Chancen der Chemieindustrie: Status Quo 2024

Autor: Alex Böser, Senior Ecosystem Manager Chemistry @ 5-HT Chemistry & Health 

Einleitung

Angesichts der stetig wachsenden Dominanz Chinas auf dem globalen Chemiemarkt, geopolitischer Spannungen, die sich auf Lieferketten und Preise auswirken, sowie herausfordernder regulatorischer Belastungen (z. B. der EU Green Deal) war der Druck auf die Chemieindustrie selten so groß, sich neu zu erfinden. Neue und innovative Technologien, Digitalisierung und Nachhaltigkeit sind drei der wichtigsten Chancen, die es hier zu nutzen gilt. Lesen Sie hier eine detaillierte Analyse der aktuellen Chancen der Chemieindustrie im Jahr 2024:

Einen detaillierten Überblick über die Herausforderungen, denen sich die Chemieindustrie im Jahr 2024 gegenübersieht, finden Sie in diesem Artikel [LINK], in dem bereits einige Chancen herausgearbeitet wurden, die hier weiter diskutiert werden sollen.

Zunächst werden in diesem Beitrag die Chancen, die sich aus der Spezialisierung und Lokalisierung in der Chemieindustrie ergeben, anhand von zwei exemplarischen Fällen analysiert: Evonik Industries AG (Spezialisierung) und die indische Chemieindustrie (Lokalisierung). Anschließend werden die zukünftigen Nachfragetreiber angesprochen, nämlich die Energiewende, biobasierte Rohstoffe und Recyclingtechnologien. Schließlich werden die aktuellen Chancen analysiert, die sich aus der Nutzung von Digitalisierung, Daten und datengesteuerter Entscheidungsfindung ergeben.

Chancen der globalen Chemieindustrie

Wie bereits in einem früheren Artikel [LINK] ausführlich erörtert, ist Chinas Dominanz auf dem globalen Chemiemarkt in den letzten zehn Jahren um einen Gesamtmarktanteil von 13 % gewachsen - während europäische und US-amerikanische Unternehmen ihren Einfluss auf den Markt verlieren [1]. Da Chinas Position in den nächsten Jahren höchstwahrscheinlich stark bleiben wird [Artikel folgt in Kürze], muss der Rest der Welt seine eigene Position mit Nachdruck sichern.

In unserem vorgenannten Artikel haben wir auch die Aspekte der Lokalisierung und Spezialisierung hervorgehoben, die für die Aufrechterhaltung des Wachstums eine entscheidende Rolle zu spielen scheinen: Im Zeitraum 2018-2022 lag der Median des fünfjährigen Total Shareholder Return (TSR) für den gesamten Chemiemarkt der fokussierten Spezialchemie bei +8 % und für Unternehmen, die sich auf den Teilsektor der Industriegase konzentrieren, bei +12 % [2]. Wie in Abbildung 1 dargestellt, weisen Unternehmen aus Schwellenländern in dieser Analyse der Boston Consulting Group (BCG) die höchsten TSRs auf. Abbildung 1 - Tabelle mit dem Median der fünfjährigen Gesamtrendite für die Aktionäre (TSR) im Zeitraum 2018-2022 (in %) für verschiedene Branchenteilsektoren und Länder/geografische Regionen sowie die Gesamtmarktkapitalisierung (in Mrd. USD) und die Gesamtmarkt-TSR (in %). Zur besseren Veranschaulichung stellt die Größe des Kreises die Marktkapitalisierung der einzelnen Kombination von Teilsektor und Region dar, während die Farbe des Kreises die verschiedenen Fünfjahres-TSR-Bereiche darstellt. [Boston Consulting Group]

Auf den ersten Blick scheint die Faustformel für die Aufrechterhaltung des Wachstums in der chemischen Industrie zu lauten: "Spezialisierung" für EU/US-Unternehmen und "Lokalisierung" für Unternehmen in Schwellenländern.

Schauen wir uns zwei beispielhafte Fälle an, um diese Hypothese zu testen: Das Spezialchemieunternehmen Evonik Industries AG und der aufstrebende Chemiemarkt in Indien.

Fallbeispiel “Spezialisierung”: Evonik Industries AG

Evonik Industries AG ("Evonik") ist ein europäisches Spezialchemieunternehmen mit Hauptsitz in Deutschland. "Das Unternehmen ist in mehr als 100 Ländern der Welt tätig und erwirtschaftete im Jahr 2023 einen Umsatz von 15,3 Milliarden Euro und ein operatives Ergebnis (bereinigtes EBITDA) von 1,66 Milliarden Euro" [3]. Evonik hat weltweit über 33.000 Mitarbeiter und besteht aus fünf Geschäftsbereichen: "Specialty Additives", "Nutrition & Care", "Smart Materials", "Performance Materials" und "Technology & Infrastructure" - die sich wiederum in insgesamt 23 Geschäftsfelder gliedern.

Nachdem Evonik in den Jahren 2019 (-1%) und 2020 (-7%) nur moderate Einbußen beim Außenumsatz hinnehmen musste, konnte das Unternehmen im Jahr 2021 ein Wachstum des Außenumsatzes von +23% und im Jahr 2022 von +24% verzeichnen. Seit dem zweiten Quartal 2022 ist der Außenumsatz jedoch seit sieben Quartalen in Folge rückläufig, und für 2023 meldete Evonik einen Rückgang des Außenumsatzes um -17 % [4].

Ist Evonik also eine Ausnahme von der oben genannten Faustformel? Die Antwort: Es ist kompliziert!

Dieser Rückgang sieht zwar auf den ersten Blick hart aus, ist aber aufgrund der beiden außergewöhnlich starken Geschäftsjahre vor 2023 eher nebensächlich. Der Außenumsatz von 15,3 Mrd. EUR im Jahr 2023 übertrifft immer noch die Außenumsatzwerte für 2021 (15,0 Mrd. EUR), 2020 (12,2 Mrd. EUR) und 2019 (13,1 Mrd. EUR) [4].

