Der Digitale Zwilling. Zeigt, was möglich ist.
In einer Kreislaufwirtschaft geht es darum, Produkte und Ressourcen möglichst lange am Leben zu halten und diese am End-of-Life als Rohstoffe oder Bestandteile wieder in den Kreislauf zurückzuführen. Das soll Abfall minimieren, unsere Ressourcen schützen und den Ausstoß schädlicher Emissionen reduzieren. Hier kommt der Digitale Zwilling ins Spiel. Als digitale Basis kann er eine immer nachhaltigere Wertschöpfung ermöglichen.
PET-Flaschen: Praktisch, aber nicht besonders nachhaltig
Sie knacken, sind praktisch, leicht und hygienisch – und sie werden in vielen Haushalten genutzt: PET-Flaschen. Wie komplex nachhaltige Kreislaufwirtschaft ist, das lässt sich an ihnen gut nachvollziehen. Die Idee: In einem geschlossenen Wertstoffkreislauf sollen aus alten Flaschen nach der Pfandrückgabe Neue entstehen.
Allerdings bedroht sogenanntes "Downcycling" den Kreislauf. Anstelle neuer Flaschen werden aus alten Plastikflaschen gerne auch Textilien oder Reifen gefertigt – eine Rückkehr des vielseitigen Kunststoffs in die Produktion von Flaschen für die Lebensmittelindustrie? Ausgeschlossen.
Für die Hersteller bedeutet das eine schlechtere Klimabilanz: Steht ihnen kein recyceltes PET-Material für Flaschen zur Verfügung, brauchen sie neues Material und entsprechende Ressourcen. Im Vergleich zu einem geschlossenen Flasche-zu-Flasche-Kreislauf steigt der CO2-Fußabdruck.
Kreislaufwirtschaft: Viel mehr als nur Recycling
Das Beispiel zeigt: In einer Kreislaufwirtschaft geht es um weit mehr als reines Recycling, sie ändert Produktions- und Materialflüsse.
Statt Produkte am Ende ihrer Lebensdauer wegzuwerfen oder downzugraden, sollen Materialien so lange wie möglich genutzt und immer wieder in den Kreislauf zurückgeführt werden. Das ist besser für die Umwelt, da beim Wiederverwerten (Recycling) oft mehr Energie benötigt wird als bei der wirklichen Wiederaufbereitung von Materialien und Komponenten (Kreislaufwirtschaft). Letzteres minimiert den Verbrauch von Ressourcen, Abfälle werden reduziert und die Umweltbelastung fällt geringer aus.
Auch die Europäische Union hat die Wichtigkeit der Kreislaufwirtschaft erkannt und sie innerhalb des Green Deals der EU in der Taxonomie Circular Economy adressiert, um so die Klimawende voranzubringen und den Abbau von Rohstoffen zu minimieren.
Die Umstellung auf eine Kreislaufwirtschaft beeinflusst die Art und Weise, wie Unternehmen ihre Produkte herstellen und verteilen. Anstelle von einfachen Abläufen, bei denen der Warenfluss nur linear in eine Richtung läuft, gibt es nun komplizierte Prozesse, bei denen Produkte zurückgenommen und wiederverwendet werden.
Bei dieser neuen Art von Abläufen müssen wichtige Fragen beantwortet werden, wie:
Wie können recyclinggerechte Produkte entwickelt und nach dem End-of-Life in den Kreislauf zurückgeführt werden?
msg-Experte Markus Samarajiwa hat sich mit den beiden Themen Nachhaltigkeit und Circular Economy (Kreislaufwirtschaft) auseinandergesetzt. Er beleuchtet, weshalb ist es für jedes Unternehmen wichtig ist, in seinen Produkten und Prozessen nachhaltig mit den vorhandenen Ressourcen umzugehen.
Wie bewerte ich, ob etwas nachhaltig ist?
Nachhaltiges Handeln in einer Kreislaufwirtschaft ist also vielschichtig. Um gute Entscheidungen zu treffen, sind klare und genaue Informationen wichtig. Die Technologie des Digitalen Zwillings kann hier überaus nützlich sein, besonders wenn es um die Bewertung von Nachhaltigkeit geht. Es handelt sich dabei um eine möglichst exakte digitale 1:1 Nachbildung von physischen Produkten über den gesamten Lifecycle.
Dr. Wolfgang Bock und Dr. Stephan Melzer sprechen in Folge 2 des msg-Podcasts radikal digital über die Einsatzmöglichkeiten des Digitalen Zwillings und gehen der Frage nach, welche Möglichkeiten sich für Klimamanagement und Krisenprävention ergeben.
