Nachhaltige Produktion, Kreislaufwirtschaft und ... · Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) ... M. Sc. Andreas Rudi M. Sc. Tobias Zimmer Forschungsschwerpunkte

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Nachhaltige Produktion, Kreislaufwirtschaft und Ressourceneffizienz

Herausforderungen und zukünftige Bedürfnisse

Prof. Dr. Frank Schultmann

Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)

Bildquelle: Eigene Darstellung und http://www.forcycle.de/sites/default/files/konzept_stoffgeschichten_1200.png

2 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)

IIP/DFIU

Lehrstuhl für Betriebswirtschaftslehre, insb. Produktionswirtschaft und Logistik (Prof. Dr. Frank Schultmann) Techno-ökonomische Analysen industrieller Wertschöpfungsketten Lehrstuhl für Energiewirtschaft (Prof. Dr. Wolf Fichtner) Techno-ökonomische Analysen entlang der gesamten energetischen Wertschöpfungskette Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (Prof. Dr. Frank Schultmann, Prof. Dr. Wolf Fichtner) Analyse deutsch-französischer Fragestellungen im Umweltbereich in interdisziplinären Teams


Lehrstuhl für Betriebswirtschaftslehre, insb. Produktionswirtschaft und Logistik

  Projekt- und Ressourcenmanagement in der bebauten Umwelt (Dr.-Ing. Rebekka Volk)

  Risikomanagement

(Dr. Marcus Wiens)   Nachhaltige Wertschöpfungsketten

(Dr.-Ing. Simon Glöser-Chahoud)   Think Tank industrielle Ressourcenstrategien

(Dr. Marina Maier)


Weltweite Rohstoffentnahme

Source: Material extraction data from UNEP (forthcoming in 2016b), GDP data from UNSD (2015)


Weltweit steigende Anzahl an Rohstoffen

Quelle: Materials critical to the energy industry, UNIA, BP 2014


Source: TRU group

Neue Produkte und Ressourcennachfrage Beispiel Lithium


Rücklauf von Produkten und –komponenten Beispiele aus Deutschland

§  Gebäude: 300 Millionen Tonnen/Jahr n Altautos: 3,3 Millionen/Jahr

§  Elektrische und elektronische Produkte: n Batterien: 1 Milliarde/Jahr 1,8 Millionen Tonnen/Jahr


Ressourceneffizienz Potentiale und wirtschaftliche Auswirkungen

Quelle: G7-UNEP/IRP-Report „Resource Efficiency: Potential and Economic Implications”

Reduktion der globalen Ressourcen-entnahme um bis zu 28% bis 2050

With concerted action, there is significant potential for increasing resource efficiency, which will have numerous benefits for the economy and the environment.


Künftige Herausforderungen Trends

  Produkte: Flexibilisierung, demand-driven-production

  Kürzere Produktlebenszyklen, höhere Variantenvielfalt, Individualprodukte

  Beschaffung/Absatz: Einbeziehung neuer Märkte, Globalisierung

  Schwellenländer, Wachstumsmärkte, Economies in Transition, Ressourcenverfügbarkeit, …

  Wertschöpfung: Künftig vermehrt „hybrid“ (Sachgüter- und Dienstleistungsproduktion)

Mega-Trends


Vom Massen- zum Individualprodukt? “Mass Customization“ oder “Manufaktur“?

