Nachhaltigkeit wird für Chemieunternehmen in den kommenden Jahrzehnten immer relevanter. Digitale Technologien bieten dabei neue Möglichkeiten, die Kreislaufwirtschaft voranzutreiben, Emissionen zu reduzieren und Ressourcen effizienter zu nutzen. Unternehmen wie Covestro erproben neue Lösungen, um dieser Herausforderung zu begegnen. Die chemische Industrie steht an einem Wendepunkt, denn nachhaltiges Wirtschaften ist angesichts des Klimawandels dringender denn je. Als ressourcenintensive Branche tragen Chemieunternehmen eine große Verantwortung, wirksame Strategien zu entwickeln und umzusetzen, um Emissionen zu reduzieren und eine materialsparende Produktion zu ermöglichen. Die Nachfrage nach neuen Lösungen ist dabei enorm und die Digitalisierung bietet ein bisher kaum genutztes Potenzial, diesen Herausforderungen zu begegnen und die für Deutschland besonders relevante chemische Industrie nachhaltiger zu gestalten.
Die digitale Transformation und neuartige Datenanalysen spielen in der Chemieproduktion der Zukunft eine entscheidende Rolle, so auch bei Covestro. Durch den Einsatz von digitalen Zwillingen und künstlicher Intelligenz können Unternehmen detaillierte Einblicke in ihre Produktionsprozesse gewinnen. Mit diesem Wissen können Prozesse verbessert und der Energieverbrauch sowie der CO2-Ausstoß signifikant gesenkt werden. Darüber hinaus ermöglicht ein digitales Abbild der Produktionsanlagen eine vorausschauende Wartung, so dass Unternehmen den richtigen Zeitpunkt für Reparaturen genau bestimmen können. Dies führt zu weniger ungeplanten Stillständen und einer längeren Lebensdauer der Anlagen, was wiederum Ressourcen schont und direkt zu mehr Nachhaltigkeit beiträgt. Die Einführung von KI-gestützten Prozesssimulationen eröffnet Unternehmen zudem die Möglichkeit, Produktionsprozesse präzise und flexibel zu planen und umzusetzen. So können Unternehmen in Echtzeit auf Veränderungen reagieren, die Effizienz ihrer Prozesse steigern und den Ressourcenverbrauch senken. Eine neue digitale Aufstellung ebnet vielen Chemieunternehmen den Weg zu einer umweltfreundlichen und ressourceneffizienten Industrie.
Die Vernetzung und gemeinsame Nutzung digitaler Lösungen entwickelt sich zu sogenannten ,Connected Industrial Ecosystems'. Innerhalb dieser Ökosysteme tauschen Unternehmen interne Daten und Ressourcen aus, verbessern Prozesse und fördern so die Kreislaufwirtschaft. Ein reibungsloser Informationsfluss, unterstützt durch das industrielle Internet der Dinge (IIoT) und Cloud Computing, bildet die Grundlage für diese Zusammenarbeit entlang der industriellen Wertschöpfungskette und treibt neue Produktentwicklungen voran.
,Connected Industrial Ecosystems' ermöglichen es Unternehmen so, ihre eigenen Nachhaltigkeitsziele effektiver zu verfolgen und tragen zu einer branchenweiten Transformation bei. Durch die gezielte Analyse von Daten und Ressourcenströmen können Chemieunternehmen Abfälle reduzieren, die Wiederverwendung von Materialien optimieren und den Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft besser angehen. Nach Erkenntnissen von Aveva erzielen Unternehmen mit dieser Strategie eine dreifach höhere Kapitalrendite, eine zehn Prozent höhere Rentabilität und eine bis zu 20 Prozent höhere Nachhaltigkeitsleistung.
Das Chemieunternehmen Covestro nimmt in dieser Transformationsbewegung eine Vorreiterrolle ein. Der Polymerhersteller hat sich zum Ziel gesetzt, seine Scope 1- und Scope 2-Emissionen, also die durch die eigene Produktion verursachten CO2-Emissionen sowie den Energieverbrauch für Strom und Wärme, bis 2035 vollständig klimaneutral zu stellen.
Dazu werden neue biobasierte und recycelbare Polymere entwickelt, um die eigenen Produkte nachhaltiger zu gestalten und moderne Kreislaufpolymere zu etablieren. Covestros Vision ist es, weniger energieintensive Produktionsprozesse zu entwickeln, klimaneutrale Energiequellen zu nutzen und durch Recycling weniger Ressourcen zu verbrauchen. „Wir haben viele Ideen und Möglichkeiten, uns diesem Ziel zu nähern. Deshalb brauchen wir ein Werkzeug, das uns hilft, schnell und effizient die wirtschaftlichen, technischen und nachhaltigen Vorteile eines neuen Produktionsprozesses einzuschätzen”, erklärt Franz Kirchhoff, Leiter der Abteilung für Prozessmodellierung und Konzeptionierung bei Covestro.
