TTS-Optimierung

Kontext: Die Kernfragen einer Nachhaltigkeitstransformation

Die Nachhaltigkeits-Transformation ist Kernthema der Nachhaltigen Entwicklungsziele der Vereinten Nationen 2030. In einer Welt von bald 10 Mrd. Menschen gilt es, alle Systeme in Wirtschaft und Gesellschaft im Sinne der ökologischen, ökonomischen und sozialen Nachhaltigkeit für heutige und zukünftige Generationen neu zu denken. Nur so wird ein friedliches Weiterleben und Überleben auf einem begrenzten Planeten dauerhaft möglich sein. In der Transformation hin zu Nachhaltigkeit gibt es dabei im Kern drei Fragestellungen:

  • Ziele: wie ist der nachhaltige Zielzustand eines Systems zu definieren? Welche ökologischen, ökonomischen und sozialen Kerngrößen sind dabei entscheidend? Welche Zielwerte – wie Bezahlbarkeit, Klimaneutralität, 100% geschlossene Kreisläufe – müssen dabei angestrebt werden?
  • Zeit: wie lange dauert es, diese Zielwerte zu erreichen? Ist dieser Zeitraum mit Blick auf den übergeordneten Kontext (Klimawandel, Artensterben, etc.) tragbar?
  • Wege: wie sehen mögliche Transformationswege hin zu einem nachhaltigen Zielzustand konkret aus? Welche strukturellen und technologischen Veränderungen und Wechselwirkungen können sich in den betrachten Systemen ergeben? In welcher Reihenfolge und Dynamik sollten Veränderungen umgesetzt werden, um auf dem Weg nicht zu überfordern? Sind angestrebte Maßnahmen ausreichend, um Ziele rechtzeitig zu erreichen oder sind weitergehende Maßnahmen erforderlich?

Für Entscheidungsträger in Politik und Wirtschaft ist es wichtig, mögliche Ziele, Zeiten und Wege für die Transformation der verantworteten Systeme zu verstehen, um Nachhaltigkeit in den Bereichen erfolgreich gestalten zu können. Dabei geht es nicht um Planwirtschaft, sondern um „Executive Intelligence“, das heißt die Befähigung, intelligente und informierte Entscheidungen treffen zu können. Für die kritische Öffentlichkeit ist es zudem wichtig, Entscheidungsträger überprüfen zu können – zum Beispiel wenn diese dazu tendieren, notwendige Transformationen hinauszuzögern und Maßnahmen mit dann meist gravierenderen Konsequenzen in die Zukunft zu verschieben.

 

Es gilt daher den rechnerischen Beweis zu führen, ob von Entscheidungsträgern präsentierte Pläne und Maßnahmen ausreichend sind, um Nachhaltigkeitsziele tatsächlich zu erreichen. Die hierfür bisher bestehenden methodischen Ansätze lassen sich in vier Gruppen gliedern, die unterschiedliche Stärken haben, aber auch Lücken aufweisen:

  • Die konventionelle Optimierung basiert auf eindimensionalen ökonomische Zielfunktionen (zum Beispiel nur Kostenminimierung oder Erlösmaximierung für ein System) ohne gleichberechtigte Verfolgung ökologischer und sozialer Ziele, die oft nur als Nebenbedingung abgebildet werden.
  • Die Multi-Ziel-Optimierung behandelt Nachhaltigkeit bisher als Zielkonflikt. Es geht darum „Trade-offs“ zum Beispiel zwischen Kosten und Emissionen auszubalancieren, was dazu führt, dass Ziele gegeneinander abgewogen werden müssen. Dies steht im Widerspruch zum Grundprinzip des Nachhaltigkeitsansatzes, der die Konvergenz aller Ziele anstrebt. Die vorliegenden Multi-Ziel-Optimierungs-Ansätze haben weiterhin ein punktuelles Zeitverständnis anstatt die Aspekte von Zeitverläufen und Transformationsprozessen in den Blick zu nehmen. Auch behandeln sie meist sehr wenige Zielparameter und bilden größere Systemdynamiken und strategische Planungsfragestellungen unzureichend ab.
  • Langfristige Szenariorechnungen, die zum Beispiel spezifische Entwicklungspfade für Technologien (Beispiel Erneuerbare Energien, E-Autos, Digitalisierung etc.) modellieren, bilden technologische Pfadabhängigkeiten ab – aber ohne langfristige Systemdynamiken oder Optimierungsentscheidungen durch Entscheidungsträgern in Politik und Wirtschaft zu berücksichtigen. Auch wird die Fortentwicklung der Technologien oft als Wert an sich betrachtet und nicht ausreichend abgewogen, inwieweit die betreffende Technologie einen Beitrag zur Erreichung der Nachhaltigkeitsziele leisten kann.
  • Qualitative Verfahren wie zum Beispiel das Backcasting leiten mögliche Innovations- und Transformationsschritte von einem festgesetzten Zielzustand ab. Diese Verfahren sind für Einzel-Produktdesigns nützlich – um die Transformation vollständiger, komplexer Systeme quantitativ zu berechnen, sind sie allerdings nicht ausreichend.

