Fast Forward Future
Deep Tech Knowledgetransfer und Communityaufbau für eine optimierte Transformation hin zu regenerativen Wirtschaftsmodellen und Closed Circular Loops.
Eine Initiative des Carl-Friedrich-von-Weizäcker-Zentrums der Universität Tübingen.
Alle Aktivitäten von „Fast Forward Future“ haben die Zielsetzung des interdisziplinären Austausches für die Circular Economy. Es soll darum gehen, den aktuellen Entwicklungsstand von diversen Deep Tech Fachbereichen auch als außenstehende Person verstehen zu können, um mögliche Lösungen (in Form von Use Cases, Forschungsvorhaben, Business Modellen oder Data Spaces) in ihrer Gesamtheit denken und planen zu können.
Fast Forward Future supports the Sustainable Development Goals.
Fast Forward Future Online Kolloquium
Monatliche Reihe, 90 min, ab 16:30 Uhr
Die Vorträge und Impulse auf den Kolloquien sollen in Summe einen Überblick geben über das, was für die Gestaltung der Zukunft relevant ist und bei eigenen Überlegungen mitgedacht werden sollte.
Ohne ein generelles Verständnis für all die Faktoren, die die Zukunft mitbestimmen werden, können keine techbasierten Lösungen gefunden werden, die wirklich einen positiven Unterschied machen.
Die Teilnahme am Kolloquium ist kostenlos.
Fast Forward Future Online Kolloquium
Vorschau: 1. Quartal 2025
Termin 5: Dienstag, 18. Februar 2025
Talk: „Menschliche Intelligenz vs. KI-Assistenten"
Dr. Sebastian Rosengrün, Philosoph und Innovationsbegleiter
Termin 6: Mittwoch 12. März 2025, 90 min, Start 16.30 Uhr
Talk: Update - Aktuelle Lösungen des Quantencomputings
Benedikt Poggel, Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS, München
Termin 7: Donnerstag 27. März 2025
Talk: „Life Cycle Assessment, digitale Produktdaten und KI für die Transformation zur Kreislaufwirtschaft“
Dr. Johannes Buchner, Referent für Data Engineering, Data Science und Machine Learning am Z-U-G, Berlin
tba:
Dezentralisierte Energy Echtzeit Grids durch QC
Dr. Corey O'Meara, Chief Quantum Scientist @ E.ON,
Quantum Computing Innovator of the Year (London AI Summit)
“Corey O’Meara erforscht die effiziente Einbindung von E-Fahrzeugen in die Stromnetze der Zukunft – hier können selbst kleine Effizienzgewinne große positive Folgen haben.”
Termin 9: Dienstag 29. April 2025, 90 min, Start 16.30 Uhr
Online Session "Serious Gaming zum Management der eigenen Ressourcen"
Jeder bringt LEGO®, Playmobil®, Knete oder Design Thinking Material vor den Bildschirm zum Gestalten. Gemeinsam gehen wir durch einen individuellen Reflexionsprozess und tauschen uns über unsere Erkenntnisse aus.
Magnesium ions in a trap: By National Institute of Standards and Technology - Planar Ion Trap; Magnesium Ions, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=51196024
Interdisziplinäre Fachtagungen Fast Forward Future
Die Grundlage für die gemeinsame Diskussion sind die aktuellen Entwicklungen in der Deep Tech sowie die Erfahrungen von Akteuren, die bereits KI-Lösungen für die Kreislaufwirtschaft entwickelt haben oder als Orchestratoren für die Etablierung von Kreislaufwirtschaft-Ökosystemen mit geschlossenen Stoffströmen (Closed Loops) wirken.
Interdisziplinäre Vernetzung und der offene Austausch zu Herausforderungen und gemeinsamen Chancen und Zielen stehen thematische im Mittelpunkt der Konferenzen zu „Fast Forward Future“.
Zirkuläres Wirtschaften im Einklang mit den planetaren Grenzen ermöglichen
„Durch zirkuläre Strategien sollen Stoffkreisläufe geschlossen und langfristig ein regeneratives System aufgebaut werden, in dem Wertschöpfung, Wohlstand und Versorgungssicherheit innerhalb der planetaren Grenzen ermöglicht werden“ [1].
