Beim Aufbau einer echten Kreislaufwirtschaft bestehe noch erheblicher Nachholbedarf. Die Kreislaufwirtschaft sei ein entscheidendes Instrument, um die klima- und umweltpolitischen Ziele der EU zu erreichen und die strategische Souveränität Europas bei der Rohstoffversorgung zu stärken. Die Transformation zur Kreislaufwirtschaft gehe dabei Hand in Hand mit der digitalen Transformation. Die Digitalisierung spiele eine entscheidende Rolle bei der Umsetzung einer Kreislaufwirtschaft.
In der Studie wurden Anwendungsbeispiele aus drei für die Transformation zentralen Wirtschaftssektoren untersucht. Bei den Sektoren handelt es sich um Gebäude, Textilien und Elektronik. Für jeweils ein Produkt aus diesen Sektoren (Einfamilienhaus, Waschmaschine und T-Shirt) wurden idealtypische zirkuläre Wertschöpfungskreisläufe identifiziert und die mögliche Rolle der Digitalisierung untersucht.
Gebäude
Der Bausektor in der EU verbraucht etwa 50 Prozent der abgebauten Rohstoffe. Durch Strategien der Kreislaufwirtschaft könnten die Treibhausgasemissionen des Sektors um mehr als 30 Prozent reduziert werden. Der Bausektor ist auch für 35 Prozent des Abfallaufkommens in der EU verantwortlich. In Deutschland sind es sogar 55 Prozent. Zwar werden 83 Prozent des Materials recycelt, aber ein erheblicher Teil davon wird zur Verfüllung verwendet. Nur 19 Prozent der Baustoffe für Neubauten stammen aus Recycling oder nachwachsenden Rohstoffen.
Eine Sanierung im Bestand ist in der Regel nachhaltiger als ein Abriss und anschließender Neubau. Dennoch ist im Jahr 2022 ein geplanter Neubau der häufigste Grund für den Abriss von Wohngebäuden in Deutschland.
Der größte Teil der Treibhausgasemissionen entsteht heute während des Betriebs. Die Bereitstellung von Heizenergie, Kühlung und Strom macht dabei den größten Anteil aus. Insgesamt entfallen in der EU 36 Prozent der CO₂-Emissionen auf die Nutzungsphase von Gebäuden. Rund 60 Prozent aller Wohngebäude in Deutschland wurden vor 1977 gebaut.
Auf diese Gebäude entfallen rund drei Viertel des Endenergieverbrauchs von Wohngebäuden. Um die Klimaziele zu erreichen, muss daher ein Großteil des Gebäudebestands energetisch saniert werden. Dazu müsste die Sanierungsrate auf 1,3 bis 2,5 Prozent steigen, um 2045 klimaneutral zu sein. Derzeit ist jedoch das Gegenteil der Fall. Lag sie 2021 noch bei 1 Prozent, ist sie seither auf 0,7 Prozent gesunken.
Einfamilienhäuser machen rund zwei Drittel aller Wohngebäude in Deutschland aus. Viele davon hätten einen schlechten energetischen Standard und müssten in den nächsten 20 Jahren saniert werden, um einen klimaneutralen Gebäudebetrieb zu ermöglichen. Dabei seien Einfamilienhäuser aus Umweltsicht eher ungünstig. Im Vergleich zu Mehrfamilienhäusern seien der Heiz- und Kühlbedarf sowie die Treibhausgasemissionen und der Ressourcenverbrauch höher. Zudem sei die Pkw-Mobilität in Einfamilienhausgebieten aufgrund der geringen Einwohnerdichte höher. Bei Neubauten sei der Einsatz digitaler Technologien bereits Standard. Bei Sanierungen würden sie hingegen deutlich weniger eingesetzt.
