Ver- und Entsorgung

Einleitung

Das Integrierte Stadtentwicklungskonzept Ulm 1 und das Klimaschutzkonzept Ulm 2 stellen die zunehmende Nachhaltigkeit als wesentlichen Eckpfeiler in den Mittelpunkt der zukünftigen Entwicklung der Stadt Ulm. Eine daran angepasste Ver- und Entsorgung sowie ein verstärkter Ressourcenschutz ist grundlegend, um dieses Ziel auch langfristig erreichen zu können. Dabei kann die Ulmer Smart City Strategie durch innovative Netz- und Digitaltechnologie im hohen Maße dazu beitragen, entsprechende Lösungsstrategien zu entwickeln.

Die Herausforderungen im Bereich der kommunalen (Abfall-)Entsorgung und der Kreislaufwirtschaft im urbanen Raum sind vielzählig und nicht immer nur technisch, sondern oftmals auch organisatorisch-kulturell bedingt. Im Folgenden werden dabei insbesondere die Themenbereiche der steigenden Rohstoffnachfrage und der Abfallvermeidung fokussiert. Anschließend wird anhand von autonomen Systemen, vollintegrierten Systemen, einer erweiterten Kreislaufwirtschaft und der Partizipation der Zivilgesellschaft dargelegt, welche konkreten Herausforderungen und Zielsetzung daraus entstehen.

Herausforderungen

Grundlegend steht an erster Stelle die Herausforderung einer (1) steigenden Rohstoffnachfrage. Die klassische Entsorgung von Abfällen tritt in den Hintergrund und wird ersetzt durch (2) Abfallvermeidung, -minimierung, Wiederverwendung und Recycling. Abfall ist nicht länger Abfall, sondern wird zu einem wichtigen und wertvollen Rohstoff (Brinstengel, et al., 2020). Eine zentrale Herausforderung ist dabei, örtliche Entsorgungsdienste in die Weiterentwicklung der Kreislaufwirtschaft einzubinden. Derzeit stammen beispielsweise nur ca. 14 % der in der Industrie verwendeten Materialien aus recycelten Rohstoffen, der restliche Bedarf wird immer noch durch Primärmaterialien gedeckt (Wilts & Berg, 2017).

Hierbei wird deutlich, dass entsprechende Produktions- und Nutzungsprozesse durch die zunehmende Einspeisung von Rezyklaten weiterentwickelt werden müssen. Die Logistik von Abfall/Rohstoffen/Ressourcen wird sich dabei in Zukunft immer stärker an die höher frequentierten Innenstädte anpassen müssen (Buchert, et al., 2017). Dabei wird die Herausforderung darin bestehen, die Notwendigkeit des Abfallmanagements und steigende Abfallmengen durch die wachsende Stadt Ulm mit den Erwartungen an eine möglichst (3) hohe Aufenthaltsqualität zu vereinbaren. Der Einsatz und die Entwicklung von autonomen Systemen, vollintegrierten digitalen Systemen und einer erweiterten digitalen Kreislaufwirtschaft ist hierbei von größter Bedeutung.

In diesem Zusammenhang betreffen (4) autonome Systeme insbesondere den Bereich der Abfallsammlung sowie die anschließenden Verteil- und Sortierprozesse (bspw. durch den Einsatz von autonom fahrenden Sammelfahrzeugen, die Behälter leeren und/oder automatisierte Verteilungsprozesse, (Sarc, et al., 2019)). Der Einsatz von Sammelfahrzeugen ist dabei beispielsweise in hohem Maße davon abhängig, im zunehmend verdichteten urbanen Raum sowie unter steigendem Verkehrsaufkommen unfallfrei manövrieren zu können. Digitalbasierte Ansätze können hierbei unterstützen, diese Herausforderungen in umsetzbare Lösungsstrategien zu übersetzen.

