Wertschöpfungsketten können bereits bei der strategischen Planung energieeffizient ausgerichtet werden. Dies ermöglicht Unternehmen, bis zu fünf Prozent ihres Energieverbrauchs einzusparen. Im Forschungsprojekt E2-Design entwickeln WissenschaftlerInnen dazu geeignete Methoden.

Unternehmen planen ihre Produktions- und Logistiknetzwerke oftmals nur anhand klassischer Leistungs- und Kostengrößen. Dagegen fällt die Energieeffizienz aus der strategischen Planung meist raus. Ein Fehler: Bereits auf der strategischen Ebene des Supply Chain Designs werden grundlegende Entscheidungen getroffen, die eine realisierbare Energieeffizienz erheblich beeinflussen.

Mit strategischer Planung bis zu 145 Petajoule Energie in Güterverkehr und Industrie einsparen

Organisatorische Maßnahmen in der kurzfristigen Produktions- und Lieferketten-Planung können rund fünf, teilweise sogar bis zu 20 Prozent Energie einsparen. Dies haben bisherige Forschungsaktivitäten gezeigt. Das Team des Forschungsprojekts „Energieeffizienz in der strategischen Gestaltung von Produktions- und Logistiknetzwerken“, kurz: E2-Design, sieht ein ähnliches Energieeinsparpotenzial auch in der strategischen Planung gegeben.

Windräder auf einem Feld vor blauem Himmel, im Vordergrund gelbe Blüten
©elxeneize/iStock/thinkstock
Strategisches Supply Chain Design lohnt sich: Energieeffiziente Wertschöpfungsketten könnten so viel Energie einsparen, wie 40.000 Windräder jährlich produzieren.

So betrachten sie in E2-Design Wertschöpfungsketten in Güterverkehr und Industrie: Würden hier bestehende Netzstrukturen besser genutzt oder Standorte strategisch optimal gewählt, könnte der Energieverbrauch um jeweils rund fünf Prozent gesenkt werden. Übertragen auf ganz Deutschland ergäbe dies theoretische Energieeinsparungen von rund 145 Petajoule Energie — etwa 100 Petajoule bei industrieller Prozesswärme und mechanischer Energie sowie rund 45 Petajoule im Güterverkehr. Diese 145 Petajoule entsprechen umgerechnet 40 Terawattstunden und damit etwa der Energiemenge, die 40.000 Windräder im Jahr produzieren.

Erste Ergebnisse des Forschungsprojektes E2-Design zeigen, dass diese Einsparungen insbesondere im Bereich des Güterverkehrs tatsächlich erreicht und gegebenenfalls sogar übertroffen werden können. Das Einsparpotenzial unterscheidet sich dabei je nach Branche und Anwendungsfall.

Speziell entwickelte Planungsmodule verbessern Energieeffizienz in Produktion und Logistik

Im Forschungsprojekt E2-Design arbeiten das Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik (IML) mit den Anwendungspartnern thyssenkrupp Materials Services und Behr-Hella Thermocontrol (BHTC) sowie dem Umsetzungspartner LogProIT zusammen. Gemeinsam entwickeln und implementieren sie mehrere digitale Planungsmodule. Diese sollen dabei helfen, mittel- bis langfristig die Energieeffizienz in der Produktion und Logistik zu verbessern. 

Digitalisierung und ökologischer Fußabdruck

Ökologische Ziele gewinnen für Unternehmen zunehmend an Bedeutung. Viele wollen Wertschöpfungsketten nachhaltig gestalten und damit ihren ökologischen Fußabdruck reduzieren. Insbesondere für global agierende Unternehmen ist dies eine herausfordernde Aufgabe. Um die Energiebilanz zu verbessern, müssen sie nicht nur die eigenen Prozesse betrachten, sondern die gesamte Lieferkette im Blick behalten. Dazu muss die Energiebilanz einzelner, auch fremdbezogener, Rohstoffe und Materialien transparent sein. Diese haben erheblichen Einfluss auf die Energiebilanz des Endprodukts.

