Ein Zwilling für den Klimaschutz

September 2021 | Handelsblatt | Zukunft Deutschland

Ein Zwilling für den Klimaschutz

Deutschlands Industrie muss nachhaltiger werden. Digitalisierte Unternehmen können im Wettbewerb enorme Chancen nutzen.

Illustration: Agata Sasiuk
Axel Novak / Redaktion

Nehmen wir das Auto: Leise und sparsame Elektroantriebe sollen künftig die mit fossilen Treibstoffen gespeisten Motoren ablösen. Doch nicht nur der Motor soll effizient und klimafreundlich arbeiten, sondern auch die Konstruktion und Herstellung der neuen Fahrzeuge möglichst ressourcensparend erfolgen.

 

Das Start-up Alvier Mechatronics aus Bad Dürkheim nimmt die Herausforderung an. Das junge Unternehmen fertigt für seine Kunden aus der Automobilindustrie maßgeschneiderte elektrische Motoren. Bevor aber so ein Motor in die Fertigung geht, wird der Prototyp digital am Rechner simuliert. Möglich macht dies ein so genannter „Digitaler Zwilling“. Hierbei werden alle Komponenten des Produkts digital entwickelt, sogar der Testlauf des fertigen Motors findet digital im Rechner statt. Verbrauchsdaten, Temperatur, Vibrationen oder die Geräuschentwicklung  können so schon vor der Herstellung ermittelt werden.


Damit nicht genug: Die Ingenieure simulieren bei Alvier Mechatronics nicht nur die fertigen Motoren am Rechner, sondern deren gesamten Entstehungsprozess in der Fabrik. Auf diese Weise können sie den gesamten Produktionsprozess des Motors digital abbilden und dessen Fertigung möglichst energiesparend und ressourceneffizient planen. Und das ohne den realen Aufwand aufwändiger und langer Testphasen.


Der Digitale Zwilling ist der nächste Schritt in der Digitalisierung der industriellen Fertigung und damit die nächste industrielle Revolution: „Industrie 5.0“ sozusagen. „Die Hoffnung in Sachen Effizienz besteht darin, frühzeitig, etwa bei der Planung und Konstruktion mögliche Fehler zu erkennen und Prozessabläufe opti-
mieren zu können“, erklärt Hendrik Grosser von der Managementberatung Detecon in Deutschland. „Neue Produkte, aber auch Geschäftsmodelle und sogar Partnerschaften können so digital erprobt werden, ohne sie aufwändig in der Realität aufbauen zu müssen.“

 

Ein perfektes Tool für mehr Nachhaltigkeit

 

Damit ist der Digitale Zwilling ein perfektes Tool, um Effizienz und damit die Nachhaltigkeit in der Industrie zu optimieren. „Twins“ können dafür sorgen, den Treibhausgas-Ausstoß von Unternehmen oder ganzen Ökosystemen zu verringern, und zwar nicht nur in der industriellen Fertigung, sondern über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg.  Maschinenbauer optimieren mit dem Zwilling die Wartungszyklen teurer Anlagen, identifizieren Schwachpunkte in der Konstruktion und planen die Beschaffung neuer  Anlagen. Und nur durch laufende Echtzeit-Datenanalyse aus der Produktion könnte mit dem Einsatz von Digital Twins die Effizienz des Maschineneinsatzes um 20 Prozent verbessert werden, schätzen Experten.  


Um eine solche Analyse durchzuführen, muss der Maschinenpark digital vernetzt werden: „Industrie 4.0“, oder auch IIoT, das „Industrial Internet of Things“, beruht auf intelligenten, digital vernetzten Maschinen und Sensoren, die Daten zu Zuständen, Bewegungen und Abläufen liefern und die hochkomplexe Analyse-Programme füttern, die wiederum die effizientesten Wege und Verfahren berechnen. Zulieferer, Partner und Kunden sind in umfassende Geschäfts- und Wertschöpfungsprozesse eingebunden. Werkzeuge, Maschinen und Bauteile befinden sich im stetigen Austausch miteinander oder vergeben über die Maschinensteuerung selbständig Aufträge: etwa für eine Wartung, eine Reparatur oder bestimmte Anpassungen in der Produktionslinie. Autonome Fahrzeuge bringen auf selbst berechneten Wegen möglichst effektiv Waren und Bauteile zum Ziel. Mittlerweile reicht die digitale Fabrik der Zukunft über einfache Prozessverbesserungen hinaus: Neue Technologien wie Augmented und Virtual Reality oder Edge Computing und künstliche Intelligenz versprechen einen Quantensprung in der indus-triellen Fertigung.


Angesichts des Klimawandels muss die gesamte Wirtschaft auf CO2-Neutralität umsteigen. Das kostet Geld: Allein in Deutschland müssten bis 2045 fünf Billionen Euro in bereits bestehende Infrastruktur, Anlagen und Gebäude gesteckt werden, so die Unternehmensberater von McKinsey in ihrer Studie „Net-Zero Deutschland“. Hinzu kommen weitere Zusatzinvestitionen in sogenannte „grüne Sachgüter“ in Höhe von rund einer Billion Euro. Dieses Geld fließt in zusätzliche Anlagen, Fahrzeuge oder Wärmetechnik, um die Klimaziele zu erreichen.  

 

»Digitale Zwillinge können dafür sorgen, den Treibhausgas-Ausstoß von Unternehmen zu verringern.«


Doch die Wende erzeugt nicht nur Kosten, sondern vermeidet sie auch: durch viele operative Ausgaben, zum Beispiel Energiekosten von Gebäuden oder Kraftstoff- und Wartungskosten. Und sie löst einen umfassenden Erneuerungsschub in den kommenden Jahren aus. Denn diese Erneuerung ist ein enormes Geschäft. Staat und Unternehmen investieren in neue Maschinen, Fahrzeuge, Gebäude und Technik – in Bereiche, in denen Deutschlands Unternehmen eine starke Position auf dem Weltmarkt einnehmen. Für Deutschland ist die Digitalisierung eine Chance, die Technologieführerschaft in vielen Exportbereichen zu erhalten. Und damit, so McKinsey, jeden fünften Arbeitsplatz und ein Viertel des Bruttoinlandsprodukts zu sichern.


Doch bevor diese Versprechen eingelöst werden können, muss noch einiges geschehen. „Es reicht nicht, Klimaneutralität per Gesetz vorzuschreiben“, gibt BDI-Präsident Siegfried Russwurm der neuen Bundesregierung mit auf den Weg. „Die Politik muss auch etwas dafür tun, dass das Ziel erreicht werden kann. Dafür braucht es so schnell wie möglich ein enormes Infrastrukturprogramm.“ Der BDI hat Forderungen an die künftige Regierung: Mehr Rationalität und Planbarkeit. Günstigere Strompreise. Ein massiver Ausbau der öffentlichen Infrastruktur. Und vor allem mehr Innovationsgeist für einen schnelleren Abschied von der Welt von gestern.