Nachhaltigkeit in der Fertigung: Die große Expertenumfrage

Bei der Herstellung von Produkten durch Industrie und Gewerbe werden stets Umweltgüter wie Rohstoffe oder Flächen in Anspruch genommen und zudem Schadstoffe in Boden, Luft und Wasser emittiert. Dabei gilt es, durch produktionsintegrierte Maßnahmen Schadstoffemissionen so weit wie möglich zu vermeiden, unvermeidliche Schadstoff­emissionen zu vermindern und die Ressourcen-Inanspruch­nahme zu minimieren. In die Alltagspraxis vieler Unternehmen haben Nachhaltigkeitsaspekte aber erst ansatzweise Eingang gefunden. Worauf es bei Nachhaltigkeit in der Fertigung ankommt und welche Rolle die Digitalisierung bei ­einer nachhaltigen Produktion spielt, erläutern uns zehn Exper­ten von Industrie-, Software- und Consulting-Unternehmen ­sowie aus dem Bereich Forschung & Lehre.

Unsere Fragen an die Experten

1. Das Thema Nachhaltigkeit fordert uns alle neu heraus – auch bei vielen Unternehmen der Fertigungsindustrie steht das Thema ganz oben auf der Agenda. Was zeichnet eine nachhaltige Produktion aus?
2. Wie können Unternehmen ihren ökologischen Fußabdruck am effizientesten verringern?
3. Welche Rolle spielt die Digitalisierung bei der Nachhaltigkeit in der Fertigung?

Eine ganzheitliche Betrachtung der Produktion ist gut für die Umwelt

1. Eine nachhaltige Produktion berücksichtigt alle Dimensionen von Nachhaltigkeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Sie hat also das Ziel, möglichst alle Ressourcen zu schonen: vom Rohmaterial über die Energie bis hin zu den Produktionsmitarbeitenden, die fair behandelt und bezahlt werden müssen.

2. Ein erster Schritt ist, eine genaue, auf Daten basierende Übersicht über den ökologischen Fußabdruck entlang der gesamten Wertschöpfungs- und Lieferkette zu schaffen. Mit diesem gesamtheitlichen Überblick können Unternehmen und Partner sowie Lieferanten gezielt Maßnahmen für mehr Nachhaltigkeit in der Fertigung und zur Ein­sparung von Emissionen ergreifen. Die Komplexität liegt oftmals darin, diese Transparenz über die eigenen Unternehmensgrenzen hinweg zu schaffen und sich innerhalb des eigenen Ökosystems mit Partnern und Lieferanten auf entsprechende Standards und deren Einhaltung zu verständigen.

3. Digitalisierung ermöglicht Transparenz in allen Schritten der Wertschöpfungskette, zum Beispiel über moderne Sensorik, und liefert somit einen Datenpool, der bei der Optimierung der Produktionsabläufe wertvolle Einsichten bereitstellt. Zudem können schon im Designprozess neuer Produkte Ressourcen durch virtuelles Prototyping geschont werden. Der Verband Bitkom unterstreicht die besondere Rolle der industriellen Fertigung in seiner Studie „Klimaeffekte der Digitalisierung“, die das CO2-Einsparpotenzial digitaler Technologien untersucht hat. Mit am größten ist das Potenzial in der Fertigungsindustrie: Rund 64 Megatonnen CO2e (CO2-Äquivalent) können bei einer beschleunigten Digitalisierung der Anlagen eingespart werden. Das Augenmerk liegt dabei besonders auf der Simulation von physischen Produkten und Prozessen, also dem digitalen Zwilling, sowie Automatisierungsinitiativen.

1. Um nachhaltig zu produzieren, müssen wir unseren Umgang mit Ressourcen – ob Material oder Energie – stetig verbessern. Effizienz und Nachhaltigkeit sind auf dem Shopfloor eng mitein­ander verzahnt: Das Stichwort für die ressourcenschonende industrielle Fertigung lautet deshalb Lean Management. Schlanke Produktionsprozesse sparen Ressourcen, reduzieren Ausschuss und schonen so die Umwelt.

