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Herausgeber: Wiley-VCH GmbH
Kategorie: Fachliteratur
Sprache: Deutsch

Beschreibung

Digitale Chemieindustrie

Umfassend und praxisnah bietet dieses Buch alles Wissenswerte zum Thema Digitalisierung in der chemischen Industrie

Die chemische Industrie befindet sich derzeit in einem Wandel und steht vor zahlreichen Herausforderungen. Die Digitalisierung spielt dabei eine große Rolle. Sie ist nicht nur der Auslöser für Veränderungen, sondern eröffnet auch neue Wege und Möglichkeiten. Ob in digitalen Geschäftsmodellen, digitalen Prozessen oder für datenbasierte Entscheidungen - die Digitalisierung durchzieht alle Bereiche in der modernen chemischen Industrie.

Digitale Chemieindustrie: Anforderungen Chemie 4.0, Praxisbeispiele und Perspektiven bietet einen umfassenden Einblick in die Digitalisierung der chemischen Industrie. Nach einem Überblick über den Status Quo und die Entwicklung der digitalen Chemieindustrie werden zahlreiche Praxisbeispiele aus unterschiedlichen chemischen Unternehmen präsentiert. Abschließend werden Wege für eine erfolgreiche digitale Transformation aufgezeigt.

Ob Händler, Mittelständler, Konzerne oder Chemie-/Pharma-Standorte - an dem Thema Digitalisierung kommt keiner vorbei.
Geschrieben von führenden Fachleuten aus Industrie, Hochschule und Consulting - jede Sichtweise ist anders und bereichernd.
Umfassende Betrachtung der Digitalisierung in der chemischen Industrie - von digitalen Technologien über digitale Geschäftsmodelle bis hin zur digitalen Transformation.
Zahlreiche Fallbeispiele aus erster Hand und konkrete Lösungsansätze machen die Thematik für die Leser:innen greifbar.

Digitale Chemieindustrie: Anforderungen Chemie 4.0, Praxisbeispiele und Perspektiven ist ein unverzichtbarer Leitfaden für Projektteams und Führungskräfte in der chemisch-pharmazeutischen Industrie, alle Wissenschaftler:innen an Hochschulen sowie Unternehmensberater:innen und Referent:innen, die sich mit der Planung und Umsetzung von digitalen Prozessen in der Chemieindustrie auseinandersetzen.

Details

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Seitenzahl: 655

Veröffentlichungsjahr: 2022

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Der Sheriff und die Fremde

Gentle Heart - Scarlet Luck, Teil 3 (Ungekürzt)

Until I Get You - Fairview Hockey, Teil 1 (Ungekürzt)

Inhaltsverzeichnis

Cover

Titelseite

Impressum

Geleitwort

Vorwort

Beitragsautoren

Teil I: Status quo und Entwicklung der digitalen Chemieindustrie

1 Chemie 4.0 – eine Standortbestimmung

1.1 Die digitale und zirkuläre Transformation in der Chemie- und Pharmaindustrie

1.2 Nachhaltigkeit im Fokus

1.3 Die digitale Transformation ist in vollem Gange

1.4 Stand der Digitalisierung

1.5 Digitalisierung für die Chemie von morgen

1.6 Ohne Changemanagement geht es nicht

1.7 Digitalisierung bringt zirkuläre Wirtschaft voran

1.8 Ausblick: noch mehr Datenanalyse und Konnektivität

1.9 Digitale Transformation erfordert politischen Rückenwind

Literaturverzeichnis

2 Die Digitalisierung – riesige Chance und große Herausforderung für die Chemieindustrie

2.1 Bedeutung und Struktur der Chemieindustrie in Deutschland

2.2 Herausforderungen der Chemieindustrie

2.3 Besonderheiten der Chemieindustrie

2.4 Stand der Digitalisierung in der Chemieindustrie

2.5 Chancen der Digitalisierung in der Chemieindustrie

2.6 Digitale Chemie der Zukunft

2.7 Learnings aus eigenen Digitalisierungsprojekten und Schlussfolgerungen

Literaturverzeichnis

3 In der Digitalisierung ist die Größe für Chemieunternehmen nicht mehr entscheidend

3.1 Einleitung

3.2 Warum der Wandel unausweichlich ist

3.3 Drei künftige Arten von Geschäftsmodellen

3.4 Fallbeispiele für neue digitale Geschäftsmodelle

3.5 Fahrplan zur Disruption

3.6 Fazit

Literaturverzeichnis

4 Digitale Optimierungshebel in der Polyolefin-Industrie

4.1 Nachhaltiger und wirtschaftlicher – Anforderungen an die Petrochemie der Zukunft

4.2 Potenziale der Digitalisierung

4.3 Wirtschaftliche Quantifizierung des Anlagenbetriebs von Raffinerien und Crackern in Echtzeit

4.4 Optimierung der Produktionsplanung in der Polymerindustrie

4.5 Erhöhung der Resilienz durch die Quantifizierung von S&OP-Szenarien

4.6 Advanced Analytics zur Optimierung der Preissetzung bei Polyolefinen

4.7 Ausblick

5 Digitalisierung im Mittelstand der Chemieindustrie

5.1 Der chemische Mittelstand

5.2 Stand der Dinge in der Digitalisierung mittelständischer Chemieunternehmen

5.3 Weg zum digitalen chemischen Mittelstand

5.4 Chancen und Risiken der Digitalisierung im chemischen Mittelstand

5.5 Erfolgsfaktoren der Digitalisierung des chemischen Mittelstandes

5.6 Ausblick und Fazit

Literaturverzeichnis

Teil II: Praxisbeispiele Chemie 4.0

6 Digitalisierung der Customer Journey in der Bauchemie – MAPEI

6.1 Bauchemie – Rahmenbedingungen und Anforderungen

6.2 Die Customer Journey in der Bauchemie

6.3 Herausforderung digitale Interaktion aus Sicht von Hersteller, Handel und Verarbeiter

6.4 Einsatz digitaler Medien und Tools in der Interaktion zwischen Hersteller, Handel und Verarbeiter

6.5 Einfluss der Digitalisierung auf die Customer Journey

6.6 Chancen und Risiken der Umsetzung

6.7 Zusammenfassung, Ausblick und Learnings

Literaturverzeichnis

7 Innovationsmotor Digitalisierung: Wie TECTRION digitale Lösungen für die Instandhaltung der Zukunft entwickelt

7.1 Einleitung

7.2 Digitale Innovationen bei TECTRION

7.3 Digital Maintenance bei TECTRION

7.4 Smarte Innovationslösungen dank dem Innovationsmotor Digitalisierung

Literaturverzeichnis

8 Digitale Transformation von Forschung und Entwicklung in der BASF

8.1 Einleitung

8.2 Das digitale Labor der Zukunft

8.3 Wirkstoffe aus dem Cyberspace?

8.4 Autonome Forschungsmaschinen

8.5 Wichtige Erkenntnisse der bisherigen digitalen Transformation

8.6 Abkürzungsverzeichnis

Literaturverzeichnis

9 Der interdisziplinäre Lösungsansatz sichert die Value Proposition: Erfahrungen des ersten digitalen Zwillings bei der YNCORIS

