Energie aus Abfall

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Energie aus Abfall, Band 1 bis 12

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Herausgeber: Karl J. Thomé-Kozmiensky und Michael Beckmann • Verlag: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky

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3 Industrie 4.0 – Bedeutung für die Abfallwirtschaft

Anlagen

Industrie 4.0 – Bedeutung für die Abfallwirtschaft

Görge Deerberg, Matthias Franke, Katharina Reh, Stephanie Kroop, Asja Mrotzek-Blöß und Torsten Müller

1. Das Konzept Industrie 4.0 ...3

2. Umsetzung in der Produktion ...8

3. Erste Ansätze von Industrie 4.0 in der Abfallwirtschaft ...13

4. Potenziale von Industrie 4.0 in der Abfallwirtschaft ...19

5. Zusammenfassung und Ausblick ...23

6. Literatur ...25 Industrie 4.0 steht für ein neues Konzept für die industrielle Produktion, das derzeit wissenschaftlich und politisch – u.a. durch die Hightech-Strategie der Bundesregierung – stark vorangetrieben wird. Kernelement des Konzepts ist die durchgängige Vernetzung der Wertschöpfungsschritte bis zu den Maschinen im Unternehmen. Im Vergleich zu den bisherigen Entwicklungen im Bereich der industriellen Produktion soll ein bislang nicht gekanntes Automatisierungsniveau erreicht werden. Aus diesem Grund wird die Umsetzung von Industrie 4.0 auch als die vierte industrielle Revolution bezeichnet.

Diese Entwicklung wird auch die Abfallwirtschaft beeinflussen. Auf der einen Seite werden neue Automatisierungstechniken auch alle produktionsnahen Bereich durch- dringen, auf der anderen Seite bieten neue Technologien evtl. auch neue Möglichkeiten für die abfallwirtschaftlichen Prozesse. Eine mögliche Frage ist daher: Wie sieht die Abfallwirtschaft 4.0 aus?

1. Das Konzept Industrie 4.0

Mit dem Konzept Industrie 4.0 wird die vierte industrielle Revolution verbunden (Bild 1).

Mit der industriellen Entwicklung seit Ende des 18. Jahrhunderts wurde stetig auch die Komplexität der Produktionsprozesse gesteigert. Technische Weiterentwicklungen haben die Arbeits- und Lebenswelt stark beeinflusst.

Die Grundidee von Industrie 4.0 gestaltet sich sehr akademisch: Die virtuelle Welt soll mit der physischen Welt der Dinge durch den Einsatz von cyber-physischen Systemen (CPS) verknüpft werden. Die entsprechende Grundlage hierfür bietet das Internet der Dinge und Dienste. Mit der Transformation der industriellen Produktion ergeben sich Konsequenzen für die Wertschöpfung, die Geschäftsmodelle sowie die nachgelagerten Dienstleistungen und die Arbeitsorganisation.

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G. Deerberg, M. Franke, K. Reh, S. Kroop, A. Mrotzek-Blöß, T. Müller

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Anlagen

INTERNET DER DINGE (INTERNET OF THINGS, IOT): Verknüpfung physischer Ob- jekte (Dinge) mit einer virtuellen Repräsentation im Internet oder einer internetähnlichen Struktur. Die automatische Identifikation mittels RFID (Radio- Frequency Identification) ist eine mögliche Ausprägung des Internets der Dinge; über Sensor- und Aktortechnologie kann diese Funktionalität um die Erfassung von Zuständen beziehungsweise die Ausfüh- rung von Aktionen erweitert werden. [11, S. 85]

CYBER-PHYSISCHE SYSTEME (CPS): CPS umfassen eingebettete Systeme, Produktions-, Logistik-, Engineering-, Koordinations- und Managementprozesse sowie Internetdienste, die mittels Sensoren unmittelbar physikalische Daten erfassen und mittels Aktoren auf physikalische Vorgänge einwirken. Sie sind mittels digitaler Netze untereinander ver- bunden und verfügen weltweit über Daten und Dienste und über multimodale Mensch- Maschine-Schnittstellen. Cyber-Physische Systeme sind offene, soziotechnische Systeme und ermöglichen eine Reihe von neuartigen Funktionen, Diensten und Eigenschaften.

[11, S. 84]

Jedes einzelne CPS (= Anlage, Maschine, Behälter, Betriebsmittel,…) erhält eine En- tität; ihm wird eine dezentrale intelligente Komponente zugeordnet und es ist exakt adressierbar. Sie besitzen die Möglichkeit, eigenständig Informationen auszutauschen, Aktionen auszulösen und sich gegenseitig zu steuern. Möglich wird dies u.a. durch die fortschreitende Entwicklung der Kommunikationstechnik, die neuen Generationen an autonomen, leistungsfähigen Kleinstrechnern und sinkende Produktionskosten im

Mechanisierung Einführung mechanischer Produktionsanlagen mit Hilfe von Wasser- und Dampfkraft

1784

Erster mechanischer Webstuhl

Elektrifizierung Einführung arbeits- teiliger Massen- produktion mit Hilfe von elektrischer Energie in den Schlachthöfen von Cincinnati 1870 Erstes Fließband

Automatisierung Einsatz von Elektronik und IT zur weiteren Automatisierung der Produktion

1969 Erste speicherpro- grammierbare Steuerung

Vernetzung Umsetzung auf Basis von cyber-physischen Systemen (CPS)

20XX Industrie 4.0

Zeit

Bild 1: Zeitlicher Verlauf der industriellen Revolutionen

in Anlehnung an Kagermann, H.; et al. (Hrsg.): Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0. Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0. Forschungsunion, April 2013, S. 17

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Anlagen

Bereich der IT (Informationstechnik). Diese technischen Entwicklungen treiben den Prozess der Digitalisierung in der Produktionstechnik deutlich voran. Die zunehmende drahtlose Vernetzung der Systeme untereinander sowie mit dem Internet führen zu einer Allgegenwart der rechnergestützten Informationsverarbeitung.

Bild 2: Entwicklungsschritte zum Internet of Everything

in Anlehnung an Gausemeier, J.; et. al.: Auf dem Weg zur Industrie 4.0: Lösungen aus dem Spitzencluster it’s OWL. It’s OWL Clustermanagement GmbH, Paderborn, April 2014, S. 7

Neue Werkzeuge – z.B. BigData, Cloud Computing – im Bereich des Datenhandlings sowie der Vernetzung bieten neue Möglichkeiten zur Datensammlung und -analyse sowie der Bereitstellung von Informationen. Daten und Wissen lassen sich mit diesen Techniken auf gänzlich neue Weise in Wertschöpfungsnetzwerken zu hochwertigen Informationen verbinden. Als Internet der Daten und Dienste ergänzen sie das Inter- net der Dinge zum Internet of Everything (Bild 2), das den Kern einer noch visionären Smart World bildet (Bild 3). Diese bildet ein globales Netzwerk aus cyber-physischen Systemen verschiedenster Skalierungen, von denen die Smart Factory ein Element dieser Smart World bildet.

