Zäh Handbuch Nachhaltige Produktion

Rahmenbedingungen, Werkzeuge, Anwendungsfelder
1. Auflage 2024
ISBN: 978-3-446-48179-4
Verlag: Hanser, Carl
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 472 Seiten

Unter nachhaltiger Produktion wird die Fertigung von Gütern und Dienstleistungen verstanden, die mithilfe energie- und ressourceneffizienter Prozesse und Systeme hergestellt werden und zudem ökonomisch rentabel und sozial verträglich sind. Dieses Handbuch ist ein unverzichtbarer

Leitfaden für Mitarbeitende und Führungskräfte in produzierenden Unternehmen, die Nachhaltigkeit in der Produktion in ganzheitlicher Weise umsetzen möchten.

TEIL A behandelt die Gestaltung nachhaltiger Produktion, wobei die Produktion sowohl als Teil des Unternehmens als auch des Produktlebenszyklus betrachtet wird:

- Nachhaltigkeitsbewertung von Produkten und in Unternehmen

- Nachhaltige Gestaltung von Produkten

- Nachhaltigkeit im Produktionsnetzwerk

- Nachhaltigkeit am Produktionsstandort

- Nachhaltigkeit in der Gestaltung und Herstellung von Komponenten

- Nachhaltigkeitsrisikomanagement in der Produktion

- Change Management in der nachhaltigen Produktion

TEIL B widmet sich den Handlungsfeldern der nachhaltigen Produktion:

- Kreislaufwirtschaft in der Produktion

- Circular Economy in der Produktion: Re-Assembly und Recycling

- Soziale Nachhaltigkeit in der Produktion

- Energieeinsatz im Kontext einer klimaneutralen Produktion

- Regenerative Energieversorgung von Produktionssystemen

- Energieeffizienz und Energieflexibilität in der Fertigung

- Anwendungsmöglichkeiten von Wasserstoff in der industriellen Produktion

Für die vorgestellten Anwendungsfelder wird die konkrete Vorgehensweise erläutert, die erforderlich ist, um die jeweiligen Nachhaltigkeitsanforderungen zu erfüllen. Zahlreiche Use Cases aus den verschiedenen Einsatzbereichen runden den Inhalt ab.

Autoren/Hrsg.

Zäh, Michael F.

