Weltweit zeigen sich – ausgelöst durch unser lineares Wirtschaftssystem – immer mehr Probleme. Wir emittieren zu viele Treibhausgase, um die Klimaziele von Paris (1,5- beziehungsweise 2-Grad-Ziel) zu erreichen. Das hat der Weltklimarat IPCC im neuen Synthesebericht im März 2023 noch einmal deutlich gemacht. Beim Verfehlen der Klimaziele werden allein für Deutschland Folgekosten von bis zu 900 Milliarden Euro bis zum Jahr 2050 erwartet. Gleichzeitig verbrauchen wir trotz Effizienzmaßnahmen immer mehr Ressourcen – verbunden mit ökologischen Auswirkungen in den Erzeugerländern (Flächenverbrauch, Verschmutzung von Wasser, Luft und Boden etc.). Nicht selten erzeugt eine zwar global aufgestellte, aber stark lineare Lieferkette problematische Abhängigkeiten von einzelnen Lieferländern.
Für die Materialklasse „Kunststoffe“ – Bestandteil vieler kurz- und langlebiger Produkte – sehen wir weltweit enorm steigende Verbrauchszahlen, Probleme bei der Sortierung, geringe Recyclingquoten, Schäden durch die Entsorgung im öffentlichen Raum und Mikroplastik in der Umwelt. Die höheren Verbräuche sind unter anderem auf die hervorragenden Materialeigenschaften der Kunststoffe zurückzuführen, die sehr leicht sind, schützende Wirkung für andere Produkte haben und zum Beispiel aus dem medizinischen Bereich nicht wegzudenken sind.
Lösungen sind also notwendig, um lineares Wirtschaften zu zirkulärem zu transformieren. Auf politischer Seite finden sich Strategien dazu bei den Vereinten Nationen in den Nachhaltigkeitszielen (Sustainable Development Goal 12 „Nachhaltig produzieren und konsumieren“) wieder. Bei der Europäischen Union gibt es den Green Deal und den Aktionsplan für Kreislaufwirtschaft (Circular Economy Action Plan), der viele Maßnahmen nach sich zieht. Dazu gehören das Recht auf Reparatur, die Pflicht, Mehrwegsysteme anzubieten, höhere Recyclingquoten und Deponieverbote.
Auch die unternehmerische Seite nimmt ihre Verantwortung wahr und versucht, ihre Geschäftsmodelle anzupassen. Als Beispiele dafür können Änderungen zu langlebigeren Produkten (zum Beispiel Waschmaschinen) oder zu modular aufgebauten Produkten (zum Beispiel Smartphones) dienen. Weitere Geschäftsmodelle können das Refurbishment von Produkten (zum Beispiel Tonerkartuschen) oder die Weiternutzung von IT-Geräten betreffen.
Ziel muss es sein, Kreisläufe hochwertig und besser zu schließen – falls möglich, noch vor dem Recycling beziehungsweise dem End-of-Life-Management. Denn je kleiner ein Kreislauf ist, desto weniger aufwendig ist er in der Regel. Ein elementarer Baustein ist dabei die entsprechende Auslegung der Produkte bereits in frühen Phasen durch Design für Circularity. Hierzu gehören der modulare Aufbau von Produkten, die Verwendung von möglichst wenig Kunststoffarten, Demontierbarkeit, Reparierbarkeit oder Update- und Upgradefähigkeit. Entsprechende Informationen müssen in der Wertschöpfungskette verfügbar gemacht werden. Hier wäre der Produktpass als eine Möglichkeit zu nennen.
Die oben abgebildete Grafik zeigt Optionen zum Kreislaufschluss für Kunststoffe. Auf der linken Seite werden Materialien in den Kreislauf eingebracht. Ziel ist es, bereits hier den Anteil an Sekundärmaterial zu erhöhen. Die Materialien werden zu Produkten verarbeitet, welche kreislauffähig designt werden müssen. Nach der Verteilung, Nutzung und der späteren Verwertung kann der Kreislauf auf Recyclingebene geschlossen werden. Trotz allem werden noch Verluste entstehen, und Schadstoffe müssen weiter ausgeschleust werden. Wichtig sind aber die werterhaltenden Strategien im Kreis, wie eine erneute Aufbereitung der Produkte durch Remanufacturing, Refurbishment, Weiterund Wiedernutzung, Reparatur und Wartung. Dadurch bleiben die Produkte hochwertig und länger im Kreislauf und schonen damit Ressourcen und reduzieren Emissionen.
Werkzeugkasten für Geschäftsmodelle
Neben Politik, Gesellschaft (zum Beispiel Tauschbörsen von Produkten, Bücherschränke) und Wirtschaft leistet auch die Forschung einen Beitrag, um Handlungsoptionen aufzuzeigen, Prozesse zu entwickeln und Wertschöpfungsketten für Kunststoffe zirkulär zu gestalten.