Reduziert man Industrie 4.0 auf die wesentlichen Punkte, so bietet sie der Wirtschaft die Steigerung der Flexibilität in der Produktion. Dies ist eine Reaktion auf die Volatilität und Dynamik, die sich in vielen gesellschaftlichen, politischen und wirtschaftlichen Bereichen entwickelt hat [5]. Die Vernetzung der CPS soll u.a. eine stärker individualisierte Produktion ermöglichen, die den Kunden stärker in den Produktionsprozess

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Anlagen einbezieht und dadurch die Kundenzufriedenheit steigert. Einzelstücke werden durch

die Digitalisierung der Produktion unter Berücksichtigung aktueller technischer Entwicklungen – z.B. additive Fertigung – rentabel ermöglicht. Geschäfts- und Engi- neeringprozesse werden entsprechend dynamisch gestaltet. Das hierarchische System der Automatisierungspyramide wird im Zuge dieser Entwicklung durch ein Netzwerk dezentral organisierter und teilweise selbstorganisierter Dienste abgelöst [5].

Bild 3:

Vision vom Internet of Every- thing

in Anlehnung an Kagermann, H.; et al.

(Hrsg.): Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0. Ab- schlussbericht des Arbeitskreises Indust- rie 4.0. Forschungsunion, April 2013, S. 23

Möglich wird dies durch eine durchgehende horizontale und vertikale digitale Vernet- zung entlang der Wertschöpfungsnetze. Die IT ist hierbei nicht länger ein Werkzeug, sondern wird fester Bestandteil des jeweiligen Prozesses, wodurch sich neue Strukturen und Sichtweisen ergeben, die eine wesentlich differenziertere, zeitnahe Verfolgung von Produkten und von Prozessen sowie deren Organisation und Steuerung ermöglichen.

Der Produktionsprozess selbst gewinnt wesentlich an Transparenz. Entscheidungen lassen sich auf einer wesentlich breiteren Informationsbasis treffen. Die differenzierte Unterteilung der Prozesse in Dinge und Dienste ermöglicht die Wiederverwendung bestimmter Teile und kann die Entwicklungskosten neuer Prozesse senken.

Diese Potenziale können nur gehoben werden, wenn die Integration der IT in die physischen Prozesse gelingt, wenn die aufkommenden Datenmengen beherrscht werden und eine zielgerichtete Auswertung möglich ist.

Unter horizontaler Integration versteht man in der Produktions- und Automatisierungs- technik sowie in der IT die Integration der verschiedenen IT-Systeme für die Prozessschritte der Produktion und Unternehmensplanung, zwischen denen ein Material, Energie- und Informationsfluss verläuft. Dies erfolgt sowohl innerhalb eines Unternehmens – bspw.

Fertigung, Betriebslogistik – aber auch über mehrere Unternehmen – Wertschöpfungs- netzwerke – hinweg zu einer durchgängigen Lösung. [11, S. 24]

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Anlagen

Unter vertikaler Integration versteht man in der Produktions- und Automatisierungstech- nik sowie in der IT die Integration der verschiedenen IT-Systeme auf den unterschiedlichen Hierarchieebenen – bspw. Steuerungsebene, Produktionsleitebene – zu einer durchgängigen Lösung. [11, S. 24]

Die Senkung der Kosten für Entwicklung, Bestand, Fertigung und Instandhaltung sind jedoch nur einzelne Aspekte, die durch die Anwendung des Konzepts Industrie 4.0 erwartet werden. Folgende Potenziale [11, S. 19] werden mit der vierten industriellen Revolution verbunden:

• Flexibilisierung: Die Vernetzung auf Basis der CPS ermöglicht eine dynamische Gestaltung der Prozesse in unterschiedlichen Dimensionen: Qualität, Zeit, Risiko, Robustheit, Preis, Umweltverträglichkeit usw.

• Individualisierung: Dies umfasst die Berücksichtigung von kundenspezifischen Kriterien bei Design, Konfiguration, Bestellung, Planung, Produktion und Betrieb.

• Optimierte Entscheidungsfindung: Durch die vertikale und horizontale Vernet- zung wird eine Transparenz der Produktionsprozesse erreicht, die auch kurzfristige, abgesicherte Entscheidungen ermöglicht.

• Ressourcenproduktivität und -effizienz: Die CPS ermöglichen eine wesentliche, differenzierte Optimierung des Ressourcen- und Energieeinsatzes im gesamten Wertschöpfungsnetzwerk.

• Wertschöpfungspotenziale durch neue Dienstleistungen: Es wird erwartet, dass sich eine Reihe neuer nachgelagerter Dienstleistungen durch die neue Form der Produktion und Beschäftigung ergeben.

• Demographie-sensible Arbeitsgestaltung: Die neue Kollaboration zwischen Mensch und Maschine ermöglicht es den Unternehmen im Zuge des demogra- phischen Wandels, Laufbahnmodelle individueller und flexibler zu gestalten.

• Work-Life-Balance: Die Verbindung von Privat- und Berufsleben kann u.a. mit Hilfe von intelligenten Assistenzsystemen unterstützt werden.

Allerdings existieren aus Sicht der Industrie noch verschiedene Hemmnisse für die Umsetzung von Industrie 4.0. In vielen Umfragen – z.B. [12] – sind diese in der Auto- mobil- und Fertigungsindustrie dargestellt:

• Industrie 4.0 ist noch immer vorwiegend ein Thema der oberen Führungsebenen und ist noch nicht in der Breite auf der Arbeitsebene angekommen.

• Der wirtschaftliche Erfolg durch Industrie 4.0 ist für viele Manager noch nicht klar erkennbar.

• Die notwendige Standardisierung für die Vernetzung, sowohl vertikal als auch ho- rizontal, fehlt.

• Es ist eine neue Arbeitsorganisation erforderlich; bestehende Prozesse sind mit hohem Aufwand an das neue Konzept anzupassen.

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Anlagen • Die Frage der Sicherheit der Daten sowie der Systeme und Anlagen ist nicht geklärt.

Durch die starke Vernetzung steigt auch die Gefahr eines Angriffs auf die Produk- tion.

• Zum Teil sind auch die Eigentumsfragen bezüglich der Daten, des Know-hows und der Inhalte nicht abschließend geklärt.

Zur Standardisierung wird derzeit auf verschiedenen nationalen und internationalen Ebenen an einer grundlegenden Festschreibung von Standards und Methoden gearbeitet. In Deutschland geschieht dies insbesondere durch die Plattform Industrie 4.0 und das Deutsche Institut für Normung (DIN). Bisher wurde ein erstes Referenzarchitek- turmodell (RAMI 4.0) entwickelt, das als Grundlage für die weitere Standardisierung der verschiedenen Branchen dienen soll.

Wesentlich kritischer wird jedoch von Politik und Wirtschaft das Thema IT-Sicherheit gesehen. Im Rahmen des Cyber Security Report 2015 der Deutschen Telekom gaben etwa 90 Prozent der befragten Entscheider an, dass dies der aktuell wichtigste Hinde- rungsgrund für einen flächendeckenden Einsatz von Industrie 4.0 ist. 84 Prozent der befragten Führungskräfte fürchten, dass mit der Vernetzung der Menschen, Maschine und Produktionsprozesse auch das Risiko für Angriffe wächst. Eine Lösung hierfür kann das Konzept des Industrial Data Space [6] sein, das in einer Kooperation aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft erarbeitet werden soll.

