Forschungsthema »Green Logistics«

Die Nutzung der additiven Fertigung (englisch Additive Manufacturing, AM) bietet in der Logistik im Schienenfahrzeugbereich eine Reihe an Potenzialen: Supply Chains können durch Reduktion von Lagerstufen bzw. durch Make-to-Order-Prozesse vereinfacht werden. Außerdem können Aufwände für Lagerhaltung, Transport und Verpackung reduziert werden. Die AM birgt ein mögliches Verlagerungspotenzial für rund 10-15% der gesamten Ersatzteilartikel im Bahnwesen [Pannett 2019].

Projektziele:

Durch die Nutzung von AM-Technologien können folgende Potenziale realisiert werden:
• Reduktion der Ausfalls-/Stillstandszeiten betrachteter Assets durch „Print-on-Demand“ von Ersatzteilen mittels AM um 10%
• Reduktion des Energie- und Ressourcenverbrauchs in Ersatzteilbereitstellung sowie laufendem Betrieb aufgrund reduzierter Teilegewichte bzw. Logistikkosten zwischen 5 und 10%
• Realisierung von Kosteneinsparungen in der Ersatzteilbereitstellung durch Auswahl der effizientesten Strategie um bis zu 30%

Angestrebte Ergebnisse:

Ergebnis von AM4Rail ist eine durchgängige, multidimensionale Datenpipeline.
Diese beinhaltet die Analyse von technischen Zeichnungen mittels Methoden der Bildverarbeitung und Mustererkennung sowie OCR und Text Mining in der Preprocessing-Datenpipeline. Sie verknüpft diese mit weiteren Datenquellen in einem semantischen Data Hub.
Dieser liefert der nachfolgenden wirtschaftlichen, ökologischen und technologischen Lebenszyklusbetrachtung in einem AM-Potenzialbewertungs-Dashboard aufbereitete Informationen, damit valide teilespezifische Aussagen zur technologischen Machbarkeit sowie zur wirtschaftlichen Sinnhaftigkeit der AM getroffen werden können.
Die identifizierten Potenziale werden in einem zweistufigen Sharing-Economy-Konzept zusammengefasst. Zwei Szenarien hinsichtlich Reorganisationsmöglichkeiten in Richtung kollaborativ genutzter AM-Fertigungsinfrastruktur werden abschließend entwickelt und gewährleisten eine Maximierung des Verwertungspotenzials – ausgehend von den Anwendungspartnern im Konsortium („3D-Hub Vienna“) bis zur internationalen Kooperation in der Schienenfahrzeugindustrie.

Lebensmittelverschwendung ist eine der größten Herausforderungen unserer Zeit, die ökonomische, ökologische und soziale Probleme verursacht. Weltweit werden jährlich 1,3 Milliarden Tonnen essbarer Lebensmittel im Einzelhandel und beim Konsum verschwendet (FAO 2021). Rund 20 % entstehen in den Stufen Distribution und Einzelhandel (Parfitt et al. 2010). Zudem stieg der Anteil der leer gefahrenen Lkw-Kilometer im Jahr 2020 in AT auf 24,3 Millionen (Eurostat und V.C.Ö. 2020). Ökonomisch überproduzieren Lieferanten, um Out-of-Stock-Situationen und Umsatzeinbußen zu vermeiden. Ineffiziente Lagerhaltung und Transporte verursachen weitere Kosten. Aus ökologischer Sicht führen diese Ineffizienzen zu höheren CO²-Emissionen und mehr Abfällen. Initiativen zur Umverteilung existieren, setzen aber am letzten Punkt der an. Gesellschaftlich stellt dies ein immenses ethisches Problem dar - weil noch verwertbare Lebensmittel ohne Berücksichtigung von Potenzialen der Kreislaufwirtschaft verloren gehen und die Zahl der Menschen, die an Hunger leiden, steigt (UN 2021). Lebensmittelverschwendung muss durch Prävention und den integrierten Einsatz fortschrittlicher datenbasierter Technologien reduziert werden - das ist die Motivation hinter APPETITE.

