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1 INITIALKONZEPT zur Bewerbung im Förderprogramm Zwanzig20 Partnerschaft durch Innovation Ein Zukunftsmodell für Traditionsbranchen in der vierten industriellen Revolution Projektkonsortium Chemnitz, 2. April 2013 unter Leitung des Sächsischen Textilforschungsinstituts e. V.

2 Inhaltsverzeichnis 0 Zusammenfassung Beschreibung des Problemraumes Problemstellung Herausforderung Industrie Potenziale futuretex Forschungsstrategie (F) Ressourceneffizienz und Kreislaufwirtschaft (F1) Energieeinsparung Materialeffizienz Nachwachsende Rohstoffe Umweltschutz Recycling Kundenintegrierte flexible Wertschöpfungsketten und Smart Factory (F2) Textilfabrik der Zukunft Mass Customization Neue Geschäftsmodelle Hybride Wertschöpfung Textile Zukunftsprodukte mit neuen Funktionen und Anwendungen (F3) Smart Textiles und gedruckte flexible Elektronik Textile Systemlösungen für ehealth Textile Flächen als Funktionselement im Membranbau Hochleistungscomposites und Hybridwerkstoffe Vliesstoffe für Brennstoffzellen und Batterien Textilien für den Umweltschutz Technologien gegen Produkt- und Markenpiraterie Markt und Wettbewerb Textilmaschinenbau

3 3.2 Textilien und Bekleidung Technische Textilien Wissens- und Innovationsmanagement (W) Interner Innovationsdialog (W1) Externer Innovationsdialog (W2) Transferforum (W3) Ziele und Maßnahmen Vision Mittel- und langfristige Ziele Strategieunterstützende Maßnahmen (M) Meilensteinplanung bis Ende der Phase Kompetenzen und Struktur des Konsortiums Das Konsortium Kompetenzen SWOT-Analyse Quellennachweis Verzeichnis zitierter Quellen Weitere genutzte Quellen

4 0 Zusammenfassung Initialkonsortium Name: futuretex Ein Zukunftsmodell für Traditionsbranchen in der vierten industriellen Revolution Konsortialführung: Sächsisches Textilforschungsinstitut e.v. (STFI) Annaberger Str. 240, Chemnitz Konsortium: 142 Mitglieder, davon 97 Unternehmen, 35 Forschungseinrichtungen, 8 Verbände und Vereine, und 2 sonstige Einrichtungen aus 28 verschiedenen Branchen und Disziplinen (vgl. Abschnitt 6.1) Konsortialkomitee: 15 Personen aus 15 Institutionen, davon 6 Unternehmen (Autoren des Initialkonzeptes, vgl. Abschnitt 6.1) Vision Das Konsortium verfolgt das Ziel, die führende Position bei der Umsetzung der vierten industriellen Revolution im Textilmaschinenbau und in der Textilindustrie zu erringen und damit bis 2030 das modernste textilindustrielle Wertschöpfungsnetzwerk Europas aufzubauen. Zukunftsproblem Ein Hauptanliegen der Hightech-Strategie der Bundesregierung ist es, die Wettbewerbsfähigkeit und technologische Spitzenposition der deutschen Industrie zu sichern und auszubauen. Die wichtigsten Herausforderungen bestehen dabei in der aktiven Gestaltung der vierten industriellen Revolution und in der Durchsetzung ressourceneffizienter Produktionsprozesse. Daher gilt das Modell Industrie 4.0 als Richtschnur für alle perspektivreichen Branchen. Auf dieser Basis verfolgt das Konsortium das Ziel, am Beispiel des Textilmaschinenbaus und der Textilherstellung eine gemeinsam von der Ausrüster- und Anwenderindustrie getragene Strategie zu erarbeiten und zu realisieren, um damit für Traditionsbranchen in einem Hochlohnland den Standort nachhaltig zu sichern. Mit dem Zukunftsmodell futuretex sollen zugleich Impulse für all jene Industriesektoren gesetzt werden, die durch die Globalisierung von einem radikalem Strukturwandel und einer Schrumpfung betroffen waren und sind. Mit dem gemeinsamen Vorgehen stellen sich der Textilmaschinenbau und die Textilindustrie das Ziel, sich zum Leitanbieter sowohl für die Textilfabrik der Zukunft als auch für den Wachstumsmarkt der innovativen technischen Textilien zu entwickeln. 3

5 Chancen und Potenziale Die zukünftige Standortsicherung der deutschen Textilproduktion kann sich vor allem auf folgende Chancen und Potenziale stützen: Die vierte industrielle Revolution führt zu einem tiefgreifenden Wandel der Industrieproduktion (Individualisierung, Flexibilisierung, Kundenintegration usw.) und damit zu qualitativ neuen Grundlagen auch für bislang schrumpfende Branchen und deren Perspektiven in einem Hochlohnland. Der deutsche Textilmaschinenbau trifft weltweit auf einen stetig wachsenden Markt. Der Hauptmarkt der deutschen Textilindustrie ist das dynamisch wachsende Segment der technischen Textilien. Deutschland gilt international auf diesem Gebiet als Leadmarket. Der Markt für technische Textilien ist in vielfältige Nischen und Anwendungsfelder unterteilt. Der Markteintritt erfolgt primär über Innovationen. Daraus ergeben sich vor allem für kleine und mittlere Unternehmen umfangreiche Optionen für eine Diversifikation in profitablere Geschäftsfelder. Stärken und Kompetenzen Das Konsortium konzentriert sich bei seinem Initialkonzept auf die Bundesländer Sachsen und Thüringen. Hier arbeiten über 80 % der Beschäftigten sowohl des Textilmaschinenbaus als auch der Textilindustrie. Damit gehört diese Region zu den vier wichtigsten Branchenzentren in Deutschland. Der Strategie des Konsortiums liegen hauptsächlich folgende Stärken und Kompetenzen zugrunde: Der deutsche Textilmaschinenbau besitzt weltweit die eindeutige Marktführerschaft. Die deutsche Textilindustrie hat sich in einem längeren Prozess von einem Massenhersteller von Bekleidung und Heimtextilien zu einem Spezialproduzenten von innovativen technischen Textilien umprofiliert. Heute ist die deutsche Branche im globalen Wachstumsmarkt der technischen Textilien der führende Anbieter. Die Textilindustrie in Sachsen und Thüringen hat sich seit 1995 durchgängig positiver entwickelt als der gesamtdeutsche Branchendurchschnitt. Besondere Stärken der Textilregion bestehen in dem hohen Innovations- und Kooperationsgrad, der regionalen Nähe zu wichtigen Kunden- und Partnerbranchen sowie den reichhaltigen Erfahrungen im Management von Innovationsnetzwerken. Leitspruch Die Menschen, die es in dieser Welt zu etwas bringen, sind Menschen, die Ausschau halten nach den Umständen, die sie benötigen; und wenn sie diese nicht antreffen, erschaffen sie sie selbst. Georg Bernhard Shaw ( ) 4