Vor diesem Hintergrund ist die Kompatibilität und Vernetzung verschiedener Softwarelösungen im Rahmen (5) vollintegrierter digitaler Systeme eine weitere zentrale Herausforderung. Spezifische Probleme sollen demnach nicht nur mithilfe digitaler Lösungsstrategien bearbeitet werden, sondern müssen ebenfalls durch geeignete Schnittstellen miteinander kompatibel sein (BDE & VKU, 2016). Ein gezielter Datenaustausch kann somit dazu beitragen, Ineffizienzen und Fehleranfälligkeit zu vermeiden (z.B. beim Sammelfahrzeug zwischen Fahrzeugsystem und Steuerung des Aufbaus). Vollintegrierte digitale Systeme sind somit auch die grundlegende Voraussetzung, damit digitale Anwendungen wie künstliche Intelligenz (KI) ihre volle Wirksamkeit entfalten und auf ein möglichst großes Datenspektrum zurückgreifen können.

Der Einsatz und die Entwicklung autonomer und vollintegrierter Systeme sollte dabei durch eine (6) erweitere Kreislaufwirtschaft gerahmt werden. Die wesentliche Herausforderung ist hierbei, dass sich eine ressourceneffiziente und ganzheitliche Kreislauswirtschaft nicht ohne die intensive Nutzung digitaler Technologien realisieren lässt (Wilts & Berg, 2017). Dabei kommt es insbesondere darauf an die Produktlebensdauer zu verlängern, erhöhte Reparierbarkeit zu gewährleisten, Modelle der Nach- und Neunutzung zu entwickeln und intensives Recycling voranzutreiben. Dabei gilt es, die Nutzung von Primärmaterialien und die Abfallentsorgung zwar weiterhin als einen Bestandteil anzuerkennen, der aber im Ergebnis zugunsten der Müllvermeidung stark reduziert werden muss (BMU, 2019). Der (7) Partizipation und Integration der Zivilgesellschaft kommt dabei eine bedeutende Rolle zu.

Ziele

Digitale Lösungen spielen bei der Ver- und Entsorgung sowie einem verstärkten Ressourcenschutz eine immer größer werdende Rolle. Automatisch ermittelte und optimierte Routen, automatische Müllsortierung, Füllstandsmesser und On-Demand-Service sind bereits in der Realität vieler Städte angekommen. Intelligente und smarte Ressourcenströme sind nur durch entsprechende Datenströme umsetzbar. Da sich einige Systeme teilweise noch in der Entwicklungsphase befinden, müssen sich entsprechende Zielsetzungen an einer schrittweisen Integration orientieren. Im Bereich der autonomen Systeme empfiehlt sich beispielsweise, (1) Teilschritte zur Automatisierung zu formulieren und den Sammlungsprozess zunächst halbautonom erfolgen zu lassen. Bei zunehmender technischer Leistungsfähigkeit und angepassten rechtlichen Rahmenbedingungen können diese Teilschritte mit Blick auf ein vollkommen eigenständiges Agieren weiter automatisiert werden (Sarc, et al., Abfallwirtschaft 4.0, 2020). Entsprechende Best Practice-Beispiele und erste Ansätze zu möglichen Testphasen wären beispielsweise die Angebote und die Herangehensweise des Anbieters ZenRobotics. 3

Im Bereich der vollintegrierten digitalen Systeme sind gegenwärtig (2) Teilsysteme in der Abfallsammellogistik vielversprechend. Entsprechende Angebote greifen in der Regel auf eine Kombination von Identsystemen, Telematik und Füllstandssensoren mit smarter Data Analytics zurück (Schneider, 2020). Mit der citysens GmbH 4 haben die Stadtwerke Ulm bereits ein eigenes Startup für Smart City und IoT-Anwendungen gegründet, das auf erste Erfahrungen mit Füllstandmeldern zurückgreifen kann. Unter dem Aspekt einer angestrebten Vollintegration sollten dabei langfristig Bereiche der Betriebswirtschaft und der Kundeninteraktion integriert werden (s. u.). Dies betrifft im Sinne eines (3) Customer-Relationship-Managements ebenfalls die Sammlung, Sortierung und die Abfallberatung.

