Optimierte Kreislaufführung von Altglas durch digitale Füllstandsmessung
Projektdurchführung
Zolitron - The Internet of Things Company GmbHUniversitätsstr. 136
44799 Bochum
Zielsetzung
Die Kreislaufwirtschaft ist eine der Schlüsselindustrien, wenn es um die Bekämpfung des Fortschritts des Klimawandels geht. Durch Recycling kann der Einsatz von Primärrohstoffen reduziert werden, so dass diese Industrie am Ende nicht nur klimaneutral werden kann, sondern sogar Emissionen in anderen Sektoren reduziert, also bilanziell negativ sein kann. Allerdings erzeugt die Abfallsammlung als Teil der Prozesskette Emissionen, die besonders in dicht besiedelten, urbanen Gebieten produziert werden, wo der Abfall entsteht.
Die Abfallsammlung erfolgt in Deutschland noch anhand statischer Routen, ohne die Vorteile der Digitalisierung bisher nutzen zu können. So wird vielfach zu häufig geleert, also Luft bewegt, oder es entsteht bei dem Versuch einer Reduzierung der Leerungsfrequenz eine Überfüllung der Container und so unbeabsichtigte Beistellungen. Die bisher verfügbaren Sensoren zur Digitalisierung der Behälter, die dieses Problem lösen könnten, waren zu teuer und aufwändig in der Installation und Wartung, so dass eine sensorbasierte Routenoptimierung nicht flächendeckend wirtschaftlich war. Bis zum heutigen Tag ist der Kenntnis der Antragstellerin nach keine flächendeckende, sensorgesteuerte, vollautomatische Routenplanung in Deutschland im produktiven Betrieb.
Zolitron hat ein revolutionäres Messverfahren entwickelt, welches basierend auf künstlich intelligenten Algorithmen (KI) den Füllstand kostengünstig messen kann und so Wartungs- und Installationskosten dramatisch reduziert werden können, was den Einsatz der Technik wirtschaftlich macht. Prototypisch wurde die technische Funktionalität an Glascontainern gezeigt und soll nun in diesem Projekt am Beispiel eines kommunalen Entsorgers in den produktiven Betrieb überführt werden.
Hierzu sollen die Entsorger mit einem Containermanagementsystem CMS und einer dyn. Routenplanungssoftware DRP in die Lage versetzt werden, die Sensormessung erstmals produktiv in ihrem Betrieb einzusetzen.
Die Entsorger sollen durch die ökonomischen Vorteile intrinsisch motiviert werden, die ökologischen Einsparungen, die sich aus der Reduzierung der Leerungsfahrten ergeben, zu heben. Das Wuppertal Institut wird dabei die ökologischen und ökonomischen Vorteile im Sinne eines Vorher-/Nachher-Vergleichs am Beispiel des kommunalen Entsorgers genau quantifizieren.
Eine vorläufige Analyse am Beispiel der Glascontainer hat gezeigt, dass sowohl im ländlichen als auch im urbanen Umfeld mind. 30% der Leerungsfahrten eingespart werden können. In diesem Projekt soll nun dargestellt werden, dass Entsorger dieses Optimierungspotenzial mithilfe der hier entwickelten Softwarelösungen praktikabel heben können.
Arbeitsschritte
Ziel des Projekts ist die wissenschaftliche Untersuchung des Optimierungspotenzials von kommunalen und privaten Entsorgern durch Digitalisierung. Dabei sollen Emissionen reduziert und Stadtsauberkeit verbessert werden. Bisherige Erkenntnisse sind begrenzt. Ein großer Entsorger, Remondis, schätzt ein Potenzial von 20% bei Logistikprozessen. In Bezug auf Glascontainer wurde ein durchschnittlicher Füllstand vor Leerung von 46% gemessen, was ein theoretisches Optimierungspotenzial von 54% ergibt. Es ist unklar, wie viel durch Digitalisierung realisiert werden kann.
Der Partner USB Bochum wurde als Beispiel für einen kommunalen Entsorger ausgewählt. Vor Projektbeginn waren ihre Glascontainer mit Füllstandssensoren ausgestattet. Logistische KPIs wurden erfasst, jedoch fehlte die Digitalisierung der Wiegezettel und Abfahrtskontrollprotokolle, die händisch erfasst wurden. Vorher/Nachher-Vergleiche wurden für Q1&2/2022 und Q1&2/23 durchgeführt.
