Kreislaufwirtschaft Kreislaufwirtschaft in der Industrie: Mehr als Mülltrennung

Anbieter zum Thema

Dassault Systèmes

Heidrive GmbH

aPriori Deutschland

Viele Unternehmen fragen sich, wie der Abschied von der Linear- und der Einstieg in die Kreislaufwirtschaft in der Industrie gelingt. Mit digitalen Lösungen können sie die Umweltauswirkungen ihrer Produkte, Werkstoffe und Prozesse minimieren und nachhaltige Entscheidungen treffen.

Nachhaltigkeit ist schon lange kein Trend mehr. Die Konsumenteneinstellung hat sich über Jahre hinweg gewandelt und zwingt Unternehmen zu einem grundlegenden Umdenken – von der Linearwirtschaft zu einer nachhaltigeren Wirtschaftsform. Die Umsetzung einer Kreislaufwirtschaft hat sich dabei als erklärtes Ziel vieler Unternehmen etabliert. Auch die deutsche Bundesregierung erarbeitet derzeit eine Nationale Kreislaufwirtschaftsstrategie (NKWS), um einen Rahmen zum zirkulären Wirtschaften und zur Ressourcenschonung zu schaffen. Der Begriff Kreislaufwirtschaft umfasst dabei weit mehr als Mülltrennung und grüner Punkt. Es geht vielmehr darum, den gesamten Lebenszyklus von Produkten und Rohstoffen zu verlängern und im Kreislauf zu halten.

Herausforderung für die Kreislaufwirtschaft in der Industrie: Hohes Müllaufkommen bei hohem Ressourcenbedarf

Zahlreiche Umweltprobleme sorgen für verschiedenste Problemstellungen: Zum einen schreitet die Erderwärmung in großen Schritten voran. Gleichzeitig werden Ressourcen knapp, während einige Teile der Welt unter Müllbergen versinken und sich riesige Plastikstrudel in den Ozeanen bilden. Allein der „Great Pacific Garbage Patch“ im Pazifik soll schätzungsweise zwanzigmal so groß wie Österreich sein. Auch Deutschland leistet seinen Beitrag zum weltweiten Müllaufkommen: Laut Umweltbundesamt sind in Deutschland Haushaltsabfälle wie beispielsweise Rest-, Bio- oder Sperrmüll stark gestiegen: von 37,6 Millionen Tonnen im Jahr 2000 auf 46,1 Millionen Tonnen in 2020. Das macht 554 Kilogramm pro Erwachsenen und Jahr. Viele Abfälle werden aus Deutschland und Europa exportiert und landen auf Deponien – vor allem in Nicht-EU-Ländern. Dort gibt es oftmals keine fachmännische Entsorgung, Rohstofftrennung oder Wiederaufbereitung. Müll wird nicht selten unter freiem Himmel verbrannt. Es entstehen Abgase wie CO2.

Erdüberlastungstag immer früher im Jahr

Diese Vorgehensweise schadet nicht nur der Menschheit und der Umwelt, sondern es gehen auch wichtige Ressourcen verloren. Ressourcen, die dringend gebraucht werden. Allein der deutsche Rohstoffkonsum belief sich im Jahr 2019 auf insgesamt 1.328 Millionen Tonnen. Das sind 16 Tonnen pro Kopf. Die Gewinnung von Rohstoffen wie Bauholz, Erdöl oder Metallen geht zudem häufig mit negativen Umweltauswirkungen einher – von der Abholzung von Wäldern bis hin zur Verunreinigung des Grundwassers. Beim Bergbau werden etwa Schadstoffe und Schwermetalle ins Grundwasser geleitet; Flüsse trocknen durch den hohen Wasserverbrauch gänzlich aus.

Die Menschheit verbraucht damit mehr Ressourcen als die Erde zur Verfügung stellen kann. Jährlich wird deswegen am Earth Overshoot Day – der Tag, an dem der Ressourcenverbrauch die Kapazität der nachwachsenden Rohstoffe übersteigt – auf dieses enorme Problem aufmerksam gemacht. Innerhalb der letzten 50 Jahre wurde der Erdüberlastungstag immer früher erreicht: War der Earth Overshoot Day im Jahr 1971 noch Ende Dezember, wurde er 2001 bereits im September erreicht, und im Jahr 2022 gar im Juli. Deutschland selbst schneidet im globalen Durchschnitt noch schlechter ab: Würde die gesamte Welt einen Ressourcenverbrauch wie Deutschland haben, würde der Earth Overshoot Day in diesem Jahr bereits auf den 4. Mai fallen.