Nichtsdestotrotz scheint die Führungsspitze von Evonik dies als Zeichen (oder Chance?) zu verstehen und kündigte in ihrer "Q4 / FY 2023 Earnings Conference Call" im März 2024 ein Update ihres Reorganisationsprogramms namens "Evonik Tailor Made" an: Bis Ende 2026 sollen durch verschiedene Schritte, die vor allem die Personalkosten betreffen, insgesamt 400 Mio. EUR eingespart werden.

Dies schließt zwar auch den Abbau von bis zu 2.000 Mitarbeitern bis Ende 2026 ein, doch basiert das Reorganisationsprogramm vor allem auf einer kritischen Selbsteinschätzung: Evonik muss seine operative Geschwindigkeit erhöhen, indem es die Anzahl der Hierarchieebenen (derzeit 10 unterhalb der C-Suite auf zukünftig 6) und das Verhältnis von Führungskräften zu Mitarbeitern (von 1:4 auf 1:7) reduziert [4]. Die Reorganisationsbemühungen betreffen also vor allem Management- und Führungspositionen.

Aufgrund des Mangels an verlässlichen Daten war ein Vergleich mit durchschnittlichen Hierarchiestufen oder Management/Mitarbeiter-Verhältnis in der Chemieindustrie nicht möglich.

Dennoch: Wie wir bereits in unserem Artikel über die Herausforderungen der chemischen Industrie im Jahr 2024 [LINK] erörtert haben, sind diese und ähnliche Arten von Reorganisations-/Restrukturierungsprogrammen für europäische Chemieunternehmen mehr als notwendig, um relevant zu bleiben und einige "Wohlstandslasten" (wie z. B. Management-/Führungs-Overhead) abzustreifen, die in wohlhabenderen Zeiten der Vergangenheit angesammelt wurden.

Wenn die derzeitige Situation und das Restrukturierungsprogramm von Evonik erfolgreich sind, könnten sie in den kommenden Jahren zu einem Paradebeispiel für andere Chemieunternehmen in der EU (und vielleicht auch in den USA) werden: Sich seiner selbst bewusst zu sein, die eigenen Schmerzpunkte zu erkennen, Engpässe zu entschärfen und den Status quo in Frage zu stellen, wird kurzfristig zu Schmerzen für Mitarbeiter und Aktionäre führen, aber langfristig die Chance eröffnen, wettbewerbsfähig zu bleiben.

Fallbeispiel “Lokalisierung”: Indien

Gemessen am medianen Fünf-Jahres-TSR im Zeitraum 2018-2022 weisen indische Chemieunternehmen den höchsten TSR aller analysierten Regionen in Abbildung 2 auf, nämlich 23% - fast das Doppelte der zweitplatzierten Region Schweiz (12%) und fast das Vierfache im Vergleich zu China (8%) [2].

Abbildung 2 – Vertikales Balkendiagramm, das den mittleren Fünfjahres-Total Shareholder Return (TSR) im Zeitraum 2018-2022 (in %) für verschiedene Länder/geografische Regionen darstellt. Die Balkenfarbe steht für verschiedene regionale Gruppierungen, wie in der Grafik dargestellt. [Boston Consulting Group]

Dieser Trend der TSR-Steigerung ist nicht nur auf fünf Jahre beschränkt, sondern nimmt seit über einem Jahrzehnt stetig zu, wie eine McKinsey-Studie zeigt (siehe Abbildung 3) [5] - wobei die indischen Chemieunternehmen alle anderen untersuchten Regionen deutlich übertreffen.

Abbildung 3 – Oben: Total Shareholder Return (TSR) der führenden Chemieunternehmen nach Standort. Unten: Kumulative TSR CAGR (Compound Annual Growth Rate) der führenden Chemieunternehmen nach Standort. In beiden Diagrammen sind die Regionen abgebildet: Indien, Nordamerika, Europa, Greater China, Japan, Rest von Asien und Rest der Welt. [McKinsey & Company]

Woher kommt dieses beeindruckende Wachstum?

Nach Angaben der Abteilung für Chemikalien und Petrochemikalien des indischen Ministeriums für Chemikalien und Düngemittel bietet der indische Markt für Chemikalien und Petrochemikalien mehrere Wettbewerbsvorteile gegenüber anderen Märkten [6]. Diese sind hauptsächlich:

• Eine strategische geografische Lage für Lieferketten, die sich aufgrund geopolitischer Szenarien verschieben,

• eines der niedrigsten Arbeitsentgelte in der verarbeitenden Industrie weltweit,

• die höchste Verfügbarkeit von Arbeitskräften nach China,

• eine der niedrigsten Infrastrukturkosten der Welt (Bau-, Material- und/oder Maschinenkosten) und

• umfangreiche Anreize, Kredit-/Investitionsmöglichkeiten, Kostenerstattungen und/oder Subventionen durch die Regierungen der Bundesstaaten und die Industriepolitik.

Für einen tieferen Einblick in den gesamten indischen Chemiemarkt empfehle ich Quelle 6.

Darüber hinaus werden umfangreiche Regierungsinitiativen ergriffen, um die ehemals schwache Infrastruktur Indiens zu verbessern [21]:

• Gati Shakti, auch bekannt als Nationaler Masterplan für multimodale Konnektivität, "hat einen Wert von 1,2t USD und zielt darauf ab, den Planungsprozess zu rationalisieren und sicherzustellen, dass die Ressourcen effektiv in die Entwicklungsplanung fließen. Die verschiedenen Abteilungen der Regierungen werden nun eine Plattform haben, um gemeinsam an Infrastrukturprojekten wie Straßen, Eisenbahnen, Flughäfen, Häfen, Massentransport und Wasserstraßen zu arbeiten",

• Die Nationale Infrastruktur-Pipeline (NIP) "umfasst eine geschätzte Finanzierung von mehr als 1t USD über fünf Jahre und beinhaltet Projekte im Bereich der erneuerbaren Energien, bei denen eine aktive Beteiligung privater Akteure erwartet wird", und

• Ein Staatsfonds, der Nationale Investitions- und Infrastrukturfonds (NIIF), "wurde eingerichtet, um Investitionen zu verwalten und soll als Plattform für Ko-Investitionen von globalen und inländischen Investoren und multilateralen Entwicklungsbanken (MDBs) dienen. Das Hauptaugenmerk des Fonds liegt auf Infrastruktur- und Wachstumsaktien".

