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Das Projektziel des VP 1.6 Plan C im Spitzencluster BioEconomy bestand in der Untersuchung der nachhaltigen Rohstoffverfügbarkeit für die nächsten 30 Jahre in der Clusterregion.
Dafür wurden eine Rohholzpotentialanalyse sowie eine Prognose auf Basis der Daten der dritten Bundeswaldinventur erarbeitet. Weiter analysierte der Verbund Kenngrößen entlang der Logistikkette zur Rohstoffbereitstellungslogistik und schuf damit eine Berechnungsgrundlage zur Abbildung funktioneller Abhängigkeiten sowie Zusammenhänge von Erntemethode, genutztem Transportweg und Bearbeitungsverfahren.
Den Herausforderungen des dreijährigen Forschungsprojekts stellte sich der Verbund aus den Unternehmen
Knauf Deutsche Gipswerke KG, Georg Fehrensen GmbH, Holzindustrie Templin, DB Schenker Nieten GmbH, Bruno Reimann GmbH & Co. KG, Eickelmann Transport und Logistik GmbH & Co. KG
und den Wissenschaftlern der Hochschule Rosenheim, der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg und der Nordwestdeutschen Forstlichen Versuchsanstalt sowie den Niedersächsischen Landesforsten, dem Landesbetrieb Hessen-Forst und den Landesforsten Thüringen.
Der Nutzen für den Spitzencluster liegt in der besseren Planungsmöglichkeit und dem Ausschöpfen von Optimierungspotentialen in Abhängigkeit des verfügbaren Rohholzpotentials. Somit wurde eine Grundlage zur langfristigen Versorgung und Wirtschaftlichkeit des Spitzenclusters BioEconomy geschaffen.
Ziel des Vorhabens war Prüfung die Untersuchung der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit einer dezentralen Prozesskette zur nachhaltigen Bereitstellung von hochwertigen Grundstoffen aus bislang schwer nutzbarer Non-Food-Biomasse zur stofflichen Nutzung.
Die Untersuchung erfolgt mittels der Weiterentwicklung einer mechanischen Aufschluss- und Fraktionierungstechnologie mit anschließender biochemischer Konversion.
Insgesamt fanden 14 verschiedene Versuchsläufe innerhalb der Projektlaufzeit statt.
In allen Ausgangsmaterialien konnten Zuckerbestandteile mit der enzymatischen Hydrolyse nachgewiesen werden. Somit konnte die technische Machbarkeit bewiesen werden. Nach dem Prinzip einer integrierten Nutzungskaskade wurden die einzelnen Komponenten miteinander verbunden.
Die wirtschaftliche Machbarkeit war jedoch nur gegeben, da die Erlöse aus der Biogasanlage die Verluste in der enzymatischen Hydrolyse ausglichen.
Die enzymatische Hydrolyse hätte für eine eigene Wirtschaftlichkeit höhere Zuckerausbeuten erzielen müssen. Dies konnte auch unter Verwendung verschiedener zusätzlicher Maßnahmen für keinen der Eingangsstoffe reproduzierbar bewiesen werden.
Aus diesem Grund untersucht ein Teil des Konsortiums die wirtschaftliche Machbarkeit einer alternativen Aufschlusstechnologie im Anschluss an das Projekt weiter.
Bio-based products show a great potential to reduce the dependence on fossil resources. Germany currently has a forerunner role in the EU, using biomass as the same resource base for material and energetic utilisation.
Beech wood is hyped in both ways: In material usage directly e.g., in the building sector to balance the possible scarcity of soft wood in the future, as well as indirectly as a feedstock for biorefineries, representing a long-term alternative to the fossil-based industry, and secondly, as energetic use due to its excellent burning quality.
The BIOECONOMY CLUSTER sees itself as an actor in a difficult tension field within implementation of the wood-based Bioeconomy. With a total stocking volume of about 635 million m3, beech is the most abundant hardwood tree species in Germany. Nevertheless, beech wood-based biorefineries compete in a difficile tension field.
One crucial factor is the reliable supply of raw materials - a consistent biomass quality, season-independent availability and efficient logistics of the raw material.
However, the production processes are technically feasible; thus, finally, there is no guarantee for selling the bio-based products to the obtained price.
How to overcome the strong tension field in the beech-based Bioeconomy? Different selected examples show possible approaches. To manage the wood-based Bioeconomy and the beech wood supply chain effectively, the influencing of factors and the managing of the same is crucial.