Inhaltsverzeichnis

1;Inhalt;7
2;Vorwort;17
3;Über den Herausgeber;19
4;Autorenverzeichnis;21
5;1 Motivation und Annahmen zur nachhaltigen Produktion;25
5.1;1.1 Begriff, Historie und Dimensionen der Nachhaltigkeit;25
5.1.1;1.1.1 Begriff und Historie;25
5.1.2;1.1.2 Dimensionen der Nachhaltigkeit;27
5.1.3;1.1.3 Weitere allgemeine Überlegungen zur Nachhaltigkeit;28
5.2;1.2 Leistungshemmung: Warum nicht nachhaltig gehandelt wird;30
5.2.1;1.2.1 Individuelle, gesellschaftliche und wirtschaftliche Hemmungen;30
5.2.2;1.2.2 Priorisierung der nachhaltigen Entwicklung;33
5.3;1.3 Leistungssteigerung: Wie Nachhaltigkeit Werte schafft;37
5.3.1;1.3.1 Unternehmerische Nachhaltigkeit;38
5.3.2;1.3.2 Die Rolle der Produktion;40
5.3.2.1;1.3.2.1 Die Produktion und ihre Rolle in der nachhaltigen Entwicklung;40
5.3.2.2;1.3.2.2 Strategien zur Umsetzung nachhaltiger Entwicklung in der Produktion;41
5.3.3;1.3.3 Die Rolle der Produktionswissenschaft;43
6;TEIL A Gestaltung der nachhaltigen Produktion;49
6.1;2 Nachhaltigkeitsbewertung von Produkten und in Unternehmen;51
6.1.1;2.1 Einführung in die Nachhaltigkeitsbewertung;51
6.1.1.1;2.1.1 Absolutes Nachhaltigkeitsverständnis;51
6.1.1.2;2.1.2 Lebenszyklus-Perspektive;53
6.1.2;2.2 Nachhaltigkeitsbewertung von Produkten;54
6.1.2.1;2.2.1 Ökobilanzierung (LCA);54
6.1.2.1.1;2.2.1.1 Ziel und Untersuchungsrahmen;54
6.1.2.1.2;2.2.1.2 Sachbilanz;56
6.1.2.1.3;2.2.1.3 Wirkungsabschätzung;57
6.1.2.1.4;2.2.1.4 Auswertung;59
6.1.2.1.5;2.2.1.5 Zusammenfassung;59
6.1.2.2;2.2.2 Produktkategorieregeln;60
6.1.2.3;2.2.3 Vereinfachte Methoden: ökologische Fußabdrücke;60
6.1.2.3.1;2.2.3.1 Carbon Footprint;60
6.1.2.3.2;2.2.3.2 Wasser-Fußabdruck;60
6.1.2.4;2.2.4 Methodische Rahmen zur Ökobilanzierung;61
6.1.2.4.1;2.2.4.1 Umweltdeklarationen;61
6.1.2.4.2;2.2.4.2 Product Environmental Footprint;61
6.1.2.5;2.2.5 Absolute Environmental Sustainability Assessment (AESA);62
6.1.2.6;2.2.6 Soziale Lebenszyklusbewertung (S-LCA);63
6.1.2.7;2.2.7 Ökonomische Nachhaltigkeitsbewertung, Lebenszykluskostenrechnung (LCC);63
6.1.2.8;2.2.8 Integrierte Nachhaltigkeitsbewertung;65
6.1.3;2.3 Software und Datenbanken für die Nachhaltigkeitsbewertung;66
6.1.3.1;2.3.1 LCA-Software;66
6.1.3.1.1;2.3.1.1 Typen von LCA-Software;66
6.1.3.1.2;2.3.1.2 Beispiele vollumfänglicher LCA-Software;66
6.1.3.1.3;2.3.1.3 Beispiele spezialisierter LCA-Software;67
6.1.3.1.4;2.3.1.4 Aktuelle Weiterentwicklungen aus der Forschung;67
6.1.3.2;2.3.2 Sachbilanzdatenbanken für LCA;68
6.1.4;2.4 Nachhaltigkeitsmanagement in Unternehmen;69
6.1.4.1;2.4.1 Nachhaltigkeitsmanagement;69
6.1.4.2;2.4.2 Umweltmanagement nach ISO 14001;71
6.1.4.3;2.4.3 Ökobilanz als Instrument zum Umwelt- und Nachhaltigkeitsmanagement;72
6.1.4.4;2.4.4 Normung und Standardisierung;73
6.2;3 Nachhaltige Gestaltung von Produkten;77
6.2.1;3.1 Gesetzliche Rahmenbedingungen;78