Im Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy CCPE bündeln sechs Fraunhofer-Institute unter Leitung des Fraunhofer Umsicht Kompetenzen und Infrastrukturen, um Grundlagen für die Transformation zu einer zirkulären Kunststoffwirtschaft zu erforschen, passgenaue Handlungsoptionen für Wirtschaft und Gesellschaft zu eröffnen und Systemleistungen anzubieten. Systemleistung bedeutet, dass Wirkungen von Innovationen auf vor- und nachgelagerte Stufen im Lebenszyklus berücksichtigt und bewertet werden. So eignen sich zum Beispiel Produkte aus Monomaterial besser für ein werkstoffliches Recycling als solche, die aus vielen unterschiedlichen Kunststoffmaterialien aufgebaut sind. Diese Information ist wichtig für das Produktdesign, um zu einem frühen Zeitpunkt zirkuläre Prinzipien umzusetzen. Im Fraunhofer CCPE wird erstmals am Beispiel Kunststoff erforscht, wie eine gesamte Wertschöpfungskette unter Prinzipien der Circular Economy gestaltet werden muss – und wie dabei die Bedürfnisse von Kunststoffwirtschaft und Gesellschaft integriert werden können. Im Fokus der Forschung steht die Entwicklung von neuen zirkulären Kunststoffen, von Additiven und Compounds mit optimaler Rezyklierbarkeit sowie der Möglichkeit, sich kontrolliert abzubauen, von neuen Recyclingsystemen für das werk- und rohstoffliche Recycling mit dem Ziel, hochwertige Rezyklate sowie Chemikalien zu erhalten, aber auch die Entwicklung von zwei zirkulären Prototypen: eine flexible und digitalisierte Mehrwegtransportbox und ein völlig neu designter Kindersitz. Sustainability-Assessment-Methoden und digitale Technologien vervollständigen den Werkzeugkasten für zirkuläre Geschäftsmodelle.
Neben innovativen Materialien und Produktdesigns haben die Forschenden im Fraunhofer CCPE im Blick, wie die heute bereits in Umlauf befindlichen Kunststoffe wieder in Kreisläufe geführt werden können. Dabei spielt die intelligente Kombination von werkstofflichen, lösungsmittelbasierten und thermochemischen Verfahren eine wichtige Rolle, die sogenannte Recyclingkaskade.
Neben externen Faktoren, die auf Unternehmen wirken, wie zum Beispiel Regularien oder gesellschaftliche Trends, liegen wichtige Schlüssel zur Realisierung von Kreislaufwirtschaftsstrategien auch in den Unternehmen selbst. Das Fraunhofer Umsicht nimmt dabei in öffentlichen und industriellen Forschungsprojekten individuelle Transformationsprozesse der Unternehmen unter die Lupe.
Die Schlüssel in den Unternehmen
Eine wichtige Rolle spielen dabei die Gestaltung des Produkts selbst sowie das Geschäftsmodell, im Rahmen dessen dieses angeboten wird. Beide Aspekte zeigen starke Abhängigkeiten voneinander. So erfordert beispielsweise die Umsetzung eines Remanufacturings im Kontext eines ergebnisorientierten Produkt-Service-Systems die notwendigen Voraussetzungen auf Produktseite. Dazu zählen können beispielsweise eine einfache Demontierbarkeit durch lösbare Verbindungen und ein entsprechender Produktaufbau, die Standardisierung von Modulen und Schnittstellen zur besseren Update- und Upgradefähigkeit, um technologische Obsoleszenz zu vermeiden, oder der Einsatz von Sensoren und Internet-of-Things-Lösungen zur Zustandsüberwachung. Genauso lässt sich ein robusteres, hochwertiges und damit langlebiges Premiumprodukt aufgrund der gestiegenen Kosten eventuell nur über geänderte und nicht mit dem Wettbewerb vergleichbare Abrechnungssysteme und Geschäftsmodelle anbieten.
Beispiele aus Medizin- und Kfz-Branche
In einem entsprechenden Projekt konnten in Kooperation mit einem führenden Medizinproduktehersteller bereits Konzepte zur Realisierung von Kreislaufwirtschaft in dieser höchst anspruchsvollen Branche demonstriert werden. Hohe Anforderungen an Sicherheit und Leistung stehen dabei dem Preisdruck der Kliniken entgegen und hemmen aktuell die Einführung nachhaltiger Praktiken – im Gegenteil führen die beschriebenen Anforderungen sogar zum zunehmenden Einsatz von komplexen Einwegprodukten wie Endoskopen, die nach ihrem Einsatz nur schwer einem Kreislauf wieder zugeführt werden können. Im Rahmen des Projekts zeigten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer Umsicht vier völlig verschiedene Möglichkeiten der Kreislaufführung auf und entwickelten für zwei der Konzepte konkrete Geschäftsmodelle. Als Grundlage dienten dabei Methoden, die als Forschungsprojekt im Fraunhofer CCPE entwickelt wurden.
