Industrie 4.0: Weder positiver noch negativer Einfluss auf Energieverbrauch
Inwieweit stimmt es, dass die Digitalisierung in der "Industrie 4.0" die
Energieeffizienz verbessert und damit die Energieintensität in der
Industrie verringert? Ein Team des Forschungsinstituts für Nachhaltigkeit
(RIFS) hat zehn Sektoren der industriellen Fertigung Chinas zwischen 2006
und 2019 daraufhin analysiert. Das Fazit der Studie: Anders als von
Politik und Wirtschaft postuliert, scheint die Digitalisierung in China
nicht automatisch Energiesparpotenziale in der fertigenden Industrie zu
entfalten.
An der globalen Wertschöpfung des verarbeitenden Gewerbes hat China einen
Anteil von 30 Prozent und ist damit das Land mit dem größten Anteil an der
globalen Industrie-Produktion. Industrie 4.0 – die umfassende
Digitalisierung der industriellen Produktion - soll nun dabei helfen, das
Wirtschaftswachstum anzukurbeln und gleichzeitig Energiesparziele zu
erreichen. Dabei herrscht jedoch Uneinigkeit in der Wissenschaft, ob
Industrie 4.0 diese beiden Ziele vereinen kann. Eine Studie des
Forschungsinstituts für Nachhaltigkeit (RIFS) hat zehn chinesische
Sektoren des verarbeitenden Gewerbes zwischen 2006 und 2019 auf
Zusammenhänge zwischen Industrie 4.0 und Energieindikatoren analysiert.
Zwar haben bereits einige Studien die Auswirkungen digitaler Technologien
auf den Energieverbrauch analysiert, wenige davon jedoch im chinesischen
Kontext.
„Darüber hinaus wird das Konzept von Industrie 4.0 in bisherigen Studien
kaum anerkannt“, sagt Erstautorin Stefanie Kunkel. „So wurde etwa in
einigen Studien das Konzept der Industrie 4.0 stark vereinfacht -
beispielsweise sind Roboter mit dem Einsatz von künstlicher Intelligenz
gleichgesetzt worden. Dabei ist die Wissens- und Innovationsdimension
dieser Technologie unbeachtet geblieben.“ Auch hätten frühere Studien
seltener den Gesamt-Energieverbrauch ausgewertet und sich zumeist auf
relative Energieverbräuche oder Energieeffizienz konzentriert. Dies könne
dazu führen, dass das Ziel einer absoluten Reduktion von
Energieverbräuchen aus dem Blick gerate, die jedoch für eine
Dekarbonisierung des industriellen Sektors wichtig seien.
Gibt es einen signifikanten Zusammenhang zwischen Industrie 4.0 und
Energieverbrauch?
Das Hauptziel der Studie sei es zu verstehen, inwieweit der Grad des
Einsatzes von Industrie 4.0 mit dem Gesamtenergieverbrauch und der
Energieintensität des verarbeitenden Gewerbes in China zusammenhänge - und
ob die These, dass Industrie 4.0 zu Effizienz und damit
Energieeinsparungen beitrage, durch statistische Auswertungen gestützt
werden könne.
Der Begriff Energieintensität oder auch relativer Energieverbrauch
beschreibt, wie viel Energie ein Sektor pro Euro an gefertigtem Gut
verbraucht. Das Team um Kunkel hat zur Beantwortung der Forschungsfrage
eine Paneldatenanalyse durchgeführt, in die Daten aus zehn
Industriesektoren in einem Zeitraum von 14 Jahren (2006 bis 2019)
einflossen. Diese Sektoren umfassten unter anderem etwa die
Textilindustrie, Kunststoffherstellung oder auch Lebensmittelindustrie.
Digitale Rebound- und Wachstums- versus Effizienz-Effekte
Was den Gesamtenergieverbrauch im verarbeitenden Gewerbe in China
betreffe, so zeigten die Ergebnisse, dass es keinen signifikanten
Zusammenhang zwischen dem Grad von Industrie 4.0 und dem Energieverbrauch
gebe. „Die Beziehung ist zwar positiv, aber nicht signifikant“, erläutert
Kunkel ihre Studie. So könne beispielsweise der Einsatz von Robotern
anstelle von Handarbeit in der derzeit weniger digitalisierten
Textilherstellung den Energieverbrauch der Textilherstellung erhöhen.
Häufig träten sogenannte „digitale Rebound-Effekte“ auf, wenn die durch
Digitalisierung erzielten Effizienzgewinne zu Kosteneinsparungen führten.
Die eingesparten Ressourcen könnten ganz oder teilweise reinvestiert
werden, und einen Teil oder die Gesamtheit der Effizienzgewinne
kompensieren. Außerdem habe Digitalisierung generell einen
wachstumsfördernden Effekt, der in der Regel ebenso den Energieverbrauch
erhöhe.