2. Ressourcenverschwendung hat in der Fertigung viele Ursachen. Daher ist es wichtig, Prozesse auf dem Shopfloor ganzheitlich über einzelne Maschinen und Fertigungslinien hinweg zu betrachten: Kann beispielsweise die Abwärme eines Prozesses das Reinigungswasser für einen anderen aufheizen? Auch im Bereich der Infrastruktur oder Intralogistik findet sich Potenzial, um Ressourcen einzusparen. Die Frage ist immer: Wo sind die größten Optimierungspotenziale und wie erfolgt eine zeitnahe Umsetzung?

3. Digitalisierung ist der Enabler von nachhaltiger Produktion: Dank der Vernetzung des Shopfloors entsteht erst die notwendige Datentransparenz, um Ineffizienzen aufzudecken. Smarte Software überwacht dafür sämtliche Prozesse in Echtzeit und synchronisiert und analysiert ­Daten. Nicht nur neue Fabriken können so nachhaltig geplant werden, auch Bestandsmaschinen lassen sich ins digitale Zeitalter katapultieren: Intelligente Prozessüberwachung vermeidet Ausschuss und damit Ressourcen­verschwendung, und Predictive-Maintenance-Lösungen erhöhen die Langlebigkeit der Maschinen. Sind immer mehr Bereiche vernetzt, lassen sich anhand der Daten oft einfache Lösungen finden, Ressourcen einzusparen. Das Ergebnis überzeugt mit verbesserter Effizienz bei gleichzeitig minimiertem ökologischem Fußabdruck.

Nachhaltigkeit in der Fertigung: Material und Energie einsparen

1. Nachhaltigkeit wurde bereits 1713 als forstwirtschaftliches Prinzip definiert, nach dem nicht mehr Holz gefällt werden darf, als jeweils nachwachsen kann. Dieser Gedanke lässt sich auf die Fertigungsindustrie übertragen und umfasst dabei die drei Aspekte Energie, Materialien/Materialeinsatz und Logistik. Beim Thema Energie stehen energie­effiziente Prozesse sowie die Eigenerzeugung und der Bezug erneuerbarer Energien im Vordergrund.

Bei den Materialien beziehungsweise bei der Materialeffizienz geht es um die Vermeidung von Materialverlusten sowie Verwendung von Materialien mit hohem Sekundär- oder Recyclinganteil. Ebenso sollten hinsichtlich der Abbaubedingungen kritische Materialien und Gefahrstoffe vermieden werden. Und bei der Logistik sind die Nähe zum Kunden und der Rückgriff auf lokale Lieferanten wichtige Bestandteile für die Reduktion von Transporten.

2. Im Energiebereich lassen sich schnelle Erfolge erzielen durch die Bestimmung der Grundlast und der Hauptverbraucher. Dies ist ein wichtiger Schritt zur Vermeidung von Energieverschwendung. Druckluft, Stand-by-Betrieb und Beleuchtung sind häufige Kandidaten für Verbesserungen. Neben den Emissionen aus dem Energieverbrauch lässt sich der ökologische Fußabdruck durch die Umstellung auf Kühlmittel mit besserer Umweltverträglichkeit verbessern. Der größte Hebel jedoch liegt beim Prozess und Produktdesign: Werden die Produkte für eine optimierte Produktionstechnologie designt und für niedrigere Materialverbräuche ausgelegt, ist der ­Effekt am größten.

3. Die Digitalisierung ermöglicht durch die Bestimmung der Energiebedarfe der unterschiedlichen Fertigungsschritte eine neue Form der Transparenz und damit der zielgerichteten Optimierung. Bei Abweichungen vom Erwarteten lassen sich Korrekturmaßnahmen direkt einleiten.
Eine Vorab-Simulation und die Überwachung mittels Sensorik ermöglichen eine Produktion, die dichter am optimalen Produktionspunkt ist. Das führt zu einer besseren Auslastung der Maschinen, zu einer höheren Materialeffizienz und zu weniger Verschwendung.

