Digitalisierung

Wie die Digitalisierung die Ressourceneffizienz in der Circular Economy verbessert – und wo sie eher Ressourcen kostet. Chancen und Risiken einer nachhaltigen Industrie 5.0.

Von Henning Wilts

Die Grundidee der Kreislaufwirtschaft klingt so bestechend wie einfach: Statt Produkte am Ende ihrer Nutzungsphase zu entsorgen, will sie den Wert der darin enthaltenen Rohstoffe möglichst optimal erhalten. Nicht zuletzt wegen dieser Klarheit steht die Circular Economy ganz oben auf der politischen Agenda. Damit stellt sich aber direkt eine Reihe komplexer Fragen: Aus welchen Stoffen bestehen Produkte genau? Wie sind sie verbaut, mit welchem Aufwand lassen sie sich zurückgewinnen; ist das Produkt z. B. verschraubt oder verklebt? Welche Nachfrage besteht eigentlich für recycelte Rohstoffe, aus der sich dann ihr Wert ergeben würde?

Alle Antworten darauf gehen in unserer aktuell „linearen“ Welt verloren, sobald die fertigen Produkte die Fabrik verlassen. Der österreichische Wirtschaftswissenschaftler Alois Flatz, der zu Abfallwirtschaft und Stoffstrommanagement geforscht hat, prägte dafür den Begriff des „Mauerwurfprinzips“: Unternehmen werfen die Produkte auf den Markt, was danach mit ihnen passiert, lässt sich von niemandem mehr nachverfolgen. Erschreckenderweise könnten aber sogar die Hersteller die oben genannten Fragen nicht beantworten. Die Vorlieferkette für Elektronikprodukte umfasst z. B. vom Rohstoff bis zum fertigen Produkt mindestens sieben Stufen, bei der die Hersteller einzelner Komponenten zum Teil die stoffliche Zusammensetzung ihrer Chips je nach Tagespreis oder Leiterplatten verändern.

Theoretisch ließen sich all diese Daten erfassen und könnten entlang der Kette weitergegeben werden, so dass ein Recycler am Ende genau wüsste, was für ein Produkt er da vor sich hat. Die damit verbundene Datenmenge wäre jedoch gigantisch: Es müssten Informationen zu jedem der jährlich rund 200 Millionen verkauften iPhones verwaltet werden, aber auch zu einer Milliarde Cola-Flaschen – pro Tag! Erhebung, Sicherung, Verteilung etc. dieser Daten würde gigantische „Transaktionskosten“ verursachen, die am Ende die ökonomischen Vorteile einer verbesserten Kreislaufführung übersteigen würden. Die Kreislaufwirtschaft scheitert also nicht zuletzt an einem Informationsproblem!

Der Motor der Kreislaufwirtschaft

Genau an dieser Stelle setzt jetzt die Digitalisierung an: Durch die Entwicklungen bei Computerchips, Rechnerleistung und Datenkommunikation können wir heute immer mehr Informationen verarbeiten und brauchen dafür immer weniger Zeit – das autonome Fahren wird möglich, weil Daten aus verschiedenen Kameras erfasst, verarbeitet und in Sekundenbruchteilen ausgewertet werden können. Datenmanagement wird also immer billiger, womit sich auch für die Kreislaufwirtschaft ganz neue Möglichkeiten ergeben. Der Begriff „Digitalisierung“ umfasst dabei ganz verschiedene Entwicklungen, von der jede einzelne das Potenzial hätte, zu einer radikalen Verbesserung der Kreis­laufführung von Rohstoffen beizutragen:

Versteht man Produkte als „Cyber Physical Systems“, lassen sich Informationen zum gesamten individuellen Produktionsprozess eines Produktes integrieren. Diese Informationen könnten dann auch für das Remanufacturing oder das Recycling genutzt werden und gleichzeitig auch umweltrelevante Informationen wie Materialzusammensetzung oder auch Footprints beinhalten. So werden Informationsasymmetrien sinnvoll reduziert. 

Sensoring erlaubt in der Industrie 4.0 Datensammlung und -erzeugung in Echtzeit. Der genaue Ort des Anfalls von Abfällen, seine exakte stoffliche Zusammensetzung usw. können ort- und zeitgenau festgehalten („Fast Data“) und an andere Unternehmen weitergegeben werden, die daraufhin ihre Produktions­prozesse planen. Data Analytics-Anwendungen („Big Data“) können dann Aufschluss über weitere Verwendung, sinnvolle Logistiklösungen etc. liefern und projizieren. 