6.2.1.1;3.1.1 EU-Ökodesign-Richtlinie (2009/125/EG);78
6.2.1.2;3.1.2 Energieverbrauchsrelevante-Produkte-Gesetz (EVPG);79
6.2.1.3;3.1.3 Weitere relevante Gesetzgebungen;80
6.2.2;3.2 Nachhaltigkeitsperspektiven in der Produktgestaltung;80
6.2.2.1;3.2.1 Lebenszyklusperspektive;81
6.2.2.2;3.2.2 Materialperspektive;82
6.2.2.2.1;3.2.2.1 Sekundärmaterialien;83
6.2.2.2.2;3.2.2.2 Nachwachsende und bio-basierte Materialien;84
6.2.2.2.3;3.2.2.3 Biologisch abbaubare Materialien;85
6.2.2.2.4;3.2.2.4 Unschädliche Materialien;86
6.2.2.3;3.2.3 Verwertungsperspektive;86
6.2.2.3.1;3.2.3.1 Mechanisches Recycling;86
6.2.2.3.2;3.2.3.2 Chemisches Recycling;87
6.2.2.3.3;3.2.3.3 Biologisches Recycling;88
6.2.2.3.4;3.2.3.4 Thermische Verwertung;88
6.2.3;3.3 Nachhaltige Design-Strategien;89
6.2.3.1;3.3.1 Design for Dematerialization;90
6.2.3.2;3.3.2 Modular Design;91
6.2.3.3;3.3.3 Design for Disassembly;92
6.2.3.4;3.3.4 Design for Reuse;92
6.2.3.5;3.3.5 Design for Maintenance and Repair;93
6.2.3.6;3.3.6 Design for Remanufacturing;93
6.2.3.7;3.3.7 Design for and from Recycling;94
6.2.3.8;3.3.8 Design for Disposal für biologisch abbaubare Materialien;95
6.2.3.9;3.3.9 Cradle-to-Cradle®-Design;96
6.2.4;3.4 Nachhaltige Geschäftsmodelle;96
6.2.4.1;3.4.1 Nachhaltige Geschäftsmodelltypen;97
6.2.4.2;3.4.2 Abgrenzung zu zirkulären Geschäftsmodellen;100
6.2.5;3.5 Nachhaltige Produktzertifizierung;100
6.2.5.1;3.5.1 Energieverbrauchskennzeichnung (Verordnung (EU) 2017/1369);101
6.2.5.2;3.5.2 Europäisches Umweltzeichen (Verordnung 66/2010/EG);101
6.2.5.3;3.5.3 Blauer Engel;102
6.2.5.4;3.5.4 Cradle-to-Cradle®-Zertifizierung;103
6.2.5.5;3.5.5 Zertifizierung nach DIN-Normen;104
6.3;4 Nachhaltigkeit im Produktionsnetzwerk;111
6.3.1;4.1 Grundlagen zu Produktionsnetzwerken;112
6.3.1.1;4.1.1 Definition und Begriffsabgrenzung;112
6.3.1.2;4.1.2 Netzwerkstrategie und -planung;113
6.3.1.3;4.1.3 Entscheidungsvariablen der taktischen Netzwerkplanung;115
6.3.2;4.2 Nachhaltigkeitsbewertung aus der Netzwerkperspektive;118
6.3.2.1;4.2.1 Nachhaltigkeitsbewertung von unternehmensinternen Produktionsnetzwerken;119
6.3.2.2;4.2.2 Nachhaltigkeitsbewertung von unternehmensübergreifenden Produktionsnetzwerken;120
6.3.2.3;4.2.3 Nachhaltigkeitsbewertung von Transportnetzwerken;121
6.3.2.4;4.2.4 Nachhaltigkeitsbewertung von Beständen, Intralogistik und Linien;121
6.3.2.5;4.2.5 Herausforderungen in der Nachhaltigkeitsbewertung von Produktionsnetzwerken;123
6.3.3;4.3 Vorgehensweise zur Entwicklung eines Indikatorensets zur Gestaltung nachhaltiger Produktionsnetzwerke;123
6.3.3.1;4.3.1 Zusammenfassung des Lösungskonzepts;124
6.3.3.2;4.3.2 Manuelle Untersuchung der Indikatoren;124
6.3.3.3;4.3.3 Eingrenzen der Indikatoren nach Einfluss durch die Netzwerkplanung und nach unternehmensspezifischen Einflüssen;125
6.3.3.4;4.3.4 Diskussion des Vorgehens und des Indikatorensets;128
6.3.4;4.4 Zusammenfassung;129