9.1 Einleitung

9.2 Modernisierung bestehender Anlagen

9.3 Der digitale Zwilling, eine Innovation?

9.4 Die unterschiedlichen digitalen Zwillinge

9.5 Der digitale Zwilling bei YNCORIS „Kühlwassersystem im Chemiepark Hürth“

9.6 Implementierungsvorgehen

9.7 Zusammenfassung und Fazit

10 Praktische künstliche Intelligenz – Digital Operational Excellence bei COVESTRO

10.1 Grundlagen von KI

10.2 Anwendungsbereiche für KI

Literaturverzeichnis

11 Künstliche Intelligenz und datengetriebene Entscheidungsfindung im Chemiekonzern

11.1 Künstliche Intelligenz (KI) und ihre unternehmerische Relevanz

11.2 Die Relevanz von KI für das Chemieunternehmen

11.3 Von der Einzelanwendung zur konzernweiten Nutzung von Daten und KI

11.4 Zusammenfassung

11.5 Abkürzungsverzeichnis

Literaturverzeichnis

12 WACKER Digital – Transformation eines traditionellen Chemieunternehmens zu einem datenbasierten Konzern

12.1 Wacker Chemie AG: Partner, Impulsgeber und Innovator

12.2 Digitalisierung bei WACKER: das Programm WACKER Digital

12.3 WACKER Digital Frontend

12.4 Fallbeispiel digitales Kundenmanagement

12.5 WACKER Digital in Operations

12.6 Fallbeispiel Advanced Process Control (APC)

12.7 Fallbeispiel Logistik Control Tower (LCT): globale Logistikketten transparent machen

12.8 Fallbeispiel Digital Worker – weg vom Papier, hin zu mobilen Anwendungen

12.9 WACKER Digital Foundation

12.10 Fallbeispiel KI und Datenanalytik

12.11 Fallbeispiel Silicon Valley Challenge (SVC): ein Blick über den Tellerrand

12.12 Zusammenfassung und Fazit

Teil III: Digitale Transformation in der chemischen Industrie

13 Betriebliche Medienwerkstätten als Enabler der digitalen Transformation

13.1 Einleitung: Konzept der Medienwerkstatt als medienkompetenzsteigernde Maßnahme

13.2 Ziel und Ausgestaltung der Medienwerkstatt

13.3 Voraussetzungen und Erfolgsfaktoren zur Implementierung von Medienwerkstätten

13.4 Darstellung konkreter Use Cases aus vor- und nachgelagerten Industrien

13.5 Lessons Learned zur Implementierung und Nutzen von Medienwerkstätten

13.6 Ableitung von Empfehlungen und Transferpotenzialen für Unternehmen der chemischen Industrie

13.7 Fazit und Ausblick

Literaturverzeichnis

14 Agile Teams als organisatorische Innovation beim Betrieb chemischer Anlagen

14.1 Der Wandel als Treiber der Innovation

14.2 Leitideen für Agiles Arbeiten in der Praxis

14.3 Die praktische Anwendung

14.4 Die Effekte des Agilen Arbeitens

14.5 Ausblick und Fazit

15 SAP SE – mit IT zum intelligenten Chemieunternehmen

15.1 Eine traditionelle Industrie wird digital

15.2 Die neuen technischen Möglichkeiten moderner betriebswirtschaftlicher Anwendungssoftware

15.3 Softwareanwendungsbeispiele für Industrie 4.0 in der chemischen Industrie

15.4 Digitalisierung als Schlüssel zum Erfolg für mehr Nachhaltigkeit in Chemieunternehmen

15.5 Mögliche Umsetzungsschritte

Disclaimer

Literaturverzeichnis

16 Digitalisierung ist kompliziert. Die Transformation dorthin aber hochkomplex

16.1 Einführung in die Systemtheorie

16.2 Besonderheiten der digitalen Transformation

16.3 Digitale Transformation der chemischen Industrie

16.4 Tipps zum Gelingen von Transformationsprozessen

16.5 Persönliche Standortbestimmung

Literaturverzeichnis

17 Zusammenarbeit mit Start-ups als Innovationstreiber für die chemische Industrie

17.1 Einleitung: Notwendigkeit externer Innovation

17.2 Gründe für die Zusammenarbeit mit Start-ups

17.3 Herausforderungen bei der Zusammenarbeit mit Start-ups

17.4 Mögliche Formen zur Zusammenarbeit mit Start-ups

17.5 Digitalisierung als Katalysator für die Zusammenarbeit mit Start-ups

17.6 Besonderheiten mittelständischer Unternehmen

17.7 Intermediäre zwischen Start-ups und etablierten Unternehmen

17.8 Learnings und Handlungsempfehlungen

17.9 Fazit und Ausblick

Literaturverzeichnis

18 Erfolgreich durch digitale Netzwerk-Kompetenz: Praxis-Tipps für Aufbau und Pflege digitaler Netzwerke

18.1 Netzwerken ist unsere neue Lebensversicherung

18.2 Vorteile des digitalen Netzwerkens

18.3 Individuelle und organisatorische Kompetenzen

18.4 Tipps zum persönlichen digitalen Netzwerken

18.5 Neue Formate zur Zusammenarbeit

18.6 Zukunftsperspektiven der digitalen Zusammenarbeit in Netzwerken

18.7 Hilfreiche Entscheidungsfragen für digitales Netzwerken

18.8 Netzwerke für die Digitalisierung

18.9 Customer Relationship Management (CRM) – digitale Organisation von Netzwerken

18.10 Fazit

Literaturverzeichnis

19 Fokus in der Umsetzung durch ein digitales Zielbild

19.1 Bedeutung und Struktur des digitalen Zielbilds

19.2 Voraussetzungen für das digitale Zielbild

19.3 Interne Ideen zur Digitalisierung

19.4 Digitaler Zweck

19.5 Entwicklung digitaler Ziele

19.6 Digitalisierungs-Roadmap

19.7 Digitalisierungs-Enabler

19.8 Digitale Organisation

19.9 Fazit: Zusammenfassung, Learnings und Ausblick

Literaturverzeichnis

Autorenverzeichnis

Stichwortverzeichnis

End User License Agreement

Tabellenverzeichnis

Kapitel 2

Tab. 2.1 Indikatoren zur Bestimmung des digitalen Reifegrads.

Kapitel 7

Tab. 7.1 Aufgabenübersicht über das 4-Rollen-Modell bei TECTRION. Quelle: eigene...

Abbildungsverzeichnis

Kapitel 1

Abb. 1.1 Ergebnisse des Digitalisierungsindex [5], Branchengruppe: Grundstoffe, ...

Kapitel 2

Abb. 2.1 Differenzierung der Digitalisierung nach verschiedenen Marktanforderung...

Abb. 2.2 Erfolge und Defizite der Digitalisierung in der Chemieindustrie.

Abb. 2.3 Digitalisierungsindex 2020 nach Branchen [19], Abb. 04.01 (S. 95)/Feder...

Abb. 2.4 Verschiedene Perspektiven auf die Chancen der Digitalisierung in der Ch...

Abb. 2.5 Zusammenfassung der Learnings aus Digitalisierungsprojekten der CMC2 Gm...

Kapitel 3

Abb. 3.1 Die Fabrik der Zukunft.

Abb. 3.2 Industrien und Ökosysteme.

Abb. 3.3 Ökosystem-Plattform und Interaktion der Akteure.

Abb. 3.4 Zeitverlauf der digitalen Transformation in der Chemieindustrie.

Kapitel 4

Abb. 4.1 Der Informationsfluss ist häufig unterbrochen (Pipeline and Hazardous M...

Abb. 4.2 Alle relevanten Daten werden visualisiert. PIMS Process Industry Modeli...

Abb. 4.3 Das statische Polymer Wheel entwickelt sich zu einer flexiblen Produkti...

Abb. 4.4 Immunität und Erholung in Lieferketten.

Abb. 4.5 Optionenraum zur Szenariobildung. SCM Supply-Chain-Management.

Abb. 4.6 Systematische Auswertung aller Variablen zur Steigerung der Preisprämie...

Abb. 4.7 Der Algorithmus ist in die Angebots- und Pricing-Software integriert, d...

Kapitel 5

Abb. 5.1 Digitalisierung im chemischen Mittelstand – Charakteristik, Anforderung...

Abb. 5.2 Chancen, Risiken und Erfolgsfaktoren der Digitalisierung des chemischen...

Kapitel 6

Abb. 6.1 Vertriebsstufen und Vertriebskanäle für bauchemische Produkte. DIY Do i...

Abb. 6.2 Kontaktphasen.

Abb. 6.3 Beschreibung Personas. ID Identifikationsnummer. Angelehnt an Cooper [9...

Abb. 6.4 Tag Cloud KPIs. Angelehnt an Flanagan [10].

Abb. 6.5 Customer Journey Map. Angelehnt an Carlzon [11].

Abb. 6.6 The Change Wheel (Angelehnt an Kanter und Messbacher, R. (The Wheel of ...

Abb. 6.7 Digitalisierte Erstellung von Aufbauempfehlungen mittels MAPEI-App.

Kapitel 7

Abb. 7.1 Prozessmodell zur Analyse und Bewertung von Innovationen bei TECTRION. ...

Abb. 7.2 Übersicht über das 4-Rollen-Modell bei TECTRION. Quelle: eigene Darstel...

Abb. 7.3 Einkaufsprozess eines Neukunden. Quelle: eigene Darstellung.

Abb. 7.4 Auszug aus dem Wireframe. (a) Startscreen; (b) Anlagenidentifikation du...

Abb. 7.5 Lebenszyklus gemäß DIN EN 13306.

Abb. 7.6 Informationszwilling und funktionaler Zwilling (Tectrion).

Abb. 7.7 Relevante Cluster für Herstellerinformationen.

Abb. 7.8 Umsetzungsbeispiel technische Dokumentation.

Abb. 7.9 Stammdatenerfassung.

Abb. 7.10 Datenanalyse im Rahmen der prädiktiven Instandhaltung.

Abb. 7.11 Datenquellen und technische Informationen für die Instandhaltung (Quel...

Kapitel 8

Abb. 8.1 Zentrale Stellung von Labordatenmanagementsystemen in der digitalen Lab...

Abb. 8.2 Funktionalitäten von ELJ und LIMS. Quelle: BASF SE.

Abb. 8.3 Arbeitsplatzautomatisierung für direkte Geräteinteraktion und flexible ...

Abb. 8.4 Erweiterte Systeminteraktion im Labor. Quelle: BASF SE.

Abb. 8.5 Schlüssel-Schloss-Prinzip der Wirkstoff-Targetprotein-Bindung.

Abb. 8.6 Targetprotein mit gebundenem Wirkstoff in der Bindestelle (Pfeil).

Abb. 8.7 Hypothesengetriebener Design-Make-TestAnalyse-Entwicklungszyklus (DMTA-...

Abb. 8.8 Datengetriebene Produktentwicklung, bei der die digitalen Arbeitsschrit...

Abb. 8.9 Schrittweise Modellierung über Simulationen und statistischen Modellen ...

Abb. 8.10 Autonome Forschungsmaschinen bestehen aus technischen und digitalen Mo...

Kapitel 9

Abb. 9.1 Digitalisierung zum Zweck der prädiktiven Instandhaltung (Klekta Darya/...

Abb. 9.2 Der prozessuale digitale Zwilling (Klekta Darya/Adobe Stock).

Abb. 9.3 Ausprägungen des digitalen Zwillings.

Abb. 9.4 Der Produktions-Zwilling.

Abb. 9.5 Komplexität der Integration. IIoT Industrial Internet of Things.

Abb. 9.6 Minimum-Viable-Product-Ansatz (MVP-Ansatz).

Abb. 9.7 Prinzip-Skizze eines Kühlturms mit 4 Kühlzellen.

Abb. 9.8 Modellierung einer Kühlturmzelle.

Abb. 9.9 Kühlwasservorlauftemperatur als Ergebnis der Simulation.

Abb. 9.10 Systemübersicht. IoT Internet of Things.

Abb. 9.11 Beispielhaftes Reifegradmodell für einen digitalen Zwilling.

Abb. 9.12 Interdisziplinäres Projektteam.

Kapitel 10

Abb. 10.1 Darstellung eines künstlichen Neurons als lineare Funktion.

Abb. 10.2 Schematische Darstellung eines neuronalen Netzwerkes mit zwei Layern. ...

Abb. 10.3 „Asset Monitoring“ bezieht sich auf die einzelnen Ausrüstungen, Maschi...

Abb. 10.4 Zeichnung eines Verdichters in vereinfachter Funktionsdarstellung, die...

Abb. 10.5 Das 2-D-Modell aus Abb. 10.4 ist durch einen weiteren Parameter (die T...

Abb. 10.6 Konzeptuelle Darstellung von Clustern normaler Betriebsbedingungen für...

Abb. 10.7 Schema einer Verdichter-Stufe eines großen Stranges. Ein repräsentativ...

Abb. 10.8 Im Gegensatz zu konventionellen Überwachungsmodellen, die auf physikal...

Abb. 10.9 Messdaten für 3 Parameter (aus 20-Parameter-Datensatz) zur Beschreibun...

Abb. 10.10 Zusätzliche Zeitdaten von weiteren 3 Sensoren (aus 20-Parameter-Daten...

Abb. 10.11 Integration von Betriebskurven des Herstellers in den Trainingsdatens...

Abb. 10.12 Schematische Beschreibung eines KI-Algorithmus, der die Betriebshisto...

Kapitel 11

Abb. 11.1 acatech Industrie 4.0 Maturity Index (adaptiert von Schuh et al. [22, ...

