Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft - bmbf.de · Damit die erforschten Ansätze in der Praxis marktfähig werden, sollen innovative Technologien und Dienst- leistungen kombiniert,

Ressourceneffiziente KreislaufwirtschaftForschungskonzept fr eine kreislaufoptimierte Wirtschaftsweise

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Inhalt

Vorwort 2

Einleitung 4

Die Ziele des Forschungskonzepts 6

Die Forschungsschwerpunkte 12

Design kreislauffhiger und ressourcenschonender Produkte .................................................................................. 14Digitale Technologien fr die kreislauf- und ressourcenoptimierte Wirtschaft ..................................................... 16Innovative Produktkreislufe und Geschftsmodelle ................................................................................................. 19Optimierte Material- und Stoffkreislufe....................................................................................................................... 22

Kunststoffe............................................................................................................................................................................ 22Wirtschaftsstrategische Rohstoffe .................................................................................................................................. 25Mineralische Stoffe ............................................................................................................................................................. 26

Flankierende Manahmen ................................................................................................................................................. 30Offener Ideenwettbewerb zur Erschlieung zustzlicher Ressourceneffizienzpotentiale ............................... 30Transnationale Kooperation im Rahmen des ERA-Net ERA-MIN 2 ....................................................................... 30Weitere Frdermanahmen mit Bezug zur Kreislaufwirtschaft .............................................................................. 31

Quellen 32

Impressum 33

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Um die Welt auch fr unsere Kinder und Enkel in einer lebenswerten Form zu erhalten, mssen wir unsere derzeitige Lebensweise nachhaltig verndern. Dazu ist es erforderlich, sowohl unseren Ressourcenverbrauch als auch die Menge unserer Abflle zu reduzieren. Dafr brauchen wir einen grundlegenden Wandel von der derzeit weitgehend linearen Wirtschaftsweise (Produzieren, Nutzen, Entsorgen) hin zu einer ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft.

Echte Wertschpfung erreichen wir dabei nur, wenn wir die Lebens- und Nutzungs- dauer von Produkten und Materialien verlngern sie weiter- und wiederverwenden, statt sie zu entsorgen. Unternehmen und Verbraucher spielen dabei eine ausschlag-gebende Rolle. Nur wenn es gelingt, allen Beteiligten sowohl die konomischen als auch die kologischen langfristigen Vorteile einer ressourceneffizienten Kreislauf-wirtschaft zu vermitteln, wird die erforderliche Akzeptanz einsetzen. Geeignete innovations- und investitionsfreundliche Rahmenbedingungen werden bentigt, um Impulse fr die dauerhafte Etablierung der damit verbundenen neuen Geschftsfelder zu geben.

Forschung und Entwicklung schaffen die Grundlagen fr die erforderlichen Inno-vationen zur Umsetzung dieser groen Herausforderung. Mit dem vorliegenden Forschungskonzept Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft frdert das Bundes-ministerium fr Bildung und Forschung (BMBF) daher Forschungsvorhaben, die den gesamten Wirtschaftskreislauf im Blick haben: von der Produktentwicklung ber die industrielle Produktion bis hin zum Handel, den Verbrauchern und dem Recycling. Wir untersttzen neue Technologien, innovative Designanstze und Geschfts- modelle fr ein nachhaltiges Wirtschaften in einer ressourceneffizienten Kreislauf-wirtschaft.

Deutschland ist bereits jetzt international ein Vorreiter im Recycling. Daran wollen wir anknpfen, um einerseits in Europa die Ziele der Circular Economy-Strategie zu erreichen und andererseits weltweit fr ein kreislaufoptimiertes Wirtschaften zu werben.

Die Ergebnisse aus der Umsetzung des Konzeptes werden dabei einen wertvollen Beitrag leisten, auch durch Handlungsempfehlungen an die Politik und alle beteiligten Akteure einer ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft.

Ihr Bundesministerium fr Bildung und Forschung

Vorwort

4 RESSOURCENEFFIZIENTE KREISLAUFWIRTSCHAFT

EinleitungDie derzeitige Lebensweise der Menschen in den Indus- trielndern wird nicht nur die Rohstoffvorkommen der Erde berfordern, sondern auch deren Aufnahme-kapazitt fr die damit verbundenen Abfallprodukte. Dieser Trend wird aktuell dramatisch verstrkt durch das wirtschaftliche Wachstum bisheriger Schwellen- und Entwicklungslnder mit ihrer stark wachsenden Bevlkerung. Diese Entwicklung kann nur durch eine drastische Steigerung der Ressourcenproduktivitat abgefedert werden. Die dazu notwendige Entkopplung des Wirtschaftswachstums vom Ressourcenverbrauch ist nicht nur ein Gebot der kologischen Vernunft, des Ressourcen- und Klimaschutzes, sondern aufgrund der zunehmenden Preissteigerungen relevanter Rohstoffe auch aus konomischen Grnden erforderlich.

Der jhrliche Rohstoffkonsum in Deutschland ist mit derzeit etwa 15 Tonnen pro Kopf doppelt so hoch wie der globale Pro-Kopf-Durchschnitt. Das ist Ausdruck einer berwiegend linearen Wirtschaftsweise, gekenn-zeichnet durch: Rohstoffentnahme Produzieren Nutzen Entsorgen.

Ein schonender und gleichzeitig effizienter Umgang mit natrlichen Ressourcen ist daher eine Schlssel- kompetenz zukunftsfhiger Gesellschaften. Die Trans-formation hin zu einer weitgehend geschlossenen ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft wird zur Ent-kopplung des Wirtschaftswachstums vom Ressourcen-verbrauch beitragen. Sie kann die Umweltbelastungen begrenzen, die Wettbewerbsfhigkeit der deutschen Wirtschaft strken, neue Arbeitspltze schaffen und nachhaltig Beschftigung sichern.

Im Mittelpunkt der ressourceneffizienten Kreislauf-wirtschaft steht der Kreislauf von Produkten, Kompo- nenten und Rohstoffen. Der Wert von Produkten und dafr eingesetzte Ressourcen soll mglichst lang erhalten werden, es soll mglichst wenig Abfall entstehen. Das schliet die Wiederverwendung gebrauchter Produkte und Materialien ebenso ein wie den lngeren Gebrauch und die intensivierte Nutzung von Konsum- und Industriegtern.

Quelle: Europische Kommission 2014

ProduktionWiederaufarbeitung

primre Rohstoffe

Design

Vertrieb

Verbrauch, Wiederverwendung, Reparatur

Sammlung

Recycling

Restabflle

Quelle: Europische Kommission 2014

Kreislaufwirtschaft

EINLEITUNG 5

Europa verfolgt dafr eine umfassende Strategie. Mit dem Circular Economy-Paket will die EU-Kommission Manahmen zum Umbau der europischen Wirtschaft zu einer erweiterten Kreislaufwirtschaft auf den Weg bringen. Deutschland hat die Chance, hier mit seiner relativ guten Ausgangsbasis im Vergleich zu europischen Nachbarn eine Vorreiterrolle zu bernehmen. Laut Daten der Organisation fr wirtschaftliche Zusammen- arbeit und Entwicklung (OECD) ist Deutschland Vorreiter im Recycling. Rund 65 Prozent der Siedlungsabflle werden hierzulande wiederverwertet. In vielen anderen europischen Nationen sowie in den USA ist dies deut-lich weniger.

Die Bundesregierung gibt mit ihren Programmen und Frderaktivitten magebliche Impulse fr eine ressourceneffiziente Wirtschaftsweise. Das Deutsche Ressourceneffizienzprogramm (ProgRess II) setzt das Ziel, die natrlichen Ressourcen zu schonen und die Gesamtrohstoffproduktivitt bis 2030 gegenber 2010 um 30 Prozent zu steigern. Ein zentrales Handlungsfeld von ProgRess II und ein wesentlicher Hebel zur Erhhung der Gesamtrohstoffproduktivitt ist der Ausbau einer ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft.

Forschung ist ein wesentlicher Treiber fr eine ressour-ceneffiziente Kreislaufwirtschaft. Sie liefert die Inno-vationen und Lsungsanstze, die fr eine erfolgreiche Umsetzung der Kreislaufwirtschaft unabdingbar sind. Im Rahmenprogramm Forschung fr Nachhaltige Entwicklung (FONA3) richtet das Bundesministerium fr Bildung und Forschung (BMBF) entsprechende An-stze auf die Leitinitiative Green Economy aus. Damit werden Forschung und Innovation fr eine nachhaltige Wirtschaftsweise gefrdert, die natrliche Ressourcen schont, negative Umweltauswirkungen minimiert und ein qualitatives Wachstum ermglicht.