6.4;5 Nachhaltigkeit am Produktionsstandort;135
6.4.1;5.1 Nachhaltigkeit auf Werksstrukturebene;136
6.4.1.1;5.1.1 Nachhaltigkeitssteigerung von Fabrikgebäuden;138
6.4.1.2;5.1.2 Energiemanagement auf Werksebene;140
6.4.2;5.2 Nachhaltigkeit auf Produktionssystemebene;143
6.4.2.1;5.2.1 Nachhaltigkeitssteigerung in linearen Wertschöpfungssystemen;143
6.4.2.2;5.2.2 Produktionssysteme für die Kreislaufwirtschaft;150
6.4.3;5.3 Nachhaltigkeit auf Produktionsstations-ebene;158
6.4.3.1;5.3.1 Effiziente Produktionsstationsgestaltung;159
6.4.3.2;5.3.2 Soziale Nachhaltigkeit an der Produktionsstation;164
6.4.4;5.4 Zusammenfassung;165
6.5;6 Nachhaltigkeit in der Gestaltung und Herstellung von Komponenten;169
6.5.1;6.1 Auswahl möglicher Herstellungsszenarien;169
6.5.2;6.2 Bewertung von Herstellungsszenarien;171
6.5.3;6.3 Prozessauslegung mit Fokus auf Nachhaltigkeit;177
6.5.4;6.4 Anwendungsbeispiele;179
6.5.4.1;6.4.1 Energieeffizientes Werkzeug zur Herstellung von Hubschrauberrotorblättern;179
6.5.4.2;6.4.2 Herstellung der Federbeinstütze im Automobilbau;184
6.5.4.3;6.4.3 Nutzung von Eigenspannungen in der Zahnradfertigung;187
6.6;7 Nachhaltigkeitsrisikomanagement in der Produktion;191
6.6.1;7.1 Motivation und Einordnung;191
6.6.1.1;7.1.1 Der Begriff des Nachhaltigkeitsrisikos;191
6.6.1.2;7.1.2 Relevanz für die Produktion am Standort Deutschland;193
6.6.1.3;7.1.3 Betrachtungsrahmen und Eingrenzung;194
6.6.1.3.1;7.1.3.1 Nachhaltigkeitsmodellierung und -bewertung in der Produktion;197
6.6.1.3.2;7.1.3.2 Datenverfügbarkeit in Produktionssystemen für die Nachhaltigkeitsbewertung und -modellierung;199
6.6.1.3.3;7.1.3.3 Identifizierung und Bewertung von Nachhaltigkeitsrisiken für Produktionssysteme;199
6.6.2;7.2 Forschung: Möglichkeiten zur Identifizierung und Bewertung von Nachhaltigkeitsrisiken in der Produktion;200
6.6.2.1;7.2.1 Die Rolle der Risikomodellierung;200
6.6.2.2;7.2.2 Anforderungen an das Management von Nachhaltigkeitsrisiken in der Produktion;201
6.6.2.3;7.2.3 Ansatz zur Identifizierung und Bewertung von Nachhaltigkeitsrisiken in der Produktion;203
6.6.2.3.1;7.2.3.1 Anpassung der FMEA zur Integration von LCA-Methoden für die Identifizierung und Bewertung von Nachhaltigkeitsrisiken in Produktionssystemen;203
6.6.2.3.2;7.2.3.2 Daten;206
6.6.2.3.2.1;7.2.3.2.1 Lebenszykluswirkungsdaten fürdie Bewertung von Produktionsauswirkungen;206
6.6.2.3.2.2;7.2.3.2.2 Benchmarking-Daten für dieRisikobewertung;206
6.6.2.4;7.2.4 Use-Case 1: Risikobewertung von Remanufacturing-Prozessen;207
6.6.2.5;7.2.5 Use-Case 2: Nachhaltigkeitsrisikoorientierte Fremdkapitalfinanzierung der Produktion;209
6.6.2.5.1;7.2.5.1 Relevanz produktionswirtschaftlicher Nachhaltigkeitsrisiken für die Finanzindustrie;210
6.6.2.5.2;7.2.5.2 Empirische Forschungsergebnisse zur Beziehung zwischen transitorischen Nachhaltigkeitsrisiken und Kreditrisiko;211
