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KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft www.iip.kit.edu
Nachhaltige Produktion, Kreislaufwirtschaft und Ressourceneffizienz
Herausforderungen und zukünftige Bedürfnisse
Prof. Dr. Frank Schultmann
Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Bildquelle: Eigene Darstellung und http://www.forcycle.de/sites/default/files/konzept_stoffgeschichten_1200.png
2 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
IIP/DFIU
Lehrstuhl für Betriebswirtschaftslehre, insb. Produktionswirtschaft und Logistik (Prof. Dr. Frank Schultmann) Techno-ökonomische Analysen industrieller Wertschöpfungsketten Lehrstuhl für Energiewirtschaft (Prof. Dr. Wolf Fichtner) Techno-ökonomische Analysen entlang der gesamten energetischen Wertschöpfungskette Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (Prof. Dr. Frank Schultmann, Prof. Dr. Wolf Fichtner) Analyse deutsch-französischer Fragestellungen im Umweltbereich in interdisziplinären Teams
3 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Lehrstuhl für Betriebswirtschaftslehre, insb. Produktionswirtschaft und Logistik
Projekt- und Ressourcenmanagement in der bebauten Umwelt (Dr.-Ing. Rebekka Volk)
Risikomanagement
(Dr. Marcus Wiens) Nachhaltige Wertschöpfungsketten
(Dr.-Ing. Simon Glöser-Chahoud) Think Tank industrielle Ressourcenstrategien
(Dr. Marina Maier)
4 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Weltweite Rohstoffentnahme
Source: Material extraction data from UNEP (forthcoming in 2016b), GDP data from UNSD (2015)
5 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Weltweit steigende Anzahl an Rohstoffen
Quelle: Materials critical to the energy industry, UNIA, BP 2014
6 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Source: TRU group
Neue Produkte und Ressourcennachfrage Beispiel Lithium
7 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Rücklauf von Produkten und –komponenten Beispiele aus Deutschland
§ Gebäude: 300 Millionen Tonnen/Jahr n Altautos: 3,3 Millionen/Jahr
§ Elektrische und elektronische Produkte: n Batterien: 1 Milliarde/Jahr 1,8 Millionen Tonnen/Jahr
8 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Ressourceneffizienz Potentiale und wirtschaftliche Auswirkungen
Quelle: G7-UNEP/IRP-Report „Resource Efficiency: Potential and Economic Implications”
Reduktion der globalen Ressourcen-entnahme um bis zu 28% bis 2050
With concerted action, there is significant potential for increasing resource efficiency, which will have numerous benefits for the economy and the environment.
9 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Künftige Herausforderungen Trends
Produkte: Flexibilisierung, demand-driven-production
Kürzere Produktlebenszyklen, höhere Variantenvielfalt, Individualprodukte
Beschaffung/Absatz: Einbeziehung neuer Märkte, Globalisierung
Schwellenländer, Wachstumsmärkte, Economies in Transition, Ressourcenverfügbarkeit, …
Wertschöpfung: Künftig vermehrt „hybrid“ (Sachgüter- und Dienstleistungsproduktion)
Mega-Trends
10 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Vom Massen- zum Individualprodukt? “Mass Customization“ oder “Manufaktur“?
