Aus der Branche

Die Allianz Faserbasierte Werkstoffe e.V. (AFBW) hat mit Unterstützung des Wirtschaftsministeriums von Baden-Württemberg das Projekt „CycleTex BW“ auf den Weg gebracht. Mit diesem Projekt sollen die Recycling-Prozesse entlang der gesamten textilen Wertschöpfungskette optimiert werden. Zahlreiche Unternehmen aus der Textilindustrie machen mit. Ziel des Projektes ist, textile Produktionsabfälle bspw. durch neue Technologien der (eigenen) Produktion zurückzuführen. Neue hochwertige Sekundärrohstoffe und ggf. andere Materialien sollen durch neue Verfahren entwickelt und schlecht recyclebare Wertstoffe sollen ersetzt werden.

Für die faserbasierte Industrie, als einer der global größten Ressourcenverbraucher der Welt, ist das Thema Nachhaltigkeit von zentraler Bedeutung. Geschäftsmodelle weltweit stehen vor großen Transformationsprozessen. Die heimische Textilindustrie sieht in dem regulatorischen, medialen und marktlichen Druck auch Chancen. Das landesweite Netzwerk AFBW will im Rahmen des dreijährigen Projekts „CycleTex BW“ Innovator, Moderator, Türöffner und Kümmerer sein. Ulrike Möller, Netzwerkmanagerin AFBW: „CycleTex BW soll dazu beitragen textile Post-Industry Produktionsabfälle so lange wie möglich in der textilen Kette zu halten und damit langfristig eine Kreislaufwirtschaft entstehen zu lassen. Wir wollen Chancen entwickeln, bestehende Modelle fortschreiben oder diversifizieren. Dadurch soll eine weitere Form der Zukunftssicherung für die faserbasierte Industrie geschaffen werden.“

„CycleTex BW“ wird vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus des Landes Baden-Württemberg mitfinanziert. Wirtschaftsministerin Dr. Hoffmeister-Kraut betont: „In jeder Branche und an jeder Stelle der Wertschöpfungskette müssen wir in Zukunft eine umweltfreundliche und perspektivisch klimaneutrale Form des Wirtschaftens erreichen. Mit dem Projekt CycleTex BW stellen wir jetzt die Weichen richtig, um auch in der Textilbranche in Baden-Württemberg Geschäftsmodelle weiterzuentwickeln und nachhaltige Produktportfolios aufbauen. Das ist nicht nur gut für das Klima, sondern festigt auch die international führende Stellung Baden-Württembergs vor allem bei besonders leistungsfähigen technischen Textilien.“

Bereits heute haben 67 Unternehmen aus Baden-Württemberg und darüber hinaus durch einen Letter of Intent (LOI) ihr Interesse an dem Projekt bekundet. Da Produktkreisläufe immer auch mit Materialtransport zu tun haben, macht es Sinn im regionalen Kontext zu denken. Der Großraum Süddeutschland-Österreich-Schweiz-Frankreich stellt eine spannende Region für „CycleTex BW“ dar. Für die Unternehmen bedeutet dieser regionale Ansatz eine Sicherstellung der Infrastruktur und Zugang zu Rohstoffen.

Durch neue Technologien und nachhaltige Produkte kann die Industrie außerdem einen Wettbewerbsvorteil erlangen. Eine stärkere Verwendung von Sekundärrohstoffen kann die Kosten senken. Durch die zunehmende Verwendung von Sekundärmaterialien sind Unternehmen weniger abhängig von Primärrohstoffen und damit verbundenen Problemen in der Lieferkette. Mehr noch: Die Entwicklung von Recyclingmaterial- und Prozessinnovationen kann zu internationaler Nachfrage führen.

Auch Nachwuchskräfte setzen bei der Wahl des zukünftigen Arbeitgebers auf umweltbewusste Firmen.

