Ggg2 nachhaltige produktion

Global. Gerecht. Gemeinsam.
Block II: Ökonomie
Ressourceneffizienz - Nachhaltige Produktion - Elektromobilität

• Entscheidungsträger aus Wirtschaft und
Wissenschaft mit ökonomischer Ausrichtung
• Experten im Gebiet Nachhaltigkeit
• Hoher Praxisbezug / weitreichende Entscheidungen
211 Die Referenten

212 Der Vortrag vergangene Woche – VDMA
• Ressourceneffizienz und
Nachhaltigkeit: das Beispiel
Blue Competence
• Als Mitgliedsunternehmen:
Schumacher Precision Tools

213 Heute: Universität Stuttgart – Prof. Dr. Bauernhansl
• Nachhaltige Produktion:
Status und
Herausforderungen

213 Nächsten Montag: DAIMLER AG – Prof. Dr. Kohler
• Nachhaltigkeit und
Elektromobilität

• Der Vortrag VDMA
• Beispiel aus letzter Woche: automatisierte
CNC-Produktion bei Fertigung individualisierter
Großserien
• Flexibel und effizient mit Bezug auf Ressourcen
• Intelligente Konstruktionsverfahren auf CAD-Basis
214 Nachhaltigkeit in der Produktion

214 Konstruktion durch Parametrisierung
301 Härte HRC 63,50
403 Rundsch.GWT Meßeb 20,110
502 DM Flanke Meßeben 18,429
503 DM Kern Meßebene 17,294
507 Hinterschl.Flanke 0,031
516 Flankenwinkel 60,00
601 Nutenlänge 60,00
603 Nutenkern-D schl. 9,00
604 Stegbreite schl. 6,10
605 Schnittw.Brust 13
701 LG Anschnitt 6,25
703 DM Anschnittanf. 17,500
704 Hinterschl.Anschn 0,130
710 LG Abkantung 0,80
712 Hinterschl.Abkant 0,130

214 Redundanzfreie Datenübertragung

214 Anstieg der Anforderung an Fachkräfte

©FraunhoferIPA,IFFUniversitätStuttgart
Webinar „Nachhaltigkeit in der Wirtschaft“
22. Juli 2013
Nachhaltige Produktion
Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl
Institutsleiter
 Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF, Universität Stuttgart
 Institut für Energieeffizienz in der Produktion EEP, Universität Stuttgart
 Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA Stuttgart

2
Wir haben kein nachfrageseitiges Wachstumsproblem
aber 2025 wird die Hälfte des globalen Konsums in
Entwicklungsländern stattfinden.
 Wir werden älter! (Durchschnittsalter steigt um ca. 10 Jahre bis 2050)
 Wir werden urban! (60% -70% aller Menschen leben 2050 in Städten)
Weltbevölkerung1
Milliarden Menschen
 Konsum-Klasse
 unterhalb der Konsum-Klasse
Weltverbrauch
Billiarden USD
 Entwicklungsmärkte
 Entwickelte Märkte
Bevöl-
kerung in
Konsum-
Klasse2 %
Quelle: Wolfeshorn Center for Development, Brookings Institution); Groningen Growth and Development Centre; McKinsey Global Inst.

3
Wir haben ein angebotsseitiges Wachstumsproblem
Ressourcenvernutzung begrenzt Wachstum und
Nachhaltigkeit
 Wir bedrohen die Umwelt
(Klimawandel, Artenvielfalt,…).
 Wir verbrauchen pro Jahr die
Menge an fossilen Energieträgern,
die die Erde in einer Million Jahre
gebildet hat.
 2025 leben voraussichtlich zwei
Drittel der Menschen in Regionen,
die von Wassermangel betroffen
sind.1
 Bis 2050 wird sich unser
Energiebedarf verdoppeln.²
1 Quelle: Die Welt in Zahlen 2010; 2 Quelle: BP Statistical Review of World Energy 2011;

4
Nachhaltigkeit
Geschichte des Begriffs und Begründer des Ansatzes
 1713, mitten in einer Ressourcenkrise, erscheint „Sylvicultura oeconomica“ oder
„Anweisung zur wilden Baumzucht“ von Hans Carl von Carlowitz, Vice Berg-
Hauptmann in Sachsen (450 Seiten zum Umgang mit der Ressource Holz)
 Beschreibungen der nützlichen Baumarten
 Vorschläge zur langfristigen Überwindung des Holzmangels
 Man soll „mit dem Holtz pfleglich umgehen“ (keinen Raubbau betreiben); Tatsächlich:
pfleglich als Vorläufer von nachhaltig
 Konzept der nachhaltigen Entwicklung wird im Buch deutlich:
 die Natur respektieren, mit den Ressourcen haushalten, das Gemeinwesen
stärken
 Verantwortung für nachfolgende Generationen übernehmen
„ … wie eine sothane (eine solche) Conservation und Anbau des Holtzes
anzustellen, dass es eine continuierliche beständige und nachhaltende
Nutzung gebe / weil es eine unentbehrliche Sache ist / ohne welche das
Land in seinem Esse nicht bleiben mag. “

