Zirkuläre Wertschöpfung

Die InCamS@BI-Forschungsgruppe Zirkuläre Wertschöpfung besteht aus einem interdisziplinären Team aus Ingenieur:innen, die schwerpunktmäßig aus den Bereichen Elektrotechnik, Regenerative Energien und Umweltwissenschaften kommen. Das Team ist am Institut für Technische Energie-Systeme (ITES) der HSBI angesiedelt. Die Kernkompetenz der Forschungsgruppe liegt in der Analyse von Produkten und Prozessen auf Grundlage des Konzepts der Circular Economy und in der Optimierung von Energiesystemen in Hinblick auf erneuerbare Energien und zirkuläre Wertschöpfung.

Circular Economy: von der Theorie in die Anwendung

Circular Economy ist bereits seit einigen Jahren Forschungsgegenstand der Wissenschaftler:innen am ITES. Das Forschungsfeld „Zirkuläre Wertschöpfung“ ist sehr komplex und bislang nur wenig untersucht. Deshalb beschäftigt sich die Gruppe unter anderem mit der Definition von Circular Economy-Strategien und dem Transfer der Theorie in die Praxis. Die Umsetzung in Unternehmen und Gesellschaft ist mit großen Herausforderungen auf vielen Ebenen verbunden, weshalb die Wissenschaft genau dort ansetzt.

Vorgehensweise der Forschungsgruppe

Schritt eins: Die Arbeit für die Forschungsgruppe beginnt bei der Sensibilisierung von Unternehmen. Das Team hält Vorträge, bringt sich in Expert:innen-Runden ein, macht Unternehmensbesuche und vieles mehr. Das Ziel: Die Region Ostwestfalen-Lippe auf das Konzept der Circular Economy hinzuweisen, es zu erklären und Vorteile aufzuzeigen.

CirQuality OWL (plus)

Erfolgreiches Projekt: Unter der Leitung von Prof. Eva Schwenzfeier-Hellkamp konnte das Team im Projekt CirQuality OWL die Region Ostwestfalen-Lippe für Circular Economy sensibilisieren. Im Anschlussprojekt CirQuality OWL plus wird die Arbeit weitergeführt. In dem Kontext ist es Aufgabe der HSBI, das Personal aus Unternehmen und Hochschulen zu qualifizieren.
Weitere Informationen: https://www.cirqualityowl.de/

Schritt zwei: Die Wissenschaftler:innen analysieren Unternehmen und deren Produkte hinsichtlich ihrer Zirkularität und damit einhergehend ihrer Nachhaltigkeit. Forschung im Bereich Circular Economy beruht in vielen Fällen auf der Analyse des Ist-Zustands. Daten zu Produkten und Prozessen werden gesammelt und mit verschiedenen Methoden bewertet. Im Fokus steht hierbei der in der Forschungsgruppe entwickelte TechCheck, bei dem Wertverlustpunkte in der Wertschöpfungskette identifiziert und gemeinsam Lösungsansätze entwickelt werden. Darüber hinaus können auch Ergebnisse beispielsweise einer CO₂-Bilanzierung ausgewertet werden. Aus einer solchen Untersuchung können anschließend Ansätze für ein zirkuläres Produktdesign abgeleitet werden. Der Schwerpunkt liegt dabei vor allem auf Strategien zur Verlängerung der Nutzungsdauer und dem Reduce-Ansatz. Wenn es noch keine Bewertungsmethoden für spezifische Fragen gibt, können mithilfe von Laborversuchen Daten gesammelt und bei Bedarf eine Methodik entwickelt werden. Die Forschungsgruppe kann beispielsweise zahlreiche elektrische Kenndaten erfassen oder Aufbauanalysen im Sinn des Revers Engineering durchführen. Alle Ansätze sind vielschichtig und interdisziplinär angelegt.