6 1 Beschreibung des Problemraumes 1.1 Problemstellung Die Bundesregierung hat mit der Hightech-Strategie 2020 das Ziel gestellt, Deutschland zum Vorreiter bei der Lösung globaler Herausforderungen zu machen. Mit diesem Vorgehen soll nicht nur die Lebensqualität vieler Menschen verbessert, sondern auch in Deutschland Wohlstand und qualifizierte Arbeit gesichert werden. Ein zentrales Problem bildet dabei sowohl bei den Schlüsseltechnologien (Produktionstechnologien) als auch bei den Zukunftsprojekten (Industrie 4.0) die perspektivische Standortsicherung der Industrieproduktion in Deutschland. Im Vergleich zu anderen Ländern hat Deutschland konsequent auf seine industrielle Produktionsstärke und auf innovative Technologien gesetzt. Heute gilt die Industrie als das Rückgrat der deutschen Wirtschaft. Zugleich konnte Deutschland seine Führungsrolle als Fabrikausrüster der Welt behaupten. Um diese Position weiterhin im globalen Wettbewerb zu sichern, muss die Industrie vor allem die mit der vierten industriellen Revolution verbundenen Herausforderungen offensiv meistern. Im Mittelpunkt stehen dabei die Entstehung, Nutzung und Verbreitung des Internets der Dinge und Dienste sowie von Cyber-Physical Systems (CPS) und Smart Factorys. Daraus resultieren wiederum völlig neue Aufgaben und Lösungsansätze für die Ressourcen- und Energieeffizienz, den demographischen Wandel und eine urbane Produktion. Zur deutschen Industrie gehören auch zahlreiche Branchen, die in den letzten Jahren und Jahrzehnten kontinuierlich geschrumpft sind. Für die Mehrzahl dieser Industriesektoren resultiert dies nicht aus einem rückläufigen Markt, sondern aus den Veränderungen der internationalen Arbeitsteilung. Mit der Entwicklung zur Smart Factory und zu intelligenten Wertschöpfungsnetzwerken entstehen auch für diese Branchen qualitativ neue Chancen, um in einem Hochlohnland nicht nur die Wettbewerbsfähigkeit zu sichern, sondern auch den Schrumpfungs- in einen moderaten Wachstumsprozess überzuleiten. Das Konsortium futuretex stellt sich deshalb zum Ziel, am Beispiel der Textilindustrie wesentliche Bausteine eines Zukunftsmodells für schrumpfende Branchen zu schaffen. Diese Aufgabe soll durch ein interdisziplinäres Team Maschinenbau, Textiltechnik, Elektronik, Informatik, Betriebswirtschaftslehre gelöst werden. Im Vordergrund stehen dabei folgende Themenfelder und Zukunftsaufgaben: Erhöhung der Ressourceneffizienz und Durchsetzung eines ökologisch nachhaltigen Gesamtprozesses nach dem Kreislaufprinzip, Aufbau von Smart Factorys und kundenorientierter flexibler Wertschöpfungsketten, Entwicklung von textilen Zukunftsprodukten mit qualitativ neuen Funktionen und Anwendungsfeldern. 5

7 1.2 Herausforderung Industrie 4.0 CPS und Smart Factory Die kommende vierte industrielle Revolution wird vor allem durch zwei Innovationstreiber geprägt: die rasche Zunahme der Leistungsfähigkeit und der Anzahl eingebetteter softwareintensiver Systeme und die Herausbildung des Internets der Dinge und Dienste als neue Infrastruktur der Produktion von morgen. Beide Entwicklungen wachsen zu Cyber- Physical-Systems (CPS) zusammen. Die Anwendung von CPS in der Industrie führt schließlich zur Fabrik der Zukunft bzw. zur Smart Factory oder zu Cyber-Physical Production Systems (CPPS). Smart Factorys zeichnen sich vor allem dadurch aus, dass die Produkte ihren Herstellungsprozess selbst steuern und auch ihre eigene Qualitätskontrolle übernehmen (dezentrale Selbstorganisation statt zentraler Steuerung), die Fertigungsanlagen in Echtzeit auf Veränderungen am Markt oder in der Lieferkette reagieren, eine vernetzte Produktion in übergreifenden Wertschöpfungs- und Logistikketten möglich wird, die digitale Durchgängigkeit des Engineering über den gesamten Lebenszyklus des Produktes gewährleistet ist, sie hohe Einsparpotenziale an Ressourcen und Energie besitzen, die Fertigung von maßgeschneiderten individuellen Produkten (Losgröße 1) zu vergleichbaren Bedingungen der Massenproduktion realisierbar wird, sie zu neuen kollaborativen Formen der Arbeitsorganisation und der Mensch- Maschine-Interaktion führen. Ziele und Stärken der deutschen Industrie Die deutsche Industrie ist für die Meisterung der vierten industriellen Revolution gut gerüstet und besitzt beste Voraussetzungen, um sich mittels einer dualen Strategie zum Leitanbieter und zum Leitmarkt für CPPS zu entwickeln. Diese Zielsetzung gründet sich auf folgende ausgewiesene Stärken der deutschen Industrie /1/, S. 10: Weltmarktführerschaft in vielen Teilbranchen der Industrie, Innovationsführerschaft in Embedded Systems und Industrial IT, qualifizierte und hoch motivierte Beschäftigte, kurze Wege zu und teilweise intensive Kooperation mit Kunden und Lieferanten, leistungsfähige Forschungs- und Ausbildungseinrichtungen. Besonders im Maschinen- und Anlagenbau sind zahlreiche Unternehmen weltweit technisch führend und damit in der Lage eine Leitanbieterposition aufzubauen. Zugleich kommt es darauf an, in der Anwenderindustrie Pilotprojekte von CPPS aufzubauen. Dabei gilt es, Methoden und Wege zu finden, die mittelständische Industrie beim Aufbau und beim Betrieb von CPPS frühzeitig einzubinden. /1/, S. 23 6

