Hamburg zur Vorreiterin einer Bits-basierten Kreislaufwirtschaft machen

Einführung in die Thematik

Das folgend dargestellte Konzept ermächtigt Hamburg, sich von der digitalen Transformation nicht überraschen zu lassen, sondern sie mit zu gestalten. Das ist ein komplexes Unterfangen. Der hier vorgestellte Ansatz dazu kann aber auf das Missionsziel heruntergebrochen werden, bis Mitte des 21. Jahrhunderts mit Hilfe von digitaler Fabrikation eine Kreislaufwirtschaft zu realisieren; und das nicht irgendwie, sondern ökologisch, wirtschaftlich und sozial nachhaltig. Das ist ein ambitioniertes Ziel, keine Frage. Aber die Mittel müssen so radikal sein, wie es die Umstände erfordern. Denn das Internet der Dinge (Atome) wird tiefgreifenderen Wandel mit sich bringen, als es das uns geläufige Internet der Informationen (Bits) bisher schon getan hat: mehr Chancen, aber auch mehr Risiken als gemeinhin angenommen. Das macht es essentiell, einen validen Plan zu haben.

Der Wandel zur Bits-basierte Kreislaufwirtschaft

Bisher zirkulieren Stoffe (Atome) global
In Zukunft soll global digitalisierte Information (Bits) zur lokalen Schließung von Stoffkreisläufen (Atomen) zirkulieren. In guter Hamburger Tradition sollte die Hansestadt sich hier eine zentale Rolle als Umschlagplatz (Hafen/Plattform) sichern, indem sie Kapazitäten zur Mitgestaltung global genutzter Plattformen zum Austausch von Bits schafft. Siehe dazu „Digitale Infrastruktur – Hamburg als sicherer Hafen der globalen Bits-basierten Kreislaufwirtschaft des 21. Jahrhunderts“ unten.

Insbesondere die digital gestützte Fertigung revolutioniert schon heute die industrielle Produktion. Es lässt sich ein Trend hin zu lokaler Fertigung absehen. Die Frage ist also eigentlich nicht, ob die Stadt mehr lokal fertigt, sondern eher wie. Insbesondere, wem die physische (Mikrofabriken/Open Labs/Fab Labs) und digitale (Plattformen) Infrastruktur dafür gehört beziehungsweise wer sie kontrolliert. Sollen es lokale Betriebsstätten von Amazon, Huawei, oder sonst einem einzelnen einzelnen Mega-Player sein? Wer setzt die Rahmenbedingungen für die Plattformen, auf der die Bits für lokale digitale Fertigung ausgetauscht werden? Klar ist, wem die Infrastruktur gehört, der hat Entscheidungsgewalt darüber wie zentralisiert die Wertschöpfung und Gewinnerzielung ist. Amazon hat weite Teile des Buchhandels verdrängt und lokale Wertschöpfung zentralisiert. Es sind andere Jobs entstanden, aber die Forschung sieht hier eine qualitative Polarisierung der Arbeit in viele prekäre Jobs auf der einen und einige spezialisierte Fachkräfte auf der anderen Seite (siehe Butollo’s Amazonisierung der Industriearbeit). Diese Entwicklung ist allerdings nicht determiniert. Der Staat kann, in Koalition mit Akteuren mit Zielüberschneidungen (Fab City Konsortium), Rahmenbedingungen setzen und so lenkend eingreifen, damit weiterhin lokale Wertschöpfung geschieht und so eine Besteuerung- und Handlungsbasis für den Staat bestehen bleibt.

Quelloffene Technologie spielt dabei eine zentrale Rolle. Sie ist das Vehikel für dezentralisierte und lokale (subsidiäre) Wertschöpfung. Je mehr der Staat in die Quellöffnung von grundlegender Technologie investiert, desto dezentraler und lokaler wird die Wertschöpfung. Es ist dabei ein Optimum zwischen Crowding-Out und Subsidiarisierung der Wertschöpfung zu ermitteln, was Aufgabe der wissenschaftlichen Forschung, aber auch Learning by Doing ist.

