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

2 1 1 Die Referenten

2 1 2 Der Vortrag vergangene Woche – VDMA

• Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit: das Beispiel Blue Competence

• Als Mitgliedsunternehmen: Schumacher Precision Tools

2 1 3 Heute: Universität Stuttgart – Prof. Dr. Bauernhansl

• Nachhaltige Produktion: Status und Herausforderungen

2 1 3 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

2 1 4 Nachhaltigkeit in der Produktion

2 1 4 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

2 1 4 Redundanzfreie Datenübertragung

2 1 4 Anstieg der Anforderung an Fachkräfte

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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

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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.

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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;

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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. “

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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-dung Abfall

W e r t s c h ö p f u n g

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Die Ultraeffizienzfabrik Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz

Energie

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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

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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

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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

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Die Ultraeffizienzfabrik Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz

Material

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Die Materialwende in der Produktion Kreislaufwirtschaft statt Downcycling

Nutzung von Ersatzstoffen unerschöpflich nachwachsend

Wertschöpfung in Kreisläufen technologisch ökologisch

Ganzheitliche Gestaltung im Produktlebenszyklus

Planung von Nutzungskaskaden

Verlängerung von Nutzungsphasen

Zero-Waste-Produktionstechnologien

100% des Materials im Produkt

Kurze, hybride Prozessketten 1 Bildquelle: www.rittweger-team.de/

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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.

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Die Ultraeffizienzfabrik Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz

Neue Recyclingverfahren

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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)

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Die Ultraeffizienzfabrik Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz

Personal

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

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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

Überschuss 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.

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Die Ultraeffizienzfabrik Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz

dispositive Faktoren / IT

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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

IND

US

TR

IE 4

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Cyber-physische Systeme

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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

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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

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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