Recycling und Rohstoffe

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TK Verlag GmbH Herausgeber: Thomé-Kozmiensky und Daniel Goldmann

Recycling und Rohstoffe, Band 4 (2011) ISBN: 978-3-935317-67-2 30,00 EUR Recycling und Rohstoffe, Band 5 (2012) ISBN: 978-3-935317-81-8 30,00 EUR Recycling und Rohstoffe, Band 6 (2013) ISBN: 978-3-935317-97-9 30,00 EUR CD Recycling und Rohstoffe, Band 1 und 2 (2008/09) ISBN: 978-3-935317-51-1 30,00 EUR Recycling und Rohstoffe, Band 3 (2010) ISBN: 978-3-935317-50-4 30,00 EUR Recycling und Rohstoffe, Band 2 (2009) ISBN: 978-3-935317-40-5 30,00 EUR

Recycling und Rohstoffe, Band 7 (2014) ISBN: 978-3-944310-09-1 50,00 EUR Recycling und Rohstoffe, Band 8 (2015) ISBN: 978-3-944310-20-6 50,00 EUR Recycling und Rohstoffe, Band 9 (2016) ISBN: 978-3-944310-27-5 75,00 EUR Recycling und Rohstoffe, Band 10 (2017) ISBN: 978-3-944310-34-3 100,00 EUR Recycling und Rohstoffe, Band 11 (2018) ISBN: 978-3-944310-40-4 100,00 EUR

CD Recycling und Rohstoffe, Band 1 und 2

Recycling und Rohstoffe, Band 2 bis 11

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Band 1 aus

Thomé-KozmienskyBeckmann Energie aus Abfall 1

Thomé-Kozmiensky + Goldmann Recycling und Rohstoffe Band 2

Thomé-KozmienskyBeckmann Energie aus Abfall 1

Thomé-Kozmiensky + Goldmann Recycling und Rohstoffe Band 2Thomé-Kozmiensky + Goldmann Recycling und Rohstoffe Band 3

Band 1

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Thomé-Kozmiensky + Goldmann Recycling und Rohstoffe Band 4

Band 1

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Band 1

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Thomé-Kozmiensky + Goldmann Recycling und Rohstoffe Band 4 Thomé-Kozmiensky + Goldmann Recycling und Rohstoffe Band 5

Band 1

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Thomé-Kozmiensky + Goldmann Recycling und Rohstoffe Band 4 Thomé-Kozmiensky + Goldmann Recycling und Rohstoffe Band 6

Thomé-Kozmiensky + Goldmann Recycling und Rohstoffe Band 7

Thomé-Kozmiensky + Goldmann Recycling und Rohstoffe Band 8

Karl J. Thomé-Kozmiensky Daniel Goldmann

Recycling und Rohstoffe

Band 8

fe

Karl J. Thomé-Kozmiensky Daniel Goldmann

Recycling und Rohstoffe

Band 9

Thomé-Kozmiensky + Goldmann Recycling und Rohstoffe Band 9 3

Recycling Rohstoffe

und

Karl J. Thomé-Kozmiensky Daniel Goldmann

Band 10 Thomé-Kozmiensky + Goldmann Recycling und Rohstoffe Band 10 Thomé-Kozmiensky + Goldmann Recycling und Rohstoffe Band 10

3 Thiel • Thomé-Kozmiensky • Goldmann Recycling und Rohstoffe Band 11

Recycling Rohstoffe

und

Stephanie Thiel • Elisabeth Thomé-Kozmiensky Daniel Goldmann

Band 11

Recycling und Rohstoffe Band 11Thiel • Thomé-Kozmiensky • Goldmann

RECYCLING UND ROHSTOFFE Band 1 und 2

KARL J. THOMÉ-KOZMIENSKY DANIEL GOLDMANN HRSG.

Das Einspeisen der Daten in Netzwerke ist untersagt.

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Wirtschaft | Strategien | Recht

Recycling 4.0 –

Auf dem Weg zur Digitalisierung der Kreislaufwirtschaft

Daniel Goldmann

1. Potentiale und Systemgrenzen effizienter Recyclingtechnologien

und intelligenter Kreislaufwirtschaftsstrukturen ...4

2. Ausgangssituation und Herausforderungen ...7

3. Fallbeispiel Automobil ...8

4. Schritte zu einer koordinierten Closed-loop Supply Chain ...9

5. Das Projekt Recycling 4.0 – Digitalisierung als Schlüssel für die Advanced Circular Economy am Beispiel innovativer Fahrzeugsysteme ...11

6. Perspektiven ...13

7. Quellen ...13

Zunehmend komplexere Produkte und damit auch Abfallströme, eine steigende Be- deutung von Abfall als Rohstoffquelle und aufwändigere Prozessketten verlangen die Weiterentwicklung der bisherigen Kreislaufwirtschaft. Höhere Flexibilität bei der Verar- beitung von Abfallströmen und damit verbunden ein schneller und möglichst vollstän- diger Datensatz an Informationen, der den Fluss von Stoff- und Komponentenströmen begleitet, ist zur Steuerung von technischen sowie Geschäftsprozessen notwendig. Eine effiziente ganzheitliche Steuerung von Recycling- bzw. Verwertungssystemen existiert bis zum heutigen Tage jedoch noch nicht. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass erst jetzt einerseits Systemkomplexitäten, die eine entsprechende Steuerung zwingend er- fordern und andererseits die Basis für die Schaffung geeigneter Instrumente zu deren Beherrschung gegeben sind.