Schritt drei: Unternehmen werden dabei unterstützt, einen sinnvollen Lösungsansatz mit Mehrwert zu finden. Dabei wird zum einen die Komplexität des Konzeptes der zirkulären Wertschöpfung vermittelt, also der ganzheitliche Zusammenhang zwischen Produkten und Geschäftsmodellen. Gleichzeitig wird zusammen mit dem Unternehmen ein Fokus gesetzt, sodass ein zielbringender Ansatz forciert wird. Ergebnisse können beispielsweise QuickWins sein, also Ideen, die schnell und unkompliziert umgesetzt werden können. Darüber hinaus werden Ansätze und ein Verständnis für die Erarbeitung langfristiger Lösungen wie neue Geschäftsmodelle oder eine Optimierung der Wertschöpfungskette vermittelt. Der Aufwand lohnt sich: Wenn die Umsetzung der Circular Economy-Strategien gelingt, resultiert dies in vielen ökologischen, ökonomischen und sozialen Mehrwerten. Dazu gehören die Bindung von CO₂, die Steigerung der Innovationsfähigkeit und eine höhere Lebensqualität.

Das ITES wirkt außerdem an zahlreichen Arbeitskreisen zur Entwicklung von Circular Economy-Ansätzen mit. Ein Beispiel: Die Etablierung der Austauschplattform „Zirkuläre B2B-Elektronik“. Hinzu kommt die Mitarbeit bei der Entwicklung von Normen: Mitglieder des ITES waren beispielsweise an der Entwicklung der „Normungsroadmap Circular Economy“ beteiligt. Und auch in der Lehre spielt die zirkuläre Wertschöpfung eine große Rolle. Dabei stehen immer praxisnahe Lösungen im Fokus.

Das InCamS@BI-Team Zirkuläre Wertschöpfung besteht aus zwei Arbeitsgruppen, die sich zum einen mit dem Energiesystem der Zukunft und zum anderen mit Photovoltaik und Leuchten beschäftigen.

Energiesystem der Zukunft

Die Energiewende ist ein elementarer Baustein auf dem Weg zum Erreichen der Klimaziele. Die Integration erneuerbarer Energien und auch neue Arten der Sektorenkopplung – wie zum Beispiel Wärmepumpen, Speicher, Power-to-Gas oder Elektrofahrzeuge – stellen das elektrische Netz jedoch vor herausfordernde Aufgaben. Ein Ausbau der elektrischen Energieversorgungsinfrastrukturen ist notwendig. Doch das ist sehr materialintensiv: Kupfer und Aluminium sind Beispiele für Leitermaterialien. Aber auch Keramik und Kunststoffe werden eingesetzt sowie spezielle Gase als Isolatoren. Gleichzeitig benötigen wir mehr Intelligenz im Netz. Prognosen, also Vorhersagen, spielen eine zentrale Rolle dabei, den Verbrauch bestmöglich an die Erzeugung anzupassen und den Anteil der erneuerbaren Energien zu maximieren. Damit wird auch die Gewährleistung eines sicheren und zuverlässigen Netzbetriebs zunehmend komplexer.

Seit 2018 forscht die Arbeitsgruppe Netze und Energiesysteme (AGNES) an Herangehensweisen und technischen Lösungen zur Beobachtung, Steuerung und Netzführung elektrischer Systeme. Das Team beschäftigt sich mit Fragen wie: Wie können regenerative Energien in das elektrische Netz integriert werden, um den Anteil an erneuerbaren Energien im Strom zum Beispiel bei Industrieunternehmen zu erhöhen und gleichzeitig Lastspitzen zu reduzieren?

Die Forschung hat einen starken Anwendungsbezug: Die Projekte der Arbeitsgruppe werden häufig mit Unternehmen aus der Region Ostwestfalen-Lippe durchgeführt. Die Vorgehensweise der Forscher:innen: Zunächst wird das Problem gemeinsam mit dem Praxispartner definiert und ein Lösungsansatz besprochen. Um diesen Ansatz überprüfen und optimieren zu können, wird anschließend das betrachtete System – meist ein Netzabschnitt oder ein Unternehmensanschluss – simuliert und anhand der Simulation überprüft, ob die Steuerung die erwarteten Ergebnisse erzielt. Danach validieren die Wissenschaftler:innen ihre Ergebnisse mit realen Testkomponenten im Labor. Ist diese Validierung erfolgreich, folgt die Überprüfung im Feld, bei der die Interaktion mit „echten“ Nutzer:innen final getestet wird. Erfolgreiche Feldtests haben zum Beispiel im Rahmen der Projekte KI-Grid und Power2 Load stattgefunden: Hier entwickelten das Team KI-Systeme zur Steuerung von Ladesäulen für E-Autos und E-Unternehmensflotten.