1. Per se ist Produktion immer verbunden mit Ressourcenverzehr, das liegt in der Natur der Sache. Entscheidend ist aber, dass man diesen Verzehr bewusst angeht und jegliche Verschwendung identifiziert und beseitigt. Nachhaltigkeit ist aber ein deutlich größeres Feld, und hier spielen auch wirtschaftliche Robustheit und der Umgang mit den Beschäftigten hinein. Eine Produktion ist dann nachhaltig, wenn man sie nach Prinzipien ausrichtet, die auch morgen und übermorgen noch gelten.

2. Effizienz bedeutet, dass das Verhältnis von Nutzen zu Aufwand im Vordergrund steht. CO2-Reduzierung bietet sich für Unternehmen genau da an, wo man durch die Verringerung des Energieeinsatzes zugleich auch noch Kosten spart. Und mit kreativen Ansätzen kann man hier einiges erreichen. Angefangen von einer vollständigen Umstellung von Druckluftgeräten auf Elektro-Akku-Geräte über die Überprüfung von Heizleistungen in Lagerbereichen bis hin zur Reduzierung des Flächenbedarfs – all das sind Maßnahmen, die noch einen Kollateralnutzen in Bezug auf andere Zielgrößen eines Unternehmens bieten. Natürlich haben solche Maßnahmen Grenzen, und für eine zukunftsgerichtete Produktion, die die Reduzierung des ökologischen Fußabdruckes ernst nimmt, braucht es Investitionen, sei es in Form von Gebäudeausstattung oder verbrauchsarmen Prozessen.

3. Digitalisierung ist seit Jahrzehnten eine in der Produktion willkommene Erweiterung von Werkzeugen und Möglichkeiten zur Verbesserung der Zielerreichung. Natürlich bieten digitale Ansätze im Hinblick auf Verbrauchssteuerung und Energieeinsparung vielzählige Möglichkeiten, die man aber für jeden Anwendungsfall individuell bewerten muss.

1. Nachhaltigkeit in der Fertigung ist vor allem ganzheitlich. Für Unternehmen gilt, die gesamte Wertschöpfungskette mitzudenken, denn holistisches Carbon-Management umschließt alle Prozessstufen – angefangen bei der Produktentwicklung, Ressourcen- und Lieferantenplanung sowie Produktionsplanung und -steuerung, bis hin zur Bereitstellung am Werkstor und der späteren Nutzung. Ökonomisch nachhaltig ist eine Produktion außerdem dann, wenn Maßnahmen, die die Klima­neutralität fördern, auch wirtschaftlich rentabel sind, zum Beispiel durch Innovationen oder Ressourceneinsparungen.

2. Das Carbon-Management von Unternehmen erfolgt in drei Schritten: track, avoid, compensate. Daher müssen beim CO2e-Tracking erst die Verursacher der Treibhausgase transparent und nachweisbar ermittelt werden, um in folgenden Analysen durch automatisierte Datenerfassung Einsparpotenziale ressourcenschonend und zuverlässig zu identifizieren. Im Zuge dessen muss Nachhaltigkeit auch als Treiber für (Co-)Innovationen erkannt werden, denn kreative und zukunftsfähige Projekte machen hier den Unterschied. Wenn sich CO2e dennoch nicht weiter einsparen lässt, kann man entstandene Emissionen durch den Erwerb von Zertifikaten kompensieren.

3. Digitalisierung und Nachhaltigkeit in der Fertigung gehen Hand in Hand. Die Digitalisierung ermöglicht Datentransparenz und -auswertungen sowie damit einhergehend die Fähigkeit, die aus Daten gewonnenen Erkenntnisse in Aktionen und Maßnahmen umzusetzen. Diese unterstützen Unternehmen dabei effizienter, schneller und intelligenter zu werden sowie CO2e zu tracken, zu reporten und außerdem gesetzliche Pflichten umzusetzen. Zur Ableitung passender Vermeidungsmaßnahmen eignen sich intelligente Technologien auf Basis von künstlicher Intelligenz (KI). Auch bei der Prozess­optimierung helfen Tools wie digitale Zwillinge oder virtuelle Simulationen dabei, Ressourcen zu schonen und relevante Aspekte bereits in der Entwicklung zu berücksichtigen.

