Design für Die Kreislaufwirtschaft

Was tun mit einem Toaster, wenn man ihn nicht mehr braucht? Bis vor Kurzem stellte sich niemand diese Frage, bis der Toaster reif für den Schrottplatz war. Heute vertreten Befürworter der Kreislaufwirtschaft die Ansicht, dass der beste Zeitpunkt für die Auseinandersetzung mit dem End-of-Life-Problem bereits bei der Produktentwicklung liegt. Denn dann bietet sich das größte Potenzial für die Kreislaufwirtschaft. Hätten die Designer Ihren Toaster nicht als Wegwerfgerät, sondern als werterhaltendes Produkt betrachtet, hätten Sie deutlich mehr Möglichkeiten.

Genau das haben die Designer der Londoner Agency of Design (AoD) getan. Im Rahmen eines Projekts, das sich mit dem Ende der Lebensdauer von Elektroprodukten befasste und alternative Wege entwickelte, das Beste aus den darin enthaltenen Materialien zu machen, stellte sich das AoD-Designteam der Herausforderung, den einfachen Toaster neu zu denken. Sie entwickelten drei verschiedene Ansätze, von denen jeder, so das Unternehmen, „eine andere Strategie für die Gestaltung der Kreislaufwirtschaft von Anfang an verkörpert“.

Design für Langlebigkeit

AoD begann mit der Bekämpfung der geplanten Obsoleszenz, die das Produktdesign so lange dominiert hat. Da Aluminium „ohne Verlust seiner Materialeigenschaften“ recycelt werden kann und das Material für Recyclingunternehmen auf absehbare Zeit wertvoll bleiben dürfte, arbeitete das Designteam daran, jedes Teil des ersten Toasters, bekannt als „Optimist“, aus Aluminium zu fertigen, „ausgehend von 100 % Recyclingmaterial und in dem Wissen, dass es am Ende seiner Lebensdauer unendlich oft für andere Produkte recycelt werden kann.“

Um die Lebensdauer des Produkts zu maximieren, suchten die Designer von AoD nach einem Design, „das so einfach ist, dass nichts kaputt gehen kann“. Der Optimist hatte am Ende nur sehr wenige bewegliche Teile und Heizelemente – die Komponenten mit der kürzesten Lebensdauer in einem Toaster –, die sich einfach entfernen und ersetzen ließen.

Das Designteam berücksichtigte auch den Wert des Toasters für Besitzer, die sich an seiner Langlebigkeit erfreuen möchten. Der Toaster erhielt eine „raue Oberflächenstruktur, die ihm ein würdevolles Altern ermöglicht“, und sein Geburtsdatum wurde in das Aluminium eingegossen, damit die Besitzer seinen Dienst Jahr für Jahr feiern können. Der Optimist verfügte sogar über einen einfachen Toastzähler, sodass „Ihre Kinder wissen, dass Sie 55.613 Runden Toast genossen haben, wenn Sie den Toaster an die nächste Generation weitergeben!“

Die größte Herausforderung bei der Herstellung eines so langlebigen Produkts besteht darin, einen tragfähigen Geschäftsplan zu entwickeln. Seit der Begriff „geplante Obsoleszenz“ während der Großen Depression geprägt wurde, setzen die USA und große Teile der Weltwirtschaft auf die Entsorgung und den Ersatz von Produkten mit festgelegter Lebensdauer. Wie der Autor Giles Slade in „Made to Break“ feststellt, ist die geplante Obsoleszenz zu einem „Prüfstein des amerikanischen Bewusstseins“ geworden.

