In der neuen Expertise „Industrie 4.0 für zirkuläre Wertschöpfung“ des Forschungsbeirats Industrie 4.0 zeigt das Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der Technischen Universität Darmstadt, wie digitale Technologien Unternehmen bei der Umsetzung von Kreislaufwirtschaft unterstützen können. Die Expertise untersucht den aktuellen Einsatz von Industrie 4.0-Technologien, deren Mehrwert für zirkuläre Wertschöpfungsprozesse sowie bestehende Hemmnisse und Handlungsbedarfe. Sie gelten als wichtiger Enabler für die Kreislaufwirtschaft, indem sie Erfassung, Auswertung und Austausch von Daten entlang des Produktlebenszyklus ermöglichen.

Angesichts knapper werdender Ressourcen und steigender Nachhaltigkeitsanforderungen stehen Unternehmen vor der Herausforderung, ihre bislang überwiegend linearen Wertschöpfungsprozesse schrittweise in zirkuläre Wertschöpfungssysteme zu überführen. Bislang fehlen jedoch belastbare Erkenntnisse darüber, wie die Industrie 4.0-Technologien in der industriellen Praxis eingesetzt werden und welchen Beitrag sie tatsächlich zur Umsetzung zirkulärer Wertschöpfungsprozesse leisten.

„Zirkuläre Wertschöpfung ist für mich der Nordstern“, erklärt Gisela Lanza (Karlsruher Institut für Technologie und wbk Institut für Produktionstechnik), Mitglied im Forschungsbeirat Industrie 4.0. „Wir erreichen ihn erst, wenn unser dominantes Wirtschaftsmuster wirklich zirkulär ist und nicht nur in der Nische funktioniert wie heute.“

Digitale Transparenz als Schlüssel für zirkuläre Wertschöpfung

Grundsätzlich lässt sich feststellen, dass Großunternehmen deutlich häufiger Industrie 4.0-Technologien einsetzen als kleine und mittelständische Unternehmen. Die Untersuchung zeigt, dass unabhängig von der Unternehmensgröße am häufigsten Traceability-Technologien und Sensorik in Maschinen oder Produkten Anwendung finden. Als besonders wertvoll bewerten die befragten Unternehmen digitale Technologien in den Bereichen Produktionssteuerung, Qualitätsprüfung und Produktnutzung. Vorhandene Zustands- und Nutzungsdaten können dabei helfen, rückgeführte Produkte zu analysieren und schneller aufzubereiten. Auffällig ist zudem, für wie wichtig Unternehmen künftig Anwendungen mit Künstlicher Intelligenz halten. Die Verwaltungsschale spielt hingegen bislang nur eine untergeordnete Rolle. Gleichzeitig zeigt sich, dass Remanufacturing derzeit nur selten datenbasiert unterstützt wird, obwohl gerade hier erhebliche Potenziale für den Einsatz digitaler Technologien bestehen.

Hemmnisse liegen vor allem bei Daten und Regulierung

Trotz positiver Potenziale digitaler Technologien zeigt die Studie auch deutliche Herausforderungen bei der Umsetzung zirkulärer Wertschöpfungsprozesse. Unternehmen nennen insbesondere die eingeschränkte Verfügbarkeit von Daten aus der Lieferkette, unklare gesetzliche Rahmenbedingungen sowie komplexe Zulassungs- und Zertifizierungsanforderungen als zentrale Hemmnisse. Gerade kleine und mittelständische Unternehmen sehen sich zusätzlich mit begrenzten personellen Ressourcen, fehlendem Fachwissen und hohen bürokratischen Anforderungen konfrontiert.

Handlungsempfehlungen für Unternehmen, Wissenschaft und Politik

Für Unternehmen empfiehlt sich ein schrittweiser Einstieg in die Nutzung von Industrie 4.0-Technologien für zirkuläre Wertschöpfungsprozesse, wobei dem Aufbau von Datenökosystemen sowie dem Einsatz von Künstlicher Intelligenz und Datenanalysen besonderes Potenzial zukommt. Ein praxisorientierter Leitfaden gibt konkrete Handlungsempfehlungen, wie diese Technologien schrittweise nutzbar gemacht werden können und schließt damit eine wichtige Lücke insbesondere für KMU, denen häufig das erforderliche Know-how zur Implementierung fehlt. Damit dieser Wandel gelingt, sollten Förderinitiativen Unternehmen ergänzend durch niederschwellige Unterstützungsangebote und operative Orientierungshilfen bei der Einführung von Industrie 4.0-Technologien begleiten. Auch auf politischer Ebene sind entsprechende Voraussetzungen zu schaffen, um den Wandel hin zu einer zirkulären und digital unterstützten Wertschöpfung zu fördern. „Unternehmen benötigen verlässliche und praktikable Rahmenbedingungen, um Investitionen in zirkuläre Wertschöpfung und digitale Technologien langfristig planen zu können“, betont Prof. Joachim Metternich, Institutsleiter am PTW und Leiter der Expertise.

Die Expertise steht auf der acatech Webseite zum kostenlosen Download zur Verfügung: https://www.acatech.de/publikation/forschungsbeirat-industrie40-zirkulaere-wertschoepfung/

Über den Forschungsbeirat Industrie 4.0
Der Forschungsbeirat Industrie 4.0 trägt als strategisches und unabhängiges Gremium wesentlich dazu bei, forschungsbasierte Lösungswege für die Weiterentwicklung und Umsetzung von Industrie 4.0 aufzuzeigen und somit Orientierung zu geben – mit dem übergeordneten Ziel, das deutsche Innovationssystem und die Wertschöpfung zu stärken. Dafür kommen im Forschungsbeirat aktuell 33 Vertreterinnen und Vertreter aus Wissenschaft und Industrie mit ihrem interdisziplinären Expertenwissen zusammen, formulieren neue, vorwettbewerblich beantwortbare Forschungsimpulse bzw. -bedarfe, zeigen mittel- bis langfristige Entwicklungs-perspektiven auf und leiten Handlungsoptionen für die erfolgreiche Umsetzung von Industrie 4.0 ab. Die Forschung im Bereich Industrie 4.0 fokussiert sich dabei verstärkt auf Themen wie Nachhaltigkeit, Resilienz, Interoperabilität, technologische bzw. strategische Souveränität und die zentrale Rolle des Menschen. Die Arbeit des Forschungsbeirats wird von acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften koordiniert, vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut und vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert.

Über das PTW
Das Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen der Technischen Universität Darmstadt erforscht und entwickelt innovative Lösungen für die Produktion der Zukunft. Im Fokus stehen effiziente, nachhaltige und resiliente Wertschöpfungssysteme sowie die intelligente Nutzung digitaler Technologien in der industriellen Praxis.