Dieses Konzept plädiert dafür, ökonomische Strukturen so weit zu dezentralisieren,  wie es aus einem europäischen Werteverständnis (Rechtsstaat, Gewaltenteilung, Menschenwürde, Datensouveränität, individuelle Freiheit und Wohlstand, etc.) heraus sinnvoll ist. Es ist ähnlich zu vorherigen technologisch-ökonomischen Paradigmen/Revolutionen. Es muss sichergestellt sein, dass die neue Infstastruktur, wie vormals Kanäle, Straßen, Grenzübergänge und gewisse Institutionen nicht ausschließlich individuellen, sondern kollektiven Interessen dienen.  Tendenziell sollten diejenigen Kontrolle haben, die davon betroffen (bzw. darauf angewiesen) sind.

Indem Wirtschaftssenator Westhagemann Hamburg im Juni 2019 Fab City verschrieb, hat die Hansestadt begonnen, sich der Herausforderung zu stellen


Das Hamburger Fab City Konsortium im Juni 2019

Innerhalb eines halben Jahres wurde in Zusammenarbeit mit dem Hamburger Fab City Konsortium, bestehend aus über 30 Hamburger Akteuren wie Universitäten, Akzeleratoren, Bildungseinrichtungen, und offenen Werkstätten, der folgende ganzheitliche Plan entwickelt.

Hintergrund
Für ein tieferes Verständnis, ist Kenntnis der Dynamik des Internets der Dinge und der Digitalen Transformation hilfreich: https://docs.google.com/document/d/1eoQhnNo6qZnjjdYNFOsF0SOgn0jSkECd1rSWAyIRZ8w/edit?usp=sharing

Zusammenfassung des Hintergrunds

  • Die Digitale Transformation verändert die Verwirklichungschance einer Kreislaufwirtschaft. Es ist zwischen dem Kreislauf von Bits (digitalisierte Information) und Atomen (etwa greifbare Gegenstände und Handlungen von Menschen) zu unterscheiden.
  • Die globale Reproduktion (Kopieren) von Bits (Information) hat geringe Grenzkosten. Volkswirtschaftlich optimal ist also ein möglichst freier Zugang (Quelloffenheit=open source). Investment in quelloffene Technologie kann deswegen hohe multiplikatorische Effekte haben (siehe dazu Indiens Verwendung von Open Source).
  • Atome zirkulieren also lokal und Bits (Informationen, wie Baupläne, Design und Reparaturanleitungen) global.
  • Die lokale Reproduktion einer bestimmten Anordnung von Atomen (etwa Anwendung eines Bauplans für digitale Fertigung) hingegen hat höhere Grenzkosten. Aus mikroökonomischer Sicht kann deswegen mit quelloffener Technologie lokal Wert geschöpft, bzw. Gewinne gemacht werden, was beispielsweise dem Handwerk zu Gute kommt. Dafür muss der Staat aber einen Wettbewerb am Markt gewährleisten und Monopole und Oligopole verhindern, was er am besten tun kann, wenn er direkten Einfluss auf die Infrastruktur behält und nicht private Megaplayer wie Amazon oder Huawei abgibt.
  • Quellöffnung von Technologie senkt Martkeintrittsbarrieren, was KMU zugute kommt.
  • Es ergibt sich die Chance auf viele gute Arbeitsplätze in Hamburg.
  • Mit Kryptotechnologie, der Schaffung von Anreizen (Kryptotechnologie ist dafür hilfreich, siehe Fab Chain) und aus Marketingmotivation (Bsp. Tesla setzt mit open source Standards und dominiert Schlüsseltechnologien) stellen Unternehmen und Designs (Bits) zur Verfügung
  • Netwerkeffekte führen zu großen First Mover Advantages. Beipiel ist facebook: Code des Frontend-Angebotes ist relativ simpel. Mehrwert für User entsteht durch größe des Netzwerks. Das Investment der Stadt Hamburg in diesem noch frühen Stadium also vergleichsweise gering. Zu einem späteren Zeitpunkt, wenn es ein größeres etabliertes Netzwerk gibt, könnte Hamburg dieses Investment nicht mehr beweltigen.

Wissenschaftliche Grundlagen u.a.

Benkler, Y. (2006). The wealth of networks: How social production transforms markets and freedom. Yale University Press. (über 11.000 wissensch. Zitationen),

Ostrom, E. (1990). Governing the commons: The evolution of institutions for collective action. Cambridge university press. (über 38.000 wissensch. Zitationen und Wirtschaftsnobelpreis),

Perez, C. (2003). Technological revolutions and financial capital. Edward Elgar Publishing. (über 2700 wissenschaftliche Zitationen), und

Redlich, T. (2011). Wertschöpfung in der Bottom-up-Ökonomie. Springer-Verlag.

