Forschung

Die Produktion nachwachsender Rohstoffe wurde in den letzten Jahren erheblich ausgedehnt. Grundsätzlich stellt sich die Frage, ob für nachwachsende Rohstoffe nicht sinnvollerweise eine verstärkte Kaskadennutzung angestrebt werden sollte. Die Kaskadennutzung beinhaltet eine Maximierung der stofflichen, einschließlich einer chemischen (Mehrfach-)Nutzung desselben Rohstoffs, bevor sich spätestens am Lebenszyklusende eine energetische Nutzung anschließt (vgl. Bild 1). Herausforderungen bei der Gestaltung der Wertschöpfungsketten sind die Schwan-kungen in Quantität und Qualität der geernteten Pflanzen sowie die bei Mehrfachnutzungen auftretenden stofflichen Veränderungen und Variabilitäten, die eine robuste Planung erfordern. Ebenso müssen überbetriebliche Aspekte betrachtet werden, die aus unterschiedlichen Präferenzen der Netzwerkakteure resultieren und eine multikriterielle Analyse nötig machen.

Leitthema des Graduiertenkollegs ist daher die Entwicklung von Methoden zur Gestaltung und Optimierung von ressourcen-effizienten Wertschöpfungsnetzwerken für erneuerbare Rohstoffe. Die zentrale Forschungsidee besteht darin, das Zusammenspiel der vorhandenen Methoden aus den Forstwissenschaften, den Materialwissenschaften bzw. der Prozesstechnologie, der Betriebswirtschaftslehre, der Wirtschaftsinformatik und der Mathematik zu untersuchen, zu verbessern und darauf aufbauend neue Konzepte und Methoden mit dem Ziel einer verbesserten Ressourceneffizienz in Unternehmensnetzwerken zu entwickeln.

Dabei werden drei Wertschöpfungsstufen und zwei steuernde Querschnittsfunktionen betrachtet: Die Hersteller von Produkten, die nachwachsende Rohstoffe enthalten, müssen auf der ersten Wertschöpfungsstufe entscheiden, welche Primärprodukt-kombinationen für bestimmte Produkte zu welchem Preis angeboten bzw. eingesetzt werden können, so dass ein Erzeugnis mit definierter Qualität und Verfügbarkeit angeboten werden kann. Für die Abnehmer und Weiterveredler auf der zweiten Wertschöpfungsstufe steht die Planung einer effizienten Produktion im Vordergrund. Die Akzeptanz und Absatzmöglichkeiten der Produkte und hybriden Dienstleistungen beim Großhandel und bei den Endverbrauchern stellen die dritte Stufe dar. Aus der Netzwerkperspektive ist zu klären, wie für alle Beteiligten eine effiziente Lösung der auftretenden Planungs- und Verteilungs-probleme im Sinne eines anzustrebenden netzwerkweiten Optimums gefunden werden kann. Aus der Perspektive des Informationsmanagements stellt sich die Frage, wie den einzelnen Mitgliedern sowie dem gesamten Netzwerk durch bekannte und weiterzuentwickelnde Methoden der Wirtschaftsinformatik entscheidungsrelevante Informationen bereit gestellt werden können.

Die aktuelle Konkurrenzsituation um Rohstoffe tritt in der Forst- und Holzwirtschaft deutlich zutage, die im Wettbewerb mit dem wachsenden Bioenergiesektor steht. Im Zentrum der Methoden-entwicklung des Graduiertenkollegs steht daher neben der Ressource Holz die Gesamtheit an „Lignocellulosen“. Lignocellulosen sind alle pflanzlich basierten Faserrohstoffe, die zum größten Teil aus Cellulose, Hemicellulosen und Lignin bestehen. Zu den Lignocellulosen zählen auch Bastpflanzen wie Hanf oder Flachs sowie Großgräser wie Miscanthus oder Schilfrohr. Diese Faserrohstoffe können auch für die Holzindustrie eine alternative Rohstoffbasis bilden.

Um das Forschungsthema für die beteiligten Doktorandinnen und Doktoranden überschaubar zu gestalten, werden Wertschöpfung-sketten und -netzwerke betrachtet, die ausgewählte Anschauungs-objekte („Leitprodukte“) herstellen und verarbeiten. Im Graduiertenkolleg bilden folgende Leitprodukte eine thematische Klammer für die wissenschaftliche Untersuchung der industriellen Kaskadennutzung von Lignocellulosen aus forst- und landwirtschaftlichen Quellen und werden anhand konkreter Beispiele behandelt:

(1) Etablierte Produktionsprozesse in der Fertigungsindustrie werden anhand der Herstellung holzpartikel- bzw. holzfaser-basierter Plattenwerkstoffe betrachtet. Darunter fallen ein- und mehrschichtige Spanplatten, Faserplatten (MDF, HDF, diffusionsoffene Faserplatten, Faserdämmplatten) und Leichtbau-Holzwerkstoffe, die hinsichtlich ihrer Produktions- und Ressourceneffizienz untersucht werden.

(2) Als etablierter Rohstoff in der Prozessindustrie werden Zellstoffe („pulp“) analysiert, wobei nach verbesserten Verwertungsmöglichkeiten der anfallenden Kuppelprodukte Lignin und Hemicellulose gesucht wird (z.B. Bioethanol, Furfural, Xylitol, Phenolharze, Dispergiermittel, Zuschlagstoffe für Asphalt). Solche Kuppelprodukte sind teilweise auch im Zuge der Holzwerkstoffherstellung als Vornutzung gewinnbar („Holz-Bioraffinierie“).

(3) Innovative Naturfaser-Polymer-Verbundwerkstoffe (soge-nannte Wood-Polymer-Composites – WPC) und verschiedene Varianten von innovativen Faserwerkstoffen werden auf Grund ihres starken Marktwachstums während der letzten Jahre untersucht.

Diese Leitprodukte werden einerseits aufgrund ihrer Aktualität gewählt, andererseits sind sie unterschiedlich genug, um zu gewährleisten, dass sich die entwickelten Methoden auch auf andere Stoffe übertragen und verallgemeinern lassen. Insbesondere werden Auswirkungen der Schwankungen der verfügbaren Rohstoffqualitäten und -quantitäten auf die Produktions- und Logistikplanung erforscht. Darauf aufbauend werden neue und adäquate Verfahren zur robusten multikriteriellen Optimierung, der Online-Optimierung und der hierarchischen Produktionsplanung entwickelt. Die Datenerfassung durch Tracking & Tracing-Systeme sowie Methoden der Ökobilanzierung werden für die Anforderungen der betrachteten Netzwerke erweitert. Die notwendige Anpassung und Optimierung der computer-gestützten Produktionsplanung und Nachhaltigkeitsbericht-erstattung stellen weitere Ziele dar.

Unternehmensübergreifend werden Informationsinfrastrukturen, Softwareanwendungen und Datenformate entwickelt, die den Informationsbedürfnissen der beteiligten Netzwerkpartner entsprechen. Hierbei kommen quantitative und qualitative Methoden der Wirtschaftsinformatik zur Anwendung, um die Variabilitäten der Rohstoffe und mögliche Fluktuationen bei den beteiligten Netzwerkpartnern zu berücksichtigen sowie entsprechende Kontrollmechanismen festzulegen und umzusetzen. Dazu dient das unternehmensübergreifende Informationsmanagement, indem geeignete Standards und Richtlinien entwickelt und etabliert werden. Damit verbunden sind zugleich die Gestaltung der Beziehungen zwischen den Geschäftspartnern sowie die Erforschung der Akzeptanz der Produkte bei den Endverbrauchern und Geschäftskunden. Diese Fragestellungen werden aus Sicht des Informationsmanagements und des Marketings untersucht. Auf organisatorischer Ebene wird geprüft, welche Strukturmuster die im Netzwerk vorherrschenden Ziele am besten erfüllen und welche Anreizmechanismen zur Verbesserung der Zielerreichung etabliert werden können. Da die Forschungsfrage auf betriebliche Methoden zur Steigerung der Ressourceneffizienz in den Netzwerken abzielt, werden finanz-wissenschaftliche Instrumente, die von den Akteuren außerhalb des Netzwerkes angeboten werden, hier nicht näher betrachtet. Das Forschungsprogramm wird in drei Themengruppen organisiert. Möglich sind Dissertationsprojekte in den Themenfeldern: "A. Materialien und Technologien", "B. Planung der Produktion und Wertschöpfungsnetzwerke für nachwachsende Rohstoffe", "C. Governance, Koordination und Absatz".