Nachhaltige Produktionsysteme

Was sind nachhaltige Produktionssysteme?

Nachhaltige Produktionssysteme (engl. sustainable production systems) sind auf eine wirtschaftliche und ökologische Herstellung von Produkten ausgerichtet. Dazu werden ökonomische und ökologische Zielgrößen in Planung und Betrieb der Produktion sowie des Produktionsablaufs integriert. Nachhaltige Produktionssysteme zeichnen sich durch einen möglichst wirtschaftlichen und effizienten Umgang mit Ressourcen wie Energie und Material bei möglichst geringen Umweltwirkungen (z. B. CO2-Fußabdruck) aus.

 

Am Fraunhofer IGCV entwickeln wir Methoden und Lösungen, die eine nachhaltigkeitsorientierte Ausrichtung und Transformation der Produktion unterstützen.

 

Nachhaltige Produktionssysteme @Fraunhofer IGCV

Die Grundlage in der Planung und Optimierung nachhaltiger Produktionssysteme bildet eine Transparenzschaffung zur Erfassung relevanter Energie- und Umweltaspekte der Produktion und Produkte. Dazu wird ein Energiemonitoring und die Methode Life Cycle Assessment (LCA) eingesetzt. Durch eine (teil-)automatisierte Datenerfassung und -aufbereitung, basierend auf unternehmenseigenen Softwares und Datenstrukturen können dabei die Aufwände in der Transparenzschaffung minimiert werden. Aufbauend kann spezifisch zu den Anforderungen des Produktionssystems eine nachhaltige Energieversorgung konzeptioniert und ausgelegt werden. So können z. B. durch Kombination von erneuerbarem eigenerzeugtem Strom mit geeigneten Speichern Strombezugskosten und der CO2-Fußabdruck reduziert werden. Durch einen nachhaltigen Fabrikbetrieb lassen sich wiederum Materialverschwendungen in der Produktion minimieren und die Lastgänge der Produktion an diejenigen der erneuerbaren Energieerzeugung anpassen. Die dadurch optimierte Eigenverbrauchsquote der erneuerbaren Energieerzeugung, potenzielle Lastspitzensenkung und Anpassung an volatile Energiemarktbedingungen ermöglichen weitere Kosteneinsparung und Reduktion des CO2-Fußabdrucks.

Am Fraunhofer IGCV forschen unsere Expert:innen dazu insbesondere in folgenden Themenfeldern: 

 

Life-Cycle-Assessment

  • Transparenzschaffung mittels LCA
  • Identifikation von wesentlichen Emittenten, Stellhebeln und Auswahl optimaler Lösungen (z.B. Energieversorgung, Lieferketten, Materialeinsatz, Fertigungsverfahren)
  • Ausweisung der produkt- und unternehmensbezogenen Umweltwirkungen (z. B. CO2-Fußabdruck)
 

Nachhaltige
Energieversorgung

  • Dimensionierung nachhaltiger Energieversorgungskonzepte
  • Konzeptionierung und Planung der Energiebeschaffung, -erzeugung und geeignete Speichertechnologien
  • Schaffen einer belastbaren Informationsbasis zu (kurz-, mittel-, langfristigen)
    Planungsvarianten für Investitionsentscheidungen

 

 

Nachhaltiger
Fabrikbetrieb

  • Nachhaltigkeitsbezogene Wertstromanalyse
  • Entwicklung geeigneter Kennzahlensysteme (Energiekosten, CO2-Fußabdruck, etc.) für eine multikriterielle PPS
  • Entwicklung von geeigneten Betriebsstrategien zur ganzheitlichen Optimierung
  • Integration von zusätzlichen Steuerungsgrößen in PPS-Systeme
 

Energiemonitoring

  • Unterstützung beim Aufbau von kontinuierlichen Energiedatenerfassungssystemen
  • Erstellung von nutzerspezifischen Messkonzepten
  • Individuelle Definition von Auswahlkriterien für Software und Hardware
  • Entwicklung von Visualisierungs-, Kennzahlen- und Reportingsystemen auf Basis von Energieverbrauchsdaten
  • Unterstützung bei der Ableitung, Bewertung und Umsetzung von Effizienzmaßnahmen

Warum ist eine nachhaltige Produktion wichtig?

Die natürlichen Ressourcen unserer Erde sind kostbar und ein umweltgerechter Umgang mit wertvollen Ressourcen wie Energie oder Materialien sowie entstehenden Abfällen und Emissionen wird immer wichtiger. Die Ausrichtung und Transformation Deutschlands zu mehr Nachhaltigkeit, insbesondere zur Klimaneutralität bis 2045, stellen Unternehmen vor neue und besondere Herausforderungen.

Unternehmen können diesen Herausforderungen mit einem entsprechend ausgerichteten Produktionssystem begegnen und gleichzeitig die Chancen einer wirtschaftlichen sowie ökologisch orientierten Produktion nutzen. Als Beispiel kann den durch die Energiewende bedingten Preisschwankungen in der Stromversorgung und Preisanstiegen in der Wärmeversorgung mit einer (Teil-)Elektrifizierung der Prozesse, einem stärker energieorientierten Betrieb sowie der Installation eigener Stromerzeugung aus Wind- und Photovoltaikanlagen und von Speichersystemen begegnet werden.

