Produktdesign und Komponentenkreisläufe in der Circular Economy
Das Zukunftslabor Circular Economy entwickelt und testet digitale Methoden und Technologien für die Herstellung von kreislauffähigen und langlebigen Produkten. Außerdem untersuchen die Wissenschaftler*innen die ressourceneffiziente Wieder- und Weiterverwendung von Komponenten.
Die verarbeitende Industrie in Niedersachsen trägt etwa 24 Prozent zur Bruttowertschöpfung des Bundeslandes bei und stellt über eine halbe Million Arbeitsplätze. Die Transformation der industriellen Produktion hin zu einer Circular Economy ist unerlässlich, um Treibhausgasemissionen zu reduzieren und die Rohstoffabhängigkeit zu verringern. Hierzu bedarf es der Entkopplung der wirtschaftlichen Wertschöpfung vom materiellen Ressourcenverbrauch und der Reduktion des Verbrauchs von Rohstoffen, also der Stoffströme und ihrer Umweltwirkungen. Diese Transformation ist besonders drängend für mengenrelevante technische Produkte, aber auch für Investitionsgüter des Maschinen- und Anlagenbaus. Nationale und internationale Initiativen wie der europäische Green Deal unterstützen diesen Wandel. Die Digitalisierung ist dabei eine zentrale Treiberin und ermöglicht durch gezieltes Informationsmanagement über den gesamten Lebenszyklus die Optimierung von Produktionsprozessen und die Schaffung neuer zirkulärer Geschäftsmodelle.
Bis zu 80 Prozent der Umweltwirkungen eines Produktes werden in der Entwicklungsphase festgelegt. Zur Reduktion der Umweltwirkungen ist es erforderlich, die Lebenszyklen von Produkten und Komponenten bereits bei der Konzeption zu planen. Zirkuläres Produktdesign zielt demnach darauf ab, Produkte so zu konzipieren, dass das gesamte Produkt oder einzelne Komponenten mit geringem Aufwand wiederverwendet, repariert, aufgearbeitet, wiederaufbereitet, modernisiert oder recycelt werden können.
Ansätze sind zum Beispiel das Design für Produktintegrität und das Design für Recycling. Beim Design für Produktintegrität wird die Alterung (Obsoleszenz) von Produkten unter anderem durch Repair (reparieren), (Re-)Use (wiederverwenden), Refurbish (überarbeiten), Remanufacture (wiederaufbereiten) oder Repurpose (weiterverwenden) verhindert und damit die Lebensdauer verlängert. Das Design für Recycling zielt darauf ab, die Obsoleszenz auf Materialebene zu verhindern oder umzukehren.
Im Zukunftslabor Circular Economy entwickeln und testen wir digitale Methoden und Technologien für kreislauffähige und langlebige Produkte sowie die ressourceneffiziente Wieder- und Weiterverwendung von Komponenten durch gezielte Lebenszyklusplanung und –steuerung. Unsere Grundannahme hierbei ist, dass moderne Produkte zunehmend aus verschiedenartigen Komponenten mit stark unterschiedlichen Lebensdauern bestehen und nur durch eine komponentenspezifische Analyse und Bewertung von Zuständen und verbleibender Lebensdauer (Remaining Useful Lifetime) eine ressourceneffiziente Kreislaufführung möglich wird.
Leibniz Universität Hannover, Institut für Montagetechnik und Industrierobotik
Für die Planung und Steuerung von Lebenszyklusoptionen (Repair, Refurbishment, Remanufacturing oder Repurpose) gewinnen die Wissenschaftler*innen mithilfe von Technologien und Prognosemodellen der Industrie 4.0 Informationen über Komponentenzustände (z. B. Alterung, Verschleiß, Verschmutzung) und den Produktaufbau (Demontage, Reparatur). Diese Informationen sind Grundlage für die gezielte Weiternutzung von Komponenten.
Die Forschung umfasst die vorausschauende Gestaltung (Circular Product Design) und Lebenszyklusplanung (Lifecycle Management), die Wiederverwendung (Reengineering und Repair) mittels additiver Fertigung und das Remanufacturing (Demontage, Inspektion und Reinigung) genutzter Komponenten.
Folgende Wissenschaftler*innen wirken an dieser Forschung mit:
- Prof. Dr.-Ing. Christoph Herrmann (Technische Universität Braunschweig, Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik)
- Prof. Dr.-Ing. David Inkermann (Technische Universität Clausthal, Lehrstuhl für Integrierte Produktentwicklung)
- Prof. Dr.-Ing. Andreas Ligocki (Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften, Institut für Konstruktion und angewandten Maschinenbau)
- Dr.-Ing Alexandra Pehlken (OFFIS – Institut für Informatik, FuE-Bereich Produktion)
- Prof. Dr.-Ing. Annika Raatz (Leibniz Universität Hannover, Institut für Montagetechnik und Industrierobotik)
- Prof. Dr. Andreas Rausch (Technische Universität Clausthal, Institute for Software and Systems Engineering)
- Prof. Dr. Thomas Spengler (Technische Universität Braunschweig, Institut für Automobilwirtschaft und industrielle Produktion)
- Prof. Dr. Michael Thomas (Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik, Abteilung Grenzflächenchemie und adaptive Haftsysteme)