Ggg2 nachhaltige produktion
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Global. Gerecht. Gemeinsam. Block II: Ökonomie
Ressourceneffizienz - Nachhaltige Produktion - Elektromobilität
• Entscheidungsträger aus Wirtschaft und Wissenschaft mit ökonomischer Ausrichtung
• Experten im Gebiet Nachhaltigkeit
• Hoher Praxisbezug / weitreichende Entscheidungen
2 1 1 Die Referenten
2 1 2 Der Vortrag vergangene Woche – VDMA
• Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit: das Beispiel Blue Competence
• Als Mitgliedsunternehmen: Schumacher Precision Tools
2 1 3 Heute: Universität Stuttgart – Prof. Dr. Bauernhansl
• Nachhaltige Produktion: Status und Herausforderungen
2 1 3 Nächsten Montag: DAIMLER AG – Prof. Dr. Kohler
• Nachhaltigkeit und Elektromobilität
• Der Vortrag VDMA
• Beispiel aus letzter Woche: automatisierte CNC-Produktion bei Fertigung individualisierter Großserien
• Flexibel und effizient mit Bezug auf Ressourcen
• Intelligente Konstruktionsverfahren auf CAD-Basis
2 1 4 Nachhaltigkeit in der Produktion
2 1 4 Konstruktion durch Parametrisierung
301 Härte HRC 63,50
403 Rundsch.GWT Meßeb 20,110
502 DM Flanke Meßeben 18,429
503 DM Kern Meßebene 17,294
507 Hinterschl.Flanke 0,031
516 Flankenwinkel 60,00
601 Nutenlänge 60,00
603 Nutenkern-D schl. 9,00
604 Stegbreite schl. 6,10
605 Schnittw.Brust 13
701 LG Anschnitt 6,25
703 DM Anschnittanf. 17,500
704 Hinterschl.Anschn 0,130
710 LG Abkantung 0,80
712 Hinterschl.Abkant 0,130
2 1 4 Redundanzfreie Datenübertragung
2 1 4 Anstieg der Anforderung an Fachkräfte
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Webinar „Nachhaltigkeit in der Wirtschaft“
22. Juli 2013
Nachhaltige Produktion
Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl
Institutsleiter
Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF, Universität Stuttgart
Institut für Energieeffizienz in der Produktion EEP, Universität Stuttgart
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA Stuttgart
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Wir haben kein nachfrageseitiges Wachstumsproblem aber 2025 wird die Hälfte des globalen Konsums in Entwicklungsländern stattfinden.
Wir werden älter! (Durchschnittsalter steigt um ca. 10 Jahre bis 2050)
Wir werden urban! (60% -70% aller Menschen leben 2050 in Städten)
Weltbevölkerung1
Milliarden Menschen Konsum-Klasse unterhalb der Konsum-Klasse
Weltverbrauch Billiarden USD Entwicklungsmärkte
Entwickelte Märkte
Bevöl-kerung in Konsum-Klasse2 %
Quelle: Wolfeshorn Center for Development, Brookings Institution); Groningen Growth and Development Centre; McKinsey Global Inst.
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Wir haben ein angebotsseitiges Wachstumsproblem Ressourcenvernutzung begrenzt Wachstum und Nachhaltigkeit
Wir bedrohen die Umwelt (Klimawandel, Artenvielfalt,…).
Wir verbrauchen pro Jahr die Menge an fossilen Energieträgern, die die Erde in einer Million Jahre gebildet hat.
2025 leben voraussichtlich zwei Drittel der Menschen in Regionen, die von Wassermangel betroffen sind.1
Bis 2050 wird sich unser Energiebedarf verdoppeln.²
1 Quelle: Die Welt in Zahlen 2010; 2 Quelle: BP Statistical Review of World Energy 2011;
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Nachhaltigkeit Geschichte des Begriffs und Begründer des Ansatzes
1713, mitten in einer Ressourcenkrise, erscheint „Sylvicultura oeconomica“ oder „Anweisung zur wilden Baumzucht“ von Hans Carl von Carlowitz, Vice Berg-Hauptmann in Sachsen (450 Seiten zum Umgang mit der Ressource Holz)
Beschreibungen der nützlichen Baumarten
Vorschläge zur langfristigen Überwindung des Holzmangels
Man soll „mit dem Holtz pfleglich umgehen“ (keinen Raubbau betreiben); Tatsächlich: pfleglich als Vorläufer von nachhaltig
Konzept der nachhaltigen Entwicklung wird im Buch deutlich:
die Natur respektieren, mit den Ressourcen haushalten, das Gemeinwesen stärken
Verantwortung für nachfolgende Generationen übernehmen
„ … wie eine sothane (eine solche) Conservation und Anbau des Holtzes
anzustellen, dass es eine continuierliche beständige und nachhaltende
Nutzung gebe / weil es eine unentbehrliche Sache ist / ohne welche das
Land in seinem Esse nicht bleiben mag. “
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Definition und Säulen der Nachhaltigkeit
Definition der Nachhaltigen Entwicklung nach der Brundtland-Kommission:
„Sustainable development meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs.“
"Dauerhafte (nachhaltige) Entwicklung ist Entwicklung,
die die Bedürfnisse der Gegenwart befriedigt, ohne
zu riskieren, dass künftige Generationen ihre
eigenen Bedürfnisse nicht befriedigen können."
