Eine Vision soll Wirklichkeit werden

Dieser mobile Demonstrator der Ultraeffizienzfabrik ist im März 2025 beim 2. Stuttgarter Nachhaltigkeitstag zu sehen. (Quelle: Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez)

 

Doch bei theoretischen Betrachtungen ließen es die Stuttgarter Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler natürlich nicht bewenden. Ihr Ziel ist die praktische Umsetzung in der Industrie. Bereits Ende 2022 stellten sie deshalb eine ultraeffiziente Produktionsanlage fertig, die von Algorithmen optimal gesteuert wird. Über einen Leitstand können sie die Produktion im knapp 80 Kilometer entfernten Freudenstadt in Echtzeit überwachen. Denn die Maschinen auf dem dortigen Campus Schwarzwald sind alle mit Sensoren ausgestattet und schicken rund um die Uhr Kennzahlen nach Stuttgart.

Der Nachteil dieser Ultraeffizienzfabrik im Labormaßstab ist: Sie ist zu groß, um sie auf Messeständen auszustellen, zu Kongressen mitzunehmen oder in Workshops vorzuführen. Doch genau das müsste man tun, wenn man das Konzept einer ultraeffizienten Fabrik bekannter machen und Interesse bei Unternehmen wecken möchte. Diese Lücke soll nun ein mobiler Demonstrator schließen.

Diese Ultraeffizienzfabrik im Miniaturformat besteht aus einem Hochregallager, verschiedenen Produktionsanlagen und einem Warenausgang. Ein fahrerloses Transportfahrzeug verbindet die einzelnen Stationen miteinander. »Die Modellfabrik stellt eine Matrixproduktion mit Digitalem Zwilling dar«, erklärt David Koch, Geschäftssegmentleiter CO2-neutrale und ressourceneffiziente Produktion am Fraunhofer IPA. Mit Sensoren erheben die Forscherinnen und Forscher in Echtzeit Kennzahlen wie etwa den aktuellen Stromverbrauch oder die verursachten Emissionen und stellen sie übersichtlich auf einem großen Bildschirm dar. Manche Werte sind auch einfach simuliert. Jedes der fünf Handlungsfelder der Ultraeffizienzfabrik ist mit einem eigenen Dashboard vertreten.

»Werden nun verschiedene Ultraeffizienzmaßnahmen ergriffen, veranschaulichen Kurven und Diagramme deren Wirkung«, sagt Koch. »So können wir beispielsweise simulieren, wie der Materialverbrauch und das Müllaufkommen zurückgehen, sobald Metallspäne nicht mehr entsorgt, sondern eingeschmolzen und wiederverwendet werden. Oder wie sich die CO2-Bilanz verbessert, sobald Strom und Wärme von der eigenen Biogasanlage kommen.« Und auch das wird auf einen Blick erkennbar: wie kostspielige Produktionsstillstände und Ausschuss vermieden werden, wenn Maschinen und Anlagen gewartet werden, sobald deren Zuverlässigkeit einen festgelegten Grenzwert erreicht, oder wie stark die Produktionskosten sinken, wenn besonders energieintensive Prozesse auf Zeiten verlegt werden, in denen die Solaranlage auf dem Dach den meisten Strom liefert.

Der mobile Demonstrator zeigt auch, welche Wechselwirkungen Ultraeffizienzmaßnahmen untereinander haben und welche Zielkonflikte auftreten können. »Wenn man einen Produktionsprozess so umgestaltet, dass er weniger Material verbraucht, kann das auf der anderen Seite dazu führen, dass er energieintensiver wird«, erklärt Koch. Wie man solche Zielkonflikte erkennt, bevor sie auftreten und wie man Wechselwirkungen vorausschauend identifiziert, klärt das Forschungsteam derzeit noch. Mit diesem Wissen wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dann Strategien erarbeiten, mit denen sich Zielkonflikte auflösen lassen. In diesem Zuge soll auch ein digitales Planungswerkzeug entstehen, das dabei hilft, kritische Rohstoffe zu erkennen und durch nachhaltige Alternativen zu ersetzen.

Zu sehen ist der mobile Demonstrator auf dem 2. Stuttgarter Nachhaltigkeitstag am 20. März 2025 am Fraunhofer IPA in Stuttgart. Diese Veranstaltung bringt Entscheiderinnen und Entscheider aus der Industrie mit führenden Fachleuten zusammen, um praxisnahe Lösungen für die nachhaltige Transformation der Industrie zu diskutieren.

• Material: ressourcenschonend wirtschaften, Stoffkreisläufe aufbauen und so viele Reststoffe wie möglich wiederverwerten
• Energie: regenerative Energiequellen erschließen, Abwärme im Betrieb oder andernorts nutzen
• Emissionen: Abfall, Abwasser, Abluft und Lärm möglichst komplett vermeiden
• Mensch/Personal: Arbeitswege kurz halten, flexible, kooperative Arbeitszeitmodelle etablieren, soziale Einrichtungen in Gewerbegebiete integrieren
• Organisation: Dienstleistungen und Einrichtungen überbetrieblich gemeinsam nutzen, innovative Geschäftsmodelle an der Schnittstelle zum urbanen Umfeld etablieren