Durch eine zunehmende Digitalisierung industrieller Prozesse können entlang von Supply Chains große Datenmengen gewonnen werden. Das Potenzial, die gewonnen Daten mit innovativen Auswertungs-, Prognose- und Planungsmethoden bzw.

-werkzeugen zu verknüpfen, wird oft im Kontext des Begriffs Industrie 4.0 genannt.

Digitalisierung, eine effektive Informationsbereitstellung und die Verknüpfung der verschiedenen Akteure zu Closed-loop Supply Chains können helfen, die Probleme der Zukunft auch in der Kreislaufwirtschaft anzugehen.

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Hierzu sind Potentiale und Systemgrenzen effizienter Recyclingtechnologien und intelligenter Kreislaufwirtschaftsstrukturen auszuloten, die in diesem Rahmen angemessenen Möglichkeiten durch eine Digitalisierung zu charakterisieren und Lösungsansätze zu entwickeln.

1. Potentiale und Systemgrenzen effizienter Recyclingtechnologien und intelligenter Kreislaufwirtschaftsstrukturen

Effiziente Recyclingtechnologien und intelligente Kreislaufwirtschaftsstrukturen haben das Potential, einen wesentlichen Beitrag zur Rohstoffsicherung zu leisten [7].

Deutschland und andere Industrienationen Europas verfügen über hervorragende Voraussetzungen, einen wachsenden Teil ihrer Ressourcensicherung über Maßnah- men des Recyclings zu bewerkstelligen, denn den Nachteilen aus teilweise höheren Lohn- und Sozialkosten sowie Umweltstandards stehen viele Vorteile gegenüber.

Dies sind eine hervorragende Verkehrsinfrastruktur und das Vorhandensein kom- pletter Produktionsketten von der Grundstoffindustrie über Halbzeughersteller bis zum Produkthersteller. Daneben existieren bereits heute effiziente Abfallwirtschafts- systeme, intelligente Recyclingtechnologien und eine Vielzahl von Maschinen- und Anlagenbauern in diesem Bereich. Die erforderlichen Weiterentwicklungen können daher auf hohem Niveau aufsetzen. So ist die Sekundärrohstoffbranche und damit der Entsorgungs- und Recyclingsektor nach Angaben des Instituts der deutschen Wirtschaft in Köln der wachstumsstärkste Wirtschaftssektor in Deutschland. Im Zeitraum von 1995 bis 2009 konnte der Umsatz um 520 % gesteigert werden. Im Jahre 2010 lag der Produktionswert der Sekundärrohstoffe bei etwa 10 Milliarden EUR. Damit stellt die Branche einen Sektor von relevanter volkswirtschaftlicher Bedeutung dar.

Eine zunehmend schwer überschaubare Zahl von Faktoren beeinflusst aber die Recyc- lingmärkte und erfordert weitergehende Beobachtungs- und Steuerungsmechanismen um betriebs- aber auch volkswirtschaftlich tragfähige Lösungen zu erreichen. Den wachsenden Herausforderungen ist daher auch mit neuen Strategien und Strukturen zu begegnen. Es ist dabei unerlässlich, Annahmen über Rohstoffverbrauch und Roh- stoffsicherungskonzepte, globale politische Entwicklungen im Umweltbereich und den Platz, den in diesem Spannungsfeld das Recycling einnimmt, zu treffen und daraus Schlüsse für das eigene Handeln zu ziehen. Methodische Ansätze wie jene der System Dynamics Methode können hier helfen [9, 10, 11].

Bild 1 gibt am Beispiel des Elements Kupfer einen Überblick über Einsatz in Neu- produkten, Bestand und Ausschleusung als End of Life Produkt für alle relevanten Anwendungen.

Mit Hilfe geeigneter System Dynamics Ansätze lassen sich Stock and Flow Systeme berechnen (Bild 2) auf deren Basis übergeordnete Zufluss- und Abflussparameter für ein Kreislaufwirtschaftssystem kalkuliert und als Steuerungsindikatoren eingesetzt werden können.