Auch bei Gebäuden legt das Produktdesign die Grundlage für eine möglichst lange und effiziente Nutzung. Sie kann auch die Wiederverwendung von Bauteilen und Materialien ermöglichen. Da Gebäude eine sehr lange Lebensdauer haben, sei ein adaptives Design sinnvoll, um Anpassungen an andere Nutzungsarten oder andere Anforderungen zu ermöglichen. Auch eine modulare Bauweise ist sinnvoll. Außerdem sollten Verbindungsmethoden gewählt werden, die einen späteren Rückbau erleichtern.
Statt eines Neubaus sollte möglichst immer der Bestand genutzt und gegebenenfalls an neue Nutzungen angepasst werden. So kann ein Einfamilienhaus zu einem Mehrfamilienhaus umgebaut werden. Bei der Planung kann Building Information Modeling (BIM) helfen. Darüber hinaus kann eine Verknüpfung mit Simulationssoftware erfolgen, um die Planung mit Wirkungsabschätzungen zu verknüpfen. Da Gebäude aus vielen Komponenten und Materialien bestehen, ist die Ermittlung der Umweltauswirkungen komplex. Hier können digitale Werkzeuge bei der Berechnung helfen.
In der Produktionsphase sollte auf eine materialsparende Fertigung, die Wiederverwendung von Bauteilen und den Einsatz von Sekundärrohstoffen oder nachwachsenden Rohstoffen geachtet werden. Auch die Vorfertigung von Gebäudeteilen ist vorteilhaft. Acatech empfiehlt, umweltgerechte Entscheidungen im Planungs- und Bauprozess zu erleichtern. Da viele Akteure in unterschiedlichen Konstellationen beteiligt sind, seien Werkzeuge für einen kooperativen Planungsprozess erforderlich. Diese seien zwar vorhanden, es fehle aber an offenen und verbindlichen Standards. Da Gebäude aber Unikate seien, müsse trotz wünschenswerter Standardisierung genügend Gestaltungsspielraum bleiben.
Zudem müssten Marktplätze für wiederverwertbare Bauteile und Materialien geschaffen werden. Diese sollten zudem möglichst regional wiederverwendet werden, um Kosten und Transportaufwand zu minimieren. Auch hier führe eine unzureichende Standardisierung zu Unsicherheiten über die Qualität der verfügbaren Materialien. Darüber hinaus sollte der Einsatz von Recycling- und Naturstoffen regulatorisch ermöglicht werden.
Elektronik
Von 2010 bis 2022 steigt die Menge der in Verkehr gebrachten Elektro- und Elektronikgeräte von 62 auf 92 Millionen Tonnen. Gleichzeitig nimmt auch die Menge an Elektroschrott deutlich zu und liegt 2022 bei 62 Millionen Tonnen. Die sinkende Nutzungs- und Lebensdauer der Geräte sei unter anderem auf neue technologische Trends, den Wunsch der Verbraucher nach neuen Geräten und Obsoleszenz durch inkompatible oder nicht mehr unterstützte Software zurückzuführen. Zudem sind Reparaturen oft nicht möglich oder sehr teuer.
Bei langlebigeren Produkten wie Waschmaschinen stellt sich die Situation etwas anders dar. So sehe die gesetzliche Vorgabe für die Berechnung der Sammelmengen vor, den Durchschnitt der in den vergangenen drei Jahren in Verkehr gebrachten Geräte zu berücksichtigen. Die Erstnutzungsdauer von Waschmaschinen liege jedoch bei 10 bis 15 Jahren, zudem würden die Geräte danach häufig weiterverkauft.
Unabhängig davon sei in der Bevölkerung das Bewusstsein für die Sammelmöglichkeiten von Elektroaltgeräten – anders als etwa bei Papier oder Glas – deutlich geringer. Da die Verwertung der Altgeräte eine Zertifizierung als Entsorgungsfachbetrieb voraussetze, sei sie für die Hersteller selbst uninteressant. Beim Recycling steht derzeit hauptsächlich die Rückgewinnung von Massenmetallen im Vordergrund. Die Rückgewinnung von seltenen Erden spielt dagegen derzeit kaum eine Rolle. Dies liege unter anderem an den technischen Herausforderungen beim Recycling. Zudem seien seltene Erden meist nur in geringen Mengen enthalten.