Unsere Fragen an die Experten

1. Das Thema Nachhaltigkeit fordert uns alle neu heraus – auch bei vielen Unternehmen der Fertigungsindustrie steht das Thema ganz oben auf der Agenda. Was zeichnet eine nachhaltige Produktion aus?
2. Wie können Unternehmen ihren ökologischen Fußabdruck am effizientesten verringern?
3. Welche Rolle spielt die Digitalisierung bei der Nachhaltigkeit in der Fertigung?

1. Eine nachhaltige Produktion muss mehr als nur ökonomisch optimiert sein. Unter der Überschrift Pöppelmann Blue liegt unser Fokus vor allem auf den Themen Ressourcen- und Klimaschutz. Beides erreichen wir bei unseren Produkten mit Hilfe des Eco-Designs durch konsequente Gewichtsreduzierung (Reduce), das Denken in Materialkreisläufen durch Mehrweglösungen (Reuse) sowie den Einsatz von Rezyklaten und recyclinggerechtes Design (Recycle). In der Produktion unterstützen uns ein konsequentes Umwelt- und Energiemanagement dabei, Ressourcen zu sparen. Aktuell erarbeiten wir hier zusätzlich konkrete Ziele für die Reduktion unserer Treibhausgas­emissionen.

2. Die Grundlage für die Reduzierung des ökologischen Fußabdrucks eines Unternehmens ist das genaue Wissen um die wesentlichen Einflussfaktoren und das jeweilige Einsparpotenzial. Auf dieser Basis müssen sinnvolle Ziele definiert und verfolgt werden. Für uns als Kunststoffverarbeiter sind die größten Hebel unser Energieverbrauch und die Materialauswahl. Insbesondere durch die Nutzung von PCR-­Rezyklaten, die aus gebrauchten Kunststoffprodukten hergestellt werden, können wir primäre Ressourcen und unser Klima schützen.

3. Die Digitalisierung ist das zentrale Werkzeug, um Nachhaltigkeitsziele in der Produktion effektiv zu erreichen. Durch die geschaffene Transparenz können Ressourcen effizient und verantwortungsbewusst einsetzt werden. Die Digitalisierung der Produktion ermöglicht uns, die anfallenden Daten im Materialkreislauf zu nutzen, um Ausschussquoten, Energieeinsatz und Materialqualität zu optimieren.

1. Um Produktion nachhaltiger zu gestalten, spielen drei Faktoren eine zentrale Rolle: Transparenz der Daten, umfassender Einsatz von Digitalisierung und niedriger Energie- und Ressourcenverbrauch. Die Basis für eine wirksame Nachhaltigkeitsstrategie in der Produktion ist die Transparenz von verlässlichen Daten zu Materialien, Komponenten, Prozessen und zum Energieverbrauch, um zum Beispiel die CO2-Werte in der Produktion und der Produkte quantifizieren zu können. Eine durchdachte, vertikal integrierte IoT-Lösung mit Software, Automatisierung und Sensoren, ist hierfür entscheidend. Sie ermöglicht uns, die im Fertigungsprozess entstehenden Daten zu erfassen, zu analysieren und anschließend die Ergebnisse im Sinne der Nachhaltigkeit zu nutzen. Der zweite große Hebel für eine nachhaltige Produktion ist der umfassende Einsatz von Digitalisierung. Sie ermöglicht eine auf Nachhaltigkeitsgesichtspunkte ausgerichtete Produktionsgestaltung. Durch den Einsatz von digitalen Zwillingen lassen sich Produkteigenschaften, Engineering und Produktionsprozesse bereits in der virtuellen Welt simulieren und optimieren. Wenn wir entsprechende Verbesserungspotenziale identifiziert haben, geht es im dritten Schritt darum, die eingesetzten Ressourcen klug und sparsam einzusetzen. Das gilt für die Energie, die im Produktionsprozess eingesetzt wird, ebenso wie für die Art und Menge der eingesetzten Rohstoffe und Materialien.

