Kreislauffabrik lässt vom ewigen Produkt träumen

Das Global Footprint Network weist darauf hin, dass 2022 der globale Ressourcenverbrauch derart hoch war, dass rechnerisch 1,75 Erden benötigt worden wären, um diesen Bedarf zu decken. Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben es sich zum Ziel gesetzt, den traditionellen, linearen Wirtschaftsprozess – beschrieben als „nehmen, machen, benutzen, entsorgen““ – zu revolutionieren. Ihr Ansatz fokussiert sich auf zirkuläre Verfahren innerhalb der Kreislaufwirtschaft. Hierbei werden in der sogenannten Kreislauffabrik gebrauchte Produkte automatisiert so aufbereitet, dass sie als neuwertige Produkte wieder vermarktet werden können.

Recyclinganteil beträgt 2022 7,2 Prozent

Besonders für produzierende Unternehmen ist es eine Herausforderung, zirkuläre Wirtschaftskonzepte in der Massenproduktion rentabel umzusetzen. Aktuell werden diese Konzepte meist in Kleinserien umgesetzt, die einen hohen Anteil manueller Arbeit an Standorten mit niedrigen Löhnen erfordern. So beträgt der Anteil des recycelten und wieder in die Wirtschaft eingespeisten Materials am gesamten Materialeinsatz in Europa im Jahr 2022 beispielsweise erst 7,2 Prozent, wie im „The Circularity Gap Report“ nachzulesen ist.

„Als Gesellschaft können wir die von uns nicht mehr benötigten Produkte nicht immer weiter einfach nur entsorgen. Um unsere Ressourcen langfristig nutzen zu können, müssen wir konsequent in Richtung Kreislaufwirtschaft gehen, um im besten Fall Produkte beziehungsweise deren Komponenten ewig nutzen zu können. Entsprechende zirkuläre Wirtschaftsansätze stehen im Fokus des neuen SFB, der am KIT die Kompetenzen der Forschenden aus Maschinenbau, Informatik sowie Elektrotechnik und Informationstechnik zusammenführt“, sagt Professor Oliver Kraft, in Vertretung des Präsidenten des KIT.

Traum vom ewigen innovativen Produkt

Das Remanufacturing, die Aufarbeitung gebrauchter Produkte, stellt aktuell das Verfahren mit den höchsten Standards hinsichtlich Qualität und Garantieleistung der aufgearbeiteten Erzeugnisse dar. „Es ist das einzige zirkuläre Verfahren, das in diesen Punkten mit einem Neuprodukt konkurrieren kann. Die Vision des SFB ‚Kreislauffabrik‘ geht jedoch weit darüber hinaus. Sie besteht darin, eine integrierte lineare und zirkuläre Produktion von Neuprodukten mit individuellem Aufarbeitungsanteil in industriellem Maßstab möglich zu machen“, so Professorin Gisela Lanza, Leiterin des wbk Institut für Produktionstechnik des KIT und Sprecherin des SFB.

Die Idee hinter der Kreislauffabrik besteht darin, gebrauchte Produkte in die aktuellen Produktgenerationen zu integrieren, um der Vision eines innovativen ewigen Produkts näherzukommen. Obwohl es in der Praxis schwer vorstellbar ist, eine „ewige“ Nutzung von gebrauchten Materialien zu erreichen, wird dennoch das Konzept eines ewigen Produkts verfolgt. Dies kann mit dem Nordstern verglichen werden, der als der Idealzustand betrachtet wird, auf den alles ausgerichtet werden sollte.

„Der Sonderforschungsbereich 1574 markiert einen Eckpfeiler in unserem Forschungsprogramm für das nächste Jahrzehnt am wbk Institut für Produktionstechnik. Unsere Grundlagenforschung bildet die Basis für den Wandel der Wirtschaft von linearen zu zirkulären Modellen und der Befähigung einer Kreislauffabrik für das ewige, innovative Produkt“, erläutert Lanza. Auf dieser Grundlage das Forschungsteam zahlreiche praxisnahe Kooperationsprojekte mit der Industrie initiieren, um den Weg für eine nachhaltige und innovative Zukunft zu ebnen.

Diese Themenfelder werden angegangen

Das Team des Sonderforschungsbereichs (SFB) widmet sich der Erforschung bislang unerforschter Prozesse und Mechanismen in verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen. Dazu gehören Produktionstechnik, Produktentwicklung, Werkstofftechnik, Arbeitswissenschaft, Robotik, Informatik und Wissensmodellierung. In diesem Kontext stellen sich einige zentrale Fragen:

• Wie ist es möglich, aus einzigartigen Gebrauchtprodukten neue Produkte zu generieren?
• Wie kann die Funktionalität dieser Produkte im zweiten Lebenszyklus sichergestellt werden?
• Wie können Menschen komplexe Problemlösungsstrategien erlernen, und wie können diese Strategien auf automatisierte Produktionsprozesse übertragen werden?
• Wie lässt sich ein wandelbares, autonomes Produktionssystem wirtschaftlich realisieren, um eine zirkuläre Produktion in großer Stückzahl an einem Hochlohnstandort zu ermöglichen?
• Wie können Daten und Informationen effektiv genutzt werden, um den gesamten Prozess kontinuierlich zu verbessern?

Gliederung in drei Projektbereiche

Das SFB-Projekt ist in drei Hauptbereiche unterteilt, die jeweils wichtige Aspekte der Kreislauffabrik erforschen:

• Projektbereich A widmet sich der Planung und Steuerung der Kreislauffabrik. Ziel ist es, den maximalen Werterhalt von einzigartigen Gebrauchtprodukten für den Primärmarkt zu gewährleisten.
• Projektbereich B konzentriert sich auf die Entwicklung von Messstrategien zur Erfassung, Modellierung und Bewertung des individuellen Produktzustands. Darüber hinaus werden Methoden zur Erfassung und Interpretation der menschlichen Prozessausführung erforscht.
• Projektbereich C hat zum Ziel, ein vollständig modulares Produktionssystem zu entwickeln, das eine kontinuierliche Anpassung an immer neue Produktvarianten ermöglicht.

In der ersten Förderperiode ist der Aufbau einer Laborkreislauffabrik geplant. Dieses Projekt wird von der DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft) finanziell unterstützt und erhält eine Förderung in Höhe von rund 11 Millionen Euro, die vom 1. April 2024 bis zum 31. Dezember 2027 gewährt wird.