Auf dem Weg zu einer ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft

Mehrwegsysteme oder Fahrzeuge mit doppelter Lebensdauer schonen Ressourcen, sparen Kosten und vermindern Abfall. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert solche Win-Win-Modelle einer ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft.

Mehrweg statt Verpackungsmüll: An einem Kreislaufsystem für den Online-Handel forscht das „praxPack“-Team.
Mehrweg statt Verpackungsmüll: An einem Kreislaufsystem für den Online-Handel forscht das „praxPack“-Team. © falco/pixabay

Es ist ein Wachstum, das keinen Mehrwert bringt: Jährlich fallen allein im Online-Versand über 50.000 Tonnen Kunststoffverpackungen und über 750.000 Tonnen Verpackungen aus Papier, Pappe oder Karton an – rund ein Viertel aller Papp-Verpackungen überhaupt. „Wenn es so weiter geht, knacken wir in vier Jahren die Eine-Million-Tonnen-Marke“, sagt Till Zimmermann vom Hamburger Institut Ökopol.

Die schlichte wie herausfordernde Lösung für die Verpackungsflut ist ein Mehrwegkonzept. Daran arbeitet Ökopol derzeit gemeinsam mit den Beteiligten des Versandsystems: mit großen und nachhaltigen Playern des Onlinehandels, mit Logistik-Unternehmen, Verpackungsproduzierenden und Mehrweg-Expertinnen und -Experten. Das Schlüsselwort ihres Systems heißt: praxistauglich. „praxPACK“ ist entsprechend der Titel des knapp dreijährigen Forschungsprojekts.

Die Frage nach der Praxistauglichkeit ist die Frage, wie ein Mehrwegsystem rentabel werden kann. Also: Was rechnet sich für die Unternehmen und: Was macht die Verpackungs-Rückgabe für Kundinnen und Kunden attraktiv? Genügt dafür ein nachhaltiges Bewusstsein oder braucht es ein Pfandsystem?

Versand ist ohne Verpackung undenkbar

Geforscht wird auch nach dem kreislauffähigsten Material. Pappe oder Kunststoff? Das eine stammt aus nachwachsenden Rohstoffen, das andere ist robuster und langlebiger. Welches ist nachhaltiger? Eignen soll sich das neue Mehrweg auch für die jeweiligen Produkte. Kleidung etwa, das am häufigsten georderte Produkt, wird derzeit meist in leichten Kunststoff-Beuteln geliefert. Elektronik oder Büromaterial meist in stabilen Pappkartons.

Im Kooperationslabor tüftelt das „praxPack“-Forschungsteam derzeit an diesem Mehrwegsystem. Ab 2020 startet die Erprobungsphase im Online-Versand: Wieviel Mehrweg-Verpackung kommt zurück? Was sollte verändert und angepasst werden?

Ist auch ein verpackungsfreier Online-Handel denkbar, ähnlich den Unverpackt-Supermärkten, die komplett ohne Kunststoff und Co. auskommen? Aufgrund der speziellen Logistik, des Transports und der Zwischenlagerung beim Versand eher nicht, so Till Zimmermann: „Gerade deshalb brauchen wir kreislauffähige Verpackungen.“ Und die Weitergabe des neuen Know-hows an andere Versandunternehmen zum Nachmachen.

Das Elektroauto der Zukunft

Andere Branche, ähnliche Motivation: „Nach 12 Jahren wird ein Fahrzeug im Durchschnitt verschrottet“, sagt Stefan Caba vom Ingenieurdienstleister EDAG Engineering. „Mit langlebigeren Werkstoffen sind 30 Jahre Nutzung drin.“ Sein Forschungsteam konzentriert sich auf leichte und dennoch robuste Materialien wie Glasfaser oder Kohlefaser und konstruiert daraus die Teile, die ein Elektroauto fahrbar machen: Fahrwerk, Achsen, Batteriegehäuse – in der Fachsprache: kreislauffähige E-Fahrzeugplattform.

Elektrofahrzeuge, die zu großen Teilen wiederverwendet werden können, ertüftelt das Forschungsteam von „KOSEL“.
Elektrofahrzeuge, die zu großen Teilen wiederverwendet werden können, ertüftelt das Forschungsteam von „KOSEL“. © EDAG

Caba: „Wir bauen als erste ein Fahrzeug, das in weiten Teilen wiederverwendbar ist.“ Wir – das sind insgesamt acht Partnerinnen und Partner aus Material- und Umweltforschung und der Automobilbranche im Forschungsprojekt „Kosel“. In drei Jahren wollen sie einen Prototypen dieser Fahrzeugplattform entwickeln. Die Praxistauglichkeit testet ein Car-Sharing-Unternehmen.