Mit dem vorliegenden Forschungskonzept Ressour-ceneffiziente Kreislaufwirtschaft will das BMBF im Rahmen der Leitinitiative Green Economy wesent-liche Impulse zum Umbau der traditionellen linearen Wirtschaftsweise hin zu einer Kreislaufwirtschaft geben. Mit Hilfe der Forschung knnen ressourceneffiziente Kreislufe, branchenbergreifende Wert-schpfungsnetze oder Kaskadensysteme fr Produkte, Komponenten und Materialien etabliert werden. Zu

In Krze: Forschung fr eine ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft Im Mittelpunkt der ressourceneffizienten Kreis-laufwirtschaft steht der Kreislauf von Produkten, Komponenten und Rohstoffen. Ihr Wert bzw. ihre Funktion soll mglichst lange erhalten werden, es soll mglichst wenig Abfall erzeugt werden. Zu diesem Zweck sollen mit Hilfe von Forschung und Innovation ressourceneffiziente Kreislufe, branchenbergreifende Wertschpfungsnetze oder Kaskadensysteme fr Produkte, Komponenten und Materialien etabliert werden.

entwickeln sind technologische Innovationen fr neue Produkte und Verfahren ebenso wie soziale Innovationen und neue Geschftsmodelle sowie die Einbindung der Verbraucher. Das BMBF wird dafr in den kommenden Jahren Forschung und Entwicklung mit insgesamt rund 150 Millionen Euro frdern.

Adressiert sind alle fr die Umsetzung einer ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft relevanten Akteure wie u. a. Rohstoffproduzenten und -verarbeiter, Hersteller, Anbieter und Anwender von Produkten im industri-ellen, gewerblichen wie auch im privaten Bereich, die Recycling- und Entsorgungsbranche sowie Anbieter von Produkt-Dienstleistungs-Systemen. Damit sollen Vernderungen in Unternehmen als Anbieter von Produkten und Dienstleistungen fr die Kreislauf-wirtschaft angestoen, aber auch die Verantwortung der privaten und ffentlichen Konsumenten gestrkt werden. Aus der Umsetzung des Konzeptes sollen auch Handlungsempfehlungen an die Politik zur Frderung einer ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft und zur effektiven Vermittlung des generierten Wissens an die gesellschaftlichen Akteure resultieren.

Die Ziele des Forschungskonzepts

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Das Potenzial der ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft

In der ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft wird einerseits der Kreislauf der Wertschpfung von Pro-dukten und Materialien vom Rohstoffgewinn ber Design und Nutzung, von der Wiederaufarbeitung bis hin zum Recycling geschlossen. Dafr wird anderer-seits das Potenzial jedes einzelnen Teiles des Kreislaufs ausgeschpft: Wesentlich sind dafr ein nachhaltiges Design ebenso wie eine lange Lebensdauer der Produkte und Materialien. Die Lebensdauer wird mit Hilfe von Reparaturen oder durch neue Nutzungen fr wieder-aufbereitete Produkte oder Komponenten verlngert. Effizient recycelte Ressourcen werden schlielich dem Kreislauf wieder zugefhrt.

Damit wird die Umwelt entlastet es werden Rohstoff-entnahmen, Abflle und Emissionen verringert. Das bietet Chancen zur Steigerung der Wettbewerbsfhigkeit und Resilienz der Wirtschaft. Eine hhere Wertschpfung durch intensivierte Nutzung der Produkte wird ge-schaffen, Rohstoff- und Entsorgungskosten werden eingespart und Risiken aufgrund von Knappheiten und Preisschwankungen bei Rohstoffen reduziert. Die aktuelle Studie Growth within: A circular economy vision for a competitive Europe der Ellen MacArthur Foundation besagt: ein bergang zu einem Kreislauf-wirtschaft-Entwicklungsszenario knnte in Europa die Ressourcenproduktivitt um jhrlich zwei bis drei Prozent erhhen. Primrrohstoffe im Wert bis zu 600 Milliarden Euro knnten ab 2030 pro Jahr eingespart werden. Insgesamt werden positive gesamtwirtschaft-liche Effekte in der Hhe von 1.800 Milliarden Euro pro Jahr gegenber dem aktuellen Entwicklungspfad erwartet.

KAPITEL 9

Mit einer Kreislaufwirtschaft werden darber hinaus Arbeitspltze geschaffen, wie die Studie Economic Growth Potential of More Circular Economics des Waste Resources Action Programme belegt. Zustzlich zu den etwa 3,4 Millionen Beschftigten, die bereits heute in der Kreislauf- und Abfallwirtschaft in Europa ttig sind, knnten bis 2030 voraussichtlich 1,2 bis 3 Millionen zustzliche Arbeitspltze entstehen. Allein in Deutschland werden zustzlich rund 330.000 zustzliche Arbeitspltze erwartet.

Quelle: Ellen MacArthur Foundation 2016; McKinsey 2015

Europa

Deutschland

100 Mrd.

600 Mrd.

0,33 Mio.

1,2-3 Mio.

Neue Arbeitspltzezustzlich ab 2030 (3,4 Mio in 2017)

PrimrrohstoffeEinsparpotenzial ab 2030

Quelle: Ellen MacArthur Foundation 2016; McKinsey 2015


Innovationen im komplexen Umfeld Fr eine ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft werden Produktinnovationen, die Einbindung relevanter Akteure aus den Bereichen Design, Herstellung, Handel, Konsum und Ressourcenmanagement sowie die Entwicklung neuer Geschftsmodelle wie z. B. Produkt-Service-Kombinationen gebraucht.

Forschung fr eine ressourceneffiziente Kreislaufwirt-schaft sollte dabei mgliche Rebound-Effekte beachten, die Effizienzgewinne durch zunehmende Nachfrage zunichtemachen. Die ganzheitliche Betrachtung von Produkt- und Stoffkreislufen ber ihren Lebensweg und mit ihren Abhngigkeiten zu anderen Kreislufen hinweg ist dafr die Voraussetzung. Das schliet die Beachtung von Umweltaspekten sowie von wirtschaft-lichen, technologischen und sozialen Aspekten mit ein.

Denn Kreislauffhrung ist nur erstrebenswert, wenn in der Lebenszyklusperspektive effektiv Ressourcen eingespart werden knnen. So ist es unter dem Gesichts- punkt des Energieverbrauchs von Altgerten nicht immer von Vorteil, die Lebensdauer zu verlngern,

wenn moderne Gerte energieeffizienter sind. Aus der ganzheitlichen Betrachtung der Stoff- und Energie- flsse inklusive der Aufwnde fr die Sammlung und Aufbereitung von Altprodukten und Reststoffen und deren Rckfhrung in den Kreislauf lassen sich Grenzen einer kologisch und konomisch sinnvollen ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft ableiten. Auswirkungen auf andere natrliche Ressourcen wie zum Beispiel Wasser, Flche und biogene Ressourcen sind dabei zu bercksichtigen.

Dabei stehen nicht nur Konsumgter wie Elektronik-produkte oder Automobile im Fokus der Kreislauf-wirtschaft. Auch die bedeutenden Mengen langfristig festgelegter Rohstoffe in Gebuden und Infrastruktur dieses anthropogene Rohstofflager brauchen ein Management im Sinne einer ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft.

Fr eine ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft werden die Verbraucher gebraucht: Sie treten in Zukunft zu- nehmend ber entsprechende IT-Schnittstellen und Geschftsmodelle als Co-Designer von Produkten auf. Durch Nutzung des 3D-Druckens beispielsweise wird

DIE ZIELE DES FORSCHUNGSKONZEPTS 11

der Verbraucher selbst zum Produzent individualisierter Produkte. Indem der klassische Endverbraucher Ein-fluss auf die Produkteigenschaften nimmt und in den Produktionsprozess einbezogen wird, wird er immer mehr zum Prosument, ist also gleichzeitig Konsument und Produzent. Die zunehmende Digitalisierung hat damit erhebliche Auswirkungen auf das Verbraucher-verhalten, gleichzeitig erffnen sich durch die Digitali- sierung zustzliche Mglichkeiten zur effizienten Steuerung von Produkt- und Stoffflssen.

Das Gesamtsystem der Produkt- und Rohstoffkreislufe

Mit dem vorliegenden Forschungskonzept gibt das BMBF der Forschung den Rahmen, neue Lsungs- anstze fr den bergang in eine kreislaufoptimierte Wirtschaftsweise zu entwickeln. Die im BMBF-Rahmen- programm FONA in spezifischen Frdermanahmen entwickelten Rohstoff- und Recyclingtechnologien tragen zur Verringerung der Rohstoffnachfrage z. B. durch Effizienzsteigerungen oder Substitution knapper Rohstoffe in Hightech-Produkten bzw. zur Erhhung des Angebots an sekundren Rohstoffen z. B. durch Entwicklung von Recyclingtechnologien bei.

Darauf aufbauend wird mit dem Forschungskonzept Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft das Gesamt-system der Produkt- und Rohstoffkreislufe in der Wirtschaft in den Blick genommen. Forschung und Innovation haben das prioritre Ziel, Kreislufe fr Produkte und Komponenten zu etablieren, die zur Verlngerung der Lebens- und Nutzungsdauer beitragen. Ist eine Rckfhrung in den gleichen Produkt- kreislauf aus technischen oder konomischen Grnden nicht mglich, sollen Kaskadensysteme eine anderweitige mglichst hochwertige funktionale Verwendung von Komponenten ermglichen. Damit wird die weitere Nutzung verlngert und erhlt Vorrang vor einer ener-getischen Nutzung oder Entsorgung. Knnen Kompo- nenten nicht weiter genutzt werden, sollten Material- und Stoffkreislufe durch Recycling geschlossen werden. Damit sollen die Gesamtrohstoffproduktivitt sowie Effizienz und Effektivitt entlang des gesamten Produkt- lebensweges erhht werden.

