Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik
Rohstoffe ohne Ende
Deutschland produziert und exportiert wie kaum ein anderes Land. Maschinen, Fahrzeuge, Elektroniksysteme, Chemikalien – deutsche Industriegüter sind auf allen Weltmärkten präsent. Diese Stärke hat jedoch eine strukturelle Kehrseite: Für ihre Produktion braucht die deutsche Wirtschaft enorme Mengen an Rohstoffen, die sie selbst so gut wie nicht besitzt. Öl, Gas, Metalle, Seltene Erden und viele weitere Materialien werden importiert, häufig aus wenigen Ländern in politisch instabilen Regionen, zu Preisen, die erheblichen Schwankungen unterliegen.
Das sind keine neuen Erkenntnisse. Aber die geopolitischen Verwerfungen der letzten Jahre geben ihnen eine neue Dringlichkeit. Die deutsche Wirtschaft ist bei kritischen Rohstoffen zu über 90 Prozent auf Importe angewiesen und die Konzentration auf wenige Lieferländer ist dabei alarmierend. Von 48 untersuchten Rohstoffen ließ sich im Jahr 2023 bei 23 eine hohe bis sehr hohe Importkonzentration feststellen. Diese Abhängigkeit hat sich zuletzt noch verstärkt angesichts der großen Transformationen der Bereiche Energie, Mobilität und Digitalisierung, die viele kritische Ressourcen erfordern.
Wer diese Situation allein unter Gesichtspunkten der Klimapolitik oder Nachhaltigkeitsrhetorik diskutiert, greift zu kurz. Es geht um etwas Fundamentaleres, nämlich um die Fähigkeit Deutschlands, auch in Zukunft zu produzieren, zu exportieren und wirtschaftliche Souveränität zu wahren. Und es geht um die strategische Frage, wie ein rohstoffarmes Land inmitten eines zunehmend ressourcengetriebenen Weltmarkts seine industrielle Basis behaupten und ausbauen kann. Die Antwort liegt zu einem wesentlichen Teil in der Kreislaufwirtschaft.
Unsicherheitsfaktor Ressourcen
Wer als Unternehmen oder als Volkswirtschaft Rohstoffe verbraucht und anschließend entsorgt, macht sich zweifach abhängig: von den Primärlieferanten am Anfang der Wertschöpfungskette und von der Entsorgungsinfrastruktur an deren Ende. Das klassische lineare Modell – Rohstoff beschaffen, Produkt herstellen, Produkt nutzen, Produkt entsorgen – hat in einer Welt funktioniert, in der Rohstoffe günstig und reichlich verfügbar waren. Diese Welt existiert nicht mehr.
Stattdessen verknappen sich kritische Materialien, während die Nachfrage durch Digitalisierung, Mobilitäts- und Energiewende zunimmt. Im Jahr 2023 wurden 68 Prozent des deutschen Energiebedarfs aus Importen gedeckt. Für spezifische Industriemineralien sieht die Lage noch konzentrierter aus: Seltene Erden und Magnesium bezieht die EU zu mehr als 90 Prozent von China, bei Lithium ist die Abhängigkeit von wenigen Lieferländern erheblich. Die Importabhängigkeit für Metallerze und -konzentrate, die für die Produktion von Schlüsselindustrien notwendig sind, liegt bei nahezu 100 Prozent.
Das Kreislaufwirtschaftsmodell setzt genau hier an. Es zielt darauf ab, Materialien nicht nach einmaliger Nutzung zu entsorgen, sondern sie im System zu halten – durch Reparatur, Wiederverwendung, Remanufacturing und schließlich Recycling. Jedes Kilogramm Stahl, Aluminium oder Kupfer, das aus einem Altprodukt zurückgewonnen und wieder in den Produktionsprozess eingespeist wird, ist ein Kilogramm, das nicht importiert werden muss. In dieser schlichten Logik liegt ein wirtschaftspolitisches Potenzial, das in der öffentlichen Debatte noch immer unterschätzt wird. Nicht nur, dass die Wertschöpfung in Deutschland gesteigert wird, sondern es werden auch hierzulande Jobs geschaffen.
