Chemie 4.0

Export-Weltmeister! Innovations-Champion! Internationales Spitzenniveau!^{1, 2} Die Chemie in Deutschland ist eine starke Branche. Doch bleibt das so?

Das Wettbewerbsumfeld der Chemie steht vor einem Umbruch; Produzenten in Schwellen- und rohstoffreichen Ländern bauen ihre Kapazitäten aus und erweitern ihren Fokus auf Bereiche der Spezialchemie, die bisher oft durch deutsche Exporte abgedeckt werden. Alte Wachstumstreiber wie Globalisierung, Spezialisierung und Fokussierung aufs Kerngeschäft greifen immer weniger. Zudem verändern neue Technologien das Wettbewerbsumfeld, Wirtschafts- und Alltagsleben tiefgreifend. Digitalisierung führt zu schnellen Veränderungen in allen Industrien. Biotechnologie oder Additive Fertigung verändern die Geschäftsbasis der Chemie.

Hinzu kommt der sich bereits seit längerem vollziehende Paradigmenwechsel in den Nachfragestrukturen und gesellschaftlichen Zielsetzungen. Steigende Anforderungen an Ressourceneffizienz und Umweltschutz haben spürbare Auswirkungen auf Konsumgewohnheiten. Die Chemie steht vor elementaren Aufgaben!

Die Studie Chemie 4.0 identifiziert insgesamt 30 Umfeldtrends, die für die chemische und pharmazeutische Industrie in Deutschland bis 2030 von besonderer Bedeutung sein werden. Diese Trends wurden hinsichtlich der zugrundeliegenden Treiber analysiert und bezüglich ihrer voraussichtlichen Tragweite beurteilt.

Die Antwort auf die großen strategischen und strukturellen Herausforderungen der Chemie findet sich in der digitalen Transformation und im zirkulären Wirtschaften – kurz: in der Ära Chemie 4.0. Die Experten von Deloitte erklären die Veränderungen und beschreiben den nötigen Transformationsprozesses für die Branche und Unternehmen.

Wie Digitalisierung die Chemie-Branche verändert

„Die Digitalisierung ist definitiv eine Herausforderung“, warnt Kurt Bock, Präsident des Verbandes der chemischen Industrie (VCI) und Vorstandsvorsitzender der BASF. „Aber“, fügt Kurt Bock hinzu, „sie ist vor allem eine Riesenchance für die Chemie!“³

Disruptionen werden in allen Industrien und Regionen erwartet, wie eine Umfrage von mehr als 3200 Führungskräften in 131 Ländern von Deloitte und dem MIT ergab. Der chemisch-pharmazeutischen Mittelstand in Deutschland hat Digitalisierung daher als strategische Herausforderung angenommen. Mehr als die Hälfte der Führungskräfte der VCI-Mitgliederbefragung der Chemie 4.0 Studie gab an, sich intensiv mit den Auswirkungen der Digitalisierung auf das Unternehmen zu befassen. Die Chemieunternehmen planen daher, in den nächsten drei bis fünf Jahren mehr als eine Milliarde Euro in Digitalisierungsprojekte oder neue digitale Geschäftsmodelle zu investieren.

Digitalisierung verändert die Branche insbesondere durch eine neue Qualität und Tiefe der Verbindung von physischer Welt (wie Anlagen und Produkte) mit der digitalen Welt (Daten). Für die chemische Industrie eröffnet diese Vernetzung zahlreiche Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung und für Geschäftswachstum. Diese Möglichkeiten reichen von transparenten und optimierten Prozessen bis hin zu neuen digitalen Geschäftsmodellen. Daten werden somit zu einem „Rohstoff“ für die Wertschöpfung der Chemie.

Transparenz und digitale Prozesse

Mit der Digitalisierung von Prozessen und gleichzeitiger Sammlung und ersten Nutzung dieser operativen Daten heben Unternehmen Effizienzpotenziale im Rahmen weitgehend unveränderter Produktions- und Geschäftsmodelle. Die Branche ist in dieser Kategorie der Digitalisierung vergleichsweise weit fortgeschritten. Weiteres Effizienzpotenzial kann jedoch durch sechs verschiedene Hebel wie beispielsweise durch eine weitere Automatisierung von Prozessen gehoben werden.