Damit die erforschten Anstze in der Praxis marktfhig werden, sollen innovative Technologien und Dienst-leistungen kombiniert, das Produktdesign neu ausge-richtet und angepasste Geschftsmodelle und Logistik-konzepte entwickelt werden. Einen Schwerpunkt soll die Einbindung digitaler Technologien in der Wert-schpfungskette bilden, die ein hohes Potenzial fr Innovations- und Effizienzsprnge bieten. Die aktuelle Studie Die Digitalisierung der GreenTech-Branche der Roland Berger GmbH zeigt gerade im Leitmarkt Kreislaufwirtschaft ein groes Wachstumspotenzial durch Digitalisierung: Bis 2025 knnten dadurch zwei Milliarden Euro zustzliches Marktvolumen erschlossen werden.

In Krze: Das prioritre Ziel des Forschungskonzepts Mit dem Forschungskonzept Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft wird das Gesamtsystem der wirtschaftlichen Produkt- und Rohstoff-Kreislufe betrachtet. Das prioritre Ziel ist es, Kreislufe fr Produkte und Komponenten zu etablieren, die zur Verlngerung der Lebens- und Nutzungsdauer beitragen. Diese haben Vorrang vor energetischer Nutzung oder Entsorgung.

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Die Forschungsschwerpunkte

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Das Potenzial des Designs fr die ressourceneffiziente KreislaufwirtschaftBereits in der Produktplanungs- und Designphase wird der grte Teil der Umweltbelastungen und Kosten ber den gesamten Lebensweg eines Produktes bestimmt. Deshalb birgt diese Phase ein besonders groes Potenzial zur Steigerung der Ressourceneffizienz. Der mit diesem Forschungskonzept avisierte bergang zu einer kreislauf- und ressourcenoptimierten Wirtschaft stellt vllig neue Anforderungen an das Design der Produkte. Auf den Punkt gebracht, lauten diese: Das Design soll die Kreis-lauffhigkeit verbessern und insgesamt zu Produkten fhren, deren Lebenszyklus weniger ressourcen- intensiv ist.

Das Ziel der ForschungsfrderungIm Zentrum der Forschungsfrderung steht ein breiter Eco-Design-Ansatz, der die Kreislauffhigkeit steigert. Der Wieder- und Weiterverwendung von Produkten und Komponenten wird gegenber dem stofflichen Recycling der Vorrang gegeben. Stoffverbnde sollten leicht trennbar oder recyclingkompatibel sein. Ein erhhter Einsatz von Rezyklaten in neuen Design- lsungen wird angestrebt.

Mit dem Eco-Design-Ansatz wird die Lebens- und Nut-zungsdauer der Produkte verlngert, z. B. durch opti-mierte Zuverlssigkeit, Reparatur- und Upgrade-Fhig-keit. Der Wert der Nutzungsphase wird gesteigert und

intensiviert, z. B. durch Mglichkeiten fr gleichzeitige oder mehrfache Nutzung, fr Nach- und Umrstung. Eco Design, das kreislauffhig ist, modularisiert bzw. miniaturisiert die Produkte falls Reparatur-, Upgrade- und Recyclingfhigkeit nicht beeintrchtigt werden. Zustzliche Funktionen und Schnittstellen zu digitalen Systemen zur Steuerung der Produkt- und Stoffkreis-lufe werden integriert.

Unerwnschte Stoffe, die sich in Kreislufen anreichern und dadurch das Recycling erschweren, sollen vermieden bzw. durch alternative Stoffe ersetzt werden. Der Design- prozess bercksichtigt selbstverstndlich gesetzliche Vorgaben, z. B. Stoffverbote, erweiterte Produktver- antwortung und Standards.

Forschungs- und EntwicklungsbedarfDas Bundesministerium fr Bildung und Forschung frdert mit dem Konzept Ressourceneffiziente Kreis-laufwirtschaft im Sinne dieses Eco-Design-Ansatzes For- schung und Entwicklung in drei prioritren Bereichen: Neue Design-Konzepte; Weiterentwicklung des Eco-Designs in Methodik und Datengrundlagen; Integration in Unternehmensprozesse und Standardisierung.

Gefrdert werden Design-Konzepte und Instrumente, die von den Entwicklern gemeinsam mit Industrie-partnern und Nutzern in konkreten Anwendungen validiert werden. Zu den erforderlichen Instrumenten

Design kreislauffhiger und ressourcenschonender Produkte

DIE FORSCHUNGSSCHWERPUNKTE 15

zhlen anwendungsorientierte Mess- und Bewertungs-methoden, insbesondere solche, die sich fr kleine und mittelstndische Unternehmen fr ein zielgerichtetes ko-Design und die Entwicklung von Geschftsmodellen im Rahmen einer Kreislaufwirtschaft eignen.

Der Fokus liegt dabei auf Produktgruppen, die ein hohes Potenzial zur zustzlichen Wertschpfung in der Nutzungsphase besitzen. Das sind z. B. langlebige Investitionsgter und Maschinen und Anlagen. Auch Produktgruppen, die ein hohes Potenzial zur Steigerung der Gesamtrohstoffproduktivitt aufgrund der ent haltenen Mengen und Art der Rohstoffe besitzen, stehen im Fokus. Das sind z. B. IKT/Elektronik, Automobile und Ersatzteile/Austauschteile. Kurzlebige Massenkonsum-gter und vielfltig eingesetzte Standard-Komponenten, wie z. B. Pumpen, sollen aufgrund ihrer Mengenrelevanz ebenfalls adressiert werden.

Stark wachsende neue Technologiebereiche wie z. B. Elektromobilitt bieten die Chance, bereits heute beim Design neuer Produkte anzusetzen, um damit groe Potenziale fr zuknftige Kreislaufsysteme zu heben. Durch innovative Eco-Design-Anstze bieten sich auch wirtschaftliche Chancen fr neue Akteure, insbesondere kleine und mittelstndische Unternehmen, als Zulieferer oder spezialisierter Anbieter ressourcenschonender kreislauffhiger Produkte.

Prioritre Forschungsthemen

Neue Design-Konzepte und Instrumente Mit diesen Konzepten und Instrumenten werden bereits in der Designphase ganzheitlich die Kreislauf- fhigkeit und Nachhaltigkeit von Produkten, Gebuden, Infrastrukturen und die Integration der Nutzer und verschiedenen Akteure entlang des Lebenswegs betrachtet. Mit ihnen werden neue Anstze zur Zusammenarbeit, z. B. verteilte Zusammenarbeit wie Crowdworking oder Peer-Produktion oder Offen- legung des Designs als Open Source bercksichtigt.

Weiterentwicklung der Eco-Design-Methodik und ihrer Datengrundlagen Der Fokus liegt auf Methoden und Werkzeugen zur belastbaren Bewertung des Umweltprofils und der Ressourceneffizienz von Produkten whrend ihres gesamten Lebensweges bereits whrend des Produkt-entstehungsprozesses. Wesentlich sind ebenso der Vergleich von verschiedenen Design-Optionen im Sinne wirtschaftlicher Geschftsmodelle zur Kreislauf-fhrung und die Eco-Design-Integration ber die Nutzungs- bis in die Nachnutzungsphase.

Integration in Unternehmensprozesse, Normierung und Standardisierung Umweltaspekte werden bei Normen und Standards fr die Produktentstehung bercksichtigt. Eco-Design soll in Unternehmens-Zielsysteme integriert werden. Systeme zur Produkt-/Bauteilkennzeichnung fr Nutzer und Wiederaufbereiter sollen entwickelt werden, ebenso wie die Einbindung von Logistik und (Re-)Distribution, das Datenmanagement zwischen Designer, Hersteller und allen nachfolgenden Wertschpfungsstufen inklusive der Rckfhrung von Produkten oder Komponenten im Kreislauf. Technische Manahmen berwinden Barrieren, die einer Kreislauffhrung entgegenstehen, z. B. zuverlssige Datenlschung bei Gebrauchtgerten, Softwarekompatibilitt, Zustandsberwachung.


Das Potenzial digitaler Technologien fr die KreislaufwirtschaftDie Digitalisierung ist eine groe Chance, Nachhaltigkeit ber den Innovationsprozess in neuen Prozessen und Produkten zu verankern und somit kologische und konomische Vorteile zu generieren. Beispielsweise wird die Digitalisierung in Verbindung mit dem 3D-Druck den Re-paraturbereich in den nchsten Jahren voraussichtlich revolutionieren und eine umfangreiche Lagerhaltung fr mechanische Ersatzteile weitgehend berflssig machen.

Einer der innovativsten Bereiche fr die Mglichkeiten der Digitalisierung verspricht die ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft zu werden. Mit einer digitalisierten Wertschpfungskette kann ein umfassendes Ressourcen- management entscheidend untersttzt werden in Ergnzung zu innovativen Technologien und Geschfts-modellen.