Quelle: Brundtland-Report, 1987
Ökonomie
Gesellschaft
Ökologie und
Umwelt
ÖKO-EFFIZIEN-
TER BEREICH
NACH-HALTIGER BEREICH
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Akteure und Treiber einer nachhaltigen Entwicklung pro-aktiver Einsatz der Politik zur Förderung einer nachhaltigen Entwicklung
Seit Anfang der 70 Jahre engagiert sich Europa für eine nachhaltige Gesetzgebung in folgenden Politikfeldern:
Bekämpfung des Klimawandels
Kyoto-Protokoll, Verringerung von Treibhausgasen, Emissionshandel
Abfallentsorgung
Abfallvermeidung und Recycling, Spezifische, Gefährliche / Radioaktive Abfälle
Gewässerschutz und Wasserpolitik
Gebrauch von Wasser, Meeresverschmutzung, Innere Gewässer, Ableitung von Stoffen
Schutz der Natur und der biologischen Vielfalt
Biologische Vielfalt, Fauna und Flora, Wälder, Genetisch veränderte Organismen
Schutz des Bodens
Bodenschutz in spezifischen Gebieten, Ableitung von Stoffen, Risikobereiche
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Akteure und Treiber einer nachhaltigen Entwicklung NGOs als Treiber einer nachhaltigen Entwicklung
Umweltauswirkungen von Produkten und Verhalten /
Strategien von Unternehmen immer mehr im Fokus,
„negative“ Beurteilung führt zu Imageschäden
Bsp. VW: The Dark Side
Stiftung Warentest
Ökotest
Guide to Greener Electronics von Greenpeace - Ranking
von Hersteller von Mobiltelefonen, Fernsehgeräten und
PCs hinsichtlich der Faktoren
Erzeugte Treibhausgasemissionen der
Unternehmen
Energieeffizienz der Produkte
Belastung der Produkte mit Chemikalien
Produktrecycling
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Nachhaltigkeit in den Phasen des Produktlebenszyklus
Nachhaltiges Produktdesign
In der Designphase eines Produkte werden bereits bis zu 70 % der später anfallenden ökologischen Auswirkungen festgelegt
Große Potenziale durch innovative Produktkonzeption
Rohmaterialbeschaffung
Vermeidung von sozialen und ökologischen Problemen in der Phase der Ressourcengewinnung
Produktion
Ressourceneffizienz in der Produktion = höhere Wertschöpfung bei geringeren Ressourceneinsatz
Transport
innovative Logistik-, Lager- und Handelskonzepte
Gebrauchsphase und Recycling
ökologische Bedeutung der Gebrauchsphase ist enorm
80% der CO2-Emissionen eines Mittelklassewagens entfallen auf die Gebrauchsphase
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Wir brauchen einen Paradigmenwechsel in der Produktion Wie sieht der Weg zur Green Economy aus?