Quelle: Architektur in Dresden, 07/2003


Vom Individual- zum Massenprodukt? Neue Produktionsstrategien für Gebäude

Unit housing system of Sekisui Chemical Co. Ltd, Japan

Quelle: Nakamura, Y.; Suzuki, Y. (2005): Establishment of sustainable housing supply system, in: Proceedings of The 2005 World Sustainable Building Conference (SB05), Tokyo, Japan, 27.‑29.9.2005


Künftige Herausforderungen Trends

  Produkte: Flexibilisierung, demand-driven-production

  Kürzere Produktlebenszyklen, Höhere Variantenvielfalt, Individualprodukte

  Beschaffung / Absatz: Einbeziehung neuer Märkte / Globalisierung

  Schwellenländer, Wachstumsmärkte, Economies in Transition, Resourcenverfügbarkeit, …

  Wertschöpfung: Künftig vermehrt „hybrid“ (Sachgüter- und Dienstleistungsproduktion)

Mega-Trends

  Klimawandel

  Ressourcenverbrauch/-verknappung

  Digitalisierung

Zentrale Herausforderung für die Produktion: Nachhaltige Produktionssysteme

  „Nachhaltige Entwicklung ist eine Entwicklung, die den Bedürfnissen der heutigen Generation entspricht, ohne die Möglichkeit künftiger Generationen zu gefährden, ihre eigenen Bedürfnisse zu befriedigen.“ (Brundlandt Kommission, 1987)


Standard: Durchlaufwirtschaft zur Kreislaufwirtschaft

Ausmusterung Produktnutzung Ressourcen- entnahme Produktion


Die Zukunft: Von der Durchlaufwirtschaft zur Kreislaufwirtschaft

Vermeidung/ Recycling

industrieller Abfälle zur Verwertung

Baugruppen, Bauteile, Werkstoffe

Produktions- abfälle

Vermeidung/ Verminderung

luftgängiger Emissionen

Ausmusterung Produktnutzung Ressourcen- entnahme Produktion

Redistribution, Demontage, Recycling

Altprodukte/ Altstoffe

Aufarbeitung von

Komponenten/ Ersatzteile Baugruppen,

Teile

Closed-Loop Supply Chains / Value Chains   “Circular Economy“   …


Supply chain management ”Supply chain management is a set of approaches utilized to efficiently integrate suppliers,

manufacturers, warehouses, and stores, so that merchandise is produced and distributed at

the right quantities, to the right locations, and at the right time, in order to minimize

systemwide costs while satisfying service level requirements.”

(Simchi-Levi et al., 2003)

Closed-Loop Supply Chains (CLSC) “Supply chains that are designed and operated to consider the processes required for returns of products, in addition to the traditional forward processes” In particular

n the acquisition and n the return flows of products, n recovery, reuse and recycling activities, n the distribution of the collected products and recovered components within the supply chain (reverse logistics)


Strategische Planungsaufgaben: Prognose des Mengenaufkommens und der Zusammensetzung rückzunehmender Produkte / Etablierung von Rücknahmesystemen Bestimmung wiederverwertbarer Stoffe und Substitute Bewertung neuer (Recycling)Technologien, Design von integrierten Produktions- Recycling und Logistiksystemen Aufbau (globaler) Netzwerke und Planung von Produktions- und Recyclingstandorten Design robuster und wiederstandsfähiger Wertschöpfungsketten Investitionsplanung für Recyclingfabriken und ”grünen” Technologien

Taktisch und operative Planungs- und Koordinierungsaufgaben: Logistikplanung einschließlich der Sammlungs- und Rückführlogistik (“reverse logistics”) Bereitstellungsplanung von Sekundärprodukten bzw. aufbereiteten Stoffen („master production scheduling”) Qualitätssicherung der aufzuarbeitenden Produkte Nutzung bestehender Produktions- und Logistiksysteme zur Beschaffung, Produktion, Distribution, Absatz, Redistribution, Aufbereitung Abstimmung und Steuerung bestehender Produktions- und Logistiksysteme auf kurzfristig veränderbare Einflussgrößen

Kreislauforientierte und ressourceneffiziente Wertschöfpungsketten


Strategische Planungsaufgaben: §  Prognose des Mengenaufkommens und der Zusammensetzung rückzunehmender Produkte /

Etablierung von Rücknahmesystemen §  Bestimmung wiederverwertbarer Stoffe und Substitute §  Bewertung neuer (Recycling)Technologien, Design von integrierten Produktions-, Recycling und