Das Matching von Angebot und Nachfrage nach Abfällen bzw. Sekundärrohstoffen kann durch internetbasierte Lösungen revolutioniert werden, wie sie heute bereits in der Distribution von Produkten eingesetzt werden. Eine zukünftige automatisierte Markt- und Logistikplattform (sozusagen als „Uber und Ebay für Abfall“) kann Such- und Transaktionskosten reduzieren; außerdem lassen sich leichter Skaleneffekte erzielen, da mehr Klarheit über Materialmengen besteht. 

In einem derart intelligenten Gesamtsystem wäre es sogar denkbar, dass sich wiederzuverwertende Produkte ihre Märkte über das Internet of Things automatisiert „selbst“ erzeugen, indem sie sich aufgrund der Informationen über Zusammensetzung und Einsatzmöglichkeit auf solchen Plattformen selbst vermarkten. Rezyklate sind zum Teil heute schon preiswerter als Primärmaterial, dies könnte so noch gesteigert werden. Rezyklierbarkeit wird dann auch zum technischen Wettbewerbsvorteil. 

Blockchain-Anwendungen, auf denen heute bereits z. B. die virtuelle Währung Bitcoin basiert, könnten Informationen zum Abfallaufkommen z. B. in einzelnen Betriebsstandorten anonymisiert und verschlüsselt weitergeben, ohne dass die Konkurrenz Rückschlüsse auf Produktionstechnologien ziehen kann. 

Zwischen Vision und Realität

Auch wenn vieles davon noch nach Science Fiction klingen mag: Die dafür notwendigen Technologien existieren bereits und werden in vielen Sektoren schon erfolgreich getestet; die Kreislaufwirtschaft hinkt jedoch deutlich hinterher. Eine vom Bundesumweltministerium beauftragte Studie hat den Stand der Digitalisierung in den Umweltleitmärkten untersucht: Demnach sind die durch Digitalisierung möglichen Umweltentlastungspotenziale nirgends höher als in der Kreislaufwirtschaft, gleichzeitig wird die „digital readiness“ nirgends niedriger eingeschätzt.

Während Deutschland sich noch auf seinen hervorragenden Recyclingquoten auszuruhen scheint (die in erster Linie darstellen, dass wir Abfall gut entsorgen aber nur sehr wenig darüber aussagen, ob wir Abfall als Ressource nutzen), gewinnt das Interesse an einer digitalen Kreislaufwirtschaft anderswo immer mehr an Aufmerksamkeit. Eine Umfrage des internationalen Abfallverbands ISWA hat ergeben, dass 97 Prozent der Befragten davon ausgehen, dass die Digitalisierung ihr Geschäftsmodell beeinflussen wird; gleichzeitig haben über zwei Drittel angegeben, dass sie zu diesem Thema bisher nur wenig oder sogar zu wenig wissen.

In diesem sich extrem dynamisch entwickelnden Markt schlägt die Stunde innovativer Start-Up Unternehmen mit Internet-Hintergrund, die häufig Quereinsteiger in die Abfallwirtschaft sind. Unbelastet durch die jahrzehntelangen Debatten um inkrementelle Technikoptimierungen, Marktanteile etc., versuchen sie die Abfallwirtschaft neu zu denken – ausgehend von der Frage, welche Chancen die Digitalisierung bietet.

Aus dem Forschungsprogramm Climate KIC, „Europe’s largest public-private innovation partnership focused on climate change“, ist beispielsweise das Hamburger Start-up Pendula entstanden (mehr zu Pendula im PDF-Magazin Digitalisierung), das über eine RecyclingApp Unternehmen die Möglichkeit bietet, in Echtzeit die Füllstände ihrer Abfallcontainer zu überprüfen, Abholungen der vollen Container online zu organisieren und auf dieser Basis detaillierte Statistiken und Auswertungen zu entwickeln. Diese liefern die Basis, Stoffströme zu optimieren und somit auch Kosten einzusparen.