Nachhaltigkeit durch Wachstum
Technikkonzept:
Neue Technologien führen zu einer massiven Reduzierung des Ressourcenverbrauchs
Nachhaltigkeit durch gebremstes Wachstum Konzept der Steady State Economy:
Null- oder Minus-Wachstum verbunden mit der Notwendigkeit eines einfacheren Lebensstils
Konzept des selektiven Wachstums Einschränkung des Verbrauchs spezifischer Ressourcen
Konzept der Mäßigung des Wachstums Mäßigung der BIP-Wachstumsraten, um Ressourcen zu reduzieren
Lässt sich nachhaltiges Wachstum vom Ressourcenverbrauch entkoppeln? Bildquelle: www.openmint.net Rogall, H. (Hrsg): Jahrbuch Nachhaltige Ökonomie
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Optimierung finanziert Erneuerung Effizienz und Effektivität statt Verzicht
je mehr, umso besser
EFFEKTIVITÄT
je weniger, umso besser
EFFIZIENZ
Effizienzstrategie: Materialnutzgrad
steigern
Bestehende Prozesse optimieren
Energieeinsatz reduzieren
Effektivitätsstrategie: Zero-Waste-Prozesse
Schließen von Stoffkreisläufen
Verwendung von Sekundärrohstoffen
Einsatz erneuerbarer Energien
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Paradigmenwechsel durch Wandel aller Produktionsfaktoren Nachhaltigkeit als Treiber und IKT als Enabler
Energiewende Material- wende
Kapitalwende dispositive Faktoren
Informations- und Kommunikationstechnologie als Enabler
Personal- wende
Bildquellen: hbw-cs.de; freemalaysiatoday.com; t2.ftcdn.net; livingwater-online.de; verkehrsrundschau.de; wieland-edelmetalle.de, SEW Eurodrive
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Die Ultraeffizienzfabrik Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz
Material Material-recycling
Fabrik
dispositive Faktoren / IT
Neue Recyclingverfahren
Produkt
Nutzung
Energie-recycling
Energie Personal Kapital
Emissio- nen
Verschwen-dung Abfall
W e r t s c h ö p f u n g
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Die Ultraeffizienzfabrik Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz
Energie
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Die Energiewende in Deutschland Kann Ressourcenverbrauch und Wachstum entkoppelt werden?
Bildquelle: BMWi (2011)
Strategische Linien:
Ausbau der Nutzung von regenerativen Energiequellen
Dezentralisierung der Energieerzeugung (Smart Grids)
Massive Verbesserung der Energieeffizienz
D 2011
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Die Energiewende in der Fabrik Systemische Konzepte sind die Lösung
Energiegewinnung:
Regenerative Energiequellen (z.B. Sonnenenergie, Wind- energie, …)
Energieverteilung:
Smart Grids (z.B. Lokale Micro Grids)
Speichertechnologien (z.B. Redox Flow)
Energierückgewinnung:
Verstromung von Abwärme (z.B. ORC)
Rekuperation (z.B. Supercaps)
Energy Harvesting (z.B. Thermoelektrik)
Bildquellen: elektro-ruehl.com; bgr.bund.de; muelacker.de; fit-for-energy.com
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Energieautarke Produktion & Intra-company Smart Grids Chancen & Herausforderungen
Chancen
Unabhängigkeit vom Markt, bessere
Planung der Energiekosten
massive Kosteneinsparungspotentiale
vorstellbar
Beschleunigung der Energiewende
Energieerzeugung /
-rückgewinnung
Verbrauch
Intra-company Smart Grid
Smart Grid connected
Prosumer Production
Information
Energie Energie
Regionales
Smart Grid
Information
Speicher Effizienz-
maßnahmen
Produktion
Herausforderungen
Umbau der Energieinfrastruktur meist
massive Umwälzungen
Rentabilität individuell verschieden
(standort- und produktionsabhängig)
Starker Einsatz von IKT notwendig
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Die Ultraeffizienzfabrik Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz
Material
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Die Materialwende in der Produktion Kreislaufwirtschaft statt Downcycling
Nutzung von Ersatzstoffen unerschöpflich nachwachsend
Wertschöpfung in Kreisläufen technologisch ökologisch
Ganzheitliche Gestaltung im Produktlebenszyklus
Planung von Nutzungskaskaden
Verlängerung von Nutzungsphasen
Zero-Waste-Produktionstechnologien
100% des Materials im Produkt
Kurze, hybride Prozessketten 1 Bildquelle: www.rittweger-team.de/
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Zero-Waste-Maschinensysteme High Performance führt zu disruptiven Innovationen Klassische Fertigungsverfahren
sind häufig verlustreich
Verluste durch verfahrensbedingtem Material- abfall und schlechten Energiebilanzen
Innovationsansätze für mehr Effektivität
Materialrecycling im Produktionsprozess
Rückgewinnung von Energie bspw. Energy Harvesting
Innovative Recyclingverfahren
Vernetzung von Betriebsmitteln (z.B. cyber-physische Systeme)
Verfahrenskombinationen und –integrationen (z.B. Hybride Prozesse)
Realisierung kurzer, verlustfreier Prozessketten (z.B. Net-Shape-Prozesse)
Bildquelle: www.morguefile.com; Infineon, Juni, 2012: Innovative semiconductor solutions for energy efficiency, mobility and security.
