Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke (eBook)

Professor Dr. Grit Walther ist Inhaberin des Lehrstuhls für BWL, insbes. Produktion und Logistik an der Bergischen Universität Wuppertal.

Geleitwort 7
Vorwort 8
Inhaltsübersicht 9
Inhaltsverzeichnis 11
Abbildungsverzeichnis 17
Tabellenverzeichnis 23
Abkürzungsverzeichnis 26
1 Einleitung 30
1.1 Ausgangslage und Problemstellung 30
1.2 Zielsetzung und Lösungsweg 33
2 Charakteristika und Aufgaben nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke 38
2.1 Grundlagen und Rahmenbedingungen eines nachhaltigen Wirtschaftens 39
2.1.1 Konzept Nachhaltigkeit 39
2.1.2 Lenkungssystem (Umwelt-)Politik 40
2.1.2.1 Abfall- und schadstofforientierte Richtlinien 43
2.1.2.2 Medienübergreifender Umweltschutz 43
2.1.2.3 Freiwillige Instrumente 44
2.1.2.4 Integrierte Produktpolitik 45
2.1.3 Stoffstrommanagement zur Umsetzung einer nachhaltigen Entwicklung 46
2.2 Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke 49
2.2.1 Wertschöpfungsnetzwerke 49
2.2.2 Charakteristika nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke 51
2.2.3 Planung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke 53
2.2.3.1 Planungsrahmen 54
2.2.3.2 Planungsaufgaben entlang des Produktlebenszyklus 55
2.3 Fallbeispiel: Nachhaltige Wertschöpfungsnetzwerke in der Elektronikindustrie 57
2.3.1 Umweltwirkungen von Elektro(nik)geräten 57
2.3.2 Umweltrechtliche Rahmenbedingungen 58
2.3.3 Stoffstrommanagement entlang des Produktlebenszyklus 61
2.3.4 Zusammenarbeit in Wertschöpfungsnetzwerken 62
2.4 Fazit 66
3 Stoffstrombasierte Modellierung und Bewertung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke 69
3.1 Modellierung vernetzter Produktionssysteme 69
3.1.1 Ermittlung der Input-Output-Relationen 71
3.1.1.1 Betriebswirtschaftliche Produktionsfunktionen 71
3.1.1.2 Aktivitätsanalyse 72
3.1.1.3 Approximation einer Technik durch Prozesssimulation 73
3.1.2 Ansätze zur dynamischen Modellierung 75
3.1.2.1 Dynamisches Grundmodell 75
3.1.2.2 Dynamische Input-Output-Grafen und Petri-Netze 76
3.2 Bewertung nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke 78
3.2.1 Ziele und Zielhierarchien 78
3.2.2 Ökonomische Bewertung 80
3.2.2.1 Verfahren der Umweltkostenrechnung 81
3.2.2.2 Ansatz der stoffflussbasierten Umweltkostenrechnung 83
3.2.3 Ökologische Bewertung 87
3.2.3.1 Kumulierter Primärenergieaufwand – KEA 87
3.2.3.2 Bewertungsverfahren nach UBA 88
3.2.4 Soziale Bewertung 91
3.3 Multikriterielle Bewertung zur Integration der Nachhaltigkeitsindikatoren 92
3.3.1 Indikatorensysteme zur Bewertung der Nachhaltigkeit 92
3.3.2 Klassifikation multikriterieller Entscheidungsverfahren 94
3.3.3 Multi Objective Decision Making 95
3.3.3.1 MODM-Verfahren 95
3.3.3.2 Bestimmung aller effizienten Lösungen 97
3.3.3.3 Zielprogrammierung 99
3.3.4 Multi Attribute Decision Making 100
3.3.4.1 MADM-Verfahren 101
3.3.4.2 Outrankingverfahren PROMETHEE 103
3.4 Fallbeispiel: Modellierung und Bewertung von Recyclingnetzwerken 105
3.4.1 Stoffstrommodell des Recyclingnetzwerks 106