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Wirtschaft | Strategien | Recht Regionaler Kupferbestand

EoL Produkte Bestand Neuprodukte

Plumbing

Building plant

Architecture Communi-

cation Electrical

power Power utility

Telecom- munication

Electrical industrial Non electrical

industrial Electrical automotive Non electrical

automotive Other transportation

Consumer products Cooling

Electronic

Diverse

Plumbing

Building plant

Architecture Communi-

cation Electrical

power Power utility

Telecom- munication

Electrical industrial Non electrical

industrial Electrical automotive Non electrical

automotive Other transportation

Consumer products Cooling

Electronic

Diverse

Dissipative Verluste

Bild 1: Anthropogener Kupferbestand einer Region unterteilt nach Endprodukten

Quelle: Soulier, M.: Modellierung regionaler Kupferkreisläufe unter Verwendung eines systemdynamischen Ansatzes, Disser- tationsschrift, TU Clausthal, 2017

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Wirtschaft | Strategien | Recht Endprodukt- herstellung Import

ImportImportImport Import

Export Export

ExportExport Export

Endprodukte

Prozessverluste Halbzeugproduktion

HalbzeugproduktionRaffinade- produktion Primäres Kupfer Verluste

Schrott- raf

finationKathodenbestand 110 kt

Verluste

Schmelz- und Konverter

- prozess Raffiniertes Kupfer

Sammelverluste Neuschrotte Dissipative Ve

rluste

Sammelverluste Altschrott

eEffizienzverluste Aufbereitung Kupferaltschrotte

Minen- produktion Systemgrenze

Anthropogener Kupferbestand 82.100 kt

Produktionsneuschrotte

Halbzeuge

Neu- und Altschrotte

(gesammelt und aufbereitet)

Kurzfr.

Schrott- bestand

Hochwertiger Schrott zum direkten Wiedereinschmelzen

Minderwertiger Schrott für elektrolytische Raffination

1.300 kt 7.850 kt

11.400 kt

(Mc) (MW)(XW)

(Xc)(MR)(XR)(MS)(XS) (MF) (XF) (c)(g)(i)(h)(f)(d)

(DSW) (STW)

(k)

(b)

(b) (a) (b) (j)

170 kt

13.330 kt 80 kt 20 kt8.150 kt 10.750 kt 9.730 kt 870 kt 80 kt 18.190 kt4.020 kt3.360 kt1.140 kt 22.440 kt15.000 kt33.580 kt

300 kt

230 kt

4.510 kt2.750 kt6.440 kt 34.620 kt45.440 kt41.530 kt

31.500 kt

13.980 kt 11.480 kt 8.940 kt2.330 kt

60 kt Bild 2: Kumulierte Kupferflüsse und -bestände der Europäischen Union im Zeitraum 2005 bis 2014 im Sankey-Diagramm Quelle:Soulier, M.: Modellierung regionaler Kupferkreisläufe unter Verwendung eines systemdynamischen Ansatzes, Dissertationsschrift, TU Clausthal, 2017

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Die Komplexität von Abfallströmen steigt und damit auch die Komplexität der erforderlichen Recyclingsysteme. Große Umbrüche in der Produktgestaltung wie der Einstieg in die Elektromobilität, der Umstieg bei der Energieerzeugung oder Sprunginnovationen in der Kommunikationstechnik werden erhebliche Umstellungen in der Recycling- kette erzwingen. Dies fordert massiven Einsatz, birgt aber auch große Chancen für diejenigen, die sich als erste darauf einstellen können. Gleichzeitig nimmt das Maß an Veränderungen bei den Rahmenbedingungen stetig zu. Kürzere Produktzyklen und die Zunahme globaler Einflüsse wirken sich ebenso verstärkt auf die Recyclingbranche aus wie Veränderungen im rechtlichen Rahmen, die notwendigerweise den Fokus von der umweltfreundlichen Entsorgung zur Ressourcensicherung aus Abfallströmen verschieben.

2. Ausgangssituation und Herausforderungen

Eine umfassende Kreislaufwirtschaft besteht aus einem breitem Netzwerk aus Gliedern der Produktionskette, von Serviceunternehmen wie Werkstätten, die in der Nutzungs- phase aktiv sind, Entsorgungslogistikern, Erstbehandlern bzw. Demontagebetrieben, Austauschteilefabriken, mechanischen Aufbereitungsanlagen, Sekundärrohstoff- Verarbeitern und Sekundärwerkstoff-Erzeugern [8]. Bei hochwertigen Komponenten kommen verstärkt tiefgestaffelte Second-Life Ebenen hinzu. Entlang der Prozesskette besteht für die beteiligten Unternehmen eine Vielzahl an Herausforderungen, wie etwa dem Fehlen von Entscheidungshilfen und Anreizen zum Austausch von Information.

Viele der eingesetzten Komponenten und erzeugten Produkte sind nicht so konstruiert, dass sie unter Berücksichtigung gegebener Prozesse, optimal recycelt werden können.

Dies ist nicht zuletzt darauf zurückzuführen, dass Produkthersteller häufig keine voll- ständigen Informationen über die Technologieketten und Netzwerke im Recyclingsektor haben. Während Hersteller durch Bereitstellung von Demontageinformationen den ersten Schritt der Verwertungskette auf Basis eigener Kenntnisse noch überschauen und unterstützen können, benötigen sie für die späteren Stufen im Recyclingprozess Informationen aus der Recyclingkette. Dies betrifft sowohl die Wiederverwendung von Komponenten als auch die Verwertung von Werkstoffen. Das Inverkehrbringen von aufbereiteten Komponenten birgt z.B. für Austauschteilehersteller ein gewisses Risiko, da sie im Zweifelsfall nicht bestimmen können, wo und wie lange die gebrauchten Tei- le, die das Vormaterial der Austauschteileproduktion sind, bereits eingesetzt wurden.

