Branchenkompetenz

Rethinking the linear economy

mjitaru — Wed, 23 Apr 2025 08:11:49 +0000

Neues Denken mjitaru Fr., 25.04.2025 - 09:55

Technologie+Innovation

Neues Denken

Nehmen, produzieren, entsorgen: Die Folgen unserer Wegwerfwirtschaft treten immer deutlicher zutage. Um denken ist angesagt. Doch noch fehlt der Kreislaufwirtschaft die Initialzündung.

Text: Armin Scheuermann

Illustration: Kathrin Rodegast

Ein Blick unter die Motorhaube offenbart das Dilemma unserer linearen Wirtschaft: Ohne den Wegwerfartikel Zündkerze funktioniert kein Benzinmotor. Jedes Jahr werden weltweit mehr als eine Milliarde dieser Zündelemente ausgewechselt und landen auf dem Müll. Immer häufiger sind es Kerzen mit einer speziellen Iridium-Beschichtung. Das extrem temperaturbeständige Metall verbessert nicht nur die Verbrennungseffizienz, sondern verlängert auch die Lebensdauer gegenüber herkömmlichen Nickel-Zündkerzen um das Dreifache.

Obwohl für jede Zündkerze nur winzige Mengen Iridium verarbeitet werden, stellt die steigende Nachfrage nach den Hightech-Kerzen ein Problem dar. Jährlich landen rund 100 Kilogramm des seltenen Metalls deshalb auf Deponien oder in Schrottschmelzen. Da auf der ganzen Welt nur ungefähr acht Tonnen Iridium pro Jahr gefördert werden, wird es immer schwieriger, den steigenden Bedarf zu decken, der durch die Energiewende zusätzlich angeheizt wird. Denn Iridium ist auch ein entscheidender Katalysator bei der Herstellung von Wasserstoff durch die PEM-Elektrolyse.

Bisher basiert unsere Wirtschaft auf dem Muster „Nehmen, Produzieren, Wegwerfen“. Abgesehen von wenigen Beispielen wie dem Sammeln von PET-Flaschen oder Papierabfällen sind die weltweiten Recyclingquoten bescheiden. Das liegt vor allem an der Wirtschaftlichkeit: Da Neumaterial billig ist, lohnt sich das Sammeln und Aufbereiten nicht. Doch der Preis spiegelt nicht den wahren Wert der Ressourcen wider. Das zeigt sich alljährlich am Earth Overshoot Day. Es ist der Tag, an dem alle natürlichen Ressourcen aufgebraucht sind, die die Erde innerhalb eines Jahres regenerieren kann. 2024 war dieser´bereits am 1. August.

106Mrd. t

Ressourcen und damit mehr als dreimal so viel wie in den 1970er-Jahren verbraucht die Menschheit aktuell jährlich laut Global Resources Outlook 2024. Das sind pro Kopf 39 Kilogramm täglich.

VON DER COWBOY- ZUR SPACE-ÖKONOMIE

Das Weltwirtschaftsforum schätzt, dass die Menschheit 70 Prozent mehr Ressourcen verbraucht, als die Ökosysteme der Erde regenerieren können. Dennoch stammen nur sieben Prozent der Materialien, die heute in Produktionsprozesse einfließen, aus dem Recycling. „Cowboy-Ökonomie“ nannte dies der Ökonom Kenneth Ewart Boulding bereits 1966 und stellte dem Konzept der rücksichtslosen Ausbeutung in offenen Gesellschaften die „Raumfahrer-Ökonomie“ gegenüber: Ein geschlossenes zyklisches System, das seine Stoffe ständig reproduziert – das Konzept der Kreislaufwirtschaft war wiederentdeckt.

Dabei ist Kreislaufwirtschaft mehr als Recycling. Sie zielt darauf ab, natürliche Ressourcen auf die effizienteste Art und Weise zu nutzen – immer und immer wieder. Auch Stoff- und Energiekreisläufe werden dazu geschlossen. Erst dann, wenn keine Reparatur, keine Wiederverwendung und keine Wiederaufbereitung mehr möglich sind, wird recycelt. Weil Produkte und Stoffe auf diese Weise viel länger im Wirtschaftssystem gehalten werden, sinkt der Bedarf an Neumaterial drastisch.

In den integrierten Produktionskomplexen der chemischen Industrie sind Energie-, Wärme- und Stoffkreisläufe auf der ganzen Welt seit Jahrzehnten gängige Praxis: Nebenprodukte oder Abwärme aus dem einen Prozess werden zum Rohstoff für den nächsten. Doch sobald die Endprodukte das Werk verlassen haben, ist bislang Schluss mit Kreislaufwirtschaft. Das soll sich nun ändern.

Denn klar ist: Ohne Kreislaufwirtschaft wird die gesamte Industrie weder Nachhaltigkeit noch Klimaneutralität erreichen. Das Beratungsunternehmen Roland Berger kommt zum Schluss, dass der Abbau und die Verarbeitung von Rohstoffen für 90 Prozent des Biodiversitätsverlustes und des Wassermangels sowie ein Drittel der schädlichen Gesundheitseinflüsse verantwortlich sind. Die Ellen MacArthur Foundation schätzt, dass durch Kreislaufwirtschaft rund 45 Prozent der globalen Treibhausgasemissionen, die bei der Herstellung von Produkten und Materialien entstehen, eingespart werden können.

DIE R-STRATEGIEN DER KREISLAUFWIRTSCHAFT

Kreislaufwirtschaft ist mehr als Recycling. Um sie umzusetzen, wurden die so genannten R-Strategien entwickelt, die im Englischen alle mit der Vorsilbe re (lateinisch für „wieder“, „zurück“) beginnen. Lange waren das nur reuse, reduce, recycle. Mittlerweile gibt es je nach Veröffentlichung bis zu zwölf Strategien. Sie zielen unter anderem auf eine Verlängerung der Lebensdauer von Produkten und ihrer Teile ab – neben reuse ist hier zum Beispiel auch repair, refurbish, remanufacture und repurpose möglich. Weitere Strategien können dazu beitragen, den Ressourceneinsatz in der Produktion zu verkleinern und die Umweltbelastungen eines Produkts zu verringern: Bei rethink und reduce geht es etwa darum, zu schauen, ob für Produkte auch Sekundärrohstoffe genutzt werden können, die Produkte auf spätere Kreislauffähigkeit auszulegen und auch ihre Herstellung ressourcen- und energieeffizienter zu gestalten.

KREISLAUFWIRTSCHAFT NEU LERNEN

Doch obwohl die Prinzipien der Kreislaufwirtschaft seit langem bekannt sind, tun sich Unternehmen bislang schwer, sie umzusetzen. Denn in Kreisläufen zu wirtschaften setzt voraus, ganz neu zu denken. Produkte müssen zum Beispiel kreislauffähig und auf Basis alternativer Rohstoffe entwickelt werden. „Wenn wir wirklich einen Mehrwert generieren und uns von festgefahrenen Denkmustern verabschieden sollen, die uns in einem Wirtschaftsmodell festhalten, das aus Nehmen–Herstellen–Wegwerfen besteht, dann müssen wir schon beim Entwurf darüber nachdenken, wie wir mit weniger Produkten auskommen und wie wir Produkte wiederverwenden und reparieren können“, schreibt Julia Binder, Professorin für nachhaltige Innovation und Geschäftstransformation und Co-Autorin des Buches „The Circular Business Revolution“.

Dazu kommen hohe Anfangsinvestitionen, komplexe und intransparente Lieferketten, fehlende Standards und Regulierungen für Rücknahme, Wiederverwendung oder Recycling sowie fehlende Technologien für effektives Recycling oder Wiederverwendung. Und schließlich das Henne-Ei-Problem: Die Nachfrage nach Sekundärrohstoffen ist noch gering – auch weil Primärrohstoffe wie Kunststoffgranulate oft billiger sind als Recyclingmaterial. All das bremst notwendige Investitionen in die Kreislaufwirtschaft.

Doch die Erkenntnis wächst bei den politischen Akteuren, dass Kreisläufe die Zukunft sind – auch in der Politik: In den USA ist das Sustainable Materials Management Program der Umweltbehörde EPA ein Anfang. China hat bereits 2009 ein Gesetz zur Förderung der Kreislaufwirtschaft erlassen und in der Europäischen Union gibt es seit 2020 den Aktionsplan für die Kreislaufwirtschaft.

„Wir müssen schon beim Entwurf darüber nachdenken, wie wir mit weniger Produkten auskommen und wie wir Produkte wiederverwenden und reparieren können.“

Julia Binder,

Professorin für nachhaltige Innovation und Geschäftstransformation am IMD Lausanne

ZUSAMMENARBEIT ALS SCHLÜSSEL

„Die meisten Unternehmen sind noch in der Findungsphase und beginnen gerade erst zu verstehen, was Kreislaufwirtschaft für sie und ihre Kunden bedeutet. Schnell wird dabei klar: Allein lässt sich das Problem nicht lösen, denn alles ist mit allem verbunden“, erklärt Michael Sinz, Director Strategic Business bei Endress+Hauser, die Situation. Kreislaufwirtschaft ist in seinen Augen ein komplexes System, das nur durch Kollaboration im Ökosystem-Ansatz bewältigt werden kann. „Für Unternehmen, die Innovation meist intern halten, ist dieser neue Weg gemeinsam mit Partnern deshalb oft eine Herausforderung.“

Auch Julia Binder sieht einen entscheidenden Aspekt darin, dass Unternehmen ihre Wettbewerbsmentalität hinter sich lassen und auf Zusammenarbeit setzen: „Im Gegensatz zu traditionellen linearen Geschäftsmodellen brauchen wir, wenn wir eine Kreislaufwirtschaft wollen, systemische Veränderungen. Dazu gehört nicht nur, dass wir Produktdesign und Herstellung neu denken, sondern wir müssen auch die Lieferketten, Konsumgewohnheiten und den Umgang mit Abfall neu gestalten.“

Wie es geht, zeigt das Beispiel der Kooperation des Chemiekonzerns Solvay mit dem Entsorgungs- und Recyclingspezialisten Veolia und dem Autohersteller Renault. Weil die Rückgewinnung der wertvollen Bestandteile einer Autobatterie aufgrund ihrer komplexen Zusammensetzung äußerst schwierig ist, werden die seltenen Metalle bisher nur unzureichend recycelt. Um dieses Problem zu lösen, koordiniert das Konsortium die notwendigen Kompetenzen entlang der Wertschöpfungskette von Batterien, um den Materialkreislauf von Elektrofahrzeugbatterien zu schließen. Der Chemieindustrie mit ihren Verfahren und Analysemethoden kommt eine Schlüsselrolle beim Recycling zu.

Was für homogene und großvolumige Produkte möglich ist, stellt weit diversifizierte Produzenten vor Herausforderungen: Wie kommen die Produkte nach der Nutzung zurück zum Hersteller? An dieser Frage scheitern bislang viele Kreislaufkonzepte. Die Antwort darauf könnten „As a Service“-Geschäftsmodelle liefern, wie sie die Softwarebranche schon lange praktiziert. Auch chemische Produkte lassen sich damit im Kreislauf halten: Die schwedische Umwelt-Servicegruppe Ragn-Sells will künftig Chemikalien wie Eisen(III)-chlorid – ein wichtiges Fällungsmittel in der Abwasseraufbereitung – nicht nur bereitstellen, sondern nach Gebrauch aus dem Klärschlamm zurückzugewinnen und wiederverwenden.