Was das für die Hamburger Wirtschaft bedeutet

Aus der zunehmenden Digitalisierung der Wertschöpfung intensiviert sich zunächst der globale Wettbewerb. Immer weniger werden die wirtschaftlichen Akteure durch geografische oder sonstige Hürden getrennt. Jeder konkurriert mit jedem in Echtzeit. Ein globaler Markt, der zu dessen Bedingungen agiert, dem, wie oben angedeutet, die Infrastruktur für den Austausch der Bits gehört. Ohne eine wirtschaftspolitische Rahmensetzung droht eine Zentralisierung in diesem Markt der Plattformen, sprich ein Oligopol oder sogar ein Monopol. Es stellen sich also zwei Fragen:

1. Wie können sich kleinere wirtschaftliche Akteure behaupten?
2. Wer kontrolliert die Infrastruktur?

Zu 1.
Klar ist, dass die, im Vergleich zu Apple oder Huawai, kleinen Hamburger wirtschaftlichen Akteure im globalen Bits-basierten Wettbewerb der Wirtschaft des 21. Jahrhunderts es schwer haben werden, sich zu behaupten. KMU brauchen deswegen Zugang zu High-Tech (Quelloffenheit und Interoperabilität grundlegender Technologien), um sich schneller entwickeln zu können (Leapfrogging) und Fachkräfte zu sichern (Bildung). Dies würde eine Senkung der Kapitalintensität des Markteintritts bedeuten und Hamburger KMU global besser aufstellen.

Zu 2.
Noch kann Hamburg der sichere Hafen für die globale Bit-basierte Ökonomie des 21. Jahrhunderts werden. Wenn Hamburg jetzt nicht handelt, wird ein anderer, wahrscheinlich privat (USA) oder staatlich (China) gestützter Player so dominant (Netzwerkeffekte), dass es Hamburgs finanzielle Möglichkeiten übersteigen würde einen Konkurrenten aufzubauen. Dann nachträglich zu regulieren, ist schwierig. Das heißt nicht, dass der Hamburger Staat selbst die Infrastruktur stellen muss, jedoch sollte er diejenigen Plattformen untestützen, mit denen er Interessen- und Werteüberschneidungen hat. Gaia-x (europäisches Dateninfrastrukturprojekt des Bundeswirtschaftsministeriums) könnte hier ein geeigneter Kandidat sein, auf dem ein Hamburger halbstaatliches Unternehmen in Zusammenarbeit mit weiteren Fab Cities eine Plattform zum Austausch und Generieren von Bits aufbaut. Im Abschnitt Digitale Infrastruktur – Hamburg als sicherer Hafen der globalen Bits-basierten Kreislaufwirtschaft des 21. Jahrhunderts ist dies näher erläutert.

Investiert Hamburg in quelloffene Schlüsseltechnologie, profitiert die Hamburger Wirtschaft auf mehreren Ebenen. Hamburg würde sich als globaler Vorreiter positionieren, was Fachkräfte und Unternehmen anziehen würde. …

Was das für ökologische nachhaltige Entwicklung bedeutet

Das hier dargestellte Konzept beeinflusst den Innovationsprozess und damit das Wirtschaftswachstum in eine sozial-ökologisch nachhaltige Richtung, indem es die Befähigung zum Innovieren öffnet und streut. So wird der Innovationsprozess von einem breiteren Interessenspektrum beeinflusst und damit die Wirtschaft insgesamt tendenziell regenerativer. Das bedeutet konkret etwa weniger Co2-Emissionen in der und die Schließung von Stoffkreisläufen (Kreislaufwirtschaft).