Projektziele:

Das Ziel von APPETITE ist es, die Lebensmittelverschwendung durch Prävention, wie in der Lebensmittelverschwendungshierarchie beschrieben, um 10% bis 2030 zu reduzieren (Ciccullo et al. 2021). Weiters werden Logistikprozesse transparenter und die Effizienz gesteigert durch Reduzierung der Transportkosten. Dies wird ermöglicht durch Zusammenarbeit und die Integration von KI-gesteuerten Prognose- und Logistikoptimierungsmethoden. Heterogene Datenintegration und (Beinahe-)Echtzeit-Fähigkeiten sind die Schlüsselinnovationen in von APPETITE, die in Zukunft eine signifikante Reduzierung von Lebensmittelabfällen ermöglichen werden. Es ist ein starkes Konsortium notwendig, bestehend aus Forschern, Experten, drei großen europäischen Lebensmitteleinzelhändlern und einem Implementierungspartner. Zusammen mit LOI-Partnern aus den Bereichen Wiedergebrauch, Recycling, Wiedergewinn und Entsorgung von Lebensmittelabfällen verfügt APPETITE über die Voraussetzungen, um dieses anspruchsvolle Unterfangen erfolgreich zu meistern.

Projektergebnisse:

Das Hauptergebnis von APPETITE ist ein demonstrativer Prototyp einer kollaborativen Supply und Demand Matching-Plattform für Lebensmittel-einzel- und -großhändler. Es wird ein signifikanter Beitrag zur effizienten Integration, Analyse und Visualisierung von heterogenen Daten in (fast) Echtzeit geleistet. Die generierten Teilergebnisse sind eine Methodik zur Integration und Analyse heterogener Daten, eine KI-basierte Prognoseplattform, ein Dashboard zur Überwachung und Transparenz in (nahezu) Echtzeit, ein Konzept zur Lebensmittelallokation unter Berücksichtigung der Prinzipien der Kreislaufwirtschaft sowie eine insgesamt skalierbare Systemarchitektur.

DISPO 4.0 zeigt Unternehmen aus der Investitionsgüterindustrie deren Chancen einer Digitalisierung der verbrauchsgesteuerten Materialdisposition auf. Durch ein zukunftsweisendes zu entwickelndes, auf „Total Cost of Ownership“ sowie stochastischen Absatzprognosen basierendes Vorgehensmodell soll dies ermöglicht werden. Mit dem Vorgehensmodell soll die steigende Komplexität der Vielzahl an Abläufen, Tätigkeiten sowie innovativen und vielfältigen Prognose-, Losgrößen- und Optimierungsverfahren in der verbrauchsgesteuerten Materialdisposition beherrschbar gemacht werden. Das Vorgehensmodell soll der Materialdisposition als Werkzeug dienen, um auf immer volatilere Marktänderungen rasch und kostenoptimal reagieren zu können. Durch den Nachweis von mehr Effizienz und nachhaltiger Kosteneinsparung sollen österreichische Unternehmen insbesondere KMUs in der Digitalisierung und Automatisierung der verbrauchsgesteuerten Materialdisposition bestärkt werden.

Ausgangssituation:

Die in einem volatilen, globalen Marktumfeld komplexer werdende Materialdisposition muss sich neu ausrichten, sonst steht die Wettbewerbsfähigkeit des ganzen Unternehmens auf dem Spiel. Disruptionen durch Digitalisierung, zunehmende Variantenvielfalt, kleinere Losgrößen, schwankende Absatzmengen sowie Kostendruck sind nur ein Auszug an Komplexitätstreibern in der Materialdisposition. Bestehende Arbeitsweisen stoßen mittlerweile an ihre Grenzen. Die dynamische Interaktion der verschiedenen, stark verknüpften dispositiven Einflussgrößen muss transparent und beherrschbar gemacht werden. Dadurch kann mehr Effizienz, verringerte Kosten und steigende Wettbewerbsfähigkeit erzielt werden.

Ziele und Innovationsgehalt:

Ziel dieser grundlagenorientierten Anwendungsforschung Dispo 4.0 ist es, Unternehmen aus der Investitionsgüterindustrie deren Möglichkeiten zur Digitalisierung der verbrauchsgesteuerten Materialdisposition aufzuzeigen. Um dies zu erreichen, müssen die Komplexitätstreiber der verbrauchsgesteuerten Materialdisposition transparent und beherrschbar gemachen werden. Dabei gilt es die verflochtene Parametervariation zwischen den verschiedenartigen Dispositions sowie den komplexen Prognose- und effizienzsteigernden Losgrößen- und Optimierungsverfahren zu berücksichtigen. Durch ein zukunftsweisendes zu entwickelndes, auf „Total Cost of Ownership“ sowie stochastischen Absatzprognosen basierendes Vorgehensmodell soll dies
ermöglicht werden. Das Vorgehensmodell bildet Muster, Funktionsweisen und Charakteristika der verbrauchsgesteuerten Materialdisposition ab und formuliert den Kern für deren Digitalisierung.