3.4.2 Stoffflussbasierte Umweltkostenrechnung zur Bewertung von Recyclingnetzwerken 107
3.4.3 MODM-Verfahren zur Bewertung von Recyclingnetzwerken 109
3.4.3.1 Zielfunktionen 109
3.4.3.2 Effiziente Lösungen 111
3.4.3.3 Zielprogrammierung 113
3.4.4 MADM-Verfahren zur Bewertung von Recyclingnetzwerken 115
3.4.4.1 Zielsystem und Attribute 116
3.4.4.2 Anwendung von PROMETHEE 117
3.5 Fazit 119
4 Lenkungssystem (Umwelt-)Politik 121
4.1 Folgenabschätzung für Politikoptionen 121
4.1.1 Vorgehen im Rahmen der Folgenabschätzung 122
4.1.2 Anforderungen an die Wirkungsanalyse 125
4.2 Dynamisch komplexe Systeme 126
4.2.1 Verhaltensmuster dynamisch komplexer Systeme 126
4.2.2 Systemdynamische Modellierung dynamisch komplexer Systeme 128
4.2.2.1 Problemdefinition 128
4.2.2.2 Erstellung einer dynamischen Hypothese 129
4.2.2.3 Formulierung eines Simulationsmodells 130
4.2.2.4 Modellanalyse 133
4.2.2.5 Entwicklung und Bewertung von Politikoptionen 134
4.3 Fallbeispiel: Folgenabschätzung im Automobilsektor 135
4.3.1 Planungsproblem 135
4.3.2 Modell 137
4.3.3 Daten und Szenarien 148
4.3.4 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen 150
4.4 Fazit 155
5 Produktentwicklung 157
5.1 Produktlebenszyklus 157
5.1.1 Bedeutung der Produktentwicklung 157
5.1.2 Modellierung des Produktlebenszyklus 159
5.2 Life Cycle Costing 163
5.2.1 Mengengerüst 163
5.2.2 Wertgerüst 166
5.2.3 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung 167
5.3 Fallbeispiel: Lebenszykluskosten komplexer Elektronikgeräte 169
5.3.1 Entscheidungsalternativen 169
5.3.2 Stoffströme 170
5.3.3 Zahlungsströme 171
5.3.4 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen 171
5.4 Life Cycle Assessment 174
5.4.1 Vorgehensweise 174
5.4.2 Vereinfachtes Life Cycle Assessment 176
5.5 Fallbeispiel: Umweltwirkungen komplexer Elektronikgeräte 177
5.5.1 Life Cycle Assessment eines Personal Computers 177
5.5.2 Lebenszyklusweite Umweltwirkungen weiterer Elektronikgeräte 180
5.6 Fazit 182
6 Produktion 184
6.1 Planung von Produktionssystemen 184
6.1.1 Techno-ökonomisches Planungskonzept 185
6.1.2 Strategische Produktionsplanung 186
6.1.2.1 Betriebswirtschaftliche Systemgestaltung 188
6.1.2.2 Schnittstelle zur technischen Systemgestaltung 189
6.1.3 Berücksichtigung von Unsicherheiten 189
6.2 Modellierung von Produktionssystemen am Beispiel synthetischer Biokraftstoffe 191
6.2.1 Synthetische Biokraftstoffe als Technologieinnovation 191
6.2.2 Charakterisierung des Produktionssystems 193
6.2.3 Informationen aus der technischen Systemgestaltung 194
6.2.4 Integrierte Standort-, Kapazitäts- und Technologieplanung 198
6.2.4.1 Systembeschreibung 198
6.2.4.2 Stoffströme 200
6.2.4.3 Zielfunktion 202
6.2.4.4 Robuste Erweiterung 205
6.3 Fallbeispiel: Planung eines Produktionssystems zur Herstellung vonBTL-Kraftstoffen 209
6.3.1 Daten 209
6.3.2 Szenarien 210
6.3.3 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen 210
6.4 Fazit 213
7 Nutzung 215
7.1 Nutzungsdauerverlängerung durch Aufarbeitung 215
7.1.1 Aufarbeitungsoptionen 216
