Kühlketten

Gestaltung von energieautonomen Logistik-Kühlketten durch die Entwicklung eines Simulationsmodells

Die Nachfrage nach temperaturgeführten Produkten, insbesondere für Nahrungsmittel und pharmazeutische Produkte, steigt kontinuierlich an. Bis 2025 wird in diesem Markt mit einem Wachstum von bis zu 18% gerechnet. Dies ist jedoch mit einem steigenden Energiebedarf und daraus resultierenden Treibhausgasemissionen verbunden. Die zur Kühlung von Lebensmitteln benötigte Energie macht 8 % des weltweiten Stromverbrauchs und 2,5 % der Treibhausgasemissionen aus. Bisherige Versuche, die Effizienz von Kühlketten zu steigern, konzentrierten sich auf Insellösungen wie Routenoptimierung oder effiziente Gebäudekühlung. Was fehlt, ist eine holistische Dekarbonisierungsstrategie für Logistik-Kühlketten, die auf Systemebene ansetzt und alle Schritte, vom Ausgangsprodukt bis zum finalen Distributionspunkt, berücksichtigt.

Um diese Forschungslücke zu schliessen, entwickelt das Team für Nachhaltiges Supply Chain Management des Instituts für Nachhaltige Entwicklung ein Simulationsmodell als Entscheidungshilfe für die Ausgestaltung einer energieautonomen Logistik-Kühlket­te unter Berücksichtigung von Transport inkl. Kühlung, Lagerung und Distribution der Produkte. Das Simulationsmodell wird eine konsistente Analyse des Energiebedarfs und der Treibhausgasemissionen von Kühlketten ermöglichen.

Das Modell kombiniert Life Cycle Assessment (LCA) mit System Dynamics. LCA wird angewendet, um die Umweltauswirkungen zu quantifizieren. System Dynamics wird als Tool zur Entscheidungsfindung eingesetzt. Es dient dazu, die Konfiguration des untersuchten Kühlkettennetzwerks darzustellen und das Zusammenspiel verschiedener Energiesparmaßnahmen zu simulieren. Darüber hinaus soll System Dynamics zur Modellierung und Optimierung verschiedener Kombinationen von Technologien eingesetzt werden. Das Modell soll generisch und für verschiedene Kontexte und Regionen skalierbar sein. Außerdem soll es aus modularen Elementen bestehen, die flexibel an den jeweiligen Untersuchungsgegenstand angepasst werden können. Zusätzlich soll eine dynamische Simulation über einen bestimmten Zeitraum ermöglicht werden. Dies ist beispielsweise bei der Einbindung von PV-Anlagen wichtig, die tages- und jahreszeitlichen Schwankungen unterliegen.

Mit der Umsetzung dieses Forschungsvorhaben kann aus wissenschaftlicher Perspektive ein wesentlicher Beitrag zur Schliessung der Forschungslücke einer ganzheitlichen und systemischen Betrachtung der logistischen Kühlkette und der damit verbundenen Potenziale zur Realisierung von Energie- und Emissionseinsparungen geleistet werden. Zudem wird Wissen im Bereich der Entwicklung eines Logistik-Simulationstools generiert, was die Analyse verschiedener Szenarien erlaubt.

Aus Sicht der Praxis leistet dieses Projekt einen Beitrag zur Erreichung von Energie- und CO2-Emissionsreduktionszielen und schafft die Rahmenbedingungen für die Entscheidungsfindung für die zwischen- und innerbetriebliche Ausgestaltung von Kühlketten. Darüber hinaus wird die Grundlage für Energiezertifikate für verderbliche Produkte geschaffen.

Erste Ergebnisse wurden bereits an der Sustainability EUROMA präsentiert. Im nächsten Schritt kann mit der Erhebung einer Kühlkette eines Projektpartners und mit der Umsetzung des Simulationsmodells begonnen werden.