> 60%

der Treibhausgasemissionen gehen auf die Verarbeitung und Gewinnung von Ressourcen zurück, hat das UN-Umweltprogramm errechnet.

NEUE CHANCEN DURCH KREISLAUFWIRTSCHAFT

Die Beispiele machen deutlich, dass Kreislaufwirtschaft große Chancen bietet. Das Beratungsunternehmens Accenture schätzte schon vor knapp zehn Jahren, dass Kreislaufwirtschaft bis 2030 eine zusätzliche Wertschöpfung von 4,5 Billionen US-Dollar generieren kann. Und noch ein weiterer Aspekt motiviert immer mehr Wirtschaftsakteure, in Kreisläufen zu denken, denn sie machen die eigenen Lieferketten widerstandsfähiger. Material, das man in eigenen Prozessen oder mit Partnern recycelt, muss nicht auf dem Weltmarkt eingekauft werden. Dieser Gedanke hat auch die aktuelle Gesetzgebung der Europäischen Union beeinflusst: Er findet sich sowohl im Critical Raw Materials Act als auch in der neuen EU-Ökodesign-Verordnung für nachhaltige Produkte (ESPR).

Neben der Entwicklung neuer Geschäftsmodelle und der Umsetzung politischer Vorgaben für die Kreislaufwirtschaft spielt auch die Technik eine Rolle – allen voran die Digitalisierung. Experten sind sich einig: Für den Wandel hin zu einer zirkulären Wertschöpfung braucht es ein stärker datengetriebenes Recycling, eine effizientere und flexiblere Automatisierung von Demontageprozessen oder den verstärkten Einsatz von Prognosemodellen wie digitalen Zwillingen in der Produktion. Damit dies möglich wird, verpflichtet die Europäische Kommission Unternehmen im Rahmen der neuen ESPR-Verordnung, ihren Produkten ab 2026 einen digitalen Produktpass beizulegen, der umfassende Informationen zu Lebensdauer und ökologischem Fußabdruck enthält.

„Allein lässt sich Kreislaufwirtschaft nicht realisieren – alles ist mit allem verbunden.“

Michael Sinz,

Director Strategic Business bei Endress+Hauser

ANREIZE BRINGEN DEN KREISLAUF IN SCHWUNG

Angesichts wachsender Ressourcenengpässe und des Klimawandels drängt die Zeit. Für Ellen MacArthur, Gründerin der gleichnamigen Stiftung, ist der Umbau der linearen zu einer Kreislaufwirtschaft daher alternativlos: „Das Leben selbst existiert seit Milliarden von Jahren und ist per Definition zyklisch. Wir haben dieses System seit der Industriellen Revolution durchbrochen. Unser Nehmen-Herstellen-Wegwerfen-System, in dem wir Umweltverschmutzung erzeugen, Materialien verschwenden und eine wachsende Weltbevölkerung in einer linearen Wirtschaft unterstützen, ist langfristig nicht tragfähig“, sagte Ellen MacArthur am Rande der Weltklimakonferenz 2023.

Entscheidend wird neben Druck und Knappheit jedoch die Aussicht auf gute Geschäfte sein – im Fall der Iridium-Zündkerzen vielleicht die Erkenntnis, dass gezieltes Sammeln und Verwerten klüger ist, als sich in Abhängigkeiten zu begeben.

Der Autor Armin Scheuermann ist Chemieingenieur und Fachjournalist.

5.4Mrd. $

wurden 2022 weltweit in Start-ups für die Kreislaufwirtschaft investiert. Das ergab eine Analyse des führenden europäischen Gründungszentrums UnternehmerTUM.

Nehmen, produzieren, entsorgen: Die Folgen unserer Wegwerfwirtschaft treten immer deutlicher zutage. Um denken ist angesagt. Doch noch fehlt der Kreislaufwirtschaft die Initialzündung. 7 minutes Neues Denken

Kreislaufwirtschaft Innovation Branchenkompetenz

“We need knowledge and enthusiasm”

smanetsch — Thu, 02 May 2024 06:40:33 +0000

„Wir brauchen Wissen und Enthusiasmus” smanetsch Do., 02.05.2024 - 08:56

Kunden+Märkte

„Wir brauchen Wissen und Enthusiasmus”

Künstliche Intelligenz wird die Art, wie Menschen arbeiten und Unternehmen Umsätze erzielen, grundlegend verändern. Und zwar zum Guten – davon ist Christian Klein, CEO von SAP, überzeugt. Mit Endress+Hauser Verwaltungsratspräsident Matthias Altendorf diskutiert er über den Wandel, der notwendig ist, um die Potenziale auch zu nutzen.

Fragen: André Boße

Fotografie: Matthias Schmiedel

Herr Klein, wann haben Sie zuletzt im Alltag Künstliche Intelligenz genutzt?

Klein: Gerade gestern. Mein Sohn kam aus der Schule und zeigte mir eine neue Zeichen App: Die Kinder malen etwas, und die KI soll erraten, was da zu sehen ist.

Und im geschäftlichen Kontext?

Klein: Im Business nutze ich als Endanwender regelmäßig unsere eigenen KI Anwendungen. Zum Einsatz kommen sie zum Beispiel bei Compliance Checks der Reiseabrechnungen oder bei der Auswahl unserer Lieferanten. Und wenn ich eine Rede vorbereite, schaue ich, inwieweit mir unser AI Hub, in dem unterschiedlichste Sprachmodelle wie GPT4 eingebettet sind, den ein oder anderen Impuls geben kann.

Inwiefern werden KI-Systeme die Art und Weise verändern, mit der Ihre Kunden mit SAP-Produkten arbeiten?

Klein: Die Änderungen sind allumfassend. Ein Beispiel ist die Kommunikation. In jeder Sekunde gibt es viele Millionen Transaktionen mit SAP Systemen. Diese werden heute noch in der Regel händisch eingegeben. Das wird sich ändern. Die Kommunikation wird sich auf natürliche Sprache verlagern, verbunden mit einem viel höheren Grad an Automatisierung.

Herr Altendorf, welche Bedeutung haben KI-Anwendungen in der Prozessindustrie?

Altendorf: Die Prozessindustrie befindet sich mitten in der digitalen Transformation. Mittlerweile ist allen klar, wie groß das Potenzial von Daten ist. Das Problem ist die gigantische Menge. Wenn in einer großen Chemieanlage tausende Aktoren und Sensoren pro Sekunde eine riesige Summe an Daten liefern, entsteht ein Volumen, das kein Mensch mehr überblicken kann. An dieser Stelle unterstützt die KI. Sie hilft, diese Daten zu kategorisieren, zu priorisieren und schließlich zu verarbeiten, sodass Unternehmen in der Lage sind, bessere Entscheidungen zu treffen. Auf den Punkt gebracht: Eine datengetriebene Industrie wäre ohne KI gar nicht möglich.

In welchen Bereichen bietet KI weitere Potenziale?

Klein: Ich spreche mit vielen CEOs und CFOs. Sie alle berichten mir von einem Balanceakt, den sie zu meistern haben. Die Kunden möchten, dass die Unternehmen nachhaltiger werden. Auf der anderen Seite gibt es die Erwartung, dass die Unternehmen wachsen und ihre Gewinne steigern. Die Frage ist also: Wie gehen Nachhaltigkeit und Wachstum zusammen? Nehmen wir das Beispiel der Lieferketten: Auch da fällt eine Vielzahl von Daten an. Eine manuelle Analyse kann unmöglich alle Optionen erfassen. Die KI, die wir dort nutzen, hilft dabei, smarte Entscheidungen zu treffen, zum Beispiel indem sie Logistikketten intelligent miteinander verknüpft. Ein anderes Thema ist die Unternehmensplanung: Es ist heute möglich, mit Hilfe der KI aus einer Vielzahl von Wetter , Business , Konsumenten oder Wirtschaftsdaten die Lagerhaltung zu optimieren. Kurz: Für Unternehmen ist KI ein Wachstumstreiber. Die Grundlage dafür sind die Daten. Für über 20.000 SAP Systeme haben unsere Unternehmenskunden bereits der Nutzung der Daten zugestimmt. Wir entwickeln zusammen ein Datenmodell, das immer weiter wächst.

Altendorf: In unserer Produktion muss sehr viel geschweißt werden. Bis vor kurzem gab es Mitarbeitende, die optisch geprüft haben, ob die Werkstücke richtig positioniert sind fürs Laserschweißen. Das ist wichtig, denn ist dies nicht der Fall, können Mensch und Umwelt zu Schaden kommen. Heute erledigt dies eine KI. Sie arbeitet hier schneller und zuverlässiger als der Mensch. Wir sparen Zeit in der Produktion, benötigen weniger Energie und erhöhen die Qualität. Das steigert die Effizienz und die Nachhaltigkeit.

Welche Rolle spielen Kollaborationen und Netzwerke bei der Anwendung von KI?

Klein: Ganz einfach: Es geht nicht ohne. Die Grundlage aller Kollaborationen ist heute die Cloud. Dort werden die Daten geteilt, dort können Unternehmen vernetzt agieren. Vor zehn Jahren hat man noch SAP Software gekauft, um sein Unternehmen zu digitalisieren. Heute geht es im zweiten Schritt darum, sich als Unternehmen zu öffnen und mit anderen zu kollaborieren. Um beim Thema Lieferketten zu bleiben: Die KI kann dann ihre Stärken voll ausspielen, wenn eine Vernetzung über die Unternehmensgrenzen hinweg gegeben ist.

Ist die Industrie bereit, über das eigene Unternehmen hinaus zu denken?

Altendorf: Aus meiner Perspektive ist diese Öffnung der entscheidende Hebel, um das Unternehmen nach vorne zu bringen. In der Welt von morgen wird kein Unternehmen mehr allein bestehen können. Erfolg hat, wer kollaboriert und damit Teil eines technologischen Ökosystems wird. Die Open Industry 4.0 Alliance, die SAP ins Leben gerufen hat und zu deren Gründungsmitgliedern Endress+Hauser zählt, ist ein gutes Beispiel dafür. Übrigens muss dieses

„Die KI ist dann stark, wenn sie über Unternehmensgrenzen hinweg vernetzt ist.“

Christian Klein

CEO SAP

MIT CLOUD UND KI WACHSTUM ERZIELEN

Christian Klein (Jahrgang 1980) ist CEO und Mitglied des Vorstands von SAP. Als Jugendlicher hätte er sich auch eine Karriere als Fußballer vorstellen können. Es kam anders. Seine Karriere im Unternehmen begann er bereits im Jahr 1999 als Student. Er war in verschiedenen Positionen für das Unternehmen tätig. Im Oktober 2019 übernahm Klein mit 39 Jahren zusammen mit Jennifer Morgan den Posten des Co-CEO, bevor er im April 2020 zum alleinigen CEO ernannt wurde. Christian Klein lebt mit seiner Familie in seinem Geburtsort Mühlhausen, zehn Autominuten von der SAP-Zentrale in Walldorf entfernt. Gegründet wurde SAP 1972 von fünf ehemaligen IBM-Mitarbeitern, darunter Hasso Plattner und Dietmar Hopp. Seit vielen Jahren ist das Unternehmen Weltmarktführer für Unternehmenssoftware. Mehr als 106.000 Beschäftigte in fast 160 Ländern unterstützen Businesskunden darin, nachhaltig und gewinnbringend zu wachsen. Dabei hilft die Integration von KI-Systemen in die SAP-Cloud mit weltweit mehr als 280 Millionen Nutzern.