Quelle: Architektur in Dresden, 07/2003
11 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Vom Individual- zum Massenprodukt? Neue Produktionsstrategien für Gebäude
Unit housing system of Sekisui Chemical Co. Ltd, Japan
Quelle: Nakamura, Y.; Suzuki, Y. (2005): Establishment of sustainable housing supply system, in: Proceedings of The 2005 World Sustainable Building Conference (SB05), Tokyo, Japan, 27.‑29.9.2005
12 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Künftige Herausforderungen Trends
Produkte: Flexibilisierung, demand-driven-production
Kürzere Produktlebenszyklen, Höhere Variantenvielfalt, Individualprodukte
Beschaffung / Absatz: Einbeziehung neuer Märkte / Globalisierung
Schwellenländer, Wachstumsmärkte, Economies in Transition, Resourcenverfügbarkeit, …
Wertschöpfung: Künftig vermehrt „hybrid“ (Sachgüter- und Dienstleistungsproduktion)
Mega-Trends
Klimawandel
Ressourcenverbrauch/-verknappung
Digitalisierung
Zentrale Herausforderung für die Produktion: Nachhaltige Produktionssysteme
„Nachhaltige Entwicklung ist eine Entwicklung, die den Bedürfnissen der heutigen Generation entspricht, ohne die Möglichkeit künftiger Generationen zu gefährden, ihre eigenen Bedürfnisse zu befriedigen.“ (Brundlandt Kommission, 1987)
13 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Standard: Durchlaufwirtschaft zur Kreislaufwirtschaft
Ausmusterung Produktnutzung Ressourcen- entnahme Produktion
14 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Die Zukunft: Von der Durchlaufwirtschaft zur Kreislaufwirtschaft
Vermeidung/ Recycling
industrieller Abfälle zur Verwertung
Baugruppen, Bauteile, Werkstoffe
Produktions- abfälle
Vermeidung/ Verminderung
luftgängiger Emissionen
Ausmusterung Produktnutzung Ressourcen- entnahme Produktion
Redistribution, Demontage, Recycling
Altprodukte/ Altstoffe
Aufarbeitung von
Komponenten/ Ersatzteile Baugruppen,
Teile
Closed-Loop Supply Chains / Value Chains “Circular Economy“ …
15 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Supply chain management ”Supply chain management is a set of approaches utilized to efficiently integrate suppliers,
manufacturers, warehouses, and stores, so that merchandise is produced and distributed at
the right quantities, to the right locations, and at the right time, in order to minimize
systemwide costs while satisfying service level requirements.”
(Simchi-Levi et al., 2003)
Closed-Loop Supply Chains (CLSC) “Supply chains that are designed and operated to consider the processes required for returns of products, in addition to the traditional forward processes” In particular
n the acquisition and n the return flows of products, n recovery, reuse and recycling activities, n the distribution of the collected products and recovered components within the supply chain (reverse logistics)
16 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Strategische Planungsaufgaben: Prognose des Mengenaufkommens und der Zusammensetzung rückzunehmender Produkte / Etablierung von Rücknahmesystemen Bestimmung wiederverwertbarer Stoffe und Substitute Bewertung neuer (Recycling)Technologien, Design von integrierten Produktions- Recycling und Logistiksystemen Aufbau (globaler) Netzwerke und Planung von Produktions- und Recyclingstandorten Design robuster und wiederstandsfähiger Wertschöpfungsketten Investitionsplanung für Recyclingfabriken und ”grünen” Technologien
Taktisch und operative Planungs- und Koordinierungsaufgaben: Logistikplanung einschließlich der Sammlungs- und Rückführlogistik (“reverse logistics”) Bereitstellungsplanung von Sekundärprodukten bzw. aufbereiteten Stoffen („master production scheduling”) Qualitätssicherung der aufzuarbeitenden Produkte Nutzung bestehender Produktions- und Logistiksysteme zur Beschaffung, Produktion, Distribution, Absatz, Redistribution, Aufbereitung Abstimmung und Steuerung bestehender Produktions- und Logistiksysteme auf kurzfristig veränderbare Einflussgrößen