Verwerter von Sekundärrohstoffen benötigen Informationen über Zusammensetzung und Entwicklung zu verwertender Stoffströme. Darüber hinaus müssen Recyclingun- ternehmen ihre Prozesse technisch und wirtschaftlich optimieren. Technisch bedingt ist es in einzelnen Prozessstufen bzw. Betrieben oftmals nur möglich, einen geringen Anteil der enthaltenen Elemente durch stoffliche Verwertung aus den Altprodukten zu gewinnen. Bei den Verwertungsprozessen, die auf ein bestimmtes Element oder einen bestimmten Rohstoff ausgelegt sind, verlassen andere potentielle Wertstoffe bisher ungenutzt den Wirtschaftskreislauf. Dies gilt insbesondere für komplexe Produkte und vielstufige Prozessketten, die sich über mehrere unabhängige Unternehmen und Standorte erstrecken.

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Die einzelnen Unternehmen entlang der Produktions- und Verwertungsroute müssten im Hinblick auf eine optimierte Nutzung aller Materialströme zudem wissen, welche Komponenten etwa von Konsumenten, Werkstätten oder Austauschteileherstellern nachgefragt werden und welche Vorstoffe von Werkstofferzeugern in welcher Form und Qualität benötigt werden, um ihre Prozesse technisch und wirtschaftlich zu optimieren. Aufbereitungs- und Verwertungsanlagen für die stoffliche Verwertung werden auf Grund ungenügender Informationen oft falsch dimensioniert oder ungenügend ausgelastet, da eine Vielzahl prinzipiell geeigneter Eingangsströme mangels Information und datentechnischer Prozessverknüpfung gar nicht oder nicht an der richtigen Stelle in den Wirtschaftskreislauf gelangen. Insbesondere kleinere Unternehmen können den Aufwand eigener Marktrecherchen nicht tragen, wenn es nicht um den Absatz ihrer Produkte, sondern die effiziente Verwertung ihrer Reststoffe geht.

3. Fallbeispiel Automobil

Das Produktsegment Automobil spielt für die deutsche Wirtschaft eine herausragende Rolle und stellt ein Paradebeispiel für komplexe Produkte und Prozessketten über die Phasen Produktion, Nutzung und Entsorgung bis zum Recycling dar.

Beispielhaft ist in Bild 3 die heutige, bereits sehr komplexe Struktur des Lebenszyklus derzeitiger Fahrzeuge dargestellt. Aus technischer Sicht sind die einzelnen Stationen in der Produktions-, Nutzungs-, Wartungs- und End-of-Life-Phase zwar recht weit entwickelt, allerdings fehlt oftmals eine geeignete Verknüpfung der Stationen insbesondere im Hinblick auf die jeweiligen Abfallströme.

AT-Teile Produktion

Demontage- betrieb mechanische

Aufbereitungs- stufe 2

Nutzungsphase Recycling im Post-Production-

Bereich

Produktionsphase Recycling im Post-Consumer-

Bereich Primärrohstoff-

gewinnung und -aufbereitung

Grundstoff-

erzeugung Werkstoff-

erzeugung Halbzeug

Herstellung Bauteil

Herstellung Komponenten

Herstellung Produkt Herstellung

Aufbereitungs- stufe 1

Werkstatt Service + Reparatur

Beseitigung Deponie

Energie

energetische

Verwertung mechanische

Aufbereitungs- stufe 3 andere

Märkte Second-Life- Teile Produktion

Bild 3: Grobe schematische Darstellung der Stationen des Lebenszyklus von Fahrzeugen

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Fahrzeuge werden am Ende ihrer Nutzungsdauer in Demontagebetrieben zunächst zerlegt und entweder direkt als Gebrauchtersatzteil an Reparaturwerkstätten abgege- ben oder als sogenannte Core-Ware an Austauschteilehersteller. Im Gegenzug fallen in Reparaturwerkstätten oder Austauschteilewerken Altkomponenten und Bearbei- tungsrückstände an, die ihrerseits in die stoffliche Verwertung gehen. Die Integration der Weiterverwendung (auch Second Life), die nicht das volle Funktionsspektrums eines älteren Produkts oder einer älteren Komponente sondern nur bestimmte Ei- genschaften davon benötigt, erhöht die Komplexität des Netzes weiter und führt zu weiteren Anfallstellen von Abfällen zur stofflichen Verwertung. Letztlich muss auch eine Verknüpfung in der Verwendung und Verwertung von Abfallströmen aus der Pro- duktionskette (Post-Production-Abfälle) mit den Abfallströmen aus der Nutzungsphase (Post-Consumer-Abfälle) erfolgen, da so die Effizienz des Gesamtsystems erheblich erhöht werden kann. Vor diesem Hintergrund sollen neue technische Verfahren, wie automatisierte Demontagesysteme und hocheffiziente stoffspezifische Verwertungs- prozesse integriert werden, um insbesondere die Herausforderungen beim Recycling innovativer Fahrzeugsysteme anzugehen.

