Im Dialog für eine sichere und nachhaltige Versorgung mit Metallen und Industriemineralen aus sekundären Rohstoffquellen

Deutschlands Versorgung mit Sekundärrohstoffen wird zukünftig weiter an Bedeutung gewinnen. So kann mit dem Recycling von Rohstoffen nicht nur Deutschlands Abhängigkeit von Rohstoffimporten reduziert, sondern auch eine Reduktion der Treibhausgasemission für den Klimaschutz erreicht werden.

Im Dialog mit Industrie, Wissenschaft und Verwaltung werden im Rahmen der Dialogplattform Recyclingrohstoffe Handlungsoptionen mit dem Ziel entwickelt werden, die sichere und nachhaltige Versorgung der deutschen Industrie mit Metallen und Industriemineralen aus sekundären Rohstoffquellen zu verbessern. Hierdurch kann Deutschlands Wettbewerbsfähigkeit und Innovationsführerschaft gestärkt und die Erreichung des im Klimaschutzgesetz festgeschrieben Treibhausgasminderungsziels forciert werden.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) hat die Deutsche Rohstoffagentur (DERA) in der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) mit der Durchführung der Dialogplattform Recyclingrohstoffe beauftragt. Die Geschäftsstelle der Dialogplattform wird von DERA und acatech, als wissenschaftlicher Partner, geleitet.

Wiederverwertung von Altteilen: Eine künstliche Intelligenz ebnet den Weg

Im September 2019 startete das Verbundprojekt EIBA (Sensorische Erfassung, automatisierte Identifikation und Bewertung von Altteilen). Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Systems, das Daten von (defekten) Altteilen erfasst und deren Zustand mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) im Hinblick auf eine industrielle Wiederinstandsetzung (Remanufacturing) bewertet.

Derzeit ist der Identifikations- und Bewertungsprozess im Remanufacturing weitgehend manuell. Denn bis vor kurzem erschien dieser Prozess noch zu komplex für eine automatisierte Datenverarbeitung: Produktnummern sind auf gebrauchten Teilen kaum lesbar oder nicht vorhanden, jedes zurückgegebene Teil sieht aufgrund von Verschmutzung, Korrosion und weiterer Gebrauchsspuren einzigartig aus und außerdem gibt es eine Vielzahl von fast identisch aussehenden Versionen für jedes einzelne Produkt. Als Folge dessen können Altteile in einigen Produktgruppen zwar manuell bewertet werden, dabei stehen den Fachkräften aus ökonomischen Gründen jedoch nur wenige Sekunden Zeit zur Verfügung und der Prozess ist fehleranfällig. Im Allgemeinen ist Remanufacturing in Produktklassen mit relativ geringen Produktwerten bislang aufgrund des geringen Automatisierungsgrad wirtschaftlich kaum rentabel.

Künstlichen Intelligenz eröffnet nun neue Möglichkeiten. Das Projekt EIBA erforscht den Einsatz von digitaler Sensorik und KI zur Verbesserung der Identifikation und Fehlererkennung von Gebrauchtteilen im Remanufacturing. Sensorisch erfasste Daten werden mit Hilfe von künstlicher Intelligenz in Kombination mit weiteren Informationen ausgewertet und zu einer Entscheidungsempfehlung formuliert.

Das Forschungsprojekt soll einen Beitrag dazu leisten, dass Remanufacturing attraktiver wird. Die Nutzung des KI-Systems soll einerseits die Fehlerquote bei der Identifikation und Bewertung der Gebrauchteile reduzieren und andererseits Remanufacturing für ein erweitertes Produktspektrum rentabel machen. Damit wird ein wichtiger Beitrag zur Kreislaufschließung durch digitale Technologien geleistet.

Die Kraft mittelständischer Unternehmen für eine Circular Economy in Deutschland nutzen

Klimakrise, Artensterben und Plastik in den Weltmeeren zeigen uns, dass wir unseren Umgang mit natürlichen Ressourcen dringend verändern müssen. Das Konzept der Circular Economy hat das Potenzial, einen systemischen Wandel anzuleiten, der uns als Gesellschaft dazu befähigt innerhalb unser planetaren Grenzen zu wirtschaften.

Eine Circular Economy ermöglicht es Unternehmen, neue, nachhaltige und zukunftsorientierte Geschäftsmodelle zu entwickeln. Für den Erfolg dieses gewünschten Transformationsprozesses ist allerdings von zentraler Bedeutung, dass zirkuläre Geschäftsmodelle nicht nur durch einige wenige Pioniere aufgegriffen werden, sondern durch eine umfassende Marktdurchdringung auch in der Breite diffundiert werden.

Gerade in Deutschland spielen mittelständische Unternehmen bei diesem Transformationsprozess eine entscheidende Rolle: Denn als Rückgrat der deutschen Wirtschaft können sie aufzeigen, wie eine erfolgreiche Umsetzung funktioniert, und damit im Sinne eines Katalysator-Effekts den Übergang zum zirkulären Wirtschaften  ermöglichen und beschleunigen.