Interessanterweise ist das Spezialchemie-Segment derzeit die zweitstärkste Säule des indischen Chemiesektors nach der Petrochemie und wird voraussichtlich in den nächsten Jahrzehnten stetig wachsen (siehe Abbildung 4) [5].

Abbildung 4 – Der indische Chemiemarkt in Milliarden USD, aufgeteilt in verschiedene chemische Teilsektoren: Spezialchemikalien, anorganische Chemikalien, Pet-Chem, Düngemittel und andere. Dargestellt sind die aktuellen Marktgrößen und Schätzungen für die Teilsektoren für die Jahre 2021, 2027 und 2040 sowie die prognostizierte CAGR für die Zeiträume 2021-2027 und 2027-2040. [McKinsey & Company]

Die indische Chemieindustrie kann ein beeindruckendes Wirtschaftswachstum in den letzten 10 Jahren vorweisen, insbesondere in den letzten 5 Jahren. Mit einem Umsatz von 115 Mrd. EUR mit Chemikalien liegt Indien im Jahr 2022 auf Platz7 der Weltrangliste der Chemieverkäufe - hinter China, EU27, USA, Japan, Südkorea und Brasilien (in dieser Reihenfolge) [1]. Gleichzeitig beträgt Indiens Marktanteil am weltweiten Chemieumsatz nur 2 % [1]. Das Ziel der indischen Chemieindustrie ist es, bis 2025 eine 300 Mrd. USD-Industrie zu werden [6].

Die Lokalisierung ist zwar unbestreitbar ein wichtiger Faktor für Indiens derzeitiges industrielles Wachstum, aber sicherlich nicht der einzige: Niedrige Arbeits- und Produktionskosten, eine hohe Verfügbarkeit von Arbeitskräften und attraktive staatliche Geschäftsanreize für Unternehmen und Unternehmer sind ebenfalls wichtige Faktoren für diese rasante Entwicklung.

Lustigerweise sind die meisten dieser Erfolgsfaktoren das direkte Gegenteil dessen, warum der deutsche Chemiemarkt derzeit unter großem Druck steht (wie in unserem früheren Artikel [LINK, über die aktuellen Herausforderungen der chemischen Industrie im Jahr 2024] erörtert).

In zukünftigen Ausgaben dieses Artikels werden wir auf diese beiden exemplarischen Fälle zurückblicken und sehen, ob sich neue Erkenntnisse oder Tendenzen ergeben. Außerdem werden wir untersuchen, ob dieser "Trend" zur Spezialisierung und Lokalisierung anhält - oder ob es sich nur um ein kurzlebiges Phänomen handelt.

Zukünftige Nachfragetreiber

Unabhängig von der Spezialisierung des Produktportfolios, den geografischen Gebieten oder den Finanzdaten: Es gibt keine Alternative zur chemischen Industrie. Sie ist die Basis oder ein integrierter Teil der Wertschöpfungsketten fast aller anderen Industriezweige.

Die gute Seite daran: Es wird immer eine chemische Industrie geben.

Der schlechte Aspekt daran: Die chemische Industrie muss sich daher immer wieder an das aktuelle Wirtschaftsklima sowie an die Anforderungen und Bedürfnisse ihrer Kunden anpassen. Sich auf einen überholten Status quo zu verlassen oder gar zu entspannen, wird langfristig nicht funktionieren. Der Status quo muss ständig neu definiert werden, indem Innovation, Forschung und Entwicklung sowie Marktanalysen einbezogen werden.

Werfen wir einen Blick in unsere analytische Kristallkugel und stellen wir uns die Frage:

Was sind die künftigen Nachfragetreiber für die chemische Industrie?

Ausgehend von unseren eigenen Erfahrungen und gemäß zwei von Deloitte durchgeführten Analysen sind Nachhaltigkeit und die ihr nachgelagerten Initiativen zur Emissionsreduzierung die wichtigsten Triebkräfte für die kurz- bis mittelfristige Zukunft der chemischen Industrie [7, 8]. Dabei geht es vor allem um die Energiewende, biobasierte Rohstoffe und Recyclingtechnologien.

Energiewende

Hochleistungsmaterialen spielen eine wichtige Rolle bei der Energiewende, wenn es darum geht, das Gewicht zu verringern oder die Haltbarkeit neuartiger Produkte zu erhöhen. Die Verringerung von Verschleiß und Wartung führt zu längeren Produktlebenszyklen, die Verringerung des Gewichts erhöht die Kraftstoff-/Energie-Effizienz und die Verwendung spezieller Hochleistungswerkstoffe ermöglicht neue Technologien und Anwendungsszenarien.

Anwendungen für Hochleistungsmaterialien im Rahmen der Energiewende, der Energieinfrastruktur und vieler nachgelagerter Technologien sind:

• Windkraftanlagen,

• Isoliermaterialien,

• Solarzellen,

• Supraleiter,

• Batterien (und andere Formen der Energiespeicherung),

• Katalysatortechnologie

  • zur Herstellung von nachhaltigen Kraftstoffen, Wasserstoff oder Wasserstoffträgern (wie Ammoniak oder Methanol),

  • andere Power-to-X(-to-Y)-Anwendungen, oder

  • Technologien zur Entfernung von Kohlenstoff (direkte Abscheidung von Luft "DAC", Kohlenstoffabscheidung und -speicherung "CCS" oder Kohlenstoffabscheidung und -nutzung "CCU").

Darüber hinaus beschränken sich diese Anforderungen nicht nur auf die Herstellung der oben genannten Endprodukte, sondern werden von anderen chemischen Produkten begleitet, die in Zwischenschritten verwendet werden - wie Lösungsmittel, Schmiermittel, Klebstoffe, Katalysatoren und mehr. Um eine hohe Qualität und Standardisierung zu gewährleisten, werden außerdem spezielle Produktionsmaschinen, Analysegeräte und Benchmarking-Lösungen benötigt.

