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Maschinenbau und Technik

Zukunftsbilder

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Digitalisierung ist wichtig – das haben uns die vergangenen Monate deutlich vor Augen geführt. Und Digitalisierung ist noch etwas: ein nicht enden wollender Prozess, den Unternehmen ständig im Blick haben sollten. Foto: AdobeStock

Die Natur bietet eine Vielzahl von prominenten Vorlagen für technische Innovationen. Über die reine Bionik hinaus schaffen Entwicklungen smarter Systeme, Digitalisierung der Produktion und Industrie 4.0 die Grundlage für einen weitaus umfassenderen Trend: die Biologische Transformation. Doch was ist das? Und welche Dimensionen eröffnen sich hier für den Maschinenbau?

In Zeiten von Rohstoffknappheit, Klimawandel und steigenden Umweltauflagen stehen Unternehmen und Gesellschaft vor der Herausforderung, nachhaltig und ressourceneffizient zu produzieren. Neue Wege für eine effiziente und ökologisch verträgliche Produktion müssen gefunden werden.

Für die Technik von morgen setzen Wissenschaft und Wirtschaft zunehmend auf Prinzipien der Natur und Konzepte aus der Biologie – von der Bionik über die industrielle Biotechnologie und biobasierte Materialien bis hin zur Additiven Fertigung. Langfristiges Ziel ist es, unter Nutzung biologischer Vorbilder und evolutionär auf Effizienz getrimmter molekularer Werkzeuge die Biologische Transformation in Technik und Produktion systematisch zu ermöglichen.

Die Nachfrage nach neuen Lösungen ist hoch – hier ist auch der Maschinen- und Anlagenbau als Innovationstreiber gefragt. Sein Branchenverband, der VDMA, geht bereits seit einiger Zeit der Frage nach, wie die Biologisierung eine neue Perspektive für nachhaltige industrielle Wertschöpfung eröffnet.

Biologisierung meint dabei zunächst die zunehmende Integration von Prinzipien der Natur in moderne Wirtschaftsbereiche beziehungsweise für die Entwicklung von Produkten oder Problemlösungen mit Hilfe der Lebenswissenschaften. Schon seit einigen Jahren diskutiert man die Biologisierung der Wirtschaft, der Biologisierung der Industrie und der Biologisierung der Technik.

Wissenschaftler unterteilen den Prozess der biologischen Transformation in drei Entwicklungsmodi: Inspiration, Integration und Interaktion. Durch die Inspiration werden evolutionär über Jahrmillionen entstandene biologische Phänomene auf Wertschöpfungssysteme übertragen. Unternehmen entwickeln mit diesem Ansatz neuen Materialien und Strukturen (Beispiel: Leichtbau), Funktionalitäten (Biomechanik) sowie Organisations- und Kooperationslösungen (Schwarmintelligenz). Dieses Forschungsfeld ist unter dem Begriff Bionik bereits allgemein bekannt.

Im Modus Integration kommt das Wissen über die Natur zur Anwendung, indem biologische Systeme in Produktionssysteme eingebunden werden, etwa wenn chemische durch biologische Prozesse ersetzt werden. Beispiel für diesen Modus ist etwa die Nutzung von Mikroorganismen zur Rückgewinnung von seltenen Erden aus Magneten oder die Erzeugung von Wasserstoff aus Abfall. Die dritte Stufe der biologischen Transformation, die umfassende Interaktion zwischen technischen, informatorischen und biologischen Systemen, führt schließlich Stück für Stück zu neuen, autarken Produktionstechnologien und -strukturen, welche dann die Biointelligenz ausmachen.

In seiner Bandbreite und Themenvielfalt ist die Biologisierung der Industrie nach Angaben des VDMA für den Maschinen- und Anlagenbau noch schwierig einzuordnen – ähnlich wie in der Zeit vor der Einführung des Begriffs „Industrie 4.0“, als zwar klar war, dass die Digitalisierung große Auswirkungen auf die industrielle Produktion haben würde, aber der Gesamtüberblick fehlte, was alles darunter zu verstehen ist. So verhält es sich heute mit den Auswirkungen, die eine Interaktion von Technik, Informatik und Biologie mit sich bringen könnte – manifestiert im neuen Feld der Biointelligenz.

In einer Zukunftsstudie mit Blick auf das Jahr 2035 haben Wissenschaftler im Auftrag des VDMA aus 13 Schüsselfaktoren vier komplementäre Zukunftsbilder für den Maschinen- und Anlagenbau entwickelt. Szenario 1 ist betitelt mit „Goldene Zeiten mit Biointelligenz“. Hiernach schafft die Interaktion von Soft-, Hard- und Bioware eine nachhaltige industrielle Wertschöpfung. Die Biologisierung wird prosperieren und ist weithin akzeptiert. Dabei arbeiten die Akteure Hand in Hand und marktgetrieben. Deutlich negativ zeichnet Szenario 2 mit dem Titel „Biologisierung für die Nische“ die Zukunft. Reaktionsstarre und Fremdbestimmung könnten das Innovationsgeschehen beherrschen, so dass die EU den Anschluss verpasst. In Szenario 3 mit dem Namen „Bio-Groß-Macht“ dominieren Großkonzerne und nutzen die Biologisierung für den Massenmarkt. Gesellschaft und Staat fordern Nachhaltigkeit ein. In „Bio – top geschützt“ prognostiziert Zukunftsbild 4 schließlich, dass staatliche Vorgaben und unternehmerische Initiative sich gegenseitig bedingen. Dabei ist hier die Biologisierung nicht an Nachhaltigkeitszielen ausgerichtet.

Für den Branchenverband zeigen diese Szenarien alle, dass die Biologisierung neue Perspektiven für den Maschinenbau bietet, durch das Zusammenspiel der Faktoren in unterschiedlicher Weise. Das erfordere jeweils angepasste Strategien. Fazit des VDMA: Es lohne sich für Unternehmen, sich mit dem Thema auseinanderzusetzen, zumal hier erstmals Grundlagenforschung stärker als bei vorangegangenen Zukunftsstudien in den Fokus rücke. VDMA/aro