6.6.2.5.3;7.2.5.3 Grenzen bestehender Stresstests für transitorische Nachhaltigkeitsrisiken;211
6.6.3;7.3 Holistisches Risikomanagement für produzierende Unternehmen: das moderne Trilemma der Produktion;212
6.6.3.1;7.3.1 Das neue Trilemma der Produktion;212
6.6.3.2;7.3.2 Die Wechselwirkungen im Trilemma;213
6.6.3.3;7.3.3 Prinzipien und Umsetzbarkeit eines holistischen Risikomanagements in der unternehmerischen Praxis;215
6.6.4;7.4 Ausblick;215
6.7;8 Change Management in der nachhaltigen Produktion;221
6.7.1;8.1 Grundlagen des Change Managements;221
6.7.1.1;8.1.1 Definition des Begriffs Change Management;221
6.7.1.2;8.1.2 Auslöser von Veränderungen;222
6.7.1.3;8.1.3 Ansatzpunkte und Strategien;222
6.7.1.4;8.1.4 Change-Management-Modelle;224
6.7.1.5;8.1.5 Herausforderungen und Erfolgsfaktoren im Change Management;227
6.7.2;8.2 Relevante Faktoren des Change Managements für die nachhaltige Produktion;229
6.7.2.1;8.2.1 Grundlagen nachhaltiger Produktion;229
6.7.2.2;8.2.2 Auslöser von Veränderungen im Kontext der nachhaltigen Produktion;230
6.7.2.3;8.2.3 Umsetzung von Veränderungen in der nachhaltigen Produktion;232
6.7.2.4;8.2.4 Nachhaltige Veränderung in der Produktion: Treiber Kreislaufwirtschaft;232
6.7.2.5;8.2.5 Die Rolle des Change Managements in der nachhaltigen Transformation;233
6.7.3;8.3 Bedeutung des Änderungsmanagements in der nachhaltigen Produktion;235
6.7.3.1;8.3.1 Technisches Änderungsmanagement im Kontext des Change Managements;235
6.7.3.2;8.3.2 Ansätze des Änderungsmanagements in Produktion und Produktentwicklung;237
6.7.3.2.1;8.3.2.1 Prozesse des Änderungsmanagements;237
6.7.3.2.2;8.3.2.2 Methoden und Analysen im Änderungsmanagement;238
6.7.3.3;8.3.3 Änderungsmanagement im Kontext der nachhaltigen Produktion;239
6.7.4;8.4 Nachhaltigkeit und Digitalisierung: Erkenntnisse aus der digitalen Transformation für die nachhaltige Transformation;241
6.7.4.1;8.4.1 Digitalisierung in der Produktion und ihre Rolle als Treiber von Veränderungen;241
6.7.4.2;8.4.2 Die Rolle von Change Management im digitalen Wandel;243
6.7.4.3;8.4.3 Erkenntnisse aus dem digitalen Wandel;243
6.7.4.4;8.4.4 Faktoren für einen erfolgreichen nachhaltigen Wandel in der Produktion;245
7;TEIL B Handlungsfelder in der nachhaltigen Produktion;251
7.1;9 Kreislaufwirtschaft in der Produktion;253
7.1.1;9.1 Grundlagen der Kreislaufwirtschaft;253
7.1.1.1;9.1.1 Motivation;253
7.1.1.2;9.1.2 Definitionen von Kreislaufwirtschaft;254
7.1.1.3;9.1.3 Entwicklung des Konzepts der Kreislaufwirtschaft – von 1960 bis heute mit Blick in die Zukunft;255
7.1.1.4;9.1.4 Ziele der Kreislaufwirtschaft und Zusammenhang mit Nachhaltigkeit;258
7.1.1.5;9.1.5 Prinzipien und Strategien der Kreislaufwirtschaft;259
7.1.1.5.1;9.1.5.1 Prinzipien der Kreislaufwirtschaft;259
7.1.1.5.2;9.1.5.2 Strategien der Kreislaufwirtschaft;259
7.1.2;9.2 Kreislaufwirtschaft und Produktion;268
