Der Schlüssel zur Zukunft

Die Abhängigkeit von globalen Lieferketten und Rohstoffversorgung stellt eine Gefahr für Unternehmen dar. Zirkuläre Wirtschaft (Circular Economy, CE) erscheint neben den Nachhaltigkeitsaspekten insbesondere zur Steigerung der Resilienz und Rohstoffunabhängigkeit von Unternehmen als zwingende Alternative. Im Zentrum steht der Ansatz, Ressourcenverbräuche zu minimieren und Materialkreisläufe zu schließen, indem der Zugang zu bereits bestehenden Komponenten, Produkten und Sekundärmaterialien ermöglicht wird. Neben der Anpassung der Produktionsprozesse spielen regulatorische Rahmenvorgaben – etwa der Green Industrial Deal, der Critical Raw Materials Act und insbesondere der Digitale Produktpass – eine entscheidende Rolle. Gerade unter politisch unsicheren Rahmenbedingungen, wie in Zeiten geopolitischer Veränderungen, Handelsbarrieren und unsicherer Rohstoffversorgung, wird CE als Instrument der Resilienz und Wettbewerbsfähigkeit immer wichtiger. Die europäische Gesetzgebung treibt diese Entwicklungen aktuell mit hoher Dynamik voran und fordert Unternehmen auf, ihre Wertschöpfungsketten neu zu organisieren und in integrierte Kreislaufsysteme zu überführen.

Die Enabler der Smart Circular Economy

Um die Prinzipien der zirkulären Wirtschaft umzusetzen, sind digitale Technologien von zentraler Bedeutung, da sie eine durchgängige Repräsentation von Produktinformationen als Digitale Zwillinge erlauben. Circular Economy erfordert umfassende Daten entlang des gesamten Produktlebenszyklus – von der Konstruktion und Materialzusammensetzung über die Produktion und Nutzung bis hin zu Wiederverwertung und Recycling. Dabei gewinnen standardisierte Datenmodelle und semantischer Datenaustausch zunehmend an Bedeutung. Konzepte für Interoperabilität und strukturierten Datenaustausch wie OPC UA, RAMI 4.0 und insbesondere die Asset Administration Shell (AAS) sorgen für eine einheitliche und maschinenlesbare Datenbeschreibung, wodurch unternehmensübergreifender Datenaustausch gelingt.

Weitere Technologiebausteine – angefangen bei der zunehmenden Verschmelzung von Operational Technology und Information Technology auf Shopfloor-Ebene bis zu Datenräumen wie Manufacturing-X – stellen eine zunehmend standardisierte und operativ einsetzbare Basis für einen
sicheren, vertrauensvollen und interoperablen Informationsfluss dar. Diese digitale Infrastruktur ist die Basis für neue datengetriebene Geschäftsmodelle, indem sie nicht nur den Austausch von Informationen im Produktionsprozess gewährleisten, sondern auch die Koordination zwischen verschiedenen Akteuren über Unternehmensgrenzen hinweg ermöglichen. Insbesondere bei komplexen Produkten, bei denen Daten zu Zustand und Produktnutzung auch während der Nutzungsphase entstehen, bilden digitale Technologien die Grundlage für den Übergang zu einer Smart Circular Economy.

Der Digitale Produktpass als zentrales Element digitaler Zwillinge

Im Zentrum der datenbasierten Transformation einer zirkulären Wirtschaft steht der Digitale Produktpass (DPP). Basierend auf standardisierten Teilmodellen, vornehmlich durch Standardisierungsgremien wie die Industrial Digital Twin Association (IDTA), für die AAS, ermöglicht er eine einheitliche Interpretation von Produktdaten sowohl für Maschinen als auch für Anwender. Durch die aufgebaute digitale Infrastruktur der Industrie 4.0 werden nicht nur gesetzliche Anforderungen, wie etwa die Europäischen Ökodesign-Verordnung (ESPR), bedient, sondern auch Potenziale zur Optimierung von Wertschöpfungsketten und zur Erschließung von Rohstoffen aus Sekundärquellen greifbar. Der DPP leistet somit einen entscheidenden Beitrag zur Schaffung geschlossener Materialkreisläufe und zur Verlängerung von Produktlebensdauern, während er gleichzeitig als Basis für neue, datenbasierte Geschäftsmodelle dient.

Konkrete CE-Lösungen in der Industrie

Prototypische Anwendungsfälle verdeutlichen das Potenzial, das in der Verbindung von digitalen Technologien und zirkulären Konzepten liegt. Der absehbare Zwang zur Einführung DPP wird darin als Chance für neue Servicegeschäftsmodelle genutzt, und zeigt das wirtschaftliche Potenzial des DPP und der AAS für neue Geschäftsmodelle. Zwei herausragende Beispiele sind die Initiativen Fluid 4.0 und Antrieb 4.0, die für die Implementierung datenbasierter CE-Lösungen in der Industrie stehen.