Abb. 11.2 Arbeitsfelder einer KI-Strategie. KI künstliche Intelligenz (Quelle: E...

Abb. 11.3 Die KI-Strategie befähigt und begleitet die individuelle Person auf ih...

Abb. 11.4 Unterstützung des gesamten Umsetzungsprozesses von Künstlicher-Intelli...

Kapitel 12

Abb. 12.1 Programm-Slogan und Key Visual (Quelle: sol/Unsplash).

Abb. 12.2 Programmaufbau von WACKER Digital. IT Informationstechnologie, HR Huma...

Abb. 12.3 Produktportal auf der WACKER-Website.

Abb. 12.4 Beispiel APC an einem homogen-katalysierten chemischen Reaktor. F Durc...

Abb. 12.5 Temperaturverlauf am Reaktoraustritt vor und nach der Inbetriebnahme d...

Abb. 12.6 Zielbild des Logistik Control Towers bei WACKER.

Abb. 12.7 Datencockpit mit Informationen und Arbeitsabläufen. POD Proof of deliv...

Abb. 12.8 „Mobiler Arbeitsplatz im Shopfloor“.

Abb. 12.9 WACKER Digital After Work Event in einer virtuellen Umgebung.

Abb. 12.10 Ideensammlung im Rahmen der Silicon Valley Challenge (SVC).

Kapitel 13

Abb. 13.1 Realitäts-Virtualitäts-Kontinuum (basierend auf [3]) (Quelle: IMA).

Abb. 13.2 Stationen der Medienwerkstatt entlang des Realitats-Virtualitats-Konti...

Abb. 13.3 Außenwand der Medienwerkstatt bei Garlock (Quelle: Garlock GmbH).

Abb. 13.4 Mediale Ausstattung der Medienwerkstatt bei Garlock (Quelle: IMA).

Kapitel 14

Abb. 14.1 Anforderungen an die Chemie-Organisation 4.0 (Quelle: eigene Abbildung...

Abb. 14.2 Faktoren erfolgreicher Digital-Organisationen (Quelle: eigene Abbildun...

Abb. 14.3 Backlog (Quelle: eigene Abbildung).

Abb. 14.4 Feedback-Prozesse (Quelle: eigene Abbildung).

Abb. 14.5 Kundenbindung durch Product Owner (Quelle: eigene Abbildung).

Abb. 14.6 Sprint-Planung (Quelle: eigene Abbildung).

Abb. 14.7 Planning Poker. (Quelle: eigene Abbildung).

Abb. 14.8 Zusammensetzung eines Anlagenteams (Quelle: eigene Abbildung).

Abb. 14.9 SCRUM-Framework (Quelle: eigene Abbildung).

Abb. 14.10 Produktowner. IT Informationstechnologie (Quelle: Gitter J.).

Kapitel 15

Abb. 15.1 Unterscheidungs- und Simulationsunterstützung für den Materialplaner a...

Abb. 15.2 Einsatz von künstlicher Intelligenz zur Expertenunterstützung im Chemi...

Abb. 15.3 Industrie 4.0 im Chemieunternehmen steht für die vertikale und horizon...

Abb. 15.4 Die Analyse von Sensordaten in der digitalen Anlage kann viele Zwecke ...

Abb. 15.5 Verfolgung des Standorts von Behältern (hier ein Flüssigkeitscontainer...

Abb. 15.6 Die Ziele der drei Säulen der Nachhaltigkeit (Quelle: SAP SE [3, S. 7]...

Abb. 15.7 CO2-Emissionen entlang der Wertschöpfungskette (Quelle: SAP SE [3, S. ...

Abb. 15.8 Die Transformation zum nachhaltigen und intelligenten Unternehmen (Que...

Kapitel 16

Abb. 16.1 Das OSTO-Systemmodell.

Abb. 16.2 Sich verändernde Kundenbedürfnisse führen zu einem veränderten Existen...

Abb. 16.3 Das Wellenmodell der Veränderung (Quelle: Kordis und Lynch, 1992).

Abb. 16.4 Die 4 Rubriken der Digitalisierung.

Abb. 16.5 Gründe für die Transformation.

Abb. 16.6 Für wirksamen Wandel gilt...

Abb. 16.7 Top-down vs. Bottom-up.

Abb. 16.8 Faktischer Wandel und Verhaltenswandel.

Abb. 16.9 Zeitversetzte Kurven des Changemanagements.

Abb. 16.10 Self-Assessment für Führungskräfte.

Kapitel 17

Abb. 17.1 Übersicht Herausforderungen bei der Zusammenarbeit mit Start-ups. (Que...

Abb. 17.2 Kooperationsformen von Corporates und Start-ups (verändert nach [11, S...

Abb. 17.3 The Start-up-Lifecycle. MVP Minimum Viable Product (verändert nach [13...

Abb. 17.4 Fünf Schritte zur erfolgreichen Zusammenarbeit mit Start-ups (Quelle: ...

Abb. 17.5 Digitalisierungshemmnisse (Quelle: [22], Abb. 3 (S. 36)/Institut der d...

Kapitel 19

Abb. 19.1 Das digitale Zielbild. HOT Human Organisation Technologie (CMC2 GmbH, ...

Abb. 19.2 Auswahl Trendsegmente und Trends (CMC2 GmbH, Consulting for managers i...

Abb. 19.3 Existierende Digitalisierungs-Lösungen. RFID Radio Frequency Identific...

Abb. 19.4 Überblick, Einblick und Bewertung externer digitaler Lösungsansätze. R...

Abb. 19.5 Beispiel eines Portfolios von Digitalisierungs-Lösungen.

Abb. 19.6 Workshop-Formate Kreativ-Techniken. VPC Value Proposition Canvas.

Abb. 19.7 Werkzeuge zur gemeinsamen Aufnahme und Analyse der Prozesse.

Abb. 19.8 Grundannahmen für die Möglichkeiten der Digitalisierung (Quelle: verän...

Abb. 19.9 Digitalisierung der End-to-End-Supply-Chains. KPI Key Performance Indi...

Abb. 19.10 Digitale Ziele (CMC2 GmbH, Consulting for managers in Chemical Indust...

Abb. 19.11 Beispielhafte Matrix digitaler Ziele. HR Human Resource, KPI Key Perf...

Abb. 19.12 Digitalisierungs-Roadmap (Auszug).

Abb. 19.13 Digitale Roadmap am Beispiel SCM 4.0. HOT Human Organisation Technolo...

Abb. 19.14 Beispiel einer analog entwickelten Digital-Roadmap.

Abb. 19.15 Attraktive Arbeitsumgebung für die Projektarbeit (Quelle: EVENTBUTLER...

Abb. 19.16 Bewertung der Digitalisierungs-Enabler.

Abb. 19.17 Digitale Organisation. F&E Forschung und Entwicklung, SCM Supply-Chai...

Orientierungspunkte

Cover

Inhaltsverzeichnis

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Impressum

Geleitwort

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Digitale Chemieindustrie

Anforderungen Chemie 4.0, PraxisbeispieLe und Perspektiven

Herausgegeben von Carsten Suntrop

Herausgegeben von

Prof. Dr. Carsten SuntropCMC2 GmbHConsulting, Project ManagementGrimmelshausenstraße 1450996 KölnDeutschland

Gendergerechte Sprache:Der Herausgeber veröffentlicht die Kapitel in der von den Autorinnen und Autoren gewählten Genderform. In Texten, in denen zur besseren Lesbarkeit nur eine Form der Geschlechter verwendet wird, nämlich die männliche, sind stets alle geschlechtlichen Identitäten mitgemeint.

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Satz le-tex publishing services GmbH, LeipzigDruck und Bindung

Print ISBN 978-3-527-34971-5ePDF ISBN 978-3-527-83571-3ePub ISBN 978-3-527-83572-0

Gedruckt auf säurefreiem Papier.

Geleitwort

Die chemische Industrie ist erfahren darin, aus Veränderungen neue Chancen und Erfolge zu destillieren: In ihrer mehr als 150-jährigen Geschichte hat sich die Branche immer wieder erfolgreich gewandelt und modernisiert. Die chemische Industrie hat kontinuierlich neue Technologien entwickelt oder adaptiert. So konnte sie stets innovative Produktlösungen für nahezu sämtliche Wirtschaftszweige liefern, wie etwa die Autoindustrie, den Maschinenbau oder die Elektroindustrie. Die Fähigkeit zu ständiger, proaktiver Weiterentwicklung ist eine Stärke der Chemiebranche, die ihr jetzt bei der Digitalisierung einmal mehr zugutekommt. Denn die Digitalisierung ist keineswegs ein einziger großer Schritt, sondern ein fortlaufender Veränderungsprozess, der ständig neue Möglichkeiten für Fortschritt hervorbringt – auch im Lichte der Nachhaltigkeit.

Die europäische Politik versucht, Antworten auf den digitalen Wandel zu finden. Doch dabei werfen umfassende Ex-ante-Regulierungen, beispielsweise zum Einsatz von künstlicher Intelligenz, Fragen der Verhältnismäßigkeit auf. Chancenorientierung statt übertriebener Risikominimierung muss hier die Devise lauten. Wir dürfen uns die Möglichkeiten neuer Technologie nicht verbauen, bevor wir sie überhaupt kennengelernt und erprobt haben.

Digitalisierung ist eine umfassende unternehmerische Gestaltungsaufgabe, die weit über die Aufgaben der IT hinausgeht. Große Unternehmen mit historisch gewachsenen Strukturen müssen dafür häufig andere Transformationswege gehen als Mittelständler oder junge Start-ups. Jeder Unternehmer muss sich aber bewusst sein, dass neben den großen Chancen, die zum Beispiel neue digitale Services, Plattformen und Absatzkanäle bieten, auch neue Herausforderungen entstehen, die zum Verlust von Marktanteilen führen oder sich gar zur Existenzbedrohung entwickeln können. Die Digitalisierung selbst ist kein Garantieschein für Erfolg!

Mehr denn je ist die Branche heute dennoch gefordert, sich mit den in immer kürzeren Entwicklungszyklen entstehenden digitalen Technologien auseinanderzusetzen. Hierfür werden digitale Netzwerke und Plattformen wichtiger, um Know-how zu teilen und so gemeinsam intelligente Lösungen zu erarbeiten. Nicht jedes Chemieunternehmen muss alle möglichen digitalen Geschäftsmodelle selbst entwickeln. Jedes Unternehmen muss sich aber rechtzeitig fragen, welche Rolle es in der digitalisierten Geschäftswelt von morgen einnehmen und ausgestalten will.