Diese Situation verschärft sich mit der Einführung innovativer Fahrzeugsysteme wie etwa Fahrzeuge mit Elektro- und Hybridantrieben, die im Fokus des Projektes stehen, mit modernen spezialisierten Systemen (production on demand) und Herstellprozessen (z.B. additive manufacturing), die aus der Perspektive des Recyclings aufgrund verän- derbarer stofflicher Zusammensetzung und Bauteilvarianz zu einer weiteren Steigerung der Komplexität führen [3]. Während bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren und aus Produktionen mit Großserienfertigung der Komponenten in den letzten Jahren viele Informationen zusammengetragen wurden, fehlen diese im Bereich innovativer Fahrzeugsysteme noch weitgehend. Die strukturellen Defizite bei der Bereitstellung bzw. dem Austausch von recyclingrelevanten Informationen werden durch neue Mate- rialien, Batteriesysteme, Antriebstränge, etc. nur noch deutlicher. Auf Grund der sich verschärfenden Fragestellungen zur Rohstoffsicherung für die Produktion einerseits, sowie zur Schaffung einer global wettbewerbsfähigen Verwertungsindustrie, ist der Anreiz gegeben, Lösungen zu schaffen, die allerdings eine zeitsparende und effiziente Informationsstruktur erfordert.

4. Schritte zu einer koordinierten Closed-loop Supply Chain

Aufbauend auf der voranschreitenden Digitalisierung müssen technologisch relevante Fragestellungen der Gestaltung und Lenkung komponenten- und stoffspezifischer Verwertungssysteme sowie automatischer Demontagesysteme mit Fragestellungen des Informationsaustauschs und der Informationsverwaltung sowie Fragestellung des Supply Chain Management, miteinander verknüpft werden, um koordinierte Closed- loop Supply Chains im Sinne einer Advanced Circular Economy etablieren zu können.

In einer Reihe vorlaufender Forschungsprojekte wurden bereits einzelne Fragestel- lungen adressiert. Ausgerichtet auf die Verwertungs- und Demontageprozesse bietet die Erema GmbH mit ihrem Careformance-Smart Factory Paket ein auf die Kunst- stoffbranche ausgerichtetes Recyclingsystem an, das mit Digitalsierungsansätzen

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und Auswertungs- und Vorhersagewerkzeugen gleichbleibende Qualität beim Re- cycling verspricht [4]. Ein auf die Werkstoff- und Produkt-Datensammlung und -Informationsverwaltung ausgelegtes Projekt ist das Material-Data-Space Projekt des Fraunhofer-Verbund Materials. Dieses schafft digitale Abbilder der Materialien und Werkstoffe von Werkstücken und Bauteilen. Eingebettet in einer digitalen Infrastruktur können bis zum Verwertungs- und Recyclingsschritt relevante Produktdaten gesammelt werden. Hierdurch soll die Demontage und Weiterbehandlung in einer Closed-loop Supply Chain erleichtert werden [6]. Eine übergeordnete Datenplattform der Axians IT Solutions GmbH vernetzt bestehende Software-Lösungen und umfasst Meldungen zu Abfallverbringungen über das „eANV Portal“ und die Zentrale Koordinierungsstelle der Länder, Datenflüsse aus Logistik und Telematik, Waagenprotokolle, Containermanage- ment, Aufstellungen von Warenein- und -verkäufen, Erstellung von Rechnungen, Ablage von Verträgen und Aufträgen und verschiedenste andere Datenerfassungen [5]. Diese Lösung deckt jedoch noch keine material- und branchenübergreifenden Stoffkreisläufe ab. Bislang fehlt ein ganzheitlicher Ansatz zur Integration von Managementsystem- und Leistungssystemebene über einen entsprechend gestalteten Informationsmarktplatz, der zu koordinierten Entscheidungen in Closed-loop Supply Chains führen kann.

Koordinierte Closed-loop Supply Chains zeichnen sich dadurch aus, dass Material- und Informationsflüsse nicht mehr nur in eine Richtung stattfinden, sondern relevante Informationen konsequent entlang der Supply Chain bereitgestellt werden. Hierdurch soll ein abgestimmtes Handeln der Akteure ermöglicht werden, um durch das Recy- cling Produkte bzw. Komponenten und Sekundärrohstoffe bestmöglich im Kreislauf zu führen. Dies erfordert die Überwindung bestehender Informationsdefizite, welche insbesondere in komplexen vernetzten Produktions- und Recycling-Ketten zu lokal, wie auch global nicht optimalen Produktions- und Recycling-Entscheidungen führen können.

