Zukunftsrat der Bayerischen Wirtschaft

Klima 2030. Nachhaltige Innovationen.

Im Auftrag der vbw – Vereinigung der Bayerischen Wirtschaft e. V. hat EconSight eine Reihe interaktiver und mehrdimensionaler Grafiken zu 62 Klimaschutz- und Nachhaltigkeitstechnologien berechnet und erstellt.

Die Grafiken wurden für die Studie „Klima 2030. Nachhaltige Innovationen.“ angefertigt, die EconSight zusammen mit Prognos, GWS und Twin Economics für den Zukunftsrat der Bayerischen Wirtschaft erstellt hat. Die Studie zeigt, was Klimaschutz für Bayern und Deutschland bedeutet und wo die technologischen Chancen liegen.

Technologiecluster
Alle Länder und Technologien in Cluster

Länderprofile
Alle Technologien pro Land

Technologieprofile
Alle Länder pro Technologie

Zeitreihen 2010-2019
Weltanteil und absolute Patententwicklung

Digitalisierung
Spezialanalyse zur Digitalisierung in den Klimaschutztechnologien

Ansatz und Methodik
Weltklassepatente und Technologiedefinitionen

Studie
Weitere Informationen und Download

Die Entwicklung der Digitalisierung in Klimaschutztechnologien

Hintergrund – Identifikation der digitalen klimarelevanten Technologien und Patente

Ein umfassender Überblick über den Einsatz der Digitalisierung in den Klima- und Nachhaltigkeitstechnologien in Bayern kann anhand einer vertieften Patentanalyse durchgeführt werden. Dazu werden digitale und klimarelevante Technologien miteinander verknüpft und multidimensional ausgewertet. Verschiedenste Indikatoren stehen zur Verfügung, die umfangreiche Aussagen zum Stand der Digitalisierung in klimarelevanten Technologien in Bayern erlauben, sowie zur Entwicklung im Verlauf der letzten 10 Jahre und den Vergleich mit Deutschland, Europa und der Welt.

Der Analyseansatz basiert auf drei zentralen Erkenntnissen: 1. Neues entsteht überwiegend nicht aus neuen Technologien, sondern aus der intelligenten Verknüpfung bestehender Technologien; 2. Digitalisierung ist einer der wichtigsten Treiber; 3. Digitalisierung ist kein Selbstzweck, sondern wirkt in der Verbindung mit anderen Technologien und führt so zu neuen Produkten und Prozessen.

Zur Identifikation der digitalen Patente in den klimarelevanten Technologien wird eine Besonderheit des Patentsystems genutzt. Patente können mehreren Patentklassen zugeordnet werden und tragen mehr als eine Technologieinformation. Insbesondere qualitativ hochwertige Patente, die breiter definierte Ansprüche haben, sind oft mehreren Anwendungsfeldern zugeordnet. Es werden somit alle Patente identifiziert, die sowohl einer Klima- oder Umweltschutztechnologie als auch einer digitalen Technologie zugeordnet werden können. In die Analyse sind sämtliche Patente der letzten 10 Jahre eingeflossen. Hier ist die Annahme, dass Digitaltechnologien eine geringere «Halbwertzeit» haben.

Die folgenden Digitalisierungstechnologien werden für die Analyse verwendet:

  • Digitalisierung insgesamt (die Summe sämtlicher digitaler Patente)
  • 20 fortgeschrittene Digitalisierungstechnologien: Prozessautomatisierung, künstliche Intelligenz, Cloud Computing, Halbleiterproduktion, Touch Technologie, Machine to Machine / Device to Device / Vehicle to Vehicle Kommunikation,  Digitale Sensoren, Wireless Communication Hardware, Fintech, 5G, Big data, Verschlüsselungstechnologien, Sprachanalysetechnologien, 3D Bildanalyse, Virtual Reality /Augmented Reality, Streamingtechnologien, Quantencomputer, Gestikanalyse, Blockchain, Digital Twin
  • fortgeschrittene Digitalisierung als Summe der identifizierten Einzeltechnologien
  • Basisdigitalisierung als Restgrösse (sämtliche Computerhardware, Software und digitale Kommunikation, die nicht der fortgeschrittenen Digitalisierung zugeordnet wird)