Aufgrund der großen Menge an Waschmaschinen, die auf den Markt kommen, ist das Nachhaltigkeitspotenzial hier sehr groß. Sie würden etwa ein Fünftel der Umweltwirkungen der Haushaltselektronik ausmachen. In Deutschland gebe es rund 36 Millionen Geräte in privaten Haushalten. Diese würden aber nur 4 Prozent der verfügbaren Zeit genutzt.
Waschmaschinen seien hinsichtlich des Ressourcenverbrauchs von Energie und Wasser bereits so weit optimiert, dass weitere Effizienzsteigerungen unter Umständen zu negativen Umweltwirkungen führen könnten. So könnte eine weitere Absenkung der Waschtemperatur bei gleichem Waschergebnis den Einsatz von mehr Waschmittel oder eine deutlich längere Einwirkzeit erfordern. Dadurch könnte sich etwa die Freisetzung von Mikroplastik erhöhen.
Die Entwicklung neuer Waschmaschinentypen würde derzeit aufwendige Tests mit realen Prototypen erfordern. Durch eine vollständige oder teilweise Virtualisierung dieser Tests könnten verschiedene Designs parallel getestet werden. Maschinen würden bereits heute modular entwickelt, um Montage und Reparatur zu beschleunigen. Eine längere Lebensdauer und bessere Demontierbarkeit erfordern jedoch hohe Entwicklungskosten, die sich für die Unternehmen derzeit nicht rechnen.
Die Produktion von Waschmaschinen sei bereits stark optimiert. Im Rahmen der Kreislaufwirtschaft ergäben sich jedoch neue Probleme. So müsse zum Beispiel die Einbeziehung von Altbauteilen oder die Wiederaufbereitung der Geräte berücksichtigt werden. Die Nutzungsphase von Waschmaschinen bietet laut Studie den größten Hebel zur Förderung der Kreislaufwirtschaft. Aufgrund der hohen Energie- und Wassereffizienz sollte die Nutzungsdauer der Geräte verlängert werden. Auch Reparaturdienstleistungen seien in diesem Bereich bereits gut etabliert. Dennoch würden Verbraucher*innen bei Defekten in 75 Prozent der Fälle einen Neukauf vorziehen. Gründe dafür seien die Reparaturkosten und der Wunsch nach einem neuen Gerät. Die Digitalisierung ermöglicht eine vorausschauende Wartung. Schäden, die zu einem Geräteausfall führen könnten, können frühzeitig erkannt werden. Zudem könnten die Verbraucher*innen unter den richtigen Umständen zu einer eigenständigen Reparatur ermächtigt werden. Dadurch könnten Kosten, Wartungs- und Ausfallzeiten reduziert werden. Ein weiterer Ansatz wären Product-as-a-Service-Modelle, bei denen das Gerät Eigentum des Herstellers bleibt und den Verbraucher*innen nur das Nutzungsrecht gegeben wird. Im B2B-Bereich seien diese Modelle bereits seit Längerem etabliert.
Im Privatbereich mangele es noch an einer Vernetzung zwischen Herstellern und Verbraucher*innen. Zudem seien die ökologischen und ökonomischen Vorteile in diesem Kontext noch unklar. Auch die gemeinschaftliche Nutzung von Waschmaschinen sei teilweise etabliert, könne aber durch digitale Technologien weiter ausgebaut werden. Zudem könnten digitale Technologien zu einer besseren Auslastung von Waschmaschinen führen. Es bestehe bereits ein Markt für den Verkauf von gebrauchten Waschmaschinen. Dieser finde allerdings vorwiegend auf individueller Basis zwischen einzelnen Haushalten oder lokalen Akteuren statt. Um Bauteile wiederverwenden zu können, sei eine intelligente Vorsortierung erforderlich. Diese sei heute nicht gegeben. Eine intelligente Bildauswertung oder Roboter könnten hier eine Vorklassifizierung leisten.