Um dieser Herausforderung gerecht zu werden, setzt Covestro auf den ,Aveva Process Simulator', der bereits mit den Covestro Prozessmodellen sowie den gängigen Materialien und Molekülen für die Polymerproduktion vertraut ist. Die Herstellung von Polymeren ist äußerst komplex und erfordert detaillierte Simulationen, die feste Produktionsschritte und thermodynamische Prinzipien berücksichtigen. Covestro ist daher auf eine flexibel anpassbare Software angewiesen, die die Grundlagen der Polymerherstellung auf neue Prozesse anwenden kann.
Auf dem Weg zur Klimaneutralität spielen biobasierte Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen eine zentrale Rolle, weshalb Covestro diese Moleküle direkt in seine Simulationen integriert. Ein weiterer Fokus liegt auf recyclingfähigen Polymeren, die als Teil der Kreislaufwirtschaft Ressourcen schonen und der teuren Entsorgung chemischer Stoffe entgegenwirken. Dazu simuliert Covestro Prozesse mit veränderten Variablen wie niedrigeren Temperaturen, reduziertem Druck und nachhaltig erzeugtem Dampf, um Energielücken im Produktionsprozess zu schließen und die Polymerherstellung kosteneffizient und nachhaltig zu gestalten.
Um neuartige, nachhaltigere Polymere wirtschaftlich herstellen zu können, spielt die Skalierbarkeit eine entscheidende Rolle. Diese lässt sich mit der Aveva Software zuverlässig simulieren, da hier alle Daten übersichtlich zusammenlaufen. Ein besonderer Vorteil ist, dass sich Gleichungen für Fließbilder nahtlos in den Process Simulator integrieren lassen. Die offene Architektur mit integrierter Skripterstellung in Python ermöglicht eine individuelle Anpassung der Software, um sie für Sensitivitätsanalysen und Rastersuchen nach Parametern wie Temperatur und Druck zu optimieren. Durch die Verknüpfung mit Microsoft Excel können Daten für Massen- oder Energiebilanzen einfach exportiert und über die benutzerfreundliche Schnittstelle aktualisiert werden, um die Skalierbarkeit neuer Polymere zu testen. Die automatisierte Übertragung hilft dabei, Fehler und Zeitverluste durch manuelle Datenübertragung zu vermeiden.
Um Covestro im schnell wachsenden Markt für biobasierte und recycelbare Polymere einen entscheidenden Vorsprung zu sichern, sind solche präzisen und schnell verfügbaren Simulationsergebnisse der Schlüssel. Durch die Modellierung neuer nachhaltiger Prozesse mit Hilfe von Prozesssimulationssoftware ermöglicht das Unternehmen einen reibungslosen Übergang von der Konzept- in die Testphase und spart so wertvolle Zeit und Ressourcen. Auf diese kosteneffiziente Weise können verschiedene Szenarien mit minimalem Programmieraufwand getestet werden, um gezielt in die Prozesse und Materialien mit den größten Erfolgsaussichten zu investieren. Basierend auf den bisherigen Simulationsergebnissen führt Covestro nun erste Laborexperimente durch, um die Vorhersagen der Simulationen zu verifizieren und Testläufe der neuen Produktionsprozesse durchzuführen.
Die chemische Industrie steht vor der Herausforderung, schnell und effizient zu handeln, um den Wandel zur Nachhaltigkeit zu vollziehen. Ihre Produkte dienen als Grundlage und Ausgangsstoffe für viele wichtige Artikel des täglichen Lebens. Vorausschauende Lösungen können daher einen enormen Einfluss auf viele andere Industriezweige haben. Die digitale Transformation, vernetzte industrielle Ökosysteme und KI-gestützte Prozesssimulation bieten nicht nur die Möglichkeit, Produktionsprozesse zu optimieren, sondern auch die Voraussetzungen, um die Kreislaufwirtschaft in die Praxis umzusetzen. Unternehmen wie Covestro zeigen, dass der Einsatz von Prozesssimulation nachhaltige Innovationen ermöglicht, die ökologische und ökonomische Vorteile vereinen.
Autor: Awraam Zapounidis, Vice President Central and Eastern Europe bei Aveva