Speziell die Logistik der Abfallsammlung hat offenbar noch erhebliche Ressourceneffizienz-Potenziale: In der „analogen“ Realität wird zu häufig jede Tonne einzeln angefahren, völlig unabhängig vom Füllstand. Dadurch wird die Sammlung für viele Abfallströme zum wichtigsten Kostenfaktor, der die separate Erfassung von Abfällen verhindert und damit auch ihre effiziente Rückführung in Produktionsprozesse. Vor diesem Hintergrund hat die Stadt Rotterdam ein Pilotexperiment durchgeführt, bei dem 250 Unterflurcontainer mit Sensoren ausgestattet wurden. Diese Sensoren übertragen Informationen zu Füllständen an eine zentrale Rechnereinheit, die dann die optimale Planung und Route für die Leerung der Container analysiert. Durch die kontinuierliche Verbesserung des eingesetzten Algorithmus konnte die Anzahl der Sammeltage von fünf auf drei reduziert werden. Die geleerten Container waren dann durchschnittlich zu über 75?Prozent gefüllt. So konnten ca. 25 Prozent der zuvor gefahrenen Kilometer vermieden werden, mit entsprechenden Einsparungen im Dieselverbrauch (123,500 l/Jahr) und CO2 Ausstoß (321 t/Jahr) (Bastein 2017).

Die Digitalisierung bietet jedoch vor allem die Möglichkeit, in Kreisläufen zu denken, bevor überhaupt Abfall angefallen ist: Die gemeinschaftliche Nutzung von Produkten wie z. B. beim Carsharing wäre ohne internetbasierte Buchungsplattformen nicht denkbar und genauso wird in Zukunft jeder Rohstoff so exakt verfolgt werden können, dass er genau da eingesetzt werden kann, wo er am dringendsten benötigt wird. Eine solche Transparenz wird sowohl Konsumenten als auch Unternehmen vor ganz neue Herausforderungen beim Datenschutz stellen: Welche Privatsphäre, welches Firmengeheimnis wäre in einem solchen System noch sicher? Hier liegen die Hoffnungen zur Zeit auf dem Konzept der Blockchain, die Informationen für alle fälschungssicher zugänglich machen könnte, ohne ihre Herkunft zu verraten.

Das Risiko des Rebounds

Eine digitalisierte Kreislaufwirtschaft wird jedoch auch aus Umweltsicht nicht umsonst zu haben sein: Schon heute beansprucht die IKT-Technik etwa neun Prozent des Stromverbrauchs in Deutschland (eigene Berechnung basierend auf UBA 2017 und Fraunhofer IZM/Borderstep Institut 2015) – jeder zusätzliche Funksensor, jede Datenübertragung würde diesen Verbrauch weiter ansteigen lassen. Insbesondere jedoch aus Ressourcensicht wird die Digitalisierung neue Herausforderungen mit sich bringen: Die überall eingesetzten Chips und Leiterplatten benötigen einen rasant ansteigenden Anteil speziell der als kritisch eingeschätzten Rohstoffe wie z.B. Indium für sämtliche Flachbildschirme oder Tantal. Bereits seit einigen Jahren wird beispielsweise der Einsatz von RFID Chips auf Produkten diskutiert, um so auch wichtige Informationen zur Kreislaufführung zu transportieren (Urban/Halm 2009). Bei einem massenhaften Einsatz würde jedoch ein Viertel der gesamten Silberproduktion notwendig, um diese Chips zu produzieren. Gleichzeitig zeigte die Studie „Auswirkung eines RFID-Masseneinsatzes auf Entsorgungs- und Recyclingsysteme“ der Universität Dortmund (Gliesche/Helmigh 2007), dass der verbreitete Einsatz solcher Chips negative Auswirkung auf das Glas-, Aluminium-, und Kunststoffrecycling haben könnte – und in der thermischen Restmüllverwertung zum Überschreiten der jeweils zulässigen Grenzwerte für Kupfer, Silber und Chloride führen könnte.

Die Digitalisierung der Kreislaufwirtschaft könnte also auch zu gigantischen Materialverlusten führen –  wenn die dafür notwendigen Rohstoffe nicht auch selbst im Kreis geführt werden. Doch davon ist man in der Realität zur Zeit noch weit entfernt (KRU 2017). Speziell im Bereich Elektronik wird der allergrößte Anteil bisher nicht zurückgewonnen, sondern endet in winzigen Mengen – Experten sprechen von „dissipativ verteilt“ – in Müllverbrennungsschlacken oder als Verschmutzung im Recyclingstahl (Abbildung 3 im factor^y-Magazin Digitalisierung). Und selbst wenn sämtliche Rohstoffe optimal erfasst werden könnten, stehen für viele Rohstoffe heute noch keine Technologien zur Verfügung, die diese sinnvoll recyceln könnten.

Wie geht es weiter?