2. Ein großer und wichtiger Hebel für Nachhaltigkeit in der Fertigung und einen geringen ökologischen Fußabdruck in produzierenden Unternehmen ist die effiziente Nutzung von elektrischer Energie und damit indirekt die Einsparung von CO2. Hierzu eine Zahl: Rund 70 Prozent der in der Industrie umgewandelten elek­trischen Energie wird zum Betrieb von elektrischen Motoren verwendet. Daran wird deutlich, dass Energieeffizienz in der industriellen Fertigung eine immens wichtige Rolle zum Erreichen einer nachhaltigen Produktion spielt. Mit Hilfe von intelligenten und integrierten Antriebstechnologien lassen sich hierbei Energieeinsparungen von bis zu 30 Prozent erzielen. Eingebettet in maßgeschneiderte Digitalisierungslösungen können sogar Einspar­potenziale von bis zu 60 Prozent erreicht werden.

3. Digitalisierung ist die entscheidende Technologie, um Daten einer Produktion transparent zu machen. Dazu ist es erforderlich, dass alle relevanten Datenlieferanten im Produktionsprozess und auf dem Shopfloor – also Geräte, Anlagen und Maschinen – an eine edge- oder cloud-basierte IoT-Landschaft angeschlossen werden. Umfassende Konnektivität ist ein wichtiger Schritt in Richtung einer nachhaltigen Produktion. Mit Hilfe von Software-Applikationen lassen sich anschließend die Produktionsprozesse hinsichtlich ihrer Umwelteffizienz analysieren und so Handlungsempfehlungen für Opti­mierungen wie Energieeinsparungen und die Verkürzung von Materialdurchlauf- oder Produktionszeiten ableiten.

Transparenz, Koordination und Bewusstsein schaffen

1. Die Natur ist unser aller Lebensgrundlage, auch die der kommenden Generationen. Weil ihre Ressourcen begrenzt sind, dürfen wir sie nur in einem verträglichen Maß beanspruchen. Eine nachhaltige Produktion bedeutet deshalb, verantwortungsvoll mit den natürlichen und sozialen Ressourcen umzugehen und gleichzeitig wirtschaftlich leistungsfähig zu bleiben.

2. Unternehmen müssen Maßnahmen umsetzen, um Schadstoffemissionen wo immer möglich zu vermeiden und, wo es nicht ohne geht, diese so weit wie möglich zu verringern. Sinn­volle und geeignete Maßnahmen unter­stützen Konzepte und Strategien für die Kreislaufwirtschaft, die Vermeidung von Abfall und Verschwendung sowie den Einsatz von recycelbaren Materialien. Außerdem können Unternehmen ihre Produkte nach ökologischen Gesichtspunkten weiterentwickeln und offen sein für neue Geschäftsmodelle wie Products as a Service (PaaS).

3. Die Digitalisierung spielt eine zentrale Rolle bei der Nachhaltigkeit in der Fertigung, denn sie ermöglicht die notwendigen Werkzeuge. Hierzu zählen nicht nur Tools für nachhaltiges Produkt­design, sondern auch leistungsfähige Produktkonfiguratoren. Denn sie ermöglichen es, bereits bei der ­Lösungsfindung den Kunden nachhaltige Produkte und Optionen vorzuschlagen und deren Ökobilanz transparent zu machen. Außerdem können Konfiguratoren nach der Konfiguration gültige und vor allem nachhaltigere Lösungen anbieten. Und drittens stellen sie kundenspezifische Lösungen nicht nur fehlerfrei zusammen. Produktkonfiguratoren können maßgeschneiderte kundenspezifische Lösungen auch hinsichtlich relevanter Nachhaltigkeitsaspekte, zum Beispiel dem Energieverbrauch oder der Umweltbilanz, optimieren und diese Daten im Vertriebsprozess bereitstellen. Diese Informationen sind künftig nicht nur schmückendes Beiwerk, sondern aufgrund regulatorischer Vorgaben zwingend notwendig.

1. In der Tat ist es eine Herausforderung die Themen Effizienz, Resilienz und Nachhaltigkeit in der Produktion unter einen Hut zu bekommen. Es reicht eben nicht aus, ‚nur‘ den CO2-Fußabdruck zu reduzieren. Eine nachhaltige Produktion deckt neben der CO2-neutralen Fertigung (Zero Emissions) auch die Bereiche ‚schonender Ressourceneinsatz‘ (Zero Waste) und ‚Umgang mit Mitarbeitenden‘ (Zero Inequality) mit ab. Die 17 Global Goals der UN geben auch hierfür ein gutes Leitbild ab, um eine Produktion wirklich nachhaltig umzusetzen.

