Von TRL zu LCA: Wie man den Nachhaltigkeitsaspekt frühzeitig in die Produktentwicklung einbezieht

Nachhaltigkeit von Anfang an: Die Verbindung von TRL (Technology Readiness Level) und LCA (Life Cycle Assessment) ermöglicht Unternehmen, ökologische Auswirkungen frühzeitig zu erkennen und zu reduzieren. Diese Ansätze helfen, Ressourcen effizienter zu nutzen, gesetzliche Vorgaben zu erfüllen und nachhaltige Innovationen zu fördern.

Das Wichtigste auf einen Blick:

• TRL bewertet die technologische Reife von Innovationen (von Forschung bis Marktreife).
• LCA analysiert die Umweltauswirkungen über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts.
• Kombination von TRL und LCA: Frühzeitige ökologische Bewertungen und Optimierungen steigern Effizienz und Nachhaltigkeit.
• Beispiele aus der Praxis: Automatisierte Prozesse und Materialwiederverwendung senken den CO₂-Fußabdruck erheblich.
• Tools und Kennzahlen: Spezialisierte Software und KPIs wie CO₂-Fußabdruck, Materialeffizienz und Recyclingfähigkeit unterstützen die Umsetzung.

Warum das wichtig ist: Entscheidungen in frühen Entwicklungsphasen beeinflussen bis zu 80 % der Umweltbilanz eines Produkts. Mit einer strukturierten Integration von TRL und LCA können Unternehmen nicht nur nachhaltiger, sondern auch wirtschaftlicher agieren.

TRL und LCA Grundlagen

TRL-Framework erklärt

Das Technology Readiness Level (TRL) ist ein System, das die technologische Reife von Innovationen bewertet. Ursprünglich von der NASA entwickelt und 1995 standardisiert, wurde es 2014 in das EU-Programm Horizon 2020 integriert. Die TRL-Skala deckt den gesamten Prozess ab – von der Grundlagenforschung bis hin zur vollständigen Integration eines Systems.

Die TRL-Stufen teilen sich wie folgt auf:

• TRL 1–3: Grundlagenforschung
• TRL 4–6: Technologieentwicklung
• TRL 7–9: Systemintegration

LCA-Framework erklärt

Die Lebenszyklusanalyse (LCA) betrachtet die Umweltauswirkungen eines Produkts über dessen gesamten Lebenszyklus hinweg. Sie hilft dabei, Ressourcen effizienter einzusetzen und Verbesserungspotenziale zu erkennen. Eine Untersuchung zu PLA-Einwegbechern zeigte, dass Optimierungen eine Verbesserung von über 82 % ermöglichen.

LCA unterstützt Entwicklungsteams in drei zentralen Bereichen:

• Umweltauswirkungen über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts zu analysieren.
• Optimierungsmöglichkeiten frühzeitig zu identifizieren.
• Ressourceneffizienz gezielt zu steigern.

Die besten Ergebnisse entstehen, wenn diese Ansätze in Kombination mit anderen Methoden angewendet werden.

Kombination von TRL und LCA

Die Verknüpfung von TRL und LCA ermöglicht deutliche Fortschritte, wie Beispiele aus der Praxis zeigen. Ein wichtiger Bestandteil dieser Integration ist die Life Cycle Gap Analysis (LCGA). Sie verbindet ökologische Bewertungen, Wirtschaftlichkeitsanalysen und Strategien der Kreislaufwirtschaft. Ein optimierter Recyclingprozess für PLA-Materialien konnte durch diesen Ansatz die ökologische Effizienz um mehr als 88 % verbessern.

Methoden für frühe Nachhaltigkeitsintegration

Auswirkungstests in frühen Phasen

Die ökologischen Auswirkungen eines Produkts werden maßgeblich durch Entscheidungen in den frühen Entwicklungsphasen beeinflusst. Besonders in der Aufgabenklärungsphase, in der zentrale Produktmerkmale festgelegt werden, ist es sinnvoll, Umweltaspekte direkt zu berücksichtigen.

Ein strukturierter Ansatz für die Bewertung könnte so aussehen:

Diese frühen Erkenntnisse schaffen die Grundlage für eine enge Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Disziplinen.