Zehn R-Strategien als Grundlage der Kreislaufwirtschaft
Chance für den Industriestandort Deutschland
Für rohstoffreiche Länder mag Kreislaufwirtschaft eine wünschenswerte Ergänzung des Wirtschaftsmodells sein. Für Deutschland ist sie eine strategische Notwendigkeit und zugleich eine historische Chance. Die Ausgangslage ist paradox: Ein Land ohne nennenswerte Erzlagerstätten hat über Jahrzehnte eine der weltweit leistungsfähigsten Industriestrukturen aufgebaut und damit enorme Mengen an Materialien in Produkten, Gebäuden und Infrastrukturen akkumuliert. Diese »anthropogenen Lager« sind das eigentliche Rohstoffreservoir Deutschlands.
Stahl aus abgelegten Industrieanlagen, Aluminium aus Altfahrzeugen, Kupfer aus Altleitungen, Seltene Erden aus Elektroschrott – all dies ist prinzipiell rückgewinnbar und bildet einen enormen, bislang weitgehend ungenutzten Rohstoffvorrat. Gleichzeitig verfügt Deutschland über die ingenieurwissenschaftliche Kompetenz, die industrielle Infrastruktur und die Forschungskapazitäten, um diese Materialien effizient zurückzugewinnen und erneut nutzbar zu machen.
Schon jetzt beschäftigt die Kreislaufwirtschaft in Deutschland rund 310.000 Menschen und erzielte im Jahr 2021 einen Umsatz von rund 105 Milliarden Euro. Eine Potenzialanalyse von Deloitte und dem Bundesverband der Deutschen Industrie kommt zu dem Ergebnis, dass die Bruttowertschöpfung der deutschen Industrie durch eine konsequent umgesetzte zirkuläre Wirtschaft jährlich um 12 Milliarden Euro steigen und ein positiver Netto-Beschäftigungseffekt von knapp 180.000 zusätzlichen Arbeitsplätzen entstehen könnte. Diese Zahlen illustrieren, dass es sich nicht um ein Nischensegment handelt, sondern um eine Wachstumsbranche mit wirtschaftlichem Gewicht und noch erheblich größerem Potenzial.
Resilienz durch Zirkularität
Resilienz ist in den letzten Jahren zu einem der meistgenutzten Begriffe in Wirtschaft und Politik geworden. Häufig bleibt er abstrakt, doch in Bezug auf die Kreislaufwirtschaft wird er sehr konkret: Wer Sekundärrohstoffe einsetzt, statt Primärmaterialien zu importieren, entkoppelt sich von Preisschwankungen auf Weltmärkten, von politischen Lieferrisiken und von logistischen Verwundbarkeiten langer Lieferketten.
Zwei Beispiele verdeutlichen dies. Der Stahlsektor ist einer der bedeutendsten Rohstoffverbraucher in Deutschland. Während bei Stahl heute eine Quote von 44 Prozent Sekundärrohstoffen erreicht wird, wäre bis 2030 eine Steigerung auf 58 Prozent möglich; bei Aluminium könnte die Quote von derzeit 53 auf 72 Prozent angehoben werden. Die Produktion von Stahl aus Schrott benötigt einen Bruchteil der Energie der Primärstahlproduktion und macht unabhängig von Eisenerz-Importen aus Australien, Brasilien oder der Ukraine. Das ist Resilienz in Zahlen.