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Highlight! Artikel zu “Coopetition” in der Zeitschrift für Führung und Organisation (ZFO) (Januarausgabe ’21)

Unser Artikel zu #Coopetition (Kooperation von Wettbewerber) wird in der Januar-Ausgabe der Zeitschrift für Führung und Organisation (ZFO) als Highlight bezeichnet. Der Artikel (hier erhältlich) ist das Resultat einer erfolgreichen Kooperation zwischen der School of Management and Law, dem Life Sciences and Facility Management und der School of Engineering der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW).

Gleichzeitige Konkurrenz und Partnerschaft zwischen Unternehmen wird als Coopetition bezeichnet. In unserem Beitrag entwickeln wir eine Begriffslogik zu Coopetition anhand der Ähnlichkeitskriterien Produkt, Markt und Kompetenzen. Dies kann CEOs und Führungspersonen helfen, strategische Entscheidungen zu treffen. Anhand von Beispielen aus der Logistikbranche werden Handlungsempfehlungen und ein Referenzmodell für die Praxis abgeleitet.

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Plattform Digital Mobility

Die SoE Plattform Digital Mobility vernetzt Forschung und Praxis zu Mobilitätsthemen der digitalen Transformation.

Der Transport von Personen und Gütern ist seit jeher von zentraler Bedeutung für Wirtschaft und Gesellschaft. Der sich daraus ergebende Verkehr, also die Ortsveränderung von Personen und Gütern (als Teilmenge der Mobilität) wird dabei mit verschiedenen Verkehrsmitteln abgewickelt.

In den vergangenen Jahrzehnten ermöglichten technologische Innovationen im Bereich der Digitalisierung und Automatisierung viele Angebote und Mobilitätslösungen, die den Verkehr von heute prägen und zukünftige Trends beeinflussen. Beispiele hierfür sind: Reiseinformationen in Echtzeit, automatisiertes Fahren (autonome Fahrzeuge, führerloser Schienenverkehr), die Frachtverfolgung und -kontrolle mittels Sensorik, die teilautomatisierte Planung des öffentlichen Verkehrs oder neue Formen der Mobilität.

An der School of Engineering wurde die Plattform Digital Mobility ins Leben gerufen, um die Akteure, die sich mit der digitalen Transformation der Mobilität im Personen- und Güterverkehr beschäftigen, zu vernetzen. Auch das INE ist Teil der Plattform Digital Mobility, um den Mobilitätswandel mitzuprägen.

Mehr finden Sie auf der Website unter diesem Link: Plattform Digital Mobility | ZHAW School of Engineering

SCCER-Mobility

How to foster new mobility lifestyles

What factors increase the openness to switch to a sustainable long-term mobility lifestyle from previously using a combustion engine car?

A lot of research about sustainable mobility is conducted on mode choice behaviour and less so on long-term mobility decisions, especially considering a multimodal mobility lifestyle. We want to close this gap and address the above research question with a comprehensive multiple-price list choice experiment. It is implemented within the Swiss Household Energy Demand Survey (SHEDS) 2020 within the Framework of SCCER Mobility (https://www.sccer-mobility.ch/) and SCCER CREST (https://www.sccer-crest.ch/research/swiss-household-energy-demand-survey-sheds/).

The future of private car mobility is foreseen to be dominantly electric, powered by batteries. Yet, considering environmental impacts of electric vehicles, smaller vehicles with a smaller battery (and thus a smaller range) should be preferred over cars with bigger batteries. This results in a trade-off between range and environmental impact from the battery size. We will address this challenge by proposing alternatives with a small electric vehicle (including a smaller battery) in combination with either public transport or carsharing for long-range trips where the range of the EV is not sufficient. We further propose an alternative without any car ownership, as this would result in an even more sustainable mobility lifestyle.

Participants of the survey were shown a scenario where their main household car would break in 3 years from now. They then have to decide whether they would keep their current mobility lifestyle including the same car or if they would opt for an alternative. The following figure illustrates the 4 different options the respondents of the choice experiment can choose. 1) they could keep their current mobility behaviour including buying the same car again 2) buy a small electric vehicle for everyday trips until 200km a day in combination of using public transport for trips exceeding 200km a day 3) the same small electric vehicle in combination of carsharing for longer trips and 4) using a mix of public transport and carsharing for all trips.