Mit den neuen Strukturen in der industriellen Produktion ergibt sich eine neue Form der Wertschöpfung, die teilweise eine neue Denkweise erfordert. Mit Hilfe neuer Ge- schäftsmodelle können Trends wie die Urbane Produktion und Herausforderungen wie der Demografische Wandel berücksichtigt und angegangen werden. Entwicklungs- prozesse können mit Hilfe der neuen Technologien deutlich verkürzt werden. Auch eine neue Form der Rohstoffnutzung in den Wertschöpfungsketten ist denkbar. Her- steller behalten beim Verkauf ihrer Produkte die Eigentumsrechte an den eingesetzten Rohstoffen. Der Käufer erwirbt somit kein Eigentumsrecht an dem Produkt oder der Maschine, sondern nur noch ein Nutzungsrecht. Nach dem Ende der Nutzung erfolgt die Rückführung zum Hersteller [11, S. 66]. Viele Hersteller im Bereich Anlagen- und Maschinenbau sehen zukünftig einen starken Trend zu lebenszyklusweiten Paketlösun- gen, bei denen der Kunde Komplettlösungen aus Maschine bzw. Anlage und Service erwirbt. Hierbei wird auch von der digitalen Veredlung der Produkte gesprochen.

2. Umsetzung in der Produktion

Die Entwicklung geeigneter Wege zur Umsetzung von Industrie 4.0 in der Praxis ist derzeit Bestandteil vieler Forschungs- und Entwicklungsprojekte. Hierbei werden insbesondere die folgenden Herausforderungen als essentiell angesehen:

• Bereitstellung einer standardisierten Referenzarchitektur

• Bereitstellung der intelligenten Maschinen und Betriebsmittel (Bild 4)

• Beherrschung komplexer Systeme

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Anlagen

• Bereitstellung einer geeigneten Breitbandinfrastruktur

• Sicherheit von Daten und Systemen

• Neue Formen der Arbeitsorganisation und -gestaltung

• Die notwendigen rechtlichen Rahmenbedingungen

• Passende Aus- und Weiterbildung der Mitarbeiter

Da die bestehenden Strukturen historisch gewachsen sind und entsprechend eine hohe Heterogenität aufweisen, kann die Einführung von Industrie 4.0 nur in einem evolutionären Prozess erfolgen.

Medienbruchfreie Wartungsdokumentation

Monitoring von Produkt- und Betriebsdaten

Informationen zur Geräteintegration

Vorbeugende Instandhaltung

Automatische Kompatibilitätsprüfung

Bild 4: Intelligente Maschinen in der Produktion

in Anlehnung an Schlick, J.; Stephan, P.: Industrie 4.0 bei Wittenstein. Vortrag, MANUFUTURE©-BW e.V., 25.03.2014, S. 13

Hierzu bilden sich national – z.B. SmartFactoryKL [19], Plattform Industrie 4.0 – und global – z.B. Industrial Internet Consortium (IIC): AT&T, Cisco, General Electric, IBM, Intel – unterschiedliche Konsortien aus Unternehmen und Forschungseinrich- tungen. Insbesondere die Automobilindustrie arbeitet an Lösungen zur Verwendung von kontextsensitiven Assistenzsystemen in Verbindung mit Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR). Robotersysteme werden zunehmend auf die enge Zusammen- arbeit mit dem menschlichen Kollegen vorbereitet. Auch die Simulation und Erstellung von digitalen Abbildern der Produktionsprozesse für die schnelle und bedarfsgerechte Anpassung der Produktion sind ein weiterer Baustein. Mehr Transparenz und eine detailliertere, automatisierte Datenanalyse ermöglichen Qualitäts- und Effizienz- steigerungen, die bereits in einigen Teilbereichen umgesetzt sind. Die automatische

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Anlagen Datenanalyse ermöglicht es u.a. den CPS ihre Wartungszyklen selbstorganisiert zu

optimieren. In diesem aktuellen F & E-Bereich der Anlagen- und Maschinenbauer wird allein für die Instandhaltung mit einem Potenzial zur Kostensenkung durch solche intelligenten Systeme von zwanzig bis dreißig Prozent [5] im Vergleich zu aktuellen Systemen gerechnet.

Häufig fehlt es jedoch noch an den entsprechenden organisatorischen Regelungen, die als Grundlage für die Smart Factory erforderlich sind. Der Aufbau der vertika- len Vernetzung im eigenen Unternehmen schreitet dabei gut voran. Die horizontale Vernetzung – eine Anforderung für die Umsetzung von Industrie 4.0 – bedarf jedoch noch der Einführung entsprechender Standards. Hierbei spielen insbesondere auch der Datenfluss und die Datensicherheit sowie die Rechte an den Daten eine wichtige Rolle.

Aktuell ist die Umsetzung von Industrie 4.0 insbesondere im Anlagen- und Maschi- nenbau schon weit fortgeschritten, aber auch die Automobilindustrie arbeitet an entsprechenden Konzepten. Einer der aktuellen Entwicklungsschritte ist die virtuelle Abbildung einer kompletten Fabrik. Vor Einführung eines neuen Autotyps ließen sich z.B. sämtliche Prozesse inklusive aller Arbeitsschritte der Produktionsroboter simulieren. Die Umstellung der Produktion wäre im Anschluss im Idealfall mit einem Knopfdruck möglich. Dieses Vorgehen ist schon in Teilen vorhanden, allerdings muss die Feinjustierung immer noch vor Ort im laufenden Prozess vorgenommen werden.

Bei der Umsetzung solcher Vorhaben profitiert insbesondere die hier vorbildliche Automobilindustrie auch von der Weiterentwicklung im Maschinenbau. Unternehmen investieren in Softwarekompetenz und tragen auf diese Weise mit ihren intelligenten Produkten – Maschine inklusive Software – zu einer Verbindung von realer und virtueller Welt bei. Langfristig geht man davon aus, dass sowohl die Anlagen als auch die Produkte smarter werden. Produktionsstraßen lassen sich nach dem Plug-and-Play- Prinzip aufbauen und organisieren sich durch eigenständigen Abgleich ihrer Anlagen und Maschinen untereinander. RFID-Chips spielen hierbei als mobiler Datenträger z.B. für durchlaufende Stückgüter eine wichtige Rolle.

Die Automobilhersteller setzen bei der weiteren Optimierung ihrer Produktionsanla- gen zunehmend auf die neuen Technologien für die dezentrale Steuerung bis hin zur selbstorganisierenden produktgesteuerten Fertigung. Neben der Optimierung der Prozessabläufe soll auf diese Weise eine stärkere Individualisierung und Variation der Produkte – kleine Losgrößen – erreicht werden. Man erhofft sich neben einer größe- ren Flexibilität auch die Fähigkeit der Produktionsanlagen, dynamisch auf ungeplante Ereignisse reagieren zu können. Eine Fähigkeit, die wiederum durch die Verknüpfung von realer und virtueller Welt entsteht. Die Synchronisierung verschiedener Steuerungs- und Überwachungsebenen ist hierbei ein Kernelement, das durch neue Technologien im IT-Bereich möglich wird.

Ein Beispiel für die Umsetzung des Internet der Dinge außerhalb der Produktion gibt es im Wasserbereich. In Monterey, Kalifornien werden ein umfangreiches Sensor- netzwerk sowie eine Vielzahl von Analysewerkzeugen zur Verwaltung der knappen Wasserressourcen eingesetzt [14]. Anhand der mittels Cloud Computing gesammelten

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Anlagen

und bereitgestellten Daten optimiert die Monterey Regional Water Pollution Control Agency die Wasserverteilung zwischen den Farmern und den übrigen Konsumenten.