Die Textilindustrie ist in der Viel- und Kleinteiligkeit der Wertschöpfungsketten besonders herausgefordert. So sind Rohstoffhersteller, Endprodukthersteller, Händler und andere Inverkehrbringer sowie ggf. auch Entsorger und Verwerter zwar Teil einer Kette, aber nicht Akteure im selben „eco system“. Aus dem Wunsch nach wirklichem Re- oder sogar Up-Cycling erwächst eine zwingende, vorgeschaltete Analyse, welche Dimensionen der textile Kreislauf hat, welche Akteure mit welchen Kompetenzen bereits am Markt sind, was der Markt in Zukunft braucht bzw. was wissenschaftlich und technisch denkbar wäre (z.B. mechanisches Recycling vs. chemisches Recycling). Diese Analyse soll im Rahmen von CycleTex BW erfolgen.

Bislang reduziert sich Textilrecycling oftmals auf Downcycling, indem z.B. Textilfasern im „second life“ als Dämmmaterial verwendet werden. Zudem werden Textilien auch thermisch verwertet oder landen auf der Deponie. Recycling von technischen Textilien ist nicht zuletzt durch die Vielzahl an unterschiedlichen Materialien, Mischungen und Beschichtungen herausfordernd. Umso notwendiger ist eine Zusammenarbeit auf allen Stufen der Kette, um den Kreislauf von Materialien zu optimieren und damit den Lebenszyklus der Rohstoffe zu verlängern. Das Zusammenführen der Akteure soll durch CycleTex BW gelingen.

Des Weiteren wird beim Textilrecycling bisher eher an Hemd und Hose gedacht und die Abfälle in der Produktion werden wenig berücksichtig. Gerade hier kann aber echte Wertschöpfung und vor allem Nachhaltigkeit in der Lieferkette entstehen.

Die faserbasierte Industrie hat erkannt, dass neue Geschäftsmodelle und Business Cluster wichtig sind, um Recycling zu stärken. Diese sollten aber sinnvollerweise über bestehende Geschäftsmodelle und Warenstromstrukturen, wie simples Sammeln und Reißen hinausgehen. Handlungsleitend ist also, unternehmerische Chancen zu entwickeln, bestehende Modelle fortzuschreiben oder zu diversifizieren und damit eine weitere Form der Zukunftssicherung für die Textilindustrie zu schaffen. Mit dem erweiterten „grünen Portfolio“ sollen die Unternehmen langfristig eine Resilienz in der Lieferkette, eine Unabhängigkeit von China erreichen und ihre Wettbewerbsfähigkeit effektiv ausbauen.

Die Landesregierung von Baden-Württemberg will laut Koalitionsvertrag in den Bereichen Klima- und Naturschutz „Baden-Württemberg als Klimaschutzland zum internationalen Maßstab“ machen. Dieses Ziel soll u.a. durch ein besseres Recycling der eingesetzten Materialien erreicht werden. Innovative Kreislaufwirtschaftslösungen werden daher als Wachstumsfelder der Zukunft gesehen. Die neue Landesregierung betont, dass man auch in diesem Bereich international zum Marktführer werden will. Um die Kreislaufführung weiter voranzubringen, soll die Entwicklung und Inbetriebnahme effizienter Verwertungsverfahren unterstützt werden.

Der Maschinenbau ist eine Stärke der deutschen Industrie. In Leitbranchen, deren Produkte in einem globalisierten Umfeld starker Konkurrenz ausgesetzt sind, kann der Einsatz Künstlicher Intelligenz (KI) dazu beitragen, Industriekapazitäten und Knowhow in Deutschland zu halten, im Maschinenbau und nachgelagerten Branchen. Doch erst durch praxisnahe Anwendung in der Industrie kann KI seine Stärken für Unternehmen voll entfalten. Wie das mit dem Beitrag angewandter Forschung geht, zeigen Textilindustrie und -maschinenbau ebenso wie die Kunststoffbranche.