Bio-basierte Rohstoffe

Abgesehen von der Energiewende hat die Nachhaltigkeit in den letzten Jahren die Nachfrage und die Innovation in der chemischen Industrie angekurbelt, was nicht überrascht. Die Suche nach "sauberen" Alternativen zur "schmutzigen" ölbasierten Chemie der Vergangenheit hat zum Aufkommen mehrerer neuer Produktions- und Recyclingtechnologien geführt.

Wie unser Startup- und Technologie-Scouting bei 5-HT zeigt, drehte sich einer der stärksten Trends der letzten Jahre um die Verwendung alternativer Rohstoffe für die chemische Synthese oder Produktion.

Erneuerbare, biobasierte Alternativen zu Lebensmittelchemikalien/-inhaltsstoffen, Schmierstoffen, Monomeren, Additiven oder Polymeren können aus verschiedenen Quellen gewonnen werden, die in "Generationen" eingeteilt werden:

• Rohstoffe der 1. Generation: aus essbaren Pflanzen, wie Zuckerrohr oder Mais,

• Rohstoffe der 2. Generation: aus Non-Food-Biomasse wie Lebensmittelabfällen oder land- und forstwirtschaftlichen Abfällen,

• Rohstoffe der 3. Generation: Verwendung von Mikroorganismen (Algen, Bakterien, Pilze) zur Gewinnung gewünschter Chemikalien, die bereits in diesen Mikroorganismen vorhanden sind,

• Rohstoffe der 4. Generation: Nutzung der synthetischen Biologie zur Entwicklung von Mikroorganismen, die eine gewünschte Chemikalie in hoher Menge und Reinheit synthetisieren.

Während die Rohstoffe der 1. Generation mit der Lebensmittelversorgung und -produktion konkurrieren, wird dieses Problem bei allen Rohstoffen der nächsten Generation entschärft. Wie bei den Rohstoffen der 3. und 4. Generation zu sehen ist, verwischt die Nutzung von Mikroorganismen die traditionelle Grenze zwischen Biologie und Chemie - und eröffnet der chemischen Industrie eine Fülle von Chancen, indem sie die Fortschritte in der synthetischen und molekularen Biologie in die Produktion nachhaltiger Materialien einbezieht.

Ein mögliches Szenario für die 5. Generation von Rohstoffen könnte eine Kombination aus den jüngsten Fortschritten in der Digitalisierung und Automatisierung sein, bei der Mikroorganismen eingesetzt werden, deren Veränderung in silico optimiert wurde und deren Prozesse von autonomen Robotern durchgeführt werden.

Recycling-Technologien

In dem Maße, wie die Ressourcen knapper werden, Plastikabfälle in jedem Ozean (oder sogar im menschlichen Körper [9]) zu finden sind und Ökobilanzen zum Industriestandard werden, werden auch die Recyclingtechnologien immer zahlreicher. Die Kreislaufwirtschaft ist der neueste Ansatz. Abbildung 5 zeigt einen Überblick über die Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe [10]:

Abbildung 5 – Überblick über die Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe mit Darstellung der verschiedenen Ströme der Kunststoffproduktion, -verwendung und -verwertung. [Quelle: Plastics Europe]

Wie in Abbildung 5 dargestellt, gibt es mehrere Möglichkeiten, Kunststoffprodukte wiederzuverwenden und wieder in den Kreislauf zu bringen:

• Wiederverwendung, Reparatur und Aufarbeitung,

• Mechanisches Recycling,

• Recycling durch Auflösen und

• Chemisches Recycling.

Wiederverwendung, Reparatur und Aufarbeitung sind trendige und praktikable Optionen für die Kreislaufführung von Kunststoffen, insbesondere für verbrauchernahe Produkte.

Da es sich bei den endgültigen Kunststoffprodukten häufig um heterogene Mischungen verschiedener Kunststoffe handelt, führt das werkstoffliche Recycling häufig zu einer heterogenen Mischung der recycelten Materialien. Dies macht ihre Wiederverwendung in Szenarien schwierig (wenn nicht gar unmöglich), in denen hohe Reinheitsgrade für die Herstellung neuer Materialien erforderlich sind - zum Beispiel bei der Herstellung fortschrittlicher Werkstoffe. Mechanisch recycelte Kunststoffe werden daher häufig als Füllstoffe oder Additive in Kombination mit Standardkunststoffen oder technischen Kunststoffen für Low-Tech-Anwendungen verwendet.

Recycling durch Auflösen kann eingesetzt werden, um bestimmte Komponenten in Mehrkomponenten-Kunststoffen oder -Produkten, die bekanntermaßen schwer mechanisch zu recyceln sind, selektiv aufzulösen. Dieser Ansatz erfordert jedoch die Verwendung von Lösungsmitteln sowie einen hohen Energieaufwand für die Entfernung der Lösungsmittel und die anschließende Aufbereitung.

Beim chemischen Recycling geht es darum, Kunststoffe (Polymere) wieder in ihre einzelnen Bausteine (Monomere) zu zerlegen. Auf diese Weise können die Monomere in frühen Stadien der Polymerproduktion wiederverwendet werden, wo sie durch die Verwendung anderer Monomerkombinationen oder Polymerisationstechniken auch zu anderen Produkten als zuvor verarbeitet werden können. Während das chemische Recycling den besten Ansatz für die Kreislaufwirtschaft darstellt, ist es gleichzeitig die technisch anspruchsvollste und komplizierteste der genannten Recyclingtechnologien: In den meisten Fällen muss das Recyclingverfahren auf ein bestimmtes zu recycelndes Polymer abgestimmt werden.

Für einen detaillierten Überblick über die aktuelle Situation des Kunststoffrecyclings in Europa empfehle ich Quelle 10.

In Gesprächen mit Gleichgesinnten höre ich in letzter Zeit sehr oft den Satz "Nachhaltigkeit ist tot". Nicht im Sinne von irrelevant/unbedeutend, sondern im Sinne von überbewertet, überstrapaziert und abgenutzt. Im Jahr 2023 verkündete der CEO und Gründer von BlackRock, Larry Fink, gegenüber Fox Business, dass er den Begriff "ESG" nicht mehr verwenden werde, da er überstrapaziert und als Waffe eingesetzt werde [11; ESG: Environmental, Social and Corporate Governance].