Die Beleuchtungsindustrie beschäftigt sich mit dieser Frage, seit die langlebige LED-Glühbirne 2008 erstmals auf dem Markt für Wohnbeleuchtung erschien. Laut JB MacKinnon sind die bisherigen Antworten in seinem New Yorker Artikel „Das LED-Dilemma: Warum es keine dauerhafte Lösung gibt“ wenig inspirierend. Einige Unternehmen kehren zur geplanten Obsoleszenz zurück, indem sie immer billigere Glühbirnen mit immer kürzerer Lebensdauer herstellen, während andere sich aus dem Geschäft mit Wohnraumbeleuchtung zurückzogen. Im Oktober 2015 beispielsweise stellte MacKinnon fest, dass General Electric „GE Lighting zerlegte, um ein Restunternehmen – im Wesentlichen die Glühbirnensparte – zurückzulassen, das leicht zu veräußern wäre.“

Zwar gibt es noch einige Märkte für Beleuchtung mit eingebauter Obsoleszenz – vor allem im Automobilsektor –, doch die Branche sucht aktiv nach anderen Möglichkeiten, Langlebigkeit rentabel zu machen. Bei Phillips beispielsweise ist bereits ein Wandel im Gange: Vom Verkauf von Leuchten als Produkt hin zum Verkauf von Beleuchtung als Dienstleistung. Laut dem aktuellen Bericht „Third-Party Management of Lighting Systems in Commercial Buildings: Global Market Analysis and Forecasts“ von Navigant Consulting ist dieser Trend zunehmend spürbar.

Unternehmen sind zudem bestrebt, intelligente Technologien einzubauen, die ihre LED-Produkte von anderen unterscheiden und Möglichkeiten für kontinuierliche Updates bieten. Im gewerblichen Bereich entwickelt GE beispielsweise Straßenlaternen, die die Behörden alarmieren, sobald ein eingebauter Sensor Schüsse in der Umgebung erkennt. Was den Wohnimmobilienmarkt betrifft, zitiert MacKinnon Philip Smallwood, den Leiter der LED- und Beleuchtungsforschung bei Strategies Unlimited aus dem Silicon Valley: „Beleuchtung ist das perfekte Medium, um andere Konnektivitätsprodukte in das Haus zu integrieren, denn Licht wird überall eingesetzt.“

Regulierung könnte auch den Weg für Geschäftsmodelle ebnen, die auf langlebigen Produkten basieren. Tim Cooper, Designprofessor an der Nottingham Trent University und Herausgeber des Buches „Longer-Lasting Products“ , sieht mögliche Lösungen in staatlichen Regelungen, die Obsoleszenz bestrafen oder Langlebigkeit belohnen. Doch wie Cooper erkennt, folgen Regulierungen der Kultur, und die Wegwerfkultur verändert sich bekanntermaßen nur langsam.

Modulares Design: Teile ersetzen, nicht Produkte

Eine weitere Möglichkeit, die Produktlebensdauer zu verlängern, ist ein modularer Ansatz, der es ermöglicht, Teile auszutauschen, ohne das gesamte Gerät ersetzen zu müssen. Dies war die zweite Strategie, die AoD bei der Neugestaltung des Toasters verfolgte. Das Modell Pragmatist wurde mit modularen Toastschlitzen entwickelt, die sich miteinander verbinden ließen, um Toaster jeder gewünschten Größe herzustellen. Dank des modularen Designs war es außerdem möglich, einen defekten Toastschlitz auszuklipsen und auszutauschen, ohne den Benutzer beim Toasten zu unterbrechen. AoD konzipierte diese Module außerdem so dünn, dass sie durch einen Briefkasten passen, um die Rückgabe für den Kunden so einfach wie möglich zu gestalten.

Die Ellen MacArthur Foundation hebt ein weiteres Beispiel für modulares Design hervor, bei dem die Leistung weitaus entscheidender ist. DLL, ein globaler Anbieter von vermögensbasierten Finanzlösungen, stellte fest, dass Krankenwagen bereits nach wenigen Jahren versteigert wurden. Das Unternehmen untersuchte dies und stellte fest, dass es die hohen Kosten für die Wartung von Fahrgestellkomponenten wie Motor und Getriebe waren, die die Besitzer dazu veranlassten, die Fahrzeuge zurückzugeben.

Der wertvollste Teil des Krankenwagens, die große Box, in der die gesamte medizinische Ausrüstung untergebracht war und in der der Patient transportiert wurde, befand sich im Allgemeinen in gutem Zustand. DLL reduzierte die Kundenkosten um 20 % und verdoppelte die Nutzungsdauer der Fahrzeuge durch die Entwicklung eines Patientenversorgungsmoduls, das sich leicht entfernen und auf einem neuen Fahrgestell wieder montieren ließ.