„Die neun planetaren Grenzen sind: Klimawandel; Überladung mit neuartigen Substanzen; Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre; Aerosolbelastung der Atmosphäre; Versauerung der Ozeane; Störung der biogeochemischen Kreisläufe; Veränderung in Süßwassersystemen; Veränderung der Landnutzung und Veränderung in der Integrität der Biosphäre. […] Sechs der neun Planetaren Grenzen sind derzeit überschritten“ [2].
[1] Deutsches Institut für Normung, https://www.din.de/resource/blob/954722/817ac05b868cad6959d3358b58127050/circular-thinking-in-standards-normen-zur-umsetzung-der-r-strategien-data.pdf, Stand: 04.07.2024
[2] Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz https://www.bmuv.de/themen/nachhaltigkeit/integriertes-umweltprogramm-2030/planetare-belastbarkeitsgrenzen, Stand: 04.07.2024
Visualisierung der Planetaren Grenzen (Datenstand September 2023)
By Potsdam Institute for Climate Impact Research (PIK) - https://www.pik-potsdam.de/en/output/infodesk/planetary-boundaries/images, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=145879239
Transformation zur Circular Economy
„Die Wirtschaft der Zukunft wird eine Kreislaufwirtschaft sein und den Wert von Rohstoffen und Produkten so lange wie möglich erhalten. Das schützt Umwelt und Klima, macht die Versorgung mit Rohstoffen sicherer und nutzt so der Wirtschaft sowie Verbraucherinnen und Verbrauchern“.[1]
„Die Bundesregierung hat eine Nationale Kreislaufwirtschaftsstrategie (NKWS) erarbeitet. Die Strategie bündelt alle Ziele und Maßnahmen der Bundesregierung auf dem Weg zu einer umfassenden Kreislaufwirtschaft. Alle Stationen des Kreislaufs werden dabei berücksichtigt: die Gestaltung von Produkten, die Auswahl der Materialien, die Produktion, die möglichst lange Nutzungsphase und schließlich die Wiederverwendung oder das Recycling. Die NKWS soll dazu beitragen, dass Abfall möglichst gar nicht erst entsteht. Das kann gelingen, wenn Produkte klug designt, länger nutzbar und einfacher zu reparieren sind und indem alle Rohstoffe soweit es geht im Kreislauf geführt werden, von Baustoffen über Textilien bis hin zu Industriemetallen. Das ist technisch möglich und auch wirtschaftlich sinnvoll.“[2]
Der Abbau von Rohstoffen verursacht hohe Kosten – für Umwelt, Mensch und Wirtschaft. Eine Wirtschaftsweise, die immer mehr neue (primäre) Rohstoffe braucht, ist deshalb auf Dauer weder ökonomisch und ökologisch noch sozial tragfähig. Um unsere klima- und umweltpolitischen Ziele zu erreichen, ist der Wandel zu einer Kreislaufwirtschaft zentral – gleichzeitig eröffnet sie große wirtschaftliche Chancen.“[3]
[1]https://www.bmuv.de/fileadmin/Daten_BMU/Download_PDF/Abfallwirtschaft/nationale_kreislaufwirtschaftsstrategie_info_bf.pdf, Abruf 9.12.24
[2] https://www.bmuv.de/themen/kreislaufwirtschaft/kreislaufwirtschaftsstrategie, Abruf 9.12.24
[3] https://www.kreislaufwirtschaft-deutschland.de/, Abruf 9.12.24
Der Beitrag von Deep Tech zur Circular Economy
Potentiale digitaler Technologien ausschöpfen
"Digitale Technologien sind ein zentraler Erfolgsfaktor für den Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft. Sie erhöhen die Transparenz, verbessern die Steuerung und erlauben neue Formen der unternehmensübergreifenden Zusammenarbeit. Physische Stoffströme müssen in einer Kreislaufwirtschaft durch digitale Datenströme abgebildet werden. Unternehmen werden Teil von Datenräumen, die eine Kreislaufwirtschaft tragen. Industrielle Wettbewerbsfähigkeit und Technologieführerschaft definieren sich zunehmend über die Kompetenz zur Gestaltung und Koordination von Datenbeziehungen. Digitale Technologien können zum Schließen von Kreisläufen und zur Steigerung der Ressourceneffizienz beitragen. Sie ermöglichen neue Geschäftsmodelle der Kreislaufwirtschaft wie Plattformen und Product-as-a-Service-Ansätze.“
"Im Rahmen des Programms „Zukunft der Wertschöpfung“ wirft das BMBF einen ganzheitlichen Blick auf kreislauffähige Wertschöpfung. Betrachtet werden neben technologischen Innovationen auch Aspekte der Vernetzung und Kooperation, von Geschäftsmodellen und Nutzenversprechen, den Menschen in der Wertschöpfung sowie des dynamischen Wandels."
