Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Wie wichtig ist die nachhaltige und umweltschonende Fertigung?
3. Die Produktion der Zukunft
3.1 Kernprobleme und Herausforderungen einer nachhaltigen Entwicklung
3.2 Klimafußabdruck
4. Die 4. Industrielle Revolution
4.1 Verknüpfung Industrie 4.0 mit nachhaltiger Fertigung
5. Kreislaufwirtschaft – Wertschöpfung statt Verschwendung
5.1 Die Wurzeln der Circular Economy
5.2 Cradle to Cradle – Vom Anfang bis zum Ende denken
5.3 Kreislaufwirtschaft ist mehr als eine verbesserte Abfallwirtschaft
5.4 Technische und Biologische Kreisläufe
6. Ein Blick über den Tellerrand
7.Effiziente Fabrik - nachhaltig und grün
7.1 Effizienzsteigerung und Energiesparen in der Produktion
7.2 Energieeffizienz in der Robotik
8. Zusammenfassung und Ausblick
9. Abbildungsverzeichnis
10. Literaturverzeichnis
1. Einleitung
Die Begriffe Energiewende, nachhaltige Mobilität und Industrie 4.0 befinden sich momentan fast täglich in allen Medienkanälen, denn sie spielen eine enorm wichtige Rolle. Diese Bereiche werden akribisch erforscht, wodurch die nächsten Schritte auf dem Weg in eine wirtschaftliche, erfolgreiche und nachhaltig lebenswerte Existenz auf unserem Globus definiert und geebnet werden.1
„Ein sehr prägnantes wirtschaftliches Handlungsprinzip heutzutage ist die Nachhal- tigkeit. Dieses Prinzip hat seine Wurzeln in der Forstwirtschaft und wurde schriftlich erstmals von Hans Carl von Carlowitz 1713 in seinem Werk Sylvicultura oeconomica 1 aufgegriffen. Der Oberberghauptmann des Erzgebirges von Carlowitz erkannte schon früh, dass eine ressourcenschonende Nutzung die Grundlage für erfolgreiches und beständiges Wirtschaften ist. Er kritisierte den Raubbau der Wälder, bei dem ohne Sinn und Verstand während des dreißigjährigen Kriegs ganze Wälder zur Ver- sorgung der Rüstungsindustrie abgeholzt wurden. Die anschließende „Holznot“ infol- gedessen wurde durch ein rasantes Bevölkerungswachstum begünstigt.“2 Daraufhin wurde 1795 von Georg Ludwig Hartig erstmals der Begriff „nachhaltige Wirtschafts- weise“ begründet, welcher besagte, es kann nur so viel Holz aus einem Wald ent- nommen werden, wie nachwachsen kann, sodass der Wald immer sich selbst rege- nerieren kann.3
Der optimierte Einsatz von Rohstoffen und Gütern hilft die Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten, weil die Produktions- und Herstellungskosten einen wesentlichen Teil dazu beitragen. Es wurde Jahrhunderte lang mit wenig Rücksicht auf die Umwelt und Na- tur Produkte hergestellt, sowie natürliche Rohstoffvorkommnisse gnadenlos ausge- beutet. Die Spuren dieser Ausbeutung sind heute sehr deutlich sichtbar, sowie die damit verknüpften spürbaren, gegenwärtigen Folgen für den Planet Erde.
In der Nachfolgenden Arbeit möchte ich für die aktuelle Situation sensibilisieren, so- wie einige Konzepte und Gedanken zur nachhaltigen und grünen Produktion der Zu- kunft erläutern.