7.1.2.1;9.2.1 Herausforderungen der Kreislaufwirtschaft für produzierende Unternehmen;269
7.1.2.2;9.2.2 Befähiger der Kreislaufwirtschaft in produzierenden Unternehmen;273
7.1.3;9.3 Zusammenfassung;278
7.2;10 Circular Economy in der Produktion: Re-Assembly und Recycling;283
7.2.1;10.1 Einleitung;283
7.2.2;10.2 Voraussetzung für die Umsetzung der Kreislaufwirtschaft in der Produktion;284
7.2.2.1;10.2.1 Digitale Produktakte;284
7.2.2.2;10.2.2 Digitaler Schatten;287
7.2.2.3;10.2.3 Zirkuläre Geschäftsmodelle;289
7.2.3;10.3 Nachhaltige Primärproduktfertigung;291
7.2.3.1;10.3.1 Ecodesign;291
7.2.3.2;10.3.2 Neue Produktmodularität;293
7.2.4;10.4 Re-Assembly in der Kreislaufwirtschaft;296
7.2.4.1;10.4.1 Re-Assembly für eine funktions- und wertsteigernde Kreislaufwirtschaft;296
7.2.4.2;10.4.2 Umsetzung des Re-Assemblys in der Produktion;298
7.2.4.3;10.4.3 Beispiele für die erfolgreiche Umsetzung von Re-Assembly-Prozessen in der Industrie;301
7.2.4.3.1;10.4.3.1 Re-Assembly am Beispiel eines Vierzylindermotors;301
7.2.4.3.2;10.4.3.2 Re-Assembly zur Prozesskostenoptimierung am Beispiel eines Wasserzählers;302
7.2.5;10.5 Wiederverwertung und Recycling;303
7.2.5.1;10.5.1 Arten des Recyclings;303
7.2.5.2;10.5.2 Recycling von Kunststoffen;304
7.2.5.3;10.5.3 Recyclingquoten;305
7.2.6;10.6 Zusammenfassung;306
7.3;11 Soziale Nachhaltigkeit in der Produktion;311
7.3.1;11.1 Wechselwirkungen zwischen Unternehmen und Gesellschaft;311
7.3.2;11.2 Produktionsbezogene soziale Nachhaltigkeit;314
7.3.3;11.3 Soziale Nachhaltigkeit im Produktionsnetzwerk;318
7.3.4;11.4 Produktionsmitarbeitende im Fokus;320
7.3.4.1;11.4.1 Lernen in der Produktion;321
7.3.4.2;11.4.2 Lernen mit einem tabletbasierten Assistenzsystem;324
7.3.5;11.5 Zusammenfassung: Chancen und Herausforderungen der sozialen Nachhaltigkeit;326
7.4;12 Energieeinsatz im Kontext einer klimaneutralen Produktion;331
7.4.1;12.1 Energiewirtschaftliche Grundlagen;331
7.4.1.1;12.1.1 Energietechnische Grundbegriffe;331
7.4.1.1.1;12.1.1.1 Energie und Leistung;331
7.4.1.1.2;12.1.1.2 Energieformen;331
7.4.1.1.3;12.1.1.3 Energiewandlung und Energieträger;332
7.4.1.2;12.1.2 Energieversorgung in Deutschland;333
7.4.1.3;12.1.3 Klimaneutralität;336
7.4.2;12.2 Energiebedarf und -verwendung in der Produktion;338
7.4.2.1;12.2.1 Energiebedarfe und -abwärme;338
7.4.2.1.1;12.2.1.1 Endenergiebedarfe der Produktion in Deutschland;339
7.4.2.1.2;12.2.1.2 Nutzenergiebedarfe für Energiedienstleistungen;339
7.4.2.1.3;12.2.1.3 Industrielle Abwärme;340
7.4.2.2;12.2.2 Energiesysteme in der Produktion;341
7.4.2.2.1;12.2.2.1 Querschnittstechnologien der Versorgungstechnik;342
7.4.2.2.2;12.2.2.2 Kaskadierte thermische Netze;344
7.4.2.2.3;12.2.2.3 Energieverbundsysteme in der Produktion;344
7.4.3;12.3 Erfassung und Bewertung des Energiebedarfs in der Produktion;346
7.4.3.1;12.3.1 Energie- und Umweltmanagementsysteme;346