Aufgrund der langen Produktlebenszeiten kann es passieren, dass Rohstoffe am Ende der Lebensdauer nicht mehr verwertet werden dürfen. Mithilfe digitaler Technologien kann sichergestellt werden, dass Informationen über die enthaltenen Materialien vorliegen. Zudem müsse die Politik einen Korridor schaffen, in dem ein kreislauffähiges Design möglich und aus Sicht einer langfristigen Entwicklungsplanung auch sinnvoll ist. Product-as-a-service-Modelle sind heute weitgehend nicht wirtschaftlich. Mithilfe digitaler Technologien könnten die Transaktionskosten gesenkt werden.
Textilien
Laut Acatech spielt der Textilsektor bei der Transformation zur Kreislaufwirtschaft sowohl in der EU als auch in Deutschland eine wichtige Rolle. Als Wirtschaftsfaktor spielt die Branche eine wichtige Rolle. Die weltweite Produktion von Textilfasern hat sich von 2000 bis 2020 auf 109 Millionen Tonnen fast verdoppelt. Bis 2030 wird ein weiterer Anstieg auf 145 Millionen Tonnen erwartet. Dies ist vor allem auf die zunehmende Verbreitung von Fast Fashion zurückzuführen. Die Qualität der Kleidung hat dabei deutlich abgenommen. In Deutschland werden jährlich zwischen 1 und 1,2 Millionen Tonnen Altkleider und Heimtextilien getrennt erfasst. Weitere 370.000 bis 420.000 Tonnen werden über den Restmüll entsorgt. 60 Prozent der Altkleider werden wiederverwendet, 27 Prozent stofflich und rund 11,5 Prozent thermisch verwertet. Nur 1 Prozent wird weltweit im Faser-zu-Faser-Recycling zu neuer Kleidung verarbeitet. Die Umweltauswirkungen der Textilproduktion sind enorm.
Derzeit seien kreislauforientierte Ansätze in der Textilindustrie kaum wettbewerbsfähig. Das Potenzial sei jedoch enorm. Allein der Markt für Secondhand-Kleidung wird auf 100 bis 120 Milliarden US-Dollar im Jahr 2022 geschätzt. Zudem wird ein jährliches Wachstum von 20 bis 30 Prozent erwartet. Weitere Potenziale werden bei Matratzenabfällen und textilen Bodenbelägen gesehen.
T-Shirts seien das am weitesten verbreitete Kleidungsstück. Gleichzeitig hätten sie nach Schuhen die kürzeste Lebensdauer. Neben dem Konsum sei auch die Herstellung von T-Shirts ökologisch problematisch. Für die Herstellung eines Baumwoll-T-Shirts werden derzeit rund 2.700 Liter Süßwasser verbraucht. Die Anforderungen an ein kreislauffähiges T-Shirt sind laut Acatech komplex. Je nach Materialzusammensetzung können unterschiedliche Recyclingverfahren zum Einsatz kommen. Neben den verwendeten Materialien seien auch Farbstoffe, Knöpfe, Reißverschlüsse und Ähnliches entscheidend. Durch einen digitalisierten Designprozess könne die Anzahl der Entwicklungszyklen deutlich reduziert werden. Zudem sei mit 3D-Modellen eine kooperative textile Produktentwicklung möglich.
Allerdings würde ein digitaler Designprozess nicht grundsätzlich die Nachhaltigkeit erhöhen. Es sei auch ein höherer Durchsatz an Kollektionen möglich, was den Fast-Fashion-Trend weiter befördern könnte. In der Produktion könnten digitale Technologien zu einer Optimierung der Prozesse und damit zu einer Einsparung von Ressourcen führen. Da jedoch ein Großteil der in Deutschland verkauften Textilien im Ausland produziert wird, sind die Ressourceneinsparungen in Deutschland eher gering.