2. Wie wichtig ist die nachhaltige und umweltschonende Ferti- gung?
Wie wollen wir unseren Kindern und Enkeln diese Welt übergeben? Diese Frage be- schäftigt ganze Forschungsfelder. Der sorglose Umgang mit Ressourcen sowie das anhaltende Wachstum der Weltbevölkerung und der steigende Lebensstandard füh- ren zu einem Bedarf an Rohstoffen, der bald nicht mehr abgedeckt werden kann. Die anhaltende Nachfrage nach Rohstoffen führt zwangsläufig zu einer Ressourcen- knappheit, in der schon in wenigen Jahren gewisse Ressourcen nicht mehr zur Ver- fügung stehen werden. In der nachfolgenden Tabelle ist ein Auszug wichtiger Roh- stoffe zu finden, welche unseren Lebensstil, mit Konsumgütern und Waren, erst möglich machen.4
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1: Reichweite der bekannten Reserven
Bis 2050 wird die Weltbevölkerung voraussichtlich auf neun Milliarden Menschen anwachsen und nach Vorhersagen der Organisation for Economic Cooperation and Development, OECD vervierfacht sich bis dahin die Weltwirtschaft. Wenn unter die- sen Gegebenheiten unverändert wie bisher weitergewirtschaftet wird, verbraucht die Menschheit im Jahr 2050 global jährlich 140 Milliarden Tonnen Mineralien, Erze so- wie fossile Brennstoffe – dreimal so viel wie heutzutage.
Damit den künftigen Generationen die wichtigen Ressourcen aus der Tabelle zur Verfügung stehen, ist es unabdingbar die Ressourcenausnutzung signifikant zu er- höhen, sowie Produktionsschritte- und Verfahren nachhaltig zu optimieren. Nur so kann der Ressourcenverknappung entgegengewirkt werden.
3. Die Produktion der Zukunft
Vor etwa 20 Jahren war das maßgebende Erfolgskonzept der Gedanke des japani- schen Lean Managements. „Das Lean Management heißt übersetzt „schlankes Ma- nagement“. Es umfasst die effiziente Gestaltung der Wertschöpfungskette. Zudem handelt es sich um den Ansatz zur Prozessoptimierung mit dem Ziel, Verschwen- dung zu minimieren und Prozesse zu harmonisieren. Die Umsetzung erfolgt vielfach über Produktionssysteme. Hauptziel des Lean Managements ist es, sämtliche Pro- zesse und Aktivitäten so aufeinander abzustimmen, dass überflüssige Tätigkeiten (Verschwendungen) vermieden und ausgesiebt werden. Durch die Optimierung der Prozesse sowie die Eliminierung von Verschwendungspotenzialen können die in- dustriellen Güter zu einem günstigeren Preis angeboten werden.“5
Heutzutage sind oftmals schon strategische Ansätze aus China und Indien im Ge- spräch, wie Saigon- oder Zulu-Management. Jedoch entwickeln viele mittelständi- sche Unternehmen in Deutschland ihre ganz eigenen Strategien, diese resultieren aus Erfahrungswerten. Die Zielgrößen der Produktion der Zukunft werden sich nicht spektakulär ändern, auch in der „Fabrik von morgen“ werden Herstellungskosten und Qualität die entscheidenden Zielgrößen sein. Allerdings wird Geschwindigkeit (Inno- vationsgeschwindigkeit, Durchlaufzeiten, Serienanlauf) sowie Wandelbarkeit (Einfüh- rung neuer Produkte und Produktionstechnologien, flexible Produktionssysteme mit „Null-Rüstzeit“ für kundenindividuelle Fertigung) zunehmend die Produktionsgestal- tung der Zukunft bestimmen.6
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2: Zukünftige Herausforderungen, Ziele und Hebel produzierender Unternehmen
3.1 Kernprobleme und Herausforderungen einer nachhaltigen Ent- wicklung
Der Handlungsbedarf ist offensichtlich. Für den globalen Wandel gibt es eine Vielzahl von wirtschaftlichen- und ökologischen Kernproblemen.
