Die steigende globale Nachfrage nach Ressourcen hat dazu geführt, dass nach Angaben des Global Footprint Network im Jahr 2022 etwa 1,75 Erden erforderlich waren, um den Verbrauch zu decken. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) möchten den herkömmlichen linearen Ansatz der Wirtschaft, "nehmen, machen, benutzen, entsorgen", grundlegend umgestalten. Ihr Lösungsansatz besteht in der Implementierung zirkulärer Verfahren der Kreislaufwirtschaft: In einer Kreislauffabrik werden gebrauchte Produkte automatisiert aufbereitet, um als neuwertige Produkte die Fabrik zu verlassen. Der neue Sonderforschungsbereich (SFB) 1574 "Kreislauffabrik für das ewige Produkt" am KIT, der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit etwa 11 Millionen Euro gefördert wird, konzentriert sich auf diese innovative Arbeitsweise.
Vor allem produzierende Unternehmen stehen vor der Aufgabe, zirkuläre Ansätze ökonomisch für die Großserienproduktion umzusetzen. Gegenwärtig erfolgt dies meist in Kleinserien mit einem hohen Anteil manueller Arbeitsschritte an Niedriglohnstandorten. Zum Beispiel betrug der Anteil des recycelten und wiedereingespeisten Materials am gesamten Materialeinsatz in Europa im Jahr 2022 lediglich 7,2 Prozent. „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.
Bisher galt das Remanufacturing als das Verfahren mit dem höchsten Standard in Bezug auf Qualität und Garantie für aufgearbeitete 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 strebt danach, gebrauchte Produkte in die aktuelle Produktgeneration zu überführen und so der Vision des ewigen innovativen Produkts näherzukommen. Obwohl eine tatsächlich "ewige" Nutzung gebrauchter Produktsubstanz praktisch unrealisierbar erscheint, soll die Vision des ewigen innovativen Produkts eingeführt werden. Dies wird mit dem Nordstern verglichen, der den Idealzustand darstellt und auf den alles ausgerichtet werden soll, erklärt Professorin Gisela Lanza, Leiterin des wbk Institut für Produktionstechnik des KIT und Sprecherin des SFB "Kreislauffabrik".
„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.
Um die noch unbekannten Vorgänge und Mechanismen zu erforschen, beschäftigt sich das Team des SFB mit wissenschaftlichen Fragen aus verschiedenen Disziplinen wie Produktionstechnik, Produktentwicklung, Werkstofftechnik, Arbeitswissenschaft, Robotik, Informatik und Wissensmodellierung. Zentrale Fragestellungen beinhalten: Wie lassen sich aus einzigartigen Gebrauchtprodukten Neuprodukte generieren? Wie wird die Funktionalität im zweiten Lebenszyklus gewährleistet? Wie können Menschen komplexe Problemlösungsstrategien erlernen und diese auf automatisierte Produktionstechnik übertragen? Wie lässt sich dies in einem wandelbaren, autonomen Produktionssystem wirtschaftlich umsetzen, um zirkuläre Produktion in Großserie am Hochlohnstandort zu ermöglichen? Wie können Daten und Informationen genutzt werden, um den Prozess weiter zu verbessern?
Das Vorhaben des SFB ist in drei Projektbereiche unterteilt: Projektbereich A erforscht die Planung und Steuerung der Kreislauffabrik, um den maximalen Werterhalt von einzigartigen 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. Projektbereich C entwickelt ein voll modulares Produktionssystem, das eine fortlaufende Adaption auf immer neue Produktinstanzen ermöglicht. 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.