Fluid 4.0

Im Projekt Fluid 4.0 wird das Konzept der Circular Economy gezielt in der Industriehydraulik und -pneumatik verankert. Durch den Einsatz digitaler Zwillinge, realisiert über die AAS, wird ein durchgängiger digitaler Lebenslauf von fluidtechnischen Anlagen geschaffen. Dies ermöglicht eine lückenlose Dokumentation der Materialflüsse und der Wartungszyklen – von der Konstruktion über den Einsatz bis hin zur Wiederverwertung. Die konsolidierten Daten bieten Herstellern von Komponenten und Maschinen sowie Anwendern gleichermaßen eine verlässliche Datenbasis, um Effizienzsteigerungen im Betrieb zu erzielen, die Instandhaltung zu optimieren und Zugriff auf Rohstoffe, auf Materialien und Komponenten zu erlangen. Im Kern steht die Modellierung von Fluidtechnik-spezifischen Teilmodellen für den DPP für die Entscheidung passender R-Strategien (ReCycle, RePair, ReManufacturing). Fluid 4.0 demonstriert somit, wie datenbasierte Ansätze und der DPP dazu beitragen können,
Ressourcenverbrauch zu minimieren und gleichzeitig die Wettbewerbsfähigkeit zu stärken.

Antrieb 4.0

Das Projekt Antrieb 4.0 zielt darauf ab, die Integration von
OT und IT in produzierenden Unternehmen zu fördern. Im Fokus steht hierbei die Etablierung eines gemeinsamen Datenraums, über den herstellerübergreifend Informationen ausgetauscht werden können. Dieser Datenraum bildet die Basis für innovative, serviceorientierte Geschäftsmodelle und ermöglicht eine detaillierte Erfassung der Daten entlang des gesamten Produktlebenszyklus – speziell in Bereichen, in denen DPPs zentrale Bedeutung haben. Durch den integrierten Ansatz wird nicht nur die Transparenz innerhalb der Produktionsprozesse erhöht, sondern auch die Effizienz bei der Wiederverwertung kritischer Rohstoffe verbessert. Mit Antrieb 4.0 können Unternehmen praxisnah demonstrieren, wie digitale Technologien den Übergang zu einer echten Circular Economy unterstützen und dadurch langfristig auch die Resilienz der Industrie sichern.

Circular Economy neu denken und umsetzen

Die fortschreitende Digitalisierung und die zunehmende Integration von Datenökosystemen in industrielle Prozesse eröffnen neue Perspektiven für die zirkuläre Wirtschaft. Regulatorische Impulse, wie der Green Industrial Deal und die neue Europäische Ökodesign-Verordnung (ESPR), schaffen den Rahmen, während digitale Technologien den Weg zu einem transparenten, interoperablen und effizienten Datenaustausch ebnen. Mit dem DPP wird ein zentraler Baustein zur Realisierung digitaler Zwillinge etabliert, der es ermöglicht, Produktdaten entlang des gesamten Lebenszyklus standardisiert zu erfassen und auszutauschen. Initiativen wie Fluid 4.0 und Antrieb 4.0 zeigen, wie praxisnahe Umsetzungen aussehen können und welche Potenziale im DPP für zirkuläre Geschäftsmodelle stecken.

Prof. Dr. Alexander Pflaum ist Professor für Supply Chain Management und Leiter des Bereichs Supply Chain Services des Fraunhofer IIS. © Fraunhofer IIS - Glasow

Der Weg hin zu einer smarten, datenintegrierten Circular Economy erfordert ein Umdenken auf Ebene der gesamten Wertschöpfungskette. Nur durch die enge, unternehmensübergreifende Zusammenarbeit aller Akteure – von der Produktentwicklung über die Fertigung bis hin zum Recycling – können Informationsdefizite abgebaut und nachhaltige, zukunftsweisende Lösungen geschaffen werden.

Dr. Andreas Hamper leitet die Abteilung Innovation & Transformation am Fraunhofer IIS. © Fraunhofer IIS

Circular Economy bietet somit die notwendigen Werkzeuge, um die Herausforderungen des Ressourcenverbrauchs zu adressieren und gleichzeitig die Wettbewerbsfähigkeit und Resilienz der Industrie zu stärken. Die Fortschritte im Bereich der Datenräume, der Verwaltungsschalen und des DPPs stehen exemplarisch für Entwicklungen, in der Technologie, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit Hand in Hand gehen.

Dr. Lydia Bühler ist Expertin für Smart Circular Economy und Gruppenleiterin am Fraunhofer IIS. © Fraunhofer IIS - Pulkert

Die kommenden Jahre versprechen somit spannende Fortschritte: Ein Ökosystem, in dem Daten souverän und sicher ausgetauscht werden, bildet die Grundlage für Innovationen, die den Weg in eine nachhaltige Zukunft weisen.  (ah)