Auch wenn wir uns derzeit in einer Phase der Desillusionierung befinden (siehe Gartner Hype Cycle, Gartner Group) [12], wird das Thema Nachhaltigkeit noch viele Jahre lang auf der Tagesordnung der Unternehmen stehen. Vor allem, wenn Nachhaltigkeit ein integraler Bestandteil der künftigen Entwicklung unserer Branche ist und sein wird, z. B. durch den europäischen Green Deal.

Die Digitalisierung ist tot, lang lebe die Digitalisierung!

Als Teil der Digital Hub Initiative (de.hub Initiative) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) arbeitet 5-HT Chemistry & Health seit 6 Jahren an der Förderung von Innovation und Digitalisierung in der Chemie- und Gesundheitsbranche.

Daher hat 5-HT ein gutes Verständnis für die Höhen und Tiefen der verschiedenen Trends in der Digitalisierung der chemischen Industrie entwickelt. Dies umfasst nicht nur F&E-Labore, sondern auch die Produktion und allgemeine Geschäftsthemen - wie IP-, Wissens- und Datenmanagement.

Während es einige Digitalisierungswerkzeuge wie LIMS (Laboratory Information Management Systems) und ELNs (Electronic Lab Notebooks) bereits seit mehreren Jahrzehnten gibt, vollzieht sich der technologische Fortschritt derzeit in rasantem Tempo und bietet Lösungen für viele Bereiche innerhalb und außerhalb des Labors, darunter:

• Audit-Trailing,

• Datenverwaltung und -austausch,

• Fortgeschrittene Statistik und statistische Vorhersage,

• Verwaltung von Inventar und Ausrüstung,

• GHS-Verwaltung oder

• Mitarbeiterschulung.

In Kombination mit spezifischen Technologien - z. B. Virtual/Augmented Reality (VR/AR), Blockchain, (generative) Künstliche Intelligenz (KI) oder IoT-Lösungen (Internet der Dinge) - sind viele speziell auf die chemische Industrie zugeschnittene Lösungen entstanden, wie z. B.:

• Selbstfahrende Labore (SDLs): Vollautomatische synthetische und/oder analytische Labore, die Robotik, IoT-Sensoren und geschlossene Kreislaufsysteme nutzen, um die Produktivität und Reproduzierbarkeit von Experimenten zu erhöhen,

• Sprachbasierte Laborassistenten: Mithilfe der Verarbeitung natürlicher Sprache (NLP) und der Erkennung von Fachvokabular bieten sprachbasierte Laborassistenten eine freihändige Lösung, um Wissenschaftler durch Protokolle zu führen oder ihnen bei der Anfertigung von Notizen zu helfen - so werden Datenverluste verringert, die Fehlerquote gesenkt und die Reproduzierbarkeit und Datenintegrität erhöht,

• In-silico-Forschung und -Entwicklung: In der Vergangenheit basierte die chemische Innovation oft auf Versuch und Irrtum im Labor. Angesichts gestiegener Kosten, kürzerer Entwicklungszyklen und einer erheblich gesteigerten Rechenleistung ist es heute möglich, neuartige Moleküle oder Verbundstoffe zunächst digital zu erforschen und zu entwickeln. Durch die Nutzung chemischer Datensätze mit Millionen von Verbindungen und Syntheserouten sind KI-Systeme heute in der Lage, mithilfe fortschrittlicher Algorithmen des maschinellen Lernens (ML) neue Moleküle mit den gewünschten Eigenschaften zu erzeugen und zu retrosynthetisieren,

• Digitale Zwillinge und XR-basiertes Training: Digitale Zwillinge von Produktionsanlagen oder Labors können für die Infrastrukturplanung, Prozessoptimierung oder Trainingsszenarien verwendet werden. Insbesondere in Kombination mit Mixed-Reality (XR)-Lösungen kann dies eine immersive Erfahrung bei der risikofreien Schulung von Mitarbeitern für die Arbeit in bestimmten Teilen einer Anlage/eines Labors oder die Durchführung bestimmter Verfahren dort (Reinigung, Wartung, ...) bieten.

Da die Zahl der Speziallösungen fast so groß ist wie die Zahl der Chemieunternehmen und Start-ups weltweit, sind dies nur einige der verschiedenen Lösungen, die wir in den letzten Jahren gesehen haben. Während wir diese allgemeinen Anwendungen oder spezifischen Lösungen eingehend analysieren könnten, konzentrieren wir uns in diesem Artikel auf die kritische Analyse der Chancen, die die Digitalisierung im Allgemeinen bieten kann.

Wieso ist die Digitalisierung dann tot??

Auf den ersten Blick leben wir in der am stärksten digitalisierten Zeit aller Zeiten. Nach den Digitalisierungswellen im Jahr 2020 während der COVID-Pandemie und 2023, nachdem die generative KI-Software ChatGPT für die Öffentlichkeit zugänglich wurde, wurden viele Digitalisierungsprojekte gestartet und erfolgreich umgesetzt.

Vier Beispiele:

• Henkel entwickelte seine KI-basierte digitale Geschäftsplattform "RAQN", ein multifunktionales digitales Handels- und Marketing-Tool, um individuelle Inhalte entlang der Customer Journey zu personalisieren [13],

• LANXESS hat ein Self-Service-Analysesystem namens "TrendMiner" implementiert, um Zeitreihendaten in vielen Bereichen seines globalen Anlagenparks (der fast zwei Drittel seiner weltweiten Anlagen umfasst) zu sammeln und zu analysieren, um die Kapazität zu erhöhen, die Produktqualität zu verbessern und vieles mehr [14],

• Procter & Gamble (P&G) setzt KI ein, um die Herkunft und die Inhaltsspezifikationen von Rohstoffen oder Verpackungen bis hin zum Regal und zum Verbraucher zu verfolgen. Sie hilft auch bei der Optimierung des Energie- und Wasserverbrauchs in den Werken: Daten von Sensoren werden an die Cloud gesendet, wo KI-Modelle erstellt werden, die dann zur Optimierung der Effizienz eingesetzt werden [15],

• "Merck [...] hat ChemisTwin™ auf den Markt gebracht, [...] [eine] digitale Plattform für Referenzmaterialien, die eine automatische Analyse der Reinheit von Proben, der Identifizierung und des Abbaus von Verbindungen durch kalibrierte, auf Algorithmen basierende digitale Referenzen durchführen kann" [16].