Das Ziel der ForschungsfrderungDie Verknpfung der Haupttreiber der ressourcen-effizienten Kreislaufwirtschaft, wie Verlngerung des Lebenszyklus, Intensivierung der Produktnutzung und ihrer Kreislauffhrung, mit den Vorteilen intelligenter Anlagen und Produkte (Internet der Dinge) erschliet groe Wertschpfungspotenziale. Das umfangreiche Datenmaterial, welches bereits heute durch den Einsatz intelligenter Anlagen und Produkte zur Verfgung steht, kann als Feedback fr das zuknftige Produkt- bzw. Anlagendesign genutzt werden. Das ermglicht eine Optimierung hinsichtlich Wartung, Lebensdauer- prognose und Lebenszyklusverlngerung sowie Ressourcen-effizienz im Lebensweg und Kreislauf-fhrung. Weitere Potenziale knnen dann erschlossen werden, wenn Technologien zur Zustandserkennung weiterentwickelt und fr die Steuerung von Kreislufen eingesetzt werden.

Digitale Technologien fr die kreislauf- und ressourcenoptimierte Wirtschaft


Das BMBF frdert bereits umfangreiche Aktivitten zu Industrie 4.0, die geplanten Manahmen im Rahmen dieses Forschungskonzepts sind dazu komplementr ausgerichtet. Mit dem Forschungskonzept Ressourcen-effiziente Kreislaufwirtschaft werden bisher ungenutzte Nachhaltigkeitspotenziale erschlossen, indem die bisher weitgehend parallel verlaufenden Entwicklungslinien der Digitalisierung/Industrie 4.0 und der ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft zusammengefhrt und damit neue Anwendungsbereiche fr die Digitalisierung zugnglich werden.

Forschungs- und EntwicklungsbedarfDas Bundesministerium fr Bildung und Forschung frdert mit dem Konzept Ressourceneffiziente Kreislauf- wirtschaft Forschung und Entwicklung zum Einsatz digitaler Technologien in neuen Anwendungsbereichen von der intelligenten Vernetzung, ber das Datenmanage- ment bis hin zu IT-gesttzten Werkzeugen und Lsungs-anstzen und digitalisierten Recycling-Prozessen.

Da die zunehmende Digitalisierung mit einer wachsenden Nachfrage nach speziellen Rohstoffen, z. B.

Elektronikmetalle, Seltene Erden verbunden ist, sollen eventuelle Problemverschiebungen wie z. B. Rebound-Effekte mitbetrachtet werden. Ferner ist die Thematik Datenschutz und Datensicherheit, als eine wesentliche Hrde bei der Einfhrung digitaler Technologien entsprechend zu bercksichtigen.

In Kombination mit dem Forschungsthema Design kreislauffhiger Produkte sind die im Zuge der Digitali- sierung eingefhrten Elektronikprodukte selbst als Produktsysteme fr die ressourceneffiziente Kreislauf-wirtschaft zu optimieren.


Intelligente Vernetzung Innovationen zur intelligenten Vernetzung umfassen die Vernetzung von Maschinen, Gerten und Menschen zur Erhhung der Ressourceneffizienz als Internet der Dinge, Maschine-zu-Maschine-Kommunikation oder hybride oder autonome Robotersysteme z. B. zur Identifikation und Sortierung.


Erfassung, Management und Analyse produkt-/ anlagenbezogener Daten

Das Datenmanagement umfasst den gesamten Lebens-zyklus. Es werden die Zustandsberwachung von An- lagen fr die Prozessoptimierung und eine vorbeugende Instandhaltung einschlielich Restlebensdauer-abschtzung ermglicht. Das betrifft digitale Modelle von Infrastrukturen, Gebuden oder Verkehrsmitteln fr das Urban Mining, die Rohstoffgewinnung aus anthropogenen Lagern wie Infrastrukturen, Gebuden, Deponien. Im Recyclingbereich sind intelligente An-lagen und Produkte wie marker- oder sensorgesttzte Sortier- und Recyclingtechnologien adressiert sowie eine intelligente Steuerung der Trennmechanik und verbesserte Aufschlussverfahren der immer komplexeren Materialverbunde/Produkte.

IT-gesttzte Werkzeuge fr das Closed Loop Supply Chain Management

Mit IT-gesttzten Werkzeugen knnen Rohstoffstrme geplant und gesteuert und die Ressourceneffizienz in Betrieben oder ber ganze Wertschpfungsketten hinweg gesteigert werden, inklusive der Rckflsse von Gtern (Reverse Logistik-Ketten). Mit Marker-Techniken knnen Komponenten wiedererkannt werden. Durch Lean Management lassen sich Geschftsprozesse und Verfahrensweisen im Recyclingbereich effizient ge- stalten. IT-gesttzte Werkzeuge dienen der Stoffstrom-verfolgung am Produkt-Lebensende, der Schaffung von Transparenz und der Verifizierung des Einsatzes hochwertiger Reparatur- und Recyclingverfahren sowie der Vermeidung illegaler Exporte.

IT-basierte Lsungen fr die Umsetzung von Geschftsmodellen IT-basierte Lsungen fr die Kreislaufwirtschaft ermglichen z. B. folgende Geschftsmodelle: Product as a Service-Modelle, Leasing, Wartungskonzepte, vorausschauende Instandhaltung, branchenbergreifende Kooperationen, Sharing-Konzepte, Kollaborationsplattformen.

Intelligente Steuerung systemintegrierter Material-produktion und des Rohstoffmanagements Dazu gehren die dynamische Modellierung zur Pro-zessoptimierung und -kontrolle, der Einsatz knstlicher Intelligenzsysteme zur Steuerung von Prozessen, etwa in der Aufbereitung und Sortierung, der Metallurgie, der Simulation der Ressourceneffizienzeffekte von Herstellungs- und Recyclingprozessen. Dazu gehren weiterhin das simulationsbasierte Design for Recycling von Produkten und Prozessen, die detaillierte Analyse der Lsungschemie von Hochtemperaturschmelzen und wssrigen Lsungen und Verwendung der erhaltenen thermodynamischen Daten zur Verbesserung der kobilanz-Methodik und Simulation.

Digitalisierung der Recyclingprozesse Dabei handelt es sich vor allem um die Entwicklung informations- und kommunikationstechnischer Steuerungssysteme fr komplexe vielstufige und deshalb bislang kaum vernnftig steuerbare Recycling-prozesse. Das kann u. a. eine inputangepasste Steuerung der Verbrennung bei Mllverbrennungsanlagen zur Beeinflussung der Reststoffe oder die Ausschleusung von schadstoffbelasteten oder niederqualitativen Stoff- strmen aus den Recyclingprozessen sein, mit denen die Qualitt der Kreislaufmaterialien gewhrleistet und standardisierte Rezyklate bereitgestellt werden.

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Das Potenzial fr die KreislaufwirtschaftDurch Produktkreislufe sowie Netzwerke oder Kaska-densysteme werden vorhandene Produktfunktionen erhalten bzw. verbessert. Der Produktnutzen steigt, der Rohstoffbedarf sinkt. Dies geschieht beispielsweise durch Wiederverwendung, Reparatur, Wiederaufarbeitung auf verschiedenen Ebenen der Produkte, Komponenten. Innovative Produktkreislufe knnen zwischen einzelnen Phasen des Lebenszyklus etabliert werden.

Neuartige Geschftsmodelle, Dienstleistungen und Kooperationsformen knnen die wirtschaftlichen Anreize fr Unternehmen erzeugen, Produkte mit langer Nutzungsdauer und kaskadierender Nutzung zu entwickeln und herzustellen.

Geschftsmodelle sind eine entscheidende Voraus- setzung, wirtschaftliches Interesse fr die erweiterte Kreislaufwirtschaft zu wecken. Sie helfen mit ihrem auf Wirtschaftlichkeit zielenden Aspekt die Nutzungs- und Lebensdauer von Produkten und Komponenten auf hoher Wertschpfungsstufe zu verlngern. Sie schaffen

zudem die Voraussetzungen fr ein qualitativ hoch-wertiges Recycling, wenn am Ende der Nutzung wirt-schaftlich keine weitere Kreislauffhrung mglich ist.

Das Ziel der ForschungsfrderungHochwertige Kreislufe auf Produkt- und Komponenten- ebene sind bisher vom Automobilbereich und einigen Nischenmrkten im Bereich der privaten Endkunden abgesehen wenig etabliert. Whrend z. B. der Auto-mobilmarkt fr Gebrauchtwagen gut funktioniert und einige Elektrogerte und Computer teilweise gebraucht verkauft werden, fehlt fr aufgearbeitete Waschmaschinen und andere Gerte oftmals die Nachfrage. Hemmnisse in Bezug auf das Kaufverhalten, Akzeptanzfragen und Markttransparenz mssen durch Entwicklung geeigneter Manahmen berwunden werden. Relevante Akteure wie Einkufer der ffent-lichen und privaten Hand sowie der Handel sind zu adressieren, um zur Erhhung der Sichtbarkeit und Nachfrage nach Gebrauchtgerten bzw. refabrizierten Gerten beizutragen.

