Globale Umweltveränderungen, die dem technischen Fortschritt, der wachsenden Bevölkerung, der wachsenden Wirtschaft und dem daraus resultierenden Verlangen nach immer mehr Ressourcen geschuldet sind, wirken auf die natürlichen Regelkreise die das Ökosystem Erde steuern ein. Die zukünftige Vermeidung der Überbeanspruchung der Umwelt stellt eine der größten Herausforderungen dar, die die Menschheit zu lösen hat. Durch die Unterzeichnung der Pariser Klimaziele sowie der Sustainable Development Goals wurden die Weichen zur Abkehr vom bisherigen Wirtschafts- und Produktionssystem gestellt. Als Beitrag zur Lösung dieser Problematik wurde die European University on REsponsible Consumption And PROduction (EURECA-PRO) unter der Schirmherrschaft der Europäischen Union und des Erasmus Programmes gegründet. Abgesehen von einer strategischen Agenda im Bereich der Lehre entwickelte EURECA-PRO auch eine ambitionierte Forschungsagenda mit derzeit fünf Leuchtturm Forschungsrichtungen, die scherpunktmäßig Lösungen für das Bewältigen von negativen globalen Umweltveränderungen entwickeln sollen. EURECA-PRO nutzt die Synergien der Vernetzung von sieben Universitäten und einer Reihe assoziierter Partner aus verschiedenen Stakeholder Gruppen.
Hinweise
Hinweis des Verlags
Der Verlag bleibt in Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutsadressen neutral.
1 Einleitung
„Holding the increase in the global average temperature to well below 2 °C above pre-industrial levels and pursuing efforts to limit the temperature increase to 1.5 °C above pre-industrial levels, recognizing that this would significantly reduce the risks and impacts of climate change“ [1]. Dieses Bekenntnis, die anthropozäne Erderwärmung durch die Reduktion der ausgestoßenen Treibhausgasmenge zu limitieren, hat 2015 auf der einen Seite einen Wendepunkt in der globalen Klimapolitik eingeleitet (Paris Agreement) [1, 2]. Zum anderen wurde im Jahr 2015 (August) neben dem Pariser Klimavertrag auf internationaler Ebene ein weiteres Rahmenprogramm ausverhandelt mit dem Bestreben, der gesamten Welt Frieden zu bringen und Armut zu bekämpfen. Zu diesem Zweck wurden Hauptziele definiert, die das Fundament für die heute anerkannten Sustainable Development Goals (SDG) bilden und auch einen starken klimatischen Fokus besitzen (SDG 13) [3].
Nachhaltige Entwicklung definiert sich insgesamt durch die Verflechtung der vier Dimensionen Gesellschaft, Umwelt, Kultur und Ökonomie, wodurch eine holistische Betrachtung nachhaltiger Entwicklung gewährleistet wird [4]. Eine weitere Betrachtungsweise zielt auf die „Belastbarkeit“ der Erde ab, die für eine nachhaltige Entwicklung berücksichtigt werden muss. Im Jahr 2009 definierten Rockström et al. [5] folgende neun Bereiche, die die Grenzen der Belastbarkeit unserer Erde bestimmen: Klimawandel, Versauerung der Ozeane, Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre, Störung des globalen Phosphor- und Stickstoffkreislaufs, Verlust von Biodiversität, globale Süßwassernutzung, Landnutzungsveränderungen, atmosphärische Aerosolbelastung und chemische Verschmutzung. Die Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Ökologie und dem menschlichen Handeln bildet dann die Grundvoraussetzung, Prozesse für eine nachhaltige Entwicklung steuern zu können.
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Diesem Grundansatz hat sich die Montanuniversität Leoben in ihrem 2020 beschlossenen Entwicklungsplan verschrieben [6]. Darin wird der Zielsetzung, nachhaltiges, inklusives Wirtschaftswachstum als Basis für einen angemessenen Lebensstandard ohne Überschreitung der Planetaren Grenzen zu realisieren eine prioritäre Aufmerksamkeit geschenkt. Das war auch der Ausgangspunkt dafür, dass sich die Montanuniversität in Lehre und Forschung schwerpunktmäßig dem SDG 12 (Responsible Consumption und Responsible Production) widmet.
2 Eine Europäische Universität für verantwortlichen Konsum und verantwortliche Produktion – EURECA-PRO
Als unmittelbarer Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger Lösungen im Europäischen Kontext wurde im Herbst 2020, im Rahmen einer Ausschreibung der Europäischen Kommission unter dem Erasmus Programm, unter der Federführung der Montanuniversität Leoben, eine Europäische Universität für verantwortlichen Konsum und verantwortliche Produktion – European University on Responsible Consumption and Production EURECA-PRO ins Leben gerufen. Partner im Rahmen der EURECA-PRO Allianz sind die Montanuniversität Leoben, die TU Bergakademie Freiberg (Deutschland), die Technische Universität Kreta (Griechenland), die Universität León (Spanien), die Schlesische Technische Universität (Polen), die Universität Petrosani (Rumänien) und die Hochschule Mittweida (Deutschland).
Grundsätzliche Zielsetzung von EURECA-PRO ist das Entwickeln von Lösungen im Hinblick auf verantwortliche zirkuläre Stoffströme, welche auch langfristig nicht zu einer Überbeanspruchung des globalen Ökosystems führen. Lösungen werden sowohl im Rahmen neuer Europäischer Studienprogramme als auch im Rahmen Europäischer Forschungsinitiativen gesetzt. Im Rahmen der Lehraktivitäten werden dazu aktuell an der Montanuniversität die neue Studienprogramme und Circular Engineering und Responsible Consumption and Production eingerichtet.
Im Rahmen der Forschung konzentriert sich EURECA-PRO darauf, das Nachhaltige Entwicklungsziel 12 – Sustainable Development Goal 12 SDG 12, „Responsible Consumption and Production“ inhaltlich zu gestalten und zu bearbeiten (Abb. 1; [7]). Das langfristige Ziel von EURECA-PRO ist es, der globale Dreh- und Angelpunkt für interdisziplinäre Wissenschaft, Forschung, Bildung sowie Innovation im Themenbereich des verantwortungsvollen Produzierens und Konsumierens zu sein.
Abb. 1
Durch EURECA-PRO Forschung abgedeckte Unterziele des Sustainable Development Goals 12. (Adaptiert von [11])
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Produktion und Konsum im Lichte des Bevölkerungs- und Wirtschaftswachstums sind die Haupttreiber vorherrschender negativer Umweltveränderungen und deren nachhaltige Gestaltung der Schlüssel zu einer positiven zukünftigen Entwicklung der Gesellschaft und des Ökosystems. Um diesen sehr breit gefächerten Wissenskomplex adäquat zu bearbeiten, bauen die EURECA-PRO Partner zum einen auf ihrer langjährigen fachlichen Expertise auf [8]. Zum anderen wurden zusätzliche strategische Partnerschaften mit Unternehmen, Vereinen, und Personen aus der Zivilgesellschaft geformt, um zusätzliches inter- und transdisziplinäres Know-How zu generieren und spezifische Fragestellungen ganzheitlich im Schnittpunkt von Produktion und Konsum bearbeiten zu können. Durch die Fokussierung jeder Universität auf ihre individuellen Stärken bei gleichzeitiger Vernetzung der Wissensgebiete ist es möglich, ein hohes Maß an Interdisziplinarität in Forschung, Lehre und Wissensvermittlung zu erreichen [9]. EURECA-PRO ist nicht nur eine Anlaufstelle für Forschende, Lehrende und Studierende, sondern für alle Menschen mit Interesse an verantwortungsvollem Konsum und verantwortungsvoller Produktion (SDG 12). Aus diesem Grund wird sowohl die Zivilgesellschaft als auch die Industrie aktiv in den Wissensgenerierungsprozess miteinbezogen. Durch diesen aktiven Austausch über forschungsrevelante Themen, die Wirtschaft und Gesellschaft affizieren, können die Forscher*innengruppen innerhalb von EURECA-PRO lebensnahe Problemstellungen in ihre aktuellen Arbeiten miteinbeziehen [10].
EURECA-PRO als breit aufgestellte „Global Knowledge Alliance“, mit partizipativem Charakter zwischen allen Beteiligten Stakeholdern, verstärkt Synergieeffekte und führt durch den Dialog zu transdisziplinären Resultaten. Eine umfassende Bestandsaufnahme der SDG12-bezogenen Publikationen und Projekte aller EURECA-PRO Partnerhochschulen lieferte bereits Informationen über das umfangreiche Wissen im Konsortium, es konnten aber auch Forschungslücken identifiziert werden [8].
Die Inventur zeigte, dass EURECA-PRO, mit Ausnahme der Aufgaben internationaler Politik, fast alle SDG 12 Unterziele abdeckt, wie in Abb. 1 in grün gekennzeichnet zu erkennen ist. Das Unterziel 12.6 wird durch die Miteinbeziehung assoziierter Partner abgedeckt, 12.7 durch interne Sensibilisierung des Konsortiums und in einem zweiten Schritt über die Kontaktaufnahme mit Beschaffungsstellen. Alle anderen Unterziele spiegeln sich in der Inventur wieder. Durch die Analyse der Daten haben sich für EURECA-PRO 5 Leuchtturmforschungsrichtungen/„Lighthouse Topics“ herauskristallisiert, die in den nächsten Jahren die Forschungsagenda maßgeblich beeinflussen und im folgenden Abschnitt vorgestellt werden [8].
3 Spezifische Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im Rahmen von EURECA-PRO
3.1 Verantwortliche Stoffflüsse – Responsible Material Flows
Das derzeitige wirtschaftliche System basiert auf einer ökonomischen Wachstumsannahme [12]. Im Brundtland-Bericht der Weltkommission für Umwelt und Entwicklung wird nachhaltigen Entwicklung folgendermaßen definiert: „Dauerhafte Entwicklung ist eine Entwicklung, die die Bedürfnisse der Gegenwart befriedigt, ohne zu riskieren, dass künftige Generationen ihre eigenen Bedürfnisse nicht befriedigen können“ [13].
Um Stoffflüsse, häufig auch als Materialflüsse bezeichnet, verantwortungsvoll zu gestalten, ist es unabdingbar, die gesamte Stoff Lebenskette bzw. individuelle Materiallebenszyklen zu analysieren und zu verstehen [14]. Neben den direkten und indirekten Umweltauswirkungen der Gewinnung, Produktion, Nutzung und Endverwertung (respektive Nachnutzung) von (Roh)-stoffen und deren Verwendung in Produkten spielen auch sozioökonomische Aspekte eine große Rolle, um Problemstellungen hinsichtlich der neun planetaren Grenzen und der SDGs adäquat zu bearbeiten [3, 5]. Erst durch eine holistische Betrachtungsweise von individuellen Stoffflusssystemen bzw. Produktsystemen, können diese auf ihre Verantwortlichkeit [15] bzw. Nachhaltigkeit überprüft werden [14]. Das Ziel zirkulärer Stoffflüsse ist zwar für viele Materialien noch eine ungelöste Herausforderung (z. B. Lithium-Ionen-Akkus), gleichzeitig gibt es jedoch vielversprechende Ansätze, zirkuläre und verantwortliche, die Kreislaufwirtschaft nicht unmöglich erscheinen lassen [16]. Gleichzeitig müssen Fragen nach den Grenzen der Kreislaufwirtschaft ebenso mit in Betracht gezogen werden [17].
3.2 Umwelt und Wasser – Environment and Water
Das natürliche Umweltsystem auf der Erde entfernt sich immer weiter von seinem Equilibrium. Die wissenschaftliche Gemeinschaft spricht inzwischen von einem neuen Erdzeitalter, dem Anthropozän [18‐20]. Die durch Menschen vorangetriebene Veränderung der natürlichen Ökosysteme ist inzwischen so weit fortgeschritten, dass diese bei fast allen globalen Umweltveränderungen die größte Wirkung entfaltet (Klimawandel, Ozonabbau, Meeresspiegelanstieg, etc.) [21, 22]. Durch die gezielte Beforschung der spezifischen Umweltauswirkungen von Schadstoffemissionen in Ökosystemen sollen die genauen Auswirkungen evaluiert werden. Frischwasserverbrauch ist ein weiteres Thema, das die Menschheit in Zukunft in diesem Zusammenhang sehr beschäftigen wird. Die globale Wassernutzung steht nicht nur im Zusammenhang mit der vom Menschen verursachten Verbrauch von Süßwasser (blauem Wasser), sondern ist eng mit dem globalen klimabedingten Wasserkreislauf verbunden. Eine Veränderung der grünen Wasserströme (Niederschlag, der die Bodenfeuchtigkeit erhöht und nicht abfließt, sondern verdampft oder verdunstet) kann Auswirkungen auf die Klimaregulierung haben [23] und lokale und regionale Niederschlagsmuster beeinflussen, die zu Veränderungen wie Bodendegradation oder Entwaldung führen können [5].
Deshalb forscht EURECA-PRO auch im Bereich der zirkulären nachhaltigen Wasserwirtschaft. Durch eine umfassende Aggregation von Daten werden zukünftig genauere Aussagen bezüglich regionaler und globaler Wirkungszusammenhänge getroffen werden können [24].
3.3 Nachhaltige Materialien und Produkte – Sustainable Materials and Products
Nachhaltige Materialien und Produkte sollen im Zuge ihrer Produktion/Bereitstellung und ihres Gebrauches nur minimale (im Idealfall keine) negativen Auswirkungen auf die Umwelt ausüben, langlebig und ressourcensparend sein sowie einen geringen energetischen Fingerabdruck für ihre Herstellung aufweisen, um nur einige Aspekte aufzugreifen. Solche innovativen Materialien sind der Schlüssel zu einem nachhaltigen, möglichst zirkulärem Stoffflusssystem und daher auch im Fokus von Unternehmen und Gesellschaften, da das nachhaltigkeitsbezogene Problembewusstsein der Konsument*innen stetig steigt [25].
EURECA-PRO forscht daher an neuen, nachhaltigen Materialien und der Produktentwicklung hinsichtlich Klimaneutralität und innovativen Produktionsprozessen. Hierzu wird das End of Life Konzept kritisch hinterfragt, und Materialien und Produkte werden mit Hilfe von Lebenszyklusanalysen optimiert, damit sie die Basis möglichst zirkulärer Stoffflusssysteme und damit dem Anspruch der Kreislaufwirtschaft gerecht werden [26]. Ebenso forscht das EURECA-PRO Konsortium hinsichtlich der Substitution jener Stoffe, die auf Grund ihrer Eigenschaften dem Anspruch von Nachhaltigkeit und Zirkularität nicht gerecht werden können.
3.4 Saubere Energie – Clean Energy
Laut Lachner [27] könnte der Primärenergiebedarf im Jahr 2050 zu 100 % aus erneuerbaren Quellen gedeckt werden. Um dieses Ziel zu erreichen, bedarf es einer qualitativen Planungsstrategie, die alle wirtschaftlichen, sozialen und ökologischen Aspekte zur Umgestaltung des Energiesektors einbezieht. Durch eine voranschreitende Elektrifizierung des Energiesystems, bei gleichzeitiger kaskadischer Nutzung von Energiesystemen, kann die Effektivität sowie Effizienz weiter gesteigert werden [27]. EURECA-PRO setzt daher Aktivitäten in allen Bereichen, von der Energiegewinnung, über die Energiespeicherung, bis hin zur Energieverteilung. Bei der Energiegewinnung liegt der Focus auf erneuerbaren Energien wie Wasserkraft, Windkraft, Photovoltaik, Solarthermie, Bioenergie und Geothermie. Ebenso wir der Bereitstellung von Klima neutralem und leistbarem Wasserstoff eine große Aufmerksamkeit geschenkt. Unter anderem steht das klimaneutrale Herstellen von Wasserstoff durch Pyrolyse von Erdgas im Zentrum der Bemühungen. Die Arbeiten umfassen dabei sowohl die Pyrolyse von fossilem Erdgas als auch Biogas. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten zielt auf die Dekarbonisierung von Biomasse als Möglichkeit des Aufbaues von Kohlenstoffsenken ab.
3.5 Prozessautomatisierung und Industrie 4.0 – Process Automation and Industry 4.0
Der Beginn der ersten industriellen Revolution, Ende des 18. Jahrhunderts, wurde vor allem durch den Einsatz von Produktionsanlagen basierend auf dem Konzept der Dampfkraft initiiert. Nach den Weiterentwicklungen (Nutzung elektrischer Energie sowie automatische Produktionssysteme) wird inzwischen von der Industrie 4.0 gesprochen [28]. Durch den Einsatz eines erhöhten Automatisierungsgrades und der gleichzeitigen Vernetzung mittels Computertechnologien können neue hybride Cyber-Physikalische-Systeme (CPS) entstehen. Derartige Systeme können ganze Wertschöpfungsketten optimieren und damit auch. den individuellen Treibhausgasfußabdruck reduzieren [29]. Das Hauptproblem in der Implementierung dieser Technologie liegt aber vielfach im technischen Entwicklungsgrad von Unternehmen. Unternehmen sind vielfach in ihren Prozessschritten technologisch noch nicht weit genug fortgeschritten, um das volle Potenzial aus Industrie 4.0 Ansätzen in nachhaltigeren Produktionsprozessen zu erschließen. Vor allem Kleine und Mittlere Unternehmen (KMU) brauchen für eine qualitative Umsetzung vermehrte Unterstützung, Trainings, sowie Weiterbildungsangebote. Dieser Transformationsprozess bedarf nicht nur weiterer technischer Entwicklungen, sondern muss in seinen Auswirkungen auch sozial- und unternehmenskonform diskutiert werden [30]. Der in seiner Erstfassung ausgearbeitete Forschungsrahmen (für Leuchtturmthema 5) in EURECA-PRO spannt seinen Bogen über Industrie Automatisierung, Robotisierung in der Produktion, Industrial Design sowie die sozio-kulturellen und methodologischen Herausforderungen der Industrie 4.0.
4 Schlussfolgerung
EURECA-PRO verfolgt das Ziel, zukünftige gesellschaftliche Entwicklungen aktiv mitzugestalten und eine nachhaltige Transformation im technischen, wirtschaftlichen und sozialen Kontext einzuläuten. Durch die interdisziplinäre sowie interuniversitäre Vernetzung der EURECA-PRO Partneruniversitäten wird ein Rahmen geschaffen, der die Beforschung des Themenkomplexes SDG 12 – Responsible Consumption and Production ermöglicht. Ergebnisse der Forschungsaktivitäten fließen durch ein problembasiertes Lernen in die Lehre von EURECA-PRO ein und durch den Open Access/Science Anspruch aller Konsortiums Mitglieder werden erarbeitete Inhalte global, offen und unentgeltlich zur Verfügung gestellt [8]. Der aktive, sowie direkte Austausch zwischen Wissenschaft, Gesellschaft und Wirtschaft stellt einen Eckpfeiler in der Forschungsstrategie dar und soll positive Synergieeffekte zwischen den beteiligten Stakeholdern verstärken. Mittels dieses Austausches können mögliche Problemstellungen frühzeitig erkannt und adressiert werden. Das bietet die Möglichkeit, gesellschaftliche und wirtschaftliche Herausforderungen rasch in Forschungsprojekte zu integrieren. Die gewählten Leuchtturmforschungsrichtungen (LH) von EURECA-PRO, LH 1 Verantwortungsvolle Materialflüsse, LH 2 Umwelt und Wasser, LH 3 Nachhaltige Materialien und Produkte, LH 4 Saubere Energie sowie LH 5 Prozessautomatisierung und Industrie 4.0, sind ein bedeutender Beitrag zur der im European Green Deal adressierten CO2 Einsparung, der Kreislaufwirtschaft und der nachhaltigen Entwicklung insgesamt [31]. Zusätzlich wird aufgrund der Themenwahl und der Konsortiumsgröße die Wissensvermittlung auch außerhalb des akademischen Bereiches erleichtert und schneller umsetzbar.
Danksagung
Die Forschung wurde im Einklang mit der Forschungsagenda der European University on Responsible Consumption and Production (EURECA-PRO) durchgeführt. Die Autoren danken für die finanzielle Unterstützung durch das Programm Erasmus+, Vertrag Nr. 101004049.
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