Datenbasierte Betriebsmodelle

Fortgeschrittene Möglichkeiten der Datengewinnung, -verarbeitung, und -verknüpfung von internen und externen Daten ermöglichen die Optimierung von betrieblichen und operativen Geschäftsprozessen. Dies dient zur besseren Entscheidungsfindung und zur Effizienzsteigerung. Die Studie beschreibt acht Digitalisierungshebel, die innerhalb der nächsten Jahre den höchsten Mehrwert zur Umsetzung und Ausgestaltung der datenbasierten Betriebsmodelle in der Chemie liefern werden. Unter anderem:

• Vorausschauende Wartung: Digitale Technologien und speziell zugeschnittene Algorithmen bieten zusätzliches Potenzial, Anlagenausfälle durch die Vorhersage von Wartungsbedarf zu minimieren und die Lebenszeit von Komponenten zu erhöhen.
• Nachfragegetriebene Produktion & fortgeschrittene Vorhersage: Die Nutzung und innovative Vernetzung von Indikatoren aus internen und externen Massendaten, wie beispielsweise aus sozialen Medien, hilft die Nachfrage vorherzusagen und so die Produktionsplanung zu optimieren.
• Intelligente & Virtuelle Fabrik: Das Konzept umfasst Aspekte wie Automatisierung und modulare Produktion, bei der Arbeitsabläufe hoch flexibel sind, bis hin zu einer 3D-Virtualisierung der Produkte und der ganzen Fabrik. So kann der komplette Produktionsprozess, aber auch vor- und nachgelagerte Prozesse wie die Logistik oder die Anwendung des Produkts, quasi in einem „digitalen Zwilling“ erfasst, umfangreich simuliert und das Produktdesign sowie die Produktion selbst annähernd in Echtzeit optimiert werden.
• Direktvertrieb: Digitale Plattformen senken die Kosten des Direktvertriebs und ermöglichen Herstellern somit auch kleinere Bestellungen direkt zu bedienen. Voll digitalisierte Prozesse und fortgeschrittene Datenanalyse ermöglichen es, Produkte und Dienstleistungen weiter zu personalisieren.

Digitale Geschäftsmodelle

Der dritte Nutzungsbereich der Digitalisierung beschreibt Wertschöpfungsstrukturen, die bestehende Prozesse, Produkte oder Geschäftsmodelle fundamental unter Einsatz von digitalen Techniken und Daten verändern. Digitale Geschäftsmodelle ergänzen Produkte und Services zum Nutzen des Kunden digital. Oft geschieht dies nicht durch ein einzelnes Unternehmen allein, sondern in digitalen ökonomischen Netzwerken, in denen verschiedene Anbieter gemeinsam als eine Einheit Lösungen für den Kunden erbringen. Die Kunden sind dabei aktiv eingebunden und spezifizieren ihren jeweiligen Bedarf.

Digitale Geschäftsmodelle befinden sich erst in der Frühphase ihrer Entwicklung in der Chemie. Für die Zukunft der chemischen Industrie in Deutschland bis 2030 kommt den damit verbundenen Themen nach Meinung der Deloitte-Experten aber besonders große Bedeutung zu. Insgesamt werden sechs Hebel zur Entwicklung neuer digitaler Geschäftsmodelle unterschieden:

• Hyper-Personalisierung & Kundenintegration durch systematische Analyse der Kundenwünsche auf Basis der vorliegenden Daten und durch direkte Interaktion mit dem Kunden z.B. auf B2B-Plattformen
• Prozess-Management als Dienstleistung, zum Beispiel bei der Steuerung und Fernwartung von Produktionsanlagen des Kunden einschließlich Echtzeit-Optimierung
• Vernetzte Produkte und Dienstleistungen beschreibt Produkte, die mit Hilfe des Internet of Things Informationen zum Zustand oder Ort über den Lebenszyklus hinweg senden, welche die Chemie ihren Kunden bereitstellen kann oder auf deren Basis Analyse- und Serviceleistungen anbieten kann
• Offene Innovationen, bei denen der eigene Innovationsprozess im Verbund mit anderen Unternehmen (Wettbewerbern, Zulieferern oder Kunden) gemeinschaftlich angelegt ist, ermöglichen den Zugang zu externem Fachwissen, Technologien und Formulierungen. Dies erhöht nicht nur das Innovationspotenzial, sondern dient auch dazu, Innovationen und eigenes Fachwissen aktiv zu vermarkten.
• Additive Fertigung
(auch: 3D-Druck) ermöglicht es Chemieunternehmen, ihre innovativen, druckbaren Materialien anderen Teilnehmern des Netzwerks anzubieten: entweder über neue Kanäle (digitale Plattformen), Partnerschaften oder über Unternehmenszukäufe, die es der Chemie ermöglichen, integrierte Lösungen direkt zu vermarkten.
• Ökonomische Netzwerke, denen unterschiedlichste Partner angehören, die über den schnellen und vernetzten Austausch von Daten verbunden sind, können die Kapazität bzw. Kompetenz eines einzelnen Unternehmens erheblich erweitern und ermöglichen es dem Kunden als eine Einheit eine Gesamtlösung anzubieten. Chemiefirmen müssen diese ökonomischen Netzwerke aktiv nutzen, um neue Geschäftsmodelle zu etablieren.

Die Digitalisierung verändert bestehende Produktionsmodelle, Produktportfolios, Kunden- und Lieferantenbeziehungen sowie Geschäftsmodelle. Die Digitalisierung wird einen erheblichen Wandel für die Chemieindustrie, ihre Kunden, Lieferanten und Partner mit sich bringen. Die systematische Analyse der verschiedenen Ansatzpunkte und Hebel dieser Studie hat jedoch ergeben, dass digitale Geschäftsmodelle der Chemieindustrie erhebliche Chancen bieten.

Warum zirkuläres Wirtschaften für die Chemie ein Muss ist

Klimawandel, Treibhausgasneutralität, Ressourceneffizienz: der Paradigmenwechsel in den Nachfragestrukturen und gesellschaftlichen Zielsetzungen hin zu Nachhaltigkeit machen es nach Erhebungen des VCI und der Deloitte-Experten auch für die chemische Industrie erforderlich, neue Produkte und Geschäftsmodelle im Sinne der zirkulären Wirtschaft zu entwickeln.

Zirkuläre Wirtschaft umfasst alle Beiträge zur Schonung von Ressourcen. So soll zirkuläre Wirtschaft die Ressourceneffizienz in allen Stufen der Wertschöpfungskette und über den gesamten Produktlebenszyklus steigern, also nicht nur in der Chemieindustrie selbst, sondern auch bei Lieferanten, Kunden und Konsumenten. Zusätzlich ist die Erhöhung der Lebensdauer von Produkten und Komponenten anzustreben. Und auch das möglichst weitgehende Schließen von Kreisläufen führt zu erheblichen Nachhaltigkeitseffekten. Zirkuläre Wirtschaft erfordert ein Umdenken: Volumina verlieren an Bedeutung und wertbasierte Preissetzung wird wichtiger.

In einer zirkulären Wirtschaft kann die Chemie beträchtliche Wachstumspotenziale erschließen, indem sie ihre Kunden unterstützt, deren Nachhaltigkeitsziele zu erreichen, oder indem sie das Kerngeschäft um neue, zirkuläre Geschäftsmodelle erweitert. Für die Chemie lassen sich in der zirkulären Wirtschaft sieben Hebel unterscheiden:

(Re-)Design

Bereits bei der Entwicklung und Gestaltung eines Produktes (Zusammensetzung und Produktdesign) müssen alle Aspekte der zirkulären Wirtschaft berücksichtigt werden und über den gesamten Lebenszyklus des Produkts von der Produktion über die Anwendung bis hin zur potenziellen Wiederverwertung optimiert werden. Unterschiedliche Aspekte wie die Recycling-Fähigkeit („Design-to-Recycling“) sowie die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der chemischen Produkte im Herstellungsverfahren des Kunden wie auch in der Anwendung durch den Endkunden („Design-to-Performance“) müssen gesamthaft betrachtet werden.

Ressourceneffiziente und klimaschonende Herstellung

Die Herstellung von Chemikalien und Materialien mit effizientem und klimaschonendem Ressourceneinsatz unter weitgehender Vermeidung von Abfällen über die gesamte chemische Wertschöpfungskette: vom Anlagenmanagement über die Optimierung von Lagerhaltung und Transport bis hin zu einem effizienten Abfall- und Abwassermanagement.