Photovoltaik und Leuchten

Hinter den Kulissen im Photovoltaik-Labor

Elektronische Komponenten wie Photovoltaikanlagen oder Leuchten sind die Expertise der Gruppe Smart Light. Die Wissenschaftler:innen entwickeln effiziente und zirkuläre Beleuchtungssysteme und untersuchen die Optimierung von Effizienz und Nachhaltigkeit in der Photovoltaik-Industrie. Sobald es in die Entwicklung von nachhaltigen Produkten und Prozessen geht, sind Simulationen und der Aufbau und Test von Demonstratoren elementar für die Forschung. So können beispielsweise PV-Anlagen simuliert oder Leuchten-Prototypen gebaut und analysiert werden. In ihrer Arbeit untersucht Katharina Schnatmann aktuell das Wiederverwendungspotenzial von Photovoltaik-Modulen und entwickelt und evaluiert kreisläuffähige PV-Module. Ihr Schwerpunkt ist dabei die zirkuläre kristalline Photovoltaik. Auch eine ungiftige und wiederverwendbare Solarzelle und zirkuläre Geschäftsmodelle im Sinne einer Circular Economy hat das Team schon hinsichtlich der R-Strategien Remanufacturing und Recycling untersucht.

Was die Forscher:innen schon erreicht haben: In immer mehr Forschungsprojekten wird Circular Economy mitgedacht. Die Gruppe hat unter anderem eine modular aufgebaute Leuchte für einen Milchviehstall entwickelt. Außerdem steht die zirkuläre Wertschöpfung in zahlreichen anderen Forschungsvorhaben im Fokus. Dabei rückt besonders das Design von zirkulären Produkten in den Fokus. In diesem Zusammenhang unerlässlich: die sogenannten R-Strategien, die dabei helfen, Produkte nachhaltiger zu gestalten.

Forschungsschwerpunkte

• Circular Economy: Übertragung des Konzepts der Circular Econonomy in die Praxis, Sensibilisierung von Unternhemen, Analyse (elektrotechnischer) Produkte hinsichtlich Zirkularität
• Photovoltaik: Anlagenoptimierung, Reuse von Photovoltaikmodulen, Redesign von Photovoltaikmodulen - Entwicklung zirkulärer Zellen und Module; Agri-PV
• Elektrische Netze: Integration von Arten der Sektorenkopplung (wie bspw. Elektrofahrzeugen) und erneuerbaren Energieanlagen in das elektrische Netz, Einbindung intelligenter Netz- und Messtechnik, Verwendung von KI-basierten Systemen für den Netzbetrieb
• Brennstoffzellensysteme: Betrieb von stationären Brennstoffzellen und die Integration ins elektrische Netz
• Lichttechnik: Entwicklung effizienter, reparierbarer und zirkulärer Beleuchtungssysteme

Labore und Ausstattung

Die exakte aktuelle Ausstattung der Labore finden Sie auf deren jeweiligen Webseiten - bitte klicken Sie auf den Namen des Labors, über das Sie mehr erfahren möchten.

Photovoltaiklabor

Hier arbeiten wir mit PV-Laborversuchsständen, verschiedene Photovoltaikanlagen (u.a. Second-Life-Module), einem Simulationsprogramm und vielem mehr.

Lichtlabor

Im Lichtlabor stehen uns unter anderem ein Nahfeld-Goriometer, Spektrometer, Photometer, diverse Leuchtdichtemessinstrumente und eine Integrationskugel zur Verfügung.

Smart Energy Application Laboratory

Im SEAp-Labor gibt es einen Batterieenergiespeicher, einen Elektrofahrzeug-Simulator und einenHardware in the Loop Netzsimulator.