Ökologische Kernprobleme:
- Klimawandel: Globale Erwärmung, zum größten Teil durch menschliche Aktivi- täten verursacht. Durch Verbrennung fossiler Brennstoffe und Abholzung von Wäldern vermehrt Treibhausgase, insbesondere CO2, emittiert wurden und immer noch werden.7
- Bodendegradation: Zerstörung fruchtbaren Bodens durch Bodenerosion, Zu- und Abfuhr von Stoffen durch Luft und Wasser, Bodenverdichtung.8
- Biodiversität: Verlust der biologischen Vielfalt durch menschliche Eingriffe in die bestehenden Ökosysteme.9
- Süßwasserknappheit: Größte Gefahr für das Überleben auf unserem Planeten Erde. Die Wasserqualität wird insbesondere durch intensive Landwirtschaft, hohe Industrialisierung und Urbanisierung beeinträchtigt.10
Die sozialen Kernprobleme spielen neben den ökologischen Probleme eine sehr wichtige Rolle. Im Folgenden möchte ich einige soziale Kernprobleme kurz erläutern, die zum Umdenken und Handeln zwingen.
- Bevölkerungsentwicklung und -verteilung: Angenommenes globales Wachs- tum bis zum Jahr 2025 von acht Milliarden Menschen, Bevölkerungszunahme insbesondere in den "Entwicklungs- und Schwellenländern", sowie freiwillige und erzwungene Migrationsprozesse.11
- Welternährung: Fehl- und Unterernährung besonders in den südlichen Län- dern – vor allem als Folge von Armut, Bodendegradation, Wasserknappheit, Bevölkerungswachstum und Aids.
3.2 Klimafußabdruck
Klimaschutz sowie grüne und nachhaltige Produktion sollen ein Kernaspekt im Pro- duktionsprozess der Zukunft werden. Unternehmen wollen sich über das Ausmaß an Treibhausgasen klar werden, welche im gesamten Lebenszyklus eines Produktes anfällt. Dies steigert bei Mitarbeitern, Lieferanten und der Unternehmensführung das Bewusstsein für die Klimarelevanz der eigenen Produkte und Dienstleistungen. Der Product Carbon Footprint (PCF) oder Klimafußabdruck, wird aber auch als Verkaufs- argument, gegenüber einer zunehmend ökologisch sensibilisierten Kundschaft, ge- sehen. Laut einer Online Umfrage der Universität Mainz im Jahr 2008, würden 90% der Verbraucher gerne CO2-neutrale Produkte kaufen. Den Klimafußabdruck im Ein- zelfall zu bestimmen, ist allerdings eine komplexe Angelegenheit: Emissionen kön- nen bei der Rohstoffgewinnung, beim Transport, in der Produktion oder in der Nut- zungsphase sowie bei der Verwendung und Entsorgung entstehen. Über ein komplett einheitliches Verfahren zur Bewertung des Product Carbon Footprint, wel- ches alle relevanten Faktoren einbezieht, herrscht bislang keineswegs Einigkeit. In Großbritannien erscheint immer häufiger auf Produkten die Kennzeichnung des CO2- Fußabdrucks, welchen das Produkt hinterlässt. Dieses Thema könnte die Produktion der Zukunft, sowie die Kaufentscheidung einiger Kunden gravierend verändern.12
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 3: Chips Packung mit PCF Zeichen 12 Vgl. (Reinhart, 2011)
4. Die 4. Industrielle Revolution
In Deutschland ist der Begriff Industrie 4.0 derzeit in nahezu allen branchenbezoge- nen Fachmessen, Konferenzen und Tagungen oder Ausschreibungen mit öffentli- chen Fördergeldern vorherrschend. Der Begriff wurde erstmals auf der Hannover Messe im Jahr 2011 verwendet und führte zu zahlreichen Diskussionen.13