7.1.2 Integration in den Produktlebenszyklus 217
7.1.3 Umsetzung in Closed Loop Supply Chains 218
7.2 Planung der Aufarbeitung 221
7.2.1 Strategische Planung 221
7.2.2 Taktische Planung 221
7.2.3 Operative Planung 222
7.3 Integrierte Planung von Neuproduktion und Aufarbeitung 222
7.3.1 Planungssituation 223
7.3.2 Modell zur integrierten Produktions- und Aufarbeitungsplanung 225
7.4 Fallbeispiel: Kreislaufoptionen eines Automatenherstellers 230
7.4.1 Planungsumfeld und -aufgabe 230
7.4.2 Aufarbeitungsoptionen des Automatenherstellers 232
7.4.3 Ergebnisse und Handlungsempfehlungen 234
7.5 Fazit 235
8 Entsorgung 237
8.1 Begriffe und Grundlagen 237
8.1.1 Systemstufen und Aktivitäten 238
8.1.2 Akteure 240
8.2 Charakterisierung von Behandlungsprozessen 241
8.2.1 Charakteristika der Demontage und mechanischen Aufbereitung 241
8.2.2 Demontage und Aufbereitung als Kuppelproduktionsprozesse 243
8.3 Modellierung von Behandlungsprozessen 244
8.3.1 Modellierung der Demontage 245
8.3.2 Modellierung der mechanischen Aufbereitung 249
8.4 Modellierung integrierter Recyclingunternehmen 253
8.4.1 Allgemeines Stoffstrommodell 253
8.4.2 Hierarchisches Planungskonzept für integrierte Recyclingunternehmen 256
8.5 Fallbeispiel: Feinplanung eines integrierten Recyclingunternehmens 257
8.5.1 Daten 258
8.5.2 Ergebnisse 260
8.6 Fazit 262
9 Koordination nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke 264
9.1 Anforderungen an die Koordination nachhaltiger Wertschöpfungsnetzwerke 264
9.1.1 Kooperationen entlang des Produktlebenszyklus 264
9.1.2 Anforderungen an die Koordination 266
9.2 Koordination in Netzwerken 267
9.2.1 Überbetrieblicher Leistungsaustausch 267
9.2.2 Koordination in Wertschöpfungsnetzwerken 269
9.2.3 Koordinationsmechanismen 271
9.2.3.1 Koordination durch Kontrakte 272
9.2.3.2 Koordination von mathematischen Optimierungsmodellen 273
9.3 Fallbeispiel: Koordination von Recyclingnetzwerken 275
9.3.1 Charakterisierung der Koordinationssituation 276
9.3.1.1 Aktivitäten und Stoffströme 276
9.3.1.2 Akteure, Zielsetzungen und Informationen 277
9.3.1.3 Weitere Präzisierung der Koordinationssituation 278
9.3.2 Koordinationsansatz 279
9.3.2.1 Zentrales Modell 279
9.3.2.2 Dezentrales Modell 279
9.3.2.3 Koordinationsmechanismus 281
9.3.2.4 Prototypische Umsetzung als Multi-Agentensystem 283
9.3.3 Ergebnisse 284
9.4 Fazit 288
10 Schlussfolgerungen 290
Stoffstrommodelle als Bewertungsgrundlage 290
Berücksichtigung vielfältiger und gegenläufiger Zielsetzungen 290
Antizipation der Auswirkungen der Lenkungssysteme ‚Markt – Politik – Gesellschaft‘ auf das Wirtschaftssystem 291
Berücksichtigung des gesamten Produktlebenszyklus 292
Lebenszyklusphase der Produktentwicklung 292
Lebenszyklusphase der Produktion 293
Lebenszyklusphase der Nutzung 294
Lebenszyklusphase der Entsorgung 294
Notwendigkeit einer akteursübergreifenden Zusammenarbeit 295
Umsetzung von Konsistenz-, Suffizienz- und Effizienzstrategien entlang des Produktlebenszyklus 296
Fazit 296
11 Zusammenfassung 298
Literatur 302

