifikation mehrerer Objekte gleichzeitig möglich. Die Fähigkeit, mehrerer Transponder gleichzeitig zu erfassen, wird als Pulkerfassung bezeichnet (Urban et al., 2011, S. 39 f.).
Die RFID-Transponder brauchen Energie, um die Daten auf dem Mikrochip zu verarbeiten und die Daten zum Lesegerät zu senden. Hinsichtlich der Energieversorgung werden die Transponder in drei Arten unterteilt: passive Tags, aktive Tags und die semi-aktiven Tags (Thoroe, 2011, S. 4).
Die passiven Tags weisen keine eigene Stromversorgung auf und beziehen somit die für den Betrieb benötigte Energie aus dem Feld bzw. aus den Wellen des RFID-Lesegeräts. Folglich sendet der Transponder, wenn er sich im Feld des Lesegeräts befindet, die auf dem Mikrochip gespeicherten Daten mittels der induzierten Energie der Funkwellen an das Lesegerät. Somit kommt es nicht zu einer Datenverarbeitung auf dem Mikrochip. Da bei den passiven Tags keine Batterie benötigt wird, ist es möglich, diese Transponder klein und kostengünstig herzustellen. Aus diesem Grund eignen sich diese Transponder besonders gut zur Auszeichnung von Produkten und Einzelartikel, da in diesem Fall eine große Stückzahl zu einem kostengünstigen Preis produziert werden kann. Zudem haben diese Tags eine unbegrenzte Lebensdauer (Finkenzeller, 2015, S. 25 f.).
Im Gegensatz zu den passiven Tags besitzen die aktiven Tags eine Batterie, welche es ermöglicht, dass die Daten verarbeitet werden können und der Transponder mit dem Lesegerät kommunizieren kann. Somit sind die aktiven Tags von der Energie des Lesegeräts unabhängig. Jedoch haben sie aufgrund der Batterie eine begrenzte Lebensdauer. Da diese Transponder aufwendiger konstruiert sind, ist ihre Produktion teurer als bei passiven Tags. Dennoch gibt es viele Einsatzschwerpunkte für diese Transponder. Dies betrifft insbesondere Bereiche, in denen keine Massenwaren zum Einsatz kommen. Ein großer Vorteil dieser Tags ist die hohe Reichweite der Kommunikation (Finkenzeller, 2015, S. 25 f.).
Die semi-aktiven Transponder verfügen zwar über eine Batterie, jedoch dient sie nur zur Datenverarbeitung auf dem Mikrochip. Die gespeicherten Daten werden dennoch mithilfe der Energie des Lesegeräts gesendet. Somit bilden diese Transponder eine Gruppe zwischen den passiven und den aktiven Arten (Pawar, 2016, S.4).
3.2 Bauformen
Die RFID-Transponder gibt es in unterschiedlichen Bauformen. Es besteht die Möglichkeit, die Transponder in jedes Gehäuse einzubauen. Jedoch haben die unterschiedlichen Materialen ebenfalls verschiedene Wirkungen auf das Lesegerät. Im Alltag sind die Transponder im Kartenformat weit verbreitet (Finkenzeller, 2015, S. 16 ff.). Die Folgende Tabelle stellt die möglichen Bauformen dar, es wird jedoch kein Anspruch auf Vollständigkeit erhoben.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 3-1: Bauformen der Transponder (eigene Darstellung in Anlehnung an (Finkenzeller, 2015, S. 16 ff.))
3.3 Frequenz und Reichweite
Für den Einsatz von RFID-Systemen sind Frequenzbänder festgelegt. Da RFID-Systeme elektromagnetische Wellen aussenden, welche die anderen Funkdienste stören können, sind die Frequenzbereiche stark eingeschränkt. Grundsächlich lassen sich die Frequenzen in vier Bereiche einteilen (Thoroe, 2011, S. 17):
- Low Frequency (LF): < 135 kHz
- High Frequency (HF): 13,56 MHz
- Ultra High Frequency (UHF): 868 MHz
- Microwave (MW): 2,45 GHz
Der niedrigste Frequenzbereich für RFID liegt im Low Frequency Bereich zwischen 30 kHz und 135 kHz. Dieser Frequenzbereich zeichnet sich durch eine eingeschränkte Reichweite von 10 cm aus und kommt bei der Tieridentifikation in Form von Glastranspondern zum Einsatz. Zudem sind sie gegenüber Feuchtigkeit und metallenen Umgebungen unempfindlich und können somit auch in rauen industriellen Umgebungen genutzt werden. Aufgrund des einfachen Aufbaus sind Systeme in diesem Bereich besonders kostengünstig. Der High Frequency-Bereich liegt bei 13,56 MHz und liefert eine mittlere Übertragungsrate. Diese Transponder sind unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit und Wasser, jedoch sehr empfindlich gegenüber metallenen Umgebungen. Die Technik ist in diesem Bereich aufwendiger, aber auch flexibler einsetzbar, da kein direkter Kontakt zur Basiseinheit bestehen muss. Generell arbeiten Smart Labels auf einer Frequenz von 13,56 MHz und deshalb werden HF-RFID-Systeme besonders im Einzelhandel zur Diebstahlsicherung eingesetzt. Das Ultra High Frequency-System hat eine sehr hohe Übertragungsgeschwindigkeit und Lesereichweite. Die Lesereichweite beträgt i.d.R. bis zu 12 Meter. Zudem ist dieses System vergleichsweise unempfindlich gegenüber Übertragungsstörungen. Die Nachteile dieses Systems sind die hohen Kosten des aktiven Transponders und die große Bauform. Die Mikrowellentransponder zeichnen sich durch eine hohe Lesegeschwindigkeit aus. Dabei liegen die Reichweiten zwischen 1 m und 10 m. Daher werden diese Transponder zur Fahrzeugidentifikation und in Mautsystemen genutzt (Urban et al., 2011, S. 45 f.).
