Aus einem Artikel von McKinsey geht hervor, dass bis zu vier Fünftel der lebenslangen Emissionen eines Produkts in der Entwurfsphase festgelegt werden. Eine weitere Analyse ergab, dass zwar 5 % oder weniger der Gesamtkosten eines Produkts auf Forschung und Entwicklung (F&E) entfallen, diese jedoch einen tiefgreifenden Einfluss auf den Ressourcenfußabdruck des Produkts von bis zu 80 % haben. Nachhaltiges Produktdesign in Verbindung mit Erkenntnissen aus der Fertigung bietet eine effiziente Methode zur Messung, Reduzierung und Berichterstattung über den CO2-Fußabdruck eines Produkts.

In diesem Artikel werden die Auswirkungen des Produktdesigns auf die Kosten und den CO2-Fußabdruck dargelegt. Wir werden betonen, wie wichtig es ist, Faktoren zu berücksichtigen, die über die eigentliche Produktfunktion hinausgehen, um ein nachhaltigeres Produktdesign zu gewährleisten, einschließlich des End-of-Life.

Was ist nachhaltiges Produktdesign?

Es gibt viele Definitionen von „nachhaltiger Produktion“. Die US-Umweltschutzbehörde (EPA) definiert sie beispielsweise als „die strategische Methode, Produkte mit wirtschaftlichen Mitteln und unter Verwendung von Komponenten herzustellen, die Abfälle minimieren und negative Umweltauswirkungen reduzieren“. Für die Zwecke dieses Artikels sind wir der Meinung, dass nachhaltiges Produktdesign durch den Einsatz automatisierter geometriegesteuerter Analysen von 3D-CAD-Daten zur Erstellung von Produkten und zur Bewertung ihrer CO2-Bilanz viel zugänglicher und wirkungsvoller gemacht werden kann.

Nachhaltiges Produktdesign und nachhaltige Fertigung können eine wichtige Rolle bei der Förderung einer nachhaltigeren Entwicklung spielen. Laut der Weltkommission für Umwelt und Entwicklung besteht das ultimative Ziel darin, „die Bedürfnisse der heutigen Generation zu befriedigen, ohne die Möglichkeiten künftiger Generationen zu gefährden, ihre Bedürfnisse zu befriedigen“.

Die gute Nachricht ist, dass immer mehr Unternehmen erkennen, dass Nachhaltigkeit nicht nur wichtig ist, sondern auch für ihr Wachstum und ihre Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt von Vorteil sein kann. Laut der KPMG-Studie 2020 zur Nachhaltigkeitsberichterstattung beziehen 80 % der weltweit führenden Unternehmen inzwischen Nachhaltigkeitsinitiativen in ihre Tätigkeiten und Ziele ein.

Dieser Aufschwung ist für das weltweite Ökosystem von entscheidender Bedeutung. Kürzlich gab die Weltorganisation für Meteorologie eine Pressemitteilung heraus, in der sie erklärte, dass die atmosphärischen Werte der drei wichtigsten Treibhausgase (THG) – Kohlendioxid, Methan und Distickstoffoxid – im Jahr 2021 neue Höchstwerte erreicht haben. Dies bedeutet einen noch dringenderen Aufruf zur Dekarbonisierung unserer Betriebe und erfordert einen noch rigoroseren Vorstoß, um sicherzustellen, dass die Hersteller über Lösungen zur Reduzierung der Treibhausgase verfügen, um den sich beschleunigenden Klimawandel weiter einzudämmen. Eine Lösung zur Berechnung der CO₂-Äquivalent-Emissionen in der Produktion ist für dieses Ziel von entscheidender Bedeutung. CO₂-Äquivalent (CO₂e) ist die Anzahl der metrischen Tonnen CO₂-Emissionen mit dem gleichen Treibhauspotenzial wie eine metrische Tonne eines anderen Treibhausgases.