Selbst einige Entwickler warnen davor, dass die KI uns Menschen über den Kopf wachsen könnte. Sollten wir daher jetzt regulieren, bevor es zu spät ist?

Klein: Ich war vor einigen Wochen in den USA und habe dort mit Vertretern der US Regierung genau diese Debatte geführt. Dabei habe ich gemerkt, dass die generelle Denke dort eine andere ist: Gibt es eine neue Technologie, findet man dafür zunächst Anwendungsfälle, beobachtet diese und stellt danach Fragen mit Blick auf Ethik und zur Regulierung. In Deutschland und auch auf EU Ebene ist es dagegen häufig so, dass man sich schon Gedanken zur Regulierung macht, bevor es überhaupt einen Anwendungsfall gibt. Ich glaube, der amerikanische Weg ist der bessere.

Altendorf: Natürlich müssen für den Einsatz von KI Gesetze und ethische Regeln gelten. Aber ein Kernproblem in Europa ist in der Tat, dass zu wenig unternehmerisch gedacht wird. Dass man versucht, über Verbote zu steuern, nicht über Anreize. Und dass dadurch Enthusiasmus zu Grabe getragen wird. Aber genau diesen Enthusiasmus benötigen wir. Wir sollten technische Entwicklungen wie die KI als Chance wahrnehmen, nicht als Risiko. Sonst entsteht eine diffuse Angst vor dem Unbekannten.

Blicken wir mal in die Glaskugel: Wie wird die KI das Geschäftsmodell von Endress+Hauser und SAP in zehn Jahren verändert haben?

Altendorf: Unser Angebot wird sich erweitern. Damit unsere Kunden die Daten, die wir generieren, wirklich nutzen können, benötigen sie zusätzlichen Kontext, also ein tiefes Verständnis dieser Daten. Das ist das Geschäftsmodell der Zukunft: Daten plus Kontext. Natürlich werden wir auch weiterhin Messtechnik produzieren. Aber es kann sein, dass ein Kunde das Produkt selbst gar nicht mehr besitzt, sondern nur die Daten beziehen will.

Klein: Ein Software Entwickler wird in zehn Jahren viel weniger Code schreiben müssen; das übernimmt für ihn die generative KI. Die gewonnene Zeit kann die Person dafür nutzen, sich Gedanken über Anwendungsfälle oder die Qualität der Algorithmen zu machen. Auch wird uns die KI dabei helfen, bessere Budgetentscheidungen zu treffen. Wenn wir heute 100 Controller fragen, wie sich das Geschäft entwickeln wird, erhalten wir 100 verschiedene Vorhersagen. Eine KI wird das in zehn Jahren besser können, weil sie viel mehr Daten berücksichtigt und verknüpft.

Wenn Ihre Kinder Sie heute fragen, ob es im Zeitalter der KI überhaupt noch Jobs für sie geben wird, was antworten Sie?

Altendorf: Wissen Sie, ich bin Jahrgang 1967 und kenne noch die Zeit, als die ersten Computer im Büro Einzug gehalten haben. Da hat man gesagt, dass hunderttausende Arbeitsplätze wegfallen werden. Aber was ist passiert? Es sind mehr Arbeitsplätze entstanden, die Produktivität hat sich vervielfacht. Und so wird es im Zeitalter der KI wieder sein. Klar ist aber auch: Die Arbeit wird sich verändern. Die Menschen können ihr Potenzial für intelligentere, kreativere, kommunikativere Arbeiten nutzen.

Klein: Auch ich mache mir über die Jobs der Zukunft keine Sorgen. Wo sich neue Geschäftsmodelle entwickeln, entsteht auch Wachstum – und davon profitieren die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in den Unternehmen. Klar ist, dass die Jobs der Zukunft datenlastiger sein werden. Das muss in der Ausbildung an den Schulen und Universitäten berücksichtigt werden. Es geht darum, vernetztes Denken zu vermitteln und zu lernen, IT und Business zusammenzubringen. Wir brauchen, Sie haben das eben auf den Punkt gebracht, Herr Altendorf, nicht nur Wissen, sondern auch Enthusiasmus. Haben wir beides, stehen wir vor einem Zeitalter, in dem wir dank unserer Kreativität in der Lage sein werden, die generative KI in unserem Sinne zu steuern.

“Eine datengetriebene Industrie wäre ohne KI gar nicht möglich"

Matthias Altendorf

Verwaltungsratspräsident der Endress+Hauser Gruppe

Stark im Wandel Digitalisierung Branchenkompetenz

An acquired taste

mjitaru — Mon, 15 Apr 2024 13:16:31 +0000

Auf den Geschmack gekommen llang Mo., 29.04.2024 - 12:16

Technologie+Innovation

Auf den Geschmack gekommen

ChatGPT hat den Schleier gelüftet: Künstliche Intelligenz ist längst mitten unter uns. Auch in der Prozessindustrie hat KI enormes Potenzial. Doch wie viel davon ist Wunschdenken und was könnte Wirklichkeit werden?

Text: Armin Scheuermann

Illustration: Timo Meyer

Künstliche Intelligenz schmeckt fruchtig, nach Noten von Toffee, Vanille, Birne und Apfel, mit einem leichten Ton von getoasteten Eichenfässern. Die Rede ist von „AI:01 Intelligens“, dem ersten Whisky, bei dem Künstliche Intelligenz die Expertise des Master Blenders ergänzt hat. Die schwedische Brennerei Mackmyra nutzte 2019 erstmals KI, um Whisky aus verschiedenen Fässern so zu mischen, dass die Abfüllung einen möglichst breiten Kundengeschmack trifft. Damit liefert AI:01 einen Vorgeschmack darauf, was KI in der Prozessindustrie künftig leisten kann: Kürzere Entwicklungszeiten für Produkte, eine höhere Effizienz in der Produktion und niedrigere Kosten.

Was im Whisky-Beispiel auch ein bisschen nach Marketing-Gag klingt, wirft ein Schlaglicht auf die Möglichkeiten von KI: In kürzester Zeit eine Vielzahl von Handlungsoptionen und Prozessrouten zu evaluieren bildet die Voraussetzung dafür, Prozessindustrien wie die Petrochemie, die Life Sciences oder die Lebensmittelindustrie möglichst schnell in Richtung Nachhaltigkeit zu transformieren. Dass dies in Zukunft immer wichtiger wird, ist auch der Transformation der Wirtschaft insgesamt geschuldet: In einer künftigen Kreislaufwirtschaft werden Produkte am Ende ihres Lebenszyklus wieder zu Rohstoffen. Dadurch entstehen komplexe Systeme und Abhängigkeiten, die sich mit klassischen Ansätzen der Automation nicht mehr beherrschen lassen. Auch die parallel laufende Energiewende führt dazu, dass Energiewirtschaft, Industrie, Verkehr und Gebäudemanagement im Sinne einer Sektorenkopplung miteinander verknüpft und gemeinsam optimiert werden müssen.

Braucht es also eine völlig neue Herangehensweise für die Steuerung von Geschäfts- und Produktionsprozessen? Steht der Prozessindustrie die große KI-Disruption bevor? Und: Was ist überhaupt Künstliche Intelligenz – und wie unterscheidet sie sich von Maschinellem Lernen oder Deep Learning?

VOM ANGSTGEGNER ZUM TOOL

Wahrscheinlich hat fast jede Expertin und jeder Experte eine eigene Vorstellung davon, was mit Künstlicher Intelligenz gemeint ist. Große Übereinstimmung herrscht bei folgender Definition: KI zielt darauf, menschliche Intelligenz durch Maschinen zu simulieren. Mit Fähigkeiten wie Daten aggregieren, Schlussfolgern, Selbstkorrektur und Kreativität nutzt KI unter anderem Maschinelles Lernen – eine Technik, bei der Algorithmen aus historischen Daten neue Werte vorhersagen. Während Maschinelles Lernen häufig auf manuell ausgewählten Merkmalen basiert, können Deep-Learning-Modelle automatisch relevante Merkmale aus den Daten extrahieren. Sie sind damit besonders gut für die Bild- und Spracherkennung sowie die natürliche Sprachverarbeitung geeignet.

Spätestens seit November 2022, dem Monat, in dem der KI-Chatbot ChatGPT öffentlich nutzbar wurde, ist Künstliche Intelligenz in aller Munde. Seither geht in den Chefetagen die Angst um, den KI-Zug zu verpassen – und in der Politik die Furcht vor der entfesselten Künstlichen Intelligenz. „Es gibt nichts, was die Zukunft unserer Enkel mehr verändern wird als technologische Fortschritte wie KI“, sagte der britische Premierminister Rishi Sunak am Rande des ersten internationalen AI Safety Summit. Doch gilt das auch für die konservative Prozessindustrie, in der die Sicherheit von Prozessen über der Innovation steht?

Anbieter von Prozessautomatisierungstechnik stellen aktuell eine wachsende Digitalisierungs-Müdigkeit fest. Die Ursache dafür liegt meist in unklar formulierten Zielen, unerfüllten Nutzenversprechen und dem unterschätzten Aufwand beim Schaffen einer digitalen Infrastruktur in den Anlagen. Um dies zu ändern, haben sich die im internationalen Verband NAMUR organisierten Anwender von Automatisierungstechnik vorgenommen, den Nutzen der Digitalisierung darzustellen – auch den von KI: „Es reicht nicht, über Technologie und einzelne Anwendungsfälle zu reden, wir müssen die Use Cases zu einem Gesamtbild verknüpfen“, sagte NAMUR-Vorstand Michael Pelz auf der jährlichen Hauptsitzung in Neuss.

WAS KANN KÜNSTLICHE INTELLIGENZ?

Künstliche Intelligenz ist die Simulation menschlicher Intelligenzprozesse durch Computersysteme. Zu den spezifischen Anwendungen der KI gehören Expertensysteme, die Verarbeitung natürlicher Sprache, Spracherkennung und Maschinelles Sehen. Zu den kognitiven Fähigkeiten von KI gehören:

Lernen: Das Erfassen von Daten und Erstellen von Regeln, wie diese in verwertbare Informationen umgewandelt werden können. Die Regeln, die als Algorithmen bezeichnet werden, geben Computern Schritt-für-Schritt-Anweisungen, wie sie eine bestimmte Aufgabe erledigen sollen.
Schlussfolgerungen: Die Wahl des richtigen Algorithmus, um ein gewünschtes Ergebnis zu erzielen.
Selbstkorrektur: Die kontinuierliche Feinabstimmung der Algorithmen, um sicherzustellen, dass sie möglichst genaue Ergebnisse liefern.
Kreativität: Dieser Aspekt der KI nutzt Neuronale Netze, regelbasierte Systeme, statistische Methoden und andere KITechniken, um neue Bilder, neue Texte, neue Musik und neue Ideen zu erzeugen.