Das Projektziel des VP 1.1 Holzlogistik im Spitzencluster BioEconomy bestand in der Entwicklung eines mesoskopischen Simulationsmodells.
Das Modell liefert aus strategischer Sicht den Akteuren der Holzbereitstellungskette, auf Basis von kosten- und leistungsrelevanten Systemvariablen, eine fundierte Entscheidungsgrundlage zur Gestaltung der Rohstoffbereitstellung von Buchenholz.
Den Herausforderungen des dreijährigen Forschungsprojekts stellte sich der Verbund aus den Unternehmen ante-holz GmBH & Co. KG, Eickelmann Transport und Logistik GmbH & Co. KG und den Wissenschaftlern der Hochschule Rosenheim, der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg und dem Fraunhofer IML.
Die ausschlaggebenden Größen einer dauerhaft funktionierenden Rohstoffbereitstellungslogistik für Buchenholz am Standort Rottelberode wurden im Projekt analysiert.
Nach der systematischen Aufbereitung relevanter kosten- und leistungsspezifischen Kenngrößen erfolgt die Implementierung der Prozesse in das Simulationsmodell.
Es gelang, die entlang der Wertschöpfungskette ablaufenden Prozesse, am Beispiel von Buchenholz transparent abzubilden und zu bewerten. Abschließend wurde das Simulationsmodell durch Expertenszenarien hinsichtlich seiner Praxistauglichkeit getestet.
Als Projektergebnis steht ein Demonstrator des Simulationsmodells zur Verfügung. Dieser kann entsprechend seiner Auslegung von Clustermitgliedern genutzt werden.
In dieser Arbeit werden die heterogene Softwarelandschaft zur Verbesserung der Holzlogistik in einer einheitlichen Plattform integriert sowie die Auswirkungen der Softwares auf die Durchgängigkeit und Transparenz des Informationsflusses analysiert.
Es wird zunächst der Weg der Logistikkette vom Wald bis ins Werk näher betrachtet, anschließend wird auf diverse Informations- und Kommunikationsplattformen und -technologien eingegangen.
Nachfolgend wird anhand von praxisnahen Beispielen der Prozessablauf Wald-Werk kritisch betrachtet und eine Empfehlung für eine für die Forst- und Holzwirtschaft geeignete IuK-Plattform gegeben.
In dieser Arbeit werden zunächst die Facetten der Rundholztransportlogistik als Spezialgebiet der Verkehrslogistik sowie die derzeitige Tourenplanung beim Rundholztransport und damit der bestehende Handlungsbedarf von theoretischer Seite erörtert.
Mithilfe einer umfangreichen Expertenbefragung wird der praktische Handlungsbedarf zur Optimierung der gebrochenen Rundholzlogistik in Deutschland gestützt.
Nachfolgend werden sämtliche Einflussgrößen zur mathematischen Modellierung gelistet und näher betrachtet. Abschließend finden sich eine konkrete Handlungsempfehlung sowie ein umfassender Ausblick für das bearbeitete Themengebiet.
Many doubts accompany both the resource potential of hardwoods and their softwood substituting potential within its material utilisation. However, as the feedstock demand will rise with more and more wood-based biorefineries entering the market, wood supply security is an increasingly pressing topic. Currently, hardwood flow models are lacking, but are an essential basis for estimating future hardwood supply security. This study investigates the actual hardwood flows in Germany by applying a Material Flow Analysis (MFA). Visualising the results of the MFA for the reference year 2016. The MFA displays 4.44 +/- 0.12 million m³ (fob) recorded fellings in privately-owned forests, 8.60 +/- 0.15 million m³ (fob) recorded fellings in state forests, 9.31 +/- 0.52 million m³ (fob) as unrecorded harvest from forests (i.e. 37% of the total harvest) and 2.65 +/- 0.35 million m³ (fob) unrecorded fellings from non-forest area (11% of total harvest). Of that, almost 30% were used for materials and 70% were used for energy. Consequently, the potential for material use of hardwood in Germany lies beyond its current usage, especially given that good qualities are being used for energy due to actual low material consumer demand. Thus, the MFA assessed the quality and quantity of the German hardwood potential and showed that it offers significant possibilities for value added usage options such as, for example, producing innovative products in biorefineries using degraded high-quality assortments. Due to the low data consistency, heterogeneous datasets for the forest and wood industry sector were calibrated through data reconciliation and error propagation. Additionally, the lack of statistical data for specific wood industry sectors raised a problem, for instance, actual data on private combustion of wood, established hardwood uses, or new innovative products. Severe data issues regarding the German hardwood flow were confirmed.