Gleichzeitig wird auf einen möglichst geringen Energieeinsatz geachtet. Energie- intensive Pumpen für die Wasserbereitstellung werden nur bei Bedarf bzw. zu Zeiten in Betrieb genommen, wenn günstige Solar- bzw. Windenergie zur Verfügung steht.

Die Analyse der Zusammenhänge von Wasserverbrauch, Energiekosten, Spitzenzeiten beim Wasserverbrauch und der Anlagenauslastung werden für die Region in Echtzeit abgebildet und analysiert. Ähnliche Systeme sind auch in San Francisco in Betrieb.

Auch in der Landwirtschaft spielen das Internet der Dinge sowie das Cloud Computing eine immer wichtigere Rolle. Im Bereich des Weinanbaus lohnt sich die Bewirtschaf- tung von extremen Steillagen immer weniger. Mit dem Einsatz spezieller Sensoren zur Aufnahme von Klimadaten – Temperatur, Sonneneinstrahlung, Blattfeuchte, Bodenfeuchte – können die Winzer sich jederzeit per App über den Zustand ihrer Felder informieren. Die Analyse der aufgenommenen Zeitreihen ermöglicht in extremen Lagen eine gezieltere Bewirtschaftung und steigert so die Wirtschaftlichkeit.

Ergänzend wird an autonomen bzw. halb-autonomen Fahrzeugen geforscht, die eine weitere Mechanisierung und Digitalisierung der Arbeitsprozesse ermöglichen [23]. In anderen Forschungsvorhaben wird an der Vernetzung entlang der Wertschöpfungsket- ten auf den Feldern gearbeitet. Der Einsatz großer Landmaschinen, z.B. Mähdrescher, wird durch Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) mit Sensoren und anderen Landmaschinen sowie die Bereitstellung einer breiten Datenbasis optimiert [10].

Ernteprozesse können hierdurch nahezu autonom von den Maschinen übernommen werden. Das Personal wird entlastet und durch die breitere, aktuelle Datenbasis können Entscheidungen auf Basis von Systemvorschlägen zu unterschiedlichen Alternativen fundiert getroffen werden.

Ähnlich wie in den vorgenannten Beispielen wird die Abfallwirtschaft schrittweise von der Entwicklung erfasst. Die aktuellen und zu erwartenden Ausprägungen werden im Folgenden dargestellt. Indirekt werden zukünftig intelligente Geräte und Maschinen die abfallwirtschaftlichen Prozesse beeinflussen, zumindest im Bereich der Wartung und Instandhaltung. Für die abfallwirtschaftlichen Prozesse selbst ist zu prüfen, wie sie von diesem technischen Fortschritt profitieren können. Anhand der Beispiele sollte gezeigt werden, dass die neuen Ansätzen sich auch erfolgreich auf andere Bereiche übertragen lassen. Als nachgeschalteter Prozess in den Wertschöpfungsketten sind für die Abfallwirtschaft allerdings auch die möglichen Auswirkungen von Industrie 4.0 in der Produktion – individualisierte und smarte Produkte, Dezentralisierung der Fertigung usw. – zu betrachten.

3. Erste Ansätze von Industrie 4.0 in der Abfallwirtschaft

Datenverarbeitungsbasierte Unterstützungen sind in der Abfallwirtschaft bereits seit Langem etabliert, allerdings noch nicht in eine Umgebung der Industrie 4.0 übertra- gen. Zurzeit beschränkt sich deren Anwendung zumeist noch auf die Optimierung der Erfassungs- und Entsorgungslogistik. Zur verursachergerechten Abrechnung

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Anlagen entsorgter Siedlungsabfälle gibt es sowohl in Großwohneinheiten als auch in Wohn-

siedlungen mit entsprechenden Transpondern ausgestattete Abfallschleusensysteme und Abfallbehälter. Bei diesen kann über entsprechende Erkennung des Nutzers und der Menge bzw. des Volumens oder der Anzahl der Einwürfe eine verursachergerechte Abrechnung erstellt werden. Diese Systeme gibt es in verschiedenen Ausführungen. Die Nutzererkennung erfolgt häufig über Chipsysteme, z.B. RFID-Chips unterschiedlicher Ausführung – Karten, Kunststoffchips, usw. Die Abrechnung findet entweder volumen- oder massenbezogen statt. Neben der Erfassung werden Datenverarbeitungssysteme auch für eine optimierte Logistik genutzt.

RFID-basierte Entsorgungssysteme werden auch zur Aufzeichnung und Optimierung von Touren, zur Kostenreduktion durch Entsorgungs- und Leistungstransparenz sowie zur Umsetzung des Behältermanagements genutzt [13]. Gerade größer Abfallbehältnisse können mit Füllstandssensoren ausgestattet werden, die bei einem entsprechenden Füllgrad ein Signal an die Disposition des Entsorgers senden, damit der Behälter bei der Abholplanung bedarfsgerecht berücksichtigt wird [17].

Bild 5: Trennsystem zur Steigerung der getrennten Erfassung in Bürogebäuden (links: Planung, rechts: Demonstrator)

Zur optimierten Erfassung von Büroabfällen wurde ein Trennsystem entwickelt, welches durch die Handhabung und die Vermittlung von Informationen einen Anreiz zu einer besseren Trennung der Abfallfraktionen durch den Nutzer ermöglichen soll.

Während im Privatbereich eine weitgehend sortenreine Trennung unterschiedlicher Abfallarten erfolgt, liegt die Qualität in Bürokomplexen auf deutlich niedrigerem Niveau. Als Anreize für eine bessere Trennung dient zum einen eine berührungsfreie Öffnung des Trennsystems über einen im Fußbereich angebrachten Lichtsensor. Zum anderen werden dem Nutzer stoffstromspezifische Informationen zum Nutzen einer getrennten Erfassung der Fraktionen auf einem Bildschirm angeboten: Das System (Bild 5) erkennt, welches Behältnis – Papier, Verpackungen, Restmüll – genutzt wird und weist auf dem Bildschirm stoffstromspezifische Informationen aus [2].

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Anlagen

Perspektivisch ist es denkbar, das Trennsystem auch servergebunden in Bürokomplexen einzusetzen. Über den Bildschirm des Systems können dann weitere Informationen an die Mitarbeiter verteilt werden – Schwarzes Brett. Durch eine Erweiterung der Erkennung über eine Füllstandsüberwachung oder eine Waage können Daten über Abfallmengen und -arten erfasst und zur Optimierung der Trennung und der Entlee- rungsrhythmen genutzt werden.

Eine Hilfestellung für eine korrekte Wertstofftrennung im privaten Bereich können Barcode gestützte Behältersysteme bieten. Ist sich ein Verbraucher unsicher, welchem Behältnis ein Abfall zuzuführen ist, kann er den auf dem Produkt befindlichen Barcode scannen. Das für den Abfall relevante Behältnis öffnet sich daraufhin selbstständig, was Fehlwürfe und Störstoffe minimiert (Bild 6).

Bild 6:

Barcode Scanner Bin

Quelle: Yanko Design: http://www.

yankodesign.com/index.php/2008/02/14/

sort-and-separate/

Erste Ansätze für eine vernetzte Datennutzung zeigen sich auch im BMBF-geförderten Projekt ResourceApp; einer Anwendung für die Erfassung und Erschließung von Ressourceneffizienz-Potenzialen beim Gebäuderückbau. Vor dem Rückbau eines Gebäudes können mit einer entsprechenden Hardware 3D-Aufnahmen der Räume erstellt werden. Eine Auswertesoftware erkennt die Ausstattung der Räume – Steck- dosen, Schalter, Heizungen usw. – und schätzt basierend auf einem in der Software hinterlegten Inventarschlüssel, das bei einem Rückbau zu erwartende Ressourcenpo- tenzial. Die zu erwartenden Rohstoffe aus dem Rückbau können bereits während der Begehung über eine Smart-Phone-Anwendung angezeigt werden und stehen für eine Rückbauplanung zur Verfügung [18].