Es ist dafür essentiel, Kreislaufwirtschaft nicht nur vom Ende her zu denken, sondern gleich vom Anfang, also beim Produktdesign anfangen, oder besser noch weiter vorher beim Marketing(regulierung), der Bilanzierung von Unternehmen, oder Bildung. In der kommenden Legislaturperiode könnte Hamburg zunächst eine Plattform für global verteile und kollaborative Produktentwicklung realisieren, auf der die Anreize so gesetzt sind, dass Produkte mit Life-Time Design (ewiger Lebenszyklus) lokal in Open Labs gefertigt werden können. Das Laboratorium Fertigungstechnik (HSU) hat dafür das nötige Know-How und ist mit Partnern global dazu im Austausch, sodass keine Silo-„Lösungen“ entstehen. Zudem kann Hamburg ebenfalls in der kommenden Legislaturperiode Vorreiterin der Umsetzung einer solchen Bits-basierten Kreislaufwirtschaft werden, indem es einen Fond für Kreislaufwirtschaft einrichtet, aus dem lokale Initiativen gefördert werden.

Praktische Beispiele:

Open Lab
Quelloffener Maschinenpark und commons-orientierte Governance (vgl. Ostrom 1990). Replikation nach Train-the-Trainers-Prinzip. Lokale Wertschöpfung durch Umsetzung der Bits-basierten globalen Informationskreisläufe.

Auszug des quelloffenen Maschinenparks eines Open Labs:


3in1 Maschine (Fräse, 3D-Druck, Lasercutter)


D3D-Universal Prototyp (Open Source Ecology)



Sheetpress (Precious Plastic)


Libre Solar Box (Libre Solar Hamburg)

Open Source Laser by Daniele Ingrassia

Daniele Ingrassia:

Übergeordnet – Bündelung der Maßnahmen in einem zu gründenden Fab City Hamburg Projektträger (Stiftungsoption ist zu prüfen)

Der Fab City Hamburg Projektträger verfolgt den Zweck, Hamburgs lokalen und globalen Beitrag zur Gestaltung der digitalen Transformation hin zu einer Kreislaufwirtschaft im Sinne von Fab City zu koordinieren. Konkret soll sie zum Teil in Eigenleistungen und zum Teil über Ausschreibungen die Umsetzung der Idee gewährleisten.

An dem Projektträger sind die BWVI und das LaFT (HSU) beteiligt. Das LaFT hat den Prozess Hamburg zu einer Fab City zu machen, initiiert und koordiniert jetzt das Hamburger Fab City Konsortium.

Maßnahmenfelder – Bits-basierte Kreislaufwirtschaft

Offene Werkstätten mit digitaler Fertigung (OpenLabs)

Kernbestandteil einer Fab City ist eine dezentrale Fertigungsinfrastruktur, die aus aus offenen Werkstätten mit digitaler Fertigung OWDF (auch Fab Labs, Makerspaces, oder Open Labs genannt) besteht. In einer OWDF kann mit Maschinen wie 3D-Drucker und CNC-Maschinen niedrigschwellig nahezu alles gefertigt werden. Das Laboratorium Fertigungstechnik (LaFT) an der Helmut Schmidt Universität (HSU) hat über die letzten 10 Jahre in diesem und verwandten Bereichen große Kompetenz in Forschung und Praxis erworben. Diese Kompetenzen sollten dafür genutzt werden, mehrere OWDFs in Hamburg zu errichten. Im Finanzierungsdokument sind dazu Beispiele aufgeführt.

Digitale Infrastruktur – Hamburg als sicherer Hafen der globalen Bits-basierten Kreislaufwirtschaft des 21. Jahrhunderts

Hamburg könnte sich maßgeblich an der Entwicklung der digitalen Infrastruktur der globalen Bits-basierten digitalen Fertigung, indem es Ressourcen zur Vernetzung und Weiterentwicklung bestehender Plattformen und Angebote beiträgt. Je mehr Ressourcen hier hineinfließen, desto mehr wird Hamburg zu einem zentralen Knotenpunkt der Bits-basierten Kreislaufwirtschaft und kann seine Ausprägung mit gestalten. Damit wäre eine Positionierung Hamburgs als globale Innovationskraft gewährleistet. Als zentraler Knotenpunkt der Bits-basierten Ökonomie könnte Hamburg zudem sein Image als Hafen und Tor zur Welt ausbauen.