„KI kann heute noch keine Anlagen steuern und wird dies wahrscheinlich auch in Zukunft nicht können.“

Kai Dadhe,

Vice President Digital Process Technologies bei Evonik

76%

der Führungskräfte sind laut einer Umfrage des Beratungsunternehmens KPMG überzeugt, dass generative KI Produktionspläne optimieren und Ineffizienzen in Produktionsprozessen aufdecken kann.

Welche Rolle Künstliche Intelligenz darin spielen wird? Offenbar keine disruptive. „KI kann heute noch keine Anlagen steuern und wird dies wahrscheinlich auch in Zukunft nicht können“, resümierte Dr. Kai Dadhe, Vice President Digital Process Technologies bei Evonik, die Erkenntnisse aus dem aktuellen Forschungsprojekt KEEN. In diesem haben Industrieunternehmen und Wissenschaftseinrichtungen in Deutschland über drei Jahre hinweg das technische und wirtschaftliche Potenzial von KI in der Prozessindustrie entlang des Produktlebenszyklus untersucht. Das Projekt zeigte aber auch, dass KI-Methoden durchaus Mehrwerte bieten: Vor allem können sie Anlagenbetreiber bei Entscheidungen unterstützen und Engineering-Aufgaben effizienter machen.

„Die beiden Welten der Informations- und der Betriebstechnologie wachsen zusammen. Das Zielbild ist eine datenzentrierte und softwarebasierte Automatisierung. Hier kann Künstliche Intelligenz wichtige Erkenntnisse liefern, indem sie aus einer sonst unüberschaubaren Menge von Daten neue Einblicke generiert“, bestätigt Dirk Neirinck, Corporate Director Business Development bei Endress+Hauser. Dass die KI-Revolution von oben kommen wird, hält der Stratege jedoch für unwahrscheinlich. Eine Sicht, die auch Hans-Jürgen Huber teilt, Geschäftsführer von Endress+Hauser Digital Solutions Deutschland: „Viel wahrscheinlicher ist, dass KI sukzessive über einzelne Anwendungen Einzug in die Prozessindustrie hält und zu einem Tool im Werkzeugkasten der Digitalisierung und der Prozessautomatisierung werden wird.“

Ein praktisches Beispiel aus der Anlagenplanung ist das Auswerten von Dokumenten, um maschinenlesbare Anlagentopologien und smarte Rohrleitungs- und Instrumentierungspläne anzufertigen. Diese bilden die Grundlage, um einen Digitalen Zwilling realer Anlagen zu erzeugen. Darüber hinaus kann KI dabei helfen, Prozessmodelle einfacher zu erstellen, um leistungsfähige Prozesssimulationen zu ermöglichen. Im Anlagenbetrieb selbst optimiert sie die Produktionsplanung, erkennt Anomalien im Produktionsprozess oder leitet Qualitätsparameter aus Sensordaten ab. Diese ermöglichen weitere Einblicke und Erkenntnisse aus dem Prozess und lassen sich für neue Ansätze in der Prozesssteuerung nutzen.

HILFE FÜR ENTSCHEIDER

KI könnte zudem helfen, das bislang in den Köpfen der Produktionsplaner und Anlagenfahrer gespeicherte Wissen über kausale Zusammenhänge beim Anlagenbetrieb zusammenzuführen und zu bewahren, indem historische und aktuelle Betriebsdaten ausgewertet werden. Überhaupt könnte die Unterstützung von Entscheidungen in komplexen Systemen künftig eine Paradedisziplin der Künstlichen Intelligenz sein – nicht nur im Betrieb von Anlagen, sondern auch in anderen Unternehmensbereichen: Weil Sprachmodelle wie ChatGPT sehr effizient Dokumente auswerten können, lassen sich diese auch im Verkauf oder im Engineering nutzen, um aus Normen, Verträgen oder Ausschreibungen gezielt Antworten auf spezifische Fragestellungen zu generieren. Das Beratungsunternehmen McKinsey schätzt, dass Ingenieure ihre Produktivität um 10 bis 20 Prozent steigern können, wenn sie ihre Informationsrecherche an die KI delegieren.

„Die Revolution wird nicht von oben kommen. KI wird über einzelne Anwendungen sukzessive Einzug in die Prozessindustrie halten.“

Hans-Jürgen Huber,

Geschäftsführer von Endress+Hauser Digital Solutions Deutschland

Doch die Entwicklung von KI-Anwendungen für die Prozessautomation steht noch am Anfang und vor zahlreichen Hürden. Denn KI benötigt Daten – und diese sind insbesondere in der Prozessindustrie häufig nicht in der geforderten Qualität vorhanden oder zugänglich. So produzieren beispielsweise Chemieunternehmen heute zwar bereits so viele Daten wie nie zu vor. Jedoch ist der Datenbestand häufig inkonsistent und es fehlt der Kontext – etwa über die Zusammenhänge in Stoffkreisläufen. Das war auch eine Erkenntnis im KEENProjekt zur Frage, ob eine KI verfahrenstechnische Anlagen steuern kann: Lediglich in Prozesszuständen, die sehr gut mit Daten unterfüttert sind, lieferte die KI einigermaßen brauchbare Ergebnisse. Treten seltene Prozesszustände auf, fehlt ihr das Wissen um verfahrenstechnische Zusammenhänge. Auch deshalb handelt es sich bei KI-Anwendungen in der Prozessindustrie heute meist um Unikate, die sich nicht beliebig skalieren oder von einem Anwendungsfall zum nächsten übertragen lassen.

DATENKONSISTENZ ALS SCHLÜSSEL

In diesem Kontext verändert sich auch die Rolle der Prozessautomatisierung: Deren zentrale Aufgabe wird künftig darin bestehen, die Voraussetzungen für konsistente Datenströme zu schaffen. Noch ist zudem offen, wie die Architektur für einen datenzentrierten Ansatz aussehen soll, die neue Anwendungen auf Basis Künstlicher Intelligenz erlauben wird: Werden KI-Applikationen künftig dezentral in der Cloud, lokal in sogenannten Edge Devices oder gar eingebettet in die Sensor-Elektronik implementiert? Klar ist jedenfalls: Um das Potenzial Künstlicher Intelligenz in allen Szenarien nutzen zu können, braucht es mehr als eine Handvoll KI-Spezialisten in den Unternehmen. Möglichst viele Mitarbeitende sollten sich mit Grundprinzipien, Nutzen und Grenzen der Künstlichen Intelligenz auseinandersetzen. Prominente Beispiele wie ChatGPT oder AI:01 könnten Appetit machen auf die neuen Möglichkeiten in der Prozessautomation.

Armin Scheuermann ist Chemieingenieur und Fachjournalist

„Es reicht nicht, über Technologie und einzelne Anwendungsfälle zu reden, wir müssen die Use Cases zu einem Gesamtbild verknüpfen.“

Michael Pelz,

Vorstandsmitglied des Anwenderverbands NAMUR

Digitalisierung Stark im Wandel Branchenkompetenz

Shrinking the footprint

smanetsch — Wed, 20 Dec 2023 07:32:06 +0000

Den Fußabdruck verkleinern smanetsch Mi., 20.12.2023 - 08:44

Technologie+Innovation

Den Fußabdruck verkleinern

Endress+Hauser möchte sein Portfolio über die nächsten Jahre Schritt für Schritt dekarbonisieren. Wie soll das gelingen bei Messgeräten, die ohne Stahl nicht auskommen?

Text: Christine Böhringer

Fotografie: Andreas Mader

PORTFOLIO

Wer mit produzierenden Unternehmen über ihre Klimaschutzstrategien spricht, der hört immer wieder diesen Satz: Die meisten der CO2-Emissionen fallen entlang unserer Lieferkette an! „Auch bei Endress+Hauser ist es so. Da wir viel Stahl und auch Aluminium in unseren Messgeräten verbauen, geht der größte Teil unseres Umwelt-Fußabdrucks darauf zurück“, erklärt Hans Joachim Fröhlich, Director Technology & Portfolio. Gemeinsam mit den Product Centern möchte er diese Emissionslast verringern – und das Portfolio von Endress+Hauser bis 2050 dekarbonisieren.

Die einfachste Lösung existiert nur in der Theorie. „Gäbe es in absehbarer Zeit einen wirtschaftlich interessanten Weltmarkt für grünen Stahl, könnten wir unsere Produktion sofort umstellen“, sagt Hans Joachim Fröhlich. Doch der Rohstoff wird erst in Pilotprojekten klimaneutral erzeugt. Und wie schnell die Kapazitäten hochgefahren werden können, hängt auch von der Verfügbarkeit von grünem Strom und Wasserstoff ab. „Deshalb suchen wir nach weiteren Möglichkeiten, die Klimabilanz unserer Produkte zu verbessern – Dinge, die wir selbst schnell gestalten und umsetzen können“, so Hans Joachim Fröhlich.

Einige Überlegungen drehen sich um konstruktive Materialeinsparungen. Um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten, sind Änderungen an der Sensorik selbst kaum möglich. „Bei Messgeräten, die sich kabellos bedienen lassen, könnte man jedoch aufs Display verzichten. Auch die weitere Miniaturisierung der Elektronik, die ein eigenes Gehäuse besitzt, bleibt ein Handlungsfeld“, sagt Hans Joachim Fröhlich. Schon länger setzt Endress+Hauser für Durchfluss- und Füllstandsmessung zunehmend auf Zweileiter-Technik, die im Betrieb weniger Strom verbraucht und mit weniger Elektronikbauteilen auskommt als Vierdrahtgeräte.

Das Ganze im Blick: Hans Joachim Fröhlich, Director Technology & Portfolio, verfolgt verschiedene Wege, um die Klimabilanz von Messgeräten zu verbessern.

HIN ZU MODULAREN BAUWEISEN

Zudem beschäftigt sich Endress+Hauser mit dem Thema Kreislaufwirtschaft. „Hier geht es vor allem darum, die ohnehin lange Lebensdauer unserer Messtechnik von 15 bis 20 Jahren weiter zu optimieren“, sagt Hans Joachim Fröhlich. Auch in diesem Fall bietet die Elektronik einen Ansatzpunkt, denn im Vergleich zur Sensorik oder Mechanik ist sie weniger beständig und technologisch schneller überholt. Die neueste Generation etwa der Proline 300/500 Messumformer-Familie für die Durchflussmessung wurde deshalb so gestaltet, dass die Hauptelektronik- und Kommunikationsmodule ohne viel Aufwand austauschbar sind. Damit können künftige Kommunikationsstandards und neue Funktionalitäten einfach integriert werden.

Dem Aufarbeiten und Wiederverwenden von Messgeräten sind hingegen Grenzen gesetzt. „Aufgrund der Vielzahl an Varianten ist fast jedes unserer jährlich drei Millionen produzierten Instrumente ein Einzelstück“, erklärt Hans Joachim Fröhlich. Die fehlende Standardisierung der Messtechnik in Anlagen, spezifische Industriestandards, individuelle Prozessanforderungen und die Kritikalität vieler Messstellen stehen dem Refurbishment ebenfalls entgegen. Potenzial zum Verkleinern des produktbezogenen CO2-Fußabdrucks birgt jedoch der Betrieb: „Die meisten neuen Feldgeräte von Endress+Hauser verfügen heute über Heartbeat Technology mit Diagnose-, Verifikations- und Monitoringfunktionen. Damit können Kalibrierzyklen optimiert und Serviceeinsätze genau geplant werden“, erklärt Hans Joachim Fröhlich.