Ziel ist, dass die einzelnen Glieder der Recyclingkette Informationen über den Aufbau und die Produktion der zu verwertenden Altprodukte und den zukünftigen Bedarf von recycelten Bauteilen, Ersatzteilen und Sekundärrohstoffen erhalten. Auch in die andere Richtung, vom Recyclingunternehmen zum Produzenten, müssen Produkt- informationen fließen. Darüber hinaus muss ein bidirektionaler Austausch zwischen Komponenten- und Verwertungsprozesswissen stattfinden. Nur so kann sichergestellt werden, dass stoffspezifische Demontage- und Verwertungsprozesse ökonomisch und ökologisch effizient ausgelegt und betrieben werden können.

Vor diesem Hintergrund kann der gezielte Informationsaustausch grundlegend als bedeutender Erfolgsfaktor für die Entwicklung einer Kreislaufwirtschaft der Zukunft gewertet werden. Oftmals verhindern jedoch noch organisatorische und Verhaltens- hemmnisse die Koordination von Closed-loop Supply Chains. Dies ist nicht unwesent- lich durch den hohen Aufwand für die einzelnen Akteure begründet, der entsteht, wenn jeder Marktteilnehmer die relevanten Informationen selbst und ohne geeignete Tools beschaffen muss. Mit dem Aufkommen der Digitalisierung und fortschrittlicher Tech- nologien aus der Informationstechnik besteht heute die Chance, diese Hemmnisse zu überwinden. Das Internet der Dinge und Cyber-Physische Systeme ermöglichen es, dass jederzeit Daten zwischen hochgradig vernetzten Geräten und Systemen ausgetauscht

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werden. Diese großen Mengen an Daten bilden eine wichtige Entscheidungsgrundlage, werden allerdings erst mit Big-Data-Analyseverfahren beherrschbar. Zudem können geeignete Plattformen geschaffen werden, die den sicheren und zielgruppengerechten Austausch, auch von vertraulichen, Informationen ermöglichen, um zu einem verbes- serten Closed-loop Supply Chain Management in Form neuer Planungsansätze etwa für die Bedarfs- oder Bestandsplanung beizutragen.

5. Das Projekt Recycling 4.0 – Digitalisierung als Schlüssel für die Advanced Circular Economy am Beispiel innovativer Fahrzeugsysteme

Ausgehend von dieser Situation wurde im Jahr 2018 ein großes, vom Land Nieder- sachsen und der EU gefördertes Forschungsprojekt gestartet, in welchem sechs Hoch- schulinstitute der TU Clausthal, der TU Braunschweig und der Hochschule Ostfalia gemeinsam mit elf Unternehmen, entlang der gesamten Produktions-, Service- und Verwertungskette mit innovativen IT-Unternehmen ein unternehmens- und branchen- übergreifendes System einer digitalen Kreislaufwirtschaft entwickeln.

Das Land Niedersachsen ist derzeit dabei, sich zu einer der zentralen europäischen Regionen im Recycling wirtschaftsstrategischer Rohstoffe zu entwickeln bzw. dort, wo bereits eine Führungsposition besteht, diese weiter auszubauen. Dies gilt insbesondere auch für jene Materialien, die für innovative Fahrzeugsysteme benötigt werden. So sind in der Region Harz mit Firmen wie Albemarle, H.C.Starck oder PPM weltweit führende Werkstoffhersteller tätig, die bei der Versorgung mit Rohstoffen zunehmend auf Recyklate setzen. Mit Unternehmen wie Electrocycling oder MPM sind einige der führenden deutschen Unternehmen als Erststufenbehandler und Aufbereiter in Süd- niedersachsen tätig, die gemeinsam mit Unternehmen aus anderen Abfallbereichen die Basis der Recyclingkette bilden. Ebenso sind hervorragende Spezialisten im Bereich Recyclingmaschinenbau, Abfalllogistik oder EDV-Systeme wie Exner Technologies, Spedition Hahne oder pdv-software in der Region ansässig und letztlich bezogen auf ganz Niedersachsen wichtige Produkt- und Komponentenhersteller wie Volkswagen, MAN oder Bosch. Viele dieser Unternehmen sind bereits heute im Recyclingcluster REWIMET zusammengeschlossen. In Verbindung mit den Aktivitäten des CFK Valley in Stade, der Battery Lab Factory in Braunschweig und der Open Hybrid Lab Factory in Wolfsburg, sowie führenden Demontagebetrieben wie RETEK und hochinnovativen Entsorgern wie TSR an Niedersächsischen Standorten soll Recycling 4.0 die Vernetzung von Unternehmen und Prozessen stärken und so einen wichtigen Beitrag zur Steigerung von Energie- und Ressourceneffizienz leisten.

Insgesamt bietet das Projekt Recycling 4.0 somit das Potenzial, aufbauend auf Digitalisierung und Industrie-4.0-Technologien in Form eines Informationsmarkt- platzes für den Informationsaustausch von Material-, Produkt- und Prozessdaten, effiziente Recycling- und Verwertungskreisläufe auf Ebene des Leistungs- und des Managementsystems zu gestalten. Der angestrebte Informationsmarktplatz bietet für die Akteure die Möglichkeit neuer Kooperationsmodelle. Daten, die ein Akteur für

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sich selbst erfasst, kann er ebenso anderen Akteuren zur Verfügung stellen – etwa im Austausch gegen Daten, die er selber wieder zur Optimierung seiner Prozesse nutzen kann.

