Nachhaltiger Maschinenbau: Status quo und Ausblick

Kundenanforderungen, regulatorische Vorgaben und Wettbewerbsdruck treiben derzeit Nachhaltigkeitsaktivitäten in Unternehmen voran. Dies ist ein Ergebnis einer gemeinsamen Studie der Hochschule München und der Leuphana Universität Lüneburg. Bild: Smarterpix/simpson33

Foto: Smarterpix/simpson33

In einer gemeinsamen Studie der Leuphana Universität Lüneburg und der Hochschule München wurden Nachhaltigkeitsbeauftragte aus verschiedenen deutschen Maschinenbauunternehmen zum aktuellen Stand der Integration von Nachhaltigkeitsaspekten in die Produktentwicklung und Produktion befragt. Die Datenerhebung erfolgte in zwei Stufen: Auf eine Onlinebefragung folgte jeweils ein etwa einstündiges persönliches Interview. Ziel war es, den Grad der Umsetzung, zentrale Herausforderungen, eingesetzte Methoden und Tools sowie insbesondere bestehenden Forschungs- und Entwicklungsbedarf zu erfassen.

1 Einleitung und Motivation

Nachhaltigkeit gewinnt im Maschinenbau zunehmend an strategischer Bedeutung und beeinflusst sowohl die Produktentwicklung als auch die Produktion in immer stärkerem Maße. Insbesondere regulatorische Anforderungen auf europäischer und nationaler Ebene, darunter die Corporate Sustainability Reporting Directive (CSRD) und das Lieferkettensorgfaltspflichtengesetz (LkSG), erhöhen den Handlungsdruck auf Unternehmen. Neben ökonomischen Zielsetzungen müssen nun auch ökologische und soziale Kriterien systematisch in Entwicklungs- und Entscheidungsprozesse integriert werden. Die vorliegende Studie der Leuphana Universität Lüneburg und der Hochschule München untersucht den aktuellen Stand dieser Transformation. Im Mittelpunkt steht die Frage, in welchem Umfang Nachhaltigkeitsaspekte bereits im betrieblichen Alltag von Maschinenbauunternehmen verankert sind und in welchen Bereichen weiterhin Entwicklungs- und Forschungsbedarf besteht.

2 Methodik

Die Datenerhebung erfolgte in zwei aufeinander aufbauenden Schritten: Zunächst wurde eine Onlinebefragung durchgeführt, an die sich etwa einstündige semistrukturierte Interviews zur inhaltlichen Vertiefung der Befragungsergebnisse anschlossen. An der Onlinebefragung nahmen insgesamt 18 Unternehmen teil, die überwiegend in den Regionen Lüneburg und München ansässig sind. Davon standen 14 Unternehmen für ein anschließendes Interview zur Verfügung. Für die Durchführung der Befragung sowie für die Transkription und Auswertung der Interviews wurden über die Academic Cloud der Gesellschaft für wissenschaftliche Datenverarbeitung Göttingen bereitgestellte KI-gestützte Tools genutzt.
Ziel der Befragung war es, einen möglichst breiten Überblick über den Stand der nachhaltigen Transformation im deutschen Maschinebau zu bekommen. Um unterschiedliche Perspektiven abzubilden, wurden Unternehmen verschiedener Wirtschaftszweige, Größenklassen und Produktbereiche einbezogen (Bild 1). Befragt wurden jeweils Personen, die in ihrem Unternehmen für Nachhaltigkeit verantwortlich sind oder sich schwerpunktmäßig mit entsprechenden Fragestellungen befassen.

Die befragten Unternehmen stammen überwiegend aus dem Maschinenbau (50 %), der Automobilbranche und der Luft- und Raumfahrtindustrie (je 11 %) sowie aus weiteren Branchen. Etwa die Hälfte der Unternehmen beschäftigt mehr als 5 000 Mitarbeitende und erzielt einen Jahresumsatz von über einer Milliarde Euro. Das Produktportfolio umfasst vorwiegend mechanische, elektrische und mechatronische Produkte. Rund die Hälfte der Unternehmen stellt Komplettsysteme her, während die übrigen Unternehmen Komponenten beziehungsweise Zulieferteile produzieren. Viele der Unternehmen bieten darüber hinaus produktbezogene Dienstleistungen an.
Die Produkt- und Lieferkettenkomplexität sowie die Fertigungstiefe werden überwiegend als hoch eingeschätzt. Dem Thema Nachhaltigkeit kommt nach Einschätzung der Befragten eine mittlere bis hohe Bedeutung zu. Mehr als 70 % der Befragten verfügen über eine Berufserfahrung von mehr als zehn Jahren. Alle Befragten sind unmittelbar in die Nachhaltigkeitsaktivitäten ihrer Unternehmen eingebunden, haben nach eigener Einschätzung jedoch meist nur begrenzten Einfluss auf konkrete Entscheidungen in der Produktentwicklung und Produktion.