Technologiebeschreibungen

Kurzbeschreibungen der fortgeschrittenen Digitalisierungstechnologien in alphabetischer Reihenfolge

Modellieren und manipulieren von 3dimensionalen Bildern zur Verwendung in Computergrafiken oder Simulationen, bis zur Navigation in 3D Modellen. Auch 3D Modellbeschreibungen, Texture Mapping und perspektivisches Rechnen gehört in dieses Gebiet.

Die 5. Generation des Mobilfunknetzes ist eine Technologie mit einer deutlich höheren Datenrate als die Vorgängerversion. Durch bis zu zehn Gigabit pro Sekunde verspricht 5G die gleichzeitige Ansprache von 100 Milliarden mobilen Endgeräten. Aufgrund der Verwendung mehrerer Sende- und Empfangsantennen und Frequenzbändern bis zu 80 GHz können mobile Empfangsgeräte bei Bedarf gezielt mit hohen Datenraten versorgt werden.

Big Data bezeichnet Datensätze, die zu unstrukturiert, zu umfangreich oder zu komplex sind, um sie mit klassischer Datenverarbeitungssoftware verwalten oder analysieren zu können. Die Technologie beinhaltet neue Ansätze zur Suche, Indexierung, Verwaltung und Analyse dieser Daten sowie Geschäftsmethoden, die darauf aufbauend entwickelt werden können.

Blockchain ist eine gemeinsam genutzte Datenbanktechnologie, bei der Verbraucher und Lieferanten einer Transaktion direkt miteinander verknüpft werden und Einzelheiten der Transaktion immer verzeichnet sowie für alle einsehbar, verifizierbar und nicht veränderbar sind. Neben der bekanntesten Blockchainanwendung Bitcoin sind auch Verträge (Smart Contracts) oder Wahlen aufgrund der hohen technologischen Sicherheit möglich. Ein weiteres Anwendungsfeld ist die beständige Überprüfbarkeit von Lieferketten.

Cloud Computing dient der Entwicklung und Verwaltung einer virtuellen IT-Infrastruktur, die lokale Systeme ersetzt. Neben der Skalierbarkeit der nachgefragten Infrastruktur (infrastructure as a service) sind Nutzungszugänge für Anwendungen (software as a service) und Rechenkapazitäten (platform as a service) Teile der Technologie.

Digital Twin, oder digitalen Zwilling beschreibt die digitale Abbildung und Modellierung realer oder auch irrealer Gegenstände, bis hin zu einer vollständigen Fabrikationsanlage. Ziel ist die Prüfung der Funktionsfähigkeit bzw. die Simulation von Prozessen.

Sensoren, die deutliche höhere Anforderungen an die Kommunikation und Datentransfer aufweisen, als einfache Messvorrichtungen, die maximal eine Antenne enthalten, fallen unter digitale Sensoren. Typische Sensoren dieser Bauart sind in autonomen Fahrzeugen und Verkehrselementen eingesetzt, arbeiten mit Lidar oder Radar, oder es sind IoT-Sensoren, in vernetzten Geräten. Weitere sind Biosensoren und Device-Sensoren, die in Kontakt mit tragbaren Geräten sind, aber auch Sensoren in intelligenten Häusern oder Energierelevanten Geräten.

Finanztechnologie und Zahlungsverkehr beschreibt das Gebiet der finanztechnischen Verfahren und Methoden aus dem Bereich des Bank-, Versicherungs-, Wertpapier- und Transaktionswesens. Inbegriffen sind auch Anwendungen von Simulationssoftware sowie maschinelles Lernen zur Mustererkennung und Vorhersage. Ebenfalls enthalten sind Anwendungen zur Ermöglichung von Zahlungen, z. B. im Onlinehandel.