7.4.3.1.1;12.3.1.1 Motivation für Energie- und Umweltmanagementsysteme;346
7.4.3.1.2;12.3.1.2 Begriffsdefinition und Aufbau von Managementsystemen;346
7.4.3.1.3;12.3.1.3 Energiemanagement nach DIN EN ISO 50001 ff.;347
7.4.3.1.4;12.3.1.4 Umweltmanagement nach DIN EN ISO 14001;348
7.4.3.1.5;12.3.1.5 Ökobilanz und Carbon Footprint nach DIN EN ISO 14040 ff.;349
7.4.3.1.6;12.3.1.6 Weitere Normen;350
7.4.3.2;12.3.2 Energiedatenerfassung und -monitoring;350
7.4.3.2.1;12.3.2.1 Arten der Energiedatenerfassung;350
7.4.3.2.2;12.3.2.2 Vorgehen bei der energetischen Transparenzschaffung;351
7.4.3.3;12.3.3 Bewertung des Energie- und Ressourcenbedarfs;353
7.4.3.3.1;12.3.3.1 Bewertungsmethoden;353
7.4.3.3.2;12.3.3.2 Ressourcenverschwendungsarten;353
7.4.3.3.3;12.3.3.3 Maßnahmenkataloge;355
7.4.3.3.4;12.3.3.4 Automatisiertes Vorschlagswesen;356
7.4.4;12.4 Transformation zur klimaneutralen Produktion;357
7.4.4.1;12.4.1 Standards für Transformationsziele;357
7.4.4.2;12.4.2 Ansatzpunkte für die Transformation zur klimaneutralen Produktion;358
7.4.4.2.1;12.4.2.1 Reduktion von Emissionen;359
7.4.4.2.2;12.4.2.2 Substitution von emissionsverursachenden Prozessen;359
7.4.4.2.3;12.4.2.3 Kompensation von Emissionen;360
7.4.4.3;12.4.3 Strategieprozess für die Transformation zur klimaneutralen Produktion;361
7.4.4.3.1;12.4.3.1 Vorbereitung;362
7.4.4.3.2;12.4.3.2 Strategieentwicklung;362
7.4.4.3.3;12.4.3.3 Operative Umsetzung;363
7.5;13 Regenerative Energieversorgung von Produktionssystemen;369
7.5.1;13.1 Regenerative Bereitstellung von elektrischer Energie;369
7.5.1.1;13.1.1 Strom durch Netzbezug;369
7.5.1.2;13.1.2 Eigenerzeugung von Strom;371
7.5.1.2.1;13.1.2.1 Dezentrale, regenerative Stromerzeugungsanlagen in der Industrie;373
7.5.1.2.2;13.1.2.2 Anforderungen durch elektrische Lasten;376
7.5.1.2.3;13.1.2.3 Einbindung in das industrielle Mikronetz;377
7.5.2;13.2 Regenerative Bereitstellung von Prozesswärme;377
7.5.2.1;13.2.1 Status quo;378
7.5.2.2;13.2.2 Direkte Elektrifizierungsoptionen;381
7.5.2.2.1;13.2.2.1 Widerstandserhitzer;381
7.5.2.2.2;13.2.2.2 Wärmepumpen;382
7.5.2.3;13.2.3 Indirekte Elektrifizierungsoptionen;383
7.5.2.3.1;13.2.3.1 Alkalische Elektrolyse;384
7.5.2.3.2;13.2.3.2 Polymerelektrolytmembran-Elektrolyse;385
7.5.2.3.3;13.2.3.3 Festoxid-Elektrolyse;386
7.5.3;13.3 Herausforderungen und Lösungsansätze bei der regenerativen Energiebereitstellung;387
7.5.3.1;13.3.1 Volatile Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien;387
7.5.3.2;13.3.2 Variierende CO2-Äquivalente bei Strombezug aus dem öffentlichen Netz;387
7.5.4;13.4 Anwendungsbeispiel;389
7.6;14 Energieeffizienz und Energieflexibilität in der Fertigung;393
7.6.1;14.1 Energieeffizienz in der Fertigung;393
7.6.1.1;14.1.1 Grundlagen;393
7.6.1.2;14.1.2 Energieeffiziente Fertigungsmaschinen;393
7.6.1.2.1;14.1.2.1 Werkzeugmaschinen;394
7.6.1.2.2;14.1.2.2 Reinigungsmaschinen;397