Für ihn steht fest: Die Dekarbonisierung des Portfolios wird das Innovationsgeschehen bei Endress+Hauser prägen – und sie ist nur in enger Zusammenarbeit mit den Kunden möglich. Diese haben in ihren Anlagen derweil zuerst größere Emissionstreiber im Blick, wie die Energiebereitstellung, Maschinen, Pumpen oder Rohrleitungen. „In der Chemieindustrie macht die Messtechnik an einem großen Standort lediglich ein halbes Prozent des CO2-Fußabdrucks aus“, verdeutlicht Hans Joachim Fröhlich.

Endress+Hauser möchte sein Portfolio über die nächsten Jahre Schritt für Schritt dekarbonisieren. Wie soll das gelingen bei Messgeräten, die ohne Stahl nicht auskommen? 6 Min. Den Fußabdruck verkleinern

Nachhaltigkeit Branchenkompetenz Energiewende

Sustainability = opportunity

llang — Tue, 17 Oct 2023 15:49:15 +0000

Nachhaltigkeit als Chance llang Mo., 23.10.2023 - 09:11

Kunden+Märkte

Nachhaltigkeit als Chance

Die Zukunft der Prozessindustrie steht unter dem Zeichen der Klimaneutralität. Die Herausforderungen auf dem Weg dorthin sind groß. Doch wer sie meistert, wird mit qualitativem Wachstum belohnt.

Text: Kirsten Wörnle

Illustration: Selman Hoşgör

Es sind intensive Jahre für die Industrie: Geopolitische Spannungen und gestörte Lieferketten, steigende Energiepreise und Rohstoffknappheit, Inflation und Fachkräftemangel fordern die Unternehmen heraus. Gleichwohl schiebt sich in diesem dynamischen Umfeld ein Thema immer wieder nach oben auf die Tagesordnung: Führungskräfte weltweit sehen den Klimawandel laut Deloitte als eines der derzeit drängendsten Probleme. Denn damit das 1,5-Grad-Ziel von Paris erreicht wird und unser Planet für alle lebenswert bleibt, müssen alle wirtschaftlichen Aktivitäten in nachhaltige Bahnen gelenkt, müssen Prozesse, Produkte und Sektoren dekarbonisiert werden. Dabei kommt der Prozessindustrie eine Schlüsselrolle zu, umspannt sie doch die gesamte Produktionskette von der Ressourcenbeschaffung bis zum Endprodukt. Rund um den Globus wird daher nach Wegen für eine Wirtschaft gesucht, die nicht weiter auf den Verzehr fossiler Energien baut.

„Wir werden in den kommenden Jahren einen kompletten Wandel der Wirtschaft erleben.“

Gauri Singh

stellvertretende Generaldirektorin der Internationalen Agentur für Erneuerbare Energien

Handlungsdruck von vielen Seiten

„Die Frage, die sich jedes Unternehmen heute stellen muss, ist: Gewinnt oder verliert die Welt durch mein Geschäft?“, sagt Oliver Hahn von Bosch Climate Solutions, der Top-Manager berät. Wer jetzt die Rechnung mache, ohne Auswirkungen auf Umwelt, Gesellschaft und Unternehmensführung einzukalkulieren, riskiere, in zehn Jahren nicht mehr am Markt zu sein. Zur Trias „Preis – Leistung – Verfügbarkeit“ kommt der Wert der Nachhaltigkeit hinzu; allein schon, weil Gesetzgeber das inzwischen vorschreiben und umfassende Berichtspflichten auferlegen. Doch auch Investoren orientieren sich immer stärker an Nachhaltigkeitsaspekten. Entsprechend fließen Kapitalströme jenen Unternehmen zu, die sich hier gut positionieren. Darüber hinaus spüren insbesondere Unternehmen in den OECD-Ländern, dass mehr und mehr Arbeitnehmer eine Aufgabe mit Sinn suchen und Verbraucher ethisch hergestellte Waren verlangen.

Mittlerweile ist der Transformationsdruck größer denn je. „Nicht verändern geht nicht“, sagt Michael Sinz, der als Director Strategic Business bei Endress+Hauser das globale Geschäft der Firmengruppe mit Schlüsselkunden vorantreibt. Sich auf den langen Weg der Dekarbonisierung zu begeben, bedeutet jedoch, eine Mammutaufgabe mit vielen Unbekannten Schritt für Schritt zu lösen: Fossile Energieträger durch erneuerbare zu ersetzen, zusammen mit grünem Wasserstoff als Energiespeicher und als Rohstoff für die Chemie- und Stahlindustrie; graue Wertschöpfungsketten herunterzufahren und neue grüne aufzubauen. Das alles erfordert Investitionen, Innovationskraft, einen langen Atem sowie schnell umsetzbare Lösungen, um den Übergang in die neue Zukunft klug zu gestalten.

„Wir brauchen Effizienzverbesserungen mehr denn je.“

Mike Berners-Lee

Hochschullehrer und Experte für CO2-Fußabdrücke

Im Zeichen der Nachhaltigkeit

Beim ersten Endress+Hauser Global Forum haben sich aus Anlass des 70. Geburtstages der Firmengruppe über 800 Kunden und Experten in Basel mit der Frage beschäftigt, wie die nachhaltige Transformation der Prozessindustrie gelingen kann. Es zeigte sich: Unternehmen können durch die Einführung umweltfreundlicherer Verfahren und Technologien sowie mehr Energie- und Ressourceneffizienz heute schon einen wertvollen Beitrag im Kampf gegen die globale Erwärmung leisten – und gleichzeitig profitabler arbeiten. Messtechnik hilft dabei, aus den Prozessen die richtigen Erkenntnisse zu gewinnen und nachhaltige Entscheidungen zu treffen.

Langfristige Projekte und schnelle Resultate

Wie der Weg zu Netto-Null genau verlaufen kann, hat die Internationale Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA) vorgerechnet: Stärkste Hebel sind der Einsatz erneuerbarer Energien und die substanzielle Verbesserung der Energieeffizienz. Beides könnte jeweils ein Viertel der bis 2050 einzusparenden Treibhausgase abdecken. Ein knappes Fünftel ließe sich über die Elektrifizierung des Endverbraucher-Sektors einsparen, mehr als ein Zehntel über sauberen Wasserstoff und entsprechende Derivate sowie ein weiteres Fünftel durch das Abscheiden, Nutzen und Speichern von CO2 (Carbon Capture, Use and Storage, CCUS).

Wie viel hier getan wird, vor allem im Stromsektor, zeigt der Rekordzubau an globaler erneuerbarer Kapazität von 300 Gigawatt im Jahr 2022. Gleichwohl müsste jährlich mehr als dreimal so viel neu installiert werden, um das 1,5-Grad-Ziel zu halten, zumal der Energiehunger rund um die Erde kontinuierlich wächst. Außerdem braucht der Aufbau der Wasserstoffindustrie mehr Tempo. Doch das erfordert neue Standorte, die über große Mengen an erneuerbaren Energien verfügen und den kostengünstigen Betrieb von Elektrolyseuren erlauben. Infrastrukturen für Transport und Speicherung des Wasserstoffs und seiner Derivate müssen aufgebaut werden – und alle Elemente zusammen müssen massiv hochskaliert werden.

Während die Energiewende ein Projekt für Generationen ist, lassen sich im Bereich der Energie- und Ressourceneffizienz leichter schnelle Erfolge fürs Klima und damit einhergehend Kostenvorteile erzielen – schließlich sind die Maßnahmen meist in den bestehenden Anlagen umsetzbar. „Wir brauchen Effizienzverbesserungen mehr denn je“, sagt der Hochschullehrer und Nachhaltigkeitsexperte Mike Berners-Lee, der zum Thema CO2-Fußabdruck forscht. Die Umstellung auf erneuerbare Energien alleine reiche nicht aus.

Insbesondere bei der Prozesswärme könnte die Industrie durch energetische Optimierung eine Menge Energie sparen, im Schnitt 15 Prozent. Doch das Gesamtpotenzial ist weitaus höher, wie eine Berechnung aus Deutschland zeigt: Knapp die Hälfte des industriellen Endenergiebedarfs von 2021 wäre mit verfügbaren Energieeffizienz-Technologien vermeidbar gewesen. Das entspricht der Stromproduktion von acht großen Kern- oder Kohlekraftwerken. Fast zwei Drittel dieser Effizienzpotenziale wurden einzig deshalb nicht erschlossen, weil sie sich nicht innerhalb von drei Jahren amortisieren. Über längere Zeit gerechnet wären diese Maßnahmen durchaus wirtschaftlich.

„Der Schutz der Umwelt ist nicht langweilig und teuer, sondern aufregend und profitabel.“

Bertrand Piccard

Solarflug-Rekordhalter und Öko-Pionier

Zirkulare statt linearer Wertschöpfung

Ein weiterer Ansatz, um die Kosten der Transformation zu senken und schneller in Richtung Netto-Null voranzukommen, bietet die Kreislaufwirtschaft. Laut dem Think-Tank Agora, hinter dem unter anderem die European Climate Foundation steht, könnte eine bessere Nutzung von Werkstoffen allein in Europa bis 2030 etwa 70 Millionen Tonnen CO2 einsparen, bis 2050 sogar bis zu 239 Millionen Tonnen. Das entspricht bis zu einem Drittel der nötigen industriellen Emissionsreduktion in der Europäischen Union. Das Recycling von Stahl-, Aluminium- oder Polyethylen-Produkten reduziert je nach Verfahren den Energiebedarf im Vergleich zur heutigen Primärproduktion um einen Faktor zwischen 5 und 12. Mit Blick auf die Zukunft würde eine Kreislaufwirtschaft bei diesen Stoffen auch den Gesamtbedarf an erneuerbarem Strom merklich verringern – und zwar um 400 Terawattstunden jährlich; das entspricht dem Output von 60.000 Windrädern.

„In zehn Jahren werden wir Abfall nicht mehr als Abfall, sondern als Rohstoff sehen.“

Julia Binder

Professorin für nachhaltige Innovation und Unternehmenstransformation

„In zehn Jahren werden wir Abfall nicht mehr als Abfall, sondern als Rohstoff sehen“, ist sich Julia Binder sicher, Professorin für nachhaltige Innovation und Unternehmenstransformation an der privaten Wirtschaftshochschule IMD im schweizerischen Lausanne. Das mache auch Lieferketten stabiler und wirke der zunehmenden Rohstoffknappheit entgegen. Dazu kommt: Eine Kreislaufwirtschaft lässt Kunden, Lieferanten, Unternehmen und Forschung enger zusammenrücken, weil gangbare Lösungen nur gemeinsam entwickelt werden können. „Führungskräfte bevorzugen heute Kooperation und Transparenz gegenüber dem Wettbewerb und betrachten die Dekarbonisierung zunehmend als eine Win-Win-Lösung, die nicht zwangsläufig mit zusätzlichen Kosten verbunden ist“, urteilt das World Economic Forum.