8 Expertenmeinungen Cyber-Physical Systems gewinnen weltweit an Bedeutung. Sie werden ein kritischer Erfolgsfaktor für die Zukunftsfähigkeit des Produktionsstandortes Deutschland sein. Es kommt darauf an, Deutschland als Ausrüster in eine internationale Spitzenposition zu bringen, um neue zukunftsfähige Arbeitsplätze in unserem Land zu schaffen. Wir dürfen nicht abwarten, bis uns die Entwicklungen aus den USA und Asien überholen. Bundesministerium für Bildung und Forschung /2/, S. 53 Nur wenn Deutschland das Innovationspotenzial des Internets der Dinge konsequent nutzt, kann es in der ersten Liga mitspielen. Bildung und Ausbildung sind dafür eine entscheidende Voraussetzung. [ ] Aufgrund des großen Geschäftspotenzials und der guten Ausgangsposition der deutschen Wirtschaft in relevanten Anwendungen ist der Beschäftigungseffekt positiv. Bundesverband der Deutschen Industrie /3/, S. 54 Wirtschaftlicher und industrieller Strukturwandel Deutschland gehört zu den bedeutendsten Industrienationen der Welt. Der Anteil des verarbeitenden Gewerbes an der Bruttowertschöpfung liegt mit 22 % deutlich über dem Wert anderer Länder (Frankreich und Großbritannien 10 %, Italien 16 %). Mit dieser Dominanz konnte das produzierende Gewerbe 2011 einen Handelsüberschuss von mehr als 200 Milliarden Euro erzielen. Die Stärke der deutschen Industrie stützt sich vor allem auf: eine gewachsene Spezialisierungsstruktur, einen hohen Anteil an forschungsintensiven Gütern und Leistungen, ein ausgewogenes Verhältnis von Klein-, Mittel- und Großunternehmen, herausragende Kompetenz in ausgewählten hochwertigen Technologien wie Maschinen- und Fahrzeugbau, Chemie und Elektrotechnik. Diese Stärken kennzeichnen auch immer mehr die ostdeutsche Industrielandschaft. So stieg der Anteil der Industrie an der Bruttowertschöpfung in den neuen Ländern von 11,8 % im Jahr 1994 auf 16,3 % im Jahr Trotz der starken Stellung der Industrie innerhalb der deutschen Wirtschaft ist ihr Gewicht wie in anderen Ländern auch gesunken. Der Anteil an der Bruttowertschöpfung ging von 36,5 % im Jahr 1970 auf 23 % im Jahr 2000 zurück. Seither hat sich diese Quote stabilisiert. Der Strukturwandel zeigt sich noch deutlicher im Wachstum bzw. Schrumpfen einzelner Sektoren innerhalb der Industrie. Für die Mehrzahl der schrumpfenden Branchen resultiert dies nicht aus einem rückläufigen Markt, sondern aus den Veränderungen der internationalen Arbeitsteilung. Davon betroffen waren und sind die Herstellung von Fotoapparaten und Kameras, Geräten der Unterhaltungselektronik, Spielwaren, Musikinstrumenten, Feinkeramik, Möbeln, Lederwaren, Schiffen, Stahl, Papier sowie Gießereien, das Ernährungsgewerbe und letztlich auch die Textil- und Bekleidungsindustrie. 7

9 Trendwende für schrumpfende Branchen Vom internationalen Kostenwettbewerb waren und sind vor allem jene Branchen und Unternehmen betroffen, die einen relativ hohen Arbeitskostenanteil aufweisen und in großen Stückzahlen produzieren. Die Gegenstrategie bestand zuerst in der Produktivitätssteigerung und in der Verlagerung von Teilen der Produktion. Im Laufe eines längeren Prozesses haben diese schrumpfenden Branchen einen grundlegenden Wandel vollzogen. Die große Mehrheit der Unternehmen hat einen Innovationsvorsprung aufgebaut und sich konsequent spezialisiert. Zugleich haben sie sich immer mehr auf solche Wettbewerbsvorteile wie Kundennähe, Servicequalität sowie Flexibilität und Reaktionsschnelligkeit konzentriert. In all diesen Branchen ist heute die Restrukturierung so weit fortgeschritten, dass es kaum noch ein Unternehmen gibt, das sich nicht auf die veränderten Markt- und Wettbewerbsbedingungen eingestellt und seine Unternehmensstrukturen entsprechend reorganisiert hat /4/, S. 29. Während die Bekleidungsindustrie weiter schrumpfen wird, konnte in der Textilbranche mit einem weiter steigenden Anteil der technischen Textilien der langjährige Rückgang der hiesigen Produktion gestoppt und sogar umgekehrt werden /5/, S. 12. Auf der Grundlage der bisher geleisteten Restrukturierung und durch die zielgerichtete Nutzung der mit der vierten industriellen Revolution verbundenen Chancen kann in den meisten der bisher stagnierenden oder schrumpfenden Branchen eine Trendwende erreicht werden. 1.3 Potenziale futuretex Textilindustrie im Umbruch Die Textil- und Bekleidungsindustrie ist weltweit ein Wachstumsmarkt. Dies resultiert u. a. aus der Zunahme der Bevölkerung. Mit der fortschreitenden Globalisierung verlagerten die arbeitsintensiven Branchenbereiche, insbesondere die Bekleidungsindustrie, ihre Produktion in Niedriglohnländer. So stammen heute in Deutschland nur noch 5 % der im Inland verkauften Bekleidung aus heimischen Produktionsstätten. In der kapitalintensiven Textilindustrie ist der Schrumpfungsprozess wesentlich langsamer verlaufen. Zugleich hat sich innerhalb der Textilbranche in den letzten 20 Jahren die neue und stetig wachsende Produktgruppe der technischen Textilien herausgebildet. Dieser Sektor ist seit Mitte der 90er Jahre um rund 40 % gewachsen. Im Mittelpunkt von futuretex stehen deshalb die Textilindustrie und das Wachstumsfeld der technischen Textilien. 8

