Logistik der Zukunft

Einstimmung

In der Produktentwicklung gilt es seit je her die Logistik zu antizipieren, um Schäden der Ware zu vermeiden und wirtschaftlicher zu transportieren. Die Logistik und Produktion der Zukunft wird immer stärker automatisiert. Automatisierung fußt auf Standardisierung von Angriffspunkten und Flexibilisierung der Handhabung.

In diesem Artikel soll es nicht um die Konfiguration einer logistischen Strecke gehen, sondern um die groben Entwicklungen in den Modalitäten im Personen- wie im Warenverkehr. Es soll aufgezeigt werden, wie mit Kapazitäten flexibel umgegangen wird und welche Formen der Standardisierung und Flexibilisierung an welcher Stelle zu erwarten sind.

Zunächst werden die Grundlagen der Entwicklungen dargestellt, dann die Verkehrskonzepte und zuletzt werden die zentralen Konsequenzen für die Produktentwicklung abgeleitet. Konsequenzen für Geschäftsmodelle, also die Konzeptionierung der logistischen Strecke sind nicht Teil der Ausführungen, aber für den Logistiker ableitbar.

Grundlagen

Dezentrale Energieerzeugung

Die Energieerzeugung der Zukunft nutzt verteilt installierte regenerative Stromerzeugung, wie Photovoltaikanlagen an Wohnhäusern, Windkraftanlagen und Gezeitenkraftwerke. Müllheizkraftwerke werden vermutlich durch andere Recyclingkonzepte abgelöst (vgl. Recyclingideen). Dadurch werden Formen dynamischer Energiespeicherung wie dezentrale Schwungmassenspeicher erforderlich und es braucht eine Koordination der Energiespeicherung auf Netzebene. Abgesehen von der Brennstoffzelle liegt die Energiebereitstellung der Zukunft in der Stromversorgung, und damit im Elektroantrieb.

Seltene Erden

Elektroantriebe arbeiten mit Magneten und Elektroblechen, die Seltene Erden benötigen. Seltene Erden sind vorwiegend im asiatischen Raum vorzufinden und zunächst ohne Recycling von Oligopolen zu beziehen. Deswegen handelt es sich vorerst um knappe Ressourcen. Langfristig sind Seltene Erden durch ihr Vorkommen beschränkt.

Autonomes Fahren

Die Entwicklung von mechatronischen Systemen mit künstlicher Intelligenz bzw. Algorithmen zur Steuerung von Fahrzeugen ermöglicht bald autonomes Fahren von PKW, LKW, Zügen und Schiffen sowie von Handhabungsgeräten der Intralogistik in Unternehmen.

Verkehrskonzepte

Im Personenlandverkehr ist zwischen Langstrecke und Kurzstrecke zu unterscheiden. Autonome Elektrofahrzeuge werden aus Nachhaltigkeitserwägungen auf den Nah- bzw. Fernverkehr ausgelegt. Nahverkehrsfahrzeuge werden als Transportation-as-a-Service für die Fahrt angeboten, sodass nur etwa 8 % der Fahrzeuge benötigt werden, die heute zumeist rumstehen. Diese Entwicklung bedeutet eine Aufweichung klassischer Arbeitszeiten, da Stoßzeitentransport unwirtschaftliche und unökologische Transportkapazität erfordert. Dieser Engpass wird eventuell durch Umrüsten von Warentransportfahrzeugen aufgeweicht. Eine solche Umrüstung bedeutet, auf ein Fahrzeug eine andere Chassis aufzusetzen, die entweder für Warentransporte oder für Personentransporte ausgelegt ist – daran forscht das UNICarAgil-Projekt der TU Darmstadt. Für Notfälle stehen autonome Fahrzeuge lokal verteilt bereit.