Logistiksystemen §  Aufbau (globaler) Netzwerke und Planung von Produktions- und Recyclingstandorten §  Design robuster und wiederstandsfähiger Wertschöpfungsketten §  Investitionsplanung für Recyclingfabriken und ”grüne” Technologien

Taktisch und operative Planungs- und Koordinierungsaufgaben: §  Logistikplanung einschließlich der Sammlungs- und Rückführlogistik (“reverse logistics”) §  Bereitstellungsplanung von Sekundärprodukten bzw. aufbereiteten Stoffen („master production

scheduling”) §  Qualitätssicherung der aufzuarbeitenden Produkte §  Nutzung bestehender Produktions- und Logistiksysteme zur

Beschaffung, Produktion, Distribution, Absatz, Redistribution, Aufbereitung §  Abstimmung und Steuerung bestehender Produktions- und Logistiksysteme auf kurzfristig

veränderbare Einflussgrößen

Kreislauforientierte und ressourceneffiziente Wertschöfpungsketten


Forschungsgruppe Nachhaltige Wertschöpfungsketten Mitarbeiter Dr.-Ing. Simon Glöser-Chahoud (Gruppenleiter) M. Sc. Carmen Mayer Dr. Marina Maier M. Sc. Sonja Rosenberg M. A. Int. Bus. Kira Schumacher M. Sc. Andreas Rudi M. Sc. Tobias Zimmer

Forschungsschwerpunkte   Planung und Steuerung von Stoff- und Energieströmen in ausgewählten

Industriebereichen   Bewertung industrieller Prozesse & Prozessketten unter ökologischen,

ökonomischen und gesellschaftlichen Aspekten   Wirkung politischer Rahmenbedingungen & Instrumente auf die

industrielle Wertschöpfung   Herausforderungen und Chancen der Digitalisierung sowie von

Industrie 4.0 für die nachhaltige Wertschöpfung

Fokus: Metall-, Automobil-, Chemieindustrie Bioökonomie (stoffliche & energetische Nutzung von Biomasse), industrielle Ressourceneffizienz

Forschungspartner u.a.

Drittmittelgeber u.a.


Forschungsgebiete der Gruppe Nachhaltige Wertschöpfungsketten

Rohstoff- gewinnung / -produktion

Grundstoff- produktion /

Energieversorgung

Fertigung / Bau

Nutzung End-of-life

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Think Tank Industrielle Ressourcenstrategien


Think Tank Industrielle Ressourcenstrategien

Dauer: 4 Jahre Partner: Ministerien in Baden-Württemberg und diverse Industriepartner

•  Unabhängiger Vordenker wichtiger Trends und Innnovationen techno-strategischer Fragestellungen auf nationalem und internationalem Level bezügliche Ressourceneffizienz, Ressourcenschonung und Rohstoffversorgung

•  Identifizierung von Trends basierend auf wissenschaftlicher Forschung für Entscheiderungsträger in Politik und Industrie unter Berücksichtigung der structurellen Transformation und neuer Geschäftsmodelle

•  Strategische Entscheidungsunterstützung für Politik und Industrie


Rohstoffe

Gewinnung

Produktion

Herstellungsprozesse

Produkt

Nutzung

Entwicklung der Rohstoffmärkte

Que

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nitts

them

en

ThinkTank Industrielle Ressourcenstrategien Inhaltlicher Aufbau

Strategische ressourcenpolitische Fragen

Disruptive Technologien

Neue Geschäftsmodelle durch Ressourceneffizienz und Kreislaufwirtschaft

Strukturwandel

Kreislaufwirtschaft

Übergreifende ökonomische Instrumente


Kontaktdaten

Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU) Hertzstraße 16 76187 Karlsruhe T: +49 721 608 44569 E: [email protected] Web: www.iip.kit.edu

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