Der interoperable Digitale Zwilling
Das Potenzial des Digitalen Zwilling ist also groß, doch seine wahre Größe wird sich erst entfalten können, wenn er interoperabel gestaltet ist und kollaborativ genutzt wird. Silodenken beim Datenaustausch ist in der Kreislaufwirtschaft nicht mehr zielführend. Alle notwendigen Datenquellen müssen durchgängig, nutzenorientiert und über alle relevanten Bereiche hinweg integriert werden. Die Voraussetzung für den Erfolg des interoperablen Digitalen Zwillings ist die Datendurchgängigkeit. Der Datentransfer darf dabei keine Einbahnstraße sein: Alle Unternehmen der Supply Chain müssen Daten beisteuern aber auch erhalten, um Produkte nachhaltiger gestalten zu können.
Der Digitale Zwilling ermöglicht den Blick auf die ganze Wertschöpfungskette. Er kann beispielsweise alle entlang des Produktlebenszyklus anfallenden Emissionsdaten erfassen und verwalten: Angefangen bei der Entwicklung über die verwendeten Rohstoffe und Materialien für die Produktion bis hin zur Distribution sowie Nutzung und letztendlichen Wiederverwertung in einer Kreislaufwirtschaft.
Innerhalb dieses Zyklus muss jedes Unternehmen der Lieferkette seinen Anteil des CO2-Abdrucks am Endprodukt ermitteln und zur Verfügung stellen, um den sogenannten Product Carbon Footprint (PCF) abbilden zu können. Der PCF fällt geringer aus, wenn recycelte Materialien für die Produktion genutzt werden. Nicht zuletzt durch wachsende regulatorische Anforderungen müssen Unternehmen zudem genau angeben, ob die in ihren Produkten verbauten Teile recycelbar sind. Auch hier kann der Digitale Zwilling genaue Informationen zum Verschleiß und der Lebensdauer von Produkten liefern.
Die Etablierung des Digitalen Zwillings als Open-Source-Technologie
Zur gemeinsamen Nutzung des Digitalen Zwillings müssen die Daten aber vor allem einheitlich erfasst und verarbeitet werden. Wie einst bei der Standardisierung der Container im Seetransport Mitte der 50er-Jahre, durch die eine viel schnellere Beladung der Schiffe möglich wurde, muss nun eine industrieübergreifende Standardisierung von Daten erfolgen.
Im Bereich der fertigenden Industrie tritt die Industrial Digital Twin Association (IDTA) für die gemeinsame Entwicklung eines standardisierten Digitalen Zwillings auf Basis der Verwaltungsschale ein (Englisch: Asset Administration Shell, kurz AAS).
Das Ziel dabei ist es, den Digitalen Zwilling für Komponenten, Maschinen und ganze Fabriken als Open-Source-Technologie zu etablieren. Dank offener Standards erlaubt die AAS einen herstellerübergreifenden Informationsaustausch. Die AAS liefert so einen wertvollen Beitrag zum Klimaschutz und zu einer künftigen Kreislaufwirtschaft.
Gemeinsam im virtuellen Datenraum
Die Technologie des Digitalen Zwillings ist also immer dann besonders nützlich, wenn sie von mehreren Unternehmen gemeinsam verwendet wird. Dafür ist es ebenso wichtig, dass alle an der Produktentwicklung beteiligen Partner einen virtuellen Datenraum nutzen. Die Datenräume stellen eine sichere Dateninfrastruktur zur Verfügung, in der die Partner unter Einhaltung der Datensouveränität zusammenarbeiten können.
Die Gaia-X-Initiative nimmt hier eine Schlüsselrolle ein, indem Datenökosysteme für unterschiedliche Branchen geschaffen werden sollen. Für die Automobilbranche konzentriert sich beispielsweise Catena-X auf die Vernetzung von Unternehmen der Automobilindustrie entlang der gesamtem Wertschöpfungskette.
Nutzen mehrere Unternehmen gemeinsam einen interoperablen Digitalen Zwilling, sind Daten standardisiert erfasst und zudem sichere Datenräume vorhanden, ist die Basis für eine funktionierende Kreislaufwirtschaft geschaffen. Mit dieser innovativen Herangehensweise wird nicht nur die Effizienz gesteigert, sondern auch ein nachhaltiger Beitrag für den Umweltschutz geleistet. Ein gemeinsam genutzter, interoperabler Digitaler Zwilling legt somit den Grundstein für eine zukunftsweisende und umweltfreundliche Geschäftswelt.
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Dr. Wolfgang Bock
Abteilungsleiter Industry 4.0 Transformation & Sustainability Consumer Products