Design für die Demontage

Modulare Bauweisen ermöglichen zwar die Demontage durch den Einzelnen, sind aber für Unternehmen, die Wert aus Massenprodukten schöpfen wollen, wenig hilfreich. Für ihren dritten Toasterentwurf wollten die AoD-Designer einen kostengünstigen Toaster entwickeln, der sich schnell und einfach zerlegen lässt, ohne die Einzelteile zu beschädigen oder ihre Materialien zu vermischen. Die Lösung war ein Toaster mit Schnappverbindungen, die kleine Pellets enthielten. In einer Vakuumkammer („ein billiges Investitionsgut“, so AoD) dehnen sich die Pellets aus, öffnen alle Verbindungen und hinterlassen ein zerlegtes Produkt.

Die AoD-Strategie ähnelt einem Konzept namens Active Disassembly using Smart Materials (ADSM), das von Joseph Chiodo von Active Disassembly Research entwickelt wurde. Mithilfe von „Memory-Materialien“, die ihre Form behalten, bis sie eine Auslösetemperatur erreichen (entweder wärmer oder kälter als üblich), entwickelte Chiodo Schrauben und andere Verbindungselemente.

Sobald das Produkt auf die Auslösetemperatur erhitzt oder abgekühlt wird, verlieren alle Schrauben ihr Gewinde und das Produkt zerfällt, ohne dass die Einzelteile beschädigt werden. Die Temperatur ist nicht der einzige Auslöser für die Veränderung. Wie beim Toaster kann auch eine Druckveränderung funktionieren, oder die Demontage kann laut der Website von Active Disassembly durch „Mikrowellen, Infrarot, Schall, Computer- und Robotersteuerung, elektrischen Strom oder Magnetfelder“ ausgelöst werden.

Kunststoffe für eine Kreislaufwirtschaft

Kunststoff stellt eine der größten Herausforderungen für die Kreislaufwirtschaft dar. Er ist allgegenwärtig, wird aus Erdöl hergestellt und zersetzt sich erst nach Hunderten von Jahren. Laut einem Bericht des Weltwirtschaftsforums aus dem Jahr 2016 mit dem Titel „Die neue Kunststoffwirtschaft: Die Zukunft des Kunststoffs neu denken“ sind Kunststoffverpackungen ein besonderes Problem. „Nach einem kurzen Erstgebrauchszyklus gehen 95 % des Materialwerts von Kunststoffverpackungen oder 80 bis 120 Milliarden US-Dollar jährlich für die Wirtschaft verloren. Unglaubliche 32 % der Kunststoffverpackungen entgehen den Sammelsystemen und verursachen erhebliche wirtschaftliche Kosten.“ Tatsächlich, so der Bericht, „werden die Kosten solcher externen Effekte nach der Verwendung von Kunststoffverpackungen zuzüglich der Kosten für die Treibhausgasemissionen aus ihrer Produktion vorsichtig auf 40 Milliarden US-Dollar jährlich geschätzt – und übersteigen damit die Gesamtgewinne der Kunststoffverpackungsindustrie.“

Einer der Gründe für die niedrigen Recyclingquoten von Kunststoffen liegt darin, dass oft zwei oder mehr inkompatible Materialien miteinander kombiniert werden, um die für bestimmte Verpackungen benötigten Eigenschaften zu erreichen. Laut Jeff Wooster, Global Sustainability Director bei Dow, sind die Plastikbeutel, die für alles Mögliche verwendet werden – von Tiefkühlkost bis hin zu Waschmittelkapseln – ein gutes Beispiel dafür.

Sie bestehen traditionell aus Polyethylenterephthalat (PET), das auf eine Polyethylenfolie laminiert ist. Die Verwendung dieser beiden unterschiedlichen Kunststoffe verleiht den Beuteln sowohl „ein schönes, glänzendes Aussehen als auch eine Steifigkeit, die sie im Regal standhalten lässt“, so Wooster, und „die Fähigkeit, mit hoher Geschwindigkeit auf Verpackungsmaschinen zu laufen“. Außerdem sind die Beutel dadurch nicht recycelbar.