Die kommunale Kreislaufwirtschaft ist dabei in alle genannten Herausforderungen und Ziele zentral eingebunden. Die Leitziele einer verstärkten Tätigkeit im Bereich der Abfallvermeidung und -beratung sowie die Wiederverwendung und das Recycling sind auch im Kreislaufwirtschaftsgesetz rechtlich vorgegeben. 5 Um diese Leitziele umsetzen zu können bietet es sich an, digitale Unterstützungssysteme zu implementieren, die dem Endkonsumenten (4) verbesserte Möglichkeiten zur Getrennthaltung sowie erweiterte Sortier- und Rückgabeprozesse zur Verfügung zu stellen (Berger & Volkmar, 2020). Eine mögliche Strategie wären hier beispielsweise Gamification-Ansätze 6 mit Sensorik an Verpackungen oder Sammelfahrzeugen zu verbinden. Entsprechende Best Practice-Beispiele sind unter anderem bei der Saubermacher Dienstleistungs AG 7zu finden, die dem Endverbraucher nach der Abfallabholung direktes Feedback zur Trennungsquote gibt und somit zur verbesserten Getrennthaltung motiviert.

Ein solches Vorgehen erfordert die (5) Intensivierung der Nutzung digitaler Kanäle im Bereich der Qualifikations- und Beratungstätigkeit. Diese könnte beispielsweise über bereits bestehende Social-Web-Plattformen, Kundenportale oder interaktive Apps erfolgen (Reinhardt, 2020). Diese müssten gegebenenfalls im Bereich ihrer Funktionalität erweitert werden und mehr Interaktion zwischen verschiedenen Zielgruppen fördern. Der kombinierte Einsatz von Sensorik, Data Analytics oder smarter Sortierrobotik könnte dazu beitragen, die anfallenden Wertstoffe besser zu erfassen, zu analysieren und zu sortieren. Im Rahmen vollintegrierter Systeme könnte dem Endverbraucher dann individuelle Beratung zur Abfallvermeidung und Abfalltrennung zugespielt werden.

Um diese Ziele umsetzen zu können ist es notwendig, mehrere Akteure in diese Prozesse einzubinden (bspw. Produzenten, Verbraucher, Recycler und Entsorger). Dabei sollten die (6) Entsorgungsbetriebe der Stadt Ulm (EBU) als ein wesentlicher Stakeholder in entsprechende Entwicklungs- und Umsetzungsphasen eingebunden werden. Die EBU sind in ihren operativen Aufgabenbereichen verantwortlich für die Abfallwirtschaft, Ab- und Gewässer sowie die Stadtreinigung und den Winterdienst der Stadt Ulm. Dabei sind digitale Lösungsansätze bereits fest in ihre kommunale Unternehmensstrategie eingebunden, was sich beispielsweise an der Verwendung von Füllstandsensoren an solarbetriebenen städtischen Abfalleimern 8 , mobiles Computing für effiziente Kanalreinigungen 9, der automatischen Beladung von GPS gesteuerten Winterdienstfahrzeugen oder der hohen Usability der myMüll- und myEBU-App 10 zeigt. Neben der Intensivierung der bereits bestehenden digitalen Lösungsansätze könnten sich weitere Forschungsvorhaben auf eine plattformgestützte Optimierung der Arbeitsabläufe und Frequentierung von Recyclinghöfen fokussieren. Darüber hinaus könnten die EBU als Kooperationspartner ebenfalls eine Schnittstellenfunktion zu weiteren Handlungsfeldern übernehmen, da die Routen ihrer Müllsammelfahrzeuge zur städtischen Datengenerierung genutzt werden könnten. So stellten die EBU ihre Müllsammelfahrzeuge bereits zur Verfügung, um eine Abdeckungskarte zum Ulmer-LoRaWAN-Netz zu erstellen. 11 Ähnliche Forschungsvorhaben könnten sich unter anderem an ein Screening des städtischen Straßenzustands, Verunreinigung oder informelle Müllablagerungen richten und wären ebenfalls mit Citizen-Science-Ansätzen kombinierbar. 12