Mit geeigneten Werkzeugen können ökonomische und ökologische Aspekte in gleichem Maße beachtet werden, wenn Netzwerkstrukturen und Prozesse neu- oder umgestaltet werden. Langfristig sind ineinandergreifende Planungsmodule eine fundierte Grundlage, um dynamische Entwicklungen der Logistik bewerten und darauf reagieren zu können. Eine nachhaltige energieeffiziente Wertschöpfungskette bietet großes Potenzial, noch wettbewerbsfähiger zu werden.

Gleichzeitig gilt es aber, definierte Kosten- und Leistungsziele zu erfüllen. So unterstützen die Planungsmodule beispielsweise dabei, strategisch Lieferanten auszuwählen, Produkte einem Standort oder Prozess zuzuteilen und Transportrelationen zu gestalten. Sie ermöglichen, sowohl die aktuelle Energieeffizienz in einzelnen Prozessen zu analysieren als auch die gesamte Wertschöpfungskette energetisch zu optimieren.

IT-Demonstrator mit cloudbasierten Modulen: Aufträge generieren und dem optimalen Standort zuteilen

Das Team von E2-Design hat nun einen IT-Demonstrator vorgestellt, der die entwickelten Planungsmodule cloudbasiert verfügbar macht. Erste Planungsmodule sind unter anderem ein Auftragsgenerator sowie eine Allokationsoptimierung.

Mit dem Auftragsgenerator können Unternehmen zukünftig eingehende Aufträge simulieren und ihr Supply Chain Design darauf anpassen. Das Planungsmodul berücksichtigt dabei entscheidende Informationen: Zum einen sind dies unternehmensspezifische Vergangenheitsdaten wie etwa die Absatzhistorie. Zum anderen bezieht das Modul auch zu erwartende Veränderungen bei zentralen Eckwerten mit ein — beispielsweise die Absatzentwicklung einzelner Märkte oder Produktgruppen.

Die Allokationsoptimierung kann dann entsprechend der Auftragslage vorschlagen, welche Artikel welchem Produktionsstandort zuzuordnen sind. Dabei sind verschiedene Optimierungskriterien wie Energieeffizienz oder Kosten festzulegen.

Planungsmodule sind einfach handhabbar und lassen sich in bestehende IT-Infrastruktur integrieren

Blick von oben auf den Parkplatz eines Unternehmens oder Logistikzenrums. Mehrere LKW-Führerstände sowie Anhänger sind nebeneinander geparkt.
©Photo by Marcin Jozwiak on Unsplash
Die Planungsmodule aus E2-Design helfen dabei, interne Logistikprozesse sowie die Distribution von Produkten energieeffizienter zu gestalten.

Die Planungsmodule von E2-Design bilden ein gutes Instrument, um die Energieeffizienz bereits bei der strategischen Planung zu berücksichtigen. Für viele Unternehmen wird jedoch entscheidend sein, dass die Planungsmodule einfach anzuwenden sind und sich in die bestehende IT-Infrastruktur integrieren lassen. Das Konzept von E2-Design besteht darin, dass ein Modul isoliert angewendet, aber auch verschiedene Module miteinander verknüpft werden können. Damit wird beim Supply Chain Design der gesamte Wertschöpfungsprozess von Beschaffung über Produktion bis hin zur Distribution adressiert.

Methodisch basieren die Planungsmodule vornehmlich auf Optimierungs- und Simulationsmodellen. Diese greifen auf eine Energiedatenbank zurück, die die WissenschaftlerInnen konzipiert und aufgebaut haben. Die dort gespeicherten energetischen Informationen reichen von der Bauteilebene bis zur Rohstoffebene.

Ausblick: Künstliche Intelligenz kann bei Entscheidungen unterstützen

Die in E2-Design entwickelten Planungsmodule werden derzeit validiert und in einer Pilotphase eingesetzt. In der verbleibenden Projektlaufzeit streben die WissenschaftlerInnen an, die Simulation mit künstlicher Intelligenz zu koppeln. Der Hintergrund: Zielgrößen wie Energieeffizienz, Kosten und Leistung konkurrieren teilweise miteinander im Supply Chain Design. Künstliche Intelligenz soll die Entscheidungshilfe weiter verbessern. (ln)

E2-Design: Energieeffizienz in der strategischen Gestaltung von Produktions- und Logistiknetzwerken

För­der­kenn­zei­chen: 03ET1558A-D

Projektlaufzeit
01.11.2018 31.10.2021 Heute ab­ge­schlos­sen

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