Rücknahme

Die Produzenten verkaufen die Chemikalien nicht, sondern nehmen sie nach der Nutzung durch den Kunden wieder zurück und bereiten sie normgerecht wieder auf (Chemikalien-Leasing). In diesem servicebezogenen, häufig wertbasierten Geschäftsmodell können Chemieunternehmen ihre Materialkompetenz und ihr technisches Fachwissen aktiv in die Optimierung der Produktionsprozesse der Kunden einbringen.

Recycling

Materialien und Chemikalien können auf werkstofflicher Ebene oder auf rohstofflicher Ebene (chemisches Recycling) verwertet werden. Sie werden also entweder mechanisch zerkleinert, gereinigt und sortiert oder in ihre organischen Grundstoffe zerlegt, gefiltert und zu neuen Chemikalien oder Materialien verarbeitet.

Rückgewinnung von Energie

Eine weitere wichtige Komponente der zirkulären Wirtschaft ist die Verwertung von Abfallströmen unter Rückgewinnung von Energie wie Wärme, Dampf oder Strom. Der energetisch genutzte Abfall ersetzt
die fossilen Ressourcen Gas und Öl als Energie-Träger, die stattdessen als Rohstoffe in der chemischen Produktion verwendet werden können.

Reinigung und Reduzierung von Umweltauswirkungen

Die Effekte von Chemikalien, die nach der bestimmungsgemäßen Verwendung in die Umwelt gelangen, müssen minimiert werden. Hierbei sind das biologische Abbaupotenzial von entscheidender Bedeutung sowie die Reduzierung der Restmengen im Abwasser.  

Reststoffbeseitigung

Bis gemeinschaftlich neue tragbare Lösungen gefunden werden, die das Anfallen von Reststoffen vermeiden, ist auch die kontrollierte, ordnungsgemäße Entsorgung der unvermeidbaren „Rest-Industrieabfällen“ ein Aspekt der zirkulären Wirtschaft.

Welche der vorgenannten Verfahren jeweils im Detail Anwendung finden, erfordert eine detaillierte Machbarkeitsanalyse, die nach Maßgabe technischer Optionen unter Abwägung ökologischer, ökonomischer und sozialer Aspekte durchzuführen ist.

Unabhängig vom Hebel sind zirkuläre Lösungen meist durch eine hohe Komplexität und eine große Anzahl benötigter Assets und Fähigkeiten gekennzeichnet. Um technische Kompetenzen zu vernetzen, Innovationsinitiativen zu koordinieren und den Zugang zu Talenten und Ressourcen zu erleichtern, müssen Chemieunternehmen sich für neue Wege öffnen. Erfolgversprechend erscheinen insbesondere jene Geschäftsmodelle, die in ökonomischen Netzwerken und in Partnerschaften mit Wettbewerbern, Unternehmen anderer Branchen sowie weiteren Beteiligten wie Forschungsinstituten arbeiten. 

Digital und zirkulär: Das Beste aus zwei Welten

Eine wachsende Rolle bei allen Aspekten der zirkulären Wirtschaft spielen die Generierung und Analyse digitaler Massendaten sowie deren Austausch mit anderen Unternehmen und weiteren Beteiligten. Die digitale Transformation bietet hier eine Reihe geeigneter Ansatzpunkte. Durch die vielfältigen technischen Möglichkeiten in den Bereichen Konnektivität, Computing und Fertigungstechnologien ergeben sich eine Reihe von Schnittstellen zwischen Digitalisierung und zirkulärer Wirtschaft.

Digitalisierung kann den Ausbau zirkulärer Geschäftsmodelle vor allem bei vier Hebeln ermöglichen, beschleunigen und effizienter gestalten:

(Re-)Design

Detaillierte, digital gesammelte und ausgewertete Nutzungsmuster und spezifische Daten zu Umweltauswirkungen ermöglichen ein verbessertes, datengestütztes Produktdesign. Dadurch erhöhen sich Leistung und Lebensdauer ebenso wie Nutzen und Gebrauchstauglichkeit der Produkte.