Obwohl es sicherlich viele erfolgreiche Implementierungen von digitalisierten Produkten, Lösungen und Dienstleistungen gibt, sind unsere eigenen Erfahrungen bei der Erkundung dieser Technologien und dem Austausch mit Gleichgesinnten wie folgt:

Die meisten Digitalisierungsprojekte kommen nie wirklich über erste Proofs-of-Concepts oder den Status des "nice to have" hinaus. Das Problem: Digitalisierung und damit auch die digitale Transformation ist nicht einfach, sie geht nicht von heute auf morgen und es gibt keine One-Stop-Shop-Lösung, die für jedes Unternehmen passt. Es mag trivial sein, dies explizit zu sagen, aber:

Digitalisierung ist teuer, zeitaufwendig und bietet einen unbestimmten ROI!

Dies steht in direktem Gegensatz zu den üblichen Anwendungsszenarien für digitalisierte Produkte oder Dienstleistungen, die oft auf Kostenreduktion und Effizienzsteigerung ausgerichtet sind.

Häufig sind und bleiben Digitalisierungsprojekte Leuchtturmprojekte - selten außerhalb einzelner Geschäftsbereiche und meist als interne und externe Marketing-Showcases umgesetzt.

Eine bitkom-Umfrage aus dem Jahr 2023 zeigt, dass 52% der deutschen Unternehmen nicht planen, KI-basierte Lösungen zu implementieren, obwohl 68% der befragten Unternehmen KI für die wichtigste Technologie der Zukunft halten [17]. Auch wenn diese Ergebnisse vielleicht nicht repräsentativ für die deutsche (oder globale) Chemieindustrie sind, verdeutlichen sie doch ein großes Problem, das viele Unternehmen - insbesondere KMU - im Allgemeinen haben: einen Mangel an Geschäftsplänen und Strategien zur Umsetzung allgemeiner Digitalisierungstechnologien oder spezifischer digitaler Lösungen. Dies wirft auch die Frage auf, woher dieser Mangel/diese Zurückhaltung kommt:

• Mangelndes Verständnis für die Technologie?

• Ungewissheit über das Ergebnis/den Wert von digitalen Tools?

• Unklarheit über den Return of Investment (ROI) von digitalen Projekten?

Und selbst wenn es in einem Unternehmen Digitalisierungsstrategien und -pläne gibt, sind sie in Kombination mit der gegenwärtigen hohen Geschwindigkeit der technologischen Entwicklung schnell veraltet - manchmal sogar über Nacht.

Daher müssen Digitalisierungsstrategien auf Folgendes ausgerichtet sein:

• Erhöhung des allgemeinen Digitalisierungsniveaus/der Digitalisierungsbereitschaft eines Unternehmens,

• flexibel/agil zu sein und

• Implementierung allgemeiner Technologien, anstatt sich auf ein bestimmtes Werkzeug zu konzentrieren.

Die Etablierung einer flexiblen und realitätsnahen Digitalisierungsstrategie ist eine der größten Chancen für Unternehmen der chemischen Industrie.

Lang lebe die Digitalisierung!

Auch wenn es keine Einheitslösung für jedes Unternehmen gibt, konzentriert sich eine solide Digitalisierungsstrategie auf drei Hauptaspekte: Daten (und deren Nutzung), Infrastruktur und Anwendung:

• Daten

  • Digitale Prozesse

  • Datengesteuerte Entscheidungsfindung

  • Datengesteuerte Geschäftsabläufe

• Infrastruktur

• Menschliche Anwendung

Betrachten wir zunächst die Daten und ihre Nutzung, bevor wir mit einer persönlichen Bemerkung über die menschliche Anwendung digitaler Technologien schließen.

Obwohl die technologische Infrastruktur sehr wichtig ist, beschränkt sich die Diskussion dieses Aspekts in diesem Artikel auf die folgende Zusammenfassung: Die technologische Infrastruktur muss ein Gleichgewicht zwischen den Aspekten der Sicherheit (Cybersicherheit im Allgemeinen, Zugangsmanagement usw.) und der Benutzerfreundlichkeit (Verfügbarkeit, Zugänglichkeit, Benutzerfreundlichkeit usw.) herstellen.

Daten als Ressourcen und Rohstoff

Der Satz "Daten sind das neue Öl" wurde erstmals vom britischen Datenwissenschaftler Clive Humby im Jahr 2006 geprägt: In seinem Vortrag auf einer Konferenz für die Association of National Advertisers behauptete er, dass Rohdaten genau wie Rohöl verarbeitet werden müssen, um nützlich und wertvoll zu werden [18]. Sein Satz ist jedoch überstrapaziert und missbraucht worden - in dem Sinne, dass Daten, genau wie Rohöl, zum nächsten Rohstoff für die chemische Industrie werden.

Letztlich sind beide Interpretationen für die chemische Industrie zutreffend: Daten sind wertvoll, wenn sie richtig verarbeitet werden, und sie werden der Rohstoff der Zukunft sein.

Wichtige Faktoren für eine solche Nutzung von Daten sind die Menge der verfügbaren Daten und ihre Qualität.

Gerade deutsche Chemieunternehmen verfügen über eine lange Tradition in Forschung und Entwicklung sowie in der Produktion. Weltweit tätige Unternehmen wie BASF und Bayer wurden in den 1860er Jahren gegründet, das älteste Chemieunternehmen ist Merck, dessen Gründung bis ins Jahr 1668 zurückreicht.

Diese lange Geschichte entspricht einem Datenbestand, der Hunderte von Jahren umfasst!

