24.11.2023 – Kategorie: Fertigung

Vision vom ewigen Produkt: Kreislauffabrik soll Fertigung grundlegend umgestalten

Kreislauffabrik soll Produktion revolutionierenQuelle: Beckhoff

Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) wollen den bisherig üblichen linearen Wirtschaftsansatz durch das Konzept einer Kreislauffabrik grundlegend verändern.

  • Der steigende globale Ressourcenverbrauch führt laut Global Footprint Network dazu, dass im Jahr 2022 etwa 1,75 Erden notwendig gewesen wären, um ihn zu decken.
  • Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) wollen den bisherigen linearen Wirtschaftsansatz „take, make, use, dispose“ (nehmen, machen, benutzen, entsorgen) durch das Konzept einer Kreislauffabrik grundlegend verändern.

In der Kreislauffabrik werden gebrauchte Produkte möglichst automatisiert so aufgearbeitet, dass sie als Neuprodukte die Fabrik verlassen. Diese Arbeit steht im Fokus des neuen Sonderforschungsbereichs (SFB) 1574 „Kreislauffabrik für das ewige Produkt“ am KIT, den die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) mit rund 11 Millionen Euro fördert.

Zirkuläre Konzepte für die Großserie

Insbesondere produzierende Unternehmen stehen vor der Herausforderung, zirkuläre Ansätze wirtschaftlich in Großserie zu gestalten. Heute finden diese meist noch in Kleinserien mit einem hohen Anteil an manuellen Arbeitsschritten an Niedriglohnstandorten statt. So beträgt der Anteil des recycelten und wieder in die Wirtschaft eingespeisten Materials am gesamten Materialeinsatz in Europa im Jahr 2022 beispielsweise erst 7,2 Prozent (siehe: www.circularity-gap.world/2023).

„Als Gesellschaft können wir die von uns nicht mehr benötigten Produkte nicht immer weiter einfach nur entsorgen. Um unsere Ressourcen langfristig nutzen zu können, müssen wir konsequent in Richtung Kreislaufwirtschaft gehen, um im besten Fall Produkte beziehungsweise deren Komponenten ewig nutzen zu können. Entsprechende zirkuläre Wirtschaftsansätze stehen im Fokus des neuen SFB, der am KIT die Kompetenzen der Forschenden aus Maschinenbau, Informatik sowie Elektrotechnik und Informationstechnik zusammenführt“, sagt Professor Oliver Kraft, in Vertretung des Präsidenten des KIT.

Vision des ewigen innovativen Produkts

Bislang gilt das Remanufacturing, also das Aufarbeiten gebrauchter Produkte, als Verfahren mit dem höchsten Standard in Bezug auf Qualität und Garantie der aufgearbeiteten Produkte. „Es ist das einzige zirkuläre Verfahren, das in diesen Punkten mit einem Neuprodukt konkurrieren kann. Die Vision des SFB ‚Kreislauffabrik‘ geht jedoch weit darüber hinaus. Sie besteht darin, eine integrierte lineare und zirkuläre Produktion von Neuprodukten mit individuellem Aufarbeitungsanteil in industriellem Maßstab möglich zu machen“, so Professorin Gisela Lanza, Leiterin des wbk Institut für Produktionstechnik des KIT und Sprecherin des SFB.

Die Kreislauffabrik soll gebrauchte Produkte in aktuelle Produktgenerationen überführen und somit der Vision des ewigen innovativen Produkts näherkommen. Auch wenn eine „ewige“ Nutzung gebrauchter Produktsubstanz praktisch nicht realisierbar erscheint, soll die Vision des ewigen innovativen Produkts eingeführt werden. Vergleichbar, so Lanza, sei dies mit dem Nordstern, der den Idealzustand darstelle und auf den sich alles ausrichten solle.  

Umfassende Vorarbeiten wurden bereits geleistet, hier zu sehen am Beispiel der vom Menschen lernenden Produktionstechnik. (Foto: wbk, KIT)

Anwendungsnahe Verbundprojekte mit der Industrie

„Der Sonderforschungsbereich 1574 markiert einen Eckpfeiler in unserem Forschungsprogramm für das nächste Jahrzehnt am wbk Institut für Produktionstechnik. Unsere Grundlagenforschung bildet die Basis für den Wandel der Wirtschaft von linearen zu zirkulären Modellen und der Befähigung einer Kreislauffabrik für das ewige, innovative Produkt“, erläutert Lanza. Auf dieser Basis möchte sie mit ihrem Team zahlreiche anwendungsnahe Verbundprojekte mit der Industrie starten, die den Weg für eine nachhaltige und innovative Zukunft bereiten.

Kreislauffabrik: Themenfelder …

Um die noch unbekannten Vorgänge und Mechanismen zu erforschen, beschäftigt sich das SFB-Team mit wissenschaftlichen Fragen aus Produktionstechnik, Produktentwicklung und Werkstofftechnik, Arbeitswissenschaft, Robotik, Informatik und Wissensmodellierung. Zentrale Fragestellungen sind:

  • Wie lassen sich aus unikalen Gebrauchtprodukten Neuprodukte generieren?
  • Mit welchen Mitteln lässt sich ihre Funktionalität im zweiten Lebenszyklus gewährleisten?
  • In welcher Form können Menschen komplexe Problemlösungsstrategien erlernen und wie sind diese Strategien auf automatisierte Produktionstechnik übertragbar?
  • Wie lässt sich dies in einem wandelbaren, autonomen Produktionssystem wirtschaftlich umsetzen, um zirkuläre Produktion in Großserie am Hochlohnstandort zu ermöglichen?
  • Inwiefern lassen sich Daten und Informationen nutzen, um den Prozess weiter zu verbessern?

… und Projektbereiche

Das SFB-Vorhaben ist in drei Projektbereiche gegliedert: Projektbereich A erforscht dabei die Planung und Steuerung der Kreislauffabrik, um den maximalen Werterhalt von unikalen Gebrauchtprodukten für den Primärmarkt zu erreichen. Projektbereich B entwirft Messstrategien zur Erfassung, Modellierung und Bewertung des individuellen Produktzustands sowie zur Erfassung und Interpretation der menschlichen Prozessausführung. Ein voll modulares Produktionssystem, as eine fortlaufende Adaption auf immer neue Produktinstanzen ermöglicht, erschafft schließlich Projektbereich C. Der Aufbau der Kreislauffabrik im Labormaßstab ist in der ersten Förderperiode geplant. Die DFG fördert das Projekt vom 1. April 2024 bis zum 31. Dezember 2027 mit rund 11 Millionen Euro.

Bild oben: Ausgestattet mit aktuelle Technik, hier aus dem Bereich Additive Fertigung zur
Aufarbeitung von Metallkomponenten, startet das Team des wbk Instituts für
Produktionstechnik beim SFB. (Foto: Beckhoff) 

Weitere Informationen zum Sonderforschungsbereich: https://www.sfb1574.kit.edu/

Weitere Informationen: https://www.wbk.kit.edu

Erfahren Sie hier mehr über kreislauffähiges Bauen.

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