A Novel Approach to Identify Wood Species Optically using Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy
(2021)
This contribution presents the results obtained with fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM)within the optical identification and differentiation of the four wood species walnut, beech, spruce, and maple. The experimental setup as well as the evaluation algorithm, with which the experiments were carried out, is explained briefly.
This paper presents a systematic literature review on both the risks affecting wood supply security and risk mitigation strategies by quantitative and qualitative data analysis. It describes wood-specific supply chain risks, thereupon resulting impacts and counteracting strategies to ensure supply. Risks, impacts, and strategies are documented as basis for a comparative analysis, discussion of results, challenges and research gaps. Finally, the suitability and the limitations of the chosen methodology and the achieved results are discussed. Scanning wood supply chain risks and supply strategies, most of the reviewed papers focus on wood supply for bioenergy generation and only a few studies investigate wood supply chain risk issues for the sawing, wood panel, pulp and paper industries, or biorefineries.
This review differs significantly from other reviews in this field as it considers the entire wood value chain including recent studies on new chemical wood-based products and thus provides a more complete picture of the wood-based bioeconomy. Consequently, it contributes to the literature by providing an overarching investigation of the risks affecting wood supply security and possible side effects of a growing wood-based bioeconomy. It was found that comprehensive value chain analyses considering established wood products, large-volume bioenergy products, as well as established and new chemical wood-based products in the context of wood supply security are missing. Studies that map the entire wood value chain with its multilevel interdependences and integrating cascading use of wood are lacking.
Forschungsbericht 2013
(2014)
The indigenous hardwoods in German forests have a substantial ability to store carbon, and forestry reconstruction measures are anticipated to result in an increase in availability of hardwood on the wood market. Despite this, its material usage is declining with over two thirds of the harvested quantity being used for energy production. This study aims to identify policy measures and promising strategies for increasing hardwood utilisation using a combined policy Delphi-SWOT approach with literature review undertaken to identify the barriers and driving factors for an increase in its material use. The results were then ranked by a panel of experts and used as basis for the SWOT analysis, which was then applied to an extended SWOT approach. The resulting strategies were then discussed by the panel and ranked further in the 2nd and 3rd Delphi round. After three Delphi rounds, three strategies and associated policy recommendations were ranked as most effective by the experts: innovative hardwood products including manufacturing processes, research transfer and lobbying. This study provides both strategic analyses and effective strategies to stimulate the production of hardwood-based products and ends with a concise description of these strategies and policy recommendations, which are benchmarked against current literature and best practise examples.
Moderne Prozesstechnologien als strategisches Element in der Transformation hin zur Bioökonomie
(2023)
Effiziente Prozesse, die die Dekarbonisierung und Defossilisierung vorantreiben, bilden die zentralen Herausforderungen auf dem Weg zur Transformation unserer Lebens- und Wirtschaftsweise. Das komplementäre Wirken beider Ansätze ist entscheidend für die Reduktion negativer Umweltwirkungen, Ressourcen- und Energieverbräuche. Daher ist eine integrative Betrachtung der verfahrenstechnischen Optimierung aus der Perspektive der Bioökonomie und der Kreislaufwirtschaft unerlässlich.
Eine bioökonomische, kreislauforientierte Wirtschaftsweise beinhaltet die Abkehr von der Nutzung fossiler hin zur nachhaltigen Nutzung nachwachsender Rohstoffe. Das beinhaltet zugleich eine Transformation hin zur effizienten Verwendung von Primär- und Sekundärmaterialien. Ressourcenschonende Produktprogramme, der Einsatz nachwachsender und kreislauffähiger Materialien sind unabdingbar. Moderne Prozesstechnologien spielen dabei eine entscheidende Rolle. Die stetige Reduktion negativer Umweltwirkungen, des Energieeintrags sowie des Ressourcenverbrauchs erfordert ein konsequentes Monitoring der Prozessparameter in der Produktion. Dies ist die Basis für eine intelligente Beeinflussung der Produktionsparameter. Ziel ist es, mit Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) Prozesse unter Berücksichtigung verschiedener Randbedingungen (Constraints) technisch und technologisch zu optimieren (Constraint-Statisfaction-Problem).