Innovative Produktkreislufe und Geschftsmodelle



Eingebunden werden sollen auch die Bereiche Second-Life, Refabrikation und die an diesen Stellen dann anfallenden Sekundrabflle. Gerade im Bereich moderner Technologien wie der Elektromobilitt wird es immer wichtiger werden, z. B. Li-Ionen-Traktionsbatterien nach Nutzungsende im mobilen Bereich einer Zweitnutzung im stationren Bereich zuzufhren. Hier sind bereits einige Initiativen auf dem Weg. Vergleichbare Anstze lieen sich aber auch auf andere Komponenten ausdehnen. Ein solcher Ansatz fhrt dann allerdings zu Abfllen, die auf der nchsten, der stofflichen Stufe, verwertet werden mssen. Dafr mssen geeignete Kreislaufsysteme gleich mitgedacht werden. hnliches gilt fr berlegungen, bestimmte Komponenten verstrkt aufzuarbeiten (erweiterte Austauschteileproduktion) und auch dort mssen Sekundrabflle erfasst, in Gesamtverwertungssysteme optimal eingefhrt und recycelt werden. Zukunft-strends wie z. B. 3D-Druck und deren Auswirkungen auf die Kreislaufwirtschaft und Geschftsmodelle sollen mit bercksichtigt werden.

Forschungs- und EntwicklungsbedarfDas Bundesministerium fr Bildung und Forschung frdert mit dem Konzept Ressourceneffiziente Kreis-laufwirtschaft Forschung und Entwicklung innova-tiver Produktkreislufe und Geschftsmodelle von neuartigen Geschftsmodellen ber unternehmens-bergreifende Kooperationen bis hin zu praxistauglichen Bewertungswerkzeugen. Fokussiert wird auf Projekte, die darauf zielen, die Lebensdauer von Produkten die mit hohem Material- und Energieaufwand hergestellt wurden zu verlngern und die Intensitt ihrer Nutzung zu steigern. Die Forschung erprobt beispielhaft unter-nehmensbergreifende Kreislufe und Kaskaden- systeme fr relevante Produkte, bezieht neue Design- lsungen mit verbesserter Kreislauffhigkeit ein und sorgt mit innovativen Geschftsmodellen fr wirt-schaftliche Anreize zur Umsetzung der Innovationen. Die groen Potenziale der Digitalisierung fr die Kreislaufwirtschaft sollen genutzt werden. Engpsse fr die Umsetzung von neuen Kreislauflsungen, wie juristische Aspekte bei Gewhrleistungsfragen oder mangelnde Verbraucherakzeptanz bei Gebraucht- gerten, werden ebenfalls adressiert.


Neuartige Prozesse, Verfahren und Dienstleistungen zur Kreislaufschlieung von Produkten bzw. Komponenten und zum Ressourcenerhalt

Forschungsbedarf besteht zum Beispiel an systemischen Anstzen, die Lcken im Kreislauf schlieen und vorhandene Teillsungen und Technologien bercksichtigen. Bei der Verlngerung der Nutzungsphase spielt auch die Messung und Absicherung der Zuverlssigkeit eine wichtige Rolle. Vorteile von regionalen Lsungen und Kooperationen sollten geprft werden. Zu berck-sichtigen ist auch die Einsteuerung in leistungsfhige Recyclingverfahren, nachdem die Nutzungsphase ausgeschpft ist.

Innovative Refabrikationstechnologien und -prozesse

Diese umfassen z. B. Vor-Ort-Entscheidungsunter- sttzung zum Handling von Altprodukten in Echtzeit oder Produkt-Informationssysteme fr eine Optimie-rung von Demontageprozessen. Gemeint ist ebenfalls eine Digitalisierung der Produkte zum Steuern der Zuordnung zu Anlagen oder Ausschleusung aus dem Kreislauf.

Reverse Logistiksysteme

Neuartige Konzepte zur vernetzten und unternehmens- bergreifenden Gestaltung der Rckfhrungslogistik bzw. Closed Loop Supply Chains sind fr die Planung und Steuerung von Produkt- und Komponentenkreis-lufen von erheblicher Bedeutung. Logistisch begrndete Rebound-Effekte sind dabei zu vermeiden.

Unternehmensbergreifende Kooperationen

Dazu zhlen beispielsweise Akteurskooperationen und Geschftsmodelle, in denen Produkte und Stoffe sowie Abflle oder Abgase eines Unternehmens als Input-Material fr ein anderes Unternehmen genutzt werden. Entwicklungsbedarf besteht u. a. fr Tools, die kleine und mittelstndische Unternehmen dabei untersttzen, Komponenten und Materialien optimal zu verwerten.


Neue Geschftsmodelle oder Kooperationsformen

Gefragt sind Geschftsmodelle als eigenstndiger Forschungsgegenstand oder als integrativer Bestandteil von Forschungen zu innovativen Produktkreislufen. Beispielhaft seien hier hybride Wertschpfung mit ge-koppelten Dienstleistungen, gemeinsame Nutzung von Produkten oder Infrastrukturen sowie die Nutzung von digitalen Plattformen genannt. Auch innovative Bottom up-Anstze analog zu den bekannten Repair Cafs und deren Integration in die vorhandene Infra-struktur, betriebswirtschaftliche Forschung zur Bewer-tung von neuen Geschftsmodellen und Unternehmen gehren dazu.

Identifizieren und Beheben von Engpssen fr die Umsetzung der Kreislaufwirtschaft und von Geschftsmodellen

Dieser Schwerpunkt umfasst Lsungsanstze zur verbesserten Bereitstellung von Produktinformationen durch Hersteller an unabhngige Dienstleister bzw. von Dienstleistern oder anderen Akteuren untereinander, die beispielsweise fr Reparaturdienstleistungen durch Dritte erforderlich sind.

Darber mssen juristische Aspekte und Gewhr-leistungsfragen bercksichtigt werden; die Markttrans-parenz zum Zustand von Gebrauchtprodukten muss verbessert werden; ggf. Entwicklung entsprechender Testverfahren sowie von Governanceanstzen und Anregungen fr die Weiterentwicklung des Rechts-systems.

Erforschung sozial-psychologischer Barrieren Akzeptanzforschung

Was hlt Menschen davon ab, gebrauchte Gerte statt neuer Gerte zu erwerben? Forschungsprojekte knnen z. B. Aktionen sein, die Handlungsmaxime Reparatur statt wegwerfen und neu kaufen bei Jugendlichen populr zu machen.

Praxistaugliche Bewertungswerkzeuge fr erwartete Umweltverbesserungen

Wie lassen sich neue Geschftsmodelle bewerten? Auch die Einbindung in Reportingmechanismen ist Forschungsthema, ebenso Handlungsempfehlungen fr konomische Steuerungsinstrumente und Anreizsysteme.

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Das Potenzial fr die ressourceneffiziente KreislaufwirtschaftOptimierte Material- und Stoffkreislufe setzen an den Abfallprodukten einer Kreislaufwirtschaft an. Zwar ist es vorrangiges Ziel der Kreislaufwirtschaft, Produkte und deren Komponenten mglichst lange im Wirt-schaftskreislauf zu halten. Doch fallen auch whrend der Produktion und Wiederaufarbeitung der Produkte und an ihrem Lebensende weitere Material- und Stoffstrme an. Diese knnen nicht endlos wieder in den Kreislauf der Produktion gefhrt werden. Fr sie braucht es eine neue Art der Wertschpfung durch Recycling. Auch fr diese Stoffstrme sollen kologisch und konomisch tragfhige Lsungen entwickelt werden.

Dabei soll die Forschung verschiedene Verwertungs-strategien ganzheitlich bewerten und dabei die Rohstoff- und Energiepreise, Technologieentwicklungen, Mengen und Qualitten bzw. Spezifikationen der anschlieenden stofflichen und energetischen Verwertungsverfahren und ihre Chancen am Markt betrachten. Zu berck-sichtigen sind die Auswirkungen von Zukunftstrends wie beispielsweise der 3D-Druck oder zunehmende Verwendung von Faserverbundwerkstoffen auf das Abfallmanagement. Erforderlich sein wird oftmals die Entwicklung neuer Tools fr die Entscheidungsunter-sttzung fr eine optimale Verwertungsstrategie und zur Frderung der Akteurseinbindung und Vernetzung innerhalb der Entsorgungskette.

Das Ziel der Forschungsfrderung

Vor allem fr ausgewhlte Stoffstrme mit hoher Umwelt- relevanz oder wirtschaftsstrategischer Bedeutung, fr die ein hochwertiges Recycling bislang noch nicht im erstrebenswerten Umfang stattfindet, sollen Lsungs-anstze entwickelt werden. Ein erhhtes Angebot an Sekundrrohstoffen kann nicht nur Versorgungseng-psse und Preisschwankungen bei Rohstoffen abmildern. Es soll gleichzeitig zur Schonung von Ressourcen bei-tragen. Prioritre Stoffstrme der Forschungsfrderung sind: Kunststoffe, wirtschaftsstrategische Rohstoffe sowie mineralische Reststoffe.

Kunststoffe

Kunststoffe werden fr vielfltige Anwendungen eingesetzt und prgen unser modernes Leben wie kaum ein anderes Material. Eine Verdopplung der weltweiten Kunststoffproduktion von derzeit jhrlich 311 Millionen Tonnen wird innerhalb der nchsten 20 Jahre erwartet, eine Vervierfachung bis 2050. Verpackungskunststoffe nehmen den grten Anteil ein, gefolgt von Kunststoffen in Gebuden sowie im Elektronik- und Automobilbereich.

Weltweit knnen nur fnf Prozent des Material- wertes von Verpackungskunststoffen durch bestehende

Optimierte Material- und Stoffkreislufe


Recyclingsysteme erhalten werden. Die Wiederverwen-dung von Kunststoffrezyklaten aus Elektroaltgerten, die etwa 30 Prozent hochwertige technische Kunst-stoffe enthalten, in neuen elektronischen Gerten, liegt derzeit bei nur einem Prozent.

