Auf dem Weg zu einer nachhaltigen Industrie 4.0
Auf der jüngsten UN-Klimakonferenz in Kopenhagen (COP26) kamen die Staats- und Regierungschefs der Welt mit dem Ziel zusammen, die schlimmsten Auswirkungen des Klimawandels zu begrenzen. Eine der wichtigsten Vereinbarungen auf dem Gipfel war die weitere Senkung der Emissionen des Treibhausgases Kohlenstoffdioxid (CO2).
Das Beratungsunternehmen Roland Berger berichtete 2019, dass 21 Prozent der gesamten CO2-Emissionen in Europa aus dem verarbeitenden Gewerbe stammen. Daher wächst die Nachfrage nach Technologien, die eine umweltverträgliche Produktion berücksichtigen. In diesem Artikel geben wir Ihnen einen kurzen Überblick über Industrie 4.0, Digitalisierung und nachhaltige Fertigung. Dabei beleuchten wir Potenziale diese Punkte miteinander zu vereinen.
Industrie 4.0
Die vierte Generation der industriellen Revolution verspricht eine intelligente Fertigung durch Digitalisierung. Sie zielt darauf ab, mit weniger Aufwand und geringeren Kosten eine höhere Produktivität zu erreichen.
Die Kernelemente von Industrie 4.0 (I4.0) sind: Digitalisierung, industrielle Automatisierung und cyber-physische Systeme, bei denen eingebettete Computer und Netzwerke die physischen Prozesse mit Rückkopplungsschleifen überwachen und steuern. Dies wurde zusätzlich durch den raschen Fortschritt von Technologien wie: 5G-Konnektivität, Industrial Internet of Things (IIoT), Cloud Computing, KI, Machine Learning (ML), Big Data sowie moderne Produktionstechniken wie additive Fertigung (z. B. 3-D- und 4-D-Druck) vorangetrieben.
Obwohl der globale Markt für Industrie 4.0 durch die COVID-19-Pandemie beeinträchtigt ist, wird er bis 2026 einen Wert von schätzungsweise 210 Mrd. USD erreichen, gegenüber 70 Mrd. USD im Jahr 2019.
Nachhaltige Industrie 4.0
Das US-Handelsministerium definiert nachhaltige Fertigung als „die Fertigung von Produkten, die mit Verfahren hergestellt werden, welche negative Auswirkungen auf die Umwelt minimieren, Energie und natürliche Ressourcen schonen, sicher für Mitarbeiter, Gemeinden und Verbraucher sowie wirtschaftlich stabil sind.“
Die Zahl der umfassenden Forschungsstudien zu den positiven und negativen Auswirkungen von Industrie 4.0 und Smart Manufacturing auf die Umwelt ist gering. Jüngste Umfragen zeigen jedoch, dass viele Hersteller entweder wirtschaftliche Gewinne priorisieren oder sich der ökologischen Vorteile von I4.0 einfach nicht bewusst sind.
Wenn wir den Lebenszyklus der Fertigung in Produkt und Technologie unterteilen, lassen sich die Auswirkungen der I4.0-Technologien auf beide besser verstehen.
Die meisten I4.0-Anwendungsfälle (z. B. Digitaler Zwilling, Augmented Reality (AR), vorausschauende Wartung und Data Analytics) haben einen positiven Umwelteffekt auf den Produktlebenszyklus. Sie ermöglichen eine höhere Effizienz mit weniger Abfall und geringerem Energieverbrauch.
Umgekehrt ist die Situation im Technologie-Lebenszyklus nicht ideal. Nur ein winziger Teil der in diesen Technologien verwendeten Hardware ist recycelbar. In diese Kategorie fallen beispielsweise elektronische Chips und IIoT- und RFID-Sensoren (Radio-Frequency Identification). Das Problem ist hier das Fehlen eines Recyclingsystems, das gleichzeitig finanziell attraktiv ist. Außerdem erfordert die Integration neuer Fertigungstechnologien eine sorgfältige Planung und Gestaltung. Ein additiver Fertigungsprozess, der während des Drucks aufgrund falscher Heizbedingungen versagt, ist beispielsweise sehr energiearm.
Der einzig praktikable Ansatz für eine nachhaltige Umsetzung von I4. ist die Einbeziehung aller Beteiligten in multiple Phasen des Produkt- und Technologielebenszyklus. Es bedarf einer engen Zusammenarbeit zwischen Universitäten, Industrie und Regierungen, um neue Initiativen, Methoden und Lösungen zu entwickeln, die diese Lücke zwischen I4.0-Technologien und Nachhaltigkeitspraktiken schließen.