Teamkoordination

Um die in den frühen Phasen identifizierten Umweltauswirkungen effektiv zu adressieren, ist eine gute Teamkoordination entscheidend. Ein anschauliches Beispiel liefert das Urban-Cubes-Projekt aus dem Jahr 2020, bei dem Produktentwickler, Umweltexperten und Stadtplaner gemeinsam an innovativen Lösungen gearbeitet haben. Neben der Teamarbeit ist es wichtig, von Anfang an ein Kreislaufdesign zu integrieren, das Nachhaltigkeit in den Mittelpunkt stellt.

Kreislaufdesign-Prinzipien

Ein durchdachtes Kreislaufdesign ist eine der zentralen Strategien für nachhaltige Produkte. Dabei spielen folgende Aspekte eine Rolle:

Materialauswahl und -effizienz:

• Einsatz von recycelten oder recyclingfähigen Materialien
• Minimierung von Materialabfällen während der Produktion
• Berücksichtigung der einfachen Demontierbarkeit

Lebenszyklus-Optimierung:

• Gestaltung für eine lange Lebensdauer und einfache Reparatur
• Modulare Designs, die den Austausch einzelner Komponenten erleichtern
• Entwicklung von Rücknahmesystemen für die Wiederverwertung

Ein gelungenes Beispiel zeigt, wie modulare Designs und Rücknahmesysteme dazu beitragen können, Materialkreisläufe zu schließen und Ressourcen effizient zu nutzen.

Tools und Messungen

Software und Systeme

Die Kombination von TRL und LCA erfordert spezialisierte Software, die Umweltauswirkungen über den gesamten Entwicklungsprozess hinweg bewertet. Aktuelle Programme bieten Funktionen, die auf verschiedene Phasen der Produktentwicklung zugeschnitten sind:

Ein Beispiel aus der Praxis: Der Chemiekonzern Eastman nutzt die LCA-Automationslösung von Sphera, um Umweltprofile seiner Produkte transparent darzustellen und seine Nachhaltigkeitsziele zu unterstützen.

Erfolgskennzahlen

Die Integration von Nachhaltigkeit wird anhand bestimmter Kennzahlen gemessen:

Umweltbezogene KPIs:

• CO₂-Fußabdruck pro Produkteinheit
• Materialeffizienz in der Produktion
• Energieverbrauch über den gesamten Lebenszyklus

Prozessbezogene Metriken:

• Recyclingfähigkeit der eingesetzten Materialien
• Reparaturfähigkeit der Produkte
• Ressourceneffizienz in der Herstellung

Studien verdeutlichen Verbesserungen bei der Ressourcennutzung (siehe). Diese Kennzahlen finden in der deutschen Industrie breite Anwendung und liefern wertvolle Einsichten.

Beispiele aus der deutschen Industrie

Deutsche Branchenprojekte zeigen, wie diese Kennzahlen erfolgreich umgesetzt werden. Ein Beispiel aus der Glas- und Keramikindustrie kombiniert KPIs mit LCA-Daten, um direkte und indirekte Emissionen zu bewerten. Dabei wird auch die Energieeffizienz im Zusammenhang mit der Produktionsgröße analysiert.

Die LCA-Software von Sphera, die von über 1.500 Experten genutzt wird, bietet:

• Skalierbarkeit für Unternehmen jeder Größe
• Echtzeit-Datenanalysen
• Integration von Lieferantendaten
• Umfangreiche Datenbanken für präzise Bewertungen

TripleN Talks: Bedeutung von LCA für die nachhaltige ...

Häufige Probleme und Lösungen

Nachdem die Werkzeuge zur Bewertung und Optimierung erläutert wurden, werfen wir nun einen Blick auf typische Herausforderungen bei der Integration und mögliche Lösungsansätze.

Hauptintegrationshürden

Die frühzeitige Berücksichtigung von Nachhaltigkeitskriterien bringt oft einige Hindernisse mit sich. Eine Life Cycle Gap Analysis bei PLA-Einwegbechern zeigte beispielsweise, dass über 82 % der Nachhaltigkeitslücken noch bestehen.