Insgesamt kann zusammengefasst werden, dass die unterschiedlichen Frequenzbereiche sich in ihren Eigenschaften hinsichtlich der Entfernung zwischen RFID-Tag und RFID-Lesegerät und in Bezug auf den Einfluss von elektromagnetischen Störungen unterscheiden.
Die Reichweiten von RFID-Systemen hängen stark vom eingesetzten Transponder, der verwendeten Frequenz und der Umgebung ab. Im Hinblick auf die Reichweite wird das RFID-System in folgende Bereiche unterschieden:
Close-Coupling-Systeme sind RFID-Systeme mit sehr kleinen Reichweiten. Diese betragen i.d.R. 0 mm bis 10 mm. Hierfür müssen die Transponder in ein Lesegerät eingesteckt bzw. auf eine dafür vorgesehene Oberfläche platziert werden. Close Coupling Systeme werden auf beliebigen Frequenzen zwischen 1 Hz und 30 MHz betrieben, da der Transponder zum Betrieb keine elektromagnetische Felder benötigt. Anwendungen, die eine große Sicherheitsanforderung haben aber keine großen Reichweiten erfordern, benutzen dieses System. Typische Anwendungsgebiete sind z. B. elektronische Türschließanlagen oder Chipkartensysteme mit Zahlungsfunktion (Urban et al., 2011, S. 46).
Die Reichweite bei den Remote-Coupling-Systemen beträgt bis zu 1 m. Dieses System hat einen passiven Transponder, d. h., dass zum Betreiben des Chips die Energie aus dem Magnetfeld des Lesegeräts genügt. Die Datenübertragung zwischen Lesegerät und Transponder wird durch induktive Kopplung erreicht. Zudem gehören etwa 90 % bis 95 % aller verkauften RFID-Systeme zu den induktiv gekoppelten Systemen. Deshalb ist eine unüberschaubare Anzahl dieser Systeme auf dem Markt verfügbar. Als Sendefrequenzen werden Frequenzen zwischen 100 kHz und 135 kHz, 6,75 MHz, 13,56 MHz und 27,125 MHz genutzt. Das Remote-Coupling-System findet Anwendung bei der Tieridentifikation, bei kontaktlosen Chipkarten oder in der Industrieautomation (Finkenzeller, 2015, S. 15 f.).
Long-Range-Systeme erreichen typische Reichweiten von 1 m bis 10 m. Die Betriebsfrequenz liegt im Mikrowellenbereich bei 915 MHz, 2,45 GHz, 5,8 GHz und 24,125 GHz. Mit passiven Transpondern können Reichweiten von 3 m erreicht werden, mit aktiven Transpondern liegt die Reichweite hingegen bei mindestens 15 m. Bei den aktiven Transpondern stellt die Batterie in keinem Fall die Datenübertragung zwischen Transponder und Lesegerät zur Verfügung, sondern dient nur zur Versorgung des Transponderchips und des Erhalts der gespeicherten Daten. Die Daten zwischen Transponder und Lesegerät werden ausschließlich durch die Energie des elektromagnetischen Feldes übertragen. Aufgrund der großen Reichweite werden Long-Range-Systeme überwiegend in der Produktion und der Lagerhaltung eingesetzt. Jedoch sind diese Systeme für die Massenanwendung uninteressant, da die Transponder sehr groß und teuer sind. Das Long-Range-System unterscheidet sich von den beiden Systemen hinsichtlich der Energieversorgung der Transponder und der Datenübertragungsverfahren (Finkenzeller, 2015, S.15 f.).