In der „Kosel“-Automobilwerkstatt feilen die Forschenden an der Universalität ihrer E-Fahrzeugplattform. Aus dem Prototypen soll ein Open-Source-Baukasten für alle E-Fahrzeuge werden. Dazu müssen die Teile standardisiert werden, damit sie in unterschiedliche Fahrzeugtypen passen. „Wie beim Fahrrad, da passt auch jede Kette, egal aus welcher Produktion“, so Projektleiter Caba.

Konzipiert werden soll auch eine Infrastruktur, in der die E-Plattform aus alten Autos ausgebaut, gewartet und in neue Autos eingebaut werden kann. Und hier weist das Modell noch weiter in die Zukunft: Wenn weniger Fahrzeugteile produziert werden, weil sie länger leben – was bedeutet das für die Herstellungsbranche? Caba: „Sie wird sich wandeln – von Produktions- zu Service-Unternehmen, die auch Reparatur und Wartung übernehmen.“

KI als digitale Partnerin der Menschen

Im Forschungsprojekt „EIBA“ testen Maschine und Menschen ihr Teamwork. Forschende entwickeln eine Künstliche Intelligenz, die gemeinsam mit Fachleuten gebrauchte Fahrzeugteile prüft. Das soll die Wiedererkennbarkeit dieser Fahrzeugteile verbessern. Denn vor der industriellen Aufbereitung und einem zweiten Leben im Fahrzeug müssen die Teile genau identifiziert und technisch beurteilt werden. In welchem Zustand sind die Teile? Woraus bestehen sie?

Im Projekt „EIBA“ entwickeln Forschende eine digitale Technik, die gebrauchten Fahrzeugteilen ein zweites Leben ermöglicht.
Im Projekt „EIBA“ entwickeln Forschende eine digitale Technik, die gebrauchten Fahrzeugteilen ein zweites Leben ermöglicht. © Bosch/C-ECO

„Dieser Prozess ist sehr aufwendig und bisher größtenteils manuell“, sagt Projektleiter Markus Wagner vom Logistikunternehmen Circular Economy Solutions. So ist beispielsweise die Kennzeichnung von Fahrzeugteilen nach dem Einsatz im Auto oft kaum oder gar nicht mehr lesbar. Bisher prüfen dies Menschen mit ihren Sinnen und kognitiven Fähigkeiten. Die selbstlernende digitale Partnerin soll dabei helfen. Sie soll die Teile sensorisch erfassen und damit alle Details gleichzeitig erkennen können. „Dazu geben wir der KI zunächst bereits vorhandene Daten“ so Markus Wagner. „Danach wächst die Datenbasis im Prozess kontinuierlich mit und die KI kann sich weiteres Wissen aneignen.“

Was sich durch die Arbeitsteilung für die Menschen ändert, ist ebenso Gegenstand der Forschung wie die Ökobilanz der Technologie. Daraus summiert sich am Ende der dreijährigen Forschungen des „EIBA“-Teams die tatsächliche Kreislauffähigkeit der Technologie.

Wird die Künstliche Intelligenz des „EIBA“-Projekts irgendwann die Menschen vollständig bei der Produktprüfung ersetzen? „Nein, da die KI und der Mensch ganz unterschiedliche Eigenschaften haben“, sagt Projektleiter Markus Wagner, „diese Stärken wollen wir für bessere Ergebnisse kombinieren“. So wird es immer Menschen brauchen, die die Maschine beaufsichtigen, steuern und notfalls eingreifen. Teamwork also zwischen Technologie und Menschen, entsprechend ihrer Kompetenzen.

Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft

Mit dem Forschungskonzept „Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft" unterstützt das BMBF in den kommenden Jahren den Umbau der deutschen Wirtschaft von einer linearen Wirtschaftsweise zu einer ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft. Mit insgesamt 150 Millionen Euro sollen neue Technologien und Dienstleistungen, Designkonzepte und Geschäftsmodelle für die Kreislaufwirtschaft gefördert werden.
Die erste Fördermaßnahme „Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft – Innovative Produktkreisläufe (ReziProK)" ermöglicht neue Geschäftsmodelle, Designkonzepte oder digitale Technologien für geschlossene Produktkreisläufe. Die 25 Forschungsteams treffen sich am 10. und 11. Dezember zum ersten Erfahrungsaustausch.