Robeco: Wenn weniger mehr ist – Der Weg zu sauberer, umweltfreundlicher und schlanker Fertigung

„Beschränkungen haben schon immer als Katalysatoren gewirkt, die Innovationen vorantreiben“, sagt Pieter Busscher, Senior-Portfoliomanager der RobecoSAM Smart Materials Equity-Strategie. Busscher zieht Parallelen zu historischen Innovationen, die zur Entdeckung von Eisen führten, das die Eisenzeit definierte, und zur Erfindung der Dampfmaschine, Sinnbild der ersten Industriellen Revolution. Er erklärt, wie Beschränkungen bei der Verfügbarkeit von Werkstoffen und bei Verarbeitungsprozessen in Verbindung mit menschlichem Erfindergeist zu Pionierleistungen beigetragen haben, durch die Zivilisationen und die Wirtschaft grundlegend verändert wurden.

von Pieter Busscher, Senior-Portfoliomanager der RobecoSAM Smart Materials Equity-Strategie, Robeco Switzerland Ltd.

Beschränkungen bei Werkstoffen, die Zivilisationen grundlegend verändert haben
Beschränkungen haben schon immer als Katalysatoren gewirkt, die Innovationen vorantreiben. Busscher nennt die Ersetzung von Bronze durch Eisen als ein klassisches Beispiel. Als der für die Bronzeherstellung notwendige Zinn knapp wurde, mussten Hüttenleute nach Alternativen suchen, was Fortschritte bei Schmelzprozessen zur Abtrennung von Eisenerz von anderen Erzen beschleunigte. Eisen, das bessere Eigenschaften besitzt, trat schließlich an die Stelle von Bronze, als die Herstellungskosten fielen und Eisen in größeren Mengen verfügbar wurde. Ein neuzeitliches Pendant zur Entdeckung von Eisen ist die Entdeckung von Graphen, das aus nur einer Lage von Kohlenstoffatomen besteht.

Graphen ist stärker, aber auch leichter als Stahl. Abgesehen von seiner Stärke eignet sich dieser Werkstoff wegen seiner hohen elektrischen und Wärmeleitfähigkeit für vielfältige gewerbliche Anwendungen – von Autobatterien über Wärmepumpen und Industriegeneratoren bis zu energieeffizienter Beleuchtung von Wohnungen und Gebäuden. Durch in Laboren entwickelte Rohstoffe wie Graphen könnten aus der Erde gewonnene Bodenschätze ersetzt werden.

Innovationen bei der Verarbeitung, die zu Revolutionen führten
Fast drei Jahrtausende nach der Entdeckung von Eisen führten Beschränkungen einer anderen Art zu einer der wichtigsten Innovationen der Menschheitsgeschichte, nämlich zur Erfindung der Dampfmaschine, mit der die erste Industrielle Revolution begann. Was der mechanische Antrieb für das Verarbeitende Gewerbe des 18. Jahrhunderts war, ist die Rechenleistung von Computern für das 21. Jahrhundert. Mit dem Aufkommen von „Big Data“, Automatisierung und Robotik ist das Verarbeitende Gewerbe in seine vierte Industrielle Revolution eingetreten. Und die Auswirkungen dieser Entwicklung werden in mehreren Industriezweigen genauso umwälzend sein.

Das in Fabriken zum Einsatz kommende Internet der Dinge revolutioniert Fertigungsstraßen. Busscher verweist darauf, dass computergestütztes Software-Engineering, Fabrikautomatisierung und der Einsatz von Robotern die Design-, Prototypenentwicklungs- und Produktionsphase optimieren. Dies hat zur Folge, dass in der Vorproduktion, der Produktion und sogar der Nachproduktion weniger Werkstoffe vergeudet werden. Wirkungsorientierte Innovationen sind Technologien, die die negativen Auswirkungen der Industrialisierung verringern.

Wirkungsbezogene Beschränkungen – ein Rätsel des 21. Jahrhunderts
In der Vergangenheit gab es Beschränkungen vor allem bei der Ressourcenbereitstellung und der Produktivität im Verarbeitenden Gewerbe. In beispielloser Weise kommen im 21. Jahrhundert nunmehr Beschränkungen auf, weil die Jahrhunderte währende Missachtung und Schädigung der Umwelt jetzt ihren Tribut fordert. Neben dem Druck, die Produktion hochzufahren, stehen Hersteller auch unter Druck, Emissionen, Umweltverschmutzung und übermäßige Abfallmengen zu verringern – die Begleiterscheinungen von Produktionsprozessen. Busscher verwendet den Begriff „wirkungsorientierte Innovationen“ zur Beschreibung von Technologien, die die negativen Auswirkungen der Industrialisierung verringern. Er weist darauf hin, dass in diesem Bereich tätige Unternehmen helfen, Treibhausgasemissionen zu verringern, Abfallstoffe der Wiederverwertung zuzuführen und Biomasse zur Herstellung von umweltfreundlichen Werkstoffen und Produkten zu verwenden.