Ein weiterer positiver Effekt ist, dass durch den Rückfluss bestimmter Komponenten oder Stoffe zum Produzenten für diesen Anreize entstehen, seine Produkte recyclingge- rechter zu gestalten. Eine engere Kopplung zwischen Produzent und den verschiedenen Gliedern der Closed-loop Supply Chain soll dazu führen, dass die Produkte einfacher und bedarfsgerecht wieder- und weiterverwendet oder recycelt und dass die durch das Recycling gewonnen Komponenten und Sekundärrohstoffe effektiv genutzt werden können. Neben den wirtschaftlichen Vorteilen für die einzelnen Akteure trägt dieses Verfahren somit auch zu einer ökologischeren Gesamtbilanz bei.

Zentrale Instanz der angestrebten zu schaffenden Struktur wird ein Informations- marktplatz sein, auf dem die Akteure der Closed-loop Supply Chains untereinander Informationen handeln können. Im Bereich der Mobilitätsdaten gibt es ähnliche Modelle wie den Mobilitätsdatenmarktplatz [1] in dem unterschiedliche Informa- tionen zum Thema Verkehr und Infrastruktur gehandelt werden. Im Bereich des Recyclings existiert die Onlineplattform Callparts [2], eine Plattform auf der mit Ersatzteilen gehandelt wird. Auch bei Callparts werden die unterschiedlichen Akteure der Supply Chain zusammen gebracht, allerdings wird nicht mit Daten und Infor- mationen gehandelt, sondern mit Produkten. Während bei Callparts also konkrete, bereits demontierte Ersatzteile angeboten werden, werden in dem hier angestrebten Informationsmarktplatz die Informationen angeboten werden, welche Ersatzteile wie demontiert werden können, welche Stoffe aus den Produkten gewonnen werden können, welche Nachfragen es gerade gibt und viele weitere Informationen, die vor allem bei der Entscheidungsfindung helfen können. Der Fokus liegt dabei nicht allein auf der Demontage sondern auf der gesamten Closed-loop Supply Chain von innovativen Fahrzeugsystemen.

Bild 4 zeigt eine schematische Darstellung der angestrebten Struktur mit einem ge- schlossenen Kreislauf von Produkten, Stoffen und Informationen über mehrere Akteure einer Supply Chain hinweg. Die technischen und betriebswirtschaftlichen Prozesse eines einzelnen Akteurs werden durch Informationen aller Akteure optimiert und koordiniert.

Das Gesamtkonzept ist in drei Ebenen darstellbar: Auf der im Bild rosa hinterlegten Ebene stehen die Produktion und das Recycling – die technischen Prozesse. Die an- fallenden Informationen aus den Prozessen können in einem Marktplatz von jedem Akteur angeboten und erworben werden (grün hinterlegte Ebene). Dies schafft die Grundlage für die Etablierung eines erfolgreichen Closed-loop Supply Chain Manage- ments (blau hinterlegte Ebene), welches für die Optimierung und Koordination der lokalen und der globalen Produktions- und Recycling-Ketten sorgt. Entscheidungen auf dieser Ebene wirken wiederum steuernd über die Informationsebene zurück in die Prozessebene.

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6. Perspektiven

Das in Abschnitt 5 dargestellte und derzeit in Entwicklung befindliche System vernetzt im Wesentlichen gewerbliche und industrielle Stakeholder und fokussiert sich auf aktu- ell verfügbare Marktdaten. Eine Erweiterung wird in Zukunft durch eine Verknüpfung mit System Dynamics Ansätzen zur Einbindung übergeordneter Prognosemodelle auf der einen Seite sowie durch die An- und Einbindung von konkreten technischen Prozess- und Anlagensteuerungssystemen erfolgen. Auch völlig neue Ansätze zur Ein- bindung des Bürgers als Konsument etwa über Gamification- oder App-Systeme sind derzeit in der Entwicklung und könnten zu einem späteren Zeitpunkt eingekoppelt werden, um den Akteursbereich über den rein gewerblichen Sektor hinaus zu erweitern.

Alles in allem ist erkennbar, dass hier gerade erst der Auftakt für die Entwicklung einer digitalisierten Kreislaufwirtschaft gelegt wurde, das aber eine massive Entwicklung notwendig und zu erwarten ist.

7. Quellen

[1] Bundesanstalt für Straßenwesen: MDM - Mobilitätsdatenmarktplatz. [Online] 2016. http://

www.mdm-portal.de/.

[2] callparts: callparts Recycling. [Online] 2017. https://www.callparts.de/.