10 Umfang und Position der deutschen Branche Die europäische Textil- und Bekleidungsindustrie erwirtschaftete 2010 mit 1,9 Mio. Beschäftigten in Unternehmen einen Umsatz von 172 Mrd. Euro. Rund 75 % der Produktion entfallen auf die Länder Italien, Frankreich, Großbritannien, Deutschland und Spanien. Die führende Position mit einem Umsatz von 27 Mrd. Euro hat die deutsche Branche inne. Die deutsche Textil- und Bekleidungsindustrie besteht aus etwa vorwiegend kleinen und mittleren Unternehmen mit ca Mitarbeitern im Inland und Mitarbeitern im Ausland. Bei den Exporten nimmt Deutschland nach China und Italien weltweit den dritten Platz ein. Die deutsche Branche konnte im Zeitraum von 1970 bis 2012 die Exportquote von 10 auf 44 % steigern. Kooperationskreis und Innovationsfeld Textil Die Textil- und Bekleidungsindustrie ist nicht der einzige Anwender textiler Technologien. Dies erfolgt auch in Unternehmen, die nicht zur Branche gerechnet werden. Zum engeren Kooperationskreis der Textilindustrie gehören wichtige vor- und nachgelagerte Sektoren sowie der Textilmaschinenbau als Fabrikausrüster. Tabelle 1: Textilindustrie in Deutschland (Quelle: /6/, S. 5) Beschäftigte 65 Mrd. Umsatz Unternehmen Textil- und Bekleidungsindustrie Textilhandel Textil-Service , Textilmaschinen ,8 120 Fahrzeugbau- Zuliefererindustrie Chemiefaserindustrie Andere Wachstumsmarkt technischer Textilien Seit rund 20 Jahren wächst die weltweite Nachfrage nach technischen Textilien um 3 5 % pro Jahr. Das globale Markvolumen liegt aktuell bei ca. 130 Mrd. Dollar. Technische Textilien entwickeln sich immer mehr zu Werkstoffinnovationen für andere Industriezweige. Dazu gehören vor allem Kunststoffverarbeitung (faserverstärkte Kunststoffe), Bauwesen (Geotextilien, textile Architektur, textile Bewehrungen), Maschinen- und Anlagenbau (Filter, Schleiftechnik, Walzbezüge, Dämpfungselemente, Reinigungstextilien), Auto-, Flugzeug-, Bahnindustrie (Sitzsysteme, Schallisolierung, Frachtnetze und -behälter), Medizin 9

11 (Implantate, Prothesen, Ersatzhaut, Biofunktionstextilien, sensorbasierte Textilien zur Messung von Vitalfunktionen) sowie weitere Einsatzgebiete des textilbasierten Leichtbaus. Deutschland ist heute bei der Entwicklung und Herstellung von technischen Textilien Weltmarktführer. Am Weltexport besitzt die deutsche Branche einen Anteil von 12,5 % gefolgt von den USA mit 10,8 % und China mit 8,8 %. Der Umsatz betrug ,8 Mrd. Euro. Weitere 2,5 Mrd. Euro wurden mit der Konfektion technischer Textilien erwirtschaftet. Mit dieser Entwicklung hat sich dieser Sektor innerhalb von 25 Jahren nicht nur zum dynamischsten sondern auch zum dominierenden Bereich der Branche entwickelt. 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Abbildung 1: Anteil technischer Textilien am Umsatz der deutschen Textil- und Bekleidungsindustrie (Quelle: eigene Darstellung, /7/ S. 45, /5/ S.4, /8/ S. 26) Diese erfolgreiche Entwicklung wurde und wird dadurch begünstigt, dass viele Abnehmerbranchen vor Ort produzieren und dass die deutsche Industrie besonders gut verschiedene industrielle Sparten für komplexe Produktlösungen integrieren kann; dieser branchenübergreifende Produktionsverbund ist ein strategischer Vorteil Deutschlands gegenüber anderen Standorten. /5/, S. 4 Innovationskraft und -fähigkeit Die deutsche Textilindustrie verfügt mit 16 interdisziplinär aufgestellten Forschungsinstituten über ein in Europa einmaliges kreatives Potenzial. Mit dem Vormarsch der technischen Textilien hat der Innovationsgrad erheblich zugenommen. So lag 2009 der Umsatzanteil durch Produktneuheiten mit über 25 % weit über dem Industriedurchschnitt (/9/, S. 1). Zugleich hat sich, insbesondere bei der Produkt- und Technologieentwicklung die Vernetzung der Textilindustrie deutlich verstärkt. Eine Analyse von 135 textiltechnischen Forschungsprojekten, die im Zeitraum initiiert wurden, ergab, dass nur bei 17 % der Vorhaben ausschließlich Textilunternehmen vertreten waren. Bei 60 % waren Unternehmen der Textilindustrie, des Maschinenbaus und von Anwenderbranchen beteiligt. Dieser Wissen-Spillover zeigt, dass sich die Textilforschung ganz offensichtlich zu einem wichtigen Zweig der branchenübergreifenden Materialforschung entwickelt hat. /7/, S

