Date
2018-12-16Metadata
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Dissertation
Entwicklung eines Modells zur Abbildung von Verfahrensketten für nachwachsende Rohstoffe
Abstract
Neben Nahrungs- und Futtermitteln werden auf landwirtschaftlichen Flächen zunehmend nach-wachsende Rohstoffen erzeugt. Dieser Trend wird durch die deutsche Bundesregierung aktiv gefördert – auch um die gesetzten Klimaziele zu erreichen. Derzeit konzentriert sich das Interesse auf Energiepflanzen und deren Verwertung. Jedoch können nachwachsende Rohstoffe auch in der Industrie eine signifikante Rolle spielen und dort unter anderem konventionelle, endliche Rohstoffe substituieren. Beispielsweise werden bereits heute Naturfasern zur Verstärkung von Kunststoffen im Automobilbau erforscht.
Der breiteren industriellen Anwendung stehen unterschiedliche Herausforderungen entgegen. In-formationsdefizite verhindern die optimale Nutzung nachwachsender Rohstoffe. Unzureichende Abstimmung von Produktionsprozessen und die mangelnde Prozesstransparenz führen zu Ineffizienz. Daten zur Entwicklung, Verarbeitung und Bewertung von Prozessketten liegen nicht gebündelt vor. Derzeit gibt es keine standardisierte Bewertungsmethode mit universellen Kriterien. Die Überwindung dieses Defizits kann einen erheblichen Investitionsschub freisetzen, wodurch neue Ernte- und Prozesstechniken entstehen können. Durch eine gezielte Forschung könnte Deutsch-land eine führende Stellung auf dem Gebiet der stoffli-chen Nutzung nachwachsender Rohstoffe einnehmen.
Hier setzt die vorliegende Arbeit an. Basierend auf dem Transformationsmodell von Hub-ka/Eder wird ein theoretisches Modell entwickelt, mit dem der Stoffkreislauf bestehend aus den Bausteinen ‚Pflanze’, ‚Prozess’ und ‚Produkt’ modelliert und bewertet werden kann. Hinzu kommt der vierte Baustein ‚Recycling’. Alle Bausteine werden als in sich geschlossene Prozessketten dargestellt, um möglichst leicht auf Veränderungen oder Anpassungen reagieren zu können.
Zur Sammlung und Strukturierung benötigter Daten der Prozessketten wurde das Werkzeug „Steckbrief“ entwickelt. Daten werden nach den drei Strömen Stoff, Energie und Signal/ Information aufgeteilt. Außerdem werden Merkmale (Inputs) und Eigenschaften (Outputs) erfasst. Um die Daten einordnen zu können, wurde ein Säulen-Modell bestehend aus Technik, Ökonomie, Soziales und Ökologie entwickelt. Zur Beurteilung wurden Olesens/Andreasens sieben universelle Kriterien (Qualität, Kosten, Zeit, Flexibilität, Effizienz, Risiko, Umwelteffekte) um ein achtes (Funktion) erweitert. Diese Oberkriterien sind unveränderbar und für eine kurzfristige Trendaussage hilfreich. Unterkriterien erlauben eine detaillierte Einschätzung und können flexibel an einzelne Prozesse angepasst werden. Durch einen paarweisen Vergleich wurden Gewichtungsfaktoren für alle Kriterien festgelegt.
Die theoretischen Überlegungen wurden am Beispiel eines naturfaserverstärkten Scheinwerfergehäuses eines Pkw auf ihre Praxistauglichkeit geprüft und verfeinert. Insgesamt konnte die Eignung des methodischen Ansatzes gezeigt werden. Möglichkeiten der Weiterentwicklung des Ansatzes bestehen in der grafischen Darstellung, der weiteren Standardisierung und der Ausdehnung auf die thermische Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen.
Der breiteren industriellen Anwendung stehen unterschiedliche Herausforderungen entgegen. In-formationsdefizite verhindern die optimale Nutzung nachwachsender Rohstoffe. Unzureichende Abstimmung von Produktionsprozessen und die mangelnde Prozesstransparenz führen zu Ineffizienz. Daten zur Entwicklung, Verarbeitung und Bewertung von Prozessketten liegen nicht gebündelt vor. Derzeit gibt es keine standardisierte Bewertungsmethode mit universellen Kriterien. Die Überwindung dieses Defizits kann einen erheblichen Investitionsschub freisetzen, wodurch neue Ernte- und Prozesstechniken entstehen können. Durch eine gezielte Forschung könnte Deutsch-land eine führende Stellung auf dem Gebiet der stoffli-chen Nutzung nachwachsender Rohstoffe einnehmen.
Hier setzt die vorliegende Arbeit an. Basierend auf dem Transformationsmodell von Hub-ka/Eder wird ein theoretisches Modell entwickelt, mit dem der Stoffkreislauf bestehend aus den Bausteinen ‚Pflanze’, ‚Prozess’ und ‚Produkt’ modelliert und bewertet werden kann. Hinzu kommt der vierte Baustein ‚Recycling’. Alle Bausteine werden als in sich geschlossene Prozessketten dargestellt, um möglichst leicht auf Veränderungen oder Anpassungen reagieren zu können.
Zur Sammlung und Strukturierung benötigter Daten der Prozessketten wurde das Werkzeug „Steckbrief“ entwickelt. Daten werden nach den drei Strömen Stoff, Energie und Signal/ Information aufgeteilt. Außerdem werden Merkmale (Inputs) und Eigenschaften (Outputs) erfasst. Um die Daten einordnen zu können, wurde ein Säulen-Modell bestehend aus Technik, Ökonomie, Soziales und Ökologie entwickelt. Zur Beurteilung wurden Olesens/Andreasens sieben universelle Kriterien (Qualität, Kosten, Zeit, Flexibilität, Effizienz, Risiko, Umwelteffekte) um ein achtes (Funktion) erweitert. Diese Oberkriterien sind unveränderbar und für eine kurzfristige Trendaussage hilfreich. Unterkriterien erlauben eine detaillierte Einschätzung und können flexibel an einzelne Prozesse angepasst werden. Durch einen paarweisen Vergleich wurden Gewichtungsfaktoren für alle Kriterien festgelegt.
Die theoretischen Überlegungen wurden am Beispiel eines naturfaserverstärkten Scheinwerfergehäuses eines Pkw auf ihre Praxistauglichkeit geprüft und verfeinert. Insgesamt konnte die Eignung des methodischen Ansatzes gezeigt werden. Möglichkeiten der Weiterentwicklung des Ansatzes bestehen in der grafischen Darstellung, der weiteren Standardisierung und der Ausdehnung auf die thermische Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen.
Citation
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author={Brummel, Reinhold},
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