We further included a control group and 3 treatments. Each respondent only answered the control survey or the survey with one of the following treatments:

  • Charging treatment: A situation with optimized charging possibilities at home and at work
  • Sharing treatment: A situation with optimized carsharing possibilities
  • TCO treatment: Information about the total cost of ownership of the current mobility lifestyle and the alternative

First glimps on the results are promising as people who received the charging treatment tend to opt more for the alternatives compared to the control group.

We will finalize the data analysis this year, so stay tuned for updates to this study!

Verkehr der Zukunft 2060

Nischeninnovation und Diffusion im Mobilitätsmarkt

Der Transportsektor wird in den nächsten Jahren und Jahrzehnten grundlegende Umwälzungen erfahren. Wesentliche Treiber stellen dabei technologische Entwicklungen und Megatrends wie die Digitalisierung, Automatisierung oder der demographische Wandel dar. Im Rahmen des Forschungsprojektes Verkehr der Zukunft 2060: Neue Angebotsformen – Organisation und Diffusion hat das Institut für Nachhaltige Entwicklung (INE) der ZHAW zusammen mit der Firma Rapp Trans AG die Auswirkungen von Trends und Entwicklungen auf die Organisation des privaten und öffentlichen Verkehrs untersucht, um einen Einblick in potentielle zukünftige Geschäftsmodelle und Organisationsformen der Mobilität zu erhalten.

In einem Teilprojekt ging es darum zu beschreiben, wie eine Transformation eines soziotechnischen Systems – wie dem Mobilitätssystem – ablaufen resp. initiiert werden kann. Dazu ist ein Verständnis von Veränderungsprozessen auf unterschiedlichen Betrachtungsebenen eine zentrale Voraussetzung und es bedarf eines analytischen Rahmens, um die Mechanismen und Dynamiken der Transformation in einem System identifizieren und charakterisieren zu können.

Multi-Level Perspective (MLP)

Als solcher analytischer Rahmen kann die Multi-Level-Perspective (dt. Mehr-Ebenen-Modell) von Geels (2002, 2012) herangezogen werden, welche im Kontext historischer Transitionen entwickelt wurde und darauf abzielt, die Gesamtheit eines systemischen Wandels als integralen Prozess abzubilden (vgl. nachfolgende Abbildung). Mit diesem theoretischen Ansatz kann erklärt werden, weshalb sich in modernen Gesellschaften einige Trends und Innovationen mit der Zeit zu etablieren vermögen, während andere sich nicht durchsetzen und wieder verschwinden resp. im Stadium einer Nischeninnovation verbleiben.

Die Kernannahmen von Geels (2002, 2012) lauten:

  • Innovationen entwickeln sich zuerst in Nischen, die noch weitgehend ausserhalb der allgemeinen Wahrnehmung liegen und lediglich von einer kleinen Anzahl von Akteuren in Netzwerken mit ähnlichen Erwartungen getragen werden. Innovationen innerhalb dieser Nischen sind weitgehend von Marktmechanismen entkoppelt und werden durch spezifische Förder- und Investitionsmassnahmen von den Nischenakteuren weiterentwickelt.
  • Die Nischen stehen in einem engen Zusammenhang resp. interagieren mit einem gegebenen soziotechnischen Regime (bestehend aus Wirtschaft, Politik, Kultur, Technologie, Gesellschaft), welches sich durch mehr oder weniger gefestigte Akteurskonstellationen, Regeln, Konventionen und Strukturen charakterisieren lässt. Diese eingespielten Regime-Strukturen können über längere Zeiträume für Stabilität und Erwartungssicherheit sorgen, bringen jedoch oftmals auch Pfadabhängigkeiten mit sich. Die soziotechnischen Regime können dementsprechend durch Nischeninnovationen entweder Veränderung erfahren, oder aber bremsend auf die technologische Entwicklung einwirken und einen Markteintritt verhindern.
  • Die soziotechnischen Regime wiederum sind in dauerhafte und übergreifende Entwicklungen und Rahmenbedingungen eingebettet, welche von den beteiligten Akteuren nicht direkt beeinflusst werden können. Diese übergeordnete Landscape beinhaltet gesellschaftliche Megatrends wie Globalisierung oder Individualisierung, aber auch allgemeinere Entwicklungen wie der globale Klimawandel. In bestimmten Fällen können Entwicklungen innerhalb dieser Landscape Druck auf das bestehende Regime ausüben und dadurch Fenster für den Markteintritt von Nischeninnovationen (sog. «windows of opportunity for transitions») eröffnen.

Innovations- und diffusionsrelevante Faktoren

Mit Hilfe dieses theoretischen Ansatzes wurde in einem nächsten Schritt untersucht, welche innovations- und diffusionsrelevanten Faktoren im Mobilitätsmarkt für spezifische Schlüsseltechnologien der Zukunft existieren, welche darüber entscheiden könnten, ob sich eine Technologie (wie z.B. das autonome Fahren) im Mobilitätsmarkt wird etablieren können oder im Stadium einer Nischeninnovation verbleiben wird:

Soziale Faktoren
• Gesellschaftliche Akzeptanz
• Ethische Fragen
• Befindlichkeitsstörungen

Technologische Faktoren
• Datensicherheit
• Technologie-Reifepfad
• Vernetzung und Verzweigung im bestehenden Verkehrssystem
• Unvorhergesehene Trendabbrüche bei “Enabling”-Technologien

Wirtschaftliche Faktoren
• Zeitpunkt und Form der Markteinführung
• Marktpotenzial resp. Nachfrage
• Branchenspezifische Interessen und Strategien
• Investitionskosten und Infrastrukturbedarf
• Produktionszeit und –kosten
• Verfügbarkeit und Abhängigkeit von Materialien

Ökologische Faktoren
• CO2-Reduktionspotenzial
• Ressourcenverbrauch
• Auswirkungen auf Raum und Landschaft

Politische Faktoren
• Gesetzliche Grundlagen und Rahmenbedingungen
• grenzüberschreitende Koordination und Harmonisierung
• Sicherheitsfragen

Schlussfolgerungen

Die unterschiedlichen Faktoren verdeutlichen, dass es im laufenden Transformationsprozess der Mobilität nicht nur technologische Entwicklungen zu berücksichtigen gilt (obwohl unsere Wahrnehmung des Transformationsprozesses sich durch Medienberichte regelmässig auf diese Ebene beschränkt), sondern gleichzeitig auch eine Vielzahl an sozialen, ökologischen, wirtschaftlichen und politischen Faktoren darüber entscheiden, wie wir uns in Zukunft fortbewegen werden. Gerade im Individualverkehr werden die Entwicklungen nach wie vor stark von den Automobilkonzernen und den amerikanischen Plattformgiganten beeinflusst, welche weiterhin danach streben, möglichst viele Fahrzeuge an den Mann resp. die Frau zu bringen. In der Folge bleibt der Regime-Zustand stabil und Innovationen für ein nachhaltiges und auf kollektive Nutzung ausgerichtetes Transportsystem vermögen sich nicht im Markt durchzusetzen. Es fragt sich also, inwiefern in der aktuellen Nachhaltigkeitsdebatte ein Ansatz, welcher den Systemwandel primär aus einer von unten nach oben gerichteten inventionistischen Perspektive denkt, noch zielführend ist? Es könnte sich durchaus anbieten, Veränderungsprozesse vermehrt in umgekehrter Richtung zu denken, i.S. einer grundlegenden Änderung unseres Mindsets am Ursprung, um “top down” Druck auf die bestehenden Regimestrukturen auszuüben und neue “Möglichkeitsfenster” für nachhaltige Innovationsprozesse zu eröffnen – übrigens ein Ansatz, wie ihn das Wuppertal-Institut seit Jahren in seinen Arbeiten rund um das Phänomen der grossen Transformation und der Zukunftskunst als eine kulturelle Revolution verfolgt.