Angestrebte Ergebnisse:

Durch ein innovatives, auf „Total Cost of Ownership“ (TCO) sowie stochastischen Absatzprognosen basierendes Vorgehensmodell in der Materialdisposition soll die Grundlage für mehr Effizienz, verringerte Kosten und eine verbesserte Wettbewerbsfähigkeit in österreichischen Unternehmen mit Fokus auf KMUs geschaffen werden. Durch Use-Cases mit Unternehmenspartnern soll mehr Effizienz und nachhaltige Kosteneinsparung durch das TCO-basierte Vorgehensmodell nachgewiesen werden. Dadurch sollen österreichische Unternehmen insbesondere KMUs in der Digitalisierung und Automatisierung der verbrauchsgesteuerten Materialdisposition bestärkt werden.

In Europa werden jährlich rund 25,8 Millionen Tonnen Plastikmüll produziert, wobei davon 59% auf den Bereich der Verpackungen, inklusive Palettenverpackungen, entfallen. Vor allem bei Palettenwicklungen in der produzierenden Industrie und im Handel besitzt Plastik den Status einer Einwegverpackung. Plastik als herkömmlicher Kunststoff basiert zu einem Großteil auf fossilen Rohstoffen (Erdöl, Erdgas, Kohle). Eine Substitution dieser durch biobasierte Kunststoffe im Sinne der Nachhaltigkeit ist zwingend notwendig und wird mittels nationaler und internationaler politischer Maßnahmen stark forciert. Trotz der derzeit stattfindenden Erforschung und Entwicklung von biobasierten Kunststoffen sind diese jedoch preislich noch nicht konkurrenzfähig. Daher finden biobasierte Kunststoffe gegenwärtig kaum bzw. nur für spezielle Nischenprodukte Anwendung.

Projektziele

Ziel von EFFIE ist die Reduktion des Einsatzes von auf fossilen Rohstoffen basierenden Wickelfolien für die Verpackung bzw. Sicherung von Ladeeinheiten um 30% im Jahr 2025 im Vergleich zum Jahr 2016. Hierdurch kann eine Plastikmüllreduktion von bis zu 5% erreicht werden. In diesem Kontext wird eine Reduktion von Treibhausgas-Emissionen um 10% angestrebt. Zudem wird ein Beitrag zur Umsetzung von nationalen und internationalen (EU-) Richtlinien und Zielen geleistet.

Projektergebnisse

• Demonstratorhafter Prototyp der biobasierten, recyclebaren und biomimetisch funktional strukturierten Stretchfolie sowie Funktionsnachweis in Laborumgebung
• Mathematisches Modell, um mittels Simulation eine funktionale und bioinspirierte Strukturierung der Folie entwickeln und optimieren zu können
• Dokumentierter Anforderungskatalog der Umfeldbedingungen und Anforderungen an eine Stretchfolie im Verpackungsprozess
• Dokumentiertes Konzept für eine adaptive Wicklung inkl. Prozessbeschreibungen und Anlagengrobkonzept
• Kosten-Nutzen-Rechnung für einen breiteren Einsatz in der produzierenden Industrie und im Handel

Durch die (global) voranschreitende Transformation der Mobilität in Richtung „Zero Emission“ Mobilität befindet sich die u.a. Automobilindustrie in einem sozio-technologischen Umbruch. In der EU wird dieser Wandel durch die EU-Kernziele1, die eine Verringerung der Treibhausgasemissionen um mindestens 40% bis 2030 gegenüber dem Stand von 1990 anvisieren, beschleunigt. Als Folge wird von den führenden OEM und Systemlieferanten intensiv in neue R&D-Zentren investiert, um Potenziale dieses Branchenumbruchs nutzbar zu machen. Auch weitere Stakeholder, z.B. die öffentliche Hand, investieren u.a. in Infrastrukturausbau – was jedoch auch zu kritischen Stimmen führt: Es kommen zunehmend Fragen nach dem Return on Invest auf; oder auch Empörung nach einem Abbau von Stellen (siehe TESLA – Abbau von 3.000 Stellen im Januar 2019). So weisen unterschiedliche Studien zwar grundsätzlich positive Wertschöpfungs- und Beschäftigtenpotenziale aus3,4. Durch welche konkreten Maßnahmen die Transformation in und für Österreich positiv genutzt und unterstützt werden kann, wurde bislang nicht untersucht.