Energiewende, Energie- und Ressourceneffizienz sowie Kreislaufwirtschaft als Kernelemente eines nachhaltigen Wirtschaftsmodells versprechen darüber hinaus stärkere Unabhängigkeit von globalen Erschütterungen und damit langfristige Wettbewerbsfähigkeit. „Wir werden in den kommenden Jahren einen kompletten Wandel der Wirtschaft erleben“, ist etwa Gauri Singh überzeugt, die stellvertretende Generaldirektorin der IRENA. „Energieeffizienz in Verbindung mit Erneuerbaren macht Länder unabhängiger von Importen und entkoppelt Volkswirtschaften von volatilen internationalen Ölpreisen.“

Vom Nachteil zum Vorteil

Damit die grüne Wende wirklich gelingt, braucht es allerdings auch den richtigen politischen und wirtschaftspolitischen Rahmen. Immer wieder als ideales Instrument wird ein weltweit einheitlicher Mindestpreis für CO2 diskutiert, um entsprechende Anreize für Akteure zu setzen und die klimapolitischen Anstrengungen zu koordinieren. Welche Hebelwirkung ein solcher Schritt haben könnte, zeigt der Blick nach Europa: Diejenigen Sektoren der europäischen Wirtschaft, die mit CO2-Zertifikaten handeln, haben ihre Emissionen in den letzten Jahren deutlich stärker reduziert als andere Bereiche. Doch auch Subventionen der öffentlichen Hand sind nötig, um Schlüsseltechnologien wie Wasserstoff zum Durchbruch zu verhelfen, sei es, um neue Verfahren zur Marktreife zu bringen oder grundlegende Infrastrukturen aufzubauen. Schließlich muss sichergestellt werden, dass erneuerbare Energien so schnell wie möglich in den benötigten riesigen Mengen günstig zur Verfügung stehen und so auch grüner Wasserstoff wettbewerbsfähig wird.

Unabhängig von der Politik erkennen immer mehr Unternehmen Nachhaltigkeit als Chance für ihr eigenes Geschäft. Damit scheint sich die Vision des Öko-Pioniers Bertrand Piccard zu verwirklichen, der 2016 die Erde in einem Solarflugzeug umrundet hat – nur mit der Kraft der Sonne, ohne fossile Energien. Er sieht das Übereinkommen von Paris auch als „Startschuss für eine Revolution der sauberen Technologien“. Nach seinem Rekordflug rief er eine Allianz ins Leben, um 1.000 rentable Lösungen für den Umwelt- und Klimaschutz zu fördern. „Bisher denken wir, es zerstört die wirtschaftliche Entwicklung, wenn wir die Umwelt schützen. Ich wollte zeigen, dass es ein ökonomischer Vorteil ist, die Umwelt zu schützen, energieeffizient zu sein“, sagt der Gründer. Inzwischen sind es bereits über 1.500 Lösungen – „Geräte, Materialien, Prozesse oder Systeme, die den Menschen und dem Planeten nutzen“. Piccard ist überzeugt: „Wenn wir die Ökologie in den Mittelpunkt der ökonomischen Entwicklung stellen, werden wir viel erfolgreicher sein!“

Starke Stimmen

Renommierte Rednerinnen und Redner beschäftigten sich auf dem Endress+Hauser Global Forum mit Lösungen für eine nachhaltige Zukunft. Mike Berners-Lee, Experte für CO₂-Fußabdrücke, sprach darüber, was notwendig ist, um das Überleben der Menschheit zu sichern. Gauri Singh von der Internationalen Agentur für Erneuerbare Energien widmete sich der nachhaltigen Energieversorgung. Wissenschaftlerin Julia Binder ging auf Ansätze für eine Kreislaufwirtschaft ein. Der Solarflug-Pionier Bertrand Piccard stellte Ressourcen- und Energieeffizienz in den Mittelpunkt.

Mehr in den Video-Interviews auf changes.endress.com.

Die Zukunft der Prozessindustrie steht unter dem Zeichen der Klimaneutralität. Die Herausforderungen auf dem Weg dorthin sind groß. Doch wer sie meistert, wird mit qualitativem Wachstum belohnt. 14 Min. Nachhaltigkeit als Chance

Nachhaltigkeit Energiewende Branchenkompetenz Ausbildung

Riding the waves to success

llang — Mon, 28 Aug 2023 07:04:35 +0000

Riding the waves to success mjitaru Di., 29.08.2023 - 15:40

Technologie+Innovation

Die Erfolgswelle

Wenn der Füllstand in Behältern zuverlässig bestimmt werden soll, kommt häufig Radarmesstechnik zum Einsatz. Endress+Hauser führte das Messprinzip 1993 ein und entwickelt die darauf basierenden Geräte seither beständig weiter. Ein Blick auf einen echten Allrounder.

Text: Richard Backhaus

Grafik: Teresa Bungert

Die Anforderungen beim Messen von Füllständen sind so hoch wie vielfältig. Ob Pasten, Schüttgüter oder Flüssigkeiten – bei allen Medien ist das präzise Bestimmen der Füllmenge Grundlage für einen wirtschaftlichen und sicheren Betrieb. Geräte mit Radarmesstechnik nutzen dazu das sogenannte Laufzeit-Messverfahren. Dabei sendet das System kontinuierlich Radarwellen aus, die vom Füllgut reflektiert und von einem Sensor wieder empfangen werden. Aus der Laufzeit der Signale lässt sich die Distanz zwischen Sensor und Medienoberfläche bestimmen. Zusammen mit den bekannten Behältermaßen ergibt sich daraus der Füllstand.

Wie genau die Radarimpulse ausgesendet werden, hängt von den Einsatzbedingungen ab. Fließen sie entlang eines Stabs zum Medium, sorgt das für eine hohe Zuverlässigkeit unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit des Mediums. Geräte mit frei abstrahlenden Radarwellen sind häufig die erste Wahl, da sich durch die kontaktlose Messung gerade in kritischen Anwendungen der Wartungsaufwand reduzieren lässt – zum Beispiel in der Chemie-, Öl- und Gas-Industrie oder im Pharma- und Lebensmittelbereich.

Technik mit langer Geschichte

Endress+Hauser nutzt das Radar-Messprinzip seit 1993. Andreas Möller leitet das Produktmanagement für Füllstandsmessgeräte und erinnert sich: „Unser erstes Radar-Füllstandsmessgerät war deutlich größer als heutige Systeme, sodass es auf kleinen Behältern praktisch nicht montiert werden konnte. Wegen des hohen Energiebedarfs war es außerdem immer notwendig, die Geräte mit einer zusätzlichen Stromversorgung zu betreiben.“ Heutige Instrumente sind sehr kompakt und können auch auf kleinsten Behältern montiert werden. Für mobile Einsätze hat Endress+Hauser Geräte mit Batteriebetrieb und drahtloser Datenübertragung entwickelt.

Je spezifischer die Anforderungen wurden, desto genauer passten die Ingenieure im Laufe der Zeit die Funktionen an. Ein Beispiel sind Geräte, die nicht wie die ersten Modelle mit 6 Gigahertz arbeiten, sondern mit Frequenzen von 26 oder 80 Gigahertz. Sie eignen sich für Medien, deren Füllstände mit anderen Verfahren nur schwer zu erfassen sind – etwa Flüssigkeiten mit niedriger relativer Dielektrizitätskonstante (DK-Wert) oder Flüssigkeiten
in Reaktoren, deren Stoffeigenschaften, zum Beispiel die Dichte, sich im Laufe der Reaktion verändern.

„Die Radarmesstechnik hat sich in den vergangenen Jahrzehnten zur vielseitigsten Lösung entwickelt. Sie liefert selbst unter extremen Bedingungen wie Temperaturen von minus 196 bis plus 450 Grad Celsius oder Drücken bis 160 bar zuverlässige und genaue Werte“, sagt Philipp Walser, Portfolio Manager Füllstand bei Endress+Hauser.

Digitale Evolution

Zur Entwicklung gehört auch, dass Kunden die Geräte immer einfacher bedienen können. Die neueste Generation des Micropilot ist über einen eingebauten Assistenten in kurzer Zeit betriebsbereit. „Dank einer Bluetooth-Schnittstelle können Kunden mit unserer SmartBlue-App bequem aus der Ferne auf die Systeme zugreifen. So lassen sich die Geräte auch in gefährlichen Prozessen mit ausreichend Sicherheitsabstand einstellen und überwachen“, erklärt Andreas Möller. Kommunikationsprotokolle und -technologien nach aktuellen Industriestandards wie Ethernet APL erleichtern zudem die Integration.

Mit Blick in die Zukunft sagt Philipp Walser: „Mit Innovationen wie der neuen Micropilot-Generation haben wir die Radar-Füllstandsmesstechnik noch einmal verbessert. So breit aufgestellt und mit weiteren Innovationen in der Zukunft wird sie in der Prozessautomatisierung gefragt bleiben.“

Varianten

Radarmessgeräte messen je nach Anforderung berührungslos oder ermitteln den Füllstand entlang einer Sonde.

Laufzeitmessung

Radarimpulse werden elektromagnetisch erzeugt und von der Medienoberfläche reflektiert. Aus der Laufzeit der Signale lässt sich die Distanz zwischen Sensor und Medienoberfläche bestimmen. Mit den bekannten Behältermaßen ergibt sich daraus der Füllstand.

Die richtige Frequenz

Modelle mit 80 GHz sind universell einsetzbar. Durch den kleinen Abstrahlwinkel eignen sie sich auch für schmale Behälter oder für solche mit Einbauten wie Rührwerken, Strombrechern oder Heizelementen. In bestimmten Anwendungen, etwa mit langen Standrohren, werden weiterhin Geräte mit 6 oder
26 GHz benötigt.

Für alle Fälle

Radargeräte eignen sich für herausfordernde Prozessbedingungen wie aggressive Medien oder extreme Temperaturen, aber auch für einfachste Anwendungen. Zusätzlich können die Geräte den Betrieb sichern, indem sie ungewollte Schaum- oder Ansatzbildung detektieren.

Innovation Branchenkompetenz #009fe3 #FFF

A solid bond

smanetsch — Tue, 25 Jul 2023 06:17:17 +0000

Eine gute Verbindung smanetsch Di., 25.07.2023 - 08:43

Kunden+Märkte

Eine gute Verbindung

Die Raffinerie Heide und Endress+Hauser sind schon seit über 20 Jahren Partner. Beide verbindet der Wille, sich ständig weiterzuentwickeln und selbst für die kniffligsten Prozesse immer bessere Lösungen zu finden.

Text: Christine Böhringer

Fotografie: Heide Raffinerie, Endress+Hauser

PARTNERSCHAFT

Wer in Hamburg in ein Flugzeug steigt, kann sich fast sicher sein, dass es mit Kerosin der Raffinerie Heide abhebt: Nicht weit entfernt in Hemmingstedt an der Nordsee produziert das Unternehmen jährlich für ganz Norddeutschland aus vier Millionen Tonnen Rohöl viele Treibstoffe und petrochemische Produkte. Obwohl mehr als 80 Jahre alt, ist der Standort heute eine der modernsten und flexibelsten Raffinerien Deutschlands. „Wir investieren immer wieder stark in Anlagen und Verfahren, um uns Neuerungen anzupassen, zudem optimieren wir kontinuierlich unsere Prozesse“, erklärt der technische Gesamtleiter Klaus Behrens.