Die Autoren dieses Buchs zeigen anschaulich, dass die Branche in Deutschland mit zahlreichen Aktivitäten bei der Digitalisierung bereits auf einem guten Weg ist. Die Beiträge beschreiben, wie Chemie- und Pharmaunternehmen wachsenden Kostendruck, höhere Anforderungen an die Produktivität und den Wunsch nach mehr Produktalternativen mit cleveren digitalen Produkt- und Service-Innovationen beantworten.

Angenehme Lektüre!

Frankfurt am Main, April 2022

Christian Kullmann, Präsident des VCI

Vorwort

Die Digitalisierung der Chemieindustrie ist in vollem Gange. (Fast) kein Unternehmen kommt in der chemischen Industrie im Jahr 2022 ohne digitale Initiativen aus, wobei die Spannbreite der digitalen Aktivitäten unglaublich groß ist. Der Nutzen digitaler Lösungen überzeugt die Vorstands- und Geschäftsführungsetagen der großen, aber auch mittelständischen Chemieunternehmen.

Oft ist es aber auch der spürbar größere Druck auf die Kosten, Produktivität oder Austauschbarkeit der Produkte, der Digitalisierung zu einem Selbstverständnis in der Chemie werden lässt. Hier werden über die Digitalisierung Antworten erwartet, welches digitale Geschäftsmodell sich im Markt an die Schnittstelle zwischen Produzenten und Kunden drängen könnte, welche zusätzlichen digitalen Services den Kunden in Zukunft begeistern oder welcher Prozess-Standard die nachteilige Kostenposition aufheben kann. Zusätzlich sind es die einfacheren technischen Möglichkeiten, die viel schnelleren Implementierungszeiten digitaler Lösungen und die geringeren Kosten für höhere IT-Leistungsfähigkeit, die der Digitalisierung in der Chemie derzeit einen so hohen Stellenwert einräumen lässt. Anders ist es nicht zu erklären, denn die digitalen Ideen waren zu Beginn 2000 im Rahmen der E-Business-Revolution auch schon für die chemische Industrie geboren – die durchgängige digitale Transformation findet in der Chemie aber erst jetzt statt.

In der Diskussion mit Digital- und Geschäftsverantwortlichen hat die Chemie derzeit einen digitalen Reifegrad von Chemie 1.7 anstatt Chemie 4.0 erzielt. Es gibt immer noch unzählige händische Prozesse, die auf Basis von Microsoft-Excel-Lösungen oder anderen wenig oder gar nicht integrierten Software-Modulen funktionieren – weit weg von Realtime, fehlerfrei und standardisiert. Allerdings darf bei der Einschätzung des Digitalisierungsgrades nicht vergessen werden, dass die Produktionen in der Chemie immer schon hoch automatisiert waren, denn die Anlagen laufen häufig 24/365 ausschließlich durch Messwarten kontrolliert. Hier sind sicherlich Digitalisierungsgrade von 3.2 und besser festzustellen und neue Predictive-Maintenance-Modelle und digitale Zwillinge der Produktionsanlagen erhöhen die Optimierung der Anlagen massiv. Vielen Chemieunternehmen fehlt es noch an der Klarheit, wohin sie die Digitalisierung führen wird (digitales Zielbild). Es fehlt an den erfolgskritischen Ressourcen zur Digitalisierung (insbesondere im chemischen Mittelstand) und es mangelt an der durchgängigen Konsequenz, ein digitales Chemieunternehmen werden zu wollen. Das digitale Minimum ist die No-Touch-Order vom digitalen Produktkatalog mit dynamischer kundenspezifischer Pricing- Funktion über die digitale Kundenschnittstelle zur digitalen Einplanung im Bestands-/Produktions-/Logistik-Management bis zum digitalen Versand der Rechnung und zur Kundenzufriedenheitsabfrage.

Die Autoren dieses Buches erläutern sehr eindrücklich, welche Möglichkeiten sich für die chemische Industrie mit der Digitalisierung ergeben. Oft sind es eigene konkrete Digitalisierungsprogramme, -projekte oder bereits umgesetzte digitale Produkt- und Serviceinnovationen, manchmal Ansätze, Ideen oder Visionen, aber immer sind es übertragbare Learnings für die Digitalisierung des eigenen Chemieunternehmens. Das Autoren-Team hofft, damit einen kleinen Baustein zur erfolgreichen Digitalisierung dieser hoch attraktiven und spannenden Branche leisten zu können. Es wünscht dem Leser zahlreiche neue Digitalisierungsideen, eine Bestätigung für die eigenen Digitalisierungsvorhaben und weiterhin sehr viel Kraft, den eingeschlagenen Digitalisierungsweg weiterzugehen. Für den offenen und kritischen Dialog zur Digitalisierung der Chemieindustrie steht das Autoren-Team jederzeit zur Verfügung und freut sich über Rückmeldungen und digitale wie analoge Kontaktaufnahmen.

Köln, 01.03.22

Prof. Dr. Carsten Suntrop

Beitragsautoren

Beteiligte Unternehmen sind:

BASF Digital Solutions GmbH

BASF SE

BCNP Consultants GmbH

Boston Consulting Group

CMC

GmbH

CONTRACT GmbH

Covestro Deutschland AG

Digital Hub Rhein-Neckar GmbH, TZL

Ernst & Young GmbH WPG

Evonik Digital GmbH

Garlock GmbH

Kraul & Wilkening u. Stelling GmbH

MAPEI GmbH

Philippine GmbH & Co. Dämmstoffsysteme KG

Robert Kraemer GmbH & Co. KG

RWTH Aachen University

SAP SE

TECTRION GmbH

Umlaut Transformation GmbH

Verband der Chemischen Industrie e. V.

WACKER Chemie AG

YNCORIS GmbH & Co. KG

Beitragsautoren sind:

Baumgartl Nadine, WACKER Chemie AG

Bengs Dr. Holger, BCNP Consultants GmbH

Boos Christian, SAP SE

Bünger Christian, Verband der Chemischen Industrie e. V.

Büttgen Sascha, TECTRION GmbH

Dreher Dr. Stefan, BASF SE

Funke Dr. Frank, Digital Hub Rhein-Neckar GmbH, TZL

Gruber Dr. Uwe, MAPEI GmbH

9. Gstettner Dr. Stefan, Boston Consulting Group

Hamann Holger, Garlock GmbH

Hattingh Anke, MAPEI GmbH

Hees Dr. Frank, RWTH Aachen University

Hiemer Clara, CMC

GmbH

Hoffmann Alexander, TECTRION GmbH

Hoffmann Christian, Boston Consulting Group

Isenhardt Prof. Dr. Ingrid, RWTH Aachen University

Jenner Dr.-Ing. Frank, Ernst & Young GmbH WPG

Kirchhoff Tobias, BCNP Consultants GmbH

Kohl Stefan, Digital Hub Rhein-Neckar GmbH, TZL

Krey Jörg, WACKER Chemie AG

Kullmann Gerhard, CONTRACT GmbH

Lange Dr. Marko, SAP SE

Lemke Dr. Rainer, BASF Digital Solutions GmbH

Lesker Bernd, MAPEI GmbH

Majer Marco R., Digital Hub Rhein-Neckar GmbH, TZL

Meinecke Michael, Umlaut Transformation GmbH

Mengel Holger, YNCORIS GmbH & Co. KG

Michel Dr. Christoph, Boston Consulting Group

Ramhorst Dirk, WACKER Chemie AG

Rechel Andreas, Umlaut Transformation GmbH

Roos Marcel, TECTRION GmbH

Schäfer Dr. Martin, Philippine GmbH & Co. Dämmstoffsysteme KG

Schiffeler Dr. Nina, RWTH Aachen University

Schleifer Prof. Klaus-Juergen, BASF SE

Schöggl Frank, YNCORIS GmbH & Co. KG

Schultze Dr. Hergen, BASF SE

Sielfeld Philipp, Boston Consulting Group

Stommel Dr. Yves Gorat, Evonik Digital GmbH

Strack Michael, YNCORIS GmbH & Co. KG

Suntrop Prof. Dr. Carsten, CMC

GmbH

Uhrich Dr. Fabian, Boston Consulting Group

Valsecchi Dr.-Ing. Pietro, Covestro Deutschland AG

Wagner Dr. Thomas, CMC

GmbH

Watzke Dr. Martin, Robert Kraemer GmbH & Co. KG

Wilkening Ludz, Kraul & Wilkening u. Stelling GmbH

Wintersehl Dirk, TECTRION GmbH

Teil IStatus quo und Entwicklung der digitalen Chemieindustrie

1Chemie 4.0 – eine Standortbestimmung

Christian Bünger

Verband der Chemischen Industrie e. V.

Die Chemiebranche befindet sich in einem fundamentalen Wandel. Disruptionen verstärken sich und der globale Wettbewerb wird zunehmend intensiver. Dies erfordert noch größere Anstrengungen seitens der Unternehmen, mit Innovationen die Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten und auszubauen. Die Anforderungen an die Lösungskompetenz der Chemiebranche wachsen stetig und der digitale Wandel vollzieht sich erheblich schneller als noch vor einigen Jahren angenommen. Gleichzeitig findet er auf globaler Ebene statt. Neue digitale Technologien kommen auf den Markt, die Chancen und Potenziale für die Chemie und Pharmaindustrie bieten.

Der Beitrag adressiert Themen rund um die digitale Transformation sowie die Fokus-Punkte Nachhaltigkeit und zirkuläre Wirtschaft. Es werden zahlreiche Beispiele beschrieben, die den aktuellen Stand der Digitalisierung der Chemieindustrie aufzeigen.

1.1 Die digitale und zirkuläre Transformation in der Chemie- und Pharmaindustrie

Nachhaltige Entwicklung, Resilienz und Prosperität einer Volkswirtschaft erfordern eine innovative, wettbewerbsfähige chemisch-pharmazeutische Industrie. Denn die Branche ist Innovationsmotor und essenzieller Vorlieferant des industriellen Sektors, Eckpfeiler unseres Gesundheitssystems sowie Enabler einer klimaschonenden und zirkulären Wirtschaftsweise.