Industrie 4.0 steht als Oberbegriff für die Digitalisierung der Industrie und zeichnet sich durch das Zusammenwachsen der realen mit der virtuellen Welt aus. Diese auch als vierte industrielle Revolution bezeichnete Entwicklung, geht nicht allein mit einer dramatischen Veränderung in Technologien und Informationsflüssen einher, sondern wird auch innovative Produkte, Produktionsweisen und Dienstleistungen hervorbrin- gen.14 Die Produktion der Zukunft wird von der digitalen Veredelung von Produkti- onseinrichtungen und Produkten geprägt sein. Internettechnologien zur Realisierung einer offenen Kommunikationsplattform werden sich zunehmend, auch innerhalb der industriellen Produktion ausbreiten und zur Ablösung der heute streng hierarchisier- ten IT-Landschaft führen. Die enge Verbindung von physikalischen Objekten und den dazugehörigen Informationen, seien es Produkte, Produktionseinrichtungen, oder Elemente der Logistikkette, führen zur Reduktion von Medienbrüchen und erhöhen die Effektivität des Informationsaustauschs. Netzbasierte Dienste, die direkt aus der Produktion heraus angeboten werden können, binden den Endkunden direkt in den Produktionsprozess ein und erlauben die Erschließung neuer Geschäftsfelder im Be- reich von Mehrwertdiensten zum Produkt. Diese Veränderungen sind disruptiver Na- tur und besitzen das Potenzial, eine neue industrielle Revolution auszulösen. Als Grundlage für neue Ebenen der Produktivität und Wertschöpfung, umfasst die 4. In- dustrielle Revolution die Entwicklung und Vermarktung autonomer, selbststeuernder und wissensbasierter Produktionssysteme, welche auf Cyber-Physischen Systemen basieren. Der Einzug des Internets der Dinge und des Internets der Dienste in die industrielle Produktion wird weiterführende Verbesserungen bei der Durchführung industrieller Prozesse in Produktion, Engineering, Supply Chain und Life Cycle Ma- nagement ermöglichen, die in ihrer Gesamtheit zu einer neuen Form der Industriali- sierung, der so genannten Industrie 4.0 führen.15
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 4: Die Entwicklung zur Industrie 4.0
4.1 Verknüpfung Industrie 4.0 mit nachhaltiger Fertigung
Eine wichtige Forschungsfrage ist, wie lässt sich die Industrie 4.0 Bewegung mit ei- ner nachhaltigen und grünen Fertigung verbinden? Industrie 4.0 umfasst eine Viel- zahl verschiedener Handlungsoptionen und Felder. Dazu zählen auch smarte Ener- gielösungen. Im folgenden Praxisfall wird gezeigt, wie die Firma Weidmüller dank eines intelligenten Energiemonitorings, sowohl den CO2-Ausstoß, als auch die Kos- ten reduzieren konnte.
Für Weidmüller, sowie auch für andere Firmen, ist Energieeffizienz schon seit mehre- ren Jahren ein wesentliches Handlungsfeld. Mit dem Bau der transparenten Fabrik setzt das Unternehmen nicht nur die eigenen Energieziele um, sondern gewann 2014 den international renommierten Umweltpreis „GreenTec Award“ im Bereich Produktion. Durch das neue, ganzheitlich eingeführte Energiemanagementsystem gelingt es jährlich über 1665 Tonnen CO2 und 2,1 GWh Energie einzusparen. Zusätz- lich werden Prozessoptimierungen aufgedeckt und die Verknüpfung zu neuen Kom- munikationsnetzwerken geschaffen. Die Stromkosten haben sich in Deutschland für Industriekunden seit 2005 nahezu verdoppelt. Somit stellen Energiekosten, neben den Personalkosten den zweitgrößten Kostenfaktor in der Produktion dar.
[...]
1 Vgl. (Knaut, 2015)
2 Vgl. (Johannes Fresner, 2014)
3 Vgl. (Johannes Fresner, 2014)
4 Vgl. (Peter Kausch, 2014)
5 Vgl. (Zokaei, 2017)
6 Vgl. (Reinhart, 2011)
7 Vgl. (John H. Seinfeld, 2016)
8 Vgl. (Schrenner, 2012)
9 Vgl. (Umweltbundesamt, 2014)
10 Vgl. (Houdret, 2010)
11 Vgl. (Birg, 2011)
12 Vgl. (Reinhart, 2011)
13 Vgl. (Drath, et al., 2014)
14 Vgl. (Knaut, 2015)
15 Vgl. (August-Wilhelm Scheer Institut, 2015)