5
Definition und Säulen der Nachhaltigkeit
Definition der Nachhaltigen Entwicklung nach der Brundtland-Kommission:
„Sustainable development meets the needs of the present without compromising the
ability of future generations to meet their own needs.“
"Dauerhafte (nachhaltige) Entwicklung ist Entwicklung,
die die Bedürfnisse der Gegenwart befriedigt, ohne
zu riskieren, dass künftige Generationen ihre
eigenen Bedürfnisse nicht befriedigen können."
Quelle: Brundtland-Report, 1987
Ökonomie
Gesellschaft
Ökologie
und
Umwelt
ÖKO-
EFFIZIEN-
TER
BEREICH
NACH-
HALTIGER
BEREICH

6
Akteure und Treiber einer nachhaltigen Entwicklung
pro-aktiver Einsatz der Politik zur Förderung einer
nachhaltigen Entwicklung
Seit Anfang der 70 Jahre engagiert sich Europa für eine nachhaltige Gesetzgebung in
folgenden Politikfeldern:
 Bekämpfung des Klimawandels
 Kyoto-Protokoll, Verringerung von Treibhausgasen, Emissionshandel
 Abfallentsorgung
 Abfallvermeidung und Recycling, Spezifische, Gefährliche / Radioaktive Abfälle
 Gewässerschutz und Wasserpolitik
 Gebrauch von Wasser, Meeresverschmutzung, Innere Gewässer, Ableitung von
Stoffen
 Schutz der Natur und der biologischen Vielfalt
 Biologische Vielfalt, Fauna und Flora, Wälder, Genetisch veränderte Organismen
 Schutz des Bodens
 Bodenschutz in spezifischen Gebieten, Ableitung von Stoffen, Risikobereiche

7
Akteure und Treiber einer nachhaltigen Entwicklung
NGOs als Treiber einer nachhaltigen Entwicklung
 Umweltauswirkungen von Produkten und Verhalten /
Strategien von Unternehmen immer mehr im Fokus,
„negative“ Beurteilung führt zu Imageschäden
Bsp. VW: The Dark Side
 Stiftung Warentest
 Ökotest
 Guide to Greener Electronics von Greenpeace - Ranking
von Hersteller von Mobiltelefonen, Fernsehgeräten und
PCs hinsichtlich der Faktoren
 Erzeugte Treibhausgasemissionen der
Unternehmen
 Energieeffizienz der Produkte
 Belastung der Produkte mit Chemikalien
 Produktrecycling

8
Nachhaltigkeit in den Phasen des Produktlebenszyklus
 Nachhaltiges Produktdesign
 In der Designphase eines Produkte werden bereits bis zu 70 % der später
anfallenden ökologischen Auswirkungen festgelegt
 Große Potenziale durch innovative Produktkonzeption
 Rohmaterialbeschaffung
 Vermeidung von sozialen und ökologischen Problemen in der Phase der
Ressourcengewinnung
 Produktion
 Ressourceneffizienz in der Produktion = höhere Wertschöpfung bei geringeren
Ressourceneinsatz
 Transport
 innovative Logistik-, Lager- und Handelskonzepte
 Gebrauchsphase und Recycling
 ökologische Bedeutung der Gebrauchsphase ist enorm
 80% der CO2-Emissionen eines Mittelklassewagens entfallen auf die
Gebrauchsphase

9
Wir brauchen einen Paradigmenwechsel in der
Produktion Wie sieht der Weg zur Green Economy aus?
Nachhaltigkeit durch Wachstum
 Technikkonzept:
Neue Technologien führen zu einer massiven
Reduzierung des Ressourcenverbrauchs
Nachhaltigkeit durch gebremstes
Wachstum
 Konzept der Steady State Economy:
Null- oder Minus-Wachstum verbunden mit der
Notwendigkeit eines einfacheren Lebensstils
 Konzept des selektiven Wachstums
Einschränkung des Verbrauchs spezifischer
Ressourcen
 Konzept der Mäßigung des Wachstums
Mäßigung der BIP-Wachstumsraten, um
Ressourcen zu reduzieren
Lässt sich nachhaltiges Wachstum vom Ressourcenverbrauch entkoppeln?
Bildquelle: www.openmint.net Rogall, H. (Hrsg): Jahrbuch Nachhaltige Ökonomie