Neben Kosteneinsparungen durch gezielten Stromeinkauf- und Verbrauch zu Niedrigpreisfensterns sowie der Nutzung günstiger erneuerbarer und eigenerzeugter Energie sind dabei auch Einsparungen der Treibhausgasemissionen möglich. Auch die durch Berichtspflichten und CO2-Bepreisung notwendige Analyse und Optimierung von Nachhaltigkeitskennzahlen (z. B. Treibhausgasemissionen) des Unternehmens und der Produkte kann möglichst effizient umgesetzt werden und die Ausweisung konkreter und reduzierter Nachhaltigkeitskennzahlen kann als Wettbewerbsvorteil für ökologisch ausgerichtete Unternehmen dienen.

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Warum ist eine nachhaltige Produktion wichtig?

Der Weg zu einer nachhaltigen Produktion

LCA und Energiemonitoring als Grundlagen für eine nachhaltige Produktion

Eine gute Datenbasis zu Energie- und Medienverbräuchen in der Produktion ermöglicht die Identifikation von Verschwendungsherden und die Ableitung von Optimierungsmaßnahmen, um Energiekosten und gleichzeitig den CO2-Fußabdruck zu senken. 

Im Video zeigen wir Ihnen, wie Sie möglichst effizient eine Transparenz Ihrer Produktion schaffen und diese als Grundlage für eine nachhaltige Produktion optimal nutzen können.

Beispielprojekte im Bereich nachhaltige Produktionssysteme

  • MAI ÖkoCaP

    Wirtschaftliche, technische und ökobilanzielle Bewertung von recycelten Carbonfasern in industriellen Prozessen

    Projekt zum Thema Nachhaltigkeit, Copyright: vegefox.com - stock.adobe.com
    © vegefox.com - stock.adobe.com

    Entscheidungsgrundlage zum Einsatz recycelter Carbonfasern: Zentrales Ziel des Projektes MAI ÖkoCaP ist der Aufbau einer belastbaren und transparenten Entscheidungsgrundlage, die es erlaubt, den Nutzen bei der Verwendung von rCF in unterschiedlichen industriellen Anwendungsgebieten und Produkten abzuschätzen.

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  • Projekt zum Thema Energiespeicher / Batterie, Copyright: Fraunhofer IGCV | Bernd Müller
    © Fraunhofer IGCV | Bernd Müller

    Der Strombedarf in Deutschland soll bis 2050 komplett aus erneuerbaren Energien bedient werden. Dabei gibt es allerdings ein Problem: Wind und Sonne sind keine beständigen Energielieferanten, das Stromangebot schwankt. Ein Beitrag zur Lösung liegt in der Anpassung des Stromverbrauchs von Fabriken an die fluktuierende Stromerzeugung. Die Ergebnisse sind ermutigend. Das Konzept der energieflexiblen Fabrik funktioniert auch in der Praxis – und senkt sogar den CO2-Aussstoß.

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  • Titelbild, Kachel, Icon zu Luft- und Raumfahrt
    © Frank Peters - stock.adobe.com

    Im Rahmen von NATUR werden Leichtbauweisen und Technologien für CFK-Rumpfstrukturen adressiert, die durch die konsequente Nutzung von Materialresten, recycelten Carbonfasern (rCF) und Out-of-Autoclave (OoA)-Prepregs, sowie zugehöriger energiereduzierter Produktionsverfahren und –systeme zur Senkung des Global Warming Potentials (GWPs) entlang der Gesamtprozesskette beitragen. Die Optimierung des Bauteil-Designs und der Produktionsplanung für einen nachhaltigen Materialkreislauf, sowie eine energie- und emissionsoptimierte Produktionssteuerung stehen daher im Fokus. Durch die Gewichtseinsparung wird weiterhin ein signifikanter Beitrag zur Senkung der Umweltwirkungen in der Flugzeug-Nutzungsphase geleistet.

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  • Projekt zum Thema Composites

    Ziel des Projektes CU GreenCeramic ist es, eine grundlegende Datenbasis für den Einsatz von regenerativen Rohstoffen zur Herstellung von carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) und carbonfaserbasierten keramischen Matrixwerkstoffen (CMC) zu schaffen. Dazu werden alternative Prozessrouten für die Herstellung von Carbonfasern und Matrices auf Basis regenerativer Materialien betrachtet. Ziel ist es, die Sichtbarkeit und Akzeptanz des Einsatzes von CFK bzw. CMC aus nachwachsenden Rohstoffen (regCFK bzw. regCMC) in Gesellschaft, Wirtschaft und Politik zu etablieren, zu festigen und auszubauen.

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  • Titelbild, Kachel, Icon zu Energie und Mobilität
    © Shutterstock | Metamorworks

    Klimafreundliche Gießereiindustrie in Deutschland durch Windkraft: Energieüberschüsse können genutzt werden, um Metall zu schmelzen und so den CO2-Footprint der Gießereiindustrie zu reduzieren.

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  • Titelbild, Kachel, Icon zu Zusammenarbeit
    © Shutterstock | Rawpixel.com

    Das Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg unterstützt kleine und mittlere Unternehmen, die Veränderungen von Digitalisierung und Industrie 4.0 als Chance zu nutzen. Dazu bieten wir praktische Informationen und verständliche Lernangebote.

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  • Projekt zum Thema Nachhaltigkeit, Copyright: vegefox.com - stock.adobe.com
    © vegefox.com - stock.adobe.com

    Im Forschungsprojekt »DekPro« (Dekarbonisierung der Produktion) werden Lösungen zur Reduktion von produktionsbedingten Treibhausgasen (z. B. CO2-Emissionen) entwickelt. Ziel dieses Projekts ist es, entlang des Wertschöpfungsprozesses Treibhausgas-Emittenten auf Grundlage einer belastbaren Datenerhebung zu identifizieren und im Einklang mit unternehmerischen Zielgrößen wie Kosten, Qualität und Leistung die Emissionen signifikant zu reduzieren.

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