Die Branche steht hierzulande für knapp 200 Milliarden Euro Umsatz und 464 000 Mitarbeiter. Ein kräftiger Außenhandelsüberschuss bei Chemikalien und Pharmazeutika zeugt von einer hohen Wettbewerbsfähigkeit deutscher Unternehmen. Sie haben sich in ihrer über 150-jährigen Geschichte immer wieder erfolgreich modernisiert und an ein sich änderndes Umfeld angepasst.

Dominierten in den 1980er-Jahren noch große Konglomerate, setzte Mitte der 1990er- Jahre eine zunehmende Spezialisierung ein. Viele Konzerne spalteten sich auf und fokussierten sich auf ausgewählte, häufig deutlich engere Bereiche des Chemiegeschäftes. Damit ging auch die Entwicklung des Konzeptes der Chemieparks einher. Wo bis Mitte der 1990er- Jahre eine Einheit aus Produktionsbetrieben und Produktionsstandort bestand, finden sich heutzutage oftmals Chemie- oder Industrieparks. Die Bereitstellung von Flächen, Immobilien, Infrastrukturen, der Netze sowie Ver- und Entsorgungseinrichtungen wird von den Betreibergesellschaften dieser Parks übernommen. Mittlerweile findet das Konzept in der ganzen Welt Nachahmer.

Seit einigen Jahren führen Industrie 4.0 und die digitale Transformation dazu, dass Unternehmen künftig schneller und passgenauer gemeinsam produzieren und Lösungen entwickeln können. Das wird durch Kommunikation zwischen Maschinen und die Nutzung großer Datenmengen innerhalb des Industrienetzwerks bis hin zum Endkunden möglich. Auch für die Chemie ergeben sich Chancen durch Effizienzpotenziale, neue Geschäftsfelder und eine bessere Vernetzung in der Lieferkette. Gleichzeitig können sich aber auch Geschäftsmodelle ändern und veränderte Sicherheitsanforderungen entstehen.

Zeitgleich haben nachhaltiges Wirtschaften und nachhaltiger Konsum an Bedeutung gewonnen. Das zunehmende Gesundheits- und Umweltbewusstsein, der Wunsch nach Individualisierung von Produkten und geänderte Präferenzen der Konsumenten in einer „Sharing Economy“ sind Entwicklungstendenzen, auf die sich Unternehmen einstellen müssen. Die Digitalisierung kann helfen, nachhaltige Lösungen zu entwickeln und umzusetzen.

Aus einer Chemie 1.0 von vor 150 Jahren ist seit rund einem Jahrzehnt die Chemie 4.0 geworden. Diese vierte Entwicklungsstufe ist von Digitalisierung, Nachhaltigkeit und zirkulärer Wirtschaft geprägt. Sie bietet dem Chemiestandort Deutschland die Chance, seine globale Wettbewerbsfähigkeit zu stärken, Kundenbedürfnisse noch passgenauer zu befriedigen und mit Innovationen entscheidend zu einer nachhaltigen Entwicklung der Gesellschaft beizutragen.

Für die Zukunft hat sich die Branche einiges vorgenommen. Neben der digitalen und zirkulären Transformation will sie bis 2050 die Chemiewende schaffen, also treibhausgasneutral sein, ohne fossile Rohstoffe auskommen und gleichzeitig zu nachhaltigem Wachstum und Wohlstand in Deutschland beitragen.

Digitalisierung und Nachhaltigkeit werden die Industriestrukturen fundamental verändern. Die Chemie- und Pharmaindustrie bildet hier keine Ausnahme, im Gegenteil: Die Transformationsgeschwindigkeit wird zukünftig noch zunehmen.

1.2 Nachhaltigkeit im Fokus

Bereits im Jahr 1991 legte die Chemie mit der Gründung des deutschen Responsible- Care-Programms nach internationalem Muster den Grundstein für Nachhaltigkeit in der Branche. Zuletzt hat das Thema deutlich an Bedeutung hinzugewonnen. Im Jahr 2013 haben der Wirtschaftsverband Verband der Chemischen Industrie (VCI), die Industriegewerkschaft Bergbau, Chemie, Energie (IG BCE) und der Bundesarbeitgeberverband Chemie (BAVC) die Nachhaltigkeitsinitiative Chemie3 gegründet. Die drei Organisationen möchten gemeinsam die Nachhaltigkeit als Leitbild in der Branche verankern. Nachhaltigkeit ist als Dreiklang aus wirtschaftlichem Erfolg auf Basis von Innovationen, dem Schutz von Mensch und Umwelt sowie gesellschaftlicher und sozialer Verantwortung zu verstehen. Kern der Nachhaltigkeitsinitiative Chemie3 sind zwölf Leitlinien zur Nachhaltigkeit für die chemische Industrie in Deutschland [1]. Diesem Trend folgt auch die Politik. Im Jahr 2019 veröffentlichte die EU-Kommission den „europäischen Grünen Deal“ [2]. Der „European Green Deal“ ist ein Aktionsplan, der mit einer „effizienteren Ressourcennutzung“ den Übergang zu einer „sauberen und kreislauforientierten Wirtschaft“ in Europa vollziehen möchte. Zentrales Ziel ist, die Nettoemissionen von Treibhausgasen bis zum Jahr 2050 auf null zu reduzieren. Der European Green Deal wird die chemischpharmazeutische Industrie in erheblichem Maße beeinflussen. Die Digitalisierung wird diese Transformation unterstützen. Dazu gehören auch Technologien, die aktuell noch am Anfang einer breiten Anwendung stehen wie das Quantencomputing.

1.3 Die digitale Transformation ist in vollem Gange

Digitalisierung ist für die Chemie nichts Neues. Damit Prozesse sicher und zuverlässig ablaufen, benötigt man detaillierte Informationen über den aktuellen Zustand (Druck, Temperatur, Durchflusszahlen bei Pumpen etc.). Nur mithilfe digitaler Sensoren können diese Informationen automatisiert erfasst werden. Daher ist eine dezentrale Leittechnik zur Steuerung von Anlagen schon lange in der Chemie etabliert. Mit dem Aufkommen von Industrie 4.0 hat die Digitalisierung allerdings eine neue Dynamik bekommen. Industrie 4.0 setzt da an, wo die reine Automatisierung von Anlagen aufhört, nämlich der Produktionsweise selbst. Dabei finden sich Ansatzpunkte für digitales, d. h. vernetztes Handeln in der Chemie entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Sie beginnen in der Forschung, gehen über die Anlagensteuerung und reichen bis hin zu digitalen Geschäftsmodellen.

Aber nicht nur die Chemiebranche ist im Wandel. Auch das Umfeld ändert sich fortlaufend. Disruptionen verstärken sich und der globale Wettbewerb wird zunehmend intensiver. Dies erfordert noch größere Anstrengungen seitens der Unternehmen, mit Innovationen die Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten und auszubauen. Auch die Kunden der Chemie stehen ihrerseits in starkem Wettbewerb. Im Zuge dessen ändern sich die Anforderungen an die Lösungskompetenz der Branche stetig. Im Rahmen einer VCI-Studie hat die Unternehmensberatung Santiago die Erwartungen der wichtigsten sechs Kundenbranchen der Chemieindustrie analysiert [3]. Es wurde deutlich, dass die Chemie noch stärker vom Endkunden her und noch mehr in Lösungen denken muss. Die Flexibilisierung und Modularisierung der Produktion sind ebenfalls von hoher Bedeutung. Verbesserungspotenziale gibt es laut Studie auch bei der Kommunikation mit den Kunden. Bei all diesen Punkten kann die Digitalisierung unterstützen.

Der digitale Wandel vollzieht sich erheblich schneller als noch vor einigen Jahren angenommen. Gleichzeitig findet er auf globaler Ebene statt. Neue digitale Technologien kommen auf den Markt, die Chancen und Potenziale für die Chemie und Pharmaindustrie bieten. Nur beispielhaft seien an dieser Stelle Drohnen oder autonome Fahrzeuge genannt. Drohnen können bei der Inspektion von Tankanlagen helfen oder Orte erreichen, die für Menschen bis dato nur schwer erreichbar sind oder ein Herunterfahren von Anlagen zur Folge hätten. Autonome Fahrzeuge können helfen, die Intra-Site-Logistik signifikant zu optimieren. All dies ist ohne Digitalisierung nicht denkbar.

1.4 Stand der Digitalisierung

Die Frage „Wo steht die Chemie bei der Digitalisierung?“ lässt sich pauschal nicht beantworten. Kaum eine andere Industrie kann auf eine ähnlich vielfältige Produktpalette und einen so breiten Kundenstamm verweisen wie die chemisch-pharmazeutische Industrie. Dementsprechend unterschiedlich fällt auch der Grad der Digitalisierung aus.

Digitalisierung ist allerdings ein weiter Begriff. Daher macht es Sinn, die unterschiedlichen Ansatzpunkte der Digitalisierung in drei Kategorien einzuteilen, die unterschiedliche technische Schwerpunkte sowie einen zunehmenden digitalen Reifegrad voraussetzen:

digitale Prozesse: Sammeln und Teilen von Daten und Informationen,

datenbasierte Betriebsmodelle: Verwendung von Daten für die intelligente Entscheidung und einen optimierten Betrieb,

digitale (datenbasierte) Geschäftsmodelle: Disruption und Revolutionierung der Geschäftstätigkeit mithilfe von Daten.

Als Nullmessung kann die Studie „Chemie 4.0 – Wachstum durch Innovation in einer Welt im Umbruch“ gesehen werden, die der VCI zusammen mit dem Beratungsunternehmen Deloitte erstellt hat. Die Studie kam zu dem Schluss, dass die Unternehmen der Branche die Digitalisierung aktiv angehen. Vor allem die Großunternehmen gehen mit massiven Investitionen voran. Aber auch kleine und mittlere Unternehmen (KMU) haben die Digitalisierung als strategische Herausforderung erkannt. Digitale Prozesse und datenbasierte Betriebsmodelle gehörten damals schon zum Alltag vieler Mittelständler. Vollumfänglich hatten jedoch nur rund 40 Prozent der befragten Unternehmen die Prozesse digitalisiert. Damals planten aber rund die Hälfte umfangreiche Investitionen in diesem Bereich. Knapp ein Drittel ging seinerzeit von disruptiven Veränderungen aus. Hierzu zählt eine umfangreiche Anpassung des Produktportfolios, der Einsatz neuer Prozesstechnologien sowie Veränderungen der Wertschöpfungsstrukturen und der Geschäftsmodelle. Ein weiteres zentrales Ergebnis der Studie war aber auch, dass die Branche ihr bisheriges Geschäftsmodell erweitern muss und sich nicht auf dem bisher Erreichten ausruhen kann, um langfristig erfolgreich zu bleiben [4].

