Digitale Zwillinge reduzieren Emissionen der Chemieindustrie

In den letzten Jahrzehnten haben Unternehmen bereits mit digitalen Technologien ihre Anlagen optimiert, ihre Produktion gesteigert und Kosten gesenkt. Doch inzwischen steht ein weiteres Anliegen auf ihrer Agenda: Sie müssen sich nachhaltiger aufstellen. Wie dringend dies ist, zeigt auch der Bericht des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) vom März 2023. Denn die Erderwärmung auf 1,5 Grad über dem vorindustriellen Niveau von 1850 bis 1900 zu begrenzen, ist inzwischen praktisch unmöglich.
Der deutsche Chemiesektor stieß laut Statista im Jahr 2021 über 120 Mio. t CO2-äquivalente Treibhausgase (THG) aus. Damit der drittgrößte Industriezweig Deutschlands bis 2050 treibhausgasneutral werden kann, schreibt der Verband der Chemischen Industrie (VCI) der digitalen und technologischen Transformation eine entscheidende Rolle zu.
Praxiserprobte Industriesoftware ermöglicht Unternehmen, ihr Geschäft zu optimieren und durch einen besseren Überblick über ihre Emissionen auch ihren Energieverbrauch zu senken. Das Greenhouse Gas Protocol kategorisiert THG-Emissionen dabei in Scope 1, Scope 2 und Scope 3. Scope-1-Emissionen stammen aus Quellen, die direkt von einem Unternehmen verantwortet oder kontrolliert werden. Scope 2 beinhaltet indirekte THG-Emissionen aus eingekaufter Energie, wie Strom oder Fernwärme. Scope 3 umfasst alle indirekten Emissionen, die bei Partnern entlang der Wertschöpfungskette entstehen.

Große Datenmengen mit Mehrwert

Obwohl ein Emissions-Reporting zunächst sehr komplex erscheint, können Unternehmen mit digitalen Technologien ihre Emissionen leicht erfassen und verwalten. Dafür müssen sie die vorhandenen Rohdaten ihrer chemischen Produktionsstätten nutzen und in kontextualisierte Informationen umwandeln. Das ermöglicht der digitale Zwilling, ein virtuelles Abbild der realen Anlage. Der digitale Zwilling führt Echtzeit-Datenquellen, Modelle und Analysen aus dem gesamten Anlagen-Lebenszyklus in der Cloud zusammen.

Auch das US-amerikanische Unternehmen Eastman Chemical Company mit Hauptsitz in Kingsport, Tennessee, nutzt die Potenziale des digitalen Zwillings mit dem Asset Information Management von Aveva. Die Software spart Teams im Schnitt bis zu 60 % Zeit, wenn sie Informationen suchen und validieren. Auch Fehler bei der Anlagenplanung reduzieren sich durchschnittlich um etwa 10 %.

Eastman Chemical ist ein Hersteller von hochentwickelten Materialien. Das Chemieunternehmen blickt auf eine 100-jährige Geschichte und eine entsprechend umfangreiche Sammlung an Informationen und Daten zurück. Anstatt weiterhin mit zahlreichen alten technischen Dokumenten zu arbeiten, entwickelte das Unternehmen die Plattform Seiga (Seamless EPCom Integrated Global Access). Dabei handelt es sich um ein cloudbasiertes System, das Daten des gesamten Unternehmens virtuell in einem digitalen Zwilling zentral zusammenführt. Über Seiga können alle Teams von Eastman Chemical unabhängig von Ort und Zeit auf korrekte, zuverlässige und sichere Daten aus der gesamten Organisation zugreifen. Dadurch gestalten sich sowohl die Kollaboration der unterschiedlichen Abteilungen als auch die Übertragung von Daten zwischen Ingenieurinnen und Ingenieuren und den Anlagenbetreibern leichter. Sie können ihre Projekte anhand des digitalen Zwillings und seiner Echtzeit-Daten effizienter und reibungsloser umsetzen. Darüber hinaus nutzt Eastman Chemical die kontextualisierten Informationen gezielt, um nachhaltige Technologien zu entwickeln und die Kreislaufwirtschaft zu fördern.