Aber genau wie damals wird auch heute noch ein Großteil der Chemie auf Papier aufgezeichnet. Künftige Datenerfassung und -aufzeichnung erfolgen am besten digital, während hochentwickelte Technologien genutzt werden können, um die alte papierbasierte Wissenschaft zu digitalisieren [19]. Zur Erleichterung und Gewährleistung einer hohen Datenqualität investieren Chemieunternehmen in großem Umfang in Data-Science- und Analysetools sowie Personal [20].

Sobald genügend qualitativ hochwertige Daten gesammelt wurden, können diese genutzt werden, um digitale Prozesse voranzutreiben und datenbasierte Entscheidungsfindung und Geschäftsabläufe zu gewährleisten. Eine detaillierte Analyse dieser Aspekte für die chemische Industrie sowie Beispiele für Lösungen aus der Praxis finden Sie in diesem Artikel [in Kürze].

Die Kombination neuer und alter Daten mit neuartigen Werkzeugen und Technologien kann zu einem besseren Verständnis aktueller Prozesse oder Synthesewege führen, ermöglicht eine Optimierung und nutzt bereits vorhandenes Wissen innerhalb einer Organisation. Dies wiederum führt zu Innovationen und neuartigen Produkten - und macht Daten zum neuesten Rohstoff für die chemische Industrie.

Menschliche Anwendung der Digitalisierung: Ein Werkzeug ist nur wertvoll, wenn es benutzt wird

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei diesem Abschnitt eher um eine persönliche Anmerkung, die auf eigenen Erfahrungen beruht, als um eine wissenschaftliche Analyse.

Auch wenn wir uns für die Spitze der Schöpfung halten, sind wir Menschen doch recht einfach gestrickt: Wir mögen Bequemlichkeit und beobachtbare Ergebnisse. Wir benutzen die Werkzeuge, die uns am meisten zur Verfügung stehen und mit denen die Arbeit schnell erledigt werden kann. Ein triviales, aber (un)bekanntes Beispiel ist die deutsche Kreativität, eine Bierflasche mit etwas anderem als einem Flaschenöffner zu öffnen.

Übertragen auf die nicht ganz so triviale Welt der Digitalisierung von Wissenschaft und Chemie:

• Labormitarbeitende werden lieber mit ihnen vertrauten digitalen Werkzeugen (wie Microsoft Word oder Excel) arbeiten, um Daten und Experimente zu erfassen, als mit speziellen und spezialisierten Werkzeugen, mit denen sie nicht vertraut sind - was zu Problemen mit der Datenqualität und -integrität führt,

• Wenn ein Prozess oder ein Softwareprogramm zu komplex und/oder zeitaufwändig ist, wird sich im Laufe der Zeit höchstwahrscheinlich eine Umgehung oder Abkürzung finden,

  • Das Gleiche gilt für Anlagen und Werkzeuge (wie Arbeitsplätze oder Computer), die sich nicht in der Nähe des Ortes befinden, an dem sie benötigt werden,

• Wenn eine Technologie nicht gut genug verstanden wird, kann es sein, dass die Mitarbeitenden den Ergebnissen nicht trauen, was zu Fehlinterpretationen, unnötiger Duplizierung von Ergebnissen und/oder mangelnder Nutzung führt.

Was nützt ein LIMS oder ELN, wenn die Angestellten es während der Arbeit als zu umständlich empfinden und alles zunächst auf Papier festhalten - um es später manuell in das System einzugeben?

Was nützt ein hochmoderner Computerarbeitsplatz im Bürobereich, wenn die Angestellten alle Berechnungen, Analysen und Berichte neben ihren Analysegeräten im Labor durchführen?

Was nützen digitale Schulungswerkzeuge (z.B. videobasiert oder XR-basiert), wenn die Angestellten, die für die Schulung neuer Kolleginnen verantwortlich sind, mit diesen Werkzeugen/Technologien nicht vertraut sind und die Schulung "so wie immer" durchführen?

Wie oben ausführlich diskutiert, bietet die Digitalisierung viele Chancen für die chemische Industrie. Aber jeder Euro und jede Zeit, die in Technik investiert wird, die am Ende nicht genutzt wird, ist leider vergeudet.

Dementsprechend hängt der Erfolg der Digitalisierung stark vom Verständnis, der Akzeptanz und der Anwendung durch die Menschen ab, die mit ihr in Berührung kommen.

Die Digitalisierung muss daher zuerst den Menschen in den Mittelpunkt stellen, bevor sie prozess- oder technologieorientiert wird. Dies unterstreicht einmal mehr, wie wichtig es ist, Prozesse, Wissen und die Bereitschaft der Mitarbeiter zu analysieren, bevor man digitale Werkzeuge einführt.

Während kurzfristige Marketing-Showcases oder Leuchtturmprojekte "nice-to-have" sind, sollte der Fokus solcher Projekte darauf liegen, ihren Wert für langfristige Szenarien zu realisieren - und damit diese Projekte zu einem "must-have" zu machen.

Zusammenfassung

Die chemische Industrie steht derzeit vor mehreren Herausforderungen, die auch in den nächsten Jahren bestehen bleiben dürften: China hat einen starken Einfluss auf den globalen Chemiemarkt, während Europa und die USA stetig Anteile verlieren. Darüber hinaus drohen nachhaltigkeitsorientierte Vorschriften wie der europäische Green Deal die chemische Industrie auf ihrem Weg in eine Netto-Null-Zukunft weiter zu beeinträchtigen, auch wenn sie notwendig sind.

Gleichzeitig gibt es derzeit viele Chancen, die genutzt werden können, um diese Probleme zu überwinden oder abzumildern:

• Spezialisierung und Lokalisierung, kombiniert mit selbstkritischen Bewertungen, klaren Zielen für die Zukunft und Anreizen für Innovatoren, können zu neuer Flexibilität und Agilität in alten Strukturen sowie zu einem herausragenden stetigen Wachstum über viele Jahre hinweg für einige Märkte und Segmente führen,

• Indem die chemische Industrie selbst und ihre Kunden auf die künftigen Nachfragefaktoren der Energiewende, auf biobasierte Produkte und Rohstoffe eingehen und diese mit innovativen Recyclingtechnologien kombinieren, können sie den Weg in eine grünere und nachhaltigere Zukunft ebnen - und so die Nettonullbilanz näher an die Realität heranbringen,

• Durch die Nutzung vorhandenen Wissens und vorhandener Daten in Verbindung mit gezielt eingesetzten digitalen Werkzeugen werden Chemieunternehmen in der Lage sein, durch datengesteuerte Prozesse, Entscheidungsfindung und Geschäftsabläufe effizienter und zukunftssicherer zu werden.

