Globale Lieferketten geraten zunehmend unter Druck. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an Nachhaltigkeit, Ressourceneffizienz und technische Zuverlässigkeit von Werkstoffen. Unternehmen und Forschung stehen damit vor einer zentralen Frage: Wie lässt sich eine resiliente und nachhaltige Versorgung langfristig sicherstellen?

Warum ein systematischer Blick in die Zukunft der Werkstoff-Versorgung entscheidend ist

Das Fraunhofer-Leitprojekt ORCHESTER liefert darauf eine fundierte Antwort: Ein umfassender Trendreport macht zentrale Entwicklungen frühzeitig sichtbar und ordnet sie strategisch ein. Denn resiliente Werkstoffsysteme entstehen dort, wo Trends früh erkannt, vernetzt gedacht und gezielt in Innovation übersetzt werden. Die Fraunhofer-Forschenden haben drei »Game-Changer-Trends« zur Werkstoffversorgung identifiziert, die diese These veranschaulichen:

1. Sekundärrohstoffmärkte: Schlüssel zur zirkulären Versorgung

Sekundärrohstoffe sind Materialien, die durch Recycling aus Abfällen, Altprodukten oder Produktionsrückständen wiedergewonnen werden. Märkte für Sekundärrohstoffe sind zentral für eine funktionierende Kreislaufwirtschaft in Europa, denn sie ermöglichen die Wiederverwendung hochwertiger Materialien und reduzieren die Abhängigkeit von Primärressourcen.

Allerdings bestehen entlang der Wertschöpfungskette zahlreiche Herausforderungen: regulatorische Unsicherheiten, fehlende Standards und schwankende Materialqualitäten. Während Märkte für Aluminium, Papier und Glas bereits gut funktionieren, sind andere noch unterentwickelt, etwa bei Kunststoffen oder Textilien.

Um Sekundärrohstoffmärkte weiterzuentwickeln, braucht es konkrete Maßnahmen auf mehreren Ebenen: Materialanforderungen sollten stärker flexibilisiert werden, sodass auch variable Materialqualitäten und unterschiedliche sekundäre Materialquellen systematisch genutzt werden können. Dies erfordert einen stärkeren Fokus auf funktionalen Eigenschaften statt auf starren Zusammensetzungen.

Gleichzeitig müssen Recyclingprozesse gezielt angepasst und weiterentwickelt werden, um sowohl die Verfügbarkeit als auch eine gleichbleibende Qualität der Materialien sicherzustellen, auch bei heterogenen Inputströmen.

Darüber hinaus ist es entscheidend, Importabhängigkeiten gezielt zu reduzieren, indem Sekundärrohstoffe, insbesondere für kritische Materialien wie Nickel oder Seltene Erden, stärker erschlossen und in bestehende Wertschöpfungsketten integriert werden. Dazu tragen standardisierte Qualitätsanforderungen, digitale Produktpässe und transparente Materialinformationen bei, die langfristig den Aufbau stabiler und integrierter zirkulärer Märkte ermöglichen.

2. Autokratisierung: Geopolitik als Risikofaktor

Die weltweite Zunahme autokratischer Systeme verändert die Rahmenbedingungen von Märkten und Lieferketten grundlegend. Handelsbarrieren, geopolitische Spannungen und regulatorische Unsicherheiten erhöhen die Risiken für Unternehmen erheblich. Unternehmen müssen zunehmend zwischen Effizienz und Resilienz abwägen. Klassische Lieferketten werden durch Fragmentierung, Protektionismus und neue Sicherheitsanforderungen herausgefordert.

Um auf geopolitische Unsicherheiten zu reagieren, müssen Unternehmen ihre Materialstrategien gezielt anpassen: Dazu gehört insbesondere die Diversifizierung von Bezugsquellen sowie die verstärkte Nutzung von Substitutionsmöglichkeiten. Technische Spezifikationen sollten so gestaltet werden, dass alternative Materialien und unterschiedliche Herkunftsquellen einfacher integriert werden können.