Im Personenfernverkehr kommen autonome Züge und Busse zum Einsatz. Eine Auslegung von Zügen in Hyperloops (Vakuumröhren) mit Linearantrieben (Transrapid) wird sparsam eingesetzt werden, da der Ressourcenverbrauch (Seltene Erden, Röhre) durch die Zeitersparniss gerechtfertigt werden müsste. Insbesondere Seltene Erden für Linearantriebe begrenzen eine flächendeckende Nutzung. Deswegen ist der häufigste Zug des Fernverkehrs vermutlich mit dem derzeitigen ICE vergleichbar, jedoch autonom. Damit bleibt die klassische Schiene verbreiteter als die Schiene von Linearantrieben. Fernverkehrsbusse werden autonom fahrende Elektrobusse sein.

In der Warenlogistik weisen die unterschiedlichen Modalitäten des Transports (Straße, Schiene, Luft, Wasser) unterschiedliche Eigenschaften auf, sodass jede ihr Anwendungsfeld hat. Auf der Straße werden autonom fahrende Elektro-LKW genutzt werden, die Schiene wird klassisch bleiben, jedoch autonom fahren, Flugzeuge sind vorerst nicht grundsätzlichem Wandel unterzogen, solange keine besonders leichte Batterie entwickelt wird und Schiffe werden wohl in der Binnenschiffahrt auf Elektroantriebe und Schwungmassenspeicher umsteigen, während Hochseeschiffe konventionell bleiben. Die Intralogistik von Unternehmen wird wie die gesamte Produktion weitgehend autonom mit der Warenlogistik interagieren (Industrie 4.0).

Ladungsträger (z. B. Container) der Logistik werden vermutlich dahingehend ausgelegt werden, dass sie automatisiert um- und entladen werden können. Hierbei sind eher standardisierte Ladungsträger zu erwarten als flexible Umladungsanlagen. Umgekehrtes gilt für Rungen und Paletten – sie bleiben einfach, während die Bestückungs- und Entnahmeautomaten flexibler werden (Robotik). Eventuell findet eine Standardisierung der Entnahme in der Intralogistik statt, sodass ein Komissionieren für die Produktionsbestückung entstehen könnte, um flexible und einfache Bestückungsautomaten wirtschaftlich zu platzieren.

Fazit für die Produktentwicklung

Die Produktion und die Logistik werden autonomer und flexibler, weil diese Entwicklungen Wert für Kunden durch “Individualisierung” der Produkte erzeugen. Deswegen müssen Produkte und deren Verpackung so entwickelt werden, dass sie einer autonomen Logistik und Produktion gerecht werden. Hierbei werden logistische und produktionstechnische Plattformkonzepte weiter ausgebaut werden.

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Recyclingideen

Einstimmung

Ein Recyclingsystem entscheidet über die Rückgewinnung von Rohstoffen und Energien als prozentualer Anteil verwendeter Rohstoffe und Energien in der Produktion. Je höher die Rückgewinnungsquote, desto besser die Ressourcennutzung und je geringer die Preise der Endprodukte.

Recyclingsysteme sind aus drei Gründen Faktoren sozialen Wohlstands:

  • Erstens steigt der reale Wohlstand, wenn Preise sinken, sofern Wettbewerb herrscht,
  • Zweitens sind ökologische und ökonomische Aufwendungen der Ressourcenerstgewinnung kleiner bezogen auf die Produkte, weil Recyclingstoffe verwendet werden können, und
  • Drittens werden Rohstoffe regional bezogen, weil Sie in Form der Produkte global verteilt sind im Gegensatz zur lokalen Verteilung von Bodenschätzen. Diese dezentrale Verteilung löst Spannungen internationaler Mono- oder Oligopole auf Bodenschätze.

Meine Perspektive auf Recyclingsysteme entspringt keiner angelernten Bildung, sondern der Kenntnis des deutschen Recyclingsystems als Bewohner des Landes. Deswegen handelt es sich nicht um einen Bereich meiner Expertise. Aber als Wirtschaftsingenieur mit Spezialisierung auf nachhaltige Innovation ist es wichtig für die (nachhaltige) Produktentwicklung, das Recyclingsystem der Zukunft zu antizipieren, um gute Produkte zu entwickeln.