"Die zentrale Voraussetzung für viele Maßnahmen und Strategien der Circular Economy ist dabei die Transparenz in der Wertschöpfungskette.
Physische Stoffströme müssen mit digitalen Datenströmen verknüpft werden. Auf dieser Grundlage können die Lebenswege von Materialien und Produkten über die Wertschöpfungsstufen nachverfolgt werden. Das ermöglicht die Analyse und letztlich auch Optimierung von Stoffströmen und Ressourceneinsatz.
Weitere Ansatzpunkte ergeben sich für neue Geschäftsmodelle der Kreislaufwirtschaft wie Product-as-a-Service-Angebote oder auch spezifische digitale Lösungen und Plattformen."
https://www.bmuv.de/fileadmin/Daten_BMU/Download_PDF/Abfallwirtschaft/nationale_kreislaufwirtschaftsstrategie_bf.pdf, S.10, S.46 und S.77, Abruf: 9.1.2025
Digitalisierung für Klima- und Ressourcenschutz in Design und Produktion
"Besondere Bedeutung für die Kreislauffähigkeit eines Produkts hat die Design- und Konstruktionsphase am Beginn des Lebenszyklus, die ausschlaggebend ist für die Materialauswahl, Materialreduzierung, Reparierbarkeit und Recyclingfähigkeit (vgl. Kap. 3.2). Digitale Design- und Konstruktionswerkzeuge erleichtern z.B. durch KI-Unterstützung in Verbindung mit leicht zugänglichen und kontinuierlich verbesserten Materialdaten die Bewertung verschiedener Optionen der Zulieferkette und Materialien.
Mit digitalen Lösungen lassen sich komplexe, multikriterielle Konstruktionsaufgaben und Optimierungsprobleme mit dem Ziel optimaler Ressourcenschonung lösen und ein virtuelles Engineering für die nachgelagerten R-Strategien von Beginn an durch Modellierung als sogenannter digitaler Zwilling mitdenken (z.B. repair, refurbish, remanufacture, repurpose). So wird eine Modellierung von Produkten und Prozessen als digitaler Zwilling und eine ganzheitliche, vorausschauende Simulation der wirtschaftlichen und ökologischen Performance von zirkulären Lösungen über den gesamten Lebenszyklus möglich."
https://www.bmuv.de/fileadmin/Daten_BMU/Download_PDF/Abfallwirtschaft/nationale_kreislaufwirtschaftsstrategie_bf.pdf, S.59/60, Abruf: 9.1.2025
Der Einfluss von Building Information Modelling (BIM)
Gebäude und Baustoffe ressourcenschonend und zirkulär ausrichten
Der Bau- und Gebäudebereich hat quantitativ den mit Abstand höchsten Ressourcenverbrauch in Deutschland. Der Bausektor hat daher eine zentrale Bedeutung für eine Kreislaufwirtschaft. Als Leitlinie gilt, dass der Weiternutzung und dem Um- und Ausbau von Gebäuden und Bauwerken – soweit wirtschaftlich sinnvoll – Priorität eingeräumt wird. Es ist notwendig, die Sanierung und den Umbau von Gebäuden mit dem Ziel der Bestandserhaltung insgesamt zu steigern. Bauabfälle und Bauteile sollen für ein hochwertiges Recycling getrennt erfasst und verwertet werden. Sofern möglich und wirtschaftlich vertretbar, soll stoffliches Recycling Vorrang vor einer Verfüllung haben. Neue Bauwerke sind von Anfang an so zu konzipieren, dass sie langlebig, leicht sanierbar, schadstoffarm und gut rezyklierbar sind. Zudem sollen klimafreundliche ressourcenschonende Baustoffe, darunter nachwachsende Rohstoffe und Recyclingbaustoffe, deutlich stärker genutzt werden.“
"Zirkuläre Bauwirtschaft: Im Fokus der Erarbeitung auf europäischer Ebene stehen aktuell Normen und Standards, die bis ca. 2026 allgemeine Rahmenbedingungen und Begriffe des zirkulären Bauens und bis ca. 2027 die Themen Rückbau und Wiederverwendung/-verwertung (Sekundärrohstoffnutzung), Zirkularitätsbewertung von Gebäuden sowie den digitalen Gebäuderessourcenpass definieren."
https://www.bmuv.de/fileadmin/Daten_BMU/Download_PDF/Abfallwirtschaft/nationale_kreislaufwirtschaftsstrategie_bf.pdf, Abruf: 9.1.2025
BIM für die Circular Economy - Ein interdisziplinärer Vortrag
mit Beiträgen von:
Paul Musenbrock, Leuphana Universität, Lehrstuhl Prof. Braungart, Lüneburg
Anna Hoffmann, Transformations- und Zukunftsstrategie, Berlin und Hamburg
Michael Falk Müller, Head of BIM Infrastruktur Berlin, Schüßler-Plan Ingenieurgesellschaft mbH
Quantencomputing für die Circular Economy
Workshop auf dem Informatikfestival 24 der Gesellschaft für Informatik in Wiesbaden
Chairs: Prof. Reinhard Kahle und Anna Hoffmann
Der Workshop ist ein Spinn-Off der interdisziplinären Fachtagung "Fast Forward Future - Chancen und Herausforderungen des hybriden Quantencomputings für eine optimierte Transformation hin zu regenerativen Wirtschaftsmodellen und Closed Circular Loops"
Circular Economy umfasst nach der EU-Definition alle Phasen der Wertschöpfung: Von der Produktgestaltung und Produktion bis hin zu Verbrauch, Reparatur, Abfallbewirtschaftung und sekundären Rohstoffen, die in die Wirtschaft zurückgeführt werden.
Für die Umsetzung der zirkulären Strategien wird auf der Deep-Tech-Seite ein "Virtuelles Engineering" benötigt:
"Mit digitalen Lösungen lassen sich komplexe multi-kriterielle Konstruktionsaufgaben und Optimierungsprobleme mit dem Ziel optimaler Ressourcenschonung lösen und ein virtuelles Engineering für die nachgelagerten R-Strategien von Beginn an mitdenken. So wird [...] eine ganzheitliche, vorausschauende Simulation der wirtschaftlichen und ökologischen Performance von zirkulären Lösungen über den gesamten Lebenszyklus möglich."
Quelle: Entwurf der Nationalen Kreislaufwirtschaftsstrategie vom 17.06.2024, S.56, Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz
Welchen Beitrag kann das moderne Quantencomputing für das Virtuelle Engineering oder die Umsetzung der neun R-Strategien leisten?
- Refuse: Reduktion von Rohstoffen, Vermeidung von Abfall durch ressourcenschonende Produktionsprozesse
- Rethink: Reverse Logistics und Materialinnovationen
- Reduce: Erhöhung der Effizienz durch den geringeren Verbrauch von Ressourcen, Materialien und Energie
- Reuse: Wiederverwendung von Produkten oder Produktteilen
- Repair: Reparatur oder Wiederinstandsetzung
- Refurbish: Rückgewinnung von Materialien
- Remanufacture: Aufarbeitung eines Produkts mit Gebrauchtteilen und Neukomponenten
- Repurpose: Entnahme von Produkten und Komponenten für neue Wertschöpfung und neue Funktionen
- Recycle: Rückgewinnung von Materialien
Einführung in das Quantencomputing
Vortrag von Prof. Reinhard Kahle auf dem Informatikfestival 24 der Gesellschafft für Informatik in Wiesbaden für den Workshop "Quantencomputing für die Circular Economy"
Prof. Dr. Reinhard Kahle, Carl Friedrich von Weizsäcker-Zentrum Universität Tübingen
Kann das aktuelle Quantencomputing bei den Herausforderungen für die technische Umsetzungen der Circular Economy und der Nationalen Kreislaufwirtschaft helfen?
Überblick über die Ausgangssituation und die benötigten Transformationsanstrengungen
Vortrag von Anna Hoffmann auf dem Informatikfestival 24 der Gesellschafft für Informatik in Wiesbaden für den Workshop "Quantencomputing für die Circular Economy"
Anna Hoffmann, Consulting für Transformations- und Zukunftsstrategie, Berlin und Hamburg
"Die Vorteile des Quantencomputings für die Circular Economy werden sich voraussichtlich vor allem in der Fähigkeit zur Verarbeitung von sehr vielen Parametern in Echtzeit zeigen. Zum Beispiel in der Lösung von Optimierungsaufgaben, für die verschiedenste dynamische Daten einbezogen werden müssen, die teilweise aus tagesaktuellen Quellen kommen. Damit Hilfestellungen für Fragestellungen gegeben werden können, die mit den hochvolatilen Umgebungsbedingungen der nächsten 10-25 Jahre verknüpft sind, müssen zur Beantwortung alle Faktoren berücksichtigt werden, die einen Unterschied machen können. Die Reduktion auf vermeintlich relevante Parameter, die Tendenz zur Reduktion von Komplexität wird uns in den kommenden Jahren nur bedingt weiterhelfen, denn durch das Tempo der Veränderung könnten morgen Faktoren entscheidend werden, die gestern als "nicht relevant" reduziert oder weggelassen wurden.
In diesem Punkt könnten Quantencomputer einen großen Vorteil gegenüber dem klassischen Computing zeigen. Da Gruppen von überlagerten Qubits komplexe, mehrdimensionale Rechenräume erzeugen, können komplexe Probleme auf neue Weise dargestellt werden. Dadurch könnten Probleme auch neue Herangehensweisen erfahren: Komplexität wird nicht länger reduziert, sondern das Bemühen für korrekte und zielführende Lösungen konzentriert sich auf die vollständige Erfassung von Komplexität. Digitalisierung in der Stufe 5.0 bezieht sich nicht mehr auf eine virtuelle Welt, in der die reale Welt digital nachgebildet wird, sondern fokussiert sich darauf, die reale, veränderlich und kaum zu überschauende Welt mit ihren vielen Veränderungsbedingungen besser durchdringen und verstehen zu können.
Der vielzitierte Quantenvorteil liegt dann nicht allein in einer höhere Geschwindigkeit gegen über den üblichen Computern (dieser vermutete Quantenvorteil konnte bislang noch nicht ausreichend nachgewiesen werden), sondern in der Befähigung zur Unterstützung neuer Fragestellungen, die vielleicht erst durch die sich verändernde Welt mit ihren hochkomplexen, superdynamischen Ereignissen relevant werden. Leben ist ein dynamischer Puls mit chaotischem, nicht linear planbarem Verhalten. Ein weitgehend linearer Prozess kann durch Algorithmen relativ leicht optimiert werden. Einen dynamischen, chaotischen, wechselvollen Prozess besser steuern und handhaben zu können, wird vielleicht die Welt der Quanten benötigen."
Anna Hoffmann 2024
"Weitere Anwendungsbereiche eröffnen sich der Logistikbranche: Quantenrechner werden zukünftig Routen und Transportwege optimieren, weil sie nicht nur die eigentliche Streckenführung, sondern auch die aktuelle Verkehrslage, das Wetter, den Treibstoffverbrauch, die Routen anderer Fahrer*innen, das Wetter oder auch die Erfahrungen aus bisherigen Auslieferungen berücksichtigen können. Parameter, die in ihrer Komplexität klassische Rechner deutlich überfordern." Quelle: Magazin A4 des DIN-Instituts 1/2024
"Man soll die Dinge so einfach wie möglich machen, aber nicht einfacher."
Albert Einstein
"Quantum for Society: Meeting the Ambition of the SDGs"
Studie des World Economic Forum (in collaboration with Accenture) von 9/24
"This new insight report aims to raise awareness of quantum technologies’ power to tackle humanity’s most pressing challenges, from large-scale decarbonization to the design of new solar cells, green fertilizers and advanced health monitoring devices, among others."
Quantum computing: Avoiding the hype while seeking early value
"Since quantum computing is a way of leveraging nature’s operating system, quantum scientists have long anticipated that it would be easier to compute elements that actually happen in nature. This revolutionary idea triggered enthusiasm throughout the scientific community and the hope that quantum computing – when readily available – would play a pivotal role in solving the most pressing sustainability challenges.
It is important to note that quantum computing is expected to work best in three specific domains, with significant environmental and societal opportunities associated with them:
– Molecular simulation and discovery in materials science and biology
– Optimization and risk management in complex systems
– Artificial intelligence and machine learning"
Quelle: "Quantum for Society: Meeting the Ambition of the SDGs", S.9
Circular Economy starten für alle
Workshop auf der re:publica 24 in Hamburg
Prof. Reinhard Kahle und Anna Hoffmann
Ein praktischer Strategieworkshop mit LEGO®, Inspiration und Spaß
"Wir arbeiten mit den strategischen Spielkarten "Circular Economy Basics", die vielfältige Inspirationen bieten, wo wir in unserem beruflichen Alltag wirkungsvoll mit der Transformation zur Circular Economy starten können. Unsere innovativen Ideen setzen wir dann mit LEGO® um und vernetzen sie später."
In dem Strategieworkshop zur Circular Economy gibt es praktische Impulse, wie wir jetzt die Transformation in eine zirkuläre Wirtschaft starten können. Der Blick auf alle Facetten der Lebenszyklusperspektive eines Produkts oder einer Dienstleistung bietet vielfältige Anregungen für innovative Gedanken und Konzepte:
- Design mit neuen Materialen und Design von neuen Materialien
- Innovative Produktgestaltung und Produktfertigung
- Neue Kommunikationsformen
- Innovative modulare Produkte und Dienstleistungen
- Neue Verpackungs- und Präsentationsformen
- Veränderte Nutzungskonzepte
- Zirkuläre Logistik unter Einsatz neuer Formen der Mobilität
- Recycling, Reparierbarkeit und Wiederverwendung von Materialien und Produkten
Die Transformation zum zirkulären Wirtschaften bietet so viele Anknüpfungspunkte, dass jede Person sich mit ihren individuellen Talenten einbringen kann. Die Zukunft kann und soll proaktiv mit einer lebenswerten Perspektive gestaltet werden. Wer eigene Konzepte für die Zukunft entwickeln kann, wird ermutigt und kann der Ohnmacht im Angesicht der Klimaveränderungen eine selbstwirksame Handlung entgegensetzten.
Einblick in Arbeitsergebnisse aus dem Workshop auf der re:publica 24 in Hamburg
Workshopmoderation: Anna Hoffmann
Kurztutorial Serious Gaming zum Thema: Persönliche Jahresretrospektive 24
"Jeder bringt LEGO®, Playmobil®, Knete oder Design Thinking Material vor den Bildschirm zum Gestalten. Gemeinsam gehen wir durch einen individuellen Reflexionsprozess (siehe Video) und tauschen uns über unsere Erkenntnisse aus."
Die Serious Gaming Retro ist Bestandteil des Fast Future Online Kolloquiums,
einer monatlichen Reihe mit vielfältigen Inhalten. Die Teilnahme ist kostenlos.