(Never) change a running system. Fraunhofer IGCV unterstützt Unternehmen mit nachhaltigen Produktionssystemen
In Anbetracht globaler Herausforderungen und dadurch steigenden
Energiekosten sowie einer geringeren Lieferketten- und
Versorgungssicherheit, erkennen Unternehmen zunehmend die Notwendigkeit,
ihre Produktions- und Geschäftsmodelle nachhaltig auszurichten. Doch:
Funktionieren bestehende Systeme gut, riskieren Firmen meist ungern
Veränderungen. Fehlende Erfahrung trägt zusätzlich dazu bei, dass
technische Innovationen häufig als komplex und aufwendig wahrgenommen
werden.
Das Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik
(Fraunhofer IGCV) unterstützt Unternehmen aktiv dabei, eine Transformation
des Produktionssystems bewerten, planen und durchführen zu können. Dabei
werden Prozesse sowohl ökologisch als auch ökonomisch betrachtet und
Produktionssysteme effizienter gestaltet.
Energie sinnvoll nutzen
»Wir helfen Unternehmen zum Beispiel dabei, selbsterzeugten Strom, zum
Beispiel aus Photovoltaikanlagen sowie Niedrigpreis-Zeitfenster optimal
auszunutzen und die Energieeffizienz in der Produktion zu steigern.«, sagt
Vincent Kalchschmid. Er ist Experte für nachhaltige Produktionssysteme am
Fraunhofer IGCV. Wie das funktionieren kann, zeigt ein Beispiel aus der
Industrie, bei dem ein Unternehmen mehrere Wärmebehandlungsöfen zur
Metallverarbeitung betreibt. Dieses stand vor der Herausforderung,
ineffiziente Belegungspläne zu optimieren, die zu unnötigen Aufheiz- und
Abkühlzeiten führten. Durch eine gezielte Analyse der Produktionsabläufe
konnte das Unternehmen eine energieoptimierte Belegungsplanung umsetzen.
»Wir haben die Belegung der Öfen so angepasst, dass die Maschinen
konzentrierter und unterbrechungsfreier ausgelastet sind und unnötige
Warmhaltezeiten zwischen den Chargen minimiert wurden. Dafür brauchte es
in kürzeren Zeitabschnitten mehr Personal und eine entsprechende Logistik,
um das verarbeitete Material zwischenzulagern. Aber dank dieser
Anpassungen konnte der Energieverbrauch stark reduziert werden, sodass die
Effizienz im ökologischen und wirtschaftlichen Sinne gesteigert werden
konnte.«
Unabhängigere Energieversorgung
Ein Hauptaugenmerk bei der Steigerung der ökologischen Nachhaltigkeit von
Produktionssystemen liegt auf der Gestaltung der Energieversorgung. »Durch
die Nutzung von eigenerzeugtem Strom, beispielsweise aus
Photovoltaikanlagen, und der Integration von Energiespeichern können
Unternehmen ihre Versorgungssicherheit und Energiepreisstabilität in
Teilen selbst sicherstellen«, erklärt der Fraunhofer-Experte. Um die
Entscheidung für eine entsprechende Investition fundiert und unter
Abwägung der wirtschaftlichen Randbedingungen zu treffen, bedarf es einer
ganzheitlichen Betrachtung. Daher analysieren Kalchschmid und sein Team im
ersten Schritt alle bestehenden Energieströme eines Unternehmens. So
lassen sich energetische Zusammenhänge im Unternehmen besser verstehen und
passende Maßnahmen ableiten. Woher kommt die Energie? Wann wird sie wofür
genutzt? Wo wird Energie verloren? Wie sollte Energie gespeichert werden?
»Durch den Einsatz von Softwaretools können wir individuelle Szenarien
entwickeln, diese simulieren und so sicherstellen, dass sich strukturelle
Anpassungen am Energiesystem auch wirtschaftlich lohnen«, sagt der
Wissenschaftler und fährt fort: »Nicht jedes Unternehmen hat die gleichen
Voraussetzungen. Je nach Standort und Gebäude bieten sich verschiedene
erneuerbare Energieträger an. Aber auch die Produktionsumgebung und
Produktionszeiten setzen einen festen Rahmen, in dem wir uns bewegen
müssen.«
Ressourcen und Kosten einsparen
Neben einer nachhaltigen Energieversorgung setzt das Team am Fraunhofer
IGCV auch ein Augenmerk auf die Ressourceneffizienz. »In vielen Branchen
ist es möglich, die Materialeffizienz durch organisatorische Maßnahmen zu
verbessern. Wir beraten Unternehmen, wie sie ihren Materialeinsatz
optimieren und Abfälle vermeiden können.« In einem aktuellen Projekt
untersuchen Kalchschmid und seine Kolleg:innen beispielsweise, wie die
Fertigung von Flugzeugrümpfen so gestaltet werden kann, dass
Restmaterialien wiederverwendet werden können. »Bisher fielen bei der
Produktion signifikante Mengen von Composite-Abfällen an. Eigentlich
neuwertiges Material, das schlichtweg entsorgt wurde«, gibt der Experte zu
bedenken. Um dem entgegenzuwirken, untersuchen die Ingenieur:innen neue
Prozessketten, in denen diese Reste für die Herstellung von
Sekundärbauteilen verwendet werden. Eine simulationsgestützte Auslegung
der Prozessketten stellt dabei eine Verarbeitung vor Ablauf der
Resthaltbarkeit des Materialabfalls sicher. »Durch unsere Anpassungen
könnten wir große Mengen an Abfall vermeiden und damit den gesamten
Produktionsprozess ressourcenschonender auslegen. On top könnte das
Unternehmen Materialkosten einsparen. Eine Win-Win-Situation und ein
großartiges Beispiel für eine gelungene Kreislaufwirtschaft.«
Was ist zu tun? Daten und Testmöglichkeiten schaffen
Um die Unternehmen bei dieser Transformation zu unterstützen, ist es
entscheidend, dass sie über die nötigen Daten und Transparenz verfügen.
»Daten sind der Schlüssel zur effektiven Umsetzung nachhaltiger
Maßnahmen«, sagt der Fachmann. Möglich sei das mithilfe gezielter
Energiemonitoring-Systeme, mit denen Unternehmen in der Lage sind, ihren
Verbrauch genau zu tracken und zu optimieren. »Neben fehlenden Daten zeigt
unsere Erfahrung, dass es auch an niederschwelligen Möglichkeiten für
Unternehmen fehlt, innovative Technologien zu erkunden und
auszuprobieren.« Dem Ingenieur zur Folge könnten öffentlich geförderte
Projekte der erste Schritt zu dauerhaften Veränderungen sein, insbesondere
in wirtschaftlich unsicheren Zeiten.