Als wichtigster Hebel wird die Steigerung der Nutzungsintensität von Textilien gesehen. Dazu müsse sich hauptsächlich das Nutzungs- und Konsumverhalten der Verbraucher*innen ändern. Zudem müssten Online-Secondhand-Plattformen etabliert und gestärkt werden. Auch Leasingmodelle sollten ausgebaut werden. Zudem müsse eine lokale Reparaturinfrastruktur aufgebaut werden.
Es müssten intelligente Sammellösungen etabliert werden. Es müsse unbedingt verhindert werden, dass Kleidungsstücke im Restmüll landen, da sie damit unweigerlich für die Wiederverwendung oder das Recycling verloren gingen. Außerdem würden Alttextilien überwiegend manuell sortiert. Dies verursacht hohe Kosten. Digitale Technologien könnten helfen, die Sortierung zu automatisieren. Zudem sei es sinnvoll, die erfassten Stoffströme zu bündeln. Hier könnte der digitale Produktpass helfen.
Die spezifischen Anforderungen des Recyclings müssten beim Produktdesign berücksichtigt werden. Hier fehle es jedoch zum einen an Wissen und zum anderen an Anreizen für die Hersteller. Die Einführung eines digitalen Produktpasses sei sinnvoll, werde aber bisher selbst von ambitionierten Unternehmen kaum genutzt. Hier müsse die Politik Vorgaben zu Datenformaten und Schnittstellen machen. Zudem müsse politisch geklärt werden, welche Funktionen der digitale Produktpass im Textilsektor konkret erfüllen soll. Darüber hinaus ist der Aufbau geeigneter Strukturen in der Textilbranche notwendig.
Die nächsten Schritte
Acatech betont, dass die Kreislaufwirtschaft einen intensiven Informationsaustausch zwischen allen Akteuren erfordert. Digitale Technologien könnten dabei eine wichtige Rolle spielen. Die dafür notwendigen digitalen Werkzeuge seien weitgehend vorhanden. Notwendig seien jedoch digitale Infrastrukturen und standardisierte Anwendungen. Die Politik habe die Notwendigkeit einer Kreislaufwirtschaft zwar grundsätzlich erkannt. Dennoch würden sich die Maßnahmen derzeit im Wesentlichen auf das Recycling konzentrieren. Die Potenziale höherwertiger R-Strategien würden noch zu wenig genutzt. „Geringe Kosteneffizienz, mangelnde Datenverfügbarkeit und -qualität sowie fehlende Interoperabilität aufgrund inkompatibler Schnittstellen und Datenformate stehen daher einer breiten Anwendung digitaler Werkzeuge im Sinne der Kreislaufwirtschaft noch im Wege“, heißt es. Gefordert wird daher, sich auf den Aufbau von Datenökosystemen für zirkuläre Wertschöpfungsnetzwerke zu konzentrieren. Generell sei die mangelnde wirtschaftliche Rentabilität im Vergleich zu linearen Geschäftsmodellen eines der größten Hindernisse für die Kreislaufwirtschaft. Dies liege vor allem daran, dass sich die Umweltkosten nicht in den Produkt- und Rohstoffpreisen widerspiegeln. Zudem müssten diese in erster Linie von der Allgemeinheit getragen werden. Digitale Technologien könnten zwar helfen, diese Kosten zu ermitteln, der Nachteil würde dadurch aber nicht ausgeglichen.
Die Produkt- und Abfallregulierung sei nach wie vor im Wesentlichen auf eine lineare Wirtschaft ausgerichtet. So wird zum Beispiel der Einsatz von Recyclingprodukten derzeit noch erschwert. Dies könne durch eine kreislauforientierte Abfalldefinition geändert werden. Auch die Stoffregulierung müsse besser an die Erfordernisse der Kreislaufwirtschaft angepasst werden. Zudem müssten Märkte für kreislauforientierte Produkte und Dienstleistungen aufgebaut und skaliert werden. Dazu seien Anreizsysteme notwendig. Zudem sollten Umweltkosten sichtbar bepreist werden. Dies geschehe teilweise bereits über den europäischen Emissionshandel. Aber auch andere Umweltkosten müssten in die Bepreisung einbezogen werden.