Parallel dazu ist der Aufbau regionaler und robuster Recyclingstrukturen notwendig, um Versorgungsrisiken zu reduzieren und eine unabhängigere Materialbasis zu schaffen. Lokale Kreisläufe können hierbei einen wichtigen Beitrag leisten, um externe Schocks besser abzufedern.

Zudem erfordert der Umgang mit kritischen Rohstoffen ein systematisches Monitoring von Verfügbarkeiten und Risiken. Unternehmen müssen ihre Abhängigkeiten transparenter machen und frühzeitig Strategien zur Diversifizierung und Absicherung entwickeln, um auf volatile geopolitische Rahmenbedingungen reagieren zu können.

3. »Design for Disassembly«: Kreislaufwirtschaft beginnt im Design

»Design for Disassembly« beschreibt einen Ansatz, bei dem Produkte so gestaltet werden, dass sie am Ende ihres Lebenszyklus einfach zerlegt und wiederverwendet werden können. Dieser Ansatz ist ein zentraler Baustein der Kreislaufwirtschaft. Unterstützt wird er durch Methoden wie Life Cycle Assessment (LCA), digitale Produktpässe und neue Bewertungsansätze für Zirkularität.

Damit Materialien effektiv im Kreislauf geführt werden können, müssen Produkte so gestaltet werden, dass eine Rückgewinnung auch komplexer Materialien möglich ist. Dies erfordert Designansätze, die eine einfache Zerlegung und trennscharfe Materialfraktionen ermöglichen.

Eine bessere Trennbarkeit wirkt sich direkt auf die Qualität der Rezyklate aus und verbessert deren Einsatzmöglichkeiten in nachgelagerten Anwendungen. Daher sollten Design, Materialwahl und Recyclinganforderungen stärker miteinander verzahnt werden.

Gleichzeitig trägt eine systematische Berücksichtigung von Rückbau- und Recyclingfähigkeit dazu bei, die Verfügbarkeit sekundärer Rohstoffe insgesamt zu erhöhen. Unterstützt durch digitale Technologien und klare Gestaltungsprinzipien kann so ein wesentlicher Beitrag zur langfristigen Sicherung von Materialkreisläufen geleistet werden.

Methodik: Von 75 Trends zu klaren Prioritäten für Unternehmen und Politik

Der ORCHESTER-Trendreport basiert auf einem semi-automatisierten Horizon-Scanning-Ansatz. KI-gestützte Literaturanalysen wurden mit Expert:innenwissen kombiniert und entlang des STEEP-Frameworks strukturiert (Social, Technological, Economic, Environmental, Political). Von den 75 identifizierten Trends wurden 25 als besonders relevant ausgewählt und tiefer analysiert. Das Ergebnis ist eine Priorisierung von zehn »Game-Changer-Trends«, zehn »High-Potential-Trends« und fünf Trends zur Beobachtung.

Die Trends zeigen, wie technologische, wirtschaftliche und politische Entwicklungen zusammenwirken. Für Unternehmen bieten sie damit eine wichtige Orientierung und einen strukturierten Zugang zu zentralen Zukunftsfragen. Sie helfen dabei, Unsicherheiten besser einzuordnen, strategische Optionen abzuwägen und fundierte Entscheidungen in einem zunehmend komplexen Umfeld zu treffen, insbesondere im Hinblick auf Materialstrategien, Innovationspfade und Kooperationen.

Hintergrund: Das Fraunhofer-Leitprojekt ORCHESTER

Für eine zuverlässige Versorgung mit funktionssicheren Werkstoffen für die Energiewende wird die Fraunhofer-Gesellschaft zum Dirigenten im Zusammenspiel zwischen Industrie, Verbänden, Politik und Forschung. Ein interdisziplinäres Konsortium aus sechs Fraunhofer-Instituten erschafft ein digitales Ökosystem für die Bewertung der Funktionssicherheit, optimiert die Werkstoffentwicklung und erarbeitet Strategien zur Erhöhung der Recyclingquote.