2. Das altbekannte ‚Verschwendung vermeiden‘ ist auch im Sinne der Nachhaltigkeit ein wichtiger Grundsatz. Denn von bestimmten Ressourcen weniger zu verbrauchen, also weniger schlecht zu sein, heißt ja nicht gleichfalls ‚gut‘ zu sein. Am effizientesten ist es, eine Ressource überhaupt nicht zu verwenden, also eliminieren, reduzieren und was dann noch übrig bleibt kompensieren. Auch beim Thema Wiederverwendung von sauber trennbaren Materialien liegt noch viel Potenzial – bis zu dem Punkt, dass ‚Abfall‘ als ‚Material‘ gesehen wird, aus dem wieder etwas Neue entstehen kann (Cradle2Cradle).

3. Damit grüne Aktivitäten und Nachhaltigkeit in der Fertigung nicht im blinden Aktionismus enden – und gut gemeint ist nicht immer gut gemacht – bedarf es einer Transparenz über das Ziel und über den Weg dorthin. Daten auf diesem Weg helfen, den richtigen Weg zu gehen. Die Digitalisierung bringt Daten über den gesamten Wertschöpfungsprozess zusammen. Nur so lässt sich aus dem digitalen Fußabdruck auch ein korrekter ökologischer Fußabdruck bestimmen. Process Mining beispielsweise kann aufzeigen, wie die Prozesse tatsächlich verlaufen und wie oft ein Produkt wirklich in der Nacharbeitsschleife war. Wenn ‚grün‘ also nicht nur für den Geschäftsbericht optimiert werden soll, sondern echte Veränderung gefragt ist, führt kein Weg an digitaler Transformation vorbei.

1. In der metallverarbeitenden Industrie gibt es noch keine allgemeinverbindliche Definition für eine nachhaltige Produktion. Bei Walter haben wir uns eigene Ziele gesetzt, orientiert an internationalen Benchmarks und den von der Politik formulierten Klimazielen. Bis 2030 wollen wir die CO2-Emissionen des Unternehmens halbiert und unsere Prozesse weitgehend auf Kreislaufwirtschaftssysteme umgestellt haben. Walter fokussiert sich nicht nur auf Einzelmaßnahmen, wie dem Einsatz von energiesparenden LED-Leuchten, sondern wir bauen unsere Prozesse ganzheitlich um – von der Produktentwicklung und Produktionsplanung bis hin zu Logistik und Reconditioning. Dass wir auf einem guten Weg sind, zeigt die EcoVadis-Goldmedaille 2021: Walter gehört demnach unter die Top-1-Prozent der Unternehmen der Branche und zu den Top-6-Prozenz aller von EcoVadis weltweit bewerteten Unter­nehmen.

2. Unternehmen müssen zuerst ihren ökologischen Fußabdruck kennen und die entsprechenden Potenziale identifizieren. Der Energie­verbrauch lässt sich grundsätzlich leicht messen und oftmals mit überschaubaren Maßnahmen reduzieren. Wirklich effektiv reduzieren lässt sich der CO2-Fußabdruck bei Walter durch den weitgehenden Umstieg auf eine Kreislaufwirtschaft: Wir arbeiten konsequent daran, den Ressourceneinsatz und die Abfallproduktion, Emissionen und Energieverbräuche durch das Verlangsamen, Verringern und Schließen von Energie- und Materialkreisläufen zu minimieren. Dazu gehört auch, dass wir neue Produkte so entwickeln, dass sie deutliche Steigerungen der Produktivität und/oder der Standzeit erreichen.

3. Nur weitgehend digitalisierte und vernetzte Prozesse machen es überhaupt möglich, ein realistisches Bild von Energieverbräuchen zu bekommen – an der einzelnen Maschine bis hin zum Werksgelände. Und sie sind zentral für die Optimierung oder komplette Neugestaltung von Prozessen und das Monitoring.

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