10
Optimierung finanziert Erneuerung
Effizienz und Effektivität statt Verzicht
je mehr,
umso besser
EFFEKTIVITÄT
je weniger,
umso besser
EFFIZIENZ
Effizienzstrategie:
 Materialnutzgrad
steigern
 Bestehende Prozesse
optimieren
 Energieeinsatz
reduzieren
Effektivitätsstrategie:
 Zero-Waste-Prozesse
 Schließen von
Stoffkreisläufen
 Verwendung von
Sekundärrohstoffen
 Einsatz erneuerbarer
Energien

11
Paradigmenwechsel durch Wandel aller Produktionsfaktoren
Nachhaltigkeit als Treiber und IKT als Enabler
Energiewende
Material-
wende
Kapitalwende
dispositive
Faktoren
Informations- und Kommunikationstechnologie als Enabler
Personal-
wende
Bildquellen: hbw-cs.de; freemalaysiatoday.com; t2.ftcdn.net; livingwater-online.de; verkehrsrundschau.de; wieland-edelmetalle.de, SEW Eurodrive

12
Die Ultraeffizienzfabrik
Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz
Material Material-
recycling
Fabrik
dispositive Faktoren / IT
Neue Recyclingverfahren
Produkt
Nutzung
Energie-
recycling
Energie Personal Kapital
Emissio-
nen
Verschwen-
dungAbfall
W e r t s c h ö p f u n g

13
Energie

14
Die Energiewende in Deutschland
Kann Ressourcenverbrauch und Wachstum entkoppelt
werden?
Bildquelle: BMWi (2011)
Strategische Linien:
 Ausbau der Nutzung
von regenerativen
Energiequellen
 Dezentralisierung
der
Energieerzeugung
(Smart Grids)
 Massive
Verbesserung der
Energieeffizienz
D 2011

15
Die Energiewende in der Fabrik
Systemische Konzepte sind die Lösung
Energiegewinnung:
 Regenerative Energiequellen
(z.B. Sonnenenergie, Wind-
energie, …)
Energieverteilung:
 Smart Grids
(z.B. Lokale Micro Grids)
 Speichertechnologien
(z.B. Redox Flow)
Energierückgewinnung:
 Verstromung von Abwärme
(z.B. ORC)
 Rekuperation
(z.B. Supercaps)
 Energy Harvesting
(z.B. Thermoelektrik)
Bildquellen: elektro-ruehl.com; bgr.bund.de; muelacker.de; fit-for-energy.com

16
Energieautarke Produktion & Intra-company Smart Grids
Chancen & Herausforderungen
Chancen
 Unabhängigkeit vom Markt, bessere
Planung der Energiekosten
 massive Kosteneinsparungspotentiale
vorstellbar
 Beschleunigung der Energiewende
Energieerzeugung /
-rückgewinnung
Verbrauch
Intra-company Smart Grid
Smart Grid connected
Prosumer Production
Information
Energie Energie
Regionales
Smart Grid
Information
Speicher
Effizienz-
maßnahmen
Produktion
Herausforderungen
 Umbau der Energieinfrastruktur  meist
massive Umwälzungen
 Rentabilität individuell verschieden
(standort- und produktionsabhängig)
 Starker Einsatz von IKT notwendig

17
Material

18
Die Materialwende in der Produktion
Kreislaufwirtschaft statt Downcycling
Nutzung von Ersatzstoffen
 unerschöpflich
 nachwachsend
Wertschöpfung in Kreisläufen
 technologisch
 ökologisch
Ganzheitliche Gestaltung im Produktlebenszyklu
 Planung von Nutzungskaskaden
 Verlängerung von Nutzungsphasen
Zero-Waste-Produktionstechnologien
 100% des Materials im Produkt
 Kurze, hybride Prozessketten
1 Bildquelle: www.rittweger-team.de/

19
Zero-Waste-Maschinensysteme
High Performance führt zu disruptiven Innovationen
 Klassische Fertigungsverfahren
sind häufig verlustreich
 Verluste durch verfahrensbedingtem Material-
abfall und schlechten Energiebilanzen
Innovationsansätze für mehr Effektivität
 Materialrecycling im Produktionsprozess
 Rückgewinnung von Energie bspw. Energy Harvesting
 Innovative Recyclingverfahren
 Vernetzung von Betriebsmitteln
(z.B. cyber-physische Systeme)
 Verfahrenskombinationen und –integrationen
(z.B. Hybride Prozesse)
 Realisierung kurzer, verlustfreier Prozessketten
(z.B. Net-Shape-Prozesse)
Bildquelle: www.morguefile.com; Infineon, Juni, 2012: Innovative semiconductor solutions for energy efficiency, mobility and security.