Zielsetzung

Hier knüpft die aktuelle Studie „E-MAPP 2“ an: Ziel ist, dem Auftraggeber eine
wissenschaftlich fundierte Argumentationsbasis zur Darstellung der Effekte der „Zero Emission“ Mobilität hinsichtlich zusätzlicher Wertschöpfung und der realisiserbaren Anpassung von Berufsfeldern zu liefern.

Die wichtigsten erwarteten Ergebnisse:

• messbares Wertschöpfungspotenzial für Elektrofahrzeugkomponenten, Elektrofahrzeuge und elektrische Infrastrukturen sowie weitere Null- und Ultra-Niedrig-Emissions- Technologien für Österreich (in Mrd. €; Anzahl der zusätzlichen Arbeitsplätze (in FTE)
• neue Produktionstechnologien, -prozesse und -wertschöpfungsketten für die Herstellung spezifischer Komponenten, die in Österreich entwickelt und/oder produziert werden
• Katalog mit dem Ausbildungsbedarf und neuen Berufsbildern, die für die Umstellung auf eine emissionsfreie Mobilität erforderlich sind
• Roadmap für österreichische Unternehmen und die wichtigsten Stakeholder auf dem Weg zur emissionsfreien Mobilität

Die industrielle Ressourcengewinnung und -verarbeitung haben immer größer werdende Auswirkungen auf die Umwelt und hohe Treibhausgasemissionen sowie Biodiversitätsverluste zur Folge. Einen vielversprechenden Ansatz zur Senkung des Primärrohstoffeinsatzes, des Abfallaufkommens sowie des Schadstoffausstoßes bietet das Konzept der Kreislaufwirtschaft. In der österreichischen EPS-Industrie (EPS: Expandiertes Polystyrol bzw. Styropor) werden aktuell Recyclingquoten von 26 % bei Bauware bzw. 56 % bei Verpackungen erreicht. Ein Großteil der EPS-Abfälle wird jedoch nicht im Sinne einer Kreislaufwirtschaft recycelt, sondern in anderen Anwendungen, wie z.B. Styroporbeton, verarbeitet und so abgewertet. Durch dieses Downcycling scheidet das EPS unwiederbringlich aus dem Wertschöpfungskreislauf aus und wertvolle Ressourcen gehen verloren. Bei Bauware stellen die in Zukunft stark steigenden Mengen an Hexabromcyclododecan (HBCD)-haltigen EPS-Abfällen aus Abbrüchen eine zusätzliche Herausforderung bei der Einführung einer Kreislaufwirtschaft dar. Recycling ohne die Abtrennung des bis 2016 verwendeten Flammschutzmittels HBCD ist aufgrund des Verwendungsverbotes nicht erlaubt.

Zielsetzung

Ziel Forschungsvorhabens EPSolutely ist es, EPS-Abfälle im Sinne einer Kreislaufwirtschaft zu recyceln und so den Primärrohstoffbedarf für die EPS-Produktion durch den Einsatz von Sekundärrohstoffen zu reduzieren. Die angestrebte Transformation linearer Wirtschaftssysteme in eine Kreislaufwirtschaft ermöglicht die Wiederverwendung von Ressourcen, die Vermeidung von Schadstoffemissionen und die Schonung der Umwelt. In EPSolutely findet eine systemumfassende Zusammenarbeit aller relevanten Akteure innerhalb Österreichs sowie auch länderübergreifend statt. Die Entwicklung unternehmensübergreifender und interdisziplinärer Konzepte, Technologien und Methoden im Bereich der Sammlung, Sortierung, Reinigung und Aufbereitung, der Bau von Prototypen, Tests im Labormaßstab sowie die Integration in ein Gesamtkonzept mit optimierten Logistik- und Transportsystemen für EPS-Verpackungen und EPS-Bauware ermöglichen die Transformation linearer Wertschöpfungssysteme in eine Kreislaufwirtschaft.

Die wichtigsten erwarteten Ergebnisse:

Ergebnis von EPSolutely ist ein Konzept zur Einführung einer Kreislaufwirtschaft für EPS in Österreich. In einer abschließenden Analyse werden die Übertragungs- und Skalierungspotenziale der Konzepte, Technologien und Methoden sowie der Erkenntnisse aus den Demonstrationen auf andere Länder und Industrien umgelegt und dokumentiert.