Durch die voranschreitende Digitalisierung in allen Bereichen der industriellen Produktion und den Einsatz moderner KI-Verfahren – auch im Bereich der Holzbe- und -verarbeitung - wird es möglich, verbesserungswürdige Prozessschritte zu identifizieren, an den Prozessen selbst intelligent zu lernen und schließlich produktspezifisch optimierte Prozesskenn- und Prozessregelgrößen zu generieren und bereitzustellen. Maßnahmen zur Verbesserung der Energie- und Ressourceneffizienz müssen dabei im Vordergrund stehen.
Biogene Rohstoffe sind zwar erneuerbar, aber in ihrer Verfügbarkeit, z. B. durch Wachstumsraten und Anbauflächen, begrenzt. Neue Prozesstechnologien bilden wesentliche Grundlagen, um erhebliche Potenziale zur effizienten Ressourcennutzung, zur gezielten Beeinflussung unvermeidbarer Umweltwirkungen und zur Kreislauffähigkeit biobasierter Produkte zu schließen. Der Vortrag gibt einen Überblick, inwieweit die Belange der Bioökonomie und Kreislaufwirtschaft in den aktuellen Prozesstechnologien der Holzindustrie bereits umgesetzt sind. Darauf aufbauend werden die notwendigen Schritte zur Entwicklung angepasster Prozesstechnologien als strategische Elemente der notwendigen Transformation hin zu einer bioökonomischen Wirtschaftsweise im Bereich der Holzindustrie abgeleitet.
Die holzbasierte Bioökonomie ist eine wichtige Säule der Bioökonomie, die sich mit der nachhaltigen Nutzung biologischer Ressourcen befasst. Holz ist auf das Volumen bezogen die wichtigste biobasierte Ressource, die eine vielfältige Verwendung hat. Die Themen, mit denen sich Forschungen zur holzbasierten Bioökonomie beschäftigen sind vielfältig und erfuhren über die letzten Jahre hinweg eine deutliche Veränderung. Ausgehend von der Betrachtung der Nutzung nachwachsender Rohstoffe zur Erzeugung von Bioenergie wurden in den darauffolgenden Jahren, die Themen vielfältiger. So gewannen zwischen 2013 mehr Themen wie Politik, Modellierung, Nanocelluose, Bioökonomie, Lignin, Cellulose, Bioraffinerie, Hemicellulose neben Bioenergie an Bedeutung.
Die Forschung in der holzbasierten Bioökonomie ist eine Notwendigkeit, um eine nachhaltige Rohstoffproduktion sicherzustellen, langfristig nutzbare Verfahren und Produkte zu entwickeln und damit die Transformation hin zu einer biobasierten Lebens- und Wirtschaftsweise zu beschleunigen. Forschung kann dazu beitragen, neue Technologien, Verfahren und Produkte zu entwickeln. Die Forschung in der holzbasierten Bioökonomie ist auch aus wirtschaftlicher Sicht von Bedeutung, da sie die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen in der Forst- und Holzwirtschaft stärkt und neue Geschäftsmöglichkeiten eröffnet. Ebenso ist die Forschung zur erfolgreichen Umsetzung der holzbasierten Bioökonomie notwendig, um neues Wissen und Erkenntnisse zu erlangen. Dies gilt besonders für die Einbindung verschiedener Stakeholder und damit die Akzeptanz der holzbasierten Bioökonomie in unserer Gesellschaft zu erhöhen.
Alle unterschiedlichen Bereiche, Akteure und Produkte innerhalb der Wertschöpfungskette Forst und Holz sind in der holzbasierten Bioökonomie von großer Bedeutung. Sie sind eng miteinander verflochten und können sich gegenseitig beeinflussen und ergänzen. Die Forschung der holzbasierten Bioökonomie muss daher international und interdisziplinär sein sowie sich aus verschiedenen wissenschaftlichen und technischen Disziplinen zusammensetzen. Grundlegend dabei ist, Wertschöpfungsketten ganzheitlich im Kreislauf zu denken und dabei alle drei Dimensionen der Nachhaltigkeit (Ökonomie, Ökologie, Soziologie) gleichwertig und integrativ in der Gestaltung zu beachten. Insgesamt hat die Forschung in der holzbasierten Bioökonomie das Potenzial, die Forst- und Holzwirtschaft nachhaltiger
und produktiver zu gestalten, indem biobasierte Alternativen zu fossilen Rohstoffen entwickelt werden. Sie trägt zu einer nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Nutzung von Holz als Ressource bei und leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen.