Es gibt jedoch andere Studien, die den Ergebnissen von Kunkel et al.
widersprächen, weil sie eine die Energieintensität der Industrie senkende
Wirkung von Robotern und industrieller Digitalisierung festgestellt hätten
– also einen effizienzsteigernden Effekt. Kunkel konnte eine negative
Korrelation zwischen Industrie 4.0 und Energieintensität jedoch lediglich
für bereits stark digitalisierte Sektoren belegen. Eine Erklärung hierfür
könnte sein, dass in einem bereits stark vom Einsatz digitaler
Technologien geprägten Sektor wie etwa dem Transportsektor Innovationen
der Industrie 4.0 besser im Fertigungssystem integriert werden können und
Effizienzpotenziale stärker zum Vorschein treten.
Die Autorinnen und Autoren geben als Limitation zu Bedenken, dass in
bisherigen Studien digitalisierungsbedingtes Offshoring nicht
berücksichtigt und Verringerungen der Energieintensität möglicherweise
fälschlich der Digitalisierung selbst zugeschrieben worden seien. Um
solche Effekte teilweise zu erfassen, haben Kunkel et al. den Indikator
„CO2-Importe“ stellvertretend für die Energieintensität der importierten
Güter einbezogen. Es zeigten sich signifikante positive Zusammenhänge
zwischen CO2-Importen und der Ausprägung von Industrie 4.0, was darauf
hindeuten könnte, dass mit steigendem Grad an Industrie 4.0 auch steigende
CO2-Importe in die Fertigung assoziiert sind. Jedoch sei weitere Forschung
erforderlich, um die zugrunde liegenden Dynamiken zu verstehen.
Schlussfolgerung
Eine Schlussfolgerungen der RIFS-Studie besteht darin, dass ein Fokus auf
das Mantra „Energie-Effizienz erhöhen durch Digitalisierung“ für
Nachhaltigkeits-Ziele und die Dekarbonisierung der Industrie unwirksam
sein kann, wenn dies aufgrund von Wachstums- und Offshoring-Dynamiken zu
einem insgesamt steigenden Gesamtenergieverbrauch führe. Es sollten
weitere Faktoren berücksichtigt werden, wie etwa Auswirkungen auf
Industrieverlagerungen, sektorspezifische Auswirkungen verschiedener
digitaler Technologien, menschliche Fähigkeiten, Innovationen zu
implementieren und sie in Richtung Nachhaltigkeit zu lenken, als auch die
gleichzeitige Integration erneuerbarer Energien in der industriellen
Fertigung. Das RIFS-Team empfiehlt ebenso neben Energievariablen künftig
weitere Nachhaltigkeitsindikatoren wie Ressourcenverbrauch und
Elektroschrott durch digitale Technologien in die Nachhaltigkeitsbewertung
der Industrie 4.0 einzubeziehen.
Studienergebnisse auch für andere Staaten relevant
Am weltweiten Energieverbrauch hat die industrielle Fertigung im Jahr 2022
einen Anteil von 37 Prozent. China leistet den größten Beitrag am Anstieg
dieses Verbrauchs. Eine Senkung des Energie-Bedarfs und die
umweltfreundliche Gestaltung der Industrie-Produktion in China ist somit
weltweit für den Klimaschutz von großer Bedeutung. Vor diesem Hintergrund
hat die Analyse des Zusammenhangs zwischen Energie und Industrie 4.0 für
Industrievertreterinnen und -vertreter sowie politische
Entscheidungstragende über China hinaus große Relevanz. Denn auch die
Europäische Union und Länder in anderen Weltregionen hegen die Hoffnung,
die Ziele der nachhaltigen Entwicklung mittels Digitalisierung adressieren
zu können. Doch dies wird nicht automatisch gelingen, sondern muss
gesteuert werden.
Fazit und Empfehlungen
• Erstens sollten durch internationale Zusammenarbeit und
Vereinbarungen wie Lieferkettenabkommen Innovationen im Bereich der
Industrie 4.0 in der fertigenden Industrie auf die Reduktion des Energie-
und Ressourcenbedarfs entlang der gesamten Wertschöpfungskette
ausgerichtet werden. So kann verhindert werden, dass Industrie 4.0 zu
einer verstärkten Verlagerung energieintensiver Herstellungsprozesse in
Länder mit niedrigeren Umweltstandards führt.
• Zweitens sollten die Mechanismen, mittels derer bestimmte
Technologien den Energieverbrauch der Industrie beeinflussen, durch
verstärkte Forschung unter Einbindung von Praxisakteuren besser verstanden
werden. Welche Innovationen im Bereich der Industrie 4.0 dazu beitragen,
die absolute globale Umweltbelastung zu reduzieren und wie diese durch
Politik als auch Industrie gefördert werden kann, wird so entscheidbar.
• Drittens kann eine konsequente Orientierung der Industrie 4.0 an
Nachhaltigkeitszielen dazu beitragen, die wachstumsfördernde Wirkung von
Industrie 4.0 auf Ziele wie die Dekarbonisierung und Förderung der
Kreislaufwirtschaft zu richten.
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