Das zweite Beispiel ist die Batteriewirtschaft. Für die Elektromobilitätsstrategie Deutschlands und Europas sind Lithium, Kobalt und Nickel unverzichtbar. Während Deutschland 2014 erst 18 Prozent seiner Lithium-Akkumulatoren aus China importierte, waren es 2024 bereits 50 Prozent – eine Konzentration, die mit starken Abhängigkeiten verbunden ist. Ein konsequentes Batterierecycling und eine Verlängerung der Batterielebensdauer durch Remanufacturing-Konzepte würde diese Abhängigkeit schrittweise reduzieren. Entscheidend ist dabei nicht nur das Lebensende, sondern bereits die Gestaltung der Übergänge zwischen Nutzungsphasen: Eine Batterie aus einem Elektrofahrzeug kann nach ihrer Erstnutzung ein Second Life in stationären Energiespeichern finden, bevor sie schließlich dem Materialrecycling zugeführt wird. Forschende des Fraunhofer IPK engagieren sich in diesem Bereich aktiv: Im Rahmen des europäischen BatteryPass-Projekts treiben sie maßgeblich die Entwicklung eines digitalen Produktpasses für Batterien voran, der die Rückverfolgbarkeit von Materialien entlang der gesamten Wertschöpfungskette als technologische Grundvoraussetzung für funktionierende Kreisläufe ermöglicht.
Der digitale Produktpass ist dabei mehr als ein Transparenzinstrument. Er ist ein Treiber der Kreislaufwirtschaft: Ohne Kenntnis darüber, aus welchen Materialien ein Produkt besteht, wie es gebaut wurde und wo es sich im Lebenszyklus befindet, lassen sich kreislaufwirtschaftliche Konzepte kaum wirtschaftlich umsetzen. Genau darin liegt ein zentrales Forschungsfeld des Fraunhofer IPK, nämlich in der Entwicklung datenbasierter Infrastrukturen, die Kreisläufe informationstechnisch abbildbar und steuerbar machen.
Kooperation als Systemvoraussetzung
Technologie allein kann Kreislaufwirtschaft nicht verwirklichen. Sie ist zutiefst ein organisatorisches und kooperatives System. Betrachten wir ein einfaches Beispiel: Eine Werkzeugmaschine, die am Ende ihrer Nutzungsdauer beim Endkunden steht, enthält wertvolle Metalle, hochwertige Bauteile und Komponenten, die für das Remanufacturing geeignet wären. Damit dieser Wert nicht im Schredder landet, müssen Hersteller, Zulieferer, Nutzer, Servicebetriebe und Recyclingunternehmen miteinander kommunizieren und kooperieren – über Unternehmensgrenzen, in manchen Fällen auch über Ländergrenzen hinweg, und über Zeiträume, die weit über den klassischen Liefervertrag hinausgehen.
Dies erfordert neue Formen der Zusammenarbeit. Der Maschinenbauer muss sein Produkt so gestalten, dass es demontierbar ist – das bedeutet Entscheidungen in der Konstruktionsphase, die erst Jahrzehnte später ihren Wert entfalten. Der Zulieferer muss Materialien verwenden, die recyclinggerecht sind. Der Nutzer muss bereit sein, das Produkt nach der Nutzungsphase zurückzugeben. Und der Entsorger muss in der Lage sein, die Materialien sortenrein zu trennen und aufzubereiten – mit Technologien, die in manchen Fällen noch gar nicht wirtschaftlich betrieben werden können.
Am IWF der TU Berlin und am Fraunhofer IPK beschäftigen sich interdisziplinär zusammengesetzte Forschungsteams intensiv mit Fragen rund um die Gestaltung solcher Kreislaufsysteme: Wie müssen Produkte konstruiert werden, damit sie am Ende ihres Lebens wieder zu Rohstoffen werden? Welche logistischen Strukturen braucht Remanufacturing? Wie können Automatisierungslösungen für komplexe, unvorhersehbare Demontageaufgaben weiterentwickelt werden? Wie lassen sich Qualitätssicherungsprozesse für aufbereitete Bauteile gestalten, die das Vertrauen der Abnehmer gewinnen? Und wie gestalten wir das alles wirtschaftlich?