Zwischenzeitlich gibt es neuere Studien, die einen tieferen Blick in den Stand der Digitalisierung erlauben. Im Jahr 2020 wurde erstmalig ein deutschlandweiter Digitalisierungsindex im Projekt „Entwicklung und Messung der Digitalisierung der Wirtschaft am Standort Deutschland“ erhoben, das durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert wird [5]. Die Chemie und Pharmaindustrie werden in diesem Kontext zusammen mit anderen Grundstoffindustrien betrachtet.

Grundsätzlich haben sich die Ergebnisse nicht geändert. Auch die neue Studie zeigt, dass die Chemie- und Pharmaindustrie bei den ersten beiden Kategorien gut aufgestellt ist. Digitale Prozesse und datenbasierte Betriebsmodelle finden heute eine breite Anwendung. Dies bestätigen die überdurchschnittlichen Indexwerte in der Kategorie „Prozesse“ (siehe Abb. 1.1).

Bei den digitalen (datenbasierten) Geschäftsmodellen gibt es hingegen noch Potenzial, was nicht weiter verwundert, da im Zentrum des Chemiegeschäftsmodells die Herstellung chemischer Produkte steht, was als Innovationsmotor für nahezu sämtliche Wirtschaftszweige wirkt. Die Anzahl der Angebote am Markt nimmt jedoch stetig zu, beispielsweise in Form der Anreicherung von Produkten mit digitalen Servicekomponenten. Hierzu zählen auch Plattformen, mit denen neue Geschäftsbereiche erschlossen werden können. Damit ergeben sich weitere Wachstumsfelder und perspektivisch auch zusätzliche Erlösquellen.

Abb. 1.1 Ergebnisse des Digitalisierungsindex [5], Branchengruppe: Grundstoffe, Chemie, Pharma. Quelle: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

Rein digitale Produkte wird die Chemie, deren Hauptaufgabe es ist, Moleküle in neue, bessere und innovative Stoffe sowie Produkte zu transformieren, wohl auch zukünftig nicht in großen Mengen anbieten. Im Abschn. 1.5 „Digitalisierung für die Chemie von morgen“ werden ausgewählte Beispiele vorgestellt. Diese reichen von sogenannten Smart-Farming- Lösungen bis hin zum Betrieb von Anlagen als „Product as a Service“1).

Allerdings gibt es auch Unternehmen, die sich bewusst oder unbewusst gegen Digitalisierung entscheiden. Um ein tieferes Verständnis für die Hemmnisse und die dahinter liegenden Gründe produzierender Unternehmen im Umgang mit Industrie 4.0 zu gewinnen, arbeitet das Fraunhofer-Institut aktuell an einer Studie zu dieser Fragestellung. Dabei soll zwischen nachvollziehbaren Gründen bzw. bewussten Entscheidungen gegen Digitalisierung und Defiziten, die Unternehmen ungewollt an der digitalen Transformation hindern, differenziert werden. Auch sollen regionale Aspekte analysiert werden. Aus den Ergebnissen werden unter anderem Handlungsempfehlungen für eine bessere Unterstützung von Unternehmen bei der digitalen Transformation abgeleitet werden [6].

Eine Kurzbewertung der Digital Readiness der Branche wäre allerdings ohne einen Blick auf den wichtigen Themenbereich Qualifizierung und Weiterbildung unvollständig. Hier kann die Chemie ebenfalls gute Ergebnisse vorweisen.

Bereits 2017 haben sich die Sozialpartner geeinigt, die digitale Transformation strategisch anzugehen. Im Prozess „Work @ Industry 4.0“, der Anfang 2021 abgeschlossen wurde, haben Gewerkschaft und Arbeitgeber eine gemeinsame Digitalstrategie vereinbart [7]. Neben der Entwicklung eines gemeinsamen Verständnisses darüber, was digitale Transformation überhaupt bedeutet, adressiert die Digitalstrategie zentrale Themen wie Weiterbildung, Führung und Gesundheitsschutz im digitalen Zeitalter. Um den Unternehmen die Umsetzung zu erleichtern, stellen die Sozialpartner Umsetzungshilfen und -leitfäden bereit.

Parallel entwickeln die Sozialpartner gemeinsam Zusatzqualifikationen, die für eine digitale und zukunftsfeste Chemie notwendig sind. So wird beispielsweise seit August 2018 die Zusatzqualifikation „Digitalisierung und vernetzte Produktion“ in der Ausbildung angeboten. Unternehmen haben damit die Möglichkeit, vorausschauend auf digitale Veränderungsprozesse im Betrieb zu reagieren und Nachwuchskräfte mit digitalen Kompetenzen entsprechend frühzeitig in der Ausbildung zu berücksichtigen.

1.5 Digitalisierung für die Chemie von morgen

Wie kann Digitalisierung nun dazu beitragen, neue Chemie zu ermöglichen? Zunächst macht es Sinn, sich zu verdeutlichen, was Digitalisierung überhaupt bedeutet: Digitalisierung fängt im Kleinen mit dem Versenden von E-Mails, der Datenverarbeitung in Tabellenkalkulationsprogrammen, dem Generieren von PDF-Dokumenten über Websites oder dem Abhalten von virtuellen Meetings über einen der vielfältigen Cloud-Dienste an. Für die Chemie ist die Digitalisierung von heute aber u. a. durch die Analyse strukturierter Daten charakterisiert. Neben der reinen Analyse spielt auch die Verknüpfung unterschiedlicher Datenquellen eine zentrale Rolle. Dies kann lokal am Standort oder dezentral in der Cloud passieren. Komplexe Simulationen und virtuelle Realität stellen weitere wichtige Elemente einer State-of-the-Art-Digitalisierung dar. Im Kern geht es um Interaktion, Vernetzung und intelligente Nutzung von Daten.

Mit zunehmender Vernetzung nehmen allerdings auch die Risiken von Cyberangriffen zu. Das Spektrum reicht hier von Phishing-E-Mails über digital unterstützen Betrug und digitale Erpressung in Form von Verschlüsselungstrojanern bis hin zu Angriffen auf Industrieanlagen. Bereits heute unternimmt die Branche große Anstrengungen in Sachen Cybersicherheit. Zukünftig wird die Bedeutung noch zunehmen. Daher muss Informationstechnologiesicherheit (IT-Sicherheit) in den Digitalisierungsstrategien der Unternehmen eine zentrale Rolle spielen.

Eine weitere zentrale Fragestellung ist der Wertbeitrag der Digitalisierung. Die Bandbreite von Digitalisierungsthemen ist enorm groß. Auch befinden sich Technologien wie Quantencomputing – wenn überhaupt – noch im Frühstadium der industriellen Nutzung. Herausforderungen liegen oftmals in der Skalierung von Pilotanwendungen. Die Digitalisierung ist also kein Selbstzweck, denn am Ende des Tages stellt sich die Frage des Business-Cases hinter einer Technologie. Dies zu beantworten ist keine leichte Aufgabe. Klassisches Rechnen von Business-Plänen funktioniert oftmals nicht. Damit besteht die Gefahr, Projekte zu spät zu beenden. Allerdings ist auch der umgekehrte Fall denkbar: Eigentlich sinnvolle und perspektivisch gewinnbringende Projekte werden zu früh terminiert. Als Beispiel sei hier die Hybrid-Technologie genannt: Bereits 1997 konnte man in Deutschland einen hybriden Audi A4 kaufen. Dieser war jedoch vergleichsweise teuer und konnte sich am Markt nicht durchsetzen. Die Zeit war offensichtlich noch nicht reif dafür [8]. Nur drei Jahre später startete Toyota mit dem Prius-Modell am Markt durch.

Um die Breite der Digitalisierung zu veranschaulichen, werden im Folgenden Auszüge aus den vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten der Digitalisierung in der Chemie dargestellt.

1.5.1 Künstliche Intelligenz (KI)

Die Nutzung von KI wird für Chemie- und Pharmaunternehmen immer wichtiger. Maschinelles Lernen wird zur Effizienzsteigerung eingesetzt, zum Beispiel durch die Analyse von Maschinendaten zur Ausbeuteoptimierung bei Produktionsprozessen oder durch Bilderkennung zur Qualitätssicherung in der Produktion. Neuere Ansätze finden sich in der Anwendungstechnik bei der Implementierung intelligenter Büroprozesse und bei neuen Geschäftsmodellen.

Evonik hat mit COATINO einen digitalen Laborassistenten entwickelt, der sprachbasiert die menschlichen Experten bei Farben, Lacken und Beschichtungen unterstützt. Das System ist mit fachlichem Verständnis und Spezialwissen ausgestattet, um beispielsweise bei der Suche nach dem richtigen Additiv zu unterstützen [9].

Auch in der Forschung spielt KI eine immer größere Rolle. Sie hilft bei der Vernetzung von Wissen über Graph-Datenbanken oder aber durch die Analyse großer Datenmengen beim Identifizieren neuer Forschungsansätze, die man bisher für unmöglich gehalten hat. Digital unterstützte Forschung wird in den nächsten Jahren weiter an Bedeutung gewinnen [22]. Das heißt aber nicht, dass der Computer die Kreativität und Intuition eines Forschers ersetzen kann. Menschen werden nach wie vor gebraucht.

Mithilfe der Analyse von Maschinendaten wird die Instandhaltung von Anlagen unterstützt und optimiert (Stichwort: „Predictive Maintenance“). Wenn man voraussagen kann, wann ein Aggregat ausfällt, kann man es rechtzeitig austauschen und damit Anlagenstörungen vermeiden. Das ist ein großer wirtschaftlicher Vorteil, zumal einige Chemieanlagen und -prozesse teils sehr lange Hochfahrzeiten haben und sich auch nicht auf Knopfdruck stoppen lassen.

1.5.2 Plattformökonomie und Direktvertrieb

Eine weitere wichtige Dimension der Digitalisierung ist die Vernetzung und Interaktion mit dem Chemiekunden. Es ist heute nicht nur wichtig, was die Branche liefert, sondern auch, wie der Kundenkontakt verläuft. Im Kern geht es darum, das Kunden- und Nutzererlebnis zu verbessern. Hier kommen Onlineplattformen ins Spiel, um neue Vertriebswege zu erschließen.