In einem Joint Venture Projekt der Automobilbranche – u.a. Audi, BMW, Daimler- Chrysler, Ford, Opel, Porsche, Volvo, VW, EDS – wurde eine zentrale Datenbank für den Fahrzeugbau entwickelt. Das International Material Data System (IMDS) ist ein

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Anlagen Archiv-, Austausch- und Verwaltungssystem für alle Werkstoffe, die bei der Herstellung

von Autos verwendet werden. In Materialdatenblättern werden auf Ebene der Bauteile verwendete Werkstoffe, Stoffkomponenten sowie weitere Daten erfasst, die für ein Recycling notwendig sein können. Der Zugang zu diesem System ist beschränkt und gegen Zugriffe geschützt [9]. Wenn diese Daten einem Recycler freigegeben werden, könnte dies ein Baustein für Industrie 4.0 in der Abfallwirtschaft bilden, um ein ziel- gerichtetes Recycling umzusetzen.

Die dargestellten Anwendungsbeispiele zeigen, dass Industrie 4.0 trotz Bestehen erster Handlungsansätze in der Abfallwirtschaft derzeit noch eine eher untergeordnete Rolle spielt und bislang vorzugsweise im Bereich der Erfassung und Logistik Einzug gehalten hat. Für eine weitere Hebung von Effizienzpotenzialen ist künftig die Einbeziehung und IT-gestützte Optimierung der gesamten Prozesskette von der Güterproduktion bis zu den Entsorgungs- und Verwertungsprozessen erforderlich. Beginnend am Anfang der Prozesskette könnte dies durch eine digitale Produktkennzeichnung gelingen, über die den verschiedenen abfallwirtschaftlichen Akteuren entsorgungsrelevante Informatio- nen zu den Produkten zugänglich gemacht werden. Maßgeblich ist hier die Mitwirkung der Hersteller, die in verschiedenen Bereichen bereits Produktkennzeichnungen vor- nehmen. So wird RFID in der Automobilindustrie bereits seit vielen Jahren erfolgreich zur Steuerung und Verfolgung von Fahrzeugen, Bauteilen und Behältern eingesetzt [22].

Bild 7: RFID-Potenziale in der Automobilindustrie

Quelle: VDA: VDA-Empfehlung 5500: Grundlagen zum RFID-Einsatz in der Automobilindustrie, www.vda.de, bearbeitet

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Bild 7 zeigt, dass diese Systeme herstellerseitig auch zur Wahrnehmung und Umsetzung der Produktverantwortung vorgesehen werden. So soll die RFID-Kennzeichnung eine Materialidentifikation sowie Hinweise zur sachgerechten Verwertung geben.

4. Potenziale von Industrie 4.0 in der Abfallwirtschaft

Wie im vorhergehenden Kapitel dargestellt, gibt es entlang der gesamten abfallwirtschaftlichen Prozesskette erste Ansätze, Kernelemente der Industrie 4.0 – z.B. Digitalisierung, Datenanalyse, Informationsbereitstellung, Vernetzung entlang der Wertschöpfungs- kette, Verfolgung von Produkten – zu nutzen. Die teilweise bereits genutzten Systeme einer EDV-unterstützten Abfallerfassung mit verursachergerechter Gebührenanlastung können unter Umständen das Verhalten der Abfallerzeugers beeinflussen und ihn zur Abfallvermeidung und verbesserten Getrennthaltung anhalten. Weiterhin bieten die Systeme eine Möglichkeit zur Hebung von Kostensenkungspotenzialen bei der Abfaller- fassung und Transportlogistik, indem Abholungen automatisiert in Abhängigkeit vom Füllstand ausgelöst werden. Weitere bedeutende Potenziale könnten gehoben werden, wenn die im vorherigen Kapitel bereits beschriebenen Möglichkeiten zur Produktkenn- zeichnung durch die Hersteller genutzt und auch den Akteuren der Abfallwirtschaft zur Verfügung gestellt würden. Das Beispiel der Automobilindustrie zeigt, dass dies in einigen Branchen bereits vorgesehen ist. Könnten die in dem Internationalen Materi- aldatensystem IMDS vorhandenen Daten über die in Fahrzeugen enthaltenen Halb- zeuge, Werkstoffe und Reinstoffe der Recyclingwirtschaft verfügbar gemacht werden, könnten allein im Bereich der Altfahrzeugverwertung erheblich Ressourcenpotenziale gehoben werden. In Deutschland werden jährlich mehr als drei Millionen Kraftfahr- zeuge endgültig stillgelegt, in der Europäischen Union sind es 6 bis 7 Millionen Stück pro Jahr. Die Fahrzeuge werden EU-weit etwa 9.000 Demontagebetrieben zugeführt;

allein in Deutschland sind etwa 1.300 zertifizierte Demontagebetriebe vorhanden. Die Fahrzeuge werden dort entsprechend der gesetzlichen Vorgaben trocken gelegt, jedoch werden aufgrund der mangelnden Wirtschaftlichkeit nur wenige Bauteile zum Zweck eines optimierten Recyclings zurück gewonnen. Insbesondere Elektronikkomponenten und elektrische Hilfs- und Stellmotoren werden kaum gezielt demontiert, obwohl in Altfahrzeugen bis zu 150 Klein- und Hilfsmotoren, Steuergeräte und Prozessoren zu finden sind [8]. Neben Kupfer und Edelmetallen enthalten sie nahezu das gesamte Spektrum an kritischen Elementen wie z.B. Antimon, Kobalt und Seltene Erden wie Lanthan, Cer und Neodym. Diese gehen in der Standardrecyclingroute für Stahl im Elektrolichtbogenofen für eine Rückgewinnung verloren, sofern sie nicht vorher aus den Altkarossen entfernt werden. Die Produktkennzeichnung durch RFID-Chips und die Nutzung des IMDS-Systems könnten durch die mögliche Datenbereitstellung hier maßgebliche Impulse für eine zielgerichtete Rückgewinnung und Rezyklierung dieser Baugruppen liefern.

Um die Technologie der RFID-Chips für solche Zwecke nachhaltig nutzen zu können, sollten jedoch die bestehenden Herausforderungen hinsichtlich der umweltgerechten Gestaltung durch entsprechende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten gelöst werden. Derzeit werden z.B. die in den RFID-Chips enthaltenen Metalle – Kupfer, Silber,

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Anlagen Aluminium und Silizium – in nicht geeignete Recyclingverfahren überführt, können

dort nicht zurückgewonnen werden und verschlechtern zudem die Qualität der Re- zyklate. Aktuell wird dies bereits für Glas und Weißblech als problematisch erachtet.

Zukünftig sollten daher metallfreie Chips sowie Verfahren für eine bessere Ablösbarkeit entwickelt werden [21].

