Circular Economy Strategien im Maschinen- und Anlagenbau Was Circular Economy wirklich bedeutet und wie sie gelingen kann

Ein Gastbeitrag von Prof. Dr. rer. pol. Julia Krause, Professur für International Industrial Sourcing and Sales

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Kreislaufwirtschaft ist viel mehr als Recycling sondern mündet in geschlossenen Stoffkreisläufen, die möglichst wenig Abfall produzieren. Auf den Maschinen und Anlagenbau kommen damit gewaltige Aufgaben zu. Prof. Dr. rer. pol. Julia Krause von der HTW Dresden stellt neun Strategien vor, wie die Circular Economy gelingt.

(Bild: Miha Creative - stock.adobe.com)

Der bereits seit Anfang siebziger Jahre in Deutschland etablierte Begriff der Kreislaufwirtschaft hat die wahre Bedeutung und das Wesen der Idee erst in der neuen Zeit im Zuge der Nachhaltigkeitsdebatte entfaltet und nimmt langsam seine wahre Gestalt an. Denn bei der Kreislaufwirtschaft geht es nicht primär um die Gewinnung der Energie aus entsorgten Stoffen, sondern um Strategien diese Stoffe und im früheren Stadium bereits Produkte, so lange wie möglich im wirtschaftlichen Nutzungsverkehr zu lassen. Mit der zirkulären Wirtschaft (ein anderer Terminus, der gerne in diesem Zusammenhang verwendet wird, um den Abstand zur Müllverbrennung als vermeintliche Lösung zu schaffen) wird eine Herangehensweise beschrieben, die einen geschlossenen Materialkreislauf bildet und kaum Abfälle verursacht.

Diese Kreisläufe haben entweder einen ökologischen oder einen technischen Bezug, wobei bei der ersten Betrachtung Produkte nach dem Konsum der Umwelt zurückgegeben werden, während bei der technischen es um die Zurückführung der Stoffe und der Teile für die Wiederverwendung geht. In beiden Fällen gilt als oberste Prämisse die Lebensdauer der Produkte maximal möglich zu verlängern.

Neun Strategien der Circular Economy (CE)

Der CE-Gedanke weist mindestens neun Strategien auf. Dabei können diese in drei grobe Bereiche unterteilt werden: innovative Ansätze umfassen die ersten 3 Strategien, die Wiedernutzung der hergestellten Produkte werden in den weiteren vier Strategien dargestellt und die letzten zwei Schritte sind Beispiele der Rohstoffnutzung, die sich der linearen Ökonomie nähert.

Mit neun Strategien zur Circular Economy
Mit neun Strategien zur Circular Economy
(Bild: Julia Krause)

Strategie 1 – der Verzicht

Das erste Ziel auf dem Weg zur zirkulären Wirtschaft ist der Verzicht. Ein innovativer Schritt, der in unserer „alles-ist-möglich–Gesellschaft“ zum radikalen Umdenken führt. Es geht nicht nur um den Verzicht auf bestimmte Mengen der Energie für die Produktion, den Antrieb, die Instandhaltung oder des Wassers z.B. für Kühlanlagen, sondern um den Versuch bestimmte Maschinen- und Anlagenteile überflüssig zu machen oder deren Funktionen auf andere zu verlagern.

Dies würde uns erlauben bestimmte Komponenten gar nicht produzieren zu müssen und dadurch stoffliche, energetische und zeitliche Ressourcen einzusparen. Das ist möglich, indem man bereits beim Design von Produkten und Anlagen die Funktionen bestimmter Ausrüstungen und die vorhandene Infrastruktur im Blick behält.

Die einheitliche Gestaltung des kompletten Werkes, Reduzierung der Anzahl der möglichen Variationen, sowie die Anzahl der Lieferanten, Modularisierung der Anlagen (wie Linde Engineering oder McDermott es vorantreiben), Standardisierung der Anforderungen an die Qualität und die Genauigkeit der Geräte, sowie eine ganzheitliche Betrachtung der vorhandenen Strukturen und entstehenden neuen Lieferketten tragen dazu bei, die Vielschichtigkeit der möglichen Lösungen minimal zu halten und für den Kunden die Komplexität bei der Bedienung, Wartung und Prüfung zu reduzieren.

Der Verzicht bezieht sich auch auf bestimmte Rohstoffe und Materialien, die entweder schädlich für die Umwelt oder knapp sind und möglicherweise durch menschenrechtsverletzende Aktivitäten gewonnen werden können.

Die logistischen Operationen mit der Wahl des Transportmittels, der Routen und der Verpackung sind ebenfalls ein Baustein innerhalb dieser Strategie. Dabei müssen geografische, politische und technische Besonderheiten des Güterverkehrs, sowie die Warenlagerung und das Baustellenmanagement vor Ort berücksichtigt werden.