20
Neue Recyclingverfahren

21
Abfall ist die beste Quelle für Rohstoffe
Beispiel: Recycling von Elektroschrott
 Elektroschrott-Menge weltweit:
 2008: 40 Mio. t
 2016: 93,5 Mio. t erwartet
(jährliches Wachstum um 17,6%)
 Verwertung heute in Europa: 40%
 60% des Elektroschrotts geht in die illegale
Verwertung in Drittländern oder auf die Deponie
 Die Förderung und vor allem Verarbeitung
der Erze führt zu starker Zerstörung von
Umwelt und Lebensbedingungen
 Zukünftige Anforderungen in Europa: Verwert-ung
von 65% der in Verkehr gebrachten Menge oder
85% der Menge an Elektroaltgeräten (EAG)

22
Personal

23
Personalwende – Deutschland
Bereits heute fehlen der Industrie in BW 8.000 Ingenieure
Fachkräfteengpässe bei Ingenieurfachkräften nach Bundesländern

24
Personalwende – Weltweit
Zu wenig hoch Qualifizierte und zu wenige Arbeitsplätze
für gering Qualifizierte
Angebot und Nachfrage von Arbeitskräften nach
Bildungsstand, 2020 geschätzt Mio. Arbeitnehmer
Mangel Überschuss
hochqualifizierte Arbeiter mittelqualifizierte Arbeiter geringqualifizierte Arbeiter1
Mangel
gesamt
Fortgeschr.
Volkswirt-
schaften2
Mangel
gesamt
Überschus
s
gesamt
Fortgeschr.
Volkswirt-
schaften
% Angebot qualifiziertes Kontingent
% Nachfrage qualifiziertes Kontingent
Indien
Non-Indien,
Südasien,
Afrika³
Indien,
andere Süd-
asien, Afrika
1 geringe Qualifizierung = keine post-sekundäre Ausbildung fortgeschrittene Länder; Grundschulausbildung Entwicklungsländer.
2 25 Länder mit BIP p.c. > $20,000 bei KKP aus 2005 Levels 2010.
3 11 Länder aus Südasien und Sub-Sahara Afrika, mit BIP p.K. < $3.000 bei KKP aus 2005 Levels 2010.

25
dispositive Faktoren / IT

26
Die Prinzipien der Netzwerkökonomie verändern alles
Web-Tec trifft auf Produktions-IT
Computer
Integrated
Manufacturing
Web-Orientierung
1990 2000 2012 Zeit
Produktions - IT
“Cloud”-Orientierung
Web 2.0
“Internet of Things”
Embedded Systems 
“App”-Orientierung
IT World Wide Web Service-Orientierung
Digitale Fabrik
Digital Product Lifecycle Management
Digitaler Fabrikbetrieb
INDUSTRIE4.0
Cyber-physische Systeme

27
Die Wende der dispositiven Faktoren
Die Smarte Fabrik organisiert sich dezentral und selbst
in Echtzeit
Cyber-physische Systeme
(z.B. Maschinen, Anlagen)
 haben eine Identität
 kommunizieren
untereinander und mit der
Umgebung
 konfigurieren sich selbst
(Plug and Produce)
 speichern Informationen
dezentrale
Selbstorganisation

28
Ultraeffizienz verbindet „das Richtige mit dem
Richtigen“
Die Wende aller Produktionsfaktoren als Chance für den
Standort Deutschland
 Der Paradigmenwechsel der Produktionsfaktoren erfasst alle Märkte und Branchen
 Die bisherigen Ansätze reichen zur Entkopplung des Wachstums vom
Ressourcenverbrauch nicht aus
 Effizienztechnologien müssen Effektivitätstechnologien finanzieren, wobei IKT als
Enabler wirkt
 Das Konzept der Ultraeffizienzfabrik kann als Ordnungsrahmen zur Umsetzung dienen
 Der Maschinenbau muss die aktuellen Kerntechnologien neu bewerten und
Technologiesprünge rechtzeitig einleiten
 Neu entstehende Systeme können nur interdisziplinär entwickelt werden und führen zu
neuen Markt- und Wettbewerbssituationen

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Prof. Dr. Thomas Bauernhansl
thomas.bauernhansl@ipa.fhg.de
www.ipa.fraunhofer.de
www.iff.uni-stuttgart.de
www.eep.uni-stuttgart.de

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