Handbewegungen können als natürliche Schnittstelle im Rahmen der Mensch-Maschine-Interaktion genutzt werden. Benutzer können einfache Gesten verwenden, um Geräte zu steuern oder mit ihnen zu interagieren, ohne sie physisch zu berühren. Neben einfachen Gesten umfasst die Technologie auch die Analyse der gesamten Körpersprache.

Mikroprozessoren bzw. integrierte Schaltkreise werden gegenwärtig vor allem aus Halbleitermaterial wie Silizium gefertigt. Sie haben die Fertigkeit, als elektrisch gesteuerte Schalter zu agieren, um Rechenvorgänge auszuführen. Sie sind somit die zentrale Komponente aller heutigen elektronischen Geräte. Der wesentliche leistungssteigernde Fortschritt in der Produktion wird durch die ständige Miniaturisierung erzielt, die eine immer höhere Dichte an Transistoren ermöglicht. Perspektivisch können photonische und später spintronische Systeme eingesetzt werden, die dann nicht mehr auf Halbleitermaterialien basieren.

Künstliche Intelligenz bezeichnet Anwendungen, die kognitive Fertigkeiten des Menschen – wie das Lösen von Problemen – nachahmen. Die Technologie beinhaltet verschiedene Ansätze wie Machine Learning, Neural Networks und Deep Learning. Diese können für neue Entwicklungen in den Bereichen Spracherkennung, Bildanalyse, Zeichenerkennung, Datenanalyse und auch zur Produktion von Inhalten nutzbar gemacht werden.

Machine-to-machine (m2m), Device to Device (d2d) oder V2V (vehicle to Vehicle) Kommunikation bezeichnet eine spezifische Technologiekategorie, die sich massgeblich um die Kommunikation zwischen “Devices” verschiedener Art kümmert. Klassisch sind dies Mobiltelefone, inzwischen kommunizieren aber Devices ganz verschiedener Art miteinander. Seit dem starken Anwachsen des IoT steigt die Anzahl markant, und das Gebiet enthält sowohl die direkte Kommunikation zwischen den Devices wie auch der Kommunikation via Plattformen und Zentralstellen.

Programm-Steuerungen im Produktionsumfeld, insb. Programme zur Steuerung von Robotern oder ganzen integrierten Produktionsanlagen (Total Factory Control), sowie diverse Computer- und Software-Applikationen in der Herstellung von Gütern, bis hin zur vollautomatisierten Produktion.

Quantencomputer können Probleme bearbeiten, die mit konventionellen Computern nur in extrem langer Zeit und mit zunehmender Rechenleistung nicht oder nur extrem schwer gelöst werden können, wie z.B. Primfaktorzerlegung sehr großer Zahlen. Für zahlreiche konventionelle Probleme sind sie hingegen weniger gut geeignet. Die Prinzipien beruhen auf verschränkten Quantenzuständen und nicht auf klassischer Elektrodynamik. Damit können sie nach den Prinzipien mehrwertiger «Quantenlogik» operieren, die anders funktioniert als die üblicherweise angewendete zweiwertige aristotelische Logik.

Sprachanalyse und Spracherkennung, insbesondere die Verarbeitung natürlicher Sprache (Natural language processing, NLP), ist ein zentrales Forschungsgebiet im Bereich der Mensch-Maschine-Interaktionstechnologien. Obwohl die Spracherkennung als Technologie vergleichsweise alt ist, sind signifikante Fortschritte aufgrund der Verknüpfung der Technologie mit künstlicher Intelligenz zu erwarten.

Streaming oder früher Video on Demand sind Technologien, bei denen die Videosignale oder das digitale TV direkt über das (Heim-)Netzwerk bezogen wird.

Eine Interaktionstechnologie mit der die Befehlseingabe des Benutzers direkt über den berührungsempfindlichen Bildschirm erfolgen kann. Der Vorteil liegt in der intuitiven Bedienung. Der wichtigste Anwendungsbereich der Touch Technologie ist gegenwärtig das Smartphone.