Transparenter werden, aber einen kleineren Fußabdruck hinterlassen

Welche Fähigkeiten und Funktionen sollte eine Lösung zur Produktnachhaltigkeit bieten? Kurz gesagt, mehrere, die es den Herstellern ermöglichen, ihre Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. Hier sind sechs Kennzahlen, die die Nachhaltigkeit fördern können:

• Nachhaltige Modellierung: Sie basiert auf dem Prinzip der Schaffung eines nachhaltigen Wertangebots für Kunden und Stakeholder. Sie beeinträchtigt weder die Umwelt noch die Wirtschaft oder die Gesellschaft und wirkt sich nicht weiter negativ aus. Im Idealfall wird ein wirtschaftlicher Wert für die Organisation geschaffen und die Ressourcen außerhalb der Organisation werden erhalten oder regeneriert. Erreicht wird dies durch:
• Baseline: Um Verbesserungen vornehmen zu können, müssen die Hersteller eine Ausgangsbasis schaffen, die sich auf eine frühere Generation von Produkten oder auf ihre aktuellen Produkte bezieht. Aus der Perspektive der Nachhaltigkeit bedeutet dies, dass man die Umweltauswirkungen des Produkts verstehen muss. Wenn nachhaltiges Produktdesign das Ziel ist, dann sollte die Reduzierung von Treibhausgasen/CO₂e im Vordergrund stehen.

Ein guter erster Schritt ist die Identifizierung von CO₂-Ausreißern und wie sie sich auf die Berichterstattung auswirken. Wenn man sich auf einen Produktaspekt konzentriert, lassen sich Verbesserungen leichter und effizienter erzielen. Wenn Sie Ihren Produktlebenszyklus nicht genau und aussagekräftig erfassen, laufen Sie Gefahr, des „Greenwashings“ bezichtigt zu werden (d. h. Sie lassen die Leute glauben, dass Ihr Unternehmen mehr für die Umwelt tut, als es in Wirklichkeit der Fall ist).

• Optimieren: Sobald Sie die Auswirkungen Ihres Produkts auf die Umwelt verstehen, geht es nicht mehr nur darum, herauszufinden, wo Sie noch nachhaltiger werden können. Erfolgreiche nachhaltige Hersteller gehen noch einen Schritt weiter, indem sie nicht nur die Probleme abmildern, sondern auch ihre Produkte im Rahmen der kontinuierlichen Verbesserung optimieren. Mit den Erkenntnissen aus der Fertigung können Sie Komponenten im Hinblick auf Kosten und CO₂-Äquivalente optimieren und gleichzeitig die Herstellbarkeit sicherstellen. Durch nachhaltiges Produktdesign können Hersteller den Wert ihrer Produkte steigern, die Kosten senken, die Rentabilität verbessern und ein umweltfreundlicheres Produkt mit einem geringeren CO2-Fußabdruck herstellen.
• Design für Nachhaltigkeit: Es konzentriert sich auf die Verringerung von Ressourcen und Abfall während der gesamten Herstellung und Lebensdauer eines Produkts, einschließlich der Rohstoffe und Herstellungsprozesse, die sich auf die Umwelt auswirken. Das Design für Nachhaltigkeit berücksichtigt auch das Ende der Lebensdauer eines Produkts. Kann es recycelt, wiederverwendet oder umgenutzt werden? Es sollte so hergestellt werden, dass es wiederverwendbar, gebrauchstauglich und recycelbar ist. Leicht zu recycelnde Materialien sollten den Vorrang haben. Zum Beispiel können alle Metalle recycelt werden, aber nicht alle Kunststoffe. Noch besser ist es, bereits in der frühen Phase der Produktentwicklung recycelte Materialien zu verwenden. Verwenden Sie Verbindungselemente anstelle von Klebstoffen, die sich leichter wieder ablösen lassen. Idealerweise sollte für jedes Bauteil die Möglichkeit bestehen, es wiederaufzuarbeiten, zu recyceln oder wiederzuverwenden.