Um dieses Problem zu lösen, entwickelten die Wissenschaftler von Dow eine neue Verpackungsstruktur, die alle Produktdesign-Vorgaben erfüllt, aber nicht aus PET, sondern aus zwei Polyethylen-Typen besteht. „Durch die Kombination verschiedener, miteinander kompatibler Polyethylen-Typen“, erklärt Wooster, entwickelte Dow einen Standbodenbeutel, der zusammen mit Plastiktüten im Supermarkt recycelt werden kann. Eine der ersten Anwendungen des innovativen Materials war der Beutel für Geschirrspültabs der siebten Generation. Das recycelte Polyethylen wird vor allem für neue Einkaufstüten verwendet, die einen Großteil des ursprünglichen Produktwerts behalten, und für Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe, die den Kunststoff mindestens 50 Jahre lang wiederverwenden.

Der Standbeutel ist bei weitem nicht Dows einziger Beitrag zur Kreislaufwirtschaft. Eine weitere im Herbst 2016 angekündigte Innovation ist ein Produkt aus polypropylenbasierten Olefin-Blockcopolymeren. In der Vergangenheit waren Post-Consumer-Abfälle, die Polypropylen und Polyethylen enthielten, schwer zu recyceln. Dows Innovation ermöglicht es nun, diese beiden häufig verwendeten Harze zu einer Vielzahl von Produkten zu kombinieren – darunter starre Behälter und Fässer, Haushaltsbehälter, Industrietanks, Kajaks und flexible Verpackungen – die laut Unternehmen „Upcycling-Möglichkeiten für Recycler und Markeninhaber bieten“.

Produkte, die sich selbst verfolgen

Eine überraschend einfache Idee treibt weitere Innovationen voran, die die Kreislaufwirtschaft unterstützen: den Überblick über den eigenen Besitz zu behalten. Digitale Technologien, darunter das „Internet der Dinge“, ermöglichen es Unternehmen, „intelligente Vermögenswerte“ zu entwickeln, die ihren Standort, ihre Verfügbarkeit und ihren Zustand melden können. Die Fähigkeit, diese Informationen als „Big Data“ zu kanalisieren, zu sammeln und zu verarbeiten, ermöglicht es Unternehmen, den Wert dieser Vermögenswerte langfristig zu maximieren.

Caterpillar beispielsweise nutzt integrierte Sensoren zur Überwachung seiner Maschinen im Einsatz und kombiniert diese mit prädiktiver Diagnose, um die Lebensdauer seiner Produkte zu verlängern. Die Technologie ermöglicht dem Unternehmen, von der Reparatur nach einem Ausfall zur Reparatur vor dem Ausfall überzugehen und die Wartung je nach Einsatz der Maschine zu optimieren – all das spart den Kunden Ausfallzeiten und Kosten.

IBM hat eine ähnliche Technologie genutzt, um ein umfassendes Analysetool namens „Reuse Selection Tool“ zu entwickeln, das Produktmanagern dabei hilft, die nächste optimale Verwendung für ein Produkt zu finden. Das Tool befindet sich derzeit im Prototypenstadium und verarbeitet eine Vielzahl detaillierter Daten – darunter Informationen über die Modularität und das Wiederverwendungspotenzial der Geräte, Vorschriften, Marktpreise, Wiederaufbereitungskosten sowie Angebot und Nachfrage. So kann der Produktmanager pro Gerät entscheiden, ob es wiederaufbereitet, recycelt oder verschrottet werden soll. IBM prüft außerdem die Möglichkeit, kognitives Computing, wie es das Watson-System erstmals vorstellte, zur Interpretation der Daten einzusetzen.

Die neue Business-to-Business-Sharing-Plattform FLOOW2 verfolgt einen einfacheren Ansatz. Statt auf intelligente, selbstverwaltete Anlagen zu setzen, wurde ein Marktplatz nach dem Vorbild von Craigslist geschaffen, auf dem Unternehmen Geräte und Einrichtungen inserieren und zur Miete statt zum Kauf anbieten können. Dieser kollaborative Konsum treibt die Sharing Economy auf Verbraucherebene bereits voran. Die Innovation von FLOOW2 besteht darin, diese Idee auf die Geschäftswelt auszuweiten.