Konkret müsste Hamburg ein Team aufstellen, das diesen Beitrag Hamburgs leisten kann. Im angehängten Finanzierungsdokument sind dazu zwei Rechenbeispiele aufgeführt. Dabei wäre es gegebenenfalls sinnvoll, den Beitrag Hamburgs auf dem Ökosystem Gaia-X des Bundeswirtschaftsministeriums als technische Komponente das Backends stellen aufzubauen. Somit könnten Datensouveränität und -Sicherheit (europäische Werte) gewährleistet sein. Vertrauenswürdigkeit ist ein essentielles Element, um die verschiedenen Usercommunities, die derzeit noch in viele Silos zersplittert sind, anzuziehen.

Image-Video von Hamburg als Knotenpunkt der Bits-basierten Kreislaufwirtschaft

Nachhaltige Intensivierung der Landwirtschaftlichen Produktion und (Re-) Generation der Böden (Landwirtschaft wieder attraktiv machen)

Einführung in das Thema quelloffene (open source) Technologie und Landwirtschaft

https://youtu.be/3YoboO1HO6k

Hamburg könnte im Rahmen des Innovationsparkes Bergedorf die Möglichkeiten von quelloffener Technologie für Landwirtschaft ausloten.

Basic Option
STEAM-Camps mit Fokus auf Landwirtschaft in Zusammenarbeit mit Gründem Kompetenzzentrum Hamburg–> Innovative Geschäftsmodelle für Hofnachfolge –> Landwirtschaft wieder attraktiv machen; Vorbild L’Atelier Paysan und Farm-Hack

Erweiterte Option
Open-Source Cluster im Innovationspark Bergedorf. Unternehmen mit Affinität zu Open Source siedeln sich zu besonderen Konditionen an, und schaffen Synergien zueinander. STEAM camp als Auftakt.

Dezentralisierte Energieproduktion

Für einen konsequent dezentralen Ansatz sollte zusätzlich zur Produktion (Fertigung in Fabriken, Werkstätten) ebenfalls die Energieversorgung dezentral erfolgen.

Im Gegensatz zu vielen Verbrauchern im Haushalt, deren Nutzung nicht gut zeitlich verschiebbar ist, könnten in Zukunft industrielle Prozesse an die verfügbare erneuerbare Energie angepasst werden.

Um diese Möglichkeit zu erforschen, sollen die OpenLabs mit der lokalen Energieproduktion vernetzt werden. Es soll ein zellulärer Ansatz zur Energieerzeugung verfolgt werden, bei der resiliente, dezentrale Energiezellen in das bestehende Stromnetz eingebunden werden. Jede Energiezelle besteht aus Energiespeichern (z.B. Lithium-Ionen-Batterien), Energieerzeugern (in urbanen regionen hauptsächlich Photovoltaik) und smarten Verbrauchern. Normalerweise steht jede Zelle in Interaktion mit dem Stromnetz, allerdings kann sie auch autark betrieben werden und den Basisbedarf an Energie unabhängig vom Stromnetz zur Verfügung stellen.

Ansätze für derartige Energiezellen wurden bereits von Libre Solar als Teil von FabCity Hamburg entwickelt. Im Kern basiert der Ansatz auf Gleichstromnetzen (sog. DC Nanogrids). Da alle Elektronikkomponenten als quelloffene Technologie entwickelt sind, eignen sie sich für eine dezentrale Fertigung und commons-basierte Weiterentwicklung.

Für die Anbindung des Nanogrids an das Wechselstromnetz fehlt zurzeit noch ein bidirektionaler Wechselrichter. Diese Komponente soll im Rahmen des Fab City Hamburg Projekts entwickelt werden.

Basic-Option (off-the-shelf Wechselrichter, aber Entwicklung der Kommunikation und Anbindung an das Libre Solar nanogrid)

Bildung

Kinder sind gegenüber MINT-Themen häufig noch aufgeschlossen und daran interessiert. Der Zugang zu diesen Themen sinkt mit steigendem Alter, wobei zwischen 10 und 16 Jahren meist nur noch ein sehr geringes Interesse vorhanden ist. Gleichzeitig wird die MINT-Bildung für Jugendliche immer wichtiger, um auch bei dem voranschreitenden technologischen Fortschritt eine berufliche oder hochschulorientierte Ausbildung erfolgreich abzuschließen und somit langfristig einem Fachkräftemangel in diesem Themenfeld entgegenzuwirken.