Die Vorstellung dieser Ideen kann möglicherweise regulatorische und infrastrukturelle Veränderungen bewirken, die Ingenieuren und technischen Forschern Sicherheit gewährleistet zukunftsträchtig zu entwickeln. Da es sich nicht um meinen direkten Kompetenzkreis handelt, kann ich nicht behaupten es handle sich um fachgemäß erarbeitete Ideen – hier wäre eine Prüfung durch Experten hilfreich.

Kunststoffdotierung

Plastiken mit Außnahme von PET werden in Deutschland regelmäßig verbrannt oder deponiert. Dadurch gehen die Rohstoffe der Produktion verloren, wenn auch Energie gewonnen wird.

Fraglich ist für die Zukunft, ob rückgewinnbare Kunststoffe nicht durch moderne Herstellungsverfahren (Spritzgußmaschinen, Extruder) mit einer ferromagnetischen dotierung kodiert werden sollten, sodass geschredderte Produkte durch elektromagnetische Kräfte nach Material getrennt werden können.

Dafür müsste eine Kodierungssystematik erarbeitet werden, die die technische Trennung ermöglicht und Kunststoffe in geeignete Rohstoffe (Farben, Material) auftrennen kann.

Eine Recyclinganlage wäre dann ein Schredder, auf den ein Fließband folgt mit einer Klippe. Eine besondere Auffangfläche mit gefederten Segmenten und Schüttgutventilen, würde die mehrstufige Trennung der Materialien auf engem Raum erlauben, sofern eine Rückführung auf das Fließband sinnvoll ist. Nach der reinlichen Trennung würden die Rohstoffe in Silos gefüllt, die mittels autonomer Logistik die regionale / globale Produktion versorgt.

Metalle

Bei Metallen in Produkten stellt sich die Frage, ob diese systematisch vom Produkt trennbar konstruiert werden. Man könnte eine dezentrale Trennung durch die Bürger mit einer Metalltonne anstreben oder Restmüll / Elektrogeräte zentral demontieren.

Metalle lassen sich visuell und durch Spektrometer klassifizieren, sodass gewünschte Legierungen erzeugt werden können, wenn neu gegoßen wird. Kritisch ist das Spektrometer zur Legierungsdetektion, um die richtige Schmelze zu erzeugen. Hierzu müssten Metalle in Produkten zu einem gewissen Grad spektrometergerecht zerkleinert werden.

Konsequenzen

Metalle und Kunststoffe sind zentrale Rohstoffe der meisten Produkte auf der Welt. Damit sind sie Faktoren der Preise und Umweltwirkung unserer Wirtschaft. Eine höhere Rückgewinnung löst Raumprobleme der Deponierung, Probleme der Umweltschädigung durch Verbrennen und erhöht das Angebot der Rohstoffe am Markt. Letzteres führt zu Preisreduktion.

Kritische Rohstoffe zur Zeit sind Öl und Silizium, aber im Zuge steigender Elektromobilität werden Seltene Erden ebenfalls relevant werden. Wird durch Recycling ein hoher Anteil der Legierungselemente von Elektromotoren / – Generatoren dezentral bezogen, lässt sich das Oligopol vorwiegend asiatischer Bodenschätze Seltener Erden langfristig besser handhaben.

Fazit

Sollten die Ideen nach Prüfung durch Experten bestand haben, könnte deutsche Regulierung Maschinenentwicklung, Entwicklung von Recyclinganlagen und Produktentwicklung stimulieren, die europäischer Zielsetzung der Nachhaltigkeit entspricht. Es könnten möglicherweise reale Wohlstandsgewinne erzielt werden und Umweltbelastung vermieden werden.

Zusammenhängende Patente könnten mittelständische Innovationsunternehmen finanzieren, die Projektmanagementunternehmen ausstatten, um Autonome Unternehmen im Staatsbesitz zu betreiben, die so etwas wie ein Grundeinkommen im Sinne einer Marktsimulation durch “Gewinne” finanzieren (Vgl. Utilitismus).

Im Übrigen bin ich der Meinung, dass die Besteuerung von Recyclingsunternehmensgewinne auf die Gemeinden entsprechend der Müllsammlung umgelegt werden sollte. Ist dies gut konzeptioniert entstehen Anreize zur Mülltrennung und Steuereinkünfte für Gemeinden.

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