Auch im Bereich der Elektro- und Elektronikaltgeräte (EAG) kommt es im Recycling aktuell noch zu erheblichen Verlusten an Edel- und Technologiemetallen wie Gallium oder Germanium. Herstellerseitig werden auch hier bereits Kennzeichnungssysteme zum Zweck der Steuerung von Produktionsprozessen verwendet. Sogenannte Transpon- deridentifikationsnummern (Tag ID) könnten zukünftig z.B. als Zugangscode genutzt werden, um autorisierten Akteuren der Entsorgungswirtschaft durch im Internet be- reitgestellte Datenbanken die notwendigen entsorgungsrelevanten Informationen zum Produkt zukommen zu lassen [13]. In den Prozessschritten der Entsorgungswirtschaft wären dazu kompatible Lesegeräte zu installieren. Solche Materialspezifikationen könnten in der Erstbehandlung zu der automatisierten Auswahl einer geeigneten Aufbereitungsroute führen, die optimal auf Aufbau und stoffliche Zusammensetzung des Gerätes abgestimmt ist. So können für komplexe Produkte Demontagehinweise hinterlegt werden, die die automatische Zuordnung zu einem mit den entsprechenden Werkzeugen ausgerüsteten Demontageplatz ermöglichen. Hierbei wird auch die Rückführung ganze Baugruppen oder Bauteile in die Produktherstellung unterstützt.

Die Entscheidung darüber, ob eine zerstörende Demontage und ein anschließendes stoffliches Recycling oder eine zerstörungsfreie Entnahme mit anschließender Auf- bereitung und Weiterverwendung erfolgt, könnte bedarfsorientiert erfolgen. Hierfür sind wiederum eine dynamische Vernetzung zwischen Sekundärrohstoff- bzw. Er- satzteillieferanten und potenziellen Abnehmern im produzierenden Gewerbe sowie die Kopplung mit einer intelligenten und flexiblen Lagerhaltung erforderlich. In der Demontage selbst können werthaltige Bauteile mittels automatisierter Erkennungssys- teme selbstständig erkannt und anschließend voll- oder teilautomatisiert entnommen werden. Dies könnte das bestehende Problem der aufgrund des zu hohen zeitlichen Aufwandes oft nicht wirtschaftlich realisierbaren, gezielten Entnahme von Bauteilen lösen. Im Fall einer mechanischen Aufbereitung mit anschließendem Recycling könnte durch Auslesen einer Produktkennzeichnung am Eingang in die Behandlungsanlage ebenfalls die Zuführung zu einem geeigneten Aufbereitungsweg erfolgen. Beispielsweise wäre es möglich, eine Information zu hinterlegen, dass ein Produkt aufgrund eines bestimmten enthaltenen Wertstoffes nicht mechanisch zerkleinert werden sollte, um ggf. enthaltene, spröde Selten-Erdhaltige Magnete nicht zu zerstören.

Eine Kennzeichnung durch RFID-Chips oder Nutzung der Tag ID ist derzeit nur für das gesamte Gerät oder bestimmte Baugruppen denkbar. Dagegen könnten innovative Mar- kierungssysteme wie z.B. chemische Markierungen zur Kennzeichnung so eingesetzt werden, dass die Information auch nach der Zerkleinerung noch im Material hinterlegt ist. Eine denkbare Anwendung wäre die Identifizierung von Flammschutzmitteln in Kunststoffen oder von Speziallegierungen. So würde eine automatisierte Erkennung von speziellen Legierungen in einem gemischten Eisenschrott den derzeit kaum

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kontrollierbaren Eintrag von verschiedensten Legierungsmetallen in das Stahlrecycling verringern und darüber hinaus zu geringeren Rohstoffverlusten im Technologieme- tallbereich führen, indem die Legierungselemente wieder gezielt in die Herstellung von Spezialstählen gelangen.

Wie bereits eingangs beschrieben, ergeben sich mit Industrie 4.0 neben den beschriebenen Aspekten im Bereich der Erfassung und Produktkennzeichnung weitere Ansätze im Zusammenhang mit neuen, dienstleistungsorientierten Geschäftsmodellen. In diesen wird dem Kunden die Nutzung der erzeugten Produkte, nicht jedoch das Produkt selbst zur Verfügung gestellt [16]. Der Produzent bleibt somit Eigentümer des Pro- duktes und erzielt seine Wertschöpfung als Dienstleister über Sharing-, Leasing- oder Contracting-Angebote [4]. Da das Unternehmen im Besitz der Produkte bleibt, steigt zugleich sein Interesse an der Herstellung langlebiger und wartungsfreundlicher und innovationsoffener Produkte. Dies ermöglicht z.B. den regelmäßigen Austausch von Produktkomponenten, die kurzen Innovationszyklen unterliegen, während materialin- tensive und langlebige, jedoch nicht innovationsgetriebene Produktbestandteile erhalten bleiben können. Bei Waschmaschinen können auf diese Weise die massenrelevanten Bestandteile wie Trommel, Gehäuse und Standgewicht langfristig genutzt werden, während beispielsweise die Steuerung ausgetauscht oder über Software-Updates an den Stand der Technik angepasst werden kann. Leasingkonzepte wurden bereits in vielen Anwendungsgebieten etabliert. Dazu zählen unter anderem Leasingfahrzeuge oder auch Shop-In-Shop Konzepte in Baumärkten. Der Kunde hat hier für eine Reihe von Werkzeugen und Maschinen die Wahl zwischen dem Kauf eines Neugerätes oder der zeitlich befristeten Nutzung eines Pool-Gerätes durch Entrichtung einer Leihgebühr. Im gewerblichen Bereich bereits weit verbreitet ist das Leasing von Computern, Druckern und Kopiergeräten sowie von Telekommunikationsanlagen [16].

Weitere Effizienzpotenziale können gehoben werden, wenn Sharing-Modelle genutzt werden. Darin werden Fahrzeuge, Werkzeuge oder Sportgeräte durch mehrere Nutzer beansprucht, wodurch die Nutzungsintensität des Produktes gegenüber der Einzelnut- zung steigt und zugleich die Anzahl der benötigten Produkteinheiten gesenkt werden kann.

Im Bereich der chemischen Industrie bietet das Konzept des Chemikalienleasings eine weitere interessante Option zur Steigerung der Ressourceneffizienz. Bei diesem Geschäftsmodell wird die klassische mengenbezogene Bezahlung von Chemikalien – EUR/Tonne – auf eine nutzenbezogene Bezahlung – z.B. EUR/m² gereinigte Fläche – umgestellt. Der vormals erlösgenerierende Chemikalienverbrauch wird damit für den Hersteller zu einem Kostenfaktor. Für ihn steigt somit die Gewinnmarge mit sinkenden Chemikalienverbräuchen [20]. Während im klassischen Geschäftsmodell Hersteller und Anwender bzgl. des Verbrauches gegenläufige Interessen hatten, profitieren beim Chemikalienleasing nun beide Seiten von sinkenden Chemikalienverbräuchen. Das gemeinsame Interesse an einer Hebung von weiteren Einsparpotenzialen führt in der Praxis zu einer intensiven Kooperation zwischen Hersteller und Anwender, die durch Industrie 4.0- Methoden denkbar wird.