Zu den häufigsten Problemen gehören:

Lösungsansätze

Das Fraunhofer IBP hat mit dem Sustainability Data Science Life Cycle (S-DSLC) einen Ansatz entwickelt, der viele dieser Probleme adressiert. Dieser Ansatz automatisiert Nachhaltigkeitsanalysen und bindet sie direkt in die Geschäftsprozesse ein.

Einige zentrale Strategien umfassen:

• Einsatz automatisierter Systeme zur Datenerfassung
• Entwicklung von Dashboards, die auf die Bedürfnisse verschiedener Nutzergruppen abgestimmt sind
• Integration von Nachhaltigkeitsmetriken in bestehende Prozesse

Die Erfahrungen zeigen, dass eine schrittweise Einführung von Nachhaltigkeitsaspekten besonders effektiv ist. Unternehmen sollten aktiv den Übergang zu einer zirkulären Wirtschaft vorantreiben und Ökoeffizienz in ihre täglichen Abläufe einbinden.

Fazit

Die vorgestellten Methoden und Herausforderungen machen eines klar: Eine frühzeitige Verknüpfung von TRL (Technology Readiness Level) und LCA (Life Cycle Assessment) ist entscheidend, um umweltfreundliche Innovationen zu fördern. Studien zeigen, dass der ökologische Fußabdruck eines Produkts vor allem in den ersten Entwicklungsphasen festgelegt wird.

Während es zahlreiche wirtschaftliche Bewertungsmethoden gibt, fehlt es noch an vergleichbar wirkungsvollen Werkzeugen für die frühe ökologische Analyse. Das ist problematisch, da gerade diese frühen Phasen oft schwer vorhersehbare Auswirkungen auf die Umwelt haben.

Ein strukturierter Ansatz zur Integration von Nachhaltigkeitsaspekten umfasst drei Hauptphasen:

Diese Phasen bilden die Grundlage für ein wirksames Management der Komplexität. Besonders in den frühen Entwicklungsstadien ist es wichtig, technische Risiken und Unsicherheiten gründlich zu bewerten. Ein effektives Produkt-Lifecycle-Monitoring ist dabei unverzichtbar.

Für Unternehmen, die nachhaltige Produkte entwickeln möchten, sind folgende Maßnahmen entscheidend:

• Entwicklungsprozesse so gestalten, dass frühzeitig fundierte Entscheidungen möglich sind
• Komplexität durch konsequentes Lifecycle-Monitoring steuern
• LCA-Tools in allen Phasen der Entwicklung einbinden
• Technische Risiken frühzeitig und systematisch analysieren

Die kontinuierliche Integration von TRL und LCA führt langfristig zu umweltfreundlicheren Produkten und einer geringeren Belastung für die Umwelt.

FAQ

Die zuvor beschriebenen Konzepte werden hier anhand praktischer Fragen zusammengefasst.

Ergebnisse der TRL-LCA-Integration

Die Integration von TRL (Technology Readiness Level) und LCA (Life Cycle Assessment) verbessert den Materialeinsatz, verkürzt Entwicklungszeiten und senkt langfristige Anpassungskosten.

Umsetzung für kleine Unternehmen

Phase 1: Erste Analyse – Schwerpunkt:

• Identifikation zentraler Umweltaspekte
• Nutzung kostenfreier LCA-Tools
• Einbindung in bestehende Prozesse

Phase 2: Systematische Implementierung – Schwerpunkt:

• Schulung des Teams
• Aufbau einer zentralen Datenbasis für Materialien und Prozesse
• Einführung von Nachhaltigkeitskennzahlen

Diese Schritte können auch als Grundlage für eine skalierbare Anwendung in größeren Unternehmen dienen.

Geeignete Branchen

Ein Beispiel aus der Automobilindustrie zeigt, wie regulatorische Anforderungen und Marktanforderungen den Nachhaltigkeitsfokus verstärken.

Diese Methode eignet sich besonders für folgende Branchen:

Das Verständnis von Nachhaltigkeit variiert zwischen Unternehmen, wobei ökologische Aspekte oft im Vordergrund stehen. Diese Beispiele zeigen, wie TRL-LCA den Weg zu umweltfreundlicher Produktentwicklung ebnen kann.

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