Hierfür sind Konzepte und Strukturen zu schaffen, die junge Menschen erneut für das Thema MINT begeistern und berufliche Perspektiven in diesem Bereich aufzeigen. Dies ist möglich, indem den Jugendlichen Schlüsseltechnologien gezeigt und in deren Umgang geschult werden. Zu solchen Technologien gehört die digitale Fertigung, wie beispielsweise die additive Fertigung/der 3D-Druck. Hier setzt das vorliegende Konzept an. Heranwachsende sollen sich, über die Fähigkeit zur Nutzung von digitalen Endgeräten hinaus, ein umfassendes, kollaboratives und kritisches Verständnis von Informationstechnologie, und der Implikationen ihrer Verbreitung für die Demokratie, aneignen. Die im Folgenden skizzierte Konzeption schafft jungen Menschen, insbesondere im Alter zwischen 10 und 16 Jahren, ein Angebot, das ihnen niedrigschwellig ein solches Wissen vermittelt.

Dieses Konzept sieht vor, den Jugendlichen zu ermöglichen, sich in offenen Werkstätten mit digitaler Fertigung (OWDF), auch Makerspaces oder Fab Labs genannt, für MINT zu begeistern. Dafür sollte letztlich in jeder Nachbarschaft eine OWDF entstehen. Diese müssen allerdings nicht so umfangreich ausgestattet sein wie es die im Strategiefeld „dezentrale Fertigungsinfrastruktur“ dargestellten sind. Denn hier steht zunächst nicht die Fertigung hochwertiger Produkte im Fokus, sondern die niedrigschwellige Aneignung von Schlüsseluqualifikationen. Dazu reichen einfachere und insgesamt weniger Maschinen pro OWDF aus. Zur Zeit gibt es in Hamburg zwar vereinzelt Initiativen in diese Richtung, aber eine systematische und flächendeckende Infrastruktur ist bisher nirgendwo vorhanden. Somit ist der Kern dieses Konzeptes, ein Verfahren ins Leben zu rufen, das ein solches flächendeckendes Angebot schafft. Die neu geschaffene OWDFs sollen von dynamischen Communities betrieben werden, in die die Schüler*innen integriert sind. Das Konzept soll dies realisieren, indem Schüler*innen, mit Hilfe ihres Lehrpersonals und speziell geschulten Instruktor*innen im Rahmen von Kick-Off-Veranstaltungen, elementare Maschinen für solche Werkstätten bauen. Die beim Bau gewonnene Expertise sollen sie in die bestehenden, bzw. sich gründenden, OWDFs einbringen. Der Bau soll direkt in den Räumlichkeiten der offenen Werkstätten stattfinden. Um diese Kick-Off Veranstaltungen durchführen zu können, müssen die Multiplikator*innen in speziellen Lehrgängen geschult werden. Diese Lehrgänge können an der HSU abgehalten, wo bereits ähnliche Lehrgänge abgehalten wurden. Indem Schüler*innen einen solchen signifikanten Beitrag zu einem OWDF leisten, kann angenommen werden, dass sie sich mit dem erweiterten OWDF identifizieren und ein intrinsisches Interesse entwickeln, regelmäßig in den OWDF zu gehen.

Ein entscheidender Partner hierfür ist in Hamburg die BASFI, die für eine Einrichtung von OWDFs in offenen Kinder- und Jugendeinrichtungen sorgen kann.

Re-Generation von Ressourcen, Life-Time Produktdesign und Unterstützung freier und quelloffener Plattformen
Mit der (Re-) Generation von Ressourcen ist die Schließung von Stoffkreisläufen gemeint. Dafür gibt es in Hamburg beispielsweise kleinere Initiativen wie Repair-Cafés, aber auch größere Organisationen, die ideal geeignet für die Umsetzung von Ideen in diesem Feld sind.

Mit Life-Time Produktdesign sind Produkte gemeint, die so gebaut sind, dass sie immer repariert und geänderten Nutzungsanforderungen angepasst werden können. Hierbei ist offene Innovation entscheidend. Denn je mehr die Nutzer der Produkte in den Innovationsprozess eingebunden werden, desto mehr findet ihr Interesse an nachhaltigen Produkten gewicht.

Durch die Unterstützung von freien und quelloffenen Plattformen wird offene Innovation unterstützt.

Für die Umsetzung dieser drei Felder wird die Einrichtung eines Fördertopfes empfohlen, der die