Produktionsanlagen laufen zuverlässiger

Mithilfe von künstlicher Intelligenz (KI) ermöglicht ein digitaler Zwilling präzise Vorhersagen und bietet Führungskräften eine fundierte Entscheidungsgrundlage. So zeigen verschiedene Modellierungen auf, in welchen Bereichen ihrer Anlagen oder Infrastruktur sie Emissionen einsparen können. Davon lassen sich passende Maßnahmen ableiten – etwa der Wechsel auf einen rentableren Strommix aus erneuerbaren Energien beziehungsweise dessen verbesserte Nutzung entsprechend der Anlagebedingungen.
Der digitale Zwilling sorgt auch dafür, dass Produktionsanlagen zuverlässiger und langlebiger laufen. Fällt eine Anlage aus, verbrauchen sowohl das Herunterfahren als auch der Neustart beträchtliche Mengen an Energie. KI nutzt die Daten des digitalen Zwillings und erstellt mit prädiktiver Analytik Frühwarnungen, damit die Teams vor Ort die Anlagen rechtzeitig überprüfen und warten können. Das thailändische Petrochemie-Unternehmen SCG Chemicals konnte mithilfe von Big Data, KI, maschinellem Lernen und prädiktiver Analytik die Zuverlässigkeit ihrer Anlagen von 98 % auf 100 % steigern. An dieser Stelle konnte SCG Chemicals sowohl den Return on Invest um das Neunfache erhöhen als auch Energie einsparen. In einem weiteren Schritt können Betriebe die Remaining Use of Life Estimation (RULE) ihrer Anlagen sowie derer Komponenten berechnen, um die Vorhersagegenauigkeit der KI zu erhöhen. Das ermöglicht auch einen rechtzeitigen Austausch von Komponenten in energieeffiziente, moderne Alternativen.

Nachhaltiges Planen mit dem virtuellen Abbild

Die Emissionen außerhalb ihres direkten Verantwortungsbereiches (Scope 3) zu reduzieren, stellt eine Herausforderung für Unternehmen dar. Schließlich ist es bereits innerhalb eines Betriebes schwierig, alle erforderlichen Datenquellen zu identifizieren, zusammenzuführen und mit relevanten Informationen anzureichern. In einem verbundenen Datenökosystem können interne und externe Parteien ihre Information jedoch sicher miteinander teilen, Potenziale zur Reduktion von THG aufdecken und Innovationen fördern.

Expertinnen und Experten können hierbei eine cloudnative Software-as-a-Service-Lösung (SaaS) aufbauen und die zusammengeführten Datenströme mit Metadaten anreichern. Diese Form von vernetzter Kollaboration interner und externer Parteien verschafft Unternehmen einen transparenten Blick auf ihre tatsächlich ausgestoßenen Scope-3-THG. Daraus können sie notwendige Maßnahmen ableiten und beispielsweise Scope-3-Emissionen von externen Partnern über Zertifikate ausgleichen. Gleichzeitig muss die chemische Industrie in weitere Projekte wie die Abscheidung und unterirdische Speicherung von CO2, grünen Wasserstoff sowie eine funktionierende Kreislaufwirtschaft investieren. Dabei zahlen sich bereits etablierte Formen einer flexiblen datenbasierten Kollaboration für alle Beteiligten erneut aus.

Wertschöpfungskette verbessern

Das Verständnis in Wirtschaft und Gesellschaft dafür, dass Verantwortliche bessere Entscheidungen auf der Grundlage von Daten treffen können, wächst zunehmend. Mit Schlüsseltechnologien wie dem digitalen Zwilling kann die chemische Industrie das Potenzial ihrer Daten ausschöpfen, diese sinnvoll bündeln und in die eigene Nachhaltigkeitsstrategie integrieren. Wenn Chemieunternehmen ihre komplexen Strukturen und ihre Wertschöpfungskette transparent abbilden, können sie bereits mit geringem Zeit- und Kostenaufwand wirkungsvolle Änderungen anstoßen. Dann haben sie bereits einen wichtigen technologischen Schritt in Richtung des Ziels der Treibhausgasneutralität bis 2050 getan.