7.6.1.2.3;14.1.2.3 Industrieöfen;400
7.6.1.2.4;14.1.2.4 Spritzgießmaschinen;401
7.6.1.3;14.1.3 Energieeffiziente Versorgungstechnik;403
7.6.1.3.1;14.1.3.1 Prozesswärme;403
7.6.1.3.2;14.1.3.2 Raumlufttechnik;404
7.6.1.3.3;14.1.3.3 Druckluft;405
7.6.1.4;14.1.4 Sektorübergreifende Abwärmenutzung;408
7.6.1.5;14.1.5 Energieeffiziente Gebäude;410
7.6.2;14.2 Energieflexibilität in der Fertigung;410
7.6.2.1;14.2.1 Grundlagen;411
7.6.2.2;14.2.2 Ganzheitliche Fabrikoptimierung;411
7.6.2.3;14.2.3 Energieflexible Produktionsplanung und -steuerung;412
7.6.2.4;14.2.4 Energieflexible Versorgungstechnik;413
7.6.2.4.1;14.2.4.1 Prozesskälte;413
7.6.2.4.2;14.2.4.2 Prozesswärme;414
7.6.2.4.3;14.2.4.3 Raumlufttechnik;415
7.7;15 Anwendungsmöglichkeiten von Wasserstoff in der industriellen Produktion;421
7.7.1;15.1 Grundlagen der Nutzung von Wasserstoff;422
7.7.1.1;15.1.1 Historische Entwicklung;422
7.7.1.2;15.1.2 Aktuelle Entwicklung;423
7.7.2;15.2 Herstellungsverfahren;426
7.7.2.1;15.2.1 Konventionelle Verfahren;427
7.7.2.2;15.2.2 Wasserelektrolyse;428
7.7.2.3;15.2.3 Bewertung der Herstellungsmethoden;431
7.7.3;15.3 Speicherung und Transport;434
7.7.3.1;15.3.1 Speichertechnologien und Derivate;435
7.7.3.2;15.3.2 Transport von Wasserstoff;436
7.7.4;15.4 Anwendungsmöglichkeiten von Wasserstoff in der industriellen Produktion;438
7.7.4.1;15.4.1 Anwendungsmöglichkeiten im Detail;439
7.7.4.2;15.4.2 Bewertung, Einordnung und Diskussion;446
7.7.5;15.5 Zusammenfassung;447
7.8;16 Nachhaltige Produktion in der Zukunft;453
7.8.1;16.1 Relevanz der nachhaltigen Produktion in der Zukunft;454
7.8.2;16.2 Nachhaltige Produktion der Zukunft;454
7.8.3;16.3 Produktionswissenschaft für die Produktion von morgen;456
7.8.3.1;16.3.1 Digitale, automatisierte Transparenzschaffung;456
7.8.3.2;16.3.2 Integration von Remanufacturing in bestehende Produktionsinfrastruktur;457
7.8.3.3;16.3.3 Kreislaufwirtschaft für Produktionsanlagen;459
7.8.3.4;16.3.4 Energieflexibilisierung;461
7.8.4;16.4 Zusammenfassung;463
8;Stichwortverzeichnis;465

Über Autor(innen)

Zäh, Michael F.
Prof. Dr.-Ing. Michael F. Zäh ist seit 2002 Inhaber des Lehrstuhls für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik und Leiter des Instituts für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der Technischen Universität München. Von 1996 bis 2002 war er bei einem Werkzeugmaschinenhersteller in mehreren Funktionen tätig, zuletzt als Mitglied der erweiterten Geschäftsleitung.

Prof. Dr.-Ing. Michael F. Zäh ist seit 2002 Inhaber des Lehrstuhls für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik und Leiter des Instituts für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der Technischen Universität München. Von 1996 bis 2002 war er bei einem Werkzeugmaschinenhersteller in mehreren Funktionen tätig, zuletzt als Mitglied der erweiterten Geschäftsleitung.