Den Klimawandel aufhalten: Die CO2-neutrale Fabrik

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Die digitale Fertigung ist der Wegbereiter für die grüne Fabrik, dadurch kann ökologisch effizienter produziert werden. Die richtige Nutzung erneuerbarer Energien kann langfristig den Verbrauch von Ressourcen reduzieren.

Konstantin Kroeper, Capgemini

Nachhaltigkeit bleibt im Fokus: Nach Corona wird die Klimadebatte wieder die Medien dominieren. „Fridays for Future“, Pariser Klimaabkommen oder eine mögliche CO2-Steuer in Deutschland – Nachhaltigkeit ist ein Topthema. Auch die Wirtschaft schwenkt um. Produzenten wie VW, Daimler, Bosch und Continental setzen sich selbst große Ziele beim Thema „grüne Fabrik“. Fabriken und Produkte sollen langfristig CO2-neutral werden. Während die Großen voranschreiten, stehen Zulieferer und Mittelständler – neben der noch andauernden digitalen Transformation – vor dem nächsten disruptiven Wandel. Sie haben oft weder das Know-How noch die Kapazitäten diese Herausforderungen parallel anzugehen.

Die Digitalisierung macht es möglich

Eine separate Betrachtung beider Themen macht dennoch wenig Sinn. Eine solide Nachhaltigkeitsstrategie braucht heutzutage Digitalisierungsbausteine. Sie helfen Ressourcen einzusparen sowie Kosten und Komplexität zu reduzieren. Zugleich steigen Produktivität, Effizienz und Transparenz. Mit entsprechendem Markenimage lassen sich zudem Marktanteile sichern bzw. gewinnen. Investitionen in Nachhaltigkeit und Umweltschutz sind daher als Chance weniger als Risikovermeidung zu sehen – unabhängig ob aus Überzeugung oder unternehmerischer Motivation.

Heutige Optimierungsmaßnahmen setzen vornehmlich in Logistik und Produktion an (Minimierung Transport- und Ausfallzeiten). Im Zeichen von Nachhaltigkeit könnten Energieverbrauch und/oder -kosten als Kennzahlen hinzukommen. Im aktuellen Energiemarkt reagiert die Stromerzeugung auf den benötigten Energiebedarf. Um witterungsbedingte Schwankungen der regenerativen Energieerzeugung ausgleichen zu können, werden momentan Kapazitäten aus konventionellen Kraftwerken vorgehalten. Soll der Anteil Erneuerbarer Energien im Strommix weiter erhöht werden, ist ein Paradigmenwechsel von einem Verbraucher- hin zu einem Erzeuger-gesteuerten Energiemarkt notwendig. Der Stromverbrauch muss sich an das Angebot anpassen. Die Folge wären eine CO2-Reduktion und geringeren Stromkosten.

Potenziale des Energiemanagements

Folgt man diesem Ansatz wird sich die Produktion auf das Angebot Erneuerbarer Energien ausrichten und von konventioneller Erzeugung unabhängig machen.

Durch den Anstieg volatiler Energieerzeugung gewinnen flexible Energieverbrauchsstrategien an Bedeutung. Eine vielversprechende Maßnahme ist eine Verlagerung von Prozessen mit hohem Stromverbrauch in Zeiten mit hoher Verfügbarkeit Erneuerbarer Energien (vgl. Abb. 1), in denen der Strompreis günstig ist. Durch Verknüpfung flexibler Produktionsinfrastruktur mit Merkmalen des Energieverbrauchs, können energieintensive Aktivitäten mittels Wetter- und Preisprognosen in vorteilhafte Tageszeiten verschoben werden. Mit Unterstützung von KI-Technologien können solche Multi-Parameter-Optimierungsalgorithmen realisiert werden. Dies stellt sicher, dass Produktionsziele erreicht, Kosten gesenkt und der CO2-Fußabdruck minimiert werden.

Abb. 1: Multi-Parameter-Optimierung unter Berücksichtigung des Energiemanagements

Ziel ist die grüne, intelligente Fabrik

Aufgrund mangelnder Erfahrungswerte sind zahlreiche Fragen, wie die der Wirtschaftlichkeit noch ungeklärt. Ebenso müssen best practices etabliert und ihr tatsächlicher Nutzen in der Praxis evaluiert werden. Da für eine Umsetzung in die Produktionssteuerung eingegriffen werden muss, sind Infrastruktur, Komponenten und Software zu definieren sowie Prioritäten (Intensität des Eingriffs) zu klären. Fraglich ist außerdem, ob Nachrüstlösungen und bestehende Plattformen kompatibel oder neue Systeme erforderlich sind.

Capgemini arbeitet derzeit an einer Strategie, wie diese Fragen zeitnah beantwortet werden können. Dies geschieht u.a. in enger Zusammenarbeit mit unseren Partnern aus Wissenschaft und Forschung. Ziel ist es „Green Lean Digital Applications“ zu entwickeln und in intelligente Betriebsplattformen für die Fertigung zu integrieren. Verschiedene Bausteine der Referenzarchitektur der digitalen Fertigung sind betroffen. Abb. 2 zeigt zwei mögliche Ansätze, Energieflexibilitätslösungen in die IT-Landschaften einzubauen.

Abb. 2: Architektur-Ansatz zur Integration eines Software-Moduls für Energieflexibilität in der PPS

Der Druck auf Unternehmen, Manager und Politiker wächst. Die Botschaft ist klar. Die Industrie muss ihre Position nutzen und ihren Anteil am positiven Wandel leisten, mit oder ohne gesetzgeberischen Druck wie Oliver Bäte (CEO Allianz SE) kürzlich zu bedenken gab.

Wir bei Capgemini sehen uns als Architekten einer positiven und nachhaltigen Zukunft. Zusammen mit unseren Partnern wollen wir unser Bestes geben, den Klimawandel zu entschleunigen, indem wir unseren Energieverbrauch und CO2-Fußabdruck sowie den unserer Kunden reduzieren.

Vielen Dank an den Co-Autor Markus Hartmann  für die maßgebliche Erstellung dieses Blogbeitrages.

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