Um weitere Akteure in den Planungs- und Umsetzungsprozess integrieren zu können sollte darauf geachtet werden, die Informationsverfügbarkeiten entlang der gesamten Wertschöpfungskette durch digitale Erfassungs-, Analyse- und Weitergabeprozesse einzurahmen. Der (7) Einsatz von sogenannten digitalen Zwillingen (digitale Repräsentanz eines materiellen oder immateriellen Objekts) (Klostermeier, Haag, & Benlian, 2018) in „cyberphysischen Systemen“ (Verbund informatischer und softwaretechnischer Komponenten zu einem ganzheitlichen realen, vernetzten Systems) (Freier, 2020) könnte hier ein erster Ansatzpunkt sein, um die Integration (halb)autonomer Systeme, vollintegrierter Systeme und Ansätze der digitalen Kreislauswirtshaft schrittweise umsetzen zu können. Dieser Prozess sollte darüber hinaus von intensiver Aufklärungsarbeit begleitet werden, um eine möglichst große Spannbreite an verschiedenen zivilgesellschaftlichen Akteuren erreichen zu können.

Maßnahmen

Nummer

Titel

Beschreibung

01

Halbautonomer Sammlungsprozess

Halbautonom gestalteter Sammlungsprozess für eine schrittweise Integration von autonomen Systemen.

02

Vollintegrierte digitale Teilsysteme der Abfallsammellogistik

Vollintegrierte digitale Teilsysteme, die auf eine Kombination von Identsystemen, Telematik und Füllstandsensoren mit smarter Data Analytics zurückgreifen.

03

Verbindung von Gamification-Ansätzen mit Sensorik

Digitale Unterstützungssysteme, die dem Endkonsumenten verbesserte Möglichkeiten zur Getrennthaltung sowie erweiterte Sortier- und Rückgabeprozesse zur Verfügung zu stellen.

04

Kombinierter Einsatz von Sensorik, Data Analytics oder smarter Sortierrobotik

Der kombinierte Einsatz von Sensorik, Data Analytics oder smarter Sortierrobotik könnte dazu beitragen, die anfallenden Wertstoffe besser zu erfassen, zu analysieren und zu sortieren.

05

Füllstandssensoren

Füllstandssensoren an solarbetriebenen städtischen Abfalleimern, die den gegenwärtigen Füllstand anzeigen.

06

mobiles Computing

Mobiles Computing für effiziente Kanalreinigungen.

07

Automatische Beladung

Automatische Beladung von GPS gesteuerten Winterdienstfahrzeugen.

08

Digitale Erfassungs-, Analyse- und Weitergabeprozesse

Digitale Erfassungs-, Analyse- und Weitergabeprozesse zur Integration von weiteren Akteuren in den Umsetzungsprozess entlang der gesamten Wertschöpfungskette.

09

-

Automatisch ermittelte und optimierte Routen, automatische Müllsortierung, Füllstandsmesser und On-Demand-Service sind bereits in der Realität vieler Städte angekommen.


1

Stadt Ulm, 2019: Integriertes Stadtentwicklungskonzept der Stadt Ulm (ISEK)

2

Stadt Ulm. (2015). Klimaschutzkonzept (GD 400/16)

3

URL: https://zenrobotics.com/

4

URL: https://www.citysens.de/

5

https://www.gesetze-im-internet.de/krwg/BJNR021210012.html

6

Gamification bezeichnet die Anwendung spielerischer Elemente in einem spielfremden Kontext, wodurch sich mit einem bestimmten Themenfeld auseinandergesetzt werden soll

7

URL: https://saubermacher.at/

8

URL: https://www.ulm.de/aktuelle-meldungen/z%C3%B6a/juli-2020/aufstellung-von-5-solar-presshaien

9

URL: https://business.panasonic.de/mobile-it-solutions/entsorgungs-betriebe-der-stadt-ulm

10

URL: https://ebu-ulm.de/myebu/myebu.php

11

URL: https://lora.ulm-digital.com/coveragemap

12

Best-Practice-Beispiel Smart Aarhus mit der Citizen-Science-App „HUI E VEIEN“, die es den Bürger*innen ermöglicht, Schlaglöcher oder andere Verkehrsprobleme (z. B. Graffiti, beschädigte Verkehrsschilder) zu fotografieren und zusammen mit den GPS-Koordinaten des Aufnahmeortes direkt an die Gemeinde zu senden.