Brennstoffzellen-Kraft-Wärme-Kopplungsanlage

Angebote im Rahmen von InCamS@BI

Die Forschungsgruppe arbeitet an folgenden Angeboten im Rahmen des Transferprojekts InCamS@BI mit:

• Technology Check für Unternehmen
• Toolboxen (insbesondere die Toolbox Circular Economy)
• Veranstaltungen: Expert Panels, Barcamps, Makeathons, offene Formate wie die Science Bench
• Bearbeitung von projektspezifischen Fragestellungen

Fragen

Die Kolleg:innen aus der InCamS@BI-Forschungsgruppe Zirkuläre Wertschöpfung sind die richtigen Ansprechpartner:innen, wenn es um folgende Fragen geht:

• Was versteht man unter Circular Economy?
• Welche Ansatzpunkte gibt es im Unternehmen für die Umsetzung einer Circular Economy bzw. was sind die Herausforderungen?
• Wie lässt sich das Energiekonzept eines Unternehmens hinsichtlich Regenerativer Energien optimieren?
• Wie lässt sich der Energiekreislauf im Sinne der Circular Economy in Unternehmen umsetzen?
• Wie können elektrotechnische Komponeten zirkulär entwickelt werden?
• Wie kann das Geschäftsmodell eines Unternehmens angepasst werden, um ein zirkuläres Konzept zu ermöglichen?

Das Team

Die Kontaktdaten der InCamS@BI-Forschungsgruppe finden Sie hier: Team Zirkuläre Wertschöpfung.

Prof. Dr. Jens Haubrock

Werdegang (Kurzfassung)

• Industrieerfahrung Fa. Phoenix Contact GmbH in Blomberg im Bereich Elektromechanik
• Promotion zum Dr.-Ing. an der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg zum Thema Brennstoffzellen
• Industrieerfahrung Fa. DUtrain GmbH in Duisburg im Bereich Simulation von Energieübertragungsnetze und -verteilnetze. Netzwiederaufbaukonzepte nach Großstörungen (Black-Outs)
• Seit Wintersemester 2010/11 Professor an der Hochschule Bielefeld

Expertise

• Fachwissen im Bereich Regenerative Energiesysteme, insbesodere zellularer Energiesysteme
• Fachwissen im Bereich Betriebsführung elektrischer Netze
• Fachwissen im Bereich der Brennstoffzellentechnologie

Forschungsschwerpunkte

• Entwicklung technischer Lösungen zur Beobachtung, Steuerung und Netzführung elektrischer Netze
• Integration von Elektrofahrzeugen und erneuerbaren Energieanlagen in das elektrische Netz
• Einbindung intelligenter Netz- und Messtechnik
• Verwendung von KI-basierten Systemen für den Netzbetrieb
• Stationäre Anwendung wasserstoffbasierter Energiesysteme

Publikationen

Publikationsliste

Prof. Dr. Jörn Loviscach

Werdegang

• Promotion in mathematischer Physik
• Redakteur bei Computer-Fachzeitschriften, zuletzt drei Jahre stellvertretender Chefredakteur bei c't, Hannover
• neun Jahre Professor für Computergrafik, Animation und Simulation an der Hochschule Bremen
• seit 2009 Professor an der Fachhochschule Bielefeld, jetzt Hochschule Bielefeld (Ingenieurmathematik und technische Informatik)

Expertise

• Erklären und Anleiten in Bild und Text
• Human Factors
• Datenanalyse und Datenvisualisierung
• Web-Programmierung
• Blick auf das große Ganze

Forschungsschwerpunkte

• E-Learning
• Mensch-Maschine-Interaktion
• Signalverarbeitung
• Visual Computing

Publikationen

• Lehrvideos, Vorträge, Publikationen; Blog Jörn Loviscach (externer Link)
• Offene Kurse (MOOCs) hier auf der HSBI-Seite von Jörn Loviscach

Prof. Dr. Eva Schwenzfeier-Hellkamp

Werdegang (Kurzfassung)

