Im Mittelpunkt steht die Untersuchung der Nutzung von Pedelecs als Beispiel für elektrisch unterstützte Mobilitätsprodukte. Pedelecs eignen sich für Analysen unterschiedlicher Nutzungsszenarien und enthalten zugleich ressourcenintensive Komponenten wie elektrische Antriebssysteme, deren Nutzung und Lebensdauer von verschiedenen Faktoren beeinflusst werden. Untersucht werden sowohl klassische Pedelecs zur Personenbeförderung als auch E-Cargo-Pedelecs für den Transport von Personen und Gütern. Betrachtet werden drei Nutzungskontexte: private Nutzung, Flottenbetrieb in Unternehmen oder öffentlichen Institutionen sowie Sharing-Angebote.
Für diese Nutzungskontexte definieren die Forschenden mehrere Referenzszenarien. Diese unterscheiden sich unter anderem hinsichtlich der jährlich zurückgelegten Fahrleistung, der Wartungs- und Reparaturintervalle sowie der wirtschaftlichen und ökologischen Entscheidungsfaktoren bei Reparatur oder Ersatz eines Produkts. In der privaten Nutzung wird beispielsweise eine jährliche Fahrleistung von rund 600 Kilometern angenommen, während Lasten-Pedelecs als Transportmittel im Familienalltag dienen können. Im Flottenbetrieb werden Pedelecs als Transportmittel für Beschäftigte oder für den innerstädtischen Warentransport eingesetzt. Sharing-Anbieter stellen sowohl klassische Pedelecs als auch E-Cargo-Varianten zur Verfügung.
Die Analyse der Nutzungsszenarien erfolgt im Kontext der sogenannten R-Strategien der Kreislaufwirtschaft. Dazu zählen Wiederverwendung, Reparatur, Aufarbeitung, Remanufacturing, Umnutzung einzelner Komponenten, Recycling und energetische Verwertung. Diese Strategien zielen darauf ab, die Nutzungsdauer von Produkten und Komponenten zu verlängern und Ressourcen effizienter einzusetzen.
Der Produktlebenszyklus umfasst dabei mehrere Phasen, von der Entwicklung und Produktion über Nutzung und Instandhaltung bis hin zur Weiterverwendung oder Verwertung am Ende der Nutzungsdauer. In der Kreislaufwirtschaft gewinnen insbesondere Wiederverwendung, Remanufacturing und Recycling an Bedeutung, da sie zur Schonung von Ressourcen beitragen. Neben der Betrachtung des gesamten Produkts analysieren die Forschenden auch einzelne Komponenten eines Pedelecs. Je nach Zustand, Material oder Verschleiß können diese unterschiedliche Lebenszyklusoptionen durchlaufen.
Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung der Umweltwirkungen entlang des Lebenszyklus. In der Produktionsphase analysieren die Forschenden unter anderem die Treibhausgasemissionen bei der Herstellung von Komponenten. Während der Nutzungsphase werden Energieverbräuche des elektrischen Antriebs betrachtet. Für Wartung und Instandhaltung werden die benötigten Ressourcen für Ersatzteile untersucht. Am Ende der Nutzung werden Umweltwirkungen verschiedener Optionen wie Recycling, Wiederverwendung oder Entsorgung analysiert, etwa in Bezug auf Energiebedarf, Transportaufwand und Materialverluste.
Besondere Aufmerksamkeit gilt dem Vergleich zwischen Remanufacturing und der Herstellung neuer Komponenten. Am Beispiel des Mittelmotors eines Pedelecs untersuchen die Forschenden, welche Prozessschritte für eine Wiederaufbereitung erforderlich sind und welche Verschleißmechanismen auftreten. Für diese Analysen werden Praxispartner wie Fahrradwerkstätten einbezogen.
Zur Beschreibung der Referenzszenarien entwickeln die Forschenden Daten- und Informationsmodelle. Dabei unterscheiden sie zwischen Prozessdefinitionen und Informationsdefinitionen. Die Prozessdefinition umfasst die Beschreibung der Lebenszyklen des Pedelecs sowie der komponentenspezifischen R-Strategien in den jeweiligen Nutzungskontexten. Die Informationsdefinition berücksichtigt ökonomische und ökologische Aspekte, die sich je nach Nutzungsszenario unterscheiden können. Während für Privatpersonen wirtschaftliche Faktoren wie Reparaturkosten eine wichtige Rolle spielen, müssen Flottenbetreiber beispielsweise auch Transportwege von Ersatzteilen oder Beschaffungskosten berücksichtigen.
Auf Grundlage dieser Informationen sollen Referenzszenarien detailliert beschrieben und Entscheidungsmodelle entwickelt werden. Diese können unterschiedliche Handlungsoptionen abbilden, etwa den Austausch einzelner Komponenten oder die vollständige Neuanschaffung eines Produkts.
Eine zentrale Rolle spielen dabei digitale Technologien. Digitale Zwillinge ermöglichen eine detaillierte Abbildung von Produkten und ihren Komponenten sowie deren Wechselwirkungen. Am Beispiel eines Pedelecs soll ein digitaler Zwilling entwickelt werden, um Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis zu demonstrieren. Ergänzend dazu untersuchen die Forschenden Anforderungen an digitale Produktpässe, die Informationen über Materialien, Komponenten und Lebenszyklen bereitstellen. Solche Produktpässe können die Rückverfolgbarkeit von Ressourcen verbessern und Entscheidungen über Wiederverwendung oder Recycling unterstützen.
Für die Zusammenführung der erforderlichen Daten entwickeln die Forschenden verteilte Datenräume, sogenannte Data Spaces. Diese ermöglichen es, Daten aus unterschiedlichen Quellen zu verknüpfen, ohne dass alle Beteiligten ihre Informationen vollständig zentral bereitstellen müssen. Perspektivisch könnten Hersteller von Pedelecs, private Nutzer, Flottenbetreiber, Sharing-Anbieter, Werkstätten oder Recyclingbetriebe Daten zu Nutzung, Komponenten oder Wartung beitragen. Gleichzeitig behalten die Beteiligten die Kontrolle über ihre Datenbestände.
Zur Erprobung dieses Ansatzes wurde bereits eine Testumgebung aufgebaut, in der öffentlich verfügbare Daten zu den Referenzszenarien integriert und die Datenhaltung in verteilten Strukturen untersucht werden. In weiteren Arbeitsschritten analysieren die Forschenden, welche Daten für die Umsetzung der R-Strategien erforderlich sind und unter welchen Rahmenbedingungen Akteure bereit sind, entsprechende Informationen bereitzustellen.
Darüber hinaus planen sie die Entwicklung eines interaktiven Demonstrators. Dieser soll ermöglichen, unterschiedliche Nutzungsszenarien und R-Strategien unter variierenden Rahmenbedingungen zu simulieren. Parallel dazu werden die Prozess- und Informationsmodelle weiterentwickelt und digitale Zwillinge sowie digitale Produktpässe exemplarisch umgesetzt.