Wann spricht man von einer Kreislaufwirtschaft?

Um Herausforderungen wie das hohe Abfallaufkommen oder den enormen Ressourcenverbrauch bewältigen zu können, spielt die Etablierung einer nachhaltigen Wirtschaftsform eine wichtige Rolle: Bei der Kreislaufwirtschaft geht es darum, bestehende Materialien und Produkte so lange wie möglich in einem Kreislauf zu halten – sie also wiederzuverwenden, zu reparieren und zu recyceln. Auf diese Weise wird der Lebenszyklus der Produkte verlängert und Abfälle werden auf ein Minimum reduziert. Nachdem ein Produkt das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat, verbleiben die Ressourcen und Materialien so weit wie möglich im Kreislauf. Dieses Prinzip wird als „Cradle-to-Cradle“ bezeichnet, was so viel bedeutet wie „von der Wiege bis zur Wiege“. Es ist somit das nachhaltige Gegenmodell zur Linearwirtschaft, die unter dem Grundsatz „Cradle-to-Grave“ – also „von der Wiege bis ins Grab“ – steht und auch als Wegwerfwirtschaft bezeichnet wird. Es handelt sich um einen geradlinigen Prozess von der Konstruktion über die Produktion, bis das Produkt beim Kunden ge- bzw. verbraucht wird und abschließend als Abfall auf Deponien oder in Verbrennungsanlagen landet.

Die Kreislaufwirtschaft ist wesentlich komplexer. Die 3Rs verdeutlichen jedoch die einfachen Leitlinien:

• Reduce (Reduzieren): Hierzu zählt der bewusste und reduzierte Konsum von Gütern. Nicht zwingend erforderliche Verpackungen werden vermieden. Ein ressourcenschonender Herstellungsprozess steht im Vordergrund, bei dem auf Primärrohstoffe nach Möglichkeit verzichtet wird.

• Reuse (Wiederverwenden): Durch Wiederverwendung von Produkten und Materialien wird der Lebenszyklus von Produkten verlängert. Gleichzeitig wird der Bedarf an Neuproduktion verringert. Gebrauchte, aber intakte Produkte sollten durch Zweitnutzung im Kreislauf gehalten werden, beispielsweise durch den Verkauf in Secondhand-Shops. Nachhaltige Mehrwegalternativen wie To-Go-Becher oder Gemüsenetze sollten gefördert werden. Eine Reparierfähigkeit von Gütern sorgt dafür, dass diese länger im Kreislauf bleiben.

• Recycle (Recyceln): Bereits verwendete und verarbeitete Ressourcen werden zurück in den Kreislauf geholt und aufbereitet, sodass diese als Rohstoffe erneut zur Verfügung stehen. Die Abhängigkeit von endlichen Ressourcen wird reduziert. Lässt sich ein Produkt nicht oder nur durch ein sehr kompliziertes Verfahren recyceln, sollte es als letzte Option noch zur Energiegewinnung genutzt werden.

Förderung der Kreislaufwirtschaft in der Industrie

Zur Förderung des Übergangs von einer linearen Wirtschaft hin zur Kreislaufwirtschaft in der Industrie gibt es bereits einige Initiativen und Gesetze auf verschiedenen Ebenen – so etwa der Green Deal der EU. Dieser hat die Klimaneutralität bis 2050 zum Ziel, wovon die Förderung der Kreislaufwirtschaft ein wesentlicher Bestandteil ist. Zur konkreten Umsetzung soll ein Aktionsplan entstehen und Schlüsselbereiche der Kreislaufwirtschaft in den Fokus gesetzt werden. Hierzu zählen Rohstoffe wie Kunststoffe oder Textilien, Elektronik, Lebensmittel und Batterien sowie Fahrzeuge oder die Bauwirtschaft. Allerdings handelt es sich hierbei lediglich um inhaltliche Zielvorgaben – konkrete Maßnahmen zur Umsetzung lassen bisher auf sich warten. Um den Wirtschaftsstandort EU bzw. Deutschland zu stärken, sollten Unternehmen daher selbst aktiv werden und auf eine möglichst nahtlose Kreislaufwirtschaft hinarbeiten.