3 Auswertung der Onlinebefragung

Die Ergebnisse der Onlinebefragung (Bild 2) zeigen, dass Nachhaltigkeitsanforderungen überwiegend durch externe Akteure und Vorgaben initiiert werden. Dazu zählen insbesondere Material-Compliance-Anforderungen wie REACH (89 %) sowie direkte Kundenanforderungen (78 %). Häufig sind diese Anforderungen formal in Lastenheften verankert und über Design Guidelines und Stage-Gate-Prozesse in den Entwicklungsprozess integriert (jeweils 50 %). Innerhalb des Produktentstehungsprozesses erfolgt die Berücksichtigung von Nachhaltigkeitsaspekten überwiegend bei der Materialauswahl (94 %), gefolgt von der Anforderungsdefinition und der Konstruktionsphase (jeweils 78 %) sowie der Lieferantenauswahl (67 %).
Bei den eingesetzten Methoden dominieren Material-Compliance-Bewertungen (72 %) sowie die Berechnung von Product- (PCF) und/oder Corporate Carbon Footprints (CCF) mit jeweils 56 %. Als Werkzeuge kommen vor allem unternehmensinterne Excel-Lösungen (83 %), spezialisierte PCF-/CCF-Tools (67 %) und ERP-Systeme (56 %) zum Einsatz. Die Bewertung dieser Werkzeuge fällt insgesamt eher kritisch aus: Verständlichkeit, Praxistauglichkeit und Eignung für frühe Entwicklungsphasen werden als gering bis mittel eingeschätzt, während der Anwendungsaufwand als hoch und die Datenverfügbarkeit als mittel bewertet werden.

Die Nachhaltigkeitsbewertung stützt sich in den Unternehmen vorwiegend auf interne Daten, darunter Energieverbräuche (83 %), Stücklisten (72 %) und Daten aus ERP-Systemen (56 %). Ergänzend werden Materialdatenbanken (78 %) sowie Lieferantendaten (61 %) als Datenquellen hinzugezogen. Während diese insbesondere in der Automobilbranche vergleichsweise gut verfügbar sind, bestehen in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie in weiteren Branchen deutliche Defizite. Besonders auffällig ist, dass die Informationen zur Nutzungsphase und zum End-of-Life häufig nicht verfügbar sind und daher auf Grundlage von Annahmen abgeschätzt werden müssen.
Der unternehmensinterne Entwicklungsbedarf konzentriert sich insbesondere auf die Optimierung der Lieferketten (56 %), die stärkere Berücksichtigung des gesamten Produktlebenszyklus einschließlich der End-of-Life-Phase sowie auf Verbesserungen im Datenmanagement und in den Entscheidungsprozessen (jeweils 50 %).

Beim identifizierten Forschungsbedarf (Bild 3) werden vor allem Circular Design (83 %), die Verbesserung der Verfügbarkeit und Durchgängigkeit von Lieferkettendaten sowie vereinfachte und KI-gestützte LCA-Methoden (jeweils über 60 %) mit hoch bis sehr hoch bewertet. Zusätzlich zu den Bewertungsmethoden werden als Ergebnisse auch Best-Practice-Sammlungen (67 %) und die Erarbeitung praxisorientierter Leitfäden (56 %) als konkrete Forschungsergebnisse gefordert.