Entwicklung von Produkten, die CO² nutzen

Eines der Hauptziele der Kreislaufwirtschaft besteht darin, einen Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur um 2 °C über das vorindustrielle Niveau zu verhindern. Laut der Internationalen Energieagentur erfordert die Erreichung dieses Ziels in den nächsten 34 Jahren Investitionen in erneuerbare Energien und Energieeffizienz in Höhe von einer Billion US-Dollar pro Jahr – eine Verdreifachung des aktuellen Investitionsniveaus. „Das wird nicht passieren“, sagt Bernard David, Senior Fellow bei IGEL und Vorsitzender von CO² Sciences, Inc. Trotz aller geplanten Maßnahmen wird die in der Atmosphäre verbleibende Kohlendioxidmenge einen inakzeptablen Anstieg der globalen Erwärmung bedeuten.

Eine mögliche Lösung für dieses Problem ist die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS), bei der das Treibhausgas im Untergrund gespeichert wird. Diese Strategie ist jedoch technisch noch nicht umsetzbar. „Die meisten aktuellen CCS-Techniken sind unwirtschaftlich, da die Kohlenstoffabscheidung zu viel Energie verbraucht. Daher werden sie noch nicht in großem Maßstab eingesetzt“, heißt es in einem aktuellen GreenBiz-Artikel mit dem Titel „Sieben Unternehmen, die bei der Kohlenstoffabscheidung und -speicherung im Auge behalten werden sollten“.

Die Global CO² Initiative, ebenfalls eine Idee von Bernard David, verfolgt einen anderen Ansatz. Anstatt das Gas einfach als zerstörerisches Abfallprodukt zu vergraben, zielt die Initiative darauf ab, die Weltwirtschaft durch neue Erfindungen und Investitionen so umzugestalten, dass bis zu 10 % des globalen CO² zur Herstellung nützlicher, profitabler Produkte in großem Maßstab genutzt werden. Eine Marktanalyse von McKinsey & Co. identifizierte 25 potenzielle Produkte, deren Markt bis 2030 ein Volumen von einer Billion US-Dollar erreichen könnte. Jedes dieser Produkte befindet sich auf einem anderen Reifegrad, den die Initiative auf einer neunstufigen Skala bewertet. „Um eine sinnvolle Wirkung zu erzielen“, sagt David, „muss man all diese Dinge auf Stufe 9 bringen.“

Zement ist die am leichtesten zu erreichende Lösung. Ein bereits gängiges Verfahren verspricht eine Reduzierung der CO²-Emissionen der Branche um 70 %. Dies geschieht durch die Abscheidung der Gase im Zement und durch eine drastische Reduzierung der Emissionen während der Aushärtung. Da die Zementherstellung 7 % des CO²-Ausstoßes verursacht, sagt David: „Mit dieser einen Branche können wir die CO²-Emissionen potenziell um 5 % jährlich senken.“

Die im Januar 2016 gestartete Initiative arbeitet daran, „ein ganzes Ökosystem für die Herstellung CO2-basierter Produkte im großen Maßstab aufzubauen“, erklärt David. Es ist eine Mammutaufgabe, doch im Oktober 2017, weniger als ein Jahr nach ihrem Start, veröffentlichte die Initiative den Entwurf einer „Roadmap zum globalen Kommerzialisierungspotenzial von Technologien zur Kohlenstoffabscheidung und -nutzung bis 2030“. Eine vollständige Roadmap wurde im November 2016 auf der Konferenz der Vertragsparteien zur Weiterentwicklung des Pariser Klimaabkommens in Marrakesch, Marokko, vorgestellt.

Wie die Roadmap der Initiative zeigt, ist der Weg in die Zukunft voller Möglichkeiten. Zweifellos wird es Schlaglöcher und Umwege geben, wenn Unternehmen ihr Produktdesign im Hinblick auf die Kreislaufwirtschaft überdenken. Doch dank der oben genannten und weiterer, noch nicht vorstellbarer Designstrategien hat die Reise hin zu einer Kreislaufwirtschaft einen guten Start hingelegt.