Dass die Digitalisierung auch die Abfallwirtschaft – wie jeden anderen Aspekt unseres Lebens – komplett auf den Kopf stellen wird, ist absehbar. In den USA wurde das erst vor wenigen Jahren gegründete Start-up Unternehmen Rubicon Global, das ein Cloud-basiertes, nachhaltiges Abfall- und Recyclingmanagement anbietet und mit AirBnB und Uber verglichen wird, auf über eine Milliarde Dollar geschätzt. Die Tüftler im Silicon Valley und anderswo erkennen zunehmend ihre Chance, einen Teil des Marktes erobern zu können, der allein in Deutschland pro Jahr mehr als 50 Milliarden Euro Umsatz macht.

Diese Entwicklung eröffnet bisher kaum vorstellbare Möglichkeiten, Rohstoffe in geschlossenen Kreisläufen zu führen und damit den Bedarf an Primärmaterialien zu senken. Aber damit die digitale Kreislaufwirtschaft ein tatsächlich „grünes“ Projekt wird, darf der dafür notwendige Rohstoffeinsatz nicht übersehen werden. Es bedarf noch jeder Menge intelligenter Innovationen und neuer Rahmenbedingungen. So wird es in Zukunft überhaupt keinen Sinn mehr machen, Recyclingziele für Elektronikgeräte am Gewicht festzumachen – stattdessen muss die Rückgewinnung der darin enthaltenen Rohstoffe festgeschrieben werden. All das wird nur möglich sein, wenn wir vom klassischen Recycling der Massenabfallströme zu einem viel stärker auf das einzelne Produkt ausgerichteten Recycling kommen (UNEP 2013) – wofür wir dann gleichzeitig die Informationen über Inhaltsstoffe und  Verarbeitungstechniken vom allerersten Verarbeitungsschritt über alle Nutzer hinweg bis zum Recycling „behalten“ müssen. Eine solcher Nachverfolgbarkeit mag heute noch unvorstellbar sein, die Aufgabe erinnert aber an den Schwarzen Freitag bei der Weltwirtschaftskrise 1929. Damals erkannte man das Risiko, wenn Geldströme völlig unbeachtet in der Wirtschaft herumschwirren. Die Geburtsstunde der volkswirtschaftlichen Gesamtrechnung, die Herkunft und Verbleib jedes Euros nachvollziehbar macht – nichts weniger brauchen wir in Zukunft auch für unsere Rohstoffe.

Dr. Henning Wilts ist Volkswirt und leitet das Geschäftsfeld Kreislaufwirtschaft im Wuppertal Institut. Zuletzt schrieb er im factor^y-Magazin Circular Economy (1-2017) über die Notwendigkeit, die Ressourcen zirkulieren zu lassen.

Literatur:

Bastein, T. (2017) ICT-Based Waste and Resource Management. Recreate D4.4 Evidence-Based Narratives: Materials and Waste Management in a Circular City.

Flatz, A. (1996) Von der Abfallbewirtschaftung zum Stoffstrommanagement. Organisationsansätze am Beispiel elektrotechnischer Produkte. Signum, Wien.

Fraunhofer IZM & Borderstep Institut (2009) Entwicklung des IKT-bedingten Strombedarfs in Deutschland. Abschlussbericht. Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie.

Gliesche, M.; Helmigh, M. (2007): Auswirkung eines RFID-Masseneinsatzes auf Entsorgungs- und Recyclingsysteme. Abschlussbericht zu dem Forschungsprojekt. Studie des Fachgebiet Logistik der Universität Dortmund im Auftrag des BMBF. 

ISWA (2017) The Impact of the 4th Industrial Revolution on the Waste Management Sector. 

Ressourcenkommission am Umweltbundesamt KRU (2017) Produktkennzeichnungsstelle zur Förderung der Ressourceneffizienz und Kreislauffähigkeit von Produkten. Position der Ressourcenkommission am Umweltbundesamt. 

UNEP (2013) Metal Recycling: Opportunities, Limits, Infrastructure, A Report of the Working Group on the Global Metal Flows to the International Resource Panel. Reuter, M. A.; Hudson, C.; van Schaik, A.; Heiskanen, K.; Meskers, C.; Hagelüken, C.

UBA (2017) Stromverbrauch

Urban, A.I.; Halm, G. (2009) Mit RFID zur innovativen Kreislaufwirtschaft. Schriftenreihe des Fachgebietes Abfalltechnik, Bd. 10. Institut für Wasser, Abfall, Umwelt, Universität Kassel. 

Wilts, H.; Berg, H. (2017) Digitale Kreislaufwirtschaft: Die Digitale Transformation als Wegbereiter ressourcenschonender Stoffkreisläufe. Inbrief 4/2107, Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie.