Wie Industrie-4.0-Technologie zu Klimaneutralität beitragen kann

Produktion mit Netto-Null-CO2

Die weltweiten Kohlendioxid-Emissionen haben im Jahr 2019 einen neuen Höchststand von 36,7 Milliarden Tonnen erreicht. Die Emissionen waren durch wirtschaftliche Expansion bedingt 60 Prozent höher als 1990. Nun besteht zunehmender Druck, die Emissionen unter Kontrolle zu bringen. Die Industrie kann dabei eine führende Rolle spielen, denn das im Rahmen von Herstellungsprozessen entstehende Kohlendioxid macht einen erheblichen Anteil der globalen Gesamtemissionen aus. Eine Reihe von Organisationen, die Industrieerzeuger vertreten, haben bereits erklärt, bis spätestens zur Mitte des Jahrhunderts zum Netto-Null-Betrieb überzugehen.

(Bild: ©Gorodenkoff/stock.adobe.com
)

Nach dem Netto-Null-Grundsatz verpflichtet sich die Industrie, keine Treibhausgasemissionen zu erzeugen, die nicht auf irgendeine Weise kompensiert werden können. Das wird ein anspruchsvolles Unterfangen sein und das Engagement von jedem einzelnen Teil der Lieferkette erfordern. Es gibt klare Quellen für Einsparungen, nicht zuletzt beim Energieverbrauch, der häufig für den größten Teil der Treibhausgasemissionen in der Fertigungslieferkette verantwortlich ist. Ein gewisser Energieverbrauch ist unvermeidlich. Wenn dieser allerdings auf erneuerbare Energiequellen verlagert werden kann, kann das Netto-Null-Ziel leichter erreicht werden. Obwohl in den letzten Jahren der industriellen Produktion das Just-in-time-Liefermanagement (JIT) ein zentrales Thema war, kann die Netto-Null-Rechnung die Kalkulation dessen, was maximale Effizienz bedeutet, verändern.

Wenn eine Produktionsanlage eine große eigene Erzeugungskapazität auf Wind- oder Solarbasis installiert, kann sie die Energie direkt in ihrer Gesamtheit nutzen oder teilweise an das öffentliche Netz verkaufen. Beim Verkauf von Energie an das Netz besteht jedoch ein zentrales Problem der Erzeugung erneuerbarer Energien darin, dass die Energieerzeugung selten der Nachfrage entspricht. Dies kann dazu führen, dass überschüssige Energie nicht an die Netzbetreiber verkauft werden kann und entweder gespeichert werden muss oder die Generatoren vorübergehend abgeschaltet werden müssen. Wenn alternativ energieintensive Prozesse in Zeiten von Energieüberschüssen beschleunigt werden, können Hersteller ihre Fähigkeit verbessern, die gesamten Kohlenstoffemissionen zu reduzieren, und erhalten im Austausch dafür zusätzliche laufende Erzeugnisse, die vor der Verwendung gelagert werden müssen.

Rolle von Cloud- und Edge-Computing

Der Betrieb der Steuerungssysteme für wichtige Prozesse kann in eine großflächige Rückkopplungsschleife eingebunden werden, die die enorme Rechenleistung nutzt, die heute durch Cloud- und Edge-Computing zur Verfügung steht. Cloud-Server können KI-Modelle (künstliche Intelligenz) ausführen, die lernen, wie man sich am besten auf Energieveränderungen vorbereitet und auf Wetter- und andere Umweltveränderungen reagiert. Die Notwendigkeit hoher Temperaturen bei einigen der kohlenstoffintensiveren Prozesse kann die Reaktionsgeschwindigkeit von Systemen begrenzen, wenn es darum geht, etwas bei den Gesamtemissionen zu bewegen. Dies kann die Fähigkeit einschränken, auf Änderungen bei der Energieversorgung zu reagieren. Zumindest liefert die genaue Überwachung des verwendeten Energiemixes an jeder Stelle wertvolle Informationen für die Planung des Einsatzes von Kohlenstoffgutschriften und CO2-Abscheidungslösungen. Integratoren und Betreiber von Industriesteuerungen können verschiedene Strategien verfolgen, um einen nahtlosen Übergang von bestehenden Architekturen zu einer Architektur zu ermöglichen, die die Vorteile von Edge-Computing in solchen Umgebungen voll ausschöpft.

Bedeutung der Prozesssteuerung in Anwendungen

Es gibt viele andere Möglichkeiten, das Netto-Null-Ziel schneller zu erreichen. Ein Beispiel dafür liefert die Zementherstellung. Die chemische Reaktion beim Zementprozess ist für etwa die Hälfte der Gesamtemissionen bei der Produktion verantwortlich. Obwohl die Zementindustrie ihre Energieeffizienz weltweit verbessert hat, berichtete die Internationale Energieagentur im Jahr 2021, dass die Produzenten in einigen Gebieten hinterherhinkten.