Normalerweise berücksichtigen die Konstrukteure das Ende der Lebensdauer eines Produkts nicht. Einige Produktdesigns fördern den Wiederverkauf oder die geplante Obsoleszenz. Unsere Smartphones sind ein gutes Beispiel dafür. Sie werden weggeworfen, um ein neueres, besseres Upgrade zu erhalten. Designer können die Erkenntnisse aus der Fertigung nutzen, um ein nachhaltigeres Produktdesign zu gewährleisten, das Abfälle reduziert, den CO2-Fußabdruck verringert und die Treibhausgasemissionen senkt. Diese Metriken können diesen Prozess erleichtern:

• Trade-off-Analyse: Wie können Hersteller Produkte entwerfen, die den CO2-Fußabdruck verringern, ohne das Produkt zu beeinträchtigen? Mit einer Trade-off-Analyse kann verglichen werden, welche Materialien, Verfahren und Formen für mehr Nachhaltigkeit verwendet werden können. Diese CO₂-Fußabdruck-Analyse kann mit Hilfe digitaler Fabriken durchgeführt werden, wobei Kosten und Herstellbarkeit vollständig transparent sind. Auf der Grundlage der Analyse können fundiertere Entscheidungen zur Verringerung der Umweltauswirkungen getroffen werden. Die Produktbedürfnisse der Kunden und ihr Wunsch nach nachhaltigeren Produkten werden durch die Bereitstellung einer CO ₂e-Fußabdruck-Analyse erfüllt, um Nachhaltigkeitsmaßnahmen zu analysieren und umzusetzen.
• Einblicke in die Fertigung: Diese Erkenntnisse ermöglichen es den Designern, die Umweltbelastung durch nachhaltigeres Design zu reduzieren. Frühzeitiges Feedback zum Designprozess über Fehler, überschüssigen Abfall, höheren Energiebedarf und mehr kann dazu beitragen, den CO₂-Fußabdruck eines Herstellers zu reduzieren. aPriori bietet eine schnelle, automatisierte geometriegesteuerte Analyse für 3D-CAD-Daten, um den CO₂-Fußabdruck zu bewerten, späte Redesigns zu reduzieren und Möglichkeiten zur Senkung der CO₂-Emissionen früh im Produktentwicklungszyklus zu identifizieren. Diese Erkenntnisse und Analysen können auch dazu genutzt werden, Nachhaltigkeitsinitiativen gegenüber Interessengruppen und Investoren zu verfolgen und zu quantifizieren.
• Nachhaltige Produktion & Scope 3: Nachhaltige Produktion ist die Herstellung von Produkten auf kosteneffiziente Weise und mit Verfahren, die die Umweltauswirkungen reduzieren und gleichzeitig Energie und natürliche Ressourcen schonen.

In Anlehnung an die Definition der EPA sind Scope-3-Emissionen, auch bekannt als Emissionen aus der Wertschöpfungskette, das Ergebnis von Aktivitäten, die von Anlagen ausgehen, die sich nicht im Besitz oder unter der Kontrolle der berichtenden Organisation befinden, die aber indirekt von der Organisation in ihrer Wertschöpfungskette beeinflusst werden. Sie machen oft den Großteil der gesamten Treibhausgasemissionen einer Organisation aus, einschließlich der vor- und nachgelagerten Aktivitäten der Organisation. Die Nutzung der folgenden Erkenntnisse unterstützt die nachhaltige Produktgestaltung:

• Lieferantendaten: Vergleichen Sie den Umwelteinfluss von Lieferanten auf der Grundlage ihres geografischen Standorts. Mit den Informationen aus unseren regionalen Datenbibliotheken können Hersteller lokale und geografisch näher gelegene Lieferanten nutzen. Auf diese Weise können sie ihren ökologischen Fußabdruck erheblich verringern und Probleme in der Lieferkette abmildern. Darüber hinaus bieten bessere Lieferantenbeziehungen mehr Möglichkeiten, diejenigen zu identifizieren und mit ihnen zusammenzuarbeiten, die nachhaltige Materialien, Teile und Prozesse anbieten, was die Nachhaltigkeit des Herstellers weiter stärkt.
• Verringerung des Materialabfalls: Reduzieren Sie den Materialabfall auf der Grundlage des Prozesses und bewerten Sie die Treibhausgasemissionen der Materialien. All dies wird einen großen Beitrag zu nachhaltigeren Produkten und Ressourceneffizienz leisten. Technologien wie aPriori ermöglichen ein effizienteres und kostengünstigeres nachhaltiges Produktdesign. aPriori hat Kunden dabei geholfen, mit ihren Erkenntnissen über nachhaltiges Design 3 bis 5 Mal mehr CO2-Einsparungen zu erzielen.

 

Implementieren Sie nachhaltiges Produktdesign als Best Practice

Nachhaltige Produktion gewinnt zunehmend an Bedeutung. Die Hersteller erkennen, wie wichtig es ist, die Effizienz zu messen und Ziele zu erreichen. Um diese Vorteile voll auszuschöpfen und zu maximieren, können Konstrukteure die folgenden Best Practices für nachhaltiges Produktdesign umsetzen:

• Reduzieren Sie den Abfall von der Entwicklung bis zur Produktion: Laut einem EPA-Trendbericht zum Abfallmanagement in der Fertigung wurden im Jahr 2020 nur 5 % der produktionsbedingten Abfälle des Fertigungssektors in die Umwelt entsorgt. Der Rest wurde durch Behandlung, Energierückgewinnung und Recycling bewältigt. Nachhaltiges Produktdesign kann eine wesentliche Rolle bei der Reduzierung von Abfällen durch diese Methoden spielen. Prozesse, die für eine Abfallreduzierung geeignet sind, können bereits in der Entwurfsphase identifiziert oder möglicherweise ganz vermieden werden. Siehe die obige Grafik.
  Überprüfen Sie den Energieverbrauch und die Energiequellen: Die American Meteorological Society stellte in ihrem 32. Bericht über den Zustand des Klimas fest, dass die Treibhausgaskonzentration, der globale Meeresspiegel und der Wärmeinhalt der Ozeane im Jahr 2021 Rekordwerte erreichten. Einblicke in die Fertigung können unnötige, energieverschwendende Materialien und Prozesse aufzeigen und umweltfreundlichere Alternativen bieten.
  Neubewertung der Anlagennutzung: 54 % des weltweiten Energieverbrauchs entfallen auf die Produktion. Änderungen in den Abläufen mithilfe von Manufacturing Insights können auch überschüssigen Abfall reduzieren und helfen, effizientere Produktionsprozesse zu identifizieren. Die Verbesserung der Produktionseffizienz bedeutet weniger Zeit in der Fabrik, was sich in geringerem Energieverbrauch und niedrigeren Kosten niederschlägt.
  Recyceln, umfunktionieren oder wiederverwenden von Materialien: Die Umweltauswirkungen eines Produkts hängen zu 80 % von seiner frühen Gestaltung ab. Recycling ist der einfachste, aber auch der wichtigste umweltfreundliche Herstellungsprozess. Ein effektives Recyclingsystem kann Unternehmen dabei helfen, Abfälle zu reduzieren und einen positiven Einfluss auf die Umwelt zu haben. Die Verwendung sekundärer oder recycelter Materialien ist eine bessere Option als die Wiederverwendung herkömmlicher Materialien.

Nutzen Sie die Erkenntnisse aus der Produktion bereits in der Entwurfsphase und setzen Sie auf nachhaltigere Materialien. So können Sie umweltfreundlichere Produkte herstellen, die dazu beitragen, Ihren ökologischen Fußabdruck zu verringern.

Durch die Nutzung von Erkenntnissen aus der Produktion und die Einbeziehung von Best Practices im Bereich der Nachhaltigkeit schaffen Sie ein wirklich nachhaltiges Unternehmen, das jetzt und für künftige Generationen einen tiefgreifenden Einfluss auf die Umwelt haben wird.