Wie Systems Engineering den Weg zur Circular Economy ebenen kann

Die bislang übliche lineare Wirtschaft hat weitreichende Folgen für Menschen, Umwelt und Wirtschaft. Vor allem die damit einhergehende unkontrollierte Primärrohstoffentnahme trägt eine Mitschuld an einer Reihe von negativen Entwicklungen. Diese bedingt nicht nur Rohstoffknappheit und Rohstoffabhängigkeit: Aus der Entnahme resultieren auch 90 Prozent des Biodiversitätsverlusts; sie verursacht 50 Prozent der Treibhausgasemissionen und forciert damit den anthropogenen Klimawandel. Insofern ist die von der Europäischen Kommission im Aktionsplan 2020 – als Teil des Green Deals – angestrebte Lösung nur logisch. Das Wirtschaftswachstum soll von der Ressourcennutzung entkoppelt werden. Europaweit soll ein Paradigmenwechsel von einer linearen zu einer zirkulären Wirtschaft (Circular Economy) erfolgen.

Circular-Economy-Debatte im Umsetzungskoma

Am Bewusstsein dafür mangelt es nicht. Bereits in den 1990er-Jahren wurde den Akteuren in Politik und Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft klar, dass an einer Transformation kein Weg vorbeiführt. Dennoch wird auch nach der Veröffentlichung des Aktionsplans 2020 immer noch über Grundsätzliches debattiert. Die Dringlichkeit wird betont, die Vorteile anschaulich skizziert. Gesprochen wird dagegen zu wenig darüber, wie eine umfassende Transformation methodisch und ökonomisch ermöglicht werden kann. Das sollte sich rasch ändern.

Vom Bewusstsein zur messbaren Umsetzung

Im Kern ist eine Circular Economy ein regeneratives und ressourceneffizientes Wirtschaftssystem, das sich am Abbild natürlicher Stoffkreisläufe orientiert. Dabei wird der Rohstoffgebrauch innerhalb planetarer Leitgrenzen respektiert, schädliche Emissionen werden vermieden und gegebenenfalls ausgeschleust. Gängige Umsetzungsstrategien stützen sich auf erste Managementhierarchien der deutschen Kreislaufwirtschaft, und zwar den 3Rs Reduce, Reuse, Recycle. In Bezug auf die Produktgestaltung haben sich die Ansätze auf bis zu zehnstufigen Hierarchien weiterentwickelt. So wurden Ansätze wie z. B. Rethink, Repair, Remanufacture oder Repurpose integriert. Das allein reicht für eine weitreichende zirkuläre Unternehmensstrategie allerdings nicht. Denn bei der Circular Economy geht um eine umfassende Systembetrachtung und die Erhaltung eines positiven sozialen, ökologischen und ökonomischen Gesamteffekts. Deshalb ist es weit aussagekräftiger, jegliche Leistungen, Prozesse und Umweltauswirkungen zu messen als Handlungshierarchien auszuführen. Das Problem dabei: Es existieren zwar vereinzelte Indikatoren, die Aussagen über einzelne zirkuläre Unternehmensaktivitäten liefern. Diese Indikatoren werden jedoch nicht ganzheitlich im Produktentwicklungsprozess anvisiert. Da aber 80 Prozent der Umweltauswirkungen bereits in der Design-Phase bestimmt werden, liegt hier ein besonders großes Handlungspotenzial. System Engineering kann einen wichtigen Beitrag leisten, dieses Potenzial zu nutzen. Denn in dem Ansatz sind die Verifizierung und Validierung Kernelemente.

Systems Engineering – was ist das eigentlich?

Systems Engineering ist eine transdisziplinäre Produktentwicklungsmethode, die bereits seit den 1950er-Jahren eingesetzt wird. Die verschiedenen Disziplinen – Mechanik, Elektrik/Elektronik, Software und weiteren Fachrichtungen – arbeiten dabei eng zusammen, um ein umfangreiches Systemverständnis zu erlangen, Komplexität zu beherrschen sowie Rückverfolgbarkeit und Transparenz zu steigern. All das führt zu einer erfolgreichen Entwicklung komplexer technischer Produkte einschließlich ihrer Nutzung und Außerbetriebnahme.