Die Aufgabe von Zolitron war die Entwicklung einer Routenoptimierung. Dies umfasste die Kalibrierung der Füllstandsmessung, die Implementierung der Optimierung in die Z-Cloud und die Entwicklung eines eigenen Routenoptimierungssystems auf Basis von Open Street Map. Eine API zur Anbindung an bestehende IT-Systeme wurde nicht verwendet. Stattdessen wurde eine Routing-App namens Z-Guide für Android entwickelt. Im Q4/22 wurden erstmals optimierte Routen dem USB zur Verfügung gestellt, die aber noch nicht aktiv abgefahren wurden.
Das Wuppertal Institut erhielt Vorher- und Nachher-Werte, um das CO2-Einsparpotenzial zu bewerten. Die Veröffentlichung der Ergebnisse soll andere Entsorger motivieren, ähnliche Optimierungen vorzunehmen.
Ergebnisse
Datenanalyse und Ist-Zustand:
Im Rahmen der Studie wurde der Ist-Zustand vor der Optimierung am Beispiel des USB Bochum (eines kommunalen Entsorgers) gemessen. Vor Projektbeginn waren die Glascontainer des USB mit innovativer Füllstandssensorik ausgestattet. Die Auswertung ergab, dass durchschnittlich 61,1% Füllstand vor Leerung gemessen wurden. Auffällig war, dass 13,5% der Leerungen bei einem Füllstand von über 95% erfolgten, was auf eine übervolle Leerungen hindeutet. Insgesamt wurden im Betrachtungszeitraum durchschnittlich 638 Leerungen in vier Wochen gemessen und eine durchschnittliche tägliche Fahrstrecke von ca. 200km.
Optimierungsmethoden und Simulation:
Die Optimierung wurde mittels verschiedener Methoden durchgeführt. Dabei wurde ein 8-wöchiger Plan erstellt, da einige Container seltener als alle vier Wochen geleert werden. Die Simulation nach der Optimierung zeigte einen durchschnittlichen Füllstand von 78%. Die Zielsetzung bestand darin, die Auslastung der LKWs zu verbessern und die gefahrenen Kilometer sowie die Arbeitszeit zu reduzieren. Es wurde ein durchschnittlicher Tagesweg von 151,3 km simuliert.
Weitere Optimierungsmöglichkeiten:
Eine weitere Optimierungsrunde wurde angedacht, bei der zusätzliche Container an stark frequentierten Standorten aufgestellt werden. Dadurch konnte der durchschnittliche Füllstand vor Leerung auf 73,7% erhöht und die tägliche Fahrtstrecke auf 149,2 km gesenkt werden. Es wurde beschlossen, zunächst die optimierten Routen in der Praxis zu testen, bevor weitere Anpassungen vorgenommen werden.
Ergebnisse und Schlussfolgerungen:
Die Optimierung führte zu einer Reduktion der CO2-Emissionen um 25% laut der Berechnung des Wuppertal Instituts. Dieses Projekt liefert wichtige Erkenntnisse darüber, wie durch die Digitalisierung von Betriebsabläufen in der Entsorgungsbranche sowohl ökonomische als auch ökologische Vorteile erzielt werden können. Es regt weitere Entsorger an, ähnliche Maßnahmen zu ergreifen, um die Effizienz und Umweltbilanz ihrer Prozesse zu verbessern.
Öffentlichkeitsarbeit
Der Bericht des WI zum Projekt wurde im September 2023 veröffentlicht. Er wird in den nächsten Monaten über die Kanäle von Zolitron, Website, Social Media, Veröffentlichungen des VKU weiter verbreitet.
Fazit
Das Projekt zur Optimierung der Glascontainerleerung mittels Füllstandssensoren hat signifikante Verbesserungen in Effizienz und Umweltverträglichkeit erzielt. Durch die Implementierung der Sensortechnologie und die darauf basierende Routenoptimierung konnte der durchschnittliche Füllstand vor Leerung um 17% gesteigert werden. Dadurch wurden die Auslastung der LKWs optimiert und die tägliche Fahrtstrecke reduziert.
Die Reduktion der CO2-Emissionen um 25% nach der Optimierung unterstreicht den ökologischen Nutzen dieser Maßnahme. Die Möglichkeit, Teile der Sensorbetriebskosten mit den gesunkenen CO2-Emissionen zu verrechnen, bietet zudem einen ökonomischen Anreiz zur weiteren Implementierung dieser Technologie.
Das Projekt liefert wertvolle Erkenntnisse darüber, wie moderne Technologien und Digitalisierung in der Entsorgungsbranche eingesetzt werden können, um sowohl ökonomische als auch ökologische Vorteile zu realisieren. Diese Erfolge sollten als Ansporn für weitere Entsorger dienen, ähnliche Maßnahmen zu ergreifen und somit die Nachhaltigkeit ihrer Betriebsabläufe zu verbessern.