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Use Case CO₂-Bilanzierung

CO₂-Emissionen im Betrieb vergleich­bar machen und daten­basierte Entschei­dungen ermöglichen

Der größte Anteil der CO₂-Emissionen fluid­technischer Systeme entsteht in der Nutzungs­phase. Dennoch fehlen heute ein­heitliche Methoden, um diese Emissionen konsistent zu berechnen und vergleich­bar darzu­stellen. Unter­schiedliche Annahmen zu Last­profilen, Betriebs­bedingungen und Energie­verbräuchen erschweren fundierte Entschei­dungen im Engineer­ing und Betrieb.

Fluid 4.0 entwickelt eine standardisierte Methodik, um Nutzungsemissionen digital zu erfassen und über Verwaltungsschalen strukturiert bereitzustellen. So werden CO₂-Werte zu einer belastbaren Kenngröße für Optimierung, Vergleichbarkeit und nachhaltige Produktentscheidungen.

Ausgangssituation

Warum CO₂-Emissionen in der Nutzungsphase schwer vergleichbar sind

In der Fluidtechnik entsteht der überwiegende Anteil der klimarelevanten Emissionen während der Nutzungsphase. Energieverluste, ineffiziente Betriebszustände sowie anwendungsspezifische Lastprofile bestimmen maßgeblich den CO₂-Fußabdruck von Komponenten und Systemen.

Trotz dieser Bedeutung existiert bislang keine branchenweit etablierte Methodik, um Nutzungsemissionen konsistent und vergleichbar zu berechnen. Annahmen zu Betriebsstunden, Lastkollektiven oder zum Strommix unterscheiden sich stark und führen zu nicht vergleichbaren Ergebnissen. Für Maschinen- und Anlagenbauer ist es dadurch kaum möglich, CO₂-Werte unterschiedlicher Zulieferer zu aggregieren oder fundierte Entscheidungen zu treffen.

Zentrale Pain-Points der Branche

  • CO₂-Emissionen im Betrieb werden oft vereinfacht oder pauschal abgeschätzt
  • Keine standardisierten Betriebsprofile (z. B. Standby, Leerlauf, Wartung)
  • CO₂-Daten sind nicht maschinenlesbar strukturiert
  • Aggregation auf System- oder Maschinenebene kaum möglich

Äpfel oder Birnen?

Fehlende Standardisierung der Betriebsprofile führt zu unterschiedlichen Berechnungsergebnissen für gleiche Produkte.

Eine gemein­same Methodik für trans­parente Nutzungs­emissionen

Wir entwickeln eine branchen­übergreifende Methodik zur CO₂-Bilanzierung in der Nutzungs­phase fluid­technischer Komponenten und Systeme. Ziel ist es, Nutzungs­emissionen als vergleichbare Standard­kennzahl für die Fluid­technik zu etablieren.

Die Methodik basiert auf definierten Betriebs­profilen, Last­kollektiven und einheit­lichen Rand­bedingungen (z. B. Betriebs­stunden, Viskositäts­bereiche, Strom­mix). Dadurch können CO₂-Emissionen im Betrieb nachvoll­ziehbar berechnet werden, auch dann, wenn keine voll­ständigen Mess­daten vorliegen.

Die Umsetzung erfolgt digital auf Basis der Verwaltungs­schale (AAS). Nutzungs­emissionen werden strukturiert in Teil­modellen abgebildet und können auf Komponenten- und Systemebene aggregiert werden.

Zentrale Ergebnisse aus dem Use Case:

Branchenmethodik zur CO₂-Berechnung in der Nutzungsphase

Definition standardisierter Betriebsprofile und Lastkollektive

Einheitliche technische Randbedingungen für Vergleichbarkeit

Validierung an hydraulischen und pneumatischen Komponenten

Vorbereitung der Methodik für Standardisierung

Digitale Abbildung der Nutzungsemissionen in der AAS

Ziel

#1

Methodische Analyse der CO₂-Bilanzierung ausgewählte Komponenten/ Systeme in Nutzungsphase

Ziel

#2

AAS basiertes Entwicklungsframework im Kontext der CO₂-Bilanzierung

Mehr Transparenz und fundierte Entscheidungs­grundlagen für die Industrie

Der Use Case macht CO₂-Bilanz­ierung im Betrieb erstmals system­atisch nutzbar.

Vorteile:

Vergleichbarkeit:

Einheitliche Annahmen ermöglichen Hersteller- und Produktvergleiche

Transparenz:

Nutzungsemissionen werden nachvollziehbar ausgewiesen

Entscheidungsunterstützung:

CO₂ wird zur belastbaren Kenngröße im Engineering und Betrieb

Effizienzpotenziale:

Energieverluste und Optimierungsansätze werden sichtbar

Zukunftssicherheit:

Grundlage für Standards, digitale Produktpässe und Industrie‑0‑Services

So funktioniert die CO₂-Bilanzierung im Betrieb

Die CO₂-Bilanzierung in der Nutzungsphase folgt einem durchgängigen, industrie‑4.0‑konformen Ansatz:

Schritt 01

Definition von Betriebsprofilen

Typische Lastkollektive und Betriebszustände (z. B. Standby, Teillast, Volllast) werden standardisiert beschrieben.

