Wie kann die Digitalisierung dem Ruhrgebiet beim Übergang in eine nachhaltige Zukunft helfen? Und wie kann das Ruhrgebiet zur Vorzeigeregion für eine digitale Kreislaufwirtschaft werden?

Dazu befasst sich das Projekt #dzr | digital.zirkulär.ruhr damit, wie digitale Technologien die Kreislaufwirtschaft im Ruhrgebiet unterstützen können. Im Mittelpunkt stehen insbesondere kleine und mittlere Unternehmen, die durch praxisnahe Demonstrations-, Qualifizierungs- und Umsetzungsangebote dazu befähigt werden, digitale und nachhaltige Lösungen in ihre Prozesse und Geschäftsmodelle zu integrieren. Ziel ist es, Wissen aus Forschung und Praxis zusammenzuführen, Umweltwirkungen transparent zu machen und gemeinsam zukunftsfähige Ansätze zu entwickeln.

Das Land NRW und die EU fördern das Projekt im Rahmen des EFRE/JTF-Programms NRW 2021-2027. In #dzr arbeiten unter Federführung der Hochschule Ruhr West, die Ruhr-Universität Bochum, die Wirtschaftsförderungen Bochum Wirtschaftsentwicklung und Herne.Business sowie der IT-Verband networker NRW e.V. eng zusammen.

Am Lehrstuhl für Digital Engineering gliedert sich das Projekt in zwei zentrale inhaltliche Säulen: Life Cycle Assessment (LCA) und Digitaler Produktpass (DPP).

Life Cycle Assessment als Schlüssel für die nachhaltige Transformation von KMU

Die Lebenszyklusanalyse (Life Cycle Assessment, LCA), auch Ökobilanz genannt, ist eine standardisierte Methode zur Quantifizierung und Bewertung von Umweltwirkungen. Sie betrachtet die Umweltwirkungen eines Produkts, Prozesses oder einer Dienstleistung über den gesamten Lebenszyklus (Abbildung 1), von der Rohstoffgewinnung über Herstellung und Nutzung bis hin zu Entsorgung oder Recycling. Dabei werden Material-, Energie- und Emissionsflüsse erfasst und in Wirkungskategorien wie Treibhauspotenzial, Versauerung oder Eutrophierung überführt. LCA macht Nachhaltigkeit dadurch messbar und vergleichbar und schafft eine fundierte Grundlage für technische, wirtschaftliche und strategische Entscheidungen.

Gerade für KMU bietet die digitale Unterstützung von LCA erhebliche Potenziale: Automatisierte Datenerfassung, digitale Schnittstellen und softwaregestützte Szenarioanalysen reduzieren den Aufwand und schaffen Transparenz über Ressourcenverbräuche, Emissionen und Optimierungsmöglichkeiten. Unternehmen können so ineffiziente Prozesse identifizieren, regulatorische Anforderungen frühzeitig berücksichtigen und nachhaltigere Produkte sowie Geschäftsmodelle entwickeln.

Als Zukunftsvision wird die Integration von LCA in das Model-Based Systems Engineering (MBSE) verfolgt. Umweltkennzahlen können dadurch direkt in digitale Systemmodelle eingebunden und bereits in frühen Entwicklungsphasen berücksichtigt werden. Bei Änderungen an Materialien, Komponenten oder Systemarchitekturen lassen sich Nachhaltigkeitsbewertungen weitgehend automatisiert aktualisieren. Dies ermöglicht schnelle, nachvollziehbare und vergleichbare Ergebnisse, macht Verbesserungen messbar und unterstützt die systematische Bewertung von Zielkonflikten zwischen technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Anforderungen. Auf diese Weise können auch komplexe Produktsysteme ganzheitlich und nachhaltigkeitsorientiert entwickelt werden.

Im Rahmen des Transferprojektes werden Demonstrations- und Qualifizierungsformate entwickelt und erprobt, die insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen einen praxisnahen Einstieg in die Bewertung von Umweltauswirkungen ermöglichen. Neben methodischen Grundlagen wird die softwaregestützte Durchführung von Ökobilanzen anschaulich vermittelt. Workshops, themenspezifische Sprechstunden im Lunch-&-Learn-Format sowie unternehmensspezifische Fallbetrachtungen unterstützen dabei, individuelle Produkte, Prozesse und vorhandene Daten gemeinsam einzuordnen sowie erste geeignete Anwendungsmöglichkeiten und Umsetzungsschritte zu erarbeiten.

Der Digitale Produktpass

Im Bereich der Kreislaufwirtschaft besteht eine wesentliche Herausforderung darin, die Informationen über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts zu erfassen, zu aktualisieren und allen relevanten Akteuren zugänglich zu machen. Der DPP adressiert dieses Problem, in dem er als ein Konzept zur Sammlung und Nutzung von produktbezogenen Informationen über seinen gesamten Lebenszyklus dient. Er enthält Informationen über die Bestandteile eines Produkts und ihre Herkunft, sollte aber auch Informationen für die Bewertung der ökologischen und sozialen Auswirkungen in den Phasen der Herstellung, Verwendung und Verarbeitung eines Produkts enthalten. Eine Form der Umsetzung des Digitalen Zwilling und für den DPP ist die sogenannte Verwaltungsschale (eng. Asset Administration Shell – AAS). DPPs, die wie Digitale Zwillinge durch die Verwaltungsschale abgebildet sind, können nicht nur zur Erfüllung regulatorischer Anforderungen auf EU-Ebene dienen, sondern auch als Enabler für unternehmerische Business Cases von Nutzen sein.

Im Rahmen des Projektes werden Workshopformate zur Demonstration und Qualifizierung erarbeitet und durchgeführt, die Unternehmen bei der Konzeption, Umsetzung und Nutzung eines DPP entlang des gesamten Produktlebenszyklus unterstützen. Dabei werden die erforderlichen Schritte von der Planung eines DPP über die Erfassung und Bereitstellung relevanter Informationen und Daten während des Lebenszyklus bis hin zur Nutzung des DPP für Geschäftsmodelle im Kontext von R-Strategien vermittelt. Die Workshops umfassen die Konzeption und Planung eines DPP, dessen technische Umsetzung und Interaktion, die Demonstration der Vorteile am Beispiel eines Demonstrationssystems sowie die konzeptionelle Übertragung der erarbeiteten Ansätze auf den individuellen Anwendungsfall des jeweiligen Unternehmens. Das Vorgehen orientiert sich an etablierten Methoden zur Erstellung von Verwaltungsschalen-basierten DPP und Digitalen Zwillingen.

Als Demonstrationssystem dient eine Festo-Didactic-Anlage (Abbildung 2), an der die erarbeiteten Konzepte und Methoden praxisnah veranschaulicht werden. Die Betrachtung der Demonstrationsanlage sowohl aus der Perspektive eines produzierenden Unternehmens mit mehreren Zulieferern als auch aus der Perspektive eines Systemanbieters ermöglicht es, die gesamte Bandbreite der R-Strategien abzudecken. Ergänzt werden die Workshops durch themenspezifische Sprechstunden und die Möglichkeit zur Durchführung von Fallstudien.