4 Erkenntnisse 
aus den Interviews

Die auf den Ergebnissen der Onlinebefragung aufbauenden Interviews dienten dazu, die branchen- und unternehmensspezifische Perspektive vertiefend zu untersuchen. Im Fokus standen individuelle Herausforderungen und Entwicklungsbedarfe, ebenso wie Chancen und Erfolgsfaktoren. Aus der Auswertung der Interviews lassen sich folgende zentrale Erkenntnisse zu den untersuchten Themenschwerpunkten ableiten:
Verständnis und strategische
 Bedeutung von Nachhaltigkeit
Nahezu alle Befragten vertreten ein ganzheitliches Nachhaltigkeitsverständnis, das ökologische, soziale und unternehmensbezogene Aspekte im Sinne des ESG-Ansatzes berücksichtigt. In den meisten Unternehmen liegt der Schwerpunkt jedoch auf ökologischen Themen wie der Reduktion der CO₂-Emissionen, die Steigerung der Energieeffizienz und der Förderung der Kreislaufwirtschaft. Weitere genannte ökologische Aspekte waren die Reduktion von Verpackungsmüll, die Optimierung der Abfallwirtschaft sowie das Thema Material Health, das im europäischen Kontext als möglicher strategischer Standortvorteil bewertet wurde. Soziale Aspekte werden vor allem im Zusammenhang mit dem Arbeits- und Gesundheitsschutz betrachtet.
Eine umfassendere Einbeziehung der gesamten Wertschöpfungskette erfolgt insbesondere aufgrund der Anforderungen des Lieferkettensorgfaltspflichtengesetzes. Ökonomische Überlegungen, beispielsweise zu neuen (kreislauffähigen) Geschäftsmodellen oder die Lebenszykluskostenbetrachtung gibt es nur vereinzelt. Bei der Verankerung von Nachhaltigkeitsaspekten im Unternehmensalltag waren keine regionalen Unterschiede erkennbar. Die Unternehmensgröße hat hingegen einen nennenswerten Einfluss: Während insbesondere OEMs Nachhaltigkeitsaspekte oft strategisch in Prozessen und Strukturen verankern, reagieren KMUs vielfach anlassbezogen auf konkrete Kundenanforderungen oder regulatorische Vorgaben.
Herausforderungen und 
Entwicklungsbedarfe
Zu den größten Herausforderungen bei der stärkeren Berücksichtigung von Nachhaltigkeitsaspekten in Produktentwicklung und Produktion zählen der hohe zeitliche und finanzielle Aufwand sowie begrenzte personelle Ressourcen für die Ökobilanzierung von Produkten und Prozessen. Dies betrifft insbesondere die dafür erforderliche Erhebung, Aufbereitung und Bewertung von Daten sowie Datenlücken entlang der Lieferkette, vor allem bei den Scope-3-Emissionen. Bei der nachhaltigen Optimierung von Produktionsprozessen wurden auch technische Einschränkungen als Hemmnisse genannt, wie beispielsweise lange Lebensdauern von Maschinen und Anlagen, wodurch heutige Entscheidungen weit in die Zukunft reichende Auswirkungen haben. Unabhängig von den jeweiligen unternehmensspezifischen Rahmenbedingungen verwiesen die Befragten häufig auch die regulatorische Dynamik und die damit fehlende Planungssicherheit, beispielsweise im Zusammenhang mit dem EU-Omnibus-Paket und dem Carbon Boarder Adjustment Mechanism (CBAM). Auch fehlende oder uneinheitliche Standards für die Carbon-Footprint-Berechnung, die Ökobilanzierung oder die Bewertung der Biodiversität wurden als zentrale Herausforderung genannt.
Die Entwicklungsbedarfe liegen demnach insbesondere in der Vereinfachung und Standardisierung bestehender Bewertungsmethoden sowie der Schaffung qualitativ hochwertiger und durchgängiger Datenstrukturen. Als besonders wichtig wird auch die systematische Integration von Nachhaltigkeitsaspekten in alle Unternehmensprozesse erachtet, damit Nachhaltigkeit von Anfang an als implizites Entwicklungsziel analog zu Zeit, Kosten und Qualität berücksichtigt wird. Großes Potenzial wird auch einer ganzheitliche Lebenszykluskostenbetrachtung unter Berücksichtigung der Nutzungs- und der End-of-Life-Phase zugewiesen.
Chancen und Erfolgsfaktoren
Neben den bestehenden Herausforderungen eröffnet die stärkere Berücksichtigung von Nachhaltigkeitsaspekten auch wirtschaftliche Chancen. Dazu zählen insbesondere Kostensenkungen durch einen effizienteren Ressourceneinsatz sowie die Erschließung neue Märkte und Geschäftsmodelle im Re-Use und Re-Manufacturing. Darüber hinaus wurde die Stärkung der Lieferkettenresilienz durch lokalere Materialkreisläufe häufig als potenzieller Nutzen hervorgehoben.
Zu den zentralen Erfolgsfaktoren zählen die strategische Verankerung der Nachhaltigkeitsziele und deren Unterstützung durch die Führungsebene, benutzerfreundliche digitale Tools sowie ein konsequentes durchgängiges Daten­management. Als wesentlich wurde zudem die Konzentration auf die größten Einflussfaktoren im Sinne des 80-20-Prinzips angesehen. Auch das Engagement der Mitarbeitenden sollte nicht unterschätzt werden und durch Schulungen sowie gezielte Bewusstseinsbildung gefördert werden. Darüber hinaus wurden stabile regulatorische Rahmenbedingungen mehrfach als wichtige Voraussetzung für nachhaltige Investitionen und Maßnahmen genannt.