Im Unterschied zu anderen Produktentwicklungsmethoden setzt das Systems Engineering darauf, ein komplexes Gesamtsystem auf Struktur, Subsysteme und Systemelemente herunterzubrechen. Nach dieser Dekomposition werden einzelne Elemente sukzessiv wieder zu einem Gesamtsystem integriert. Systems Engineering zeichnet sich also durch eine strukturierte Vorgehensweise aus – vom Anforderungsmanagement über die Systemarchitekturgestaltung, Analyse und Simulation bis hin zur Übergabe.

Darüber hinaus sieht Systems Engineering vor, die Bedürfnisse der Stakeholder und Kunden*innen frühzeitig einzubeziehen. Geforderte Produktfunktionalitäten und -anforderungen werden so im Entwicklungsprozess definiert und mit messbaren Zielen hinterlegt. Gleichzeitig werden durch eine akribische Validierung und Verifizierung nach jedem Prozessschritt, die zuvor definierten Produkt- und Systemanforderungen während des gesamten Produktentwicklungsprozesses überprüft. Zwei Faktoren sind für das Systems Engineering fundamental: Systemdenken und Vorgehensmodelle.

Circular Economy und Systems Engineering matchen

Die Circular Economy ist ein komplexes soziotechnisches System und Systems Engineering ist mit diesen Systemen kompatibel – mit anderen Worten: ein Match. Die Methodik beinhaltet größtenteils alle notwendigen Werkzeuge und Modellierungssprachen für eine weitreichende Umsetzung der Circular Economy. Jedoch ist das Systems Engineering bislang auf lineare Produktlebenszyklen ausgelegt, sodass eine zirkuläre Anpassung erfolgen muss. Das Systems-Engineering-Handbuch nach INCOSE liefert auf Basis des ISO Standards 15288 diverse Möglichkeiten für Tailoring-Prozesse. Demnach liegt das Umsetzungsproblem im Wissensmangel über nachhaltige Anwendungstechniken und Indikatoren in der Disziplin selbst.

Eine Anpassung müsste in den folgenden Aspekten erfolgen:

  • Stakeholder-Identifikation
  • Erweiterung der Systemgrenzen an Circular Economy
  • Zirkuläre Produktanforderungen im Sinne der R-Prinzipien
  • Architektur zur Umsetzung der R-Prinzipien
  • Validierung und Verifizierung mittels etablierter zirkulärer Indikatoren wie Material-Input pro Serviceeinheit (MIPS), Reuse-Potenzial-Indikator, Lebenszyklusanalysen (LCA), Substitutionsquoten, Umsatz mit neuen Wartungspaketen

Auch zirkuläre Geschäftsmodelle, Prozesse und der digitale Produktpass sind Themen, die im Systems Engineering antizipiert werden müssen. Als logische Konsequenz muss die Stilllegungsphase an die Kreislaufwirtschaft angepasst und zirkular gedacht werden, sodass Materialien zurück in den Kreislauf gelangen.

Das vorangestellte Vorgehensmodell soll Ihnen einen ersten Impuls geben, wie die genannten Aspekte in Ihren Produktentwicklungsprozess einfließen könnten.

Systems Engineering als Enabler der Circular Economy

Durch gezielte Tailoring-Mechanismen kann Systems Engineering zum Enabler für eine Circular Economy werden. Selbstverständlich ist System Engineering bei Weitem nicht der einzige Lösungsansatz. Dennoch ist es eine Methode, die mittels Systemdenken und integrativen Vorgehensmodellen die Grundlage für eine besonders weitreichende und beschleunigte Umsetzung liefert. Grund hierfür ist der umfassende Detailierungs- und Verifizierungsgrad, der sich holistisch über den Produktlebenszyklus erstreckt.

Lassen Sie uns das „Umsetzungskoma“ der Circular Economy überwinden, unabhängig davon, für welche Methode Sie sich entscheiden. Zusammen können wir Vorgehensweisen in die Praxis umsetzen - für ein Better Tomorrow!

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Veröffentlicht am: 22.03.2022
Autor*innen: Nikolas Bradford, Christine Schütz

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Nikolas Bradford
Associated Partner | Head of Sustainability Services

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Christine Schütz
Masterandin | Customer Products & Services

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