Encryption oder Ciphering (Verschlüsslung oder Chiffrierung) ist eine entscheidende Technologie insb. in Computernetzwerken und zunehmend von Bedeutung in der digitalen Kommunikation. Meist werden dabei Schlüssel ausgetauscht, insb. Privat-Privat- oder Privat-Public-Keys. Auch die Verschlüsselungstechniken rund um Block-Ciphering, Blockchain (nur bezüglich der Verschlüsselung, nicht der Anwendung) und ähnliche moderne Sicherheitstechniken in Netzwerken sind enthalten. Zukünftig ist hier eine Verknüpfung mit Quantencomputern zur Entwicklung neuer Sicherheitsstandards zu erwarten.

Virtual Reality bezeichnet die Wahrnehmung der Wirklichkeit in einer computergenerierten und interaktiven Umgebung. Neben der virtuellen Realität ist auch die Augmented Reality Teil der Technologie. Hier sehen Anwender die reale Welt und bekommen zusätzlich Informationen eingeblendet.

Chips werden heutzutage in allerlei Anwendungen verarbeitet. Hier sind die Chips zusammengetragen, die maßgeblich für die drahtlose Kommunikation, insb. von Mobiltelefonen, aber auch den zunehmenden anderen drahtlos kommunizierenden Geräten verantwortlich sind. Sie bilden daher eine spezifische Untergruppe der allgemeinen Halbleitertechnologie. Da die Abgrenzung zu sonstigen Chips bzw. der Anwendung von Chips in generellen Netzwerken nicht immer vollständig separierbar ist, gibt es eine gewisse Überlappung in angrenzende Bereiche.

Vergleich Digitalisierungsgrad Bayern und Welt

Die folgende Visualisierung zeigt den Digitalisierungsgrad für alle Technologien im Überblick. Sämtliche digitale Patente einer Technologie in Bayern wurden ins Verhältnis zu allen bayerischen Patenten dieser Technologie gesetzt. Der Digitalisierungsgrad zeigt, wie stark die jeweilige Technologie digital durchdrungen ist. Parallel dazu wird der jeweilige globale Digitalisierungsgrad gezeigt. Man erkennt, in welchen Klimaschutztechnologien Bayern stärker digitalisiert ist und in welchen Bayern unter dem globalen Anteil liegt.

Die Digitalisierungstechnologien können einzeln angezeigt werden. Weiterhin kann der Digitalisierungsgrad insgesamt (die Summe aller Digitalpatente an den Gesamtpatenten einer Klimaschutztechnologie) gezeigt werden, sowie der Anteil der Basisdigitalisierung und der fortgeschrittenen Digitalisierung.

Digitalisierungsgrad nach Clustern

Die folgende Visualisierung zeigt den Digitalisierungsgrad für alle Technologien im Überblick. Sämtliche digitale Patente einer Technologie in Bayern wurden ins Verhältnis zu allen bayerischen Patenten dieser Technologie gesetzt. Der Digitalisierungsgrad zeigt, wie stark die jeweilige Technologie digital durchdrungen ist.

Die vertikale Achse zeigt an, ob der Digitalisierungsgrad in Bayern über oder unter dem globalen Durchschnitt liegt. Alle Technologien oberhalb der gestrichelten Null-Linie sind überdurchschnittlich digitalisiert. Die horizontale Achse zeigt die Veränderung des Digitalisierungsgrads zwischen 2015 und 2019 an. Alle Technologien rechts von der Null-Linie haben ihren Digitalisierungsgrad in den letzten 5 Jahren gesteigert. Die Kugelgrösse zeigt den Digitalisierungsgrad insgesamt an. Je grösser die Kugel, desto grösster ist der Digitalisierungsgrad.

Es ergeben sich vier Quadranten: Technologien im Quadranten oben rechts zeigen Technologien mit einem überdurchschnittlichen und zunehmenden Digitalisierungsgrad. Unten links stehen Technologien mit einem unterdurchschnittlichen Digitalisierungsgrad, der zudem in den letzten Jahren abgenommen hat.