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Die Ultraeffizienzfabrik Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz
Neue Recyclingverfahren
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Abfall ist die beste Quelle für Rohstoffe Beispiel: Recycling von Elektroschrott
Elektroschrott-Menge weltweit:
2008: 40 Mio. t
2016: 93,5 Mio. t erwartet
(jährliches Wachstum um 17,6%)
Verwertung heute in Europa: 40%
60% des Elektroschrotts geht in die illegale Verwertung in Drittländern oder auf die Deponie
Die Förderung und vor allem Verarbeitung der Erze führt zu starker Zerstörung von Umwelt und Lebensbedingungen
Zukünftige Anforderungen in Europa: Verwert-ung von 65% der in Verkehr gebrachten Menge oder 85% der Menge an Elektroaltgeräten (EAG)
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Die Ultraeffizienzfabrik Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz
Personal
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Personalwende – Deutschland Bereits heute fehlen der Industrie in BW 8.000 Ingenieure Fachkräfteengpässe bei Ingenieurfachkräften nach Bundesländern
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Personalwende – Weltweit Zu wenig hoch Qualifizierte und zu wenige Arbeitsplätze für gering Qualifizierte Angebot und Nachfrage von Arbeitskräften nach Bildungsstand, 2020 geschätzt Mio. Arbeitnehmer
Mangel Überschuss
hochqualifizierte Arbeiter mittelqualifizierte Arbeiter geringqualifizierte Arbeiter1
Mangel gesamt
Fortgeschr. Volkswirt- schaften2
Mangel gesamt
Überschuss gesamt
Fortgeschr. Volkswirt- schaften
% Angebot qualifiziertes Kontingent
% Nachfrage qualifiziertes Kontingent
Indien
Non-Indien, Südasien, Afrika³
Indien, andere Süd-asien, Afrika
1 geringe Qualifizierung = keine post-sekundäre Ausbildung fortgeschrittene Länder; Grundschulausbildung Entwicklungsländer. 2 25 Länder mit BIP p.c. > $20,000 bei KKP aus 2005 Levels 2010. 3 11 Länder aus Südasien und Sub-Sahara Afrika, mit BIP p.K. < $3.000 bei KKP aus 2005 Levels 2010.
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Die Ultraeffizienzfabrik Effektivität x Effizienz = Ultraeffizienz
dispositive Faktoren / IT
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Die Prinzipien der Netzwerkökonomie verändern alles Web-Tec trifft auf Produktions-IT
Computer Integrated Manufacturing
Web-Orientierung
1990 2000 2012 Zeit
Produktions - IT
“Cloud”-Orientierung
Web 2.0
“Internet of Things”
Embedded Systems
“App”-Orientierung
IT World Wide Web Service-Orientierung
Digitale Fabrik
Digital Product Lifecycle Management
Digitaler Fabrikbetrieb
IND
US
TR
IE 4
.0
Cyber-physische Systeme
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Die Wende der dispositiven Faktoren Die Smarte Fabrik organisiert sich dezentral und selbst in Echtzeit
Cyber-physische Systeme (z.B. Maschinen, Anlagen) haben eine Identität kommunizieren
untereinander und mit der Umgebung
konfigurieren sich selbst (Plug and Produce)
speichern Informationen
dezentrale Selbstorganisation
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Ultraeffizienz verbindet „das Richtige mit dem Richtigen“ Die Wende aller Produktionsfaktoren als Chance für den Standort Deutschland Der Paradigmenwechsel der Produktionsfaktoren erfasst alle Märkte und Branchen
Die bisherigen Ansätze reichen zur Entkopplung des Wachstums vom
Ressourcenverbrauch nicht aus
Effizienztechnologien müssen Effektivitätstechnologien finanzieren, wobei IKT als
Enabler wirkt
Das Konzept der Ultraeffizienzfabrik kann als Ordnungsrahmen zur Umsetzung dienen
Der Maschinenbau muss die aktuellen Kerntechnologien neu bewerten und
Technologiesprünge rechtzeitig einleiten
Neu entstehende Systeme können nur interdisziplinär entwickelt werden und führen zu
neuen Markt- und Wettbewerbssituationen
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Prof. Dr. Thomas Bauernhansl
www.ipa.fraunhofer.de
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www.eep.uni-stuttgart.de