Das Recycling von Kunststoffen steht im Vergleich zu vielen anderen Materialien vor besonderen Heraus-forderungen, die zur gegenwrtig unbefriedigenden Ent- sorgungssituation mit einem geringen Recyclinganteil fhren. Zum einen gibt es sehr komplexe Erfassungs-systeme fr verschiedene Siedlungsabflle, bei denen Kunststoffe nur einen kleineren Anteil darstellen. Eine weitere Herausforderung sind mgliche Degradation und Qualittsverlust der Kunststoffe im Recyclingprozess. Damit ist ein Ersatz von Primrmaterial durch Rezyklat nur begrenzt mglich bzw. nur in geringwertigen Anwendungen, fr die kein Massenmarkt existiert.

Eine werkstoffliche Kunststoffverwertung, bei der Kunststoffe als Material erhalten bleiben, weist aus Umweltsicht Vorzge gegenber rohstofflichen Anstzen auf, die das Material in Grundstoffe zerlegt. Beim werkstofflichen Recycling bleibt die zur Her-stellung des Kunststoffs aufgewendete Prozessenergie erhalten. Das gilt jedoch nur, wenn dabei eine hohe Qualitt der Sekundrrohstoffe sichergestellt werden kann.


1. Werkstoffliche Verfahren

Optimierung von werkstofflichen Verfahren Werkstoffliche Verfahren sind zu evaluieren und zu optimieren. Leistungsfhigere Reinigungsverfahren fr hochreine Rezyklate sind zu entwickeln. Neben Post-Consumer-Abfllen sind Kunststoffabflle aus der industriellen Produktion zu bercksichtigen, da diese ein groes Potenzial fr ein hochwertiges werkstoff-liches Recycling bergen. Stoffstrme sollen gebndelt werden, damit kritische Mengen erreicht bzw. die Wirtschaftlichkeit erhht wird. Bei der Sammlung und Erfassung von Post-Consumer-Abfllen ist zu u. a. zu klren, welche Kunststoffe getrennt erfasst werden knnen oder wie mit der Bedruckung von Folien oder der Beklebung von Kunststoffen mit Etiketten umge-gangen werden soll.

Konzepte, Technologien und industrielle Demon- stration fr das gemeinsame Recycling von Kunst-stoffen und werthaltigen anorganischen Additiven

Beim Kunststoffrecycling sind die Rckgewinnung und Vermarktung wertvoller Additive wie z. B. Antimon ebenso einzubeziehen wie die energetische Verwertung nicht geeigneter Restfraktionen.

Quelle: Verband der Chemischen Industrie, 2015

1% Aufbereitung als Rohstoffbasis

41% Recycling

57% Nutzung als Energietrger

1% Ungenutzt

Recycling-Potenzial von Kunststoffabfllen in DeutschlandJhrlich fallen in Deutschland ca. 5,7 Mio. Tonnen Kunststoffabflle an.

Quelle: Verband der Chemischen Industrie, 2015


Hochwertiges Recycling komplexer Verbund- und Hybridwerkstoffe

Lsungsanstze mssen vor allem fr carbonfaser-verstrkte Kunststoffe (CFK) oder Stahl-Kunststoff-sandwiches gefunden werden, die selbst als Neuschrotte derzeit nicht effektiv recycelt werden knnen. For-schungsbedarf besteht z. B. im Bereich des Debonding on demand fr Materialkombinationen. In Ergnzung zur sensorgesttzten Identifizierung und Trennung von Kunststoffen ist die chemisch-physikalische Markierung von Kunststoffen weiter zu entwickeln.

Neue Anstze zur Frderung der Nachfrage nach bzw. des Einsatzes von Post-Consumer-Kunststoffrezyklaten

Dazu gehren die Entwicklung eines Klassifizierungs-systems fr die Qualitt und Einsatzeignung von Post-Consumer-Kunststoffrezyklaten sowie innovative Anwendungen fr Rezyklate .

2. Rohstoffliche Verfahren

Weiterentwicklung innovativer marktfhiger Verfahren zum rohstofflichen Recycling

Diese Verfahren zielen auf die Bereitstellung von Ausgangsstoffen fr die chemische Industrie. Die

Potenziale dezentraler Anstze mit kleinen Anlagen zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit bzw. von Kombinations- effekten, wie der gleichzeitigen Rckgewinnung von Antimon oder anderen Additiven, sind zu prfen.

3. Design zukunftsfhiger Kunststoffe

Forschung zu einem sogenannten Superpolymer

Dieses soll die Funktion heutiger Kunststoffe erfllen und gleichzeitig ber eine deutlich bessere Recyclingfhigkeit verfgen unter Beachtung der Anschlussfhigkeit zu bestehenden Entsorgungsverfahren und Infrastrukturen.

Reduktion der Komplexitt von Kunststoffabfllen

Standardisierung von Kunststoffkomponenten bzw. Entwicklung eines modularen Baukastens von Mono-meren fr die Synthese leicht zu zerlegender Kunststoffe.

Substitution von recycling-problematischen Zusatzstoffen

Es sind kreislauffhige Additive z. B. fr den Einsatz als Flammschutzmittel zu entwickeln, die ihre Funktionalitt ber mehrere Verwendungs- und Recyclingkreislufe erhalten sowie Spezial-Additive zur Stabilisierung von Kunststoffrezyklaten.

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Wirtschaftsstrategische Rohstoffe

Der steigende Bedarf an wirtschaftsstrategischen Rohstoffen stellt die Wirtschaft vor groe Heraus- forderungen. Die Recyclingwirtschaft fr diese Rohstoffe steht deshalb im Fokus des vorliegenden Forschungskonzepts. Zwar wird fr Elektronikmetalle wie Gallium, Germanium oder Indium auch langfristig Abbau im Bergwerk erforderlich sein, um den steigenden Bedarf der Industrie in diesen Wachstumsbranchen und Hightech-Anwendungen abzudecken. Das Recycling von wirtschaftsstrategischen Rohstoffen kann aber mgliche Versorgungsengpsse und Preisschwankungen deutlich abmildern.

Der Schwerindustrie mit der Produktion von Spezial-sthlen, Aluminiumverhttung sowie Bunt-, Sonder- und Edelmetallaufbereitung kommt an einem hoch-entwickelten Industriestandort wie Deutschland eine zentrale Bedeutung fr die Umsetzung der Kreislauf-wirtschaft zu. Sie ist der Schlssel, um Sekundrroh-stoffe in ausreichender Qualitt und Menge effizient zu verwerten und damit den Primrrohstoffeinsatz zu reduzieren. Wertstoffe, die nur in geringer Konzen-tration enthalten sind, gehen bisher hufig durch Sortierung und Aufbereitung verloren oder finden sich in Nebenprodukten oder Abfllen der Aufbereitung wieder. Nur in wenigen Fllen werden sie bereits im Kreislauf gefhrt, beispielsweise der Anodenschlamm aus der Kupferraffination. Neben den wirtschaftsstrate-gischen Rohstoffen selbst kann auch die Verfgbarkeit der notwendigen Infrastruktur fr deren Verarbeitung und Recycling kritisch sein. So gibt es in Deutschland derzeit z. B. nur noch eine Entzinkungsanlage.

Prioritre Forschungsthemen Derzeitige und zuknftige Stoffstrme Forschungsbedarf besteht bei der Identifizierung und Quantifizierung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe im bestehenden Wirtschaftskreislauf sowie bei der Prog-nose der zu erwartenden nderungen von Mengen und Inhaltsstoffen. Es ist zu klren, welche Qualittsan-forderungen an Post Consumer Metalle bestehen. Es sollen ungenutzte und neue potenzielle Stoffstrme erkannt werden. Technologien und Manahmen gegen dissipative Verluste gilt es zu entwickeln.

Weiterentwicklung metallurgischer Aufbereitungs-verfahren

Dies betrifft insbesondere Seltene Erden und andere Metalle, die in kleinen Rohstoffanteilen in komplexen Produkten verbaut werden und fr die es bislang auf-grund ihrer thermodynamischen Eigenschaften nur beschrnkt Recyclingverfahren gibt. Forschungsbedarf besteht ebenso fr innovative Kombinationen mecha-nischer, pyro- und hydrometallurgischer Aufbereitungs- verfahren.

Kreislaufschlieung bei Legierungen und Superlegierungen

Verluste an wertvollen wirtschaftsstrategischen Rohstoffen entstehen, wenn sich Legierungselemente in Konverter- oder Elektroofenschlacke anreichern und anschlieend keine gezielte Verwendung mehr erfolgt. Die Lithium- bzw. Scandium-Dotierung aus


Leichtbauanwendungen der Luftfahrtindustrie verur-sacht Probleme bei der Weiterverarbeitung des recycelten Aluminiums. Um die Kreislaufschlieung zu verbessern, mssen legierungsspezifische Trennungen unter indus-triellen Bedingungen in Deutschland durchfhrbar sein, um Verbundmetalle und Hybride mit definierten Eigen-schaften zu erhalten. Hierzu sind beispielsweise inno-vative Sortier- und Analysetechniken, verbunden mit neuen Anstzen in der Metallurgie erforderlich.