Kreislauforientierte und ressourceneffiziente Wertschöfpungsketten
17 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Strategische Planungsaufgaben: § Prognose des Mengenaufkommens und der Zusammensetzung rückzunehmender Produkte /
Etablierung von Rücknahmesystemen § Bestimmung wiederverwertbarer Stoffe und Substitute § Bewertung neuer (Recycling)Technologien, Design von integrierten Produktions-, Recycling und
Logistiksystemen § Aufbau (globaler) Netzwerke und Planung von Produktions- und Recyclingstandorten § Design robuster und wiederstandsfähiger Wertschöpfungsketten § Investitionsplanung für Recyclingfabriken und ”grüne” Technologien
Taktisch und operative Planungs- und Koordinierungsaufgaben: § Logistikplanung einschließlich der Sammlungs- und Rückführlogistik (“reverse logistics”) § Bereitstellungsplanung von Sekundärprodukten bzw. aufbereiteten Stoffen („master production
scheduling”) § Qualitätssicherung der aufzuarbeitenden Produkte § Nutzung bestehender Produktions- und Logistiksysteme zur
Beschaffung, Produktion, Distribution, Absatz, Redistribution, Aufbereitung § Abstimmung und Steuerung bestehender Produktions- und Logistiksysteme auf kurzfristig
veränderbare Einflussgrößen
Kreislauforientierte und ressourceneffiziente Wertschöfpungsketten
18 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Forschungsgruppe Nachhaltige Wertschöpfungsketten Mitarbeiter Dr.-Ing. Simon Glöser-Chahoud (Gruppenleiter) M. Sc. Carmen Mayer Dr. Marina Maier M. Sc. Sonja Rosenberg M. A. Int. Bus. Kira Schumacher M. Sc. Andreas Rudi M. Sc. Tobias Zimmer
Forschungsschwerpunkte Planung und Steuerung von Stoff- und Energieströmen in ausgewählten
Industriebereichen Bewertung industrieller Prozesse & Prozessketten unter ökologischen,
ökonomischen und gesellschaftlichen Aspekten Wirkung politischer Rahmenbedingungen & Instrumente auf die
industrielle Wertschöpfung Herausforderungen und Chancen der Digitalisierung sowie von
Industrie 4.0 für die nachhaltige Wertschöpfung
Fokus: Metall-, Automobil-, Chemieindustrie Bioökonomie (stoffliche & energetische Nutzung von Biomasse), industrielle Ressourceneffizienz
Forschungspartner u.a.
Drittmittelgeber u.a.
19 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Forschungsgebiete der Gruppe Nachhaltige Wertschöpfungsketten
Rohstoff- gewinnung / -produktion
Grundstoff- produktion /
Energieversorgung
Fertigung / Bau
Nutzung End-of-life
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20 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Think Tank Industrielle Ressourcenstrategien
21 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Think Tank Industrielle Ressourcenstrategien
Dauer: 4 Jahre Partner: Ministerien in Baden-Württemberg und diverse Industriepartner
• Unabhängiger Vordenker wichtiger Trends und Innnovationen techno-strategischer Fragestellungen auf nationalem und internationalem Level bezügliche Ressourceneffizienz, Ressourcenschonung und Rohstoffversorgung
• Identifizierung von Trends basierend auf wissenschaftlicher Forschung für Entscheiderungsträger in Politik und Industrie unter Berücksichtigung der structurellen Transformation und neuer Geschäftsmodelle
• Strategische Entscheidungsunterstützung für Politik und Industrie
22 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Rohstoffe
Gewinnung
Produktion
Herstellungsprozesse
Produkt
Nutzung
Entwicklung der Rohstoffmärkte
Que
rsch
nitts
them
en
ThinkTank Industrielle Ressourcenstrategien Inhaltlicher Aufbau
Strategische ressourcenpolitische Fragen
Disruptive Technologien
Neue Geschäftsmodelle durch Ressourceneffizienz und Kreislaufwirtschaft
Strukturwandel
Kreislaufwirtschaft
Übergreifende ökonomische Instrumente
23 Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU)
Kontaktdaten
Prof. Dr. Frank Schultmann Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) Deutsch-Französisches Institut für Umweltforschung (DFIU) Hertzstraße 16 76187 Karlsruhe T: +49 721 608 44569 E: [email protected] Web: www.iip.kit.edu