3.4 Logistische Funktionen
Die bisher genannten Eigenschaften des RFID-Systems tragen dazu bei, dass diese Technik nicht nur im Einzelhandel vielseitig einsetzbar ist, sondern auch in der Logistik viele Einsatzgebiete findet. Die Logistik beinhaltet die marktorientierte, integrierte Planung, Gestaltung, Abwicklung und Kontrolle des gesamten Material- und dazugehörigen Informationsflusses (Schulte, 2013, S. 1). Dabei ist die Aufgabe eines RFID-Systems, diese beiden Flüsse zu synchronisieren und zu koppeln. Um diese Aufgabe zu realisieren, übernehmen RFID-Systeme folgende Funktionen (Melski et al., 2007, S. 283):
- Identifikation logistischer Objekte
- Datenspeicherung an logistischen Objekten
- Überwachung logistischer Objekte
Beim Ersteren können Objekte durch die im RFID-Transponder gespeicherte Identifikationsnummer identifiziert werden. Es ist notwendig, ein Objekt in logistischen Prozessen zu identifizieren, da es vorkommt, dass ein Objekt zu Prozessbeginn unbekannt ist und somit eine Unsicherheit hinsichtlich der Identität des Objekts besteht. Jedoch kann es auch sein, dass der Bedarf aus Vorgaben zur Zustands- und Vollständigkeitskontrolle hervorgeht. Dies dient zur Qualitätssicherung und zur Prozesskontrolle (Thoroe, 2011, S. 12).
Daten, die über die Identifikationsnummer hinausgehen, können auf beschreibbare RFID-Transponder peripher am Objekt gespeichert werden. Diese Daten enthalten langfristige Informationen über die Geschichte des Objekts. Dadurch wird der lückenlose Informationsfluss durch die gesamte Logistikkette sichtbar. Unabhängig von einer verfügbaren Netzwerkinfrastruktur dient diese Datenhaltung zur Bereitstellung von Daten am Aufenthaltsort des Objektes. Außerdem wird hierdurch die Dokumentation objektbezogener Tätigkeiten, wie bspw. Qualitätskontrolle oder Wartungsarbeiten, ermöglicht. Hierbei können, abhängig von der Transponderart, die Daten abgerufen, abgespeichert oder verändert werden (Melski et al., 2007, S. 283).
Die Überwachung logistischer Systeme folgt durch die Einbringung von Sensoren in Transpondern. Durch diese Sensoren können die Eigenschaften der Umgebung erfasst und gespeichert werden. Hierbei kommen verschiedene physikalische Eigenschaften, wie z. B. Temperatur, Druck, Beschleunigung, Feuchte oder PH-Wert, ins Einsatz (Thoroe, 2011, S. 13). Auch werden medizinische Produkte sowie temperatursensitiven Chemikalien durch die Transponder überwacht. So können die auslesbaren Daten entweder permanent Überwacht werden oder in definierten Zeitabständen gemessen und mit vorgegebenen Werten verglichen werden. Der RFID-Einsatz bringt auch große Vorteile in der Frischelogistik mit sich. Die Überwachung der Kühlkette dient an erster Stelle zur Absicherung der Lebensmittelqualität (“Frischelogistik”, S. 12 f.).
Durch den Einsatz der RFID-Technologie in logistischen Prozessen werden Fehler minimiert und dadurch werden die Fehlerkosten gesenkt. In der Regel treten Fehler in vielfaltiger Weise beim Ablauf von Geschäftsprozessen auf. Dies kann unterschiedliche Gründe, wie technische Probleme, menschliches Versagen etc., haben. Die Transponder werden ausgelesen und, falls Fehler vorhanden sind, werden diese sofort erkannt. Im Gegensatz zu den Barcodes wird das Auslesen der RFID-Transponder nicht von Verschmutzungen oder Beschädigungen beeinträchtigt. Das Auslesen erfolgt auch ohne Sichtkontakt, sodass der Einsatz dieser Technik die Optimierung und die Steuerung der gesamten Logistikkette ermöglicht. Auch können bspw. bei einer Anlieferung durch den automatischen Abgleich mit Softwaresystemen Fehlmengen und Falschlieferungen erkannt werden (Franke et al., 2006, S. 83).
Im Allgemeinen bringt der Einsatz von RFID-Systemen in der Logistik viele Vorteile mit sich. Die Einführung von RFID-Technologie führt zu kompletten Neuplanungen und -gestaltungen von Prozessen, sodass einige Prozesse beschleunigt werden. Hierzu zählen Prozesse wie die Sortierung nach Zielort, schnelles Aufnehmen von Informationen, deren Auswertung und Übermittlung. Außerdem wird die Benutzung von Lagerkapazitäten optimiert. So besteht durch die Verbesserung der Einlagerung die Möglichkeit, eine Erhöhung des Lagerdurchsatzes zu erzielen. Insgesamt lässt sich sagen, dass der Einsatz der RFID-Technologie in der Logistik unabdingbar ist (Franke et al., 2006, S. 150).
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