Technologien, die vertikal eng an der  Null-Linie liegen, unterscheiden sich im Digitalisierungsgrad nicht stark vom globalen Wert. Leichte positive oder negative Abweichungen können vernachlässigt werden. Kleine Kugeln bezeichnen Technologien, die keinen hohen Digitalisierungsgrad erreicht haben. Das ist kein Problem, sofern diese Technologien nicht deutlich unterhalb der Null-Linie liegen. In diesen Fällen sind die Technologien grundsätzlich nicht stark digitalisiert.

Technologien, die deutlich oberhalb der Null-Linie liegen, haben in Bayern einen überdurchschnittlich hohen Digitalisierungsgrad. Technologien, die deutlich unterhalb der Null-Linie liegen, sind unterdurchschnittlich digitalisiert.

Es können Technologien nach Clustern ausgewählt werden und es können auch alle Technologien gleichzeitig angezeigt werden.

Fortgeschrittene Digitalisierung nach Clustern

Die folgende Visualisierung zeigt den Anteil fortgeschrittener Digitalisierung für alle Technologien als Summe der identifizierten 20 fortgeschrittenen Digitalisierungstechnologien.

20 fortgeschrittene Digitalisierungstechnologien: Prozessautomatisierung, künstliche Intelligenz, Cloud Computing, Halbleiterproduktion, Touch Technologie, Machine to Machine / Device to Device / Vehicle to Vehicle Kommunikation,  Digitale Sensoren, Wireless Communication Hardware, Fintech, 5G, Big data, Verschlüsselungstechnologien, Sprachanalysetechnologien, 3D Bildanalyse, Virtual Reality /Augmented Reality, Streamingtechnologien, Quantencomputer, Gestikanalyse, Blockchain, Digitalwin

Digitalisierungsstruktur der Klimaschutztechnologien

Die folgende Visualisierung zeigt den Anteil einzelnen Digitalisierungstechnologien pro Klimaschutztechnologie im Sinne einer Digitalisierungsstruktur. Um die Übersichtlichkeit zu erhöhen, wurden die Punkte nicht beschriftet. Ein Mouseover zeigt die wesentlichen Informationen für jeden Datenpunkt an.

Die Kugelgrösse zeigt den Anteil der jeweiligen Digitaltechnologie an den Gesamtpatenten der ausgewählten Klimatechnologie. Die vertikale und horizontale Positionierung entspricht den vorherigen Abbildungen. Lesebeispiel: In der Klimaschutztechnologie “Vernetzte Fabrikation” ist die Prozessautomatisierung die wichtigste Digitaltechnologie. 80% aller Patente in der Vernetzten Fabrikation sind ebenfalls der Prozessautomatisierung zuzuordnen. Mit 80%  liegt der Durchdringungsanteil dieser Technologie um 9%-Punkte über dem globalen Durchschnitt (Vertikale Achse). Allerdings hat der Anteil der Prozessautomatisierung in der Vernetzten Fabrikation in den letzten 5 Jahren um 6,6%-Punkte abgenommen.

Es ergeben sich vier Quadranten: Technologien im Quadranten oben rechts zeigen Technologien mit einem überdurchschnittlichen und zunehmenden Anteil. Unten links stehen Technologien mit einem unterdurchschnittlichen Anteil, der zudem in den letzten Jahren abgenommen hat. Technologien rund um den Nullpunkt unterscheiden sich nicht wesentlich von der globalen Entwicklung. Sonderfälle sind Technologien, die horizontal auf der Nulllinie stehen und vertikal unterschiedliche negative Werte haben. Diese digitalen Technologien sind in Bayern in der ausgewählten Klimatechnologie nicht vertreten, aber sie sind global vorhanden. Der negative Wert Bayerns ergibt sich aus dem Vergleich zum globalen Anteil (4% globaler Anteil – 0% Anteil in Bayern = -4%-Punkte Differenz).

Perspektivwechsel – Bedeