Produzierende Unternehmen sehen sich heute mit einem zunehmend volatilen Umfeld konfrontiert. Die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens wird dabei maßgeblich von der Fähigkeit bestimmt, mit den internen und externen Einflüssen dieses Umfelds umzugehen. Gerade in den letzten Jahren haben Großereignisse wie die Corona-Pandemie oder geopolitische Konflikte das Geschäft von Unternehmen weltweit entscheidend beeinflusst. Solche externen Einflüsse sind vielfältig und oft einzigartig und daher schwer vorhersehbar und planbar. Für produzierende Unternehmen erweist sich das technologische Umfeld als entscheidender Hebel, um mit dem komplexen Umfeld umzugehen und dieses selbst zu beeinflussen. Vor dem Hintergrund der globalen Herausforderungen des Klimawandels und der begrenzten Verfügbarkeit natürlicher Ressourcen ermöglichen z.B. Entwicklungen im Bereich Leichtbau und Ressourceneffizienz Antworten auf ökologische Herausforderungen. Dabei sind insbesondere Produktionstechnologien ein entscheidender Wettbewerbsfaktor. Um langfristig erfolgreiche Technologien zu identifizieren und folglich in diese zu investieren, ist es für produzierende Unternehmen von entscheidender Bedeutung, den Reifegrad und das Potential von Produktionstechnologien sorgfältig zu analysieren und zu bewerten. Die Reifegradanalyse und Potentialbewertung ist dabei ein unverzichtbares Werkzeug, weshalb im Rahmen des Projekts KORESIL ein Ansatz zur ganzheitlichen Reifegradbewertung und Potentialanalyse von Produktionstechnologien entwickelt wurde. Die Bewertung berücksichtigt neben technischen auch ökonomische, ökologische, soziologische und strategische Faktoren und soll als Entscheidungsunterstützung für produzierende Unternehmen gelten.

The thesis assesses the contribution of technology option of Carbon Capture and Sequestration (CCS) to climate change mitigation. CCS means that CO2 is captured at large industrial facilities and sequestered in goelogical structures. The technology uses the endogenous growth model MIND. Herein the various climate change mitigation options of reducing economic growth, increasing energy efficiency, changing the energy mix and CCS are assessed simultaneously. An important question is whether CCS is a temporary or long-term solution. The results show that in the middle of the 21st century CCS has its peak contribution, which allows prolonged use of relatively cheap fossil energy carriers. However, this leads to delayed introduction of renewable energy carriers. The technology path ways are accombined with different costs of climate change mitigation. The use of CCS delays and reduces the costs of climate change mitigation. However, the delayed introduction of renewable energy carriers leads to reduced technological learning, which induces higher costs in the longer term. All in all the temporary use of CCS reduces the costs of climate change mitigation costs. The result is robust, which is tested with various uncertainty analysis. / Die Arbeit befasst sich mit der Bewertung der technischen Option zum Klimaschutz CO2 an grossen industriellen Anlagen abzufangen und in geologischen Lagerstätten zu speichern. Die Technologiebewertung wird mit Hilfe des endogenen Wachstummodells MIND untersucht. Darin werden die Klimaschutzoptionen geringere wirtschaftliche Entwicklung, Steigerung der Energieeffizienz, Veränderung des Energiemixes und eben CO2 Abscheidung simultan bewertet. Eine wichtige Frage ist ob die Abscheidung von CO2 eine langfristige oder eine Zwischenlösung ist. Es zeigt sich, dass sie um die Mitte des 21ten Jahrhunderts ihren grössten Beitrag zum Klimaschutz leistet und die Nutzung der relativ kostengünstigen fossilen Energieträger verlängert. Das führt zu einer späteren Einführung erneuerbarer Energietechnologieen. Mit diesen unterschiedlichen Technologiepfaden gehen auch verschiedene ökonomische Kostenverläufe des Klimaschutzes einher. Die Verwendung von CO2 Abscheidung verschiebt die Kosten in die Zukunft und drückt ihre Spitze. Da es aber gleichzeitig zu geringerer Technologieentwicklung bei erneuerbaren Energieen führt entstehen wiederum Kosten. Unterm Strich lohnt sich die Einführung der CO2 Abscheidung als temporärer Beitrag zum Klimaschutz. Dieses Ergebnis konnte mit einer Reihe von Unsicherheitsanalysen erhärtet werden.

Produkt- und Prozesstechnologien stellen für Unternehmen einen bedeutenden Erfolgsfaktor, da sie direkt oder indirekt in Produktbestandteile eingehen und damit Einfluss auf die – häufig mehrstufige – Herstellung, die Produktqualität und Produktmerkmale sowie auf die Nutzung und Nachsorge der Produkt(bestandteil)e haben und mit Nutzenpotentialen im Lebenszyklus der Produkte bzw. Produktbestandteile verbunden sind. Um ökonomisch sinnvolle Technologieentscheidungen zu treffen, müssen Unternehmen einerseits die Erfolgsbeiträge der Technologien bewerten. Andererseits sind mit Technologiesubstitutionen oftmals erhebliche Investitionen, Lebenszykluskosten sowie Umsetzungsrisiken verbunden. Daher besteht die aus wissenschaftlicher und praktischer Sicht hoch relevante Fragestellung, wie entwicklungsbegleitend eine gezielte lebenszyklusbezogene Bewertung von Technologien zur Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbund (FKV)-Komponenten erfolgen kann. Dieser an der Schnittstelle zwischen Wirtschafts- und Ingenieurwissenschaften angesiedelten Fragestellung kommt auch deshalb eine hohe Bedeutung zu, weil die Bewertung solcher Technologien und die darauf basierende Auswahl der aus ökonomischer Sicht „richtigen“, d. h. über den gesamten Lebenszyklus einen maximalen monetären Erfolg generierenden, Technologie von Bedeutung für den Erfolg und die Akzeptanz von Innovationen im Bereich des Leichtbaus sind. Gegenstand der Arbeit ist die Entwicklung eines Instrumentariums, das die strukturierte Bewertung und Entscheidungsfindung unter Berücksichtigung der im jeweiligen Anwendungsfall relevanten Ziele, Alternativen, Einflussfaktoren und ihrer kurz-, mittel- und langfristigen, bei verschiedenen Akteuren in der Supply Chain auftretenden, monetären und nicht-monetären Wirkungen unterstützt. Als Grundlage für die Antizipation und Modellierung lebenszyklusbezogener Folgen von Technologiesubstitutionen werden Referenzmodelle zur Abbildung der Lebenszyklen, der lebenszyklusbezogenen Prozesse und technologieinduzierten Wirkungen, die in verschiedenen Lebenszyklusphasen der FKV-Komponenten und der (End-)Produkte auftreten, erarbeitet. Darauf aufbauend wird im Rahmen eines Vorgehensmodells aufgezeigt, wie die Bewertung von Technologien aus ökonomischer Sicht mithilfe von Technologiebezogenen Lebenszyklusrechnungen und unter Einbeziehung von Ansätzen zur Prognose lebenszyklusbezogener Zahlungswirkungen und zur Monetarisierung von technologiebezogenen Nutzeneffekten erfolgen kann. Hierfür ist der strukturierte Einsatz vielfältiger, aus verschiedenen Disziplinen stammenden Instrumente und Methodenbausteine notwendig. Schließlich wird das Instrumentarium auf die Supply Chain-Ebene angewendet und an einem Fallbeispiel demonstriert.:1 Einführung 1 1.1 Problemstellung 1 1.2 Zielsetzung und Aufbau 8 2 Charakterisierung des objektbezogenen Untersuchungsgegenstandes 11 2.1 Begriffliche Grundlagen 11 2.2 Charakterisierung und technologische Gestaltungsmöglichkeiten von FKV-Komponenten 17 2.2.1 Charakterisierung von FKV-Komponenten 17 2.2.2 Materielle Zusammensetzung und Eigenschaften von FKV-Komponenten 22 2.2.3 Fertigung von FKV-Komponenten 27 2.3 Entwicklungsbegleitende Auswahl von Fertigungstechnologien 35 2.4 Anforderungen an das Instrumentarium 51 3 Methodischer Bezugsrahmen – Ausgangssituation und Forschungsbedarf 57 3.1 Ausgewählte betriebswirtschaftliche Lebenszyklusmodelle 57 3.1.1 Einführung ─ Modellbegriff und Überblick 57 3.1.2 Allgemeine Lebenszyklusmodelle 61 3.1.3 Methodische Ausgestaltung spezifischer Lebenzyklusrechnungen 62 3.2 Verfahren der entwicklungsbegleitenden (Herstellkosten-)Kalkulation 69 3.3 Methoden zur lebenszyklusorientierten Produkt- und Prozessgestaltung 75 3.4 Zwischenfazit 90 4 Modellierung von Lebenszyklen, Prozessen und Wirkungen 93 4.1 Systemischer Komponenten- und Produktlebenszyklus 93 4.2 Lebenszyklusbezogene Prozessmodelle 98 4.2.1 Zur Bildung von Prozessmodellen 98 4.2.2 Generisches lebenszyklusbezogenes Prozessmodell 102 4.2.3 Prozessmodell für die Fertigung 108 4.2.4 Prozessmodell für Nutzung und Service 115 4.2.5 Prozessmodell für die Nachsorge 121 4.2.6 Nutzung von Prozessmodellen 127 4.3 Strukturierung lebenszyklusbezogener Wirkungen 130 5 Vorgehensmodell – Konzeption, Ausgestaltung und Fallbeispiel 136 5.1 Vorstellung und Einsatzbereich 136 5.2 Definition von Systemgrenzen 143 5.2.1 Charakterisierung 143 5.2.2 Instrumente 144 5.3 Festlegung von lebenszyklusbezogenen Zielgrößen 148 5.3.1 Charakterisierung 148 5.3.2 Instrumente 154 5.4 Generieren und Modellieren von Technologiealternativen 159 5.4.1 Charakterisierung 159 5.4.2 Instrumente 161 5.5 Identifizierung, Analyse und Prognose relevanter Einflussfaktoren 163 5.5.1 Charakterisierung 163 5.5.2 Instrumente 165 5.6 Ermittlung der Werte der Zielgrößen(elemente) 169 5.6.1 Charakterisierung 169 5.6.2 Instrumente 173 5.7 Entscheidungsfindung 188 5.7.1 Charakterisierung 188 5.7.2 Instrumente 189 5.8 Anwendung auf / Erweiterung um die SC-Ebene 192 5.9 Fallbeispiel 206 5.9.1 Problembeschreibung 206 5.9.2 Vorgehensmodellbasierte Bewertung und Auswahl der Technologiealternativen 207 6 Zusammenfassung und Ausblick 224

Der breite Einsatz von Wasserstoff-Brennstoffzellen kann einen nachhaltigen Beitrag zur Minderung des Ausstoßes klima- und gesundheitsschädlicher Emissionen leisten. Allerdings ist der Erfolg dieser wie anderer neuer Technologien maßgeblich von der Akzeptanz durch zukünftige Nutzer abhängig. Daher sollten bei der Technologieentwicklung und -implementierung unbedingt Nutzenvorteile bei Kostenneutralität oder sogar Kostenvorteile gegenüber bestehenden Technologien angestrebt werden. Mit dem Konzept der integrierten Geschäftsmodell- und Technologieentwicklung findet eine Verknüpfung der technologischen Entwicklung mit der Herbeiführung einer ökonomischen Verwertbarkeit statt. Bereits während der Technologieentwicklung werden, eng mit dieser verzahnt, Geschäftsmodelle entwickelt, die eine erfolgreiche Verwertung ermöglichen sollen. Aus den Geschäftsmodell(ide)en resultierende ökonomische Steuerungsimpulse sollen zur Auswahl alternativer Technologie- bzw. Systemvarianten genutzt und in Anforderungen umgesetzt werden, um die Technologieentwicklung gezielt so früh wie möglich auf Anwenderbedürfnisse und wirtschaftliche Kriterien ausrichten, Risiken verringern und eine erfolgreiche Verwertung herbeiführen zu können. Ein Element des Konzepts stellt eine Integrierte Technologie-, Anwender- und Marktanalyse dar, mit deren Hilfe Szenarien erarbeitet werden können, die eine Basis für die Technologie- und Geschäftsmodellentwicklung (einschließlich der Ableitung von Anforderungen) darstellen. Hinzu kommt eine Bewertungsmethodik für Geschäftsmodelle, die monetäre und nicht-monetäre (ökonomische, soziale und ökologische) Zielkriterien einbezieht. Des Weiteren sollen mittels Kostenanalysen und -prognosen sowie der Ableitung von Zielkosten für Komponenten und Fertigungsprozesse Steuerungsimpulse erzeugt werden, die eine effektive, auf den Geschäftsmodellerfolg gerichtete Technologie(weiter)entwicklung erlauben.