Fraunhofer zeigt Handlungsempfehlungen für resiliente Wertschöpfungsketten in der Lebensmittelproduktion auf
Unsere Ernährungsversorgung ist stark abhängig von lokal und global
vernetzten Wertschöpfungsketten, die unter anderem von fragilen
Lieferketten und Störungen unterschiedlichster Art charakterisiert sind.
Um die Grundversorgung zu gewährleisten, sind deshalb resiliente
Ernährungssysteme essentiell. Dabei ist nicht nur die Lieferung der
Lebensmittel wichtig, entscheidend ist vor allem, dass gesundheitlich
unbedenkliche Erzeugnisse beim Konsumenten ankommen. Anhand der Beispiele
»Vertical Farming« und »Neuartige Pflanzenölmühlen« untersuchten Teams von
Forschenden der Fraunhofer-Institute IME, IPT und IVV im Rahmen der
Initiative »ReSearchL« Strategien zur Stärkung der Resilienz.
Die Erkenntnisse sind in dem neu erschienenen Whitepaper »Resiliente
Wertschöpfungsketten für die Lebensmittelproduktion« zusammengefasst, das
ab sofort zur Verfügung steht: www.ipt.fraunhofer.de/whitepap
Aufgrund aktueller Krisen und Ressourcenknappheit besteht
branchenübergreifend großer Handlungsdruck, die Resilienz der
Lebensmittelproduktion zu stärken – so das Ergebnis aus Umfragen und
Gesprächen mit Fachverbänden und Unternehmen der Ernährungswirtschaft, die
das Forschungsteam der Fraunhofer-Initiative »ReSearchL« hervorgebracht
hat. Als resilient gelten im Produktionskontext vor allem Unternehmen oder
Fertigungssysteme, die sich unter anderem stets an interne und externe
Veränderungen und Störungen in komplexen, sich schnell verändernden
Produktions- und Wertschöpfungsnetzwerken anpassen können, und die auch
unter veränderten Rahmenbedingungen sichere und qualitativ hochwertige
Produkte liefern.
Um die Resilienz in der Lebensmittelproduktion zu bewerten, haben die
Forschenden zwei Dimensionen betrachtet: die technische Resilienz der
genutzten Produktionsanlagen und die Ökosystemresilienz der angebauten
Nahrungsmittel. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-
Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME untersuchten
hierbei gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie
IPT beide Resilienzdimensionen anhand der neuartigen Vertical-Farming-
Plattformtechnologie OrbiPlant® des Fraunhofer IME. Das Fraunhofer-
Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV analysierte die
Ökosystemresilienz am Modell der »Neuartigen Pflanzenölmühle«. Beide Fälle
zeigen im Ergebnis die erfolgreiche Anwendung einer resilienten
Systemarchitektur: Dafür wurde zunächst mithilfe digitaler Technologien
auf Basis möglicher Störfälle ein digitaler Schatten für beide
Anwendungsfälle konzipiert, um Einflussgrößen und Produktqualitätsgrößen
zu bestimmen.
Resilienz für Indoor-/Vertical-Farming-Produ
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer IME untersuchten
auf Basis ihrer neuartigen OrbiPlant®-Vertical-Farming-
Plattformtechnologie gemeinsam mit dem Fraunhofer IPT relevante Störfalle
im Rahmen einer exemplarischen Basilikumproduktion, um daraus mögliche
Ansätze zur Etablierung eines resilienten Produktionsprozesses abzuleiten.
Indoor-Lebensmittelproduktions
Herausforderungen hinsichtlich ihrer technischen Resilienz und auch der
Ökosystemresilienz auf, die sich aus der geschützten Produktionsumgebung
bei gleichzeitig hohen Pflanzendichten ergeben. Relevant sind hier vor
allem Störgrößen im Bereich der Anlagensystemtechnik und des pflanzlichen
Zielprodukts. Im Fall einer Störung können sie innerhalb kurzer Zeit zu
einem kritischen Ernteausfall führen.
In diesem Anwendungsfall induzierten die Forschenden auf zwei OrbiPlant
®-Vertical-Farming-Anlagen technische und pflanzenspezifische Störfälle,
die durch geeignete Sensorik und Echtzeiterfassung der Anlagendaten
eindeutig detektiert werden konnten. Der verfolgte Resilienzansatz geht
über ein einfaches Anlagen-Monitoring mit Fehlerbenachrichtigung hinaus
und kann zukünftig einen wichtigen Beitrag zur Sicherung der Versorgung
mit sowohl gesundheitlich unbedenklichen als auch qualitativ hochwertigen
Lebensmitteln leisten.
Digitaler Schatten und Sensorkonzepte für eine neuartige Pflanzenölmühle
Zur Betrachtung der Resilienz eines Ökosystems hat das Team des Fraunhofer
IVV eine neue Pflanzenölmühle als Fallbeispiel herangezogen: Der
mitteleuropäische Pflanzenölmarkt ist geprägt von großen Ölmühlen mit
einem Durchsatz von einer Million Tonnen pro Jahr, die fast ausschließlich
Raps oder Sonnenblumen verarbeiten. Durch diese fehlende
Rohstoffdiversität, die großen Produktionsanlagen, den geringen Wert der
heimischen Futtermittelschrote und die daraus resultierende Abhängigkeit
von Transporten aus Osteuropa, Asien und Südamerika ist das System jedoch
sehr anfällig gegenüber Ernteausfällen, Pflanzenkrankheiten und vielem
mehr.
Im Mittelpunkt des Projekts stand die Pressung der Ölsaaten, da sie der
zentrale Prozessschritt bei der Ölgewinnung ist. Um die Systemresilienz zu
qualifizieren wurde auf Basis leistungsfähiger Modelle untersucht, welche
Kontinuitäts- und Wiederanlauf-Strategien die Auswirkungen von
Störszenarien minimieren können. Dazu wurde der digitale Schatten einer
neuartigen Ölmühle inklusive eines Sensorkonzepts erstellt und durch
Untersuchung zweier ausgewählter Störfälle validiert: der komplette
beziehungsweise der teilweise Ausfall der Energieversorgung. Abschließend
leiteten die Forschenden Handlungsempfehlungen ab, um die Prozesse in
Ölmühlen resilienter zu gestalten. Dazu zählen ein umfassendes
Sensorkonzept sowie eine Reihe weiterer Maßnahmen.
Whitepaper
Das Whitepaper, das ab sofort kostenfrei zur Verfügung steht, ist Ergebnis
der Initiative »Resiliente Systemarchitektur zur Sicherung der
Lebensmittelproduktion« (ReSearchL). Das Team an Forschenden der
Fraunhofer-Institute IVV, IPT und IME hat sich darin das Ziel gesetzt, die
Resilienz der Systemarchitektur von Nahrungsmittelproduktionen
analysierbar, bewertbar und gestaltbar zu machen. Der Fokus liegt vor
allem darauf, relevante Daten zu gewinnen, um Lösungsansätze für eine
verbesserte Resilienz zu generieren.
Download Whitepaper: www.ipt.fraunhofer.de/whitepap