Mit dem Projekt Circular Economy Card Deck für Business Model Workshops (CE-CA-WO), haben sich acatech, der WWF Deutschland und die Johannes Kepler Universität Linz, unter der Förderung der Deutschen Bundestiftung Umwelt (DBU), zum Ziel gemacht, mittelständische Unternehmen über die wichtigsten Inhalte einer Circular Economy und zirkulärer Geschäftsmodelle zu informieren und sie zu befähigen, ihre bisherigen Geschäftsmodelle im Sinne eines zirkulären Wirtschaftens auf den Prüfstand zu stellen und diese auf Zirkularität auszurichten.

Eine Roadmap für eine zukunftsfähige Kreislaufwirtschaft in Deutschland

Die Circular Economy Initiative Deutschland (CEID) hat ein klares Ziel vor Augen: eine Roadmap für eine zukunftsfähige Kreislaufwirtschaft in Deutschland. Akteure aus Wirtschaft, Wissenschaft und Zivilgesellschaft arbeiteten in der Initiative gemeinsam an dieser Mission, indem sie neue Wege in eine zirkulare Wirtschaft aufzeigen.

Die Förderung für das Projekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bereitgestellt. Die Initiative wird unter der Federführung von acatech und in Kooperation mit SYSTEMIQ durchgeführt.

In interdisziplinären und branchenübergreifenden Arbeitsgruppen erörterten rund 130 Expertinnen und Experten, wie zirkuläre Wirtschaftssysteme ermöglicht und umgesetzt werden können. Dazu untersuchten sie mögliche Anwendungsfelder und diskutierten, welche Rahmenbedingungen zu einer erfolgreichen Umsetzung führen könnten. Die CEID definierte Ziele für diesen Veränderungsprozess und fokussierte folgende Themen:

• Zirkuläre Geschäftsmodelle und digitale Technologien als Innovationstreiber

• Neue Wertschöpfungsnetzwerke für Batterien und Verpackung

• Rahmenbedingungen für eine zirkuläre Transformation und Bemessung ökologischer und ökonomischer Circular-Economy-Potenziale

Aus den Erkenntnissen und Ergebnisberichten der CEID Arbeitsgruppen wurden Empfehlungen und Gestaltungsoptionen abgeleitet, in Form der Circular Economy Roadmap für Deutschland synthetisiert und in einer konsolidierten Stellungnahme mit gesamtgesellschaftlichem Gestaltungsanspruch zusammengefasst. Die Roadmap wurde am 11. Mai 2021 veröffentlicht und offiziell an das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) übergeben.

Hintergrund

Das Konzept der Bioökonomie hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen, da es zur Bewältigung globaler Herausforderungen wie Klimaschutz, Ressourceneffizienz und Nahrungsmittelversorgung beitragen kann. Es spielt somit eine Rolle bei der Erreichung der Nachhaltigkeitsziele, „Sustainable Development Goals“ (SDG) der Vereinten Nationen, die diese im Rahmen ihrer Agenda 2030 im Jahr 2015 formuliert haben. Dies spiegelt sich auch in nationalen Strategien viele Länder wider – wie etwa der „Nationalen Bioökonomie-strategie“ der Bundesregierung vom Januar 2020. Auch Bundesländer haben oder entwickeln eigene Strategien.

Unter Bioökonomie wird im Allgemeinen die Transformation von einer auf fossilen Rohstoffen basierenden Wirtschaftsweise hin zu einer biobasierten, nachhaltigen Wirtschaftsweise verstanden. Nachwachsende Rohstoffe aus Forst-, Land- und Meereswirtschaft bilden somit eine entscheidende Grundlage der Bioökonomie. In einer weiter gefassten Definition zähIen hierzu auch das Wissen über biologische Prinzipien und Strukturen sowie deren Übertragung und Nutzbarmachung für andere (Technik)-Bereiche.

Das Hauptprodukt der Forstwirtschaft ist Holz, das nach Masse und Volumen der bedeutendste nachwachsende Rohstoff weltweit ist. Die stoffliche Nutzung von Holz hat eine sehr lange Tradition. Das Cluster Forst und Holz ist für Deutschland von großer wirtschaftlicher Bedeutung und trägt insbesondere im ländlichen Raum zu Wertschöpfung und Beschäftigung bei – Massivholz für den Holzbau, Holzwerkstoffe zum Beispiel in der Möbelindustrie oder die Papier- und Zellstoffherstellung. Neben diesen klassischen Produkten gilt es auch innovative Anwendungsfelder voranzubringen, die zu einer Diversifizierung und gegebenenfalls höheren Wertschöpfung beitragen können: Zu nennen sind der verstärkte Einsatz von Holz in Verbund- und Leichtbau wie zum Beispiel im Transportbereich oder in Bioraffinerien. Hierbei entstehen aus Lignocellulose Grundchemikalien. Durch die Substitution fossiler und energieintensiv hergestellter Materialien wie Stahl oder Verpackungen auf Petrochemie-Basis kann Holz einen Beitrag zum Klimaschutz leisten.