Mit der Corona-Krise sind Vliesstoffe über die Fachwelt hinaus bekannt geworden, denn sie bilden das Ausgangsmaterial für Schutzmasken. Die aufgetretenen Engpässe am Markt 2020 zeigten, wie stark Deutschland hier von Lieferungen aus dem Ausland abhängig ist. Zugleich ist Deutschland in anderen Vliesstoff-Segmenten und bei Maschinen für die Vliesstoffherstellung eine wichtige Größe auf den Weltmärkten. Damit das so bleibt, arbeitet die Branche an Innovationen. Ein zentraler Baustein dafür: Die Nutzung Künstlicher Intelligenz (KI).

Das Auge auf der lernenden Maschine

Am ITA Augsburg hat man dafür Grundlagen in einem Projekt gelegt, auf denen sich nun aufbauen lässt. Die Vision: Die Maschine zur Vliesstoffproduktion passt die Parameter entsprechend den Erfordernissen im laufenden Betrieb autonom an. Etwaig auftretende Fehler werden von der Maschine selbstständig diagnostiziert, die Drehzahlen entsprechend angepasst. „Wir haben im Projekt EasyVlies gezeigt, wie sich mit der Nutzung von Algorithmen für die Vliesstoffproduktion Material- und Energiekosten einsparen lassen. Zusammen mit Partnern aus der Industrie haben wir erreicht, dass die Maschine zentrale Parameter wie Drehzahlen und Abstände, von denen eine große Kombinationsmenge für das Erreichen der gewünschten Produktqualität notwendig sind, durch das entwickelte KI-Modell vorhergesagt werden. „Die Abstände der bis zu 40 Arbeitselemente in der Maschine bestimmen dabei in Kombination mit den Drehzahlen der beteiligten Walzen die Öffnung der Faserflocken bis zur Einzelfaser und die Bildung des Vlieses“, erläutert ITA-Augsburg Geschäftsführer Prof. Stefan Schlichter. Die naturwissenschaftlichen Zusammenhänge und Wechselwirkungen zwischen den Drehzahlen und den Qualitätsparametern der Vliesstoffproduktion sind nicht eindeutig bekannt. Gerade deshalb kann KI hier seine Vorteile ausspielen. „Denn Künstliche Intelligenz kann auch diffuse Zusammenhänge modellieren und simulieren“, betont Schlichter. Die Algorithmen dafür hat Maschinenbauingenieur Dr. Frederik Cloppenburg aus dem Aachener ITA-Stammhaus entwickelt, 280 Versuche wurden im Zusammenspiel mit der KI-Entwicklung durchgeführt.

In der unternehmerischen Praxis lernen die Algorithmen nun hinzu. Das zeigt  bei einem Vliesstoffbetrieb der Fahrzeugbranche bereits erste Erfolge in der betrieblichen Praxis. Im nächsten Schritt arbeiten die ITA-Forschenden daran, Messtechnik wie Kamerasysteme und strahlungsbasierte Messsysteme für die Gleichmäßigkeit des Vliesstoffs in die Maschinen zu integrieren. Ziel: Fehler so prognostizieren, dass sie gar nicht erst auftreten. Das Aufkommen an Vliesstoff-Ausschuss soll so um 30 bis 50 Prozent sinken. Angesichts von bislang jährlich allein in Deutschland anfallender Ausschussware im Wert von 150 Mio. Euro, das entspricht 10 Prozent des Branchenumsatzes, ein erheblicher Anreiz. „Die hoch qualifizierten Facharbeiter beaufsichtigen sozusagen die lernende Maschine“, erklärt Schlichter.

