Wer ein Produkt entwickelt und herstellt, verbraucht Ressourcen. Im Projekt ZirkuPro forschen das Fraunhofer IEM und Partner an Möglichkeiten, den Energieverbrauch und Materialverschleiß deutlich zu verringern und den Austausch defekter Bauteile zu erleichtern. Im Interview erklärt IEM-Projektleiter Christoph Jürgenhake, wie ein Forscher*innenteam gemeinsam mit verschiedenen Herstellern daran arbeitet, den ökologischen Fußabdruck von technischen Systemen schon bei der Entwicklung deutlich zu reduzieren und Unternehmen besser auf kommende, gesetzliche Vorgaben vorzubereiten. 

Hallo Herr Jürgenhake! Wer Produkte produziert, ist für sie ökologisch verantwortlich, auch nachdem sie ihren eigentlichen Zweck erfüllt haben. 

Das ist eine Philosophie, die ich nachvollziehen kann. Und in der Tat übernehmen immer mehr produzierende Unternehmen aus dem High Tech Bereich diese Verantwortung – allerdings und zumindest in Deutschland noch freiwillig. In anderen Ländern sieht es teils schon anders aus. 

Im Grunde geht es bei dem Projekt ZirkuPro, für das sie seitens des Fraunhofer-Instituts für Entwurfstechnik Mechatronik IEM verantwortlich sind, nicht primär um Gesetze und ihre Umsetzungen. Sie wollen – gemeinsam mit verschiedenen Unternehmen, wie Miele oder Diebold Nixdorf und dem Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM, sowie der Universität Paderborn - dazu beitragen, dass die spätere Verwertbarkeit bereits bei der Planung neuer Produkte mitbedacht wird. 

Richtig. Unser Auftrag ist es, Unternehmen dabei zu unterstützen, eine ganzheitliche, zirkuläre Produktentstehung für elektrische und elektronische Geräte zu entwickeln. Wobei wir uns auf »intelligente technische Systeme« fokussieren, also Systeme, die sich durch Adaptivität, Robustheit, Benutzerfreundlichkeit und vorausschauendes Agieren auszeichnen. Das Spektrum reicht dabei von Automatisierungs- und Antriebslösungen über Maschinen, Fahrzeuge, Automaten und Hausgeräte bis zu vernetzten Produktionsanlagen und Plattformen. Ein Beispiel, dass jeder und jede kennt, ist die moderne, »Smart-Home-fähige« Weiße Ware, wie sie beispielsweise Miele entwickelt und produziert. Hier arbeiten wir gemeinsam daran, die technischen Voraussetzungen für innovative Geschäftsmodelle im Kontext der Kreislaufwirtschaft zu erschließen.

In Bezug auf die Kreislaufwirtschaft könnten Sie an zwei Stellen ansetzen. Zum einen bei den Materialien, aus denen Systeme gebaut werden und zum anderen bei der Produktion?

Es gibt sehr unterschiedliche Schwerpunkte im Bereich Nachhaltigkeit oder CO2-Äquivalente für den eigentlichen Produktlebenszyklus, also den ökologischen Fußabdruck von der Entwicklung über die Produktion bis zur Produkteliminierung. Das zeigt sich gerade bei intelligenten technischen Systemen. Bei einem Smartphone beispielsweise entstehen fast vier Fünftel der Lebenszyklus-Emissionen bei der Produktion, denn das Herstellen von Elektronik ist sehr energiehungrig und ein Smartphone hat eine vergleichsweise kurze Nutzungsdauer. Bei einer Waschmaschine ist es andersherum. Hier entstehen rund 97 Prozent der CO2-Emissionen durch die Nutzung, nicht durch die Herstellung. Weiße Ware verbraucht viel Strom und läuft meist über zehn Jahre. Es gibt also zwei vollkommen unterschiedliche, sich ergänzende Ansatzpunkte, um den ökologischen Fußabdruck eines Produkts möglichst klein zu halten. 

Wobei sich die Produktion dann wieder unterteilt in die eigentliche Herstellung »am Fließband« und die Entwicklung?

Vollkommen richtig. Gerade im Bereich der Entwicklung sehen wir eine Vielzahl von Stellschrauben, die den späteren CO2-Verbrauch bei der eigentlichen Herstellung reduzieren können. Es geht also nicht darum, Roboter zu entwickeln, die Waschmaschinen besonders energieeffizient zusammensetzen können. Es geht eher um die Frage, wie Waschmaschinen energieeffizient laufen und wie die Elektronik in der Waschmaschine aufgebaut ist. Wir wollen und müssen erreichen, dass einzelne Komponenten leichter repariert oder ausgetauscht werden können, ohne die gesamte Elektronik entsorgen zu müssen. 

Es geht also darum, ein Design zu entwickeln, das vermehrt auch die Reparierbarkeit mit in den Fokus stellt?

Möglich wird das nur, wenn diese – zusätzliche - Prämisse mitgedacht wird. Das heißt, dass Systeme von Anfang an so entwickelt werden, dass dieser Faktor mit berücksichtigt wird. Genau an diesem Punkt setzt ZirkuPro an. 

