Datenraum „Wald und Holz 4.0“: Nachhaltigkeit durch KI neu definiert

Herausforderungen

Viele Unternehmen stehen vor der Herausforderung, in komplexen Branchen nachhaltige und effiziente Lösungen zu finden. Dies betrifft insbesondere Projekte, die eine Vielzahl von Akteuren und Prozessen involvieren, wie beispielsweise in der Holzwertschöpfungskette. Die Holzwertschöpfungskette umfasst Akteure wie Waldeigentümer, Forstbetriebsgemeinschaften, Förster, Holzfäller, Transportunternehmen, Sägewerke und Möbelfabriken. Ihre Prozesse reichen von der nachhaltigen Waldwirtschaft und Holzernte über die Logistik und Lagerung bis hin zur Verarbeitung und Produktion von Holzprodukten. Hier sind innovative Ansätze notwendig, um Daten intelligent zu verknüpfen und die verschiedenen Systeme miteinander zu verbinden.

Der Datenraum Wald und Holz 4.0

Ein zentrales Projekt, an dem Materna beteiligt ist, entwickelt den Datenraum „Wald und Holz 4.0“. Ein Datenraum ist eine digitale Plattform, die es ermöglicht, Daten sicher und effizient zwischen verschiedenen Akteuren auszutauschen. In diesem Fall bezieht sich der Datenraum „Wald und Holz 4.0“ auf eine spezialisierte Plattform für die Holzwertschöpfungskette. Er hilft dabei, die Zusammenarbeit und den Datenaustausch zwischen verschiedenen Beteiligten zu ermöglichen und zu optimieren, Transparenz zu schaffen und Prozesse zu beschleunigen. Dies verbessert die Effizienz und Nachhaltigkeit entlang der gesamten Prozesskette. „Das Konsortium unter Führung von uns, Materna, umfasst Partner aus Wirtschaft, öffentlicher Verwaltung und Wissenschaft. Gemeinsam können wir innovative Lösungen entwickeln und so die Holzwertschöpfungskette verbessern“, erklärt der Projektleiter Dr. Ingo Lück. Er erläutert die Aufgabe von Materna genauer: „Neben den Projektleitungsaufgaben arbeiten wir gemeinsam mit unseren Projektpartnern an der Architektur und Implementierung der Datenraumbasistechnologie, der prozessbasierten Vernetzung digitaler Zwillinge über den Datenraum, der Entwicklung von KI-Algorithmen zur Berechnung von CO2-optimierten Routen für Holz-LKW sowie dem Entwurf von Geschäftsmodellen.“

Durch die Modellierung und Umsetzung standardisierter grüner digitaler Zwillinge und Prozesse werden Daten aus verschiedenen Quellen verbunden, was eine transparente und effiziente Nachverfolgung von Holz und Holzbearbeitungsprozessen ermöglicht. Menschen werden über intuitive Benutzerschnittstellen in diese Systeme integriert, was eine enge Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine fördert. So können Förster, Holzfäller und Mitarbeitende in holzverarbeitenden Unternehmen effizient zusammenarbeiten. Zum Beispiel können moderne Harvester zur Holzernte sowie Sägewerke zur Weiterverarbeitung von Holz im Rahmen gemeinsamer Prozesse nahtlos Daten über digitale Systeme austauschen. Außerdem wird auf künstliche Intelligenz (KI) gesetzt, um Holzbearbeitungsprozesse zu optimieren und nachhaltiger zu gestalten. Ein Beispiel dafür ist die KI-gestützte Wiedererkennung von Holzstämmen, die langfristig eine Alternative für traditionelle Markierungsmethoden werden kann. Sie verbessert die Genauigkeit und Effizienz der Holzverarbeitung, während gleichzeitig auf externe Marker verzichtet werden kann. Ein konkreter Anwendungsfall ist die Wiedererkennung von Holzstämmen anhand individueller Merkmale wie Jahresringen. Beispielsweise nimmt eine Kamera im Harvester-Kopf hochauflösende Bilder auf, mit deren Hilfe sich die Stämme eindeutig identifizieren lassen. Alternativ dazu können weitere moderne Kennzeichnungsmethoden eingesetzt werden, zum Beispiel die Beschriftung der Stammabschnitte oder das Anbringen von RFID-Tags durch den Harvester direkt beim Fällen. Die Möglichkeit zur Identifizierung von Stammabschnitten ist entscheidend für die lückenlose Nachverfolgbarkeit, die unter anderem für die EU-Entwaldungsverordnung (EUDR) relevant ist.

Ein weiteres Ziel des Projekts ist die Reduktion von CO2-Emissionen. Durch den Einsatz von digitalen Zwillingen und Simulationstechniken können Emissionen bereits vor Beginn geplanter Maßnahmen berechnet und optimiert werden. Die Optimierung erfolgt, indem verschiedene Szenarien simuliert und analysiert werden. Zum Beispiel können unterschiedliche Transportwege und -methoden, die Nutzung energieeffizienter Maschinen und die Anpassung von Verarbeitungsprozessen in Sägewerken hinsichtlich ihres CO2-Ausstoßes verglichen werden. Basierend auf den Ergebnissen können die effizientesten und umweltfreundlichsten Methoden ausgewählt und implementiert werden. Dies trägt maßgeblich zur Reduktion des ökologischen Fußabdrucks bei und unterstützt nachhaltige Praktiken. Auch die Erntetechnologie wird durch digitale Prozesse effizienter: Harvester messen bereits im Wald Durchmesser und Länge der Stämme und übermitteln die Daten in Echtzeit. So lassen sich Bestellungen zielgenau abwickeln – ohne manuelle Zwischenschritte.

Ein zentrales Ziel des Projekts ist die Protokollierung der CO2-Bilanz entlang der gesamten Verarbeitungskette: vom im Baum gebundenen CO2 über die Emissionen bei der Ernte bis hin zum Transport in die Sägewerke. Projektanalysen zeigen: Nur rund 1,5 bis 5 Prozent des gespeicherten CO2 werden bei Ernte und Transport zu regionalen Sägewerken freigesetzt – der Großteil bleibt gebunden. Die Weiterverarbeitung zu langlebigen Produkten wie Möbeln sorgt für eine langfristige Speicherung. Da die meisten Emissionen beim Transport entstehen, bringt europäisches Holz mit kurzen Wegen einen klaren Klimavorteil.

Initiativen

Die Prinzipien der europäischen Gaia-X-Initiative, die offene, föderierte, vertrauenswürdige und sichere Datenräume fördert, werden ebenfalls umgesetzt. Im Projektdatenraum „Wald und Holz 4.0“ können Datenanbieter und -nutzer ihre Daten direkt übertragen, ohne auf Cloud Provider angewiesen zu sein. Dies ermöglicht eine effiziente und sichere Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Akteuren und unterstützt nachhaltige Prozesse.

Das Forschungsprojekt CO2For-IT ist ein innovatives Forschungsprojekt, das darauf abzielt, CO2-Emissionen in der Forst- und Holzwirtschaft zu reduzieren und nachhaltige Praktiken zu fördern. Es bringt verschiedene Akteure aus Wissenschaft, Industrie und Forstwirtschaft zusammen, um digitale Technologien zur Optimierung von Netzwerken zu entwickeln. Diese Technologien ermöglichen es, Prozesse von der Produktion bis zur Nutzung unter Nachhaltigkeitsaspekten zu optimieren.