Der Blick auf bestehende Lücken, macht deutlich, dass integrierte Ansätze zur Quantifizierung der Transformationen hin zu nachhaltigen Systemen benötigt werden. Nur so können die Fragen nach Ziel, Zeit und Weg beantwortet werden.

 

Methode: Die Time-to-Sustainability Methode

Die Time-to-Sustainability (TTS) Methode versucht, die bestehenden Lücken zu schließen. Sie ist eine strategische Planungs- und Optimierungsmethode, die eingesetzt werden kann, um die Nachhaltigkeitstransformation eines komplexen Systems zu modellieren und mit konkreten Werten durchzurechnen. Grundlage für die Optimierung ist, dass die darunterliegenden Systeme (zum Beispiel Energiesystem, Verkehrssystem, Lieferketten, etc.) mit ihren Strukturen, technologischen Optionen und Parametrisierungen für eine strategische Betrachtung aggregiert abgebildet werden. Darauf aufbauend kann die Zeit minimiert werden, bis in den Bereichen Ökonomie, Ökologie und Soziales vorher als nachhaltig definierte Zielwerte dauerhaft erreicht sind – das heißt ein „sustainability steady state“ vorliegt.

 

Abbildung 1: Ergebnis TTS-Optimierungsansatz

 

Wichtigste Eigenschaften der Methode sind:

  • Ziele: TTS bildet eine beliebige Zahl an unterschiedlichen Nachhaltigkeitsleistungsindikatoren ab. Alle für ein System spezifisch relevanten ökologischen, ökonomischen und sozialen Zielgrößen können mit den jeweils nachhaltigen Zielwerten abgebildet werden, ohne dass sie gegeneinander gewichtet werden müssen.
  • Zeit: anders als in bisherigen Methoden werden nicht einzelne KPI-Zielwerte optimiert, sondern es wird die Zeit minimiert, bis alle nachhaltigen Zielwerte dauerhaft erreicht sind. Damit wird explizit die Frage beantwortet, wie lange eine Transformation dauert.
  • Wege: weiterhin können die Transformationswege berechnet werden, die die Transformation bewirken. Es kann analysiert werden, wie Parameter gestaltet werden müssen, um möglichst schnell zu einem Zustand des modellierten Gesamtsystems zu kommen, in dem Nachhaltigkeit auf allen betrachteten Ebenen langfristig vorliegt.

Die Methode kann auf unterschiedliche Fragestellungen angewandt werden. Bisher betrachtete Systeme sind Industrie-Wertschöpfungsketten zum Beispiel im Automobilsektor oder auch urbane Mobilitäts- und Transportsysteme. Es werden zunächst die relevanten Systeme (im Beispiel der unteren Abbildung: die Wertschöpfungskette) und Netzwerke sowie die Zielgrößen und Indikatoren für die jeweilige nachhaltige Entwicklung definiert. Diese Indikatoren sind System-spezifisch (zum Beispiel ist die Menge der Stickoxid-Emissionen ein Indikator im urbanen Transport neben CO2, Kosten, Zeit, Platzverbrauch, Unfällen, etc.). Wenn angestrebte (zeitliche) Ziele festgelegt und das Subsystem beziehungsweise die wichtigsten externen Einflüsse auf das System modelliert sind, können schließlich konkrete Optimierungsstrategien angewendet werden.

Abbildung 2: Vorgehen TTS-Ansatz (Bsp. Automobilindustrie)

 

Das von time2sustain und Prof. Hans-Otto Günther entwickelte Kernprinzip der TTS-Methode wird in Kooperation mit unterschiedlichen Partnern (Technischen Universität Berlin, Hochschule Flensburg, Universität Kassel, Wirtschaftsuniversität Wien, Austrian Institute of Technology) derzeit im Bereich des nachhaltigen urbanen Transportes und der Mobilität in Städten weiterentwickelt. Vertiefende Einblicke in den TTS-Ansatz lassen sich aus den entstandenen Publikationen gewinnen – vor allem bei Kannegiesser, M. und Günther, H.O. (2013) “Sustainable development of global supply chains” (Part 1 und Part 2) und Kannegiesser, M. Günther., H.O. und Autenrieb, N. (2015) “The time-to-sustainability optimization strategy for sustainable supply network design”. Ziel ist es, die Methode als Entscheidungsunterstützung für weitere Städte und Wirtschaftsbereiche beziehungsweise Unternehmen anzuwenden und auf weitere Systeme und Transformationsfragestellungen (Energiewende, Verkehrswende, Agrarwende, etc.) zu übertragen.

 

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© Dr. Matthias Kannegiesser, time2sustain, 2018

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