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Anlagen Diese Form der Geschäftsmodelle kann auch Wegbereiter für einen Paradigmenwechsel

in der Ausübung der Produktverantwortung durch die Hersteller sein. Diese nehmen die gesetzlich geregelte Produktverantwortung in der Praxis derzeit überwiegend in Form einer Finanzierungsverantwortung wahr. Sie beauftragen einen Dritten mit der Erfassung und Verwertung ihrer Produkte am Lebenswegende. Durch den Verbleib der Produkte im Besitz des Unternehmens entstehen Anreize, die in den Produkten gebundenen Rohstoffe am Ende des Produktlebensweges unmittelbar wieder in den Produktionsprozess zurückführen. Auch die oben bereits beschriebenen Kennzeich- nungssysteme zur Zusammensetzung sowie zur Optimierung von Demontage- und Recyclingprozessen könnten so vermehrt Anwendung finden und zur Optimierung der Abfall- und Ressourcenwirtschaft beitragen.

Bild 8: Vernetzung der Akteure entlang der Wertschöpfungskette von der Produktion bis zur Verwertung durch Integration von Elementen der Industrie 4.0

Elemente der Industrie 4.0 sind in den beschriebenen dienstleistungsorientierten Ge- schäftsmodellen der Industrie teilweise bereits realisiert. So werden beispielsweise erfor- derliche Software-Updates elektronischer Geräte automatisch durchgeführt, Wartungen werden in Abhängigkeit der Nutzungsintensität und Verschleißsituation der Produkte automatisch angepasst und Service-Verträge aufwandsgerecht gestaltet [1]. Auch sogenannte Machine-to-Machine Kommunikation (M2M) sowie der Einsatz von Service- Apps und Serviceportalen stellen relevante Trends des Dienstleistungssektors dar, die sowohl in der industriellen Fertigung als auch im Bereich der Consumer-Produkte Einzug halten. Weitere Unterstützung der Service-Leistungen bietet Industrie 4.0 mit

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Elementen der Virtual sowie der Augmented Reality [1], die beispielsweise bei der Fernwartung und -diagnose eingesetzt werden können. Ergänzend sind sogenannte Recommender Systeme nutzbar, die in Abhängigkeit von den diagnostizierten Prob- lemstellungen dem Service-Personal Lösungsvorschläge unterbreiten. Diese Ansätze führen zu einer deutlichen Senkung der Wartungskosten im Industrie- und Consumer- Bereich und können die wirtschaftliche Nutzungsdauer von Produkten steigern und so zur Abfallvermeidung beitragen.

Die zuvor beschriebenen Aspekte verdeutlichen, dass für eine Implementierung der wichtigsten Kernelemente der Industrie 4.0 in der Abfallwirtschaft eine kontinuierliche Weiterentwicklung von Technologien zur Informationsbereitstellung und Datenvernet- zung auf allen Ebenen der Wertschöpfungskette notwendig sind. Da die Abfallwirtschaft sich mit den Reststoffen der Wertschöpfungsketten beschäftigt, kann sie allerdings ihre Prozesse nur bedingt frei gestalten. In Bild 8 sind einige der relevanten Vernetzungsebe- nen vor dem Hintergrund verschiedener Stufen des Produktlebenszyklus exemplarisch dargestellt. Wie bereits beschrieben, finden einige der genannten Technologien bereits in Ansätzen Anwendung. Insbesondere im Bereich der Produktkennzeichnung, die in vielen Fällen die notwendige Basis für alle weiteren Prozessschritte darstellt, herrscht jedoch noch erheblicher Handlungsbedarf.

5. Zusammenfassung und Ausblick

Die Methoden der vierten industriellen Revolution im Gewand der Industrie 4.0 sind gekennzeichnet durch eine durchgehende vertikale und horizontale Integration von physischen und virtuellen Systemen. IT durchdringt zunehmend alle Bereiche der Produktion und sorgt für hohe Transparenz und Effizienz in der Produktion. Dies ist das Leitbild der Industrie 4.0, wie sie in verschiedenen Branchen – besonders im Automobilbau – voran- getrieben und in ersten Anwendungen umgesetzt wird. Die (Produkt)Kennzeichnung ist dabei eine wesentliche Voraussetzung für Industrie 4.0 auf allen Ebenen der Wertschöp- fungskette. Nur dadurch lassen sich die erforderlichen Informationen bereitstellen, in den jeweiligen Kontexten erfassen und nutzen. Eine der wesentlichen Herausforderungen ist neben IT-Fragen dabei die Gewährleistung der Datensicherheit. Trotz derartiger Hemm- nisse versprechen sich verschiedenen Branchen große Vorteile, da Industrie 4.0 flexiblere, individualisierte Produktion ermöglicht und effiziente z.B. selbstorganisierte Abläufe in den Wertschöpfungsprozessen für wirtschaftlichere Produktion sorgt. Neue Geschäftsmodelle, in denen z.B. Produkt und Dienstleistungsbündel angeboten werden, versprechen den Einzug in neue Märkte. Nutzen statt Besitzen ist hier ein Modell, das auch zur Entwicklung langlebiger, innovationsoffener Produkte beiträgt, Industrie 4.0 ermöglicht dies vielfach durch neue Services und Geschäftsmodelle bis hin zur Wartungsoptimierung.

Derartig neue Geschäftsmodelle werden Auswirkungen auf die Abfallwirtschaft haben:

Dadurch, dass Produkte bis zum Ende der Nutzungsphase Eigentum von Unternehmen bleiben, die ein unmittelbares wirtschaftliches Interesse an den werthaltigen Komponen- ten oder Rohstoffen haben, werden sich die Randbedingungen für die Abfallwirtschaft verändern.

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Anlagen Industrie 4.0 ist ersten Ansätzen bereits in den Prozessen der Abfallwirtschaft ange-

kommen. Gerade im Bereich der Erfassung und Logistik sind die Perspektiven heute schon diskutiert und erste Erprobungen bekannt. Im Bereich der vorausschauenden, zustandsabhängigen Instandhaltung sind, wie in jeder anderen Branche auch im Abfall- bereich Chancen gegeben, wenn der Apparate- und Maschinenpark der Unternehmen für Industrie 4.0 ertüchtigt wird.

Anhand der bereits bestehenden Ansätze und Potenziale ist davon auszugehen, dass die Bedeutung des Konzeptes Industrie 4.0 auch im Bereich der Abfallwirtschaft zukünftig steigen wird. Zu der Nutzung intelligenter automatisierter Systeme zur Erkennung und gezielten Demontage und/oder Verwertung ist beispielsweise in der Hightech-Strategie des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) mit Blick auf den Stand der Technik im Jahr 2025 folgende Vision formuliert:

Auf Basis der digitalen Produktgedächtnisse hat sich ein lukratives Geschäft im Recycling entwickelt. Selbst komplizierte technische Geräte, wie Smartphones oder Computer, werden im Jahr 2025 zu geringen Kosten in ihre Komponenten zerlegt und entsorgt. Technolo- gisch komplexe Verwertungsverfahren erlauben es, Wertstoffkreisläufe zu schließen und zu optimieren. Die damit verbundene Kostensenkung ist betriebswirtschaftlich effizient und zugleich ein wirksamer Beitrag zur sorgsamen Ressourcennutzung. [3]

Die vorangegangenen Kapitel haben gezeigt, dass zur Realisierung dieser Vision eine digitale Vernetzung aller Akteure der Wertschöpfungskette von der Produktion bis hin zum Lebenswegende und dem nachgelagerten Verwertungsprozess der End-of-Life Produkte erforderlich ist. Besonderer Anstrengungen bedarf es hier im Bereich der Produktkennzeichnung. Diese wird zur Optimierung von Produktions- und Distri- butionszwecken herstellerseitig teilweise bereits verwendet, jedoch bislang kaum zur Optimierung von Verwertungsprozessen herangezogen. Eine zukünftige Nutzung von Kennzeichnungs- und Detektionssystemen erfordert darüber hinaus eine internationale Vereinheitlichung von Standards. Eine auf ressourcenspezifische Aspekte ausgerichtete Entwicklung und Weiterentwicklung von Methoden zur einheitlichen Markierung, De- tektierung und zielgerichteten Demontage von Baugruppen und Rückgewinnung von Rohstoffen kann in der Zukunft einen wesentlichen Beitrag zur Ressourcenschonung und insbesondere zur Anreicherung von Technologiemetallen sowie zur Verbesserung der Rezyklatqualitäten leisten.