Und er betont, dass Recycling zwar schon seit Jahrzehnten praktiziert wird, heute aber intelligentere Recycling-Technologien entwickelt werden, die mit der zunehmenden Komplexität und Menge vom Menschen produzierter Abfälle zurechtkommen. Elektroschrott ist laut Busscher bereits die am stärksten zunehmende Kategorie von Abfällen. Vieles davon enthält grosse Mengen an Grund- und Edelmetallen sowie seltenen Erden, die zum Betrieb der elektronischen Geräte einer digitalen Wirtschaft benötigt werden und in den Magneten und Batterien Verwendung finden, die man für die Elektrifizierung und die Erzeugung von grünem Strom braucht. Ähnlich stark haben auch die Menge und Verschiedenartigkeit von Kunststoffen sowie die Recycling-Verfahren zur Rückgewinnung wiederverwertbarer Stoffe zugenommen.

Und schließlich tragen Fortschritte bei Biomasse und biobasierten Stoffen dazu bei, dass viele Werkstoffe, auf welche die Gesellschaft angewiesen ist, mit weniger Bestandteilen aus fossilen Brennstoffen auskommen. Von großtechnisch hergestelltem Biobeton und Hölzern, die ähnlich stark sind wie Stahl, bis zu in kleinen Mengen hergestellten Biokunststoffen und Bioklebstoffen: Busscher ergänzt, dass Biowerkstoffe den Funktionseigenschaften von auf Basis fossiler Brennstoffe hergestellter Werkstoffe nahekommen, dabei aber weniger energieintensiv sind und umweltfreundlicher entsorgt werden können.

Es werden intelligentere Recycling-Technologien entwickelt, die mit der zunehmenden Komplexität und Menge vom Menschen produzierter Abfälle zurechtkommen.

Die Notwendigkeit, CO₂-Emissionen zu verringern, drückt auf die Margen und beflügelt Innovationen
Die Warnungen von Wissenschaftlern und Umweltschützern vor dem Klimawandel lassen sich nicht länger ignorieren, und CO₂-Emissionen sind zum „Volksfeind Nr. 1“ geworden. Dekarbonisierung hat inzwischen für Volkswirtschaften und auch auf geopolitischer Ebene hohe Priorität. Mindestens die Hälfte der G20-Länder haben sich verpflichtet, bis 2050 Klimaneutralität zu erreichen. Und ein wichtiges Element der Klimastrategie vieler Länder ist es, durch Steuern oder Emissionshandel CO₂-Emissionen zu bepreisen.

Die Grafik zeigt die historischen (schwarze Linie) und die prognostizierten (blaue Linie) CO₂-Preise im EU-Markt für CO₂-Emissionen (den größten der Welt). Steigende CO₂-Preise werden zu einem integralen Bestandteil der Produktionskosten von Unternehmen und sollten diese dazu bringen, auf sauberere und ressourcenschonendere Technologien umzustellen.

Mit den CO₂-Preisen werden auch die Produktionskosten von Wirtschaftszweigen mit hohen Emissionen steigen und für diese größere Anreize schaffen, ihre Emissionen insgesamt zu reduzieren. Um Forschung und Entwicklung voranzubringen und die Zeit bis zur Markteinführung zu verkürzen, haben die größten Märkte der Welt (die USA, China und die EU) für die nächsten Jahrzehnte finanzielle Unterstützung angekündigt, um im eigenen Land Investitionen in saubere Technologien und Infrastruktur zu fördern. Wenn die Produktion hochgefahren wird und Skaleneffekte erreicht werden, werden die Kosten von CO₂-armen und CO₂-freien Technologien fallen. Laut den Vereinten Nationen könnten in Sektoren, deren Anteil an den weltweiten Emissionen bei über 70 % liegt, CO₂-freie Technologien bis zum Jahr 2030 wettbewerbsfähig sein. (Robeco/mc)