Ein hohes Umweltbewusstsein hat noch einen weiteren Vorteil für Unternehmen: Für die neue Generation der Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen spielen Faktoren wie der ökologische Fußabdruck des potenziellen Arbeitgebers eine wichtige Rolle. Gerade in Zeiten des Fachkräftemangels können Unternehmen mit entsprechenden Maßnahmen also punkten.

Das richtige Mindset macht den Anfang

Das Umweltbewusstsein hat in den letzten Jahren zwar immer weiter zugenommen, allerdings spielt das Konzept Kreislaufwirtschaft in der strategischen Planung häufig noch eine untergeordnete Rolle. Kurzfristige wirtschaftliche Interessen überwiegen oftmals noch oder es gibt Vorbehalte hinsichtlich der finanziellen Umsetzbarkeit. Zudem stehen viele Entscheider vor der Frage, wie man das Thema Kreislaufwirtschaft grundsätzlich angeht. Viele Faktoren und Rahmenbedingungen gilt es einzubeziehen; bisherige Denkmuster müssen hinterfragt werden.

Die Einführung neuer nachhaltiger Geschäftsmodelle, wie beispielsweise Pay-per-use oder Product-as-a-Service kann die Abkehr vom linearen Wirtschaftssystem beschleunigen. Hierbei werden Produkte nach Bedarf wiederverwendet oder vom Anbieter instandgesetzt, sollte es zu einem Defekt kommen. Um zur Kreislaufwirtschaft in der Industrie beizutragen, spielt die Unternehmensgröße keine Rolle. KMUs oder Start-ups beispielsweise haben den Vorteil einer agilen Unternehmensstruktur, kurzer Entscheidungswege und sie sind regional verankert. Bei größeren Konzernen sind finanzielle und technische Mittel sowie Know-how vorhanden, um Transformationsschritte effizient umzusetzen. Unabhängig von der Unternehmensgröße ist allerdings ein Investment in Form von Arbeitskräften, finanziellen Mitteln sowie technischer Ausstattung notwendig.

Mit digitalen Lösungen zur Kreislaufwirtschaft in der Industrie

Die ersten Überlegungen in Richtung Kreislaufwirtschaft können vielfältig sein: Welches Produktdesign und welche Materialien sind nachhaltig? Welche Rohstoffe haben eine gute CO2-Bilanz? Wie lässt sich der Wasserverbrauch minimieren? Mit welchen Fertigungs- und Lieferstrategien ist eine in sich geschlossene Kreislaufwirtschaft möglich?

Die Designphase ist ausschlaggebend

In den früheren Entwicklungsabschnitten ist noch der größte Einfluss auf das spätere Produkt möglich. Entscheidungen an dieser Stelle bestimmen zu etwa 80 Prozent die späteren Umweltauswirkungen. Hier wird beispielsweise festgelegt, ob das Produkt reparierbar sein soll. Sind lösbare Schraubverbindungen vorhanden, lassen sich einzelne Bauteile bei einem Defekt austauschen, statt das Produkt zu entsorgen. Eine modulare Bauweise ist daher ein wesentlicher Pluspunkt. Ebenso kommt es auf eine umweltverträgliche Materialauswahl an. Optimalerweise wird Material verwendet, das bereits einen oder mehrere Produktlebenszyklen durchlaufen hat. Hier sollte sich nach Möglichkeit dahingehend umgesehen werden, wie wesentliche Anforderungen der Bauteile nachhaltig erfüllt werden können. Das Endprodukt muss dabei weiterhin einen marktfähigen Preis beibehalten. Für das spätere Recycling sind Produktdaten ausschlaggebend. Für Demontageteams ist es etwa erforderlich genaue Informationen über die chemische Zusammensetzung einer Batterie zu kennen. Auf dieser Basis berechnen sie anschließend, wie diese Komponenten wiederaufbereitet werden können. Digitale Lösungen unterstützen dabei, Fragen auf dringende Antworten zu finden, um die Kreislaufwirtschaft zu fördern.