Von der Ware zur Dienstleistung
Das Kreislaufwirtschaftsmodell verändert nicht nur Produktionsprozesse, sondern auch die Grundlogik des Wirtschaftens. Eines der strukturell interessantesten Konzepte ist das Product-as-a-Service-Modell: Statt ein Produkt zu verkaufen, bietet ein Unternehmen dessen Nutzung als Dienstleistung an. Der Produzent bleibt Eigentümer des Produkts und hat damit ein unmittelbares wirtschaftliches Interesse daran, dass es möglichst lange hält, möglichst wartungsarm betrieben werden kann und am Ende seines Lebens effizient recycelt oder refabriziert wird.
Dieses Modell ist schon längst keine Zukunftsvision mehr. Michelin bietet Reifen als Dienstleistung an, bezogen auf zurückgelegte Fahrzeugkilometer. Hersteller von Industriebeleuchtung verkaufen zunehmend Licht statt Lampen. In der Werkzeugmaschinenbranche entwickeln sich Konzepte, bei denen nicht die Maschine selbst, sondern die erzeugte Bearbeitungskapazität in Rechnung gestellt wird. Dies verändert die Anreizstruktur grundlegend: Langlebigkeit und Reparierbarkeit sind nicht mehr nur Forderung eines externen Regulierers, sondern wirtschaftliche Notwendigkeit des Herstellers.
Für deutsche Maschinenbau- und Investitionsgüterunternehmen eröffnet dies strategische Chancen auf internationalen Märkten. In Ländern, die erst in der Industrialisierungsphase sind und noch keine Recyclinginfrastruktur aufgebaut haben, können deutsche Unternehmen mit kreislaufwirtschaftlichen Produkt-Dienstleistungssystemen einen Qualitäts- und Zuverlässigkeitsvorsprung aufbauen, der kaum auf dem Preisniveau des Wettbewerbs
angreifbar ist.
Bereits heute beschäftigt sich mehr als jede zweite deutsche Firma mit der Frage, wie sie ihr Geschäftsmodell mit Elementen der Kreislaufwirtschaft verbinden kann. Unternehmen erhoffen sich dabei Einsparungen bei Materialkosten sowie eine gesteigerte Unabhängigkeit und Resilienz in den Lieferketten. Die Herausforderung besteht darin, diesen Weg zu beschreiten, bevor die Marktbedingungen oder die Regulierung dazu zwingen. Denn wer als Erster belastbare kreislaufwirtschaftliche Geschäftsmodelle skaliert, setzt die Standards, nach denen andere folgen. Hier setzen Forschende des Fraunhofer IPK an, beispielsweise mit dem Online-Tool EcoBoost, bei dem Unternehmen einfache Kennzahlen eingeben und individualisierte, priorisierte Vorschläge für passende Kreislaufwirtschaftsansätze erhalten, die ihr jeweiliges Geschäftsmodell bereichern.
Forschung für die Kreislaufwirtschaft
Die Transformation zu einer Kreislaufwirtschaft ist kein Selbstläufer. Sie setzt technologische Entwicklungen voraus, die heute erst in Ansätzen verfügbar sind. Am PTZ Berlin werden solche Entwicklungen entlang verschiedener Forschungsfelder maßgeblich vorangetrieben.Ein zentrales Thema ist das KI-gestützte Erkennen und Sortieren von Materialien und Bauteilen.
Elektroschrott enthält wertvolle Rohstoffe, aber ihre Rückgewinnung scheitert häufig an der aufwendigen manuellen Demontage und Sortierung. Mithilfe von Bildverarbeitungssystemen und maschinellem Lernen lassen sich Bauteile automatisch identifizieren, klassifizieren und für die Weiterverarbeitung separieren. In mehreren Projekten zur Rückgewinnung kritischer Rohstoffe, etwa aus Elektrogeräten oder im Automobilrecycling, konnten Forschende des Fraunhofer IPK diesen Ansatz bereits validieren.