Auch wenn in diesem Artikel nicht ausdrücklich darauf eingegangen wird, bietet die Nutzung vorhandener Vermögenswerte und Ökosysteme außergewöhnliche Chancen. Das perfekte Unternehmen oder den perfekten Markt gibt es nicht, so dass alle in der chemischen Industrie (zumindest bis zu einem gewissen Grad) im selben Boot sitzen.

Die chemische Industrie ist eine der am stärksten integrierten Industrien und daher auch eine der komplexesten. In der einen oder anderen Form war, ist und wird die Chemie - und die dahinterstehende Industrie - immer für alle notwendig sein. Wir müssen nur herausfinden, wie.

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Unser Ziel ist es, mindestens einmal pro Jahr eine aktualisierte und überarbeitete Version dieses Artikels zu veröffentlichen, die sich auf die aktuellen Chancen der chemischen Industrie konzentriert.

Kommentare, Fragen und Diskussionen zu diesem Artikel sind daher sehr erwünscht! Bitte kontaktieren Sie den Autor dieses Artikels, Alex Böser (Senior Ecosystem Manager Chemistry @ 5-HT), per E-Mail [alexander.boeser@5-ht.com] ], um Ihre Meinung mitzuteilen.

Quellen

[1]       Cefic Chemdata International (2024). 2023 Facts and Figures of the European Chemical Industry. Cefic website: https://cefic.org/a-pillar-of-the-european-economy/facts-and-figures-of-the-european-chemical-industry/ 

[2]      Gocke et al., Boston Consulting Group (BCG) (2023). Value Creation in Chemicals 2023 – Facing Unprecedented Pressures. BCG website: https://www.bcg.com/publications/2023/resilience-chemicals-industry

[3]       Evonik Industries AG (15.03.2024). Evonik website: https://corporate.evonik.com/en  

[4]       Evonik Industries AG (2024). 4th Quarter/Full Year 2023 Reporting. Evonik website: https://corporate.evonik.com/en/investor-relations/reports/quarterly-reports/q4-2023

[5]      McKinsey & Company (2023). India: The next chemicals manufacturing hub. McKinsey website: https://www.mckinsey.com/industries/chemicals/our-insights/india-the-next-chemicals-manufacturing-hub#/

[6]      A. Kapoor, S. Negi, Institute of Competitiveness, Department of Chemicals and Petrochemicals, Ministry of Chemicals and Fertilizers, India (2024). India’s Booming Chemical And Petrochemical Industry - Understanding Industry Landscape. Indian Ministry of Chemicals and Fertilizers website: https://chemicals.gov.in/latest-news/indias-booming-chemical-and-petrochemical-industry-understanding-industry-landscape

[7]      Yankowitz et al., Deloitte (2024). 2024 chemical industry outlook. Deloitte website: https://www2.deloitte.com/us/en/insights/industry/oil-and-gas/chemical-industry-outlook.html

[8]      Yankowitz et al., Deloitte (2023). The future of materials. Deloitte website: https://www2.deloitte.com/us/en/insights/industry/oil-and-gas/the-future-of-materials.html

[9]      Heather A. Leslie, Martin J.M. van Velzen, Sicco H. Brandsma, A. Dick Vethaak, Juan J. Garcia-Vallejo, Marja H. Lamoree (2022). Discovery and quantification of plastic particle pollution in human blood. Environment International, Volume 163, 107199, ISSN 0160-4120, https://doi.org/10.1016/j.envint.2022.107199.

[10]    Plastics Europe (2024). The Circular Economy for Plastics, A European Analysis, Executive summary. Plastics Europe Website: https://plasticseurope.org/knowledge-hub/executive-summary-the-circular-economy-for-plastics-a-european-analysis-2024/

[11]       Fox Business News (2023). Fox Business website: https://www.foxbusiness.com/media/blackrock-fink-wont-mention-esg-anymore-been-weaponized-left-right

[12]    J. Miller, Brunswick Group (2023). Beyond the ESG hype cycle: Adopting an 'activist mindset' to doing business. Published as opinion article on the website of the World Economic Forum: https://www.weforum.org/agenda/2023/08/heres-where-we-are-in-the-esg-investing-hype-cycle/

[13]    Henkel (2021). Henkel website: https://www.henkel.de/presse-und-medien/presseinformationen-und-pressemappen/2021-07-13-henkel-geht-strategische-partnerschaft-mit-adobe-ein-1264272

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[15]    Procter and Gamble (2023). Innovation Expo Live Podcast Uncovers P&G's Science-Based Innovation. P&G website: https://us.pg.com/blogs/pg-european-innovation-expo-live-podcast-series/

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[17]    bitkom e.V. (2023). Deutsche Wirtschaft drückt bei Künstlicher Intelligenz aufs Tempo. bitkom press release: https://www.bitkom.org/Presse/Presseinformation/Deutsche-Wirtschaft-drueckt-bei-Kuenstlicher-Intelligenz-aufs-Tempo

[18]    https://en.wikipedia.org/wiki/Clive_Humby

[19]    T. Gressling, Bayer AG (2024). Semantic Enrichment and Contextual Imputation of Incomplete Lab Journal Data. Talk at ACS Spring 2024 in New Orleans.

[20]    HRForecast on behalf of BAVC and IGBCE (2024). The Future Skills Report Chemistry 2.0 - An AI-based trend analysis on the future skills of the chemical and pharmaceutical industry. Available at: https://future-skills-chemie.de/

[21]    R. Khanna, A. Tomar, Norton Rose Fulbright (2024). When it comes to infrastructure building, is India the next land of opportunity?. Norton Rose Fulbright website: https://www.nortonrosefulbright.com/en/knowledge/publications/ada6d415/when-it-comes-to-infrastructure-building-is-india-the-next-land-of-opportunity