Eine wesentliche Weiche für die Zukunft wurde dabei im Jahr 2000 gestellt: Damals wurde der Standort komplett modernisiert und ein neuer Hydrocracker errichtet. Dieser Cracker ist das Herzstück der Raffinerie. In ihm wird mit Hilfe von Wasserstoff und Katalysatoren unter Drücken bis 200 Bar und Temperaturen bis 430 Grad Celsius das Rohöl in Vorprodukte für Treibstoffe umgewandelt. Im Vergleich zu anderen europäischen Raffinerien wird in Hemmingstedt mit diesem Verfahren eine besonders hohe Produktausbeute erzielt.

Dass dem so ist, liegt mit an Endress+Hauser. „Bei der Modernisierung haben wir mehrere tausend Messstellen ausgerüstet, vor allem für Durchfluss, Druck und Füllstand“, sagt Torsten Hoppe, der als technischer Vertriebsmitarbeiter die Raffinerie betreut. 2010 kam das Unternehmen auch mit Multipoint-Thermometern beim Cracker ins Spiel. „Bei seinem Bau war Endress+Hauser noch neu im Temperaturgeschäft“, sagt Sönke Lahann, Mess-, Steuerungs- und Regelungstechniker für den Hydrocracker. „Daher haben wir das Unternehmen erst später ins Boot geholt. Mit ausschlaggebend dafür war, dass Endress+Hauser auch in unserer Region Support bietet.“

DOPPELT GESCHÜTZTE SENSOREN

Multipoints erfassen mit einzeln in Kabelsonden eingebrachten Thermoelementen die Temperaturen in den Reaktorbetten des Hydrocrackers dreidimensional. Damit lässt sich der Prozess überwachen und optimal steuern. Doch ein Jahr nach dem Einbau gab es ein Problem: Prozessgas war in die Diagnosekammer eines der Systeme gedrungen. „Wir waren schnell vor Ort“, erinnert sich Peter Prokesch, Bereichsleiter Marketing Technik bei Endress+Hauser.

Gemeinsam wurde eine Sofortlösung gefunden. Aber dabei blieb es nicht. „Danach haben wir mit der Raffinerie ein anderes Sensordesign entwickelt und beim nächsten geplanten Stillstand des Hydrocrackers die neuen Systeme eingebaut“, sagt Peter Prokesch. Die enge Zusammenarbeit auf diesem Gebiet hält bis heute an: Nach einem Feldtest über zweieinhalb Jahre nutzt die Raffinerie Heide seit kurzem die innovative iTherm ProfileSens-Technologie. „Sie ermöglicht es, in einer Kabelsonde mehrere Thermoelemente zu kombinieren und bietet zudem eine zweite Schutzschicht für die Elemente“, erklärt Produktmanager Pietro Miceli. Dadurch gibt es mehr Platz für den Katalysator in den Reaktoren und vor allem steigt die Zuverlässigkeit der Sensoren.

Weshalb die Raffinerie diesen Weg mit Endress+Hauser gegangen ist? „Wir haben das gemeinsam weiterverfolgt, weil Endress+Hauser sehr interessiert war, die Dinge anzupacken und Lösungen zu finden“, erklärt Sönke Lahann. „Gerade die Messungen im Hydrocracker sind nicht einfach. Es herrschen dort schwierige Prozessbedingungen.“ Außerdem sind die Partner auch in den anderen Bereichen ein eingespieltes Team. „Endress+Hauser kümmert sich, wir sind immer eng im Austausch“, sagt der für Tanklager und Verladung verantwortliche Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik-Ingenieur Steffen Raabe. „Wenn es eine neue oder generelle Fragestellung gibt, erkundigen wir uns, ob eine Lösung angeboten oder zusammen erarbeitet werden kann.“ Umgekehrt treten die Vertriebsleute, die den Standort sehr gut kennen, mit Weiterentwicklungen an die Raffinerie heran. „Wir erreichen die Ziele gemeinsam“, sagt Steffen Raabe.

Herzstück des Standortes ist ein hochmoderner Hydrocracker.

Um den Prozess im Hydrocracker besser zu fahren, haben Endress+Hauser und die Raffinerie die Multipoint-Thermometer gemeinsam weiterentwickelt. Für den Einbau wurden geplante Stillstände genutzt.

DIE RICHTIGEN EIGENSCHAFTEN

Für Klaus Behrens sind Partnerschaften wie die mit Endress+Hauser bei der erfolgreichen Zukunftsgestaltung der Raffinerie mitentscheidend. „Da unsere Anlagen jahrelang ohne Unterbrechung laufen, ist uns bei der Technik Qualität, Langlebigkeit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit wichtig. Doch es muss auch menschlich stimmen und wir erwarten von unseren Lieferanten, dass sie uns kompetent beraten – hinsichtlich dessen, was momentan machbar, aber auch künftig mit Innovationen möglich ist“, sagt er.

Gerade treiben die großen Themen Digitalisierung und Energiewende die Verantwortlichen der Raffinerie um. „Zur weiteren Automatisierung möchten wir verstärkt Daten aus dem Feld nutzen. Um auch weit verteilte Anlagenbereiche zu erschließen, verwenden wir zur Übertragung aus der Bestandsinstallation insbesondere Feldmultiplexer oder Technologien wie Wireless-HART“, sagt Steffen Raabe. Zudem beteiligt sich der Standort an dem vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekt Westküste 100 zur Umsetzung einer regionalen Wasserstoffwirtschaft: Auf dem Raffineriegelände soll künftig ein 30-Megawatt-Elektrolyseur mit Strom aus erneuerbaren Energien grünen Wasserstoff produzieren. Dieser geht unmittelbar in den Hydrocracker und soll so das Herz der Raffinerie ein Stück weit dekarbonisieren. „Auch hier kennt Endress+Hauser unsere Bedürfnisse genau und kann uns vor Ort optimal unterstützen“, ist Steffen Raabe überzeugt.

Kundenbeziehung Branchenkompetenz Energiewende

Simulate, then build

smanetsch — Wed, 25 Jan 2023 12:36:08 +0000

Erst simulieren, dann bauen smanetsch Mi., 25.01.2023 - 13:51

Menschen+Kultur

Erst simulieren, dann bauen

Nahezu jedes Gerät von Endress+Hauser wird heute mithilfe computergestützter Simulation entwickelt. Das führt nicht nur zu überragenden Produkteigenschaften, es hebt auch Innovationsprozesse auf eine neue Stufe.

Text: Kirsten Wörnle

Fotografie: Andreas Zimmermann

ENTWICKLUNG

Es ist ein typischer Anwendungsfall aus Wasserwerken oder der Lebensmittelproduktion: An einem bestimmten Punkt der Anlage soll ein Durchfluss gemessen werden, aber kurz davor oder dahinter krümmt sich das Rohr. Die Flüssigkeit bekommt Drall, verwirbelt – sie fließt nicht so ruhig durchs Messgerät, wie es der Sensor verlangt. Das Messergebnis ist verzerrt.

Lange Zeit mussten Anlagenbetreiber bei einer solchen gestörten Strömung entweder die empfohlenen Ein- und Auslaufstrecken einhalten oder ein Messgerät mit eingeschnürtem Messrohr einsetzen. Seit 2020 gibt es von Endress+Hauser ein Gerät, das unabhängig von den Einlaufbedingungen genau misst: Der Promag W mit der Option 0 × DN Full Bore ist das weltweit erste magnetisch-induktive Durchflussmessgerät, das immer korrekte Messwerte liefert – egal, wie das Strömungsprofil aussieht. Entwickelt wurde es mithilfe numerischer Simulation.

TAUSENDE VIRTUELLE PROTOTYPEN

Numerische Simulation heißt, ein zahlengestütztes Abbild eines Messgeräts im Computer aufzubauen und dann unter verschiedensten Parametern durchzutesten. „Wir stoßen mit dieser Methode heute in der Produktentwicklung in Innovationsbereiche vor, die früher undenkbar schienen und auf konventionellen Wegen nicht mehr erreichbar sind“, sagt Dr. Wolfgang Drahm, der ein 20-köpfiges Team von Vor- und Grundlagenentwicklern bei Endress+Hauser Flow leitet. Dabei bildet das Computermodell jeweils nur die spezifische Fragestellung ab, nie das Gerät an sich: „Eine Strömungssimulation benötigt ein anderes Modell, als wenn man die Schwingungseigenschaften oder die magnetischen Eigenschaften eines Durchflussmessgeräts berechnet“, erklärt Wolfgang Drahm.

Steht das Modell, kann man unzählige Designs und Störungseinflüsse simulieren: Wie wirken sich verschiedene Durchmesser eines Rohres auf die Strömung aus? Wie die Nenndruckstufe, die Viskosität des Mediums oder Störfaktoren wie ein 90-Grad-Rohrbogen direkt vor dem Gerät? „Noch bevor ein Gerät physisch geboren ist, wissen wir, wie es sich verhalten wird“, sagt Dr. Vivek Kumar, der als Principal Expert das Thema Simulation bei Endress+Hauser Flow vorantreibt. Die Fülle an Parametern in der Prozessindustrie wäre mit Papier, Bleistift und Gleichungen heutzutage gar nicht mehr zu erfassen.

Stattdessen rechnen Computer tausende virtuelle Prototypen durch, bevor der erste physische gebaut wird. „Wir können mit Simulationen das Design von Geräten so weit vorantreiben, dass sie zunehmend robust gegen Störungen sind“, erläutert der Strömungsmechaniker. So, wie beim Promag W ohne Ein- und Auslaufstrecken: „Niemand konnte sich vorstellen, dass solch ein Gerät möglich ist“, ergänzt Wolfgang Drahm. Tatsächlich habe die Lösung in einem ganz engen Fenster gelegen: „Mit dem Computer, der alles nach den Ideen und Vorgaben des Entwicklungsteams durchgetestet hat, konnte dieses einzigartige Design gefunden werden.“

SIMULATION IN DER GERÄTEENTWICKLUNG

Endress+Hauser hat die Simulationstechniken entlang der gesamten Entwicklungskette verankert. Auch die Frühentwicklung profitiert von simulationsgestützten Grundsatzentscheidungen. Entwickler müssen in diesem Fall keine Fachexperten mehr heranziehen. Endress+Hauser fördert diese „Demokratisierung des digitalen Engineerings“ standortübergreifend mit Schulungen, einer Wissens-Community und entsprechender Infrastruktur.

DER MENSCH INSTRUIERT DIE MASCHINE

Möglich werden solche virtuellen Entwicklungen durch immer mehr Rechenleistung, immer benutzerfreundlichere Software – und Surrogatmodelle: Diese „Ersatzmodelle“ potenzieren die numerische Simulation mithilfe von mathematischen Korrelationen und maschinellem Lernen. „Wo wir in der Strömungsmechanik mit numerischer Simulation über das Wochenende mehrere hundert Simulationen fahren können, optimieren wir mit Surrogatmodellen heute sogar tausende Designs automatisch.“

„Viele unserer Innovationen wären ohne die enge Symbiose zwischen Simulation und Experiment nicht möglich gewesen“, betont Dr. Alfred Rieder, der bei Endress+Hauser Flow eine Einheit für die Grundlagenentwicklung von Coriolis-Messgeräten leitet. Dabei gebe Simulation den Entwicklungsingenieuren wieder Raum für ihre eigentliche Tätigkeit. „Wir können uns ganz den physikalischen Fragen widmen, während der Computer die Szenarien durchrechnet“, so der Experte. Genau hier wird der Faktor Mensch wirklich gebraucht: „Dass Computer simulieren, ist nicht schwer. Das Schwierige ist, dem Computer beizubringen, was ein gutes Gerät ist.“ Nur wenn der Mensch genau versteht und vorgibt, worauf es ankommt, kann die Maschine richtig arbeiten.

