SI/502299

Schlussbericht

In temperaturkontrollierten Lieferketten werden verderbliche Lebensmittel nahe oder unterhalb des Gefrierpunkts verarbeitet und gehandhabt. Dies erfordert den Einsatz von gekühlten Produktionslinien, Lagern, Umschlagplätzen, Infrastrukturen und Lkw, die große Mengen an Energie für die Kühlung verbrauchen. Derzeit müssen 60 % der weltweit konsumierten Lebensmittel zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Lieferkette gekühlt werden. Die Treibhausgasemissionen machen bereits einen erheblichen Anteil der Gesamtemissionen der Industrieländer aus, nämlich zwischen 2 und 4 %. Diese Zahl wird mit steigendem Lebensstandard in den Entwicklungsländern weiter zunehmen. Die Umweltauswirkungen von CTPC und deren Minderung wurden jedoch noch nicht ausreichend untersucht. Dieses Forschungsprojekt schließt diese Lücke, indem es sich auf die ökologische und wirtschaftliche Optimierung temperaturkontrollierter Lebensmittelversorgungsketten im Schweizer Kontext konzentriert. Zwei temperaturkontrollierte Lieferketten von Projektpartnern aus der Obst- und Gemüseindustrie sowie der Milchindustrie dienten als Analyseeinheit für dieses Forschungsprojekt. Eine erste Untersuchung der Lieferkette ergab, dass sich die Struktur und das Design der in diesem Forschungsprojekt analysierten CSCT-Anwendungsfälle erheblich von einer vollständig vertikal integrierten Lieferkette unterscheiden, d. h. mit einer eigenen Flotte und den wichtigsten wertschöpfenden Aktivitäten in der Logistik in der Lieferkette für Obst und Gemüse, und einer stärker fragmentierten Lieferkette, d. h. mit ausgelagerten Logistikaktivitäten und den wichtigsten wertschöpfenden Aktivitäten in der Produktion in der Lieferkette für Milchprodukte. Daher sind die größten Verursacher von Treibhausgasemissionen in der Obst- und Gemüseindustrie der Transport (68 %) und die Transportkühlung (25 %) und in der Milchwirtschaft die Produktion (77 % der Gesamtemissionen der Lieferkette). Anschließend wurden Experteninterviews durchgeführt, um Maßnahmen zur Minderung der Treibhausgasemissionen für CTCS zu identifizieren, die dann durch eine Dokumentenanalyse ergänzt wurden. Es zeigte sich, dass intra- und interorganisatorische Maßnahmen für eine kosteneffiziente Reduzierung der Treibhausgasemissionen unerlässlich sind. Insbesondere drei Anwendungen innerhalb der Kühllager bieten die Möglichkeit eines gegenseitigen Nutzens durch inter- und intraorganisatorische Zusammenarbeit. Die erste Anwendung ist die Rückgewinnung von Abwärme aus Kältemaschinen, die von benachbarten Industriebetrieben oder Fernwärmenetzen effizient wiederverwendet werden kann. Der zweite Bereich von Interesse ist die Rolle von Lagerhäusern als schaltbare Last zur Spitzenlastabdeckung, insbesondere angesichts der zunehmenden Integration intermittierender erneuerbarer Energiequellen. Ein dritter potenzieller Bereich der Zusammenarbeit ist die Förderung der Einführung von Photovoltaik (PV) an den Standorten der vorgelagerten Lieferanten durch den Abschluss von Abnahmevereinbarungen. Die Analyse der Beziehungen und Wechselwirkungen der zuvor mit Hilfe der DEMATEL-Technik (Decision-Making Trial and Evaluation Laboratory) ermittelten Maßnahmen zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen ergab Folgendes. Gemessen am Wichtigkeitswert (R+C) ist die „Optimierung der Kältemaschine” der wichtigste Faktor für die Reduzierung der Treibhausgasemissionen in temperaturgeregelten CS, gefolgt von der „dynamischen Anpassung der Kältelast an den Bedarf”. Diese beiden Faktoren sind stark voneinander abhängig. Gleichzeitig werden sie stark von anderen Faktoren beeinflusst. Das Management dieser Faktoren ist von entscheidender Bedeutung, einschließlich der Nutzung von Lagern zur Reduzierung