• Promotion zur Dr.-Ing. an der Universität Paderborn
• Industrieerfahrung in den Unternehmen Ericsson Eurolab in Nürnberg, Siemens Medical Solutions in Erlangen und TÜV Nord Gruppe, Bereich Energie und Systeme, in Hannover
• Industrieerfahrung von der Forschung über die Produktentwicklung bis hin zu Gutachtertätigkeit
• Seit 2008 Professorin an der Hochschule Bielefeld

Expertise

• Fachwissen im Bereich der Circular Economy  (Theorie, Methodik und Umsetzung in Unternehmen)
• Fachwissen im Bereich der Photovoltaik, u.a. Agri-Photovoltaik
• Fachwissen im Bereich der Effizienten Lichttechnik mit Expertise der Umsetzung zirkulärer Ansätze im Demonstratoraufbau von LED-Leuchten und Erprobung im Feld
• Hochschulübergreifende Erfahrung in interdiziplinärer Zusammenarbeit, z.B. mit Ethologen, Biologen

Forschungsschwerpunkte

• Etablierung von Circular Economy in der Region OWL (Projekte: CirQualityOWL und CirQualityOWL plus)
• Circular Economy in der Photovoltaik
• Intelligente Beleuchtungssysteme in den Bereichen Tierhaltung, Stadtinfrastruktur und Sicherheit
• Agri-Photovoltaik

Publikationen

Publikationsliste

Melina Gurcke

Werdegang

• Bachelorstudium Regenerative Energien an der HSBI (2016-2020)
• Wissenschaftliche Mitarbeiterin an der HSBI im Projekt Power2Load (Mai 2020-März 2023)
• Wissenschaftliche Mitarbeiterin an der HSBI im Projekt KI-Grid (Oktober 2021-Dezember 2022)
• Wissenschaftliche Mitarbeiterin an der HSBI im Projekt InCamS@BI (seit April 2023)

Expertise

• Fachwissen im Bereich Regenerative Energien/Elektrotechnik
• Energie und Leistungsmanagement für reg. Energiequellen, Speicher und Lasten durch Fuzzy-Logik
• Wissen im Bereich Circular Economy (Theorie und Methodik)

Forschungsschwerpunkte

• Integration dezentraler und regenerativer Energieerzeugungsanlagen in das elektrische Netz
• Integration von steuerbaren Verbrauchern (Elektrofahrzeuge, Wärmepumpen, Batteriespeicher) in das elektrische Netz
• Bereitstellung von Flexibilitäten durch Sektorenkopplung

Publikationen

Publikationsliste

Katharina Schnatmann

Werdegang

• Bachelorstudium Regenerative Energien an der HSBI (2017-2021)
• Masterstudium Elektrotechnik an der HSBI (2021-2022)
• Wissenschaftliche Mitarbeiterin an der HSBI im Projekt InCamS@BI (seit 2023)

Expertise

• Interdisziplinäres technisches Fachwissen mit Schwerpunkt in den Bereichen Regenerative Energie und Elektrotechnik, aber auch im Bereich Chemie u.a. mit Bezug zu Kunststoffen
• Fachwissen im Bereich Circular Economy (Theorie und Methodik)
• Strukturierte Analyse von Sachverhalten und Problemstellungen

Forschungsschwerpunkte

• Übertragung der Circular Econonomy Theorie in die Praxis
• Analyse elektrotechnischer Produkte hinsichtlich Zirkularität
• Circular Economy in der Photovoltaik (Reuse und Redesign)
• Agri-Photovoltaik

Publikationen

Publikationsliste

Heike Wulf

Werdegang

• Ausbildung und Berufstätigkeit, Elektronikerin Telekom AG (1989 -1995)
• Studium Umwelt- und Hygienetechnik FH Lübeck (1996 - 2001), Fernuni Hagen (2009 - 2014)
• SULO Entsorgung (2001 - 2003),  CEMEX WestZement GmbH (2003 -2008), Effizienz-Agentur NRW (2008-2023)
• Wissenschaftliche Mitarbeiterin an der HSBI im Projekt InCamS@BI (seit 2023)

Expertise

• Vertrieb und Projektmanagement
• betrieblicher Umweltschutz
• Ressourceneffizienz / EcoCockpit (CO2 Bilanzierung)
• Circular Economy - Trainerin - Circo-Workshops