Closed-Loop Supply Chain Management

Supply Chain Management Closed-Loop Supply Chain Management Informationsmarktplatz

Informationsquellen/-senken • Bill of Materials • Vorrangbeziehungen • Mengen, Qualitäten, Zustand • Bedarfe, Marktpreise Produktion

Werkstoff Teilefertigung Montage

Demontage Aufarbeitung

Stoffliche Verwertung

Produkt Service

Sammlung Distribution

Re-Distribution

Nutzung Kunde

Energetische Verwertung

Recycling (Retro-Produktion)

AIP (TUBS)

Verantwortliche Aufgaben/Methoden Closed-Loop Supply Chain Management

Informationsmarktplatz

Fabrikebene Prozess- und Systemebene

• Materialbedarfsplanung/Bestandsmanagemet

• Anreizsysteme

• Konzepte zur Produktzustandserfassung

• Marktplatz zur Bedarfs- und Kapazitätsverknüpung

• Datenerfassung, -integration und -pooling

• Konzepte zur Produktzustandserfassung

• Marktplatz zur Bedarfs- und Kapazitätsverknüpung

• Datenerfassung, -integration und -pooling

• Planungs- u. Betriebsweisen von Closed Loop Pro. Syx

• Anreizsysteme

• Automatisierte Demontagesysteme

• Hocheffiziente stoffspezifische Verwertungsprozesse

• Automatisierte Demontagesysteme

• Hocheffiziente stoffspezifische Verwertungsprozesse IVS (Ostfalia)

IFI (TUC)

IWF (TUBS)

IPT (Ostfalia) IFAD (TUC)

Bild 4: Schematische Darstellung des Gesamtsystems nach dem Projektansatz Recycling 4.0

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[3] Elwert, T.; Goldmann, D.; Römer, F.; Buchert, M.; Schüler, D.: Aktuelle Entwicklungen und Heraus- forderungen beim Recycling von Elektro‐ und Hybridfahrzeugen. In: Thomé-Kozmiensky, K. J.;

Goldmann, D. (Hrsg.): Recycling und Rohstoffe, Band 9. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé- Kozmiensky, 2016, S. 275-294

[4] EREMA Pressemitteilung: Erema revolutioniert mit Recycling 4.0 die Kunststoffbranche. [On- line] 2016. http://www.erema.at/de/pressemitteilungen/IDobj=1339.

[5] EU-Recycling: Recycling: Alles 4.0 oder was? [Online] 2016. http://eu-recycling.com/Archi- ve/12955.

[6] Fraunhofer-Gesellschaft: Materials Data Space – Der Werkstoff wird digital. [Online] 2017.

http://www.fraunhofer-materials-data-space.de/.

[7] Goldmann, D.: Die Wertstoffwende und wie wir sie erreichen können, Recy & DepoTech 2018, Leoben, 07. – 09.11.2018. Veröffentlicht in: Tagungsband zur 14. Recy & DepoTech-Konferenz, Hrsg.: Pomberger, R. et al., Abfallverwertungstechnik & Abfallwirtschaft Eigenverlag, S. 71-76 [8] Goldmann, D.: Stand der Altfahrzeugverwertung – Entwicklungen der letzten zwanzig Jahre und

Perspektiven für die Zukunft. In: Thomé-Kozmiensky, K. J.; Goldmann, D. (Hrsg.): Recycling und Rohstoffe, Band 2. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2009, S. 471-490 [9] Soulier, M.: Modellierung regionaler Kupferkreisläufe unter Verwendung eines systemdynami-

schen Ansatzes, Dissertationsschrift, TU Clausthal, 2017

[10] Soulier, M., Glöser-Chahaud, S., Goldmann, D., Tercero Erspinoza, L.A.: Dynamic analysis of European copper flows, Resources, Conservation & Recycling, 129 (2018) S. 143-152, Elsevier Verlag 2017

[11] Soulier, M., Pfaff, M., Goldmann, D., Walz.R., Yong, G., Ling, Z., Tercero Espinpoza, L.: The Chinese copper cycle: Tracing copper through the economy with dynamic substance flow and input-output analysis, Journal of cleaner production 195 (2018), Elsevier Verlag 2018, S. 435-447

Ansprechpartner

Professor Dr.-Ing. Daniel Goldmann Technische Universität Clausthal

Institut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik Institutsleiter

Walther-Nernst-Straße 9

38678 Clausthal-Zellerfeld, Deutschland +49 5323-72-2735

daniel.goldmann@tu-clausthal.de

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Stephanie Thiel • Olaf Holm • Elisabeth Thomé-Kozmiensky Daniel Goldmann • Bernd Friedrich (Hrsg.):

Recycling und Rohstoffe – Band 12

ISBN 978-3-944310-46-6 Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH

Verlag: Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH • Neuruppin 2019

Redaktion und Lektorat: Dr.-Ing. Stephanie Thiel, Dr.-Ing. Olaf Holm, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc.

Erfassung und Layout: Elisabeth Thomé-Kozmiensky, Claudia Naumann-Deppe, Janin Burbott-Seidel, Ginette Teske, Sarah Pietsch, Roland Richter, Cordula Müller, Gabi Spiegel

Druck: Beltz Grafische Betriebe GmbH, Bad Langensalza

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