Schritt 02

Ermittlung relevanter Betriebsparameter

Energieverbräuche und Wirkverluste werden aus Messdaten, Herstellerangaben oder Simulationen abgeleitet.

Schritt 03

Berechnung der Nutzungsemissionen

Auf Basis einheitlicher Randbedingungen (z. B. Strommix, Betriebsstunden) werden CO₂‑Äquivalente berechnet.

Schritt 04

Digitale Abbildung in der Verwaltungsschale

Die Ergebnisse werden in AAS‑Teilmodellen strukturiert abgelegt und maschinenlesbar bereitgestellt.

Schritt 05

Aggregation und Visualisierung

Nutzungsemissionen können auf System‑ oder Maschinenebene aggregiert und über Benutzer­oberflächen ausgewertet werden.

Technologien im Einsatz:

Verwaltungsschale (AAS)

Standardisierte Teilmodelle

Betriebsprofile und Lastkollektive

Schnittstellen zu Simulations‑ und Auswertungstools

Demonstratoren und Anwendungsszenarien

Die Methodik wird exemplarisch in unterschiedlichen technologischen Kontexten entwickelt und validiert.

Hydraulisches Labyrinth (ifas)

Ein hydraulisch aktuiertes Kugellabyrinth mit kameragestützer Positionserfassung soll zur Demonstration des Energieverbrauchs bzw. der CO2-Bilanz in Echtzeit den für das Positionieren einer Kugel benötigten Enerigeverbrauchs berechnen. Dabei soll ein Mensch spielerisch über einen Joystick den Ball positionieren und nachher eine Karte mit Link zu einer Verwaltungsschale mit dem Energieverbrauch erhalten.

Hydraulisches PnP (Plug And Produce) (ifas)

Der Plug-and-Produce-Prüfstand steht für die Reglerauslegung der Zukunft:
Von der einmaligen Inbetriebnahme-Aufgabe hin zu einem kontinuierlichen Engineering-Prozess über den gesamten Lebenszyklus.
Mit der Asset Administration Shell (AAS) als digitalem Rückgrat werden Betriebspunktmodelle und Reglerparameter abgeleitet, bewertet und iterativ verbessert, wodurch sich das geschlossene Lastdruckverhalten deutlich optimiert.
Dabei wird die klassische Reglerauslegung erweitert durch:
  • Initialisierung: Import von Herstellerdaten aus der AAS
  • Linearisierung: Ableiten von lokalen Systemmodellen
  • Parametrierung: Modellgestützte Berechnung der Reglerparameter
  • Evaluierung: Identifikation und ggf. Anpassung von Betriebspunkten.

Tiefziehpresse

Eine stationärhydraulische Presse dient als Referenzsystem. Für eine use‑case‑gerechte Erprobung werden – je nach Ausgangszustand – Umrüstungen (z. B. Steuerungssoftware, hydraulische Komponenten) vorgenommen. Für die Betriebsphase werden Referenzzyklen ausgearbeitet und Maschinendaten zur Parametrierung der Verwaltungsschalen bereitgestellt.

Fluid 4.0-in-a-row against Cube AI 

Der Demonstrator zeigt anhand eines interaktiven Tic-Tac-Toe-Spiels auf einem 5×5-Spielfeld, wie reale Maschinen, digitale Daten und die Verwaltungsschale (Asset Administration Shell) in einer Industrie-4.0-Anwendung zusammenwirken. Die Spieler treten gegen eine Sortiermaschine an: Jeder Spielzug löst eine reale Maschinenbewegung aus, deren Energieverbrauch und Prozessdaten erfasst werden.
Während des Spiels werden die entstehenden Daten automatisch in einer Verwaltungsschale strukturiert abgelegt. Dadurch entsteht für jedes Spiel ein digitales Abbild mit zugehörigen Informationen wie Bewegungsdaten und Energieverbrauch. Auf dieser Basis kann anschließend auch der CO₂-Fußabdruck des Spiels berechnet werden.
Am Ende erhält jeder Spieler einen individuellen Code, mit dem er am Stand einen Preis abholen kann. Zusätzlich kann das Spiel später digital nachvollzogen werden – inklusive aller Bewegungen und des berechneten CO₂-Profils.
Der Demonstrator verdeutlicht damit, wie physische Prozesse, Maschinendaten und standardisierte digitale Zwillinge über die Verwaltungsschale miteinander verknüpft werden können.
PDF, 1,1 MB

Interesse an der Lösung oder weiterem Austausch?

Sie möchten die CO₂-Emissionen in der Nutzungsphase Ihrer fluidtechnischen Produkte und Anlagen transparent, vergleichbar und digital erfassen? Lassen Sie uns gemeinsam zeigen, wie Verwaltungsschalen und standardisierte Betriebsprofile die CO₂-Bilanzierung im Betrieb ermöglichen.

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