Forscher, die die Ursache dieser Ungleichheit untersucht haben, wiesen darauf hin, dass das Problem in einer schlechteren Kontrolle der Reaktionsbedingungen bei der Herstellung der wichtigsten Bestandteile von Zement besteht. Eine genauere Prozesskontrolle würde das Problem angehen und Möglichkeiten bieten, die Kohlendioxidemissionen zu senken. Es gibt zweifellos viele weitere Branchen, in denen eine bessere Prozesssteuerung die Gesamtenergieeffizienz auf verschiedenen Ebenen verbessern wird. Durch stärker kontrollierte Prozesse können unnötige Abwärme oder Nebenprodukte reduziert werden. Eine bessere Vorhersage von Materialbewegungen wird den transportbedingten Energieverbrauch verringern.

Das könnte Sie auch interessieren

Data Sharing birgt großes Potenzial, wird aber kaum genutzt. Rechtssicherheit, gemeinsame Modelle und finanzielle Anreize könnten Unternehmen zum Teilen bewegen, so repräsentative eine ZEW-Studie mit 1.400 Firmen.‣ weiterlesen

Laut der Staufen-Studie 'Performance-Treiber 2024' gehen acht von zehn der mehr als 200 befragten Industrieunternehmen davon aus, dass die Einführung neuer Technologien für einen Produktivitätsschub sorgen wird. Vor allem in der Datenanalyse werden große Potenziale gesehen.‣ weiterlesen

Mehr als 700 Ingenieure und Entwickler geben in aktueller Protolabs-Studie Einblicke zu momentanen und künftigen Herausforderungen der Produktentwicklung. Demnach wissen Unternehmen mit Problemen wie etwa Materialknappheit umzugehen. Andere Einflussfaktoren wirken sich jedoch stärker aus.‣ weiterlesen

Das TCS Thought Leadership Institute hat rund fast 1.300 CEOs und Führungskräfte zum Thema künstliche Intelligenz befragt. Mehr als die Hälfte der Befragten glaubt demnach, dass die Bedeutung von KI größer oder gleich groß sein wird wie die des Internets (54 Prozent) und des Smartphones (59 Prozent). Um von den Effekten durch KI zu profitieren, müssen sich jedoch vielerorts auch Strukturen ändern.‣ weiterlesen

Deutsche und Schweizer C-Level Manager sehen besonders für das Homeoffice Handlungsbedarf, um dort in der Zukunft sensible Daten besser zu schützen. Die Österreicher halten Smart-Building-Technologien für anfällig. Dies zeigen die Ergebnisse einer Studie des Security-Spezialisten Sophos.‣ weiterlesen

Leistungsfähige Mikrochips sind entscheidend für den erfolgreichen Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI). Das am Karlsruher Institut für Technologie koordinierte, vom Bundesforschungsministerium geförderte Projekt EDAI verfolgt einen neuen Ansatz: Die Forschenden koppeln den Entwurf von KI-Algorithmen und KI-Chips.‣ weiterlesen

Washtec produziert Autowaschtechnik für Kunden auf der ganzen Welt. Der Erfinder der Portalwaschanlage beschäftigt rund 1.800 Angestellte in mehr als 80 Ländern und hat mehr als zehntausend Waschanlagen an sein Kundenportal angeschlossen. Die anfallenden Daten werden dazu genutzt, den Anlagenbetrieb zu optimieren und neue Services zu ermöglichen.‣ weiterlesen

Was mit Produkten wie Siri oder Alexa für das eigene Zuhause bereits im Alltag angekommen ist, könnte auch in Produktionsumgebungen Mehrwerte schaffen - die Sprachsteuerung von Maschinen. Der Embedded-KI-Spezialist Aitad zeigt die Möglichkeiten auf.‣ weiterlesen

Der Forschungsbeirat Industrie 4.0 stellt mit seiner Engineering-Roadmap und den darin enthaltenen Themenblöcken einen Rahmen für konkrete Forschungsschwerpunkte der nächsten zehn Jahre vor. Im Mittelpunkt stehen vier Hauptthemen.‣ weiterlesen

Die SPS wird im nächsten Jahr (2025) vom 25. bis zum 27. November in Nürnberg stattfinden und somit wieder auf den seit vielen Jahren bekannten Zeitraum zurückkehren.‣ weiterlesen

Laut aktuellem Lagebild Cyberkriminalität sind Taten aus dem Ausland erneut gestiegen während solche aus dem Inland leicht rückläufig waren. Mehr als 800 Unternehmen haben 2023 einen Ransomwareangriff angezeigt, wobei von einer weitaus höheren Dunkelziffer ausgegangen wird.‣ weiterlesen