Durchfluss Branchenkompetenz Digitalisierung

Eindeutige Signale

ldroske — Wed, 14 Dec 2022 14:02:21 +0000

Eindeutige Signale ldroske Mi., 14.12.2022 - 15:02

Technologie+Innovation

Eindeutige Signale

Feldgeräte mit Heartbeat Technology haben ein Gespür dafür, was los ist: Sie verwenden Sensordaten abseits des eigentlichen Messwertes intelligent für Funktionen, die tiefe Einblicke ins Gerät und den Prozess geben. Der Nutzen ist groß – selbst vorausschauende Wartung wird möglich.

Text: Christine Böhringer

Fotografie: Christoph Fein

Grafik: 3st

Smarte Sensoren

Steht eine Produktionsanlage still, kostet das bares Geld. Ruht die Arbeit ungeplant, wird es besonders teuer: Einer Studie des KI-Spezialisten Senseye zufolge gehen großen Industriebetrieben so im Schnitt 323 Produktionsstunden im Jahr verloren; die Verluste durch Anlagenstillstände summieren sich damit pro Werk durchschnittlich auf über 170 Millionen Dollar. Kein Wunder, dass drei von vier Unternehmen die vorausschauende Wartung zum strategischen Ziel erklärt haben.

Doch wie können die Betreiber einer Anlage frühzeitig wissen, dass in ihrem Prozess etwas nicht sauber läuft oder mit einer Komponente nicht alles in Ordnung ist? „Dafür haben wir bei Endress+Hauser Heartbeat Technology entwickelt“, erklärt Daniel Persson, Process & Portfolio Manager Innovation. Sie ist in zahlreiche Geräte zur Messung von Durchfluss, Füllstand, Druck und Temperatur sowie für die Flüssigkeits- und Gasanalyse integriert. „Mit Heartbeat Technology überwachen sich Feldgeräte selbst und registrieren Veränderungen im Prozess. So können Anomalien zuverlässig erkannt und rechtzeitig Maßnahmen ergriffen werden“, sagt Daniel Persson. Die Grundlage von Heartbeat Technology sind Signale, die Feldgeräte abseits des primären Messwertes erfassen. „Wir nutzen diese Signale für verschiedene Funktionen, die direkt ins Gerät integriert sind und Anlagenbetreibern einen praktischen Mehrwert verschaffen“, sagt Daniel Persson. Gemein ist allen Funktionen, dass sie mit ihren Informationen detaillierte Einblicke in das Gerät oder den Prozess bieten und so helfen, die Anlagenverfügbarkeit zu erhöhen und die Betriebskosten zu senken. Mit der Funktion Heartbeat Diagnostics etwa prüfen sich die Geräte im Hintergrund laufend selbst und melden ihren Zustand. Bei Gerätefehlern oder gestörten Prozessbedingungen geben sie klare Hinweise, was gerade geschieht und was als nächstes zu tun ist. Mit Heartbeat Verification lässt sich jederzeit auf Knopfdruck die Funktionsfähigkeit des Gerätes verifizieren, ohne den Prozess zu unterbrechen. Dabei wird unter anderem automatisch getestet, ob Gerätekomponenten noch die ursprünglichen Referenzwerte aufweisen. Darüber hinaus wird nach systematischen Fehlern gesucht, die die Geräte- oder Prozessleistung beeinträchtigen könnten. Das Konzept ist gemäß ISO 9001 rückverfolgbar und wurde von einer externen Stelle zertifiziert. „Die Selbstdiagnose und die Verifikation erhöhen die Prozessleistung und können helfen, Kalibrier- und Prüfzyklen zu optimieren“, so Daniel Persson.

Die Grundlage von Heartbeat Technology sind Signale, die Feldgeräte abseits des primären Messwertes erfassen. „Wir nutzen diese Signale für verschiedene Funktionen, die direkt ins Gerät integriert sind und Anlagenbetreibern einen praktischen Mehrwert verschaffen“, sagt Daniel Persson. Gemein ist allen Funktionen, dass sie mit ihren Informationen detaillierte Einblicke in das Gerät oder den Prozess bieten und so helfen, die Anlagenverfügbarkeit zu erhöhen und die Betriebskosten zu senken. Mit der Funktion Heartbeat Diagnostics etwa prüfen sich die Geräte im Hintergrund laufend selbst und melden ihren Zustand. Bei Gerätefehlern oder gestörten Prozessbedingungen geben sie klare Hinweise, was gerade geschieht und was als nächstes zu tun ist.

Mit Heartbeat Verification lässt sich jederzeit auf Knopfdruck die Funktionsfähigkeit des Gerätes verifizieren, ohne den Prozess zu unterbrechen. Dabei wird unter anderem automatisch getestet, ob Gerätekomponenten noch die ursprünglichen Referenzwerte aufweisen. Darüber hinaus wird nach systematischen Fehlern gesucht, die die Geräte- oder Prozessleistung beeinträchtigen könnten. Das Konzept ist gemäß ISO 9001 rückverfolgbar und wurde von einer externen Stelle zertifiziert. „Die Selbstdiagnose und die Verifikation erhöhen die Prozessleistung und können helfen, Kalibrier- und Prüfzyklen zu optimieren“, so Daniel Persson.

Smarte Messtechnik nutzt Sensorsignale für neue Diagnose-, Prüf- und Überwachungsfunktionen.

Anlagenbetreiber bekommen so tiefe Einblicke in das Gerät und den Prozess – und können damit die Produktivität erhöhen.

Das verraten Sensordaten

Coriolis-Durchflussmessgeräte erkennen am Schwingungsverhalten des Messrohres, ob Korrosion vorliegt.

Deltabar-Drucktransmitter stellen mithilfe des Sensorrauschens fest, ob Impulsleitungen verstopft sind.

Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte analysieren die elektrische Leitfähigkeit innerhalb des Messrohres und können so Belagsbildung detektieren.

Radar-Füllstandsmessgeräte ermitteln anhand der Echo-Amplitude, ob und wie viel Schaum sich in einem Tank gebildet hat.

Radiometrische Füllstandsmessgeräte berechnen aufgrund der Aktivität der Strahlenquelle deren optimalen Austauschzeitpunkt.

Analyse-Messumformer berechnen Leistungskennzahlen, mit deren Hilfe Betreiber die Verfügbarkeit der Messstelle erhöhen und die Wartung ihrer Anlage optimieren können.

Prozesstrends auf der Spur

Doch aus Sensorsignalen lässt sich noch weitaus mehr lesen – etwa, ob sich anspruchsvolle Prozessbedingungen negativ auf das Gerät auswirken. „Typische Beispiele sind Korrosion oder Abrasion von Sensorteilen, das Auftreten von Schaum in einem Tank oder auch Belagsbildung auf der Sensoroberfläche. Die Funktion Heartbeat Monitoring erkennt diese Einflüsse und übersetzt sie in verständliche Informationen zum Gerät und Prozess“, erklärt Daniel Persson. Beobachten Anlagenbetreiber diese Parameter über die Zeit, können sie unerwünschte Veränderungen zuverlässig und schnell erkennen. Die meisten Funktionen von Heartbeat Technology sind direkt am Gerät abrufbar. Das volle Potenzial erschließt sich, wenn Anlagenbetreiber sie in ihre Infrastruktur integrieren und oder sie an die Cloud anbinden: Prozesse können so verbessert, Wartungen rechtzeitig geplant werden.

Digitalisierung Innovation Branchenkompetenz

Aus der Praxis, für die Praxis

ldroske — Fri, 14 Oct 2022 14:04:57 +0000

Aus der Praxis, für die Praxis ldroske Fr., 14.10.2022 - 16:04

Technologie+Innovation

Aus der Praxis, für die Praxis

Dank des Erfindergeists von Raoul Merklen können Flansche in kürzester Zeit repariert werden.

Flansche sind das Verbindungsstück zwischen Messgerät und Prozess. Eine Beschädigung der Kontaktfläche kann dazu führen, dass diese Verbindung undicht wird. Schon bei einer kleinen Verletzung muss der Flansch daher ersetzt werden. Die Elektronik muss entfernt, der Flansch abgetrennt, die Schweißnaht ausgeschliffen und das Gerät neu kalibriert werden. Arbeitszeit: gut und gerne sechs Stunden. Muss ein Sonderflansch nachbestellt werden, vergehen Tage. Außer man hat Raoul Merklen im Team. Der Mechaniker bei Endress+Hauser Flow repariert Flansche in 15 Minuten. Sein Geheimnis: Er trennt den Anschluss nicht vom Messgerät ab, sondern operiert am „offenen Herzen“. Er poliert mit einem Feinschleifwerkzeug lediglich die Kerbe(n) heraus (oder schweißt sie bei gröberen Verletzungen zu). Zwar geht bei diesem Arbeitsschritt die erwähnte Schraffur auf der Kontaktfläche verloren, was den Flansch unbrauchbar macht. Doch Raoul Merklen hat ein Werkzeug entwickelt, das ihm erlaubt, die feinen Rillen auf der Kontaktfläche wieder akkurat im Radius nachzuziehen. Dank seines Spezialwerkzeugs, das an einen Zirkel erinnert, sieht der Flansch am Ende aus wie neu. „In Cernay konnte ich auf diese Weise sechs Titangeräte retten, die je 25.000 Euro kosten“, sagt der Elsässer stolz. „Ohne die Reparatur hätte der Kunde acht Monate auf Ersatz warten müssen.“

Viel Erfahrung

Raoul Merklen ist seit 30 Jahren bei Endress+Hauser Flow. Er hat als Logistiker, Monteur, Mechaniker und Schweißer gearbeitet. Seine Erfahrung ist Gold wert: Heute ist er Polierexperte und bedient den neuen Polierroboter, der Durchflussmessgeräten den letzten Schliff gibt. Die Maschine macht keine Fehler. Doch bis ein Gerät produziert, kalibriert, verpackt und beim Kunden eingebaut ist, geht es durch viele Hände. Eine Unachtsamkeit, ein Anstoßen genügt, und der Schaden ist passiert. Regelmäßig landen beschädigte Flansche auf seinem Arbeitstisch, sei es aus der Produktion oder vom Kunden. Im Notfall rückt er auch mal mit seinem Spezialwerkzeug aus, um vor Ort Hilfe zu leisten. „Wenn ich ein Gerät retten kann, ist es für mich ein guter Tag“, sagt er. „Egal wo der Schaden entstanden ist – wir stehen für höchste Qualität, und jeder Kunde hat Anspruch auf ein makelloses Gerät.“ Dank seiner Erfindung, die er mit Rainer Lorenz und Gebhard Gschwend vom Werkzeugbau umgesetzt hat, konnte er schon vielen Kunden aus der Patsche helfen – und hat verdientermaßen den Process Innovation Award 2021 gewonnen.

Dank des Erfindergeists von Raoul Merklen können Flansche in kürzester Zeit repariert werden. 6 Min. Aus der Praxis, für die Praxis

Unternehmenskultur Innovation Branchenkompetenz