Eng verbunden damit ist die Digitalisierung der Produkthistorie. Ein Bauteil, das seinen gesamten Lebensweg – Hersteller, Materialzusammensetzung, Nutzungsintensität, Wartungsgeschichte – digital dokumentiert trägt, lässt sich am Ende seines Lebens viel zielgenauer aufbereiten oder recyceln. Der digitale Produktpass, dessen Einführung die EU im Rahmen der Ökodesign-Verordnung für zahlreiche Produktkategorien verpflichtend vorschreiben wird, ist das Instrument dafür. Am Fraunhofer IPK entstehen die Methoden und Werkzeuge, mit denen Unternehmen ihre Produkte DPP-fähig machen können. So wird in einem jüngst gestarteten Förderprojekt zum digitalen Produktpass für Handwerksbetriebe untersucht, wie auch kleine und mittlere Unternehmen, die bislang keinen Zugang zu solchen Informationsinfrastrukturen haben, in digitale Kreislaufsysteme eingebunden werden können.
Ein weiteres Forschungsfeld ist das Remanufacturing, also die industrielle Aufbereitung gebrauchter Produkte auf Neuzustand. Die technologischen Herausforderungen sind erheblich: Gebrauchte Bauteile weisen Abnutzungsspuren, Materialermüdungen und Oberflächenveränderungen auf, die präzise diagnostiziert und behoben werden müssen. Am PTZ Berlin werden dafür zerstörungsfreie Prüfverfahren, adaptive Bearbeitungsstrategien und teilautomatisierte Qualitätssicherungssysteme entwickelt, die Remanufacturing skalierbar machen.
Jetzt heißt es handeln
Im Dezember 2024 hat das Bundeskabinett die Nationale Kreislaufwirtschaftsstrategie verabschiedet. Sie gibt einen Rahmen vor und benennt wichtige Handlungsfelder. Ob dieser Rahmen zu einem echten Transformationsimpuls wird, hängt davon ab, wie konsequent
er mit konkreten Instrumenten unterlegt wird und ob die politischen Rahmenbedingungen für die notwendigen Investitionen stimmen.
Deutschland hat viele Voraussetzungen, um Zirkularität zu fördern: einen exzellenten Recycling-Sektor und Spitzenforschung. Allerdings hat Deutschland in den vergangenen zwei Jahrzehnten seine einstige Vorreiterstellung eingebüßt und hinkt im europäischen Vergleich hinterher. In einem Feld, in dem technologische Standards und Infrastrukturen entstehen, die für Jahrzehnte prägend sein werden, ist das eine Führungsposition, deren Rückgewinnung kostspieliger wird, je länger man wartet.
Für Unternehmen, die jetzt handeln, bietet sich eine einmalige Gelegenheit: Wer gestaltet, setzt Standards für das Produktdesign, die Rücknahmelogistik und die Qualitätssicherung von Rezyklaten. Das ist ein Wettbewerbsvorteil, der sich verteidigen lässt.
In der Forschung gilt es, technologische Lösungen zu entwickeln, die nicht nur im Labor funktionieren, sondern in der Praxis kleiner und mittlerer Unternehmen skalierbar sind. Die Wissenschaft muss Methoden bereitstellen, mit denen Unternehmen ihre Geschäftsmodelle auf Kreislauffähigkeit hin analysieren und transformieren können. Und gerade die Forschung im Bereich Unternehmensmanagement muss in der Lage sein, als ehrlicher Mediator zwischen Akteuren zu vermitteln, die neue Kooperationsformen eingehen müssen, um Kreislaufsysteme zum Laufen zu bringen.
Kreislaufwirtschaft ist für unsere Forschenden kein Nachhaltigkeitsthema im engeren Sinne, sondern zugleich Produktionstechnik-, Management- und letztendlich Innovationsthema. Es ist die Frage, wie Deutschland seine industrielle Stärke unter veränderten Ressourcenbedingungen bewahrt und ausbaut. Die Rohstoffe für Deutschlands industrielle Zukunft lagern nicht in fernen Minen. Sie stecken bereits in den Produkten, die wir heute verwenden. Es liegt an uns, sie zurückzugewinnen.