Gesamtmaximierung der Wertschpfung

Die Wettbewerbssituation in bestehenden Recycling-prozessen muss durch intelligente Prozesse und Recyclingkaskaden berwunden werden. Es braucht organisatorische Innovationen zur Weitervermarktung aller werthaltigen Fraktionen aus dem Recycling.

Schlieen bestehender Datenlcken

Forschungsprojekte im Bereich der Metallurgie sollen darber hinaus auch Beitrge liefern, um bestehende Datenlcken, z. B. auf dem Gebiet der Lsungschemie, Thermodynamik und Verteilungskoeffizienten bei Spurenelementen zu schlieen und so die Aussagekraft und Genauigkeit von Simulationen zur Ressourcen-effizienz von Recyclingverfahren oder von Vernde- rungen im Produktdesign zu verbessern.

Mineralische Stoffe

Eine der grten Herausforderungen der ressourcen-effizienten Kreislaufwirtschaft die Menge betreffend ist das Recycling bzw. die Verwertung mineralischer Abfallstoffe. Diese stammen insbesondere aus dem Baubereich, aus metallurgischen Anlagen und aus der Verbrennung von Abfllen und Ersatzbrennstoffen. Auch bei der Aufbereitung von Altautos oder Elektro-altgerten entstehen mineralische Restfraktionen, die es hochwertig zu verwerten gilt. Viele der genannten Stoffstrme fhren immer noch erhebliche Restmengen an Metallen. In Flugstuben von Mllverbrennungs- anlagen und Ersatzbrennstoff-Kraftwerken werden sich zuknftig verstrkt versorgungskritische Metalle wie Silber und Zinn anreichern, die aus komplexen Kleingerten, RFID-Tags oder Nanopartikel-imprg- nierten Textilien stammen.

Erste Verfahrensanstze zur Metallrckgewinnung aus der Feinkornfraktion von Rostaschen sind erfolg-versprechend. Ohne wirtschaftliche und kologisch tragfhige Verwertungsoptionen fr die verbleibende fein- bis feinstkrnige mineralische Restfraktion ist eine Metallrckgewinnung oft nicht umsetzbar.


Die vom Bundeskabinett beschlossene aktuelle Mantel- bzw. Ersatzbaustoffverordnung und darin festgelegte neue Grenzwerte fr die Verwertung von Recycling-baustoffen werden sich auf zuknftige Einsatzmg-lichkeiten von mineralischen Reststoffen deutlich auswirken, z. B. im Straen- und Landschaftsbau. Die energetische Sanierung des Wohngebudebestandes nach Energieeinsparverordnung (EnEV) wird knftig ebenfalls zustzliche Stoffstrme generieren, die schadlos und ordnungsgem zu verwerten sind. Wenn keine sinnvollen Verwertungsoptionen fr mineralische Reststoffe erschlossen werden knnen, wird sich dies auf die Deponiekapazitten in Deutschland auswirken.

Eine verbesserte Kreislaufwirtschaft, die mineralische Abflle als Sekundrrohstoffe nutzt, ist daher von erheblicher kologischer und wirtschaftlicher

Bedeutung. Zementwerke knnen ideale Absatzkanle fr mineralische Reststoffe sein, die Primrrohstoffe im Rohmehlbereich ersetzen. Dafr sollen im Umgang mit enthaltenen zementkritischen Strstoffen Lsungen entwickelt werden. Erste Erfahrungen mit hochwertigen Verwertungsanstzen, z. B. ber den Einsatz von Recy-clingbeton liegen zwar vor. Es fehlen hier u. a. aber noch weitergehende Erkenntnisse fr die unterschiedlichen Einsatzfelder. Das gilt insbesondere fr den Hochbau, betrifft aber auch die notwendige flchendeckende Ak- zeptanz insgesamt und die Integration in entsprechende Regelwerke. Die Vielzahl der verantwortlichen Akteure bei Bau- und Rckbaumanahmen mit unterschied- lichem Aufgabenumfang und -tiefe hat darber hinaus eine bislang unzureichende Bercksichtigung des Recyclinggedankens bei der Planung von Gebuden zur Folge.

Quelle: Bundesverband Baustoffe Steine und Erden e. V., 2013

16 Mio. Abfall-Schlacke (Metallindustrie)

6 Mio. Abfall Asche (Mllverbrennung)

Recycling-Potenzial mineralischer Stoffe

Quelle: Bundesverband Baustoffe Steine und Erden e. V., 2013

Jhrlich werden rund 460 Mio. Tonnen abgebaut. Dabei entstehen ca. ...



1. Baustoffbereich

Systematische Anstze sowie Strategien fr Material-lager in Gebuden und Infrastruktureinrichtungen

Es braucht Strategien, die vorhandene Wertstoffe beim Rckbau nutzen und eine Separierung der nicht konformen Materialstrme zielgerichtet umsetzen. Dazu gehren auch die Identifizierung und Quanti- fizierung der mineralischen Sekundrrohstoffe im bestehenden Wirtschaftskreislauf; die Prognose der zu erwartenden nderungen von Mengen und Inhalts-stoffen; das Erkennen ungenutzter und neuer minera-lischer Stoffstrme.

Zukunftsorientierte Aufbereitungsverfahren fr multifunktionale Bau- und Werkstoffe

Durch die zunehmende Verwendung multifunktionaler Bauteile und Werkstoffe in modernen Gebuden werden Materialkombinationen erzeugt, die nicht mit den herkmmlichen Verfahren zum Baustoff-Recycling verwertet werden knnen. Fr ein hochwertiges Recycling der mineralischen Stoffstrme und der neu eingebauten Funktionsmaterialien sollen angepasste Verfahren entwickelt werden.

2. Schlacken, Aschen und Stube

Untersuchungen zur Steuerung von Hoch- temperaturprozessen Ziel ist, das Ausbringen bestimmter Komponenten in Schlacke-, Asche- und Staubphasen in metallurgischen Anlagen, Zementwerken, Verbrennungsanlagen und anderen Baustoff-Herstellungsprozessen zu steuern. Dies soll durch Beeinflussung von Ofenatmosphren, Zuschlagstoffen im thermischen Prozess und Prozess-fhrung geschehen.

Beeinflussung von Schlackensystemen in metall-urgischen Prozessen in der Schmelze Ziel ist die Konzentration spter abzutrennender synthetischer Mineralphasen, die eine zustzliche Metallrckgewinnung und eine Abreinigung der Mineralstoffe fr den Einsatz in hochwertigen

bautechnischen Anwendungen ermglichen. Eine Kombination mit nachgeschalteten Aufbereitungs- und Verwertungsprozessen wird angestrebt.

Entwicklung von kombinierten Prozessen zur Aufbereitung und Konfektionierung mineralischer Stoffstrme aus Abfllen

Diese mineralischen Stoffstrme sollen anschlieend im Rohmehlbereich von Zementwerken eingesetzt werden; die hierbei entstehenden Bypass-Stube zur Ausschleusen zementkritischer Inhaltsstoffe sollen aufbereitet werden.

Entwicklung von Verfahren und Produkten zur Erzeugung von hochwertigen Baustoffen bzw. Bau-stoffkomponenten aus entsprechend aufbereiteten mineralischen Abfallfraktionen

Die Produkte erfllen die Anwenderspezifikationen, reduzieren die Mengen an zu beseitigenden Abfall-strmen signifikant und vermeiden eine Schadstoff-anreicherung im Wertstoffkreislauf. Mgliche Aus-wirkungen zuknftig erwarteter Vernderungen in der Zusammensetzung von Flugstuben sind abzuschtzen.

Entwicklung von Konzepten fr die Rckgewinnung ungenutzten Gipses aus Abfllen

Um zuknftige Versorgungslcken mit Gipsen aus Rauchgas-Entschwefelungs-Anlagen, REA-Gipsen, zu kompensieren, die aus dem Rckgang im Bereich der Kohlekraftwerke resultieren, sollen tragfhige Konzepte fr das Recycling von Gips entwickelt werden.

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Offener Ideenwettbewerb zur Erschlieung zustzlicher Ressourcen- effizienzpotentiale

Aufgrund der dynamischen Entwicklung des Themas ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft im weitesten Sinne und seiner Treiber erffnen sich neue Optionen fr disruptive Innovationen abseits der heute abseh-baren Technologiepfade.

Vor diesem Hintergrund sollen ber die in diesem Forschungskonzept genannten vier Forschungs- schwerpunkte hinaus hochinnovative, risikobehaftete und forschungsintensive Projektideen in einem Ideen-wettbewerb ausgewhlt werden.