Ökobilanzierung ermöglicht Quantifizierung

Ökobilanzierungslösungen erlauben die Quantifizierung von Umweltauswirkungen für ein Produkt, ein Bauteil oder eine Dienstleistung. Diese Lösungen basieren auf vielzähligen Quellen und Datenbanken, welche die Umweltverträglichkeit errechnen. Dabei spielt es keine Rolle, in welcher Phase des Produktlebenszyklus sich das Produkt befindet. Dies bringt Messbarkeit und Übersicht zu jedem Zeitpunkt in der Wertschöpfungskette. Ein Beispiel für eine solche Ökobilanzierung ist die cloudbasierte Lösung Sustainable Innovation Intelligence von Dassault Systèmes. Diese basiert auf der Umweltdatenbank ecoinvent und berücksichtigt mehr als 18.000 Datensätze zu Auswirkungen von industriellen und landwirtschaftlichen Prozessen. Die Lösung integriert diese Daten in die Bereiche virtuelles Design, Produktentwicklung, Fertigungstechnik, Betrieb und Logistik. Nachhaltigkeitsanforderungen können frühzeitig definiert werden. Das macht Ökobilanzierungen vor allem in der Designphase besonders relevant, da zu diesem Zeitpunkt alle wichtigen Produkteigenschaften festgelegt werden.

Kreislaufwirtschaft in der Industrie: Lösungen und Möglichkeiten kombinieren

Im Idealfall werden Erkenntnisse aus einer Ökobilanzierung mit dem virtuellen Zwilling des Produkts kombiniert. Dadurch können verschiedene Produktdesigns auf den Nachhaltigkeitsaspekt überprüft werden. Hersteller werden dadurch in die Lage versetzt, Produktrecycling in Abhängigkeit von bestimmten Szenarien zu simulieren und zu testen. Dies bringt Tempo in die Entwicklung und in spätere Abläufe wie die Produktionsplanung, die Fertigung oder den After-Sales-Service. Für einen optimal gestalteten Prozess ist es wichtig, dass es zwischen diesen unterschiedlichen Bereichen möglichst wenige Barrieren gibt und im Idealfall alle Daten nahtlos ineinander übergehen.

Sind zu viele unterschiedliche, nicht kompatible Systeme im Einsatz, wird der Informationsfluss ausgebremst oder es gehen gar Daten verloren. Um die Nachhaltigkeitswende zu beschleunigen, sollte in der gesamten Wertschöpfungskette eine einheitliche Datenplattform als Single Source of Truth – wie beispielsweise die 3D Experience Plattform von Dassault Systèmes – zum Einsatz kommen. Die Ökobilanzierungslösung und der Einsatz eines virtuellen Zwillings lassen sich gleichermaßen auf der Plattform abbilden. Expertenwissen aus verschiedenen Abteilungen kann dadurch zusammengeführt und Daten in Echtzeit verarbeitet werden. Die Einsatzszenarien sind dabei branchenunabhängig – vom Einsatz in der Verpackungsindustrie für recycelbare Verpackungen bis hin zur Wiederaufbereitung von Elektroschrott in der Elektronikindustrie.

Zukunftsfähig bleiben durch Technologie

Nicht allein die Zukunft des Planeten, auch die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen steht auf dem Spiel. Denn sie tragen zur gesamtgesellschaftlichen Verantwortung bei und werden sich in den kommenden Jahren mit weiteren Vorgaben und Richtlinien konfrontiert sehen, um Produkte, Prozesse und unternehmerisches Handeln nachhaltig zu gestalten. Veränderte Kundenanforderungen verlangen zudem längst nach innovativen, nachhaltigen Produkten und Lösungen. Obwohl die ersten Schritte gemacht sind, gibt es noch viel zu tun. Der Einsatz von Technologien hilft dabei, Probleme zu erkennen und Lösungswege aufzuzeigen, um die gewaltigen Herausforderungen unserer Zeit anzugehen.

Die Autorin Anna Jantke ist Delmia Industry Process Consultant bei Dassault Systèmes.