Die neuen serviceorientierten Geschäftsmodelle zeigen, dass der Verbleib der Produkte im Eigentum des möglicherweise produzierenden Unternehmens neue Impulse bei der Realisierung langlebiger, wartungs- und innovationsoffener Produkte ermöglicht.

Elemente der Industrie 4.0 wie Virtual und Augmented Reality, Machine-to-Machine Kommunikation oder Service-Apps zielen auf die Verbesserung der Service- und Wartungsfreundlichkeit der Produkte ab und tragen zur Steigerung der Nutzungsdauer bei. Sie können ebenfalls bei der Erfassung und Steuerung von Reststoffströmen und der Steigerung der gesellschaftlichen Akzeptanz beitragen.

Durch die im Zuge der digitalen Vernetzung aller Akteure gewonnenen Daten lassen sich mit neuen Analysemöglichkeiten – z.B. BigData – bisher nicht bekannte Zusam- menhänge entschlüsseln und so die abfallwirtschaftlichen Prozesse bedarfsgerechter und effizienter gestalten.

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Gelingt es die aufgezeigten Optionen der Industrie 4.0 in allen Ebenen der Wert- schöpfungsnetzwerke zu implementieren, könnte der einem umfassenden Reuse und Recycling heute vielfach noch entgegenstehende ökonomische Aufwand wesentlich reduziert werden. Dadurch wird eine weitergehende Schließung von Stoffkreisläufen möglich und die Ressourceneffizienz wird maßgeblich gesteigert.

6. Literatur

[1] Bienzeisler, B.; Schletz, A.; Gahle, A.-K.: Industrie 4.0 Ready Services – Technologietrends 2020, Ergebnisse einer Kurzbefragung auf der Messe Maintain 2014, Fraunhofer Institut für Arbeits- wirtschaft und Organisation IAO, 2014

[2] Braun, F: Entwicklung und Aufbau eines Trennsystems für eine optimierte Erfassung von Bü- roabfällen, Bachelorarbeit im Fachbereich Umwelttechnik und Ressourcenmanagement an der Ruhr-Universität Bochum, Bochum, Oktober 2013

[3] Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF): Zukunftsbild Industrie 4.0. Hightech- Strategie. https://www.bmbf.de/pub/Zukunftsbild_Industrie_40.pdf, zuletzt besucht 05.11.2015 [4] Fischer et al. 2015: Waste Prevention in a Leasing Society, Int J Waste Resources 2015, 5:1; URL:

http://dx.doi.org/10.4172/2252-5211.1000170

[5] Forstner, L.; Dümmler, M.: Integrierte Wertschöpfungsnetzwerke – Chancen und Potenziale durch Industrie 4.0. In: Elektrotechnik & Informationstechnik, 131 Jahrgang, Heft 7.2014, S.

199-201. Springer Verlag, Wien, Oktober 2014

[6] Fraunhofer-Gesellschaft e. V.: Industrial Data Space. Webseite: http://www.fraunhofer.de/de/

forschungsfelder/industrial-data-space.html, zuletzt besucht 30.11.2015

[7] Gausemeier, J.; et. al.: Auf dem Weg zur Industrie 4.0: Lösungen aus dem Spitzencluster it’s OWL.

It’s OWL Clustermanagement GmbH, Paderborn, April 2014

[8] Gresch, P.: Trends in der Automobil-Elektronik unter dem Einfluss steigender Elektrifizierung.

Brose Gruppe, Präsentation vom 24.05.2011. 30 Seiten, URL: http://www.automobil-produktion.de/uploads/2011/05/Gresch_aktuell.pdf

[9] Hewlett-Packard Development Company, L.P.: Material Data System (IMDS), Benutzerhand- buch Version 9.0, 2015

[10] IKT NRW: Industrie 4.0 steigert die Erträge in der Landwirtschaft. Auf: http://ikt.nrw.de/iktnrw- staerken-sichtbar-machen/nrw-zeigt-profil/portraet-claas-telekom/, zuletzt besucht 4.11.2015 [11] Kagermann, H.; et al. [Hrsg.]: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0.

Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0. Forschungsunion, April 2013

[12] Kelkar, O.: Industrie 4.0 – Eine Standortbestimmung der Automobil- und Fertigungsindustrie.

Mieschke Hofmann und Partner (MHP), Ludwigsburg, November 2014

[13] Löhle, S.: Smarte Produktkennzeichnung von Elektro- und Elektronikgeräten mittels RFID für ein gezieltes Stoffstrom- und Informationsmanagement – Nutzenpotenziale für und Implemen- tierung in die Entsorgungswirtschaft, Dissertation, Universität Kassel, 190 S., 2012

[14] Reuss, W.: Wasser aus der Cloud. In: Urban 2.0, 22.09.2015. http://www.industr.com/Urban20- Magazin/de_DE/themen/Smart-Water-Resources/wasser-aus-der-cloud-281366, zuletzt besucht 28.10.2015

[16] Scholl et al. 2010: Nutzen statt Besitzen – Perspektiven für ressourceneffizienten Konsum durch innovative Dienstleistungen, URL: http://ressourcen.wupperinst.org/downloads/ Ma- Ress_AP12_4.pdf

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Anlagen [17] Schottek, B.: Optimierung und Weiterentwicklung von Identwiegesystemen am Beispiel der

gewerblichen Wertstofferfassung an zwei Standorten der Wirtschaftsbetriebe Duisburg, Di- plomarbeit im Fachbereich Versorgung und Entsorgung der Fachhochschule Gelsenkirchen, Gelsenkirchen, Januar 2009

[18] Stier, C: ResourceApp: Erkennung & Erschließung von Rohstoffpotenzialen aus dem Hochbau mittels eines mobilen Systems. Urban Mining Kongress & r3 Statusseminar, 11./12.06.2014, Essen

[19] Technologie Initiative SmartFactoryKL: www.smartfactory.de, zuletzt besucht 26.10.2015 [20] UBA 2011: Chemical Leasing – Beispiel für Ressourcen- und Materialeffizienz, URL: http://

www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/pdfs/chl_workshop_hintergrundpapier.

pdf

[21] Umweltbundesamt (UBA): Wenn Etiketten das Recycling stören Presseinformation vom 22.09.2009. http://www.umweltbundesamt.de/print/presse/presseinformationen/wenn-etiketten-rec, zuletzt besucht am 5.11.2015

[22] VDA: VDA-Empfehlung 5500: Grundlagen zum RFID-Einsatz in der Automobilindustrie, www.

vda.de

[23] Volmer, M.: Das Internet der Dinge zieht in die Weinberge ein. In: VDI Nachrichten, Ausgabe 44, 30. Oktober 2015

[24] Yanko Design: http://www.yankodesign.com/index.php/2008/02/14/sort-and-separate/

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