Durch die Standardisierung von Produkten, sowie Vorgehensweisen bei der Planung von Anlagen, in der eigenen Fertigung, aber auch im Betrieb beim Kunden können andere Aspekte des Verzichts vollzogen werden. Deswegen sind Kenntnisse der gesamten Lieferkette und vorhandenen Strukturen im Investitionsgeschäft ausschlaggebend und nur durch eine enge Kooperation mit allen Stakeholdern richtige Entscheidungen im Sinne der Kreislaufwirtschaft getroffen werden können.

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Strategie 2 – das Umdenken

Die zweite innovative Strategie auf dem Weg zur zirkulären Wirtschaft umfasst neue Philosophien und Ideen zur Nutzung der Produkte.

Das Thema „Lebenszeit der Maschinen- und Anlagen“ ist Bestandteil jeder Konformitätsbewertung und Genehmigung durch Prüfstellen. Während in der Vergangenheit dieses Thema vorrangig die Wartungs- und Prüfintervalle bestimmte, so geht es heute um eine nachhaltige Nutzung der eingesetzten Rohstoffe.

Mit dem „Umdenken“ sind auch neue Businessmodelle, wie „Sharing Economy“ oder „Product as a Service“ gemeint, wo Maschinen und Anlagen nicht zum Kauf, sondern zur Miete angeboten werden. Die Anlagenbetreiber sind in solchen Geschäftsbeziehungen „nur“ Nutzer im Sinne „pay per use“. Diese Beziehungen ermöglichen effizienteren Betrieb, schnelle Reparierbarkeit, wirkungsvolle Instandhaltung der Anlagen und deren erfolgreiche Zurückführung im Sinne der Kreislaufwirtschaft.

Das „Umdenken“ bezieht sich auch auf neue Wege zur Rohstoffgewinnung für die Produktion von Maschinen und Anlagenteilen, indem man z.B. den Abfall nutzt, oder durch z.B. Capture-Technologien Rohstoffe im eigenen Betrieb generiert und recycelte oder innovative Materialien verwendet, wie z.B. Glasfaserkunststoffe anstelle von Titan in der chemischen Industrie.

Strategie 3 – die Reduzierung

Durch die Reduzierung der eingesetzten Materialien infolge eines innovativen Designs des Produktes, einer effizienten Organisation bestimmter Prozesse in der Planung, Produktion, Logistik oder im Waren- oder Baustellenmanagement kann ebenfalls das Ziel der Kreislaufwirtschaft erreicht werden.

Die Wahl der geeigneten Lieferanten entlang der gesamten Supply Chain, der effizienteren Technologien, optimale Planung der logistischen Herausforderungen, sowie das Design von Produktionshallen, wo die Lüftung, Heizung und Beleuchtung durch natürliche Gegebenheiten und regenerative Energiequellen geleistet werden, tragen dazu bei, den Energieverbrauch zu reduzieren.

Eine Reihe von digitalen Werkzeugen kann eine enorme Abhilfe schaffen, in dem z.B. die künstliche Intelligenz bestimmte sicherheitsrelevante Operationen kontrolliert und Vorgehensweisen optimiert, indem in den Anlagen eingesetzte Roboter die menschliche Fehlerquote reduzieren, indem digitale Zwillinge die Planung erleichtern und helfen, mögliche Komplikationen vor dem Baubeginn zu identifizieren.

Strategie 4 –die Wiederverwendung

Die Verlängerung der Lebensdauer einer Maschine oder einer Anlage kann durch die Wiederverwendung dieser durch andere Kunden, andere Industrien oder in anderen Ländern stattfinden. Dabei können die Gründe für Nicht-Weiternutzung beim Erstbetreiber vielschichtig sein: der Wegfall der Effizienz aufgrund von steigernden Energiekosten in einem Land, einer fehlenden Genauigkeit eines Gerätes für bestimmte Produktionszwecke oder auch einer Sättigung eines bestimmten schnelllebigen Marktes.

Strategie 5 – die Reparatur

In vielen Fällen ist es für Betreiber günstiger ein defektes Produkt wegzuschmeißen und ein neues zu kaufen, anstatt es reparieren zu lassen. Abgesehen von möglichen ökonomischen Einsparungen, ist der ökologische Effekt solch eines Handelns in Betracht zu ziehen. Um dem vorzubeugen sollten Anreizsysteme geschaffen werden, die dieses Handeln in Frage stellen, indem man auf einer Seite z.B. die Kunden verpflichtet Produkte zurückzugeben und, auf der anderen Seite, als Hersteller sich klar für die Annahme der aussortierten Teile positioniert, wie Dräger AG das vormacht. Selbstverständlich ist eine ganzheitliche Betrachtung der Aufwände unerlässlich.