Bekannte Technologieunternehmen wie die chinesische Plattform Alibaba spielen dabei eine große Rolle. Viele große deutsche Chemieunternehmen sind bereits mit Flagship-Stores auf der Alibaba-Business-to-Business-Plattform (Alibaba-B2B-Plattform) 1688.com vertreten. Die Plattform ist damit Eintrittstor in den großen chinesischen Online-Markt.

Allerdings gibt es mittlerweile auch eine Vielzahl von kleineren, teils sehr spezialisierten Playern auf dem Markt. Im Chembid-Marketplaces-Report [11] sind über 60 Plattformen aufgelistet, die sich auf den Chemiehandel via Internet fokussieren.

Die Branche selbst ist allerdings auch nicht untätig. So startete Evonik im Jahr 2018 die Onlineplattform OneTwoChem, um Erfahrungen im Plattformgeschäft zu sammeln [12]. Mittlerweile ist OneTwoChem geschlossen, Evonik hat sich entschieden in die Metasuchmaschine Chembid zu investieren und darin die Idee von OneTwoChem aufgehen zu lassen, nämlich effizient und nutzerfreundlich Angebot und Nachfrage zusammenzubringen. Ziel ist die Stärkung der Service- und E-Commerce-Aktivitäten des Unternehmens. Dabei setzt Evonik vermehrt auf eigene Webshops und Kundenportallösungen [13]. Chembid wurde im Jahr 2016 vom mittelständischen Chemieunternehmen BÜFA gegründet [14].

Einen anderen Weg wählte der Kölner Chemiekonzern Lanxess: Er startete im Jahr 2019 den Online-Marktplatz Chemondis. Im Gegensatz zur Metasuchmaschine Chembid fokussiert Chemondis auf den klassischen B2B-Handel. Chemikalien können direkt über die Plattform ge- und verkauft werden. Dabei werden neben umfangreichen Filter- und Analysemöglichkeiten auch die für Onlineplattformen üblichen Dashboards angeboten [15].

Wiederum einen anderen Weg wählte Covestro. Ebenfalls im Jahr 2019 startete der Konzern den „Covestro Direct Store“. Zur Startphase hatten nur Covestro-Verkäufer und -Kunden Zugang. Das Projekt war allerdings von Anfang an im Grundsatz als skalierungsfähige Software-as-a-Service-Lösung konzipiert, sodass perspektivisch auch Drittanbieter mit einem eigenen Shop auf der Plattform vertreten sein können. Hierzu betreibt Covestro eine Tochterfirma mit dem Namen Asellion [16].

1.5.3 3-D-Druck – Additive Fertigung

Die Digitalisierung bringt auch einen Schub bei neuen Materialien und Werkstoffen. Zu den Perspektiven in der Medizintechnik gehören neue, im 3-D- oder zukünftig sogar im 4-D-Druck hergestellte Produkte, deren Materialien von der Chemie entwickelt werden. Airbus hat bereits im Jahr 2017 eine im 3-D-Druck-Verfahren erstellte Halterung aus Titan in die Serienfertigung von Flugzeugen eingeführt [17]. Werkstoffe aus dem 4-D-Druck werden ein Formgedächtnis haben, das sich zu einem bestimmten Zeitpunkt durch Kontakt mit Wasser, Wärme oder Vibration aktivieren lässt. So wird aus einem herkömmlichen Werkstoff ein intelligenter Werkstoff. Mögliche Anwendungsbereiche liegen beispielsweise in selbstreparierenden Materialien (z. B. Wasserleitungen in Häusern) oder in militärischen Anwendungen (z. B. Tarnung [18]). Die Technologie befindet sich allerdings noch im Anfangsstadium. Perspektivisch entwickelt sich mit dem 3-D- und 4-D-Druck ein neues Ökosystem, in dem die Chemie – nicht nur als Materiallieferant – eine wichtige Rolle spielen kann.

1.5.4 Datengetriebene und datenbasierte Geschäftsmodelle

Die Verknüpfung von digitalen Dienstleistungen mit Produkten der Chemie- und Pharmaindustrie ist der Schlüssel zu einer zusätzlichen Wertschöpfung. Daran arbeitet die Branche etwa in der Präzisionslandwirtschaft („Digital Farming“). Ihre Unterstützung für den Landwirt beschränkt sich dabei nicht mehr auf die Bereitstellung von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln. Stattdessen helfen Apps dem Landwirt dabei, Krankheiten und Schädlinge auf dem Feld zu identifizieren und den optimalen Zeitpunkt und die beste Dosierung für die Behandlung der Kulturen oder der Ernte zu finden. Module zur Analyse der Bodenbeschaffenheit und der Wettervorhersage ergänzen sich zu einem datenbasierten Modell, um den landwirtschaftlichen Betrieb zu steuern [19].

Auch in anderen Bereichen der Landwirtschaft wird die Digitalisierung vorangetrieben. Das britische Start-up OPTIfarm ermöglicht eine digitale Überwachung von Geflügelställen und der gesamten Produktion. Dies soll zu einem verbesserten Tierwohl, einer erhöhten Produktivität sowie zu störungsfreien Betriebsabläufen beitragen. Das Chemieunternehmen Evonik hat im Jahr 2018 in das Start-up investiert, da die Digitalaktivitäten das Produktportfolio des Chemiekonzerns ergänzen [20, 32].

Ein weiteres interessantes datenbasiertes Geschäftsmodell stellt das Produkt VERITRAX von Clariant dar [21]. Ziel ist, den teilweise ineffizienten und manuellen Prozess der Wartung von Additiv-Tanks in den Ölfeldern in den Weiten des US-Bundesstaates Texas zu verbessern. Durch entsprechende Sensoren, die u. a. den Füllstand zurückliefern, können so die Routen der Service-Lkws optimiert werden. Die Vermeidung unnötiger Fahrten schont Ressourcen. Die Integration weiterer Telemetriedatenquellen liefert Echtzeitinformationen über den Produktionsprozess. Über eine Anbindung an Enterprise-Reporting-Systeme wie beispielsweise SAP können automatisiert Rechnungen erstellt werden. Nach Einführung im Jahr 2016 wurde das Produkt kontinuierlich weiterentwickelt. Perspektivisch sollen auch Daten des Kunden mit in die Analyse einbezogen werden.

In eine ähnliche Richtung geht das digitale Geschäftsmodell OASE Connect von BASF [10]. Zusammen mit Kunden hat BASF eine Plattform für das Gaswäschegeschäft entwickelt. Über die Plattform stehen wichtige Prozess-Informationen in Echtzeit zur Verfügung. Eine Fehlersuche kann gemeinsam erfolgen – auch in Anlagen, die an abgelegenen Orten stehen. Auch ist eine Software enthalten, die dabei hilft, die optimale Einstellung für die Anlage zu finden und diese entsprechend zu steuern.

1.5.5 Smart Contracts/programmierbares Geld

Die Blockchain-Technologie bietet nicht nur im Bereich der Nachhaltigkeit interessante Ansätze. Sie kann auch helfen, Transaktionen in der Lieferkette automatisch und damit effizienter ablaufen zu lassen. Ein Pilotprojekt zwischen BASF und Evonik im Jahr 2018 hat gezeigt, dass die Blockchain-Technologie grundsätzlich dazu geeignet ist. Perspektivisch ist eine vollständige Automatisierung – inkl. Abwicklung von Zahlungen über eine elektronische Geldbörse (Wallet) – denkbar.

In einem Ende 2020 abgeschlossenen Projekt der Bundesbank werden weitere Anwendungsmöglichkeiten skizziert. In diesem Projekt diskutierten Fachleute aus 19 Unternehmen der Real- und Finanzwirtschaft (u. a. Chemieindustrie) über mögliche Bezahlverfahren in neuen innovativen Anwendungsfällen. Dazu gehören unter anderem Machine-to- Machine-Zahlungen, Zahlungen im Umfeld des Internet of Things (IoT) sowie Pay-per-Use. Auch für Auslandsgeschäfte ist eine Implementierung denkbar. Bis das programmierbare Geld allerdings sein volles Potenzial entfalten kann, müssen sowohl der Rechtsrahmen wie auch die technischen Infrastrukturen geschaffen werden. Der Abschlussbericht steht auf der Website der Deutschen Bundesbank zum Download bereit [23].

1.5.6 Digitale Technologien im Gesundheitswesen (E-Health)

Die Digitalisierung ermöglicht auch in der Gesundheitswirtschaft neue Anwendungen. So können durch die Nutzung moderner Informations- und Kommunikationstechnologien für die Vorbeugung, Diagnose, Behandlung und das Monitoring neue Angebote für die Patienten ermöglicht werden. Auch Apps spielen in diesem Ökosystem eine Rolle. Diese können beispielsweise bei der korrekten Einnahme von Medikamenten unterstützen.

Auch die Politik hat die Notwendigkeit erkannt, Daten im Gesundheitswesen noch stärker zu nutzen. Die EU-Kommission plant daher die Einführung eines europäischen Datenraumes für Gesundheitsdaten. Diesen Datenraum hatte die EU-Kommission im Sommer 2020 angekündigt und Anfang 2021 konkretisiert. Neben der Förderung eines sicheren und länderübergreifenden Austausches von Patientendaten soll der europäische Gesundheitsdatenraum auch die Kontrolle der Bürger über ihre Gesundheitsdaten verbessern.

Ein weiteres Ziel ist, dass Forschung und Politik diese Daten besser nutzen können. Die Coronapandemie unterstreicht die Notwendigkeit einer solchen Initiative. Hier haben sich – teilweise eklatante – Lücken gezeigt.

1.6 Ohne Changemanagement geht es nicht

Digitalisierung funktioniert nicht ohne den Menschen. Es ist ein Irrglaube, dass in einer nahen Zukunft alle Tätigkeiten von Maschinen oder Algorithmen übernommen werden.