Ein weiteres Beispiel: Im vom Bundesministerium geförderten Projekt „Effiziente und wirtschaftliche kreislauforientierte Demontage und Aufbereitung“ widmen sich die Forschenden der hochwertigen Kreislaufschließung für Kfz-Komponenten. Als Anwendungsfälle werden Traktionsbatterien von E-Autos sowie metallische (Blech-)Bauteile betrachtet. Das Ziel ist dabei der maximale Werterhalt der Komponenten durch effiziente Demontage, Remanufacturing, Umformung zu neuen Bauteilen oder die Wiederverwendung in Second-Life-Anwendungen. Konkret müssten Batterien zukünftig so nicht unbedingt dem Recycling zugeführt werden, sondern könnten je nach Zustand aufbereitet oder teilersetzt den Weg zurück in ein Kfz finden oder als Module in stationären Energiespeichern genutzt werden. Bauteile, die während ihrer Lebensdauer nur geringen oder kaum nennenswerten Verschleiß erfahren (beispielsweise Sitzkonsolen, Antriebswellen oder Karosserieteile wie Kotflügel oder Dach), könnten zum Beispiel durch Umformung ebenfalls den direkten Weg in neue Autos finden und müssten nicht aufwendig eingeschmolzen und zu neuen Materialien verarbeitet werden. In diesem Kontext erforschen die Wissenschaftler*innen die Auswirkungen der neuen Technologien und Verwertungswege auf die Branche und die Geschäftsmodelle der verschiedenen Stakeholder sowie die Konsequenzen für die Gestaltung der Produkte zur Erreichung maximaler Effizienz und Werterhaltung.
Damit werden Unternehmen bereits auf kommende EU-Regularien, wie die Ecodesign for Sustainable Products Regulation, vorbereitet, mit der in den noch folgenden Delegated Acts Anforderungen für Kreislauffähigkeit bis zur Produktebene an viele Produktgruppen gestellt werden.
In Deutschland wird federführend vom Bundesumweltministerium aktuell die nationale Kreislaufwirtschaftsstrategie (NKWS) entwickelt, um die Transformation zu einer zirkulären Wirtschaft zu unterstützen. Der Beschluss der Bundesregierung zur NKWS ist für Mitte 2024 angestrebt. Ziel ist es unter anderem, einheitliche und innovationsfreundliche Rahmenbedingungen für Reallabore zu schaffen, um Innovationen zu ermöglichen.
Blick in die Zukunft: Circonomy Hubs
Nachhaltige Produktion, nachhaltiger Konsum und zirkuläres Wirtschaften benötigen systemische und technologische Lösungen, die in Innovationsnetzwerken entstehen. Bisherige Initiativen für Innovationsnetzwerke beziehen sich überwiegend auf eine gemeinsame Sitzregion oder eine gemeinsame technologische Stärke. Daher schlägt Fraunhofer als Beitrag zur NWKS vor, ein deutschlandweites Netzwerk aus Circonomy Hubs (https://circonomy.fraunhofer.de) aufzubauen: Diese Hubs sind ein neues, agiles Instrument zur Zusammenarbeit auf Basis einer gemeinsam getragenen Mission und eines gemeinsamen, zuverlässigen Datenraums, um regionalen, nationalen und internationalen Mehrwert zu schaffen. In jedem Hub widmen sich Forschungseinrichtungen und ihre Partner aus Wirtschaft, Wissenschaft, Politik und Gesellschaft einer anderen Mission als Beitrag zur Circular Economy und entwickeln Innovationen für nachhaltige, resiliente Wertschöpfungszyklen, Klimaneutralität, Zirkularität und Bioökonomie. In Circonomy Hubs entstehen agile Projektkonsortien mit Partnern aus Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft, die Projektentwicklungen für Innovationsprozesse angehen. Circonomy Hubs adressieren sowohl einzelne Branchen (wie zum Beispiel Bauwirtschaft, chemische Industrie, Energiewirtschaft, Ernährungswirtschaft) als auch sektoren- und wertschöpfungsstufenübergreifende Verbünde (Schnittstelleninnovationen). Sie nutzen die Chancen, die sich aus virtuellen, verteilten und digitalen Kooperationsstrukturen ergeben: schnelle Absprachen, agile Teamarbeit, kreative Lösungsfindung und digitale Verfügbarkeit von Ergebnissen ohne räumliche und zeitliche Begrenztheit. Circonomy Hubs werden nicht als Projekte, sondern als zukunftsgestaltende Infrastrukturen verstanden, die eine „Dekade der zirkulären Transformation“ begleiten. In dieser Zeit bilden sie für Wirtschaft, Wissenschaft, Politik und Gesellschaft den Kompass für zukunftsorientiertes Handeln und stützen das zentrale Ziel der technologischen Souveränität der Bundesrepublik Deutschland, wie es auch in der Zukunftsstrategie der Bundesregierung formuliert ist.