Strategie 6 – das Wiederherstellen

Die Gewinnung bestimmter Teile einer defekten Maschine und Nutzung dieser in einer neuen bilden die Grundlage der Idee der Wiederherstellung. Dabei geht es nicht um die Reparatur der defekten Teile, sondern um die Nutzung vorhandener Komponente als Ersatz- oder Bestandteile für eine neue Produktion.

Ein Vorreiter auf diesem Feld der Kreislaufwirtschaft ist das Unternehmen Caterpillar mit seinen Baumaschinen, die nach der Fertigstellung aus gebrauchten Teilen mit dem Prädikat „same as new“ versehen werden und auf diese Weise die Idee der Kreislaufwirtschaft glaubhaft verkörpern.

Strategie 7 – das Umfunktionieren

Das Umfunktionieren bestimmter Anlagenteile erfordert eine gewisse Kreativität. Unter bestimmten Umständen können Druckbehälter als Speicherbehälter oder Öltanks als Regenwasserzisterne weiterverwendet werden, CFK-Rotorblätter der Windkraftanlagen können zu ergonomischen und wetterbeständigen Parkbänken umgebaut werden.

Strategie 8 – das Recyceln

Beim dominierenden mechanischen Recycling entstehen aus Abfallprodukten Materialien mit einem niedrigeren Wert. Dabei war es aber schwierig Kunststoffe „wiederzubeleben“ – die Abfallprodukte, die in den weltweiten Gewässern für enorme Umweltprobleme sorgen. Mit dem chemischen Recyceln, an dem z.B. Covestro aktiv arbeitet und einige Verfahren zu Depolymerisation der Kunststoffe einsetzt, gibt es eine Antwort auf die Nutzung auch der Plastikteile im Sinne der Kreislaufwirtschaft.

Strategie 9 – die Energierückgewinnung

Die Energierückgewinnung – ist der letztmögliche Schritt bei der Wahl der geeigneten Kreislaufaktivität. Dabei ist die Frage der richtigen Mülltrennung eine entscheidende, um keine teuren Rohstoffe, wie z.B. Kupfer, in Rekuperationsanlagen zu vernichten. Durch Strategien der Kraft-Wärme-Kopplung soll dabei auch das Thema der Energieeffizienz in solchen Anlagen im Fokus stehen und die entstehende Wärme z.B. zum Heizen von Anlagenteilen genutzt werden.

Von der linearen Wirtschaft über das Recycling bis zur zirkulären Wirtschaft

Von der linearen Wirtschaft, wo am Ende des Prozesses immer Abfall entstand, über das Recycling, das fast 50 Jahre unser Denken prägte, sind wir bei der wahren zirkulären Wirtschaft angekommen und das „perpetuum mobile“ der Produkte und der Werkstoffe „ansteuern“. Die aufgeführten Strategien haben einen unterschiedlichen Einfluss auf bestimmte Bereiche im Maschinen- und Anlagenbau. Dabei bilden die ersten drei Strategien einen besonders innovativen Ansatz und können vor allem bei der Planung der Anlagen, d.h. am Anfang des Produktlebenszyklus einen richtigen Impuls für viele Industrien geben.

Der Kreislaufansatz verlangt von allen Akteuren eine enge Zusammenarbeit und erweitert das strategische Ziel eines Maschinen- und Anlagenbauunternehmens vom reinen Produktlieferant hin zu einem vielschichtigen Dienstleistungsanbieter. Es geht nicht nur um die Planung, Herstellung, Logistik mit Verpackung, Lagerung, Entzollung, nicht nur um die Montage, Inbetriebnahme, Unterstützung bei Konformitätsbewertungsverfahren, sondern um den begleitenden Betrieb der Anlage, um die andauernde Überwachung wichtiger Parameter zur Gewährleistung der Sicherheit, um die effiziente Wartung und vorausschauende Instandhaltung, aber auch um die weitere Beobachtung des Marktes zwecks der möglichen Innovation, rechtzeitigen Identifikation und effizienteren Gestaltung der Anknüpfungsbereiche und einer agilen Implementierung der Change Management Prozesse während des Betriebs und darüber hinaus.

Der Servicebereich der modernen Anlagenbauer berücksichtigt Lebenszyklen einzelner Ausrüstungseinheiten, verringert die Komplexität, steigert die Effizienz, koordiniert Kreislaufprozesse mit allen Akteuren der Supply Chain und somit gewährleistet einen nachhaltigen Betrieb der Anlage und ihre Weiterverwertung.

Ein Anlagenbauer der Zukunft denkt ganzheitlich, agiert transparent und hat die ganze Wertschöpfungskette im Blick: nutzt die Innovationskraft der Lieferanten, vorhandene Infrastruktur des Kunden, entwickelt bestmögliche Lösungen, die nicht nur ökonomische Ziele aller Stakeholder, sondern soziale und ökologische Ziele der Gesellschaft berücksichtigt.

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