von Lastspitzen, um erneuerbare und intermittierende Energiequellen in den Strommix zu integrieren. Gleichzeitig sollten Mitarbeiterschulungen und technische Maßnahmen durchgeführt werden, um den Wärmeeintrag durch Türöffnungen zu reduzieren, was ebenfalls zu einer effizienteren Nutzung der Kältemaschine führen würde. Darüber hinaus würde die Modernisierung der Gebäudehülle durch die Verringerung der Wärmeübertragungsverluste ebenfalls zu einem effizienteren Betrieb der Kältemaschine beitragen. Diese Maßnahmen wurden anschließend in marginale Reduktionskostenkurven (MACC) umgewandelt, um ihre ökologische und wirtschaftliche Leistung zu quantifizieren. Die MACC wurden auf die Anwendungsfälle angewendet, wodurch diese klassifiziert und priorisiert werden konnten. Die MACC zeigten, dass die meisten Maßnahmen im Bereich Lagerung und Produktion kosteneffizient umgesetzt werden können. Alternative Kühl- und Antriebstechnologien für den Transport erfordern hingegen nach wie vor Investitionen, die sich über die Lebensdauer nicht amortisieren. Die Einstufung der Maßnahmen in den verschiedenen analysierten Szenarien ergab, dass neben den kosteneffizienten Maßnahmen die folgenden Maßnahmen für den Obst- und Gemüsesektor als vorrangig anzusehen sind: 1) Transportkühlung auf Basis von Phasenwechselmaterialien (PCM), 2) batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV) und 3) Photovoltaikanlagen (PV) auf dem Parkplatz. Im Fall der Milchwirtschaft ergab die Rangfolge folgende drei Maßnahmen als Prioritäten: 1) Optimierung des Milchtransports, 2) Installation eines Frequenzumrichters im Wärmetauscher in der Produktion und 3) Vereinbarungen mit Lieferanten über den Kauf von erneuerbarer Energie für Kühlhäuser und die Produktion. Im Obst- und Gemüsesektor können die Treibhausgasemissionen kosteneffizient um 8 bis 28 % reduziert werden. Darüber hinaus können weitere 41 bis 46 % der Emissionen zu jährlichen Kosten von 2,19 bis 5,52 Millionen Schweizer Franken eingespart werden. Im Milchsektor kann das gesamte Potenzial der Praktiken kosteneffizient umgesetzt werden, wobei die Treibhausgasemissionen um 15 bis 19 % reduziert werden können. Die Pilotversuche wurden im Milchverarbeitungsbetrieb durchgeführt. Nach der Analyse der Ergebnisse der vorangegangenen Arbeiten und technischen Gesprächen mit den Verfahrenstechnikern des Projektpartners wurde eine erste Einschätzung der Wirksamkeit und des Kostensenkungspotenzials vorgenommen. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse hat der Projektpartner beschlossen, eine Hochtemperatur-Wärmepumpe (HTHP) für den Käsebehälter zu installieren und den bestehenden Thermoswing bis 2025 zu optimieren. Ersteres dürfte zu Energieeinsparungen von 76 % und Kosteneinsparungen von 51 % gegenüber der aktuellen Situation führen, während letzteres Energieeinsparungen von 80 % und Kosteneinsparungen von 54 % gegenüber der aktuellen Situation ermöglichen dürfte. Ein Simulationsmodell der Lieferkette wurde mit Hilfe der Programmiersprache Python erstellt. Bei der Gestaltung der Benutzeroberfläche wurde die Nielsen-Heuristik verwendet, um Einfachheit und Benutzerfreundlichkeit in den Vordergrund zu stellen. Die Software wurde anschließend zu einer eigenständigen, ausführbaren Anwendung kompiliert, die mit den Betriebssystemen Windows und macOS kompatibel ist. Das Simulationsmodell generiert ein interaktives Dashboard, das umfassende Daten zu Kosten und Emissionen für die wichtigsten Aktivitäten der Lieferkette anzeigt, darunter Kühltransport, Produktion und Lagerung. Darüber hinaus verfügt die Anwendung über dynamische Benchmarking-Funktionen. Die interaktiven Grafiken des Dashboards erleichtern die Anpassung der Eingabeparameter, sodass Unternehmen eine Reihe von Szenarien simulieren können.