6 Produktion (S. 157-158)

Im Rahmen der Entwicklung nachhaltiger Wirtschaftssysteme sind wie in Kapitel 2 dargestellt im Sinne der Konsistenzstrategien zukünftig technisch-anthropogene Stoffströme sowohl unter quantitativen als auch unter qualitativen Gesichtspunkten in den natürlichen Stoffwechsel einzubetten. Mit den derzeit verfügbaren, auf fossilen Energieträgern und endlichen Rohstoffen beruhenden konventionellen Technologien und Produkten kann dies nicht gelingen. Notwendig ist daher langfristig die Entwicklung von Werkstoffen auf Basis nachwachsender Rohstoffe sowie von Technologien zur Energieerzeugung auf Basis erneuerbarer Energieträger.

Nach erfolgreicher Entwicklung besteht die weitere Herausforderung in der großtechnischen Implementierung der ökologisch angepassten innovativen Technologien bzw. der Marktdiffusion der neuen Produkte. So existieren im Rahmen der Implementierung hohe technische, ökonomische und marktliche Unsicherheiten. Aufgrund der Neuartigkeit fehlt häufig die notwendige Infrastruktur zur Produktion der Technologien bzw. zum Vertrieb der Produkte. Fehlende Lernkurven- und Größendegressionseffekte bedingen anfangs hohe Produktionskosten, die zumeist deutlich höher liegen als die konventioneller Technologien und Produkte.

Der politische Entscheidungsträger kann hier unterstützend tätig werden durch Subventionierungen in der Entwicklungsphase, durch Anreize für Verbraucher sowie durch für alle Hersteller geltende Vorgaben bezüglich des Mindestanteils einer Technologie bzw. eines Produktes am Gesamtportfolio (vgl. auch Kapitel 4). Trotz derartiger Unterstützung sind die verbleibenden Unsicherheiten zumeist sehr hoch. Im Folgenden wird daher in Kapitel 6.1 zunächst auf Planungsaufgaben im Rahmen der Entwicklung und Umsetzung innovativer Produkte und Technologien eingegangen.

Hierbei wird insbesondere auf die strategische Planung von Produktionssystemen fokussiert sowie auf Möglichkeiten des Umgangs mit den bei innovativen Technologien und Produkten systemimmanenten sowie externen Planungsunsicherheiten. Im nächsten Schritt erfolgt in Kapitel 6.2 die Vorstellung eines Planungsmodells zur Planung von Produktionssystemen für synthetische Biokraftstoffe mit Darstellung einer Erweiterung im Sinne der robusten Optimierung. Das Modell wird anschließend in Kapitel 6.3 am Fallbeispiel zur Gewinnung von synthetischen Biokraftstoffen in den Bundesländern Niedersachsen und Bremen angewandt.

6.1 Planung von Produktionssystemen

Die Planung der Leistungserstellung von Produktionssystemen beinhaltet Aufgaben unterschiedlicher Fristigkeit und Tragweite unter Zugrundelegung verschiedener Detaillierungs- und Aggregationsgrade (Zäpfel 2000, Dyckhoff 2003): Aufgaben des strategischen Produktionsmanagements fokussieren auf die Schaffung und Erhaltung einer wettbewerbsfähigen Produktion. Hierfür sind Ziele und Strategien für das Leistungserstellungssystem zu definieren.

Dazu gehören Grundsatzentscheidungen bezüglich der Art der herzustellenden Hauptprodukte bzw. der zu beseitigenden Hauptredukte und der Gestaltung des Produktionssystems. Aufgaben des taktischen Produktionsmanagements bestehen in der Konkretisierung der o.g. Strategien. Hierbei werden vor allem Entscheidungen über die Leistungsfelder, die anzuschaffenden Produktionspotenziale sowie die Produktionsorganisation getroffen.

Aufgaben des operativen Produktionsmanagements bestehen im optimalen Einsatz des vorhandenen Produktionsapparates sowie dem wirtschaftlichen Vollzug der Transformationsprozesse. Hierbei erfolgt die Festlegung des konkreten Produktionsprogramms, die Bereitstellung der Produktionsfaktoren sowie die kurzfristige Planung und Durchführung des Prozessablaufs.