12 Kernregion Sachsen-Thüringen Die ostdeutsche Textil- und Bekleidungsindustrie umfasste Unternehmen (über 20 Mitarbeiter) mit Beschäftigten. Davon arbeiten rund 86 % allein im Raum Sachsen-Thüringen. Diese Region gehört heute zu den vier wichtigsten Zentren der deutschen Textilindustrie. Nach der Wiedervereinigung ging die Zahl der Beschäftigten um 92 % zurück. Trotz dieses beispiellosen Umbruchs ist es in der Folgezeit gelungen, einen hochinnovativen und zukunftsfähigen Branchenkern zu sichern und zu festigen. So hat sich die Textilindustrie in Sachsen und Thüringen ab 1995 insgesamt positiver entwickelt als der gesamtdeutsche Durchschnitt. Dieser Erfolg resultiert in hohem Maße aus einer intensiven und systematischen Innovationstätigkeit. So stellte die Universität Rostock in einer Studie fest, dass vor allem die sächsische Textilindustrie durch clusterstrategische Ansätze eine gegen den bundesdeutschen Schrumpfungstrend laufende positive Entwicklung zeigt und durch neue Produkte und Erschließung von Nischenmärkten eine Umprofilierung zur High-Tech- Branche realisieren konnte. /10/ Die Textilregion Sachsen-Thüringen kann sich heute auf folgende Stärken stützen: Existenz eines echten Clusters, d. h. eines relativ geschlossenen textilen Komplexes in hoher regionaler Konzentration mit allen Produktionsstufen und Produktbereichen sowie mit leistungsstarken Forschungs- und Bildungseinrichtungen (5 Textilforschungsinstitute, 1 Institut des Textilmaschinenbaus sowie 2 Standorte der Hoch- und Fachschulausbildung). Frühzeitige Neuorientierung der Forschungsinstitute und zahlreicher Unternehmen auf neue Technologie-, Produkt- und Einsatzfelder. Präsenz wichtiger Kunden- und Partnerbranchen für technische Textilien (Automobil, Maschinenbau, Kunststoffverarbeitung, u. a.) in der Region. Hoher Kooperationsgrad und umfangreiche Erfahrungen beim Aufbau von Innovationsnetzwerken (InnoRegio, Wachstumskerne, Innovationsforen, ZIM-Netzwerke). Expertenmeinungen Durch zahlreiche Innovationen hat sich die deutsche Textilindustrie in vielen Marktnischen weltweit einen Namen gemacht. Gerade aus Branchen wie der Medizintechnik, dem Fahrzeugbau oder der Logistik sind technische Textilien made in Germany nicht mehr wegzudenken. Das verbreitete Bild der Textilindustrie als Lowtech-Sektor gilt für Deutschland nicht. Institut der deutschen Wirtschaft /11/. Etwas abseits der Aufmerksamkeit der Technologiepolitik sind neue Technologiefelder entstanden, wie etwa im Bereich der technischen Textilien. Diese haben mittlerweile zahlreiche Hightechanwendungen u. a. im Automobilbau, in der Bauindustrie oder der Medizintechnik gefunden. Diese Anwendungen ermöglichten es insbesondere auch zahlreichen 11

13 mittelständischen Unternehmen der Textilindustrie, durch die Besetzung neuer Marktfelder ihre internationale Wettbewerbsfähigkeit zu behaupten bzw. wieder herzustellen. Rheinisch-Westfälisches Institut für Wirtschaftsforschung /7/, S Deutschland ist der Innovationsmotor im textilen Sektor. ifo Institut für Wirtschaftsforschung /12/ Deutsche Unternehmen sind im Segment der technischen Textilien weltweit führend. Dies wird dadurch begünstigt, dass viele Abnehmerbranchen vor Ort produzieren und dass die deutsche Industrie besonders gut verschiedene industrielle Sparten für komplexe Produktlösungen integrieren kann; dieser branchenübergreifende Produktionsverbund ist ein strategischer Vorteil Deutschlands gegenüber anderen Standorten. Deutsche Bank /5/. Ostdeutscher Maschinenbau im Aufwind Der ostdeutsche Maschinen- und Anlagenbau hat sich in den letzten zehn Jahren zu einem Stützpfeiler des Aufbaus Ost /13/, S. 1 entwickelt. So konnte die Zahl der Beschäftigten von Mitte der 90er Jahre auf heute gesteigert werden. Auch der Umsatz verdoppelte sich in diesem Zeitraum. Die Exportquote liegt bei rund 40 %. Vor allem die traditionellen mittelständischen Unternehmen, die seit 150 Jahren Maschinen und Anlagen in Ostdeutschland produzieren, gelten als Keimzelle für Wachstum und Beschäftigung in der Zukunft. /14/ Weltmarktführer Textilmaschinenbau Der deutsche Textilmaschinenbau ist mit Abstand der größte Anbieter auf dem Weltmarkt. Rund Mitarbeiter erwirtschafteten 2011 einen Umsatz von 3,5 Mrd. Euro. Davon wurden 3,3 Mrd. Euro, d. h. 95 %, exportiert. Die nächst größeren Lieferländer sind Japan mit 2,2, Italien mit 1,7 und China mit 1,6 Mrd. Euro. Der Weltmarktanteil Deutschlands liegt damit bei 25 %. Diese Spitzenposition konnte der deutsche Textilmaschinenbau seit 50 Jahren verteidigen und ausbauen. In dieser Zeit mussten vielfältige Herausforderungen gemeistert werden. Das betraf und betrifft vor allem die Verschiebung der Nachfrage nach Asien, die erhebliche Verkürzung der Lieferfristen, der Trend zum Systemanbieter und die Kombination der Produktion mit einem zunehmenden Angebot an Dienstleistungen. 2 Forschungsstrategie (F) 2.1 Ressourceneffizienz und Kreislaufwirtschaft (F1) Globale Herausforderungen wie der Klimawandel und das Bevölkerungswachstum ziehen weltweit eine steigende Nachfrage nach Energie und Rohstoffen nach sich. Um die Lebensgrundlage für zukünftige Generationen zu erhalten, ist ein Wandel von erdölbasierten 12