Mit dem Ideenwettbewerb sollen Projekte realisiert werden, die

hochgradig innovativ sind und fr disruptive Innovationen stehen. Die Projektideen sollen vllig neue Technologiepfade, gegebenenfalls in Verbindung mit einem Paradigmenwechsel und sozialen Innovationen erschlieen

besonders risikobehaftet und forschungsintensiv sind

auch aus dem bisher nicht kommerziell etablierten Umfeld heraus entwickelt werden, z. B. von Kleinst-unternehmen, Grndern, Nachwuchsforschergruppen oder Vereinen. Diese knnen Lsungen generieren, die von Grounternehmen und anderen etablierten Akteuren nicht in Angriff genommen werden.

besonders hohe Beitrge zur Kreislaufwirtschaft, zu Reuse- und Recyclingquoten, zur Steigerung der Gesamtrohstoffproduktivitt sowie ggf. zu weiteren Nachhaltigkeitsindikatoren erwarten lassen

Transnationale Kooperation im Rahmen des ERA-Net ERA-MIN 2

Transnationale Projekte unter Mitwirkung von Partner- einrichtungen aus europischen und auereuropischen Lndern sollen als Teil des Konzeptes Ressourcen- effiziente Kreislaufwirtschaft im Rahmen der gemein-samen Frderbekanntmachung des ERA-Nets Cofund on Raw Materials (ERA-MIN 2) untersttzt werden. Im

Flankierende Manahmen

FLANKIERENDE MASSNAHMEN 31

Rahmen von ERA-MIN 2 werden Forschungsthemen unter dem Dach der Kreislaufwirtschaft adressiert. Themen sind die nachhaltige Versorgung mit Primr- rohstoffen, kreislaufwirtschaftsgerechtes Produktdesign, ressourceneffiziente Produktion sowie das Recycling von Produkten und Komponenten.

Weitere Frdermanahmen mit Bezug zur Kreislaufwirtschaft

Auch in thematisch breiteren laufenden Frdermanah- men insbesondere KMU-innovativ: Ressourceneffizienz und Klimaschutz und r+Impuls Innovative Techno-logien fr Ressourceneffizienz Impulse fr industrielle Ressourceneffizienz sollen Themen der ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft aufgegriffen werden.

Mit der Frderrichtlinie KMU-innovativ verfolgt das BMBF das Ziel, das Innovationspotenzial von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) im Bereich der Spitzenforschung zu strken. Im Themenschwerpunkt Rohstoffeffizienz knnen neben Rohstofftechnologien und Recyclingverfahren zur Steigerung der Ressourcen- effizienz auch weitere Themen wie die ressourceneffiziente Gestaltung des Produktdesigns gefrdert werden. KMU sollen in jedem Fall zentraler Treiber der Entwicklung und Nutzer der Ergebnisse sein.

Ziel der Frderrichtlinie r+Impuls Innovative Tech- nologien fr Ressourceneffizienz Impulse fr indus-trielle Ressourceneffizienz ist die berwindung beste-hender Hemmnisse bei der industriellen Umsetzung und Verbreitung von Effizienztechnologien durch gezielte FuE-Impulse. Frderfhig sind FuE-Aktivitten im Rahmen industrieller Entwicklungs- und Innovations- projekte, um risikobehaftete technologische und nicht-technologische Fragestellungen im Zusammenhang mit der Mastabsvergrerung, Optimierung und Aus- legung von Komponenten und Anlagen, erforderlichen Prf- und Zulassungsverfahren, Entwicklung von neuen Geschftsmodellen und branchenbergreifenden Anwendungsmglichkeiten zu untersuchen. Neben Rohstofftechnologien, Recycling oder die stoffliche Nutzung von CO2 sind auch Themen zur Umsetzung einer ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft, wie die Kreislauffhrung von Altprodukten und deren Komponenten Gegenstand der Frderung.

Ansprechpartner fr das Forschungskonzept Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft:

Bundesministerium fr Bildung und Forschung Referat Ressourcen und Nachhaltigkeit 53170 Bonn

Dr. Helmut Lwe Tel.: 0228/9957-2110 E-Mail: [email protected]

Projekttrgerschaft Ressourcen und Nachhaltigkeit Projekttrger Jlich, Forschungszentrum Jlich GmbH Zimmerstrae 2627 10969 Berlin

Dr. Andreas Jacobi Tel.: 030/20199-485 E-Mail: [email protected]

Anja Degenhardt Tel.: 030/20199-406 E-Mail: [email protected]
mailto:[email protected]:a.jacobi%40fz-juelich.de?subject=mailto:a.degenhardt%40fz-juelich.de?subject=


QuellenLiteratur

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Bundesministerium fr Bildung und Forschung: r Innovative Technologien fr Ressourceneffizienz Strategische Metalle und Mineralien (2013)

Bundesministerium fr Bildung und Forschung: r4 Innovative Technologien fr Ressourceneffizienz Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe (2016)

Bundesministerium fr Bildung und Forschung: KMU-innovativ: Rohstoffeffizienz (2007ff.)

Bundesministerium fr Bildung und Forschung: Rahmenprogramm Forschung fr nachhaltige Entwicklung FONA3 (2014)

Bundesministerium fr Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit: Deutsches Ressourcen- effizienzprogramm ProgRess II (2016)

Bundesverband Baustoffe Steine und Erden e.V. (Hrsg): Die Nachfrage nach Primr- und Sekundrrohstoffen der Steine-und-Erden-Industrie bis 2035 in Deutschland (2013)

Briese, D. et al, TK-Verlag Neuruppin (Hrsg): Recycling und Rohstoffe, Band 5, Der Markt fr MVA-Schlacken (2012)

Consultic Marketing & Industrieberatung: Post-Consu-mer Plastic Waste Management in European Countries 2014 EU 28 + 2 Countries, Final Report, Alzenau (2015)

Consultic Marketing & Industrieberatung: Produktion, Verarbeitung und Verwertung von Kunststoffen in Deutschland 2013, Alzenau (2014)

Dehoust, G. et al.: Aufkommen, Qualitt und Verbleib mineralischer Abflle (2008)

Ellen MacArthur Foundation (EMAF): Growth within: A circular economy vision for a competitive Europe-Waste & Resources Action Programme (WRAP): Economic Growth Potential of More Circular Economies (2015)

EU KOM (Hrsg): Den Kreislauf schlieen Ein Aktions-plan der EU fr die Kreislaufwirtschaft (2015)

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OECD (Hrsg): Municipal Waste, OECD Environment Statistics (2015)

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Roland Berger GmbH (Hrsg.): Die Digitalisierung der GreenTech-Branche: Handlungsbedarfe fr Unter- nehmen der Umwelttechnik und Ressourceneffizienz in Deutschland (2016)

Verband der Chemischen Industrie (Hrsg): Abfall- management in der Chemischen Industrie (2015)

Links

Forschungskonzept Ressourceneffiziente Kreislaufwirt-schaft: https://www.fona.de/ressourceneffiziente_kreis-laufwirtschaft- 22596.html

Frdermanahme ERAMIN 2: https://www.fona.de/ERA-MIN_2-21839.html

Frdermanahme KMU-innovativ: https://www.fona.de/de/kmu-innovativ-rohstoffeffizienz-14221.html

Frdermanahme r+Impuls: www.fona.de/de/ r-impuls-18039.html
https://www.fona.de/ressourceneffiziente_kreislaufwirtschaft- 22596.html https://www.fona.de/ressourceneffiziente_kreislaufwirtschaft- 22596.html https://www.fona.de/ERA-MIN_2-21839.htmlhttps://www.fona.de/ERA-MIN_2-21839.htmlhttps://www.fona.de/de/kmu-innovativ-rohstoffeffizienz-14221.htmlhttps://www.fona.de/de/kmu-innovativ-rohstoffeffizienz-14221.htmlhttp://www.fona.de/de/ r-impuls-18039.html http://www.fona.de/de/ r-impuls-18039.html

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Impressum

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StandJuni 2018

TextBMBF/PtJ

GestaltungProjekttrger Jlich (PtJ), Forschungszentrum Jlich GmbH

DruckDruck- und Verlagshaus Zarbock GmbH & Co. KG

BildnachweiseTitel: shansekala/iStock/thinkstockS. 2/3: Friedberg stock.adobe.comS. 6/7: StockPhotoPro stock.adobe.comS. 8/9: Getty Images/Westend61S. 10: Besjunior/iStock/thinkstockS. 12/13: OlgaSalt/iStock/thinkstockS. 14: Gorodenkoff Productions OU stock.adobe.com S. 15: kadmy/istock/thinkstockS. 16: golubovy stock.adobe.comS. 17: pressmaster stock.adobe.comS. 19: Maik stock.adobe.comS. 21: REDPIXEL stock.adobe.comS. 22: ESE.COM S. 24: Getty Images/EchoS. 25: TSR Recycling GmbH & Co. KGS. 26: industrieblick stock.adobe.comS. 27: Harald Schmidt/iStock/thinkstockS. 29: N-sky/iStock/thinkstockS. 30: BestForYou stock.adobe.com

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http:www.bmbf.deInhaltVorwortEinleitungDie Ziele des ForschungskonzeptsDas Potenzial der ressourcen-effizienten KreislaufwirtschaftInnovationen im komplexen UmfeldDas Gesamtsystem der Produkt-und RohstoffkreislufeDie ForschungsschwerpunkteDesign kreislauffhiger und ressourcen-schonender ProdukteDigitale Technologien fr die kreislauf- undressourcenoptimierte WirtschaftInnovative Produktkreislufe und GeschftsmodelleOptimierte Material- und StoffkreislufeWirtschaftsstrategische RohstoffeMineralische StoffeFlankierende ManahmenOffener Ideenwettbewerb zurErschlieung zustzlicher Ressourcen-effizienzpotentialeTransnationale Kooperation imRahmen des ERA-Net ERA-MIN 2Weitere Frdermanahmen mit Bezug zur KreislaufwirtschaftQuellenLiteraturLinksImpressum

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