Veränderungen rufen allerdings zunächst einmal Widerstand hervor. Die Gründe hierfür sind oft mannigfaltig. Sie schließen Angst vor Kontrollverlust, Unsicherheit und Überraschungen, Angst vor Gesichtsverlust und fehlende Kompetenzen ein [24]. All diese Themen tauchen unmittelbar im Umfeld der digitalen Transformation auf. Daher ist es nicht ausreichend, dem Menschen zu erklären, er müsse sich jetzt „einfach mal“ anpassen. Im Gegenteil: Man muss ihn für die Digitalisierung begeistern. Die deutsche Chemie- und Pharmaindustrie beschäftigt derzeit über 460 000 Menschen. Wenn es gelänge, einen Großteil davon zu Botschaftern der Digitalisierung zu machen, steht einer erfolgreichen Digitalisierung der Branchen nichts im Wege. Keine leichte Aufgabe, die aber aktiv von den Chemieunternehmen angegangen wird.

Digitalisierung geht allerdings auch mit großen Anforderungen an die Arbeitsweise der Branche einher. Die Chemieunternehmen müssen versuchen, die hohe Innovationsgeschwindigkeit (Agilität) der Start-up-Ökonomie in ihre Kultur zu integrieren, ohne dabei ihre Stärken (Zuverlässigkeit, Sicherheit) aufzugeben. Dies ist in großen wie auch kleinen Unternehmen eine Herausforderung.

Es wäre allerdings vermessen zu behaupten, dass allein mit dem Vorhandensein einer Digitalstrategie und eines Changemanagementprozesses aus dem „hässlichen Silo-Unternehmen“ von heute auf morgen ein „digital denkendes agiles und hübsches Chemieunternehmen“ wird. Ein erfolgreicher Wandel braucht Zeit und selbst in Start-ups gibt es Denksilos, die man in dieser Form wohl eher in „analogen“ Unternehmen vermuten würde. Dies ändert aber nichts daran, dass ein „Weiter-so“ keine Option ist. Die Digitalisierung wird nicht „einfach so“ verschwinden.

Neben einem geordneten Prozess ist es notwendig, sich Gedanken darüber zu machen, welche Fähigkeiten für eine Chemie von morgen benötigt werden. Die Digitalisierung ist durch ein Verschwimmen der Grenzen von Industriebranchen, Jobprofilen und Tätigkeiten geprägt. Im Umkehrschluss bedeutet dies aber nicht, dass jeder promovierte Chemiker zwangsweise ein Data-Scientist oder Informatiker werden muss. Prozess- bzw. IT-Verständnis und Anwendungskompetenz sind jedoch zwingende Voraussetzung für eine erfolgreiche digitale Transformation. Auch auf der IT-Seite muss ein Umdenken erfolgen: Verständnis für chemische Prozesse und Abläufe muss entwickelt werden, um den Wandlungsprozess optimal unterstützen zu können.

1.7 Digitalisierung bringt zirkuläre Wirtschaft voran

Die Digitalisierung kann bei nachhaltigen Lösungen helfen und eine echte zirkuläre Wirtschaft voranbringen. So ermöglicht etwa die Blockchain-Technologie, dass Kunststoffe und ihr Verbleib in der Lieferkette vom Hersteller bis zum Endprodukt nachverfolgt werden. Stellvertretend seien hier das Circularise-PLASTICS-Projekt von Covestro [25] und das Re- ciChain-Projekt von BASF Kanada [26] genannt. Hinter den Projekten steht die Absicht, die Teilnehmer der Wertschöpfungskette von Kunststoffen besser zu vernetzen. Gleichzeitig sollen größere Anreize für das Recycling von Plastik gesetzt werden. Beide Projekte haben gemeinsam, dass sie auf Blockchain als Technologie setzen, um Informationen zwischen Teilnehmern auf eine sichere und gleichzeitig transparente Weise zu teilen. Ebenso sind beide Projekte kein „closed shop“, denn ein zirkuläres Ökosystem kann nur entstehen, wenn neue Partner einfach mit ins Boot genommen werden können. Sowohl Circularise PLASTICS wie auch ReciChain haben den Status des Pilotprojektes verlassen und befinden sich derzeit in der Skalierungsphase. So kooperiert das Circularise-PLASTICS-Projekt mit Porsche, um die Rückverfolgbarkeit von Kunststoffen im Automobilsektor zu ermöglichen. Die Idee dahinter ist, Materialchargen in der Blockchain zu digitalisieren. Damit existiert ein Digital Twin, also eine virtuelle Kopie des Materials. Diese Kopie enthält alle relevanten Informationen wie z. B. den ökologischen Fußabdruck. Gleichzeitig wird die Transparenz und Zusammenarbeit zwischen den beteiligten Unternehmen erhöht – ohne dass Geschäftsgeheimnisse wie Rezepturen geteilt werden müssen [27].

Ein weiterer interessanter Einsatzzweck von Blockchain findet sich im kanadischen Start-up Plasticbank. Plasticbank möchte das Recycling von Kunststoffen in Entwicklungsländern fördern. Dazu kauft das Unternehmen gesammelte Kunststoffe auf und bietet den Menschen im Gegenzug Geld oder Sachleistungen an. Gerade für sehr wenig entwickelte Länder ist dies ein attraktives Modell. Statt Zahlungen über Bankkonten abzuwickeln, die in vielen Ländern für bestimmte Bevölkerungsschichten schlicht nicht verfügbar sind, setzt das Start-up auf digitale Technologien wie die Blockchain und Apps. Das System ist somit dezentral, fälschungssicher und lässt sich leicht skalieren. Erste Pilotprojekte starteten im Jahr 2013 in Haiti, mittlerweile ist die Plasticbank auch in Indonesien, Brasilien, den Philippinen und Ägypten aktiv [28]. Die Plasticbank braucht allerdings Abnehmer für die gesammelten Rohstoffe. Hier haben sich deutsche Unternehmen frühzeitig für eine Kooperation entschieden: Der Chemiekonzern und Konsumgüterhersteller Henkel ist seit 2017 Partner der Plasticbank [29]. Der Lebensmittel-Discounter Aldi und die Drogeriemarktkette dm sind ebenfalls Partner des Start-ups [30, 31].

Digitale Plattformen können für die Kreislaufführung von Materialien ebenfalls einen wertvollen Beitrag liefern. Häufig ist es schwierig, Angebot und Nachfrage in einem stark dezentralisierten Markt zusammenzubringen. Hier kommen Plattformen ins Spiel. Das Hamburger Start-up cirplus verfolgt den Ansatz, den Handel mit recyceltem Kunststoff zu digitalisieren. So bietet der Marktplatz bereits heute eine Vielzahl von Recyclingmaterialien an. Mit den üblichen Features, die heutzutage eine digitale Plattform bietet: Kauf und Verkauf über ein Dashboard, Track-and-trace-Lösungen und KI-gestützter Datenanalyse.

1.8 Ausblick: noch mehr Datenanalyse und Konnektivität

Geht es bei der klassischen Industrie 4.0 hauptsächlich um die Vernetzung von cyberphysischen Systemen, nimmt in den letzten Jahren die Datenverfügbarkeit und -durchdringung der Industrie und der Chemie immer mehr zu. Die systematische Erhebung großer Datenmengen bietet Unternehmen neue Möglichkeiten, Wertschöpfung zu generieren und die Wettbewerbsfähigkeit zu verbessern.

Das Motto „Viel hilft viel“ gilt hier aber nicht. Es kommt vor allem auf die Qualität der Daten an und darauf, dass diese in strukturierter Form vorliegen. Häufig ist beides nicht immer in dem Maße gegeben, wie es benötigt wird. Daher erbringen Chemieunternehmen große Anstrengungen, um die Datenqualität so zu verbessern, dass aus vielen „Data- Tümpeln“ tatsächlich der so wichtige „Data-Lake“ werden kann. Ist diese Herausforderung einmal gemeistert, steht Big Data nichts mehr im Wege. Dadurch entstehen auch neue Berufsprofile in der Chemie. Der Wettlauf um die besten Data-Scientists hat schon begonnen.

Bei der Nutzung von 5G-Mobilfunkfrequenzen beschreitet Deutschland im internationalen Vergleich einen sehr innovativen Weg. Industrieunternehmen können auf ihrem Werksgelände eigene Funknetze zur Steuerung von Industrieanlagen aufbauen. Das ist gerade für Mittelständler in Regionen wichtig, in denen der öffentliche Netzausbau nicht so schnell vorangehen wird. 5G wird kontinuierlich zum „5G New Radio“ (5G NR) weiterentwickelt. Neben extrem hohen Bandbreiten werden in den kommenden Jahren die sogenannte Ultra-Reliable Low Latency Communications sowie Massive Machine Type Communications in den 5G-Standard integriert. Damit wird Funkkommunikation in Echtzeit mit einer Vielzahl von Geräten in einem IoT möglich. Bis zu einer Million IoT-Komponenten werden pro Quadratkilometer auf den entsprechenden Frequenzen miteinander kommunizieren können.

1.9 Digitale Transformation erfordert politischen Rückenwind

Die digitale Transformation bietet für die deutsche chemisch-pharmazeutische Industrie große Chancen. Doch der Wandel stellt eine Vielzahl von Anforderungen: Die Unternehmen müssen neue strategische Ziele setzen, Geschäftsmodelle prüfen und möglicherweise komplett umstellen, Know-how und Ressourcen aufbauen, die Unternehmenskultur anpassen, Kooperationen und Plattformen etablieren, den Unternehmenszuschnitt justieren und neue Beteiligungskonzepte entwickeln. Auch muss die Wertschöpfungsbasis kontinuierlich erweitert werden – und zwar auf Bereiche, die jenseits der Rolle des innovativen Materiallieferanten liegen.

Für eine erfolgreiche Transformation ist aber auch eine Unterstützung durch industriepolitische Maßnahmen nötig. Zentrale Themen für eine erfolgreiche digitale und zirkuläre Transformation sind dabei:

der Ausbau der technischen Infrastruktur,

die Verankerung von Digitalisierungskompetenzen in der Aus- und Weiterbildung,

die bedarfsgerechte Ausgestaltung von Datenschutzregelungen sowie

eine verantwortungsvolle Regulierung „neuer Technologien“ wie KI. Hierbei sollte die Politik auf eine innovationsoffene statt Ex-ante-Regulierung setzen.

Die digitale und zirkuläre Transformation in der chemisch-pharmazeutischen Industrie schreitet mit hoher Dynamik voran. Wichtig ist aber die Erkenntnis, dass nicht jedes Chemieunternehmen ein eigenes digitales Geschäftsmodell entwickeln muss. Jedes Unternehmen muss sich aber die Frage stellen, was seine Rolle in einer digitalisierten Geschäftswelt und zirkulären Wirtschaft von morgen sein wird.