14 hin zu energie- und rohstoffeffizienten biobasierten Produktionsprozessen einzuleiten. Damit direkt im Zusammenhang stehen die weltweite Rohstoffverknappung, die zunehmende Umweltbelastung durch Produktion und/oder Transport sowie das steigende Abfallaufkommen (aus Produktion und nach Gebrauch). Vor diesem Hintergrund wird der schonende und zugleich effiziente Umgang mit Ressourcen auch für die deutsche Textilindustrie immer mehr zu einer Schlüsselfrage ihrer Wettbewerbsfähigkeit und Zukunftsexistenz. Erhebliche Potenziale bestehen auch in maßgeschneiderten Lösungen entlang der textilen Kette, also nicht nur in der Prozessführung bei der Herstellung und Weiterverarbeitung sondern auch bei der Nutzung, z. B. in den Bereichen Automobil und Verkehr, Energietechnik, Bauwesen, Sicherheit oder Medizin. Abbildung 2: Die textile Prozesskette. Gelb gekennzeichnet: Kernprobleme und effiziente Ansatzstellen. Insgesamt besteht das Ziel darin, entlang der textilen Kette neue energie- und materialsparende Technologien zu entwickeln, Verschwendung in Herstellungsprozessen zu minimieren bzw. zu eliminieren, den Recyclinggrad und die Kreislaufführung durchgängig spürbar zu erhöhen, den Ausstoß umweltschädigender Gase und Flüssigkeiten zu senken, 13

15 die Verwendung umweltschädigender Stoffe im Produkt zu vermeiden und die Nutzung nachwachsender Rohstoffe zu forcieren Energieeinsparung Energieintensive Prozesse und hohe Energiekosten Die Textil- und Bekleidungsindustrie gehört zu den Branchen mit einem hohen Energiebedarf. Dies ist bedingt durch eine große Anzahl energieintensiver Prozesse bei der Herstellung der Rohstoffe (z. B. Fasern, Garne, Polymergranulate, Ausrüstungsmittel) sowie einem hohen Anteil an Trocknungs- und Veredlungsprozessen. Letzteres betrifft insbesondere Wasch-, Färbe-, Spül-, Beschichtungs- und Fixierprozesse. Einen besonderen Schwerpunkt stellt in den nächsten Jahren aus ökonomischer wie ökologischer Sicht die Einsparung an Primärenergie durch konsequente Nutzung der Wärme-Kraft-Kopplung dar. In den letzten Jahrzehnten hat sich der Energiekostenanteil am Gesamtumsatz vor allem bei den Textilveredelungsunternehmen drastisch erhöht. Lag dieser Anteil vor etwa 10 Jahren bei 5 %, was in etwa auch dem Durchschnitt sämtlicher Industrieunternehmen in Deutschland entspricht, entwickelte sich der Umsatzanteil bis heute auf durchschnittlich 10 %, wobei er in verschiedenen Veredlungsbetrieben bis 25 % beträgt und in Zukunft ein Trend in Richtung ein Drittel der Produktionskosten erwartet werden kann /15/. Auch der Einsatz neuer Rohstoffe für High-Performance-Produkte erfordert einen wachsenden spezifischen Energiebedarf. Beispielsweise beträgt der spezifische Energiebedarf für die Herstellung von Carbonfasern je nach den Anforderungen zur Weiterverarbeitung zwischen 120 bis 200 MJ/kg. Forschungsfelder Zukünftig wird eine Integration verschiedener Prozessstufen einen Schwerpunkt darstellen. Ein Beispiel dafür ist die unter dem Namen Fiberknit bekannte Integration der Prozesse Spinnen und Stricken zu einem einzigen technologischen Verfahren. Damit kann der Energieverbrauch um 41 % gesenkt werden. Um die Möglichkeiten der Wärme-Kraft-Kopplung verstärkt nutzen zu können, werden Anlagen entwickelt, deren Energie neben der Direktnutzung von Elektroenergie aus regenerativen Energien auch eine Nutzung von Wärmeenergie in Form von Heißluft, Dampf oder Heißwasser ermöglichen. Die Forschungsfelder innerhalb der Branche, die zur Erhöhung der Energieeffizienz beitragen, lassen sich folgenden Schwerpunktbereichen zuordnen: Energiesparende Prozesse in der Textilveredelung, Neue energiesparende Verfahren bei der Herstellung von Textilien, Prozessoptimierung und Energiesparmanagement. 14

16 Einsparpotenziale Der Energieeinsatz in der Textilindustrie betrug im Jahr 2007 nach /16/ umgerechnet GWh. Allein in den Unternehmen der Textilveredelung in Deutschland werden GWh an Energie aufgewendet. Das entspricht einem spezifischen Energiebedarf von 18 kwh/kg, welcher aber sehr unterschiedlich ist und bei Prozessen der Garn- und Flächenveredlung bis 28 kwh/kg betragen kann. Ausgehend vom Energieverbrauch in der Textilindustrie und einem Einsparpotenzial von 30 % der eingesetzten Energie, ergibt sich ein Energieeinsparungspotenzial von insgesamt GWh. Das entspricht dem jährlichen Stromverbrauch von Haushalten. Im Zusammenhang mit der Nutzenergieeinsparung ergibt sich eine mögliche Verringerung der Primärenergie um GWh bzw. um fast 50 % Materialeffizienz Potenziale und Hemmnisse Die deutsche Textilindustrie ist seit längerem bestrebt, Materialkosten von Produkten und Produktionsprozessen zu senken, die ca. 44 % der Bruttoproduktionskosten ausmachen und damit höher liegen als die Lohnkosten von ca. 21,8 %. Die Branche liegt damit leicht über dem Durchschnittswert des verarbeitenden Gewerbes mit 43 %. Abbildung 3: Kostenstruktur 2007 nach ausgewählten Kostenarten /17/ Laut einer repräsentativen Befragung in Unternehmen des verarbeiteten Gewerbes beträgt das Potenzial zur Einsparung an Material durchschnittlich 7 %. Die damit verbundenen Chancen werden jedoch sehr unterschiedlich genutzt. Die Kenntnis der Einsparmöglichkeiten ist vor allem in kleinen Unternehmen und in Branchen mit Produkten geringerer Komplexität weniger ausgeprägt. So schätzen 26 % bzw. 30 % der Unternehmen aus den beiden Bereichen ein, dass bei ihnen keine Reserven zur Materialeinsparung bestehen. Die entsprechende Quote liegt in der Textil- und Bekleidungsindustrie bei 24 % /18/, S