Der weltweite Ressourcenverbrauch nimmt seit Jahren zu. Das Überschreiten der planetaren Grenzen hat gravierende Umweltauswirkungen zur Folge. Die Bioökonomie fordert daher einen Wandeln unserer Lebens- und Wirtschaftsweise ein. Ein ressourcensparendes Produktprogram, der Einsatz nachwachsender und kreislauffähiger Materialien ist unabdingbar. Der Prozesstechnologie kommt hier eine entscheidende Rolle zu. Die stete Reduzierung schädlicher Umweltwirkungen von Produkten erfordert ein konsequentes Monitoring der Prozessparameter. Dies ermöglicht verbesserungswürdige Prozessschritte zu identifizieren und zugleich produktspezifische Prozesskenngrößen bereitzustellen, die es zur Erstellung sogenannter Environmental Product Declarations (EPDs) bedarf. EPDs fassen produktspezifische Umweltwirkungen auf Basis von Ökobilanzen sowie funktionale und technische Charakteristika zusammen. So bilden EPDs eine wichtige Grundlage für die Nachhaltigkeitsbewertung von holzbasierten Produkten, wie Baustoffen.
In Deutschland ist Laubholz als nachwachsende Ressource vorhanden. In langlebigen Produkten verwendet kann es eine hervorragende Kohlenstoffsenke sein. Jedoch wird fast die Hälfte der geernteten Laubhölzer energetisch genutzt. Es ergibt sich eine paradoxe Situation. Der Übergang zu einer holzbasierten Bioökonomie setzt auf die Nutzung natürlicher Kohlenstoffsenken unter Zuhilfenahme nachwachsender Rohstoffe. Laubholz in langlebigen Produkten genutzt, ermöglicht eine langfristige Kohlenstoffspeicherung und erweitert das Angebotspotenzial der Ressource. Dies sind wichtige Schritte in der Erreichung der Ziele des Klimaschutzplans 2050. Ein Umdenken in der Laubholznutzung und eine neue strategische Ausrichtung der Forst- und Holzwirtschaft, die dazu beiträgt, dieses Ziel zu erreichen, erfordert eine klare, gemeinsame Vision. Auf Basis einer dreistufigen Wertschöpfungskettenanalyse wird untersucht, wie die Wertschöpfungskette Laubholz zur Entwicklung der holzbasierten Bioökonomie beitragen kann. Eine höhere Wertschöpfung von Laubholz unterstützt den Übergang zur holzbasierten Bioökonomie und erhöht die Versorgungssicherheit. Transparente Laubholzströme zeigen noch unter Wert genutzte Mengen und ermöglichen eine optimierte Zuordnung der Laubholzströme. Es werden neue Strategien und politische Empfehlungen zur Erhöhung der stofflichen Nutzung von Laubholz für Industrie, Verbände und politische Entscheidungsträger entwickelt und bewertet. Vorliegende Arbeit erweitert den Stand des Wissens, indem die gesamte Wertschöpfungskette Holz betrachtet wird. Erstmalig wurde ein konsistenter Datensatz für die Wertschöpfungskette Laubholz für Deutschland erstellt. Die Arbeit basiert auf der Verknüpfung einer systematischen Literaturrecherche, einer Materialflussanalyse und einer hybriden Delphi-SWOT-Analyse. Die Ergebnisse zeigen, dass die Wertschöpfungskette Laubholz den Übergang zu einer holzbasierten Bioökonomie durch die Erhöhung der stofflichen Laubholznutzung unterstützt.
Der Vortrag betont die zentrale Rolle von Holz in der Bioökonomie für die notwendige Transformation unserer Lebens- und Wirtschaftsweise. Der Fokus liegt dabei auf der ganzheitlichen Betrachtung der Wertschöpfungskette Forst-Holz und möglichen Beschleunigern für eine bioökonomische Transformation: Interdisziplinäre Lösungskompetenz ist gefragt, um Holz als Rohstoff für zukunftsfähige Produkte zu etablieren, Holzarten, -sortimente und -qualitäten optimal den verschiedenen Verwendungen zuzuführen und die Kreislaufwirtschaft als Schlüssel zur Ressourceneffizienz umzusetzen.
Der Vortrag wurde im Rahmen des Stuttgarter Nachhaltigkeitsstammtisch gehalten.
The fast classification and identification of plastics presents a significant challenge. The study assesses the suitability of a Multilayer Perceptron to classify and identify commonly found plastic types using Rapid-FLIM, achieving an accuracy of 88.33%. @inproceedingsSchwarz:23, Increasing demand for wood products requires methods to determine its harvest origin and ensure sustainable and legal sourcing. In 15 out of 21 cases, the origin of Quercus robur was differentiable in FD-FLIM studies.