Ressourceneffiziente und klimaschonende Herstellung

Bei der Herstellung liegen die relevantesten Schnittstellen zwischen Digitalisierung und zirkulärer Wirtschaft in der Informationstransparenz über den Produktionsprozess. Detaillierte Einblicke in Prozessinformationen sowie deren Simulation und Analyse führen zu optimiertem Prozess-Design und Anlagenauslastungen mit minimalem Ressourceneinsatz.

Rücknahme

Die Datenanalyse von Informationen aus sozialen Netzwerken, Verkaufsdaten, Kundenpublikationen und anderen Quellen ermöglicht die Identifikation von für ein Rücknahme-Geschäftsmodell geeigneten Kunden. Sensoren in der Produktion des Kunden können Chemiefirmen außerdem wichtige Informationen über ihr Produkt liefern und signalisieren, wann dieses getauscht werden muss.

Recycling

Digitale Nachverfolgbarkeit und moderne Sortiertechnologien sorgen für transparente Materialinformationen. Auch eine effiziente digitale Abstimmung der Prozesse von der Abfallerfassung bis zur anschließenden Verwendung erleichtern das Recycling. Ein Beispiel ist die Bauwerksdaten-Modellierung („Building Information Modeling“, BIM), die das Recycling von Bauschutt erleichtert.

Worauf es für Unternehmen jetzt ankommt

Angesichts tiefgreifender technischer, wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Veränderungen muss die chemische Industrie ihr derzeitiges Portfolio von Produkten und Dienstleistungen hinterfragen und ihre Geschäftsmodelle anpassen. Dafür sollte sie den begonnenen Transformationsprozess weiterführen und beschleunigen.

Auch die Politik in Deutschland ist gefordert, diese Anstrengungen industriepolitisch zu flankieren und global wettbewerbsfähige Rahmenbedingungen für die Chemieindustrie zu schaffen. Zentrale Themen sind der Ausbau der technischen Infrastruktur, die Erweiterung der Innovationsförderung und das Schaffen eines gesellschaftlichen Bewusstseins für zirkuläres Wirtschaften.

Die Studie Chemie 4.0 kommt zu dem Schluss, dass sich in den Strukturen künftiger digitaler und zirkulärer Geschäftsmodelle zahlreiche Gemeinsamkeiten finden. Unsere Deloitte-Experten haben für die Unternehmen vier besonders wichtige Handlungsfelder im Transformationsprozess identifiziert:

Strategische Ziele setzen

Digitalisierung und zirkuläre Wirtschaft bieten neue, noch nicht etablierte Wachstumsoptionen, häufig in ökonomischen Netzwerken. Die Zukunftsbedeutung dieser beiden Themen erfordert es, dass sich die chemische Industrie in Deutschland noch intensiver damit beschäftigt, Disruptionen zu erkennen sowie digitale und zirkuläre Geschäftsmodelle früh zu identifizieren, zu bewerten und einzuführen. Unternehmen müssen Digitalisierung, zirkuläre Wirtschaft und Innovation als Bestandteil der Unternehmensstrategie definieren und ihre Wechselwirkung betrachten. Geschäftsmodelle, die von ökonomischen Netzwerken entwickelt werden, bedürfen umfassender Analysen der Anreizstrukturen, Wertbeiträge und Vergütungsstrukturen, auf deren Basis die Chemieunternehmen ihre strategisch beste Rolle identifizieren müssen.

Unternehmenskultur transformieren


Die erfolgreiche Entwicklung und Skalierung neuer Geschäftsmodelle für Digitalisierung und zirkuläre Wirtschaft, gerade auch an der Schnittstelle zwischen beiden Feldern, erfordern Unternehmenskulturen mit Start-up-Charakter. Innovationszyklen werden kürzer, und neue Produkte und Geschäftsmodelle müssen agil und zeitnah umgesetzt werden. Wichtige Bausteine der erforderlichen Unternehmenskultur sind Transparenz und Offenheit, Agilität und Fehlertoleranz sowie eine Kultur der Kooperation und Kommunikation auch über Unternehmensgrenzen hinweg.

Große Teile des Geschäftsmodells der chemisch-pharmazeutischen Industrie basieren darüber hinaus auf dem Schutz von geistigem Eigentum: Dies stellt ein weiteres mögliches Hemmnis für einen schnellen Kulturwandel in Richtung Offenheit und Kooperation über Unternehmensgrenzen hinaus dar. Hier gilt es, offen zu diskutieren.