17 Vor allem bei kleineren Unternehmen, wie sie auch für die ostdeutsche Textilindustrie typisch sind, stößt die Erreichung einer höheren Materialeffizienz noch auf folgende Hemmnisse /18/ S. 16: Fehlendes Bewusstsein, Mangelnde Kenntnis über das in den Betrieben vorhandene Einsparpotenzial, Mangelnde Informationsverfügbarkeit über Ansätze zur Materialeffizienz, Fehlende Personalkapazität, Hoher organisatorischer Aufwand, Hohe Investitionsbedarfe und zu lange Amortisationszeiten. Mit der Senkung der Materialkosten geht fast immer auch eine Senkung weiterer Kosten einher. Dies betrifft die Energie- und Entsorgungskosten. Deshalb sind neue Konzepte zur Materialeffizienz ein wesentlicher Ansatzpunkt, um die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Textilwirtschaft zu erhöhen. Hauptforschungsrichtungen Um die Materialeffizienz zu steigern, wurden in einer vom BMBF beauftragten Studie wesentliche Ansatzpunkte verifiziert /19/, die mit folgenden künftigen Forschungsrichtungen gelöst werden können: Neue Konzepte zur Produktkonstruktion und -dimensionierung Open Innovation-Konzepte, wobei durch Integration von Kunden neue Produkte gefertigt und etabliert werden, Entwicklung von kundenspezifisch angepassten, modularen Produktkonzepten z. B. durch Einführung von Mass Customization, Produkt- und Prozessoptimierung durch Entwicklung neuer Simulationsmodelle, Reduzierung des Materialverbrauchs durch Materialsubstitution z. B. gezielten Einsatz neuer Hochleistungsmaterialien und Hybridmaterialien, Entwicklung von Textilien mit multifunktionalen Eigenschaften und damit Erweiterung des Anwendungsspektrums durch Funktionsintegration z. B. multifunktionale Faserverbundbauteile (Leichtbau), Verlängerung der Lebenszyklen von Textilkonstruktionen durch Material- und Eigenschaftsoptimierung und Produktkonstruktion unter Berücksichtigung des Materialkreislaufaspektes und des Materialrecyclings, Endkonturennahe Fertigung von Textilien und textilen Halbzeugen aus Hochleistungsmaterialien z. B. für Anwendungen im Leichtbau. Neugestaltung von Produktionsprozessen Gründung neuer Fertigungsnetzwerke und wertschöpfungskettenübergreifende Optimierungen speziell für multifunktionale Textilprodukte, Zusammenführen von bisher getrennt und nacheinander ablaufenden Herstellungsprozessen zu Online-Prozessen (z. B. wird durch das Wovenit-Verfahren, dass die 16

18 Technologien Stricken, Wirken und Weben vereint, eine völlig abfallfreie Produktion und allein dadurch eine Kostensenkung um 10 % erreicht). Wirtschaftliche Effekte Die Identifikation der Effizienzsteigerungspotenziale kann für ein einzelnes Textilprodukt sehr hoch ausfallen. Sie liegen bis zu 30 % der Herstellungskosten, in Einzelfällen noch höher. Die erzielbaren wirtschaftlichen Effekte lassen sich durch folgende Betrachtung gut veranschaulichen: Gelänge es der Textilbranche, die durchschnittlich abgeschätzte Einsparungspotenziale vollständig umzusetzen, so wäre eine Umsatzsteigerung von etwa 270 % notwendig, um den dadurch erzielbaren Effekt auf die Umsatzrendite in gleicher Höhe zu erhalten. /18/, S Nachwachsende Rohstoffe Nutzung einheimischer Faserpflanzen Die Produktion nachwachsender Rohstoffe ist ein nachhaltiger Erwerbszweig für die Landwirtschaft. Regional angebaute Faserpflanzen wie Flachs, Hanf und Nessel werden vorwiegend stofflich zur Herstellung von Textilien, Dämmstoffen oder Faserverbundwerkstoffen für den Leichtbau genutzt. Seit 1986 fördert das Bundesministerium für Landwirtschaft bzw. die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe den Wiederanbau einheimischer Faserpflanzen zielgerichtet und anwendungsorientiert. Daraus sind rationelle Technologien zur Fasergewinnung wie z. B. der Ganzpflanzenaufschluss von Flachs zur Herstellung von Formpressteilen für die Automobilinnenausstattung als Schnittstelle zwischen Landwirtschaft und verarbeitender Industrie entstanden. Der Einsatz von nachwachsenden Faserrohstoffen im Auto stieg in Deutschland bis 2005 mit jährlichen Zuwachsraten von 3 % auf t. Dieser Trend hält weiter an und wird nach Aussagen von Branchenexperten langfristig auf Hybrid- oder Elektrofahrzeuge, wie den BMW i3 als MegaCityVehicle, ausgeweitet werden. Strategische Forschungsthemen Lösungsfelder für die Zukunft Folgende Zukunftsaufgaben für die Textilbranche lassen sich daraus ableiten: Faserpflanzen bieten eine einjährig nachwachsende Rohstoffressource für die Synthese von Celluloseregeneratfasern (Viskose, Lyocell) als Alternative zu langsamer wachsendem Holz bzw. als Baumwolläquivalent (begrenzte Ressourcen an Boden und Wasser in den Anbaugebieten). Über den Zwischenschritt der Zellstoffgewinnung können synthetische Cellulosefasern hergestellt und nach etablierten textilen Technologien verarbeitet werden. 17