Hersteller aber leben davon, dass sie ihre Produkte verkaufen. Gehen einzelne Komponenten kaputt, sollten sie aus betriebswirtschaftlicher Sicht eigentlich nicht ausgetauscht werden. Besser ist es, gleich ein neues Gerät zu verkaufen …

… Zumal eine kompakte, integrierte Bauweise, in der alle Teile fest zusammengefügt sind und den Austausch deutlich erschweren, in der Produktion meist günstiger ist. Aber auch in Europa gehen immer mehr Länder dazu über, Gesetze zu erlassen, die die Austauschbarkeit einzelner Komponenten vorschreiben. Ist das nicht gegeben, dürfen solche Produkte beispielsweise in Frankreich oder Spanien nicht mehr angeboten werden. Das erhöht den Druck auch auf deutsche Hersteller und Herstellerinnen immens, denn zum einen sind wir eine Exportnation, die technische Systeme im Ausland verkaufen muss. Und zum anderen ist absehbar, dass vergleichbare Vorschriften auch hierzulande Fuß fassen werden. Es geht also schon heute darum, auch künftig erfolgreich zu sein. Und das bedeutet unter anderem, den ökologischen Fußabdruck zu verkleinern.

Das heißt aber auch, dass es bei den Unternehmen, die mit Ihnen im Projekt zusammenarbeiten, nicht um Greenwashing geht, sondern um eine konkrete betriebswirtschaftliche Notwendigkeit.

Ich denke sogar, dass es ihnen nicht allein darum geht, auf dem Markt weiter nur erfolgreich und auf Gesetze vorbereitet zu sein. Das Interesse an mehr Nachhaltigkeit ist ein Motiv, dass durchaus ernst gemeint ist. Aber die entsprechende Nachfrage und Vorgaben untermauern die Strategie, ökologischer zu arbeiten. 

Andererseits sind viele dieser Vorgaben nicht nur von Land zu Land unterschiedlich, sie sind auch innerhalb eines Landes volatil. 

Aber die Richtung ist überall dieselbe. Das ist ein Ansatzpunkt – auch wenn die Vielzahl an Randbedingungen die Situation auch bei renommierten Herstellern nicht unbedingt erleichtert. Aber es geht aktuell ohnehin zunächst vor allem darum, zu entscheiden, welche Stellschrauben wie genutzt werden können. Ein Beispiel dafür ist das Thema Refurbishing. Was an sich ein guter Ansatz ist, muss auch technisch sinnvoll, rechtssicher und grenzübergreifend umsetzbar sein. Und die Produkte sollten von Anfang an darauf ausgelegt sein. 

Hier setzt auch Ihre Arbeit an, um Miele, den Informationstechnikkonzern Diebold Nixdorf, Wago, einen Hersteller von Verbindungstechnik sowie CP contech electronic, die Elektronikkomponenten herstellt, mit der Expertise des Fraunhofer IEM zu unterstützen. 

Wir machen das gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM und der Universität Paderborn. Die Unternehmen sind international agierende Hersteller aus der Region. Das ist auch deshalb wichtig, weil ZirkuPro ein Teil der aktuellen it’s OWL-Projekte ist, bei dem rund 200 regionale Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Organisationen aus der Region Ostwestfalen-Lippe Lösungen für die digitale Transformation im Mittelstand entwickeln. Bei Miele geht es unter anderem darum, innovative Geschäftsmodelle in Bezug auf die Kreislaufwirtschaft zu erschließen. Diebold Nixdorf plant, die zukünftige Produktentstehung verstärkt an den gesetzlichen Regularien auszurichten. Wago will durch das Projekt den ökologischen Fußabdruck seiner Produkte verbessern und CP contech electronic möchte sich stärker an den Themen der Nachhaltigkeit und Zirkularität ausrichten. 

Mir ist noch nicht klar, welche Aufgaben Sie und Ihr Team dabei übernehmen?

Wir sind in die Entwicklung von Produkten involviert, die in den kommenden Jahren auf den Markt kommen werden. Dabei übernehmen wir eine Art entwicklungsbegleitendes Consulting: Wir analysieren die aktuellen Entwicklungsprozesse und stellen dem die Anforderungen gegenüber, die die Produktsparte in den kommenden Jahren in Bezug auf die Kreislaufwirtschaft leisten können muss. Danach geht es ins Detail: Wie beispielsweise müssten Leiterplatinen aussehen, die nun modular aufgebaut sind, und ist diese Form des Aufbaus in diesem spezifischen Fall wirklich nachhaltiger? Andere Fragen, die wir mithelfen wollen zu beantworten, sind die nach den ökologischen Vorteilen regelmäßiger Updates oder nach einem Design, das ohne viel Aufwand auch Reparaturen zulässt. Dazu gehört auch, welche Materialien eingesetzt werden. Denn natürlich beeinflusst auch das Thema Edelmetalle oder Seltene Erden den Produktentstehungsprozess. Wichtig ist uns dabei, nicht en détail für einzelne Produkte zu arbeiten, denn das ist und bleibt Aufgabe des Unternehmens. Wir wollen grundsätzliche Systematiken und Ansätze entwickeln, die dann auch auf andere Projekte übertragbar sind. Am Ende unserer Arbeit soll dann ein Methodenkoffer zur Verfügung stehen. Wie der allerdings genau aussehen wird, kann ich Ihnen erst in drei Jahren sagen. Wir haben mit dem Projekt ja gerade erst begonnen. 

 (hen)

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Dr. Christoph  Jürgenhake
  • Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM
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