5 Fazit und Ausblick

Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass Nachhaltigkeitsaktivitäten derzeit vor allem durch Kundenanforderungen, regulatorische Vorgaben und den Wettbewerbsdruck vorangetrieben werden. Großunternehmen nehmen dabei tendenziell eine strategische Vorreiterrolle ein, während KMU häufig eher reaktiv auf entsprechende Anforderungen reagieren. Im Branchenvergleich ist die Automobilindustrie weit fortgeschritten, vor allem hinsichtlich des Datenaustauschs entlang der Lieferkette. Zu den größten Hindernissen bei der Bewertung und Optimierung der Nachhaltigkeit zählen der hohe Zeit- und Kostenaufwand sowie bestehende Lücken in der Datenbasis. Gleichzeitig konnten zentrale Stellhebel identifiziert werden: Benutzerfreundliche, KI-gestütze Tools zur automatisierten Nachhaltigkeitsbewertung in der frühen Phase der Entwicklung können die Umsetzung von Nachhaltigkeitszielen erleichtern. Darüber hinaus bilden einheitliche Methoden- und Datenstandards sowie branchenübergreifende Kooperationen eine wesentliche Grundlage für skalierbare Lösungen. Nicht zuletzt sind stabile regulatorische Rahmenbedingungen entscheidend für Investitionen in nachhaltigere Produkte und Prozesse.
Die Studie offenbart darüber hinaus zwei wesentliche Lücken im bisherigen Umgang der Unternehmen mit Nachhaltigkeit: Zum einen beschränken sich viele Unternehmen – maßgeblich durch regulatorische Anforderungen getrieben – bislang auf Maßnahmen zur Steigerung der Ökoeffizienz, also auf die Verringerung des Ressourcenverbrauchs und der Umweltbelastungen. Die Ökoeffektivität, die auf die Entwicklung ökologisch wirksamer und kreislauffähiger Lösungen abzielt, spielt hingegen häufig nur eine untergeordnete Rolle. Zum anderen werden Kosten häufig nicht über mehrere Produktlebenszyklen hinweg betrachtet, sodass langfristige Einspar- und Wertschöpfungspotenziale nachhaltiger oder zirkulärer Lösungen vielfach unberücksichtigt bleiben. Eine stärkere Ausrichtung auf Ökoeffektivität in Verbindung mit einer lebenszyklusübergreifenden Kostenbetrachtung könnte künftig weiterreichende Veränderungen in der Produktgestaltung, der Materialauswahl und den Fertigungsprozessen bewirken.
Entscheidend für die breite Durchsetzung nachhaltiger Innovationen ist ihre wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit. Nachhaltige Produkte und Lösungen entfalten erst dann eine relevante Wirkung, wenn sie sich am Markt durchsetzen, skalierbar sind und für Kunden keinen erheblichen Kostennachteil mit sich bringen. Gelingt es, nachhaltigere Alternativen kostenneutral oder sogar kostengünstiger anzubieten, steigen ihre Akzeptanz und ihr Potenzial, konventionelle Lösungen in der Breite zu ersetzen.

6 Handlungsempfehlungen

Für Unternehmen:

• Nachhaltigkeit über Zieldefinitionen systematisch in die Produktentwicklung integrieren
• Datenmanagement hinsichtlich Vollständigkeit und Austauschbarkeit verbessern
• Zielkonflikt „Kosten vs. Nachhaltigkeit“ lösen durch interne und externe Business Cases sowie – wo möglich – neue Geschäftsmodelle

Für Forschung und Entwicklung:

• Einfache KI-unterstütze Tools zur Nachhaltigkeitsbewertung entwickeln
• Methodik und Datenaustausch standardisieren
• Materialforschung Richtung Kreislauffähigkeit intensivieren

Autoren:
Prof. Dr.-Ing. Markus Klein
Hochschule München
Fakultät 03 für Maschinenbau/Fahrzeugtechnik/Flugzeugtechnik
80335 München

Prof. Dr.-Ing. Arthur Seibel
Leuphana Universität Lüneburg
Institut für Produktionstechnik und -systeme (IPTS)
21335 Lüneburg