19 Erdölbasierte Hightech-Fasern, wie z. B. hochfeste Aramide oder auch Carbon, mit Verstärkungsfunktion müssen durch nachhaltig biotechnologisch erzeugte bzw. native pflanzliche oder tierische Faserwerkstoffe abgelöst werden. Neue Verfahren hinsichtlich der Faserextraktion ermöglichen diesbezüglich vielversprechende E- Module bzw. Höchstzugkräfte. Konzepte zu einer ganzheitlichen Nutzung bzw. Vermarktung aller Pflanzenbestandteile mit so wenig wie möglich Separierung im Aufbereitungsprozess bieten klare Kostenvorteile. Damit wird der Anbau für die heimische Landwirtschaft lukrativ, weil mehr Wertschöpfung in der ersten Verarbeitungsstufe, und damit höhere Preise für die erzeugten Produkte, erzielt werden können. Die technologischen Voraussetzungen dafür wurden in den letzten Jahren intensiv erarbeitet. Zukünftig müssen sie in den Produktionsmaßstab überführt werden. Design for recycling wird durch verschärfte gesetzliche Rahmenbedingungen wie z.b. die EU-Altautoverordnung zum Grundprinzip jeglicher Produktentwicklung. Einheimische Naturfasern in Kombination mit biopolymeren Werkstoffen rücken als Zwischenprodukt zur Bauteilherstellung für den Leichtbau in den Fokus der Betrachtungen aller deutschen Automobilhersteller. Anwendungsfelder für Flachs und Hanf Weltweit werden 14 % der gesamten Agrar- und Forstbiomasse stofflich genutzt. In Deutschland werden 12 % des Rohstoffbedarfs mit steigender Tendenz aus nachwachsenden Rohstoffen gedeckt wurden 43 Mio. t Holz und 3,5 Mio. t Agrarrohstoffe (davon 64 % aus Importen) in Deutschland stofflich genutzt. Technische Textilien aus nachwachsenden Rohstoffen werden aufgrund einzigartiger Werkstoffeigenschaften verstärkt nachgefragt. Als konkrete Bauteile gehören naturfaserverstärkte Kunststoffe in der Automobilserienfertigung inzwischen zum Stand der Technik. Im Entwicklungsstatus befinden sich ausgewählte Designelemente im sichtbaren Bereich sowohl im Interieur als auch für die Außenhaut zur Realisierung einer Naturfaseroptik für den Endkunden. Naturfaserverstärkte Biopolymere gewährleisten geschlossene sortenarme / -reine Materialkreisläufe. Als mengenmäßig zukunftsträchtigstes Anwendungsfeld gilt der Einsatz von naturfaserverstärkten Faserverbundwerkstoffen im Leichtbau für die Bereiche Automotive / Nutzfahrzeugbau, Sondermaschinenbau und Architektur. Technische Einsatzgebiete für Geotextilien aus Naturfasern erschließen sich vor allem für die Bodenstabilisierung gegen Wind- und Wassererosion. Als Isolationsmaterial zur Wärme- und Schalldämmung werden Naturfasern im Bereich der ökologischen Baustoffe eingesetzt. 18

20 2.1.4 Umweltschutz Hauptbereiche der Umweltbelastung Um den Gesamtprozess der Textilindustrie ökologisch nachhaltig zu gestalten, sind noch erhebliche Fortschritte bei der Verringerung des Wasserverbrauchs, der Abwasserbelastung, der Abluftemissionen und des Einsatzes umweltbedenklicher Chemikalien erforderlich. Nachfolgende Abbildungen geben einen Überblick über durchschnittliche Wasserverbrauchswerte für die Textilproduktion: Abbildung 4: Wassereinsatz in der Textilproduktion, CO: Baumwolle, PES: Polyester (nach /32/ und /36/; *eigene Abschätzung). Das anfallende Abwasser enthält Feststoffe (z. B. Fasern), Öle (z. B. Schauminhibitoren, Fette, Spinnpräparationen, Tenside) und andere organische Substanzen (z. B. aus Färbeund Druckprozessen), welche zu hohen CSB-Frachten (CBS: Chemischer Sauerstoffbedarf als Maß für die Abwasserbelastung mit organischen, z.t. auch anorganischen Stoffen) führen. Mit der Abluft, v.a. aus Veredlungs- (Färben, Drucken, Beschichten, Kaschieren) und Trocknungsprozessen, werden hauptsächlich organische Lösemittel aber auch Säuren (v.a. Essigsäure), Formaldehyd, Gerüche und z.t. giftige Substanzen wie Acetaldehyd oder Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) emittiert. Darüber hinaus besitzen auch der Einsatz und die Verschleppung problematischer Chemikalien über die textile Kette eine hohe Umwelt- und Gesundheitsrelevanz. Genannt sei hier z.b. die Verwendung von hormonell wirksamen Nonylphenol Ethoxylaten als Waschmittelzusatz. Gütesiegeln wie dem Öko-Tex Standard 100 oder bluesign gelingt es hier auf Basis umfassender Kriterien bisher nur anteilig, für Transparenz und Sicherheit bei Produzenten, Händlern und Verbrauchern zu sorgen. Eine zukünftige positive Entwicklung der einheimischen Textilbranche ist sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus politischer Sicht an die Erreichung eines hohen Umweltschutzniveaus gebunden. Zum einen entwickeln sich auf den großen Konsummärkten der Indust- 19

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