Industrie 4.0 wird in der Kunststoffbranche künftig auch benötigt, um das Ziel höherer Recyclingquoten zu erreichen. Denn eine weniger einheitliche Rohstoffbasis macht lernende Maschinen noch wertvoller. Das ist auch Ausgangspunkt des vom Bundesforschungsministerium (BMBF) geförderten Verbundprojekts CYCLOPS des Kunststoff-Zentrums (SKZ) und namhaften Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft. Durch den Einsatz von KI sollen Materialströme automatisiert klassifiziert werden, damit sie sich optimal verwenden lassen. „Die Maschinen sollen künftig eigenständig erkennen, in welche Anwendungen produzierte Materialien eines bestimmten Typs gehen können“ erläutert SKZ-Gruppenleiter Digitalisierung, Christoph Kugler. Ein Faktor: Die Fließfähigkeit des Kunststoffs, seine Viskosität. Je kürzer die Polymerketten des Materials, desto größer, vereinfacht gesagt, ihre Fließfähigkeit. Für diese Fließfähigkeit spielt andererseits auch das Druckniveau in der Maschine eine Rolle. Hier kommt wiederum die KI ins Spiel: „Durch Künstliche Intelligenz können Materialeigenschaften und selbst lernende Maschinensteuerungen sehr gut ineinanderwirken, so unsere Erwartung“, erklärt Kugler. Grundlage für die angewandte Forschung im Projekt CYCLOPS sind sowohl Prozessdaten aus den Maschinen, welche die Materialqualität beschreiben können, als auch Daten entlang des Lebenswegs von Material und Produkt. Im Rahmen des Projektes werden damit die Transparenz und die Informationsdichte erhöht, welche nach wie vor einige der größten Hemmnisse der Kreislaufwirtschaft sind.

Neue Expertisefelder wie Erklärbare KI erschlossen

Das SKZ baut mit dem Projekt auf KI-Expertise auf, die über abgeschlossene und noch laufende Projekte erarbeitet wurde. In der Vergangenheit lag der Schwerpunkt in der Entwicklung sogenannter Softsensoren aus Prozessdaten zur Berechnung komplexer Qualitätskennwerte wie z.B. Viskosität oder Vernetzungsgrad des Kunststoffs. Durch die Weiterentwicklung der Technologie werden neue Expertisefelder erschlossen, so z.B. Optimierung der Prozessmodellierung durch KI, Prognose von Materialverhalten unter Last oder auch erklärbare KI (XAI), sie beschreibt den Weg, auf dem Algorithmen zu ihren Ergebnissen gelangen. In den letzten Jahren wurde ebenfalls der Einsatz von digitalen Technologien und KI im Kontext der Kreislaufwirtschaft am SKZ forciert, so in den noch jeweils bis ins nächste Jahr hinein laufenden Projekten Di-Plast und DiLinK. Während Di-Plast ein EU-Projekt ist, wird DiLink ebenfalls vom BMBF gefördert. Mit dem FIR e.V. ist ein weiteres Institut der Zuse-Gemeinschaft im DiLink-Projektkonsortium vertreten, mit dem Fokus auf dem Thema Geschäftsmodelle. Denn diese verändern sich durch das Vordringen der KI in immer mehr Aspekten des Maschinenbaus.

• Spanische Unternehmerin Carmen Hijosa als Finalistin für Europäischen Erfinderpreis 2021 des Europäischen Patentamts (EPA) nominiert
• Hijosa entwickelte ein Verfahren, das Ananasblätter in eine weiche, haltbare und vielseitige Textilie verwandelt
• Umweltfreundliche Alternative unterstützt die Landwirtschaft und ist bei führenden internationalen Modefirmen gefragt

 Das Europäische Patentamt (EPA) gibt die Nominierung der spanischen Unternehmerin Carmen Hijosa für den Europäischen Erfinderpreise 2021 als Finalistin in der Kategorie „KMU“ (Kleine und mittlere Unternehmen) bekannt. Sie hat eine Lederalternative und gleichermaßen innovative Textilie aus den Fasern von Ananasblättern entwickelt, die aus einer Abfallressource hergestellt wird und im Vergleich zur Herstellung von Rindsleder die Umwelt weniger belastet.

Die Gewinner des jährlichen Innovationspreises des EPA werden am 17. Juni 2021 ab 19 Uhr im Rahmen einer Galaveranstaltung bekannt gegeben, die in diesem Jahr als digitales Event für ein weltweites Publikum neu konzipiert wurde.

Für die kommerzielle Verwertung ihrer Erfindung hat Hijosa 2013 in London ein KMU gegründet. Ihre natürliche Lederalternative unterstützt Landwirte und Genossenschaften auf den Philippinen und ist auch bei großen internationalen Modemarken gefragt.