Angesichts einer sich verändernden Zusammensetzung der Wälder hin zu einem größeren Mischwaldanteil wird bereits heute der vermehrte stoffliche Einsatz von Laubholz untersucht. Aber auch Prozesseffizienz sowie die mehrfache stoffliche Nutzung in sogenannten Kaskaden spielen angesichts begrenzter Ressourcen eine wichtige Rolle. Digitalisierung, Künstliche Intelligenz, Additive Fertigung und Designwissenschaften können Produkt- und Prozessentwicklung im Hinblick auf Simulation oder Wiederverwendbarkeit unterstützen. Dies befördert den Austausch über Sektorengrenzen hinweg in Wertschöpfungsnetzwerken, sichert zukunftsträchtige Arbeitsplätze auch im ländlichen Raum und kann zu einer kreislauforientierten Bioökonomie beitragen.

Making Circular Economy Count – Was man nicht messen kann, kann man nicht managen

In den letzten fünf Jahren haben Wirtschaftsführer und politische Entscheidungsträger dem Konzept der Circular Economy (Kreislauwirtschaft) immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Es stellt eine mögliche Lösung dar, um eine absolute Ressourcenreduzierung zu erreichen, indem das Wirtschaftswachstum vom nicht nachhaltigen Ressourcenverbrauch abgekoppelt und gleichzeitig die Widerstandsfähigkeit gegen künftige Pandemien und die Auswirkungen des Klimawandels erhöht wird.

Da das Zeitfenster für systemische Veränderungen immer kleiner wird, müssen die politischen Entscheidungsträger die Fortschritte auf dem Weg zu einer Circular Economy auf nationaler Ebene messen, um den Übergang von einer linearen zu einer zirkulären Wirtschaft wirksam zu steuern. Der von der SUN-Stiftung geförderte und von acatech und SYSTEMIQ herausgegebene Bericht Making The Circular Economy Count bewertet den aktuellen Stand von Forschung und Praxis zu Circular Economy (CE) Metriken.

Der Bericht soll politischen Entscheidungsträgern die Möglichkeit geben

• die bestehenden CE-Metriken zu überprüfen;

• die nationalen Fortschritte bei der Umstellung auf die Kreislaufwirtschaft anhand einer Reihe von Messgrößen zu bewerten; und

• zu verstehen, warum die nationale Überwachung durch standardisierte Berichtsmechanismen ergänzt werden sollte, um die Ressourcenströme auf Unternehmensebene zu bewerten.

Der Bericht kommt zu dem Schluss, dass eine praktische und praktikable Reihe von CE-Metriken angewandt werden kann, um nationale politische Entscheidungsträger bei der Steuerung des Übergangs sowie bei der Bewertung zu unterstützen, ob die richtigen Entscheidungen für die zukünftige Entwicklung einer Circular Economy getroffen wurden.

München, 3. Dezember 2019

Die Natur ist Impulsgeber und Inspirationsquelle für die Herstellung neuer Materialien. Ein Projekt von acatech, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wurde, beleuchtet das Innovationspotenzial biologisch inspirierter Materialien – von Chemie und Energie über Medizin und Robotik bis hin zu Kunst und Design. In einem heute veröffentlichten Diskussionspapier wird deutlich: Bioinspirierte Material- und Werkstoffe haben das Potenzial, den deutschen Forschungs- und Technologiestandort in den nächsten Jahren maßgeblich zu prägen. Es gilt die international sehr gute Position Deutschlands auf diesem Gebiet in industrielle Wertschöpfung umzusetzen.

Von Materialien, die sich perfekt an ihre Umgebung anpassen, über innovatives Design mit Faserstrukturen bis hin zu natürlichen Farbstoffen aus Zellulose: Wenn biologische Materialien, Syntheseprozesse und Systeme verstanden, modifiziert und technisch weiterentwickelt werden, eröffnen sie Raum für Innovationen und können zur Ressourcenschonung beitragen. Effizientere Materialsynthese und materialsparende Werkstoffproduktion, recycelbare oder biologisch abbaubare Produkte, intelligente, das heißt selbstreparierende und sich adaptierende Materialien, zum Beispiel für den medizinischen Bereich, verdeutlichen die breite Palette an Anwendungsmöglichkeiten.

acatech Mitglied und Projektleiter Peter Fratzl, Direktor am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung (MPIKG) erläutert: „Dass die Natur als Impulsgeber für technische Entwicklungen in Erscheinung tritt, ist nicht neu. Das Potenzial ist aber bei weitem nicht ausgeschöpft. In der Natur werden komplexe Strukturen auf effiziente Weise mit wenigen Bausteinen produziert, die über unterschiedliche Funktionen und Adaptionseigenschaften verfügen. Wenn wir diese natürlichen Mechanismen immer besser verstehen und technisch weiterentwickeln, können zum Beispiel Materialien entstehen, die bereits von Beginn an Informationen über die spätere Nutzung enthalten – wie zum Beispiel selbstheilender Beton.“