Ressourcen ausbauen

Digitale und zirkuläre Geschäftsmodelle erfordern zusätzliche Kompetenzen; besonders technische und Netzwerkkompetenz gewinnen an Bedeutung. Die Chemieindustrie hat eine gute Startposition, da ihr Kerngeschäft durch komplexe Wertschöpfungs- und Verbundstrukturen sowie Kooperationen von großen Unternehmen mit mittelständischen Spezialisten geprägt ist. Diese Kompetenzen und Strukturen der Chemie müssen jedoch durch kontinuierliche bedarfs- und zielgruppengerechte Bildungsmaßnahmen erweitert sowie durch gezielte Mitarbeitergewinnung ergänzt werden, um noch vorhandene Barrieren zu überwinden und Wachstumschancen voll auszuschöpfen. Dies erfordert eine attraktive Arbeitgeberpositionierung der Chemie. Der Ausbau der Ressourcen erfordert hohe Investitionen in Bildung, Sachkapital und Software.

Chancen nutzen

Digitale und zirkuläre Geschäftsmodelle erfordern weitreichende Kooperationen und ökonomische Netzwerke innerhalb der chemischen Industrie, aber auch über Industriegrenzen hinaus. Die chemische Industrie sollte den Aufbau von Plattformen zum Wissensaustausch und zur Anbahnung von Partnerschaften innerhalb der Industrie fördern, sich
als offener und attraktiver Partner für Start-ups und Technologiefirmen positionieren und Forschungskooperationen ausbauen. Das für den Erfolg in der Digitalisierung erforderliche Netzwerk-Denken und -Handeln sollte sich auch auf die Zusammenarbeit mit gesellschaftlichen Stakeholdern beziehen.

Unser Service

Chemie 4.0 - Unser Deloitte Angebot

Auch in der Ära Chemie 4.0 wird die Branche der klassische Lieferant von Werkstoffen bleiben. Die vielen disruptiven Veränderungen lassen aber keinen Zweifel: Vor den Chemieunternehmen liegen große Herausforderungen – und zahlreiche Chancen!

Unternehmen der Chemie müssen Disruptionen in ihrem Umfeld früh erkennen, weitreichende Kooperationen in ökonomischen Netzwerken aufbauen, und neue digitale und zirkuläre Geschäftsmodelle entwickeln in denen die Rolle als Dienstleister immer wichtiger wird. 

Deloitte hilft Unternehmen bei diesem Transformationsprozess.

Der Chemie 4.0 Health Check ist eine effiziente und effektive Methode, einen Einstieg zu finden für Firmen, die sich noch nicht im Detail mit dem Thema beschäftigt haben, eignet sich aber auch für Unternehmen, die schon tiefer im Thema sind, um ihren Stand zu beurteilen und mögliche offene Punkte zu identifizieren. 

Die Diagnostik zeigt in einem ersten Schritt auf, inwieweit die Geschäfte Ihres Unternehmens von den 30 Trends der Chemie 4.0 Studie betroffen sind und welche Chancen und Risiken sich daraus generell ergeben und welches Potenzial für neue Geschäftsmodelle durch die Digitalisierung und die zirkuläre Wirtschaft in diesem Kontext möglich ist. Parallel dazu wird das Effizienzsteigerungspotenzial durch die Digitalisierung durch neue digitale Betriebsmodelle spezifisch für das Unternehmen bestimmt.

Sprechen Sie uns an und gestalten Sie mit uns die Zukunft Ihres Unternehmens!

[1] https://www.vci.de/themen/wirtschaft-handel/aussenwirtschaft/listenseite.jsp

[2] https://www.vci.de/presse/pressemitteilungen/steuerliche-forschungsfoerderung-ist-ueberfaellig-vci-zum-gutachten-expertenkommission-forschung-innovation-efi.jsp

[3] https://www.vci.de/themen/bundestagswahl/industriepolitik/politik-ist-etwas-das-uns-alle-betrifft-vci-praesident-kurt-bock-im-interview.jsp

[4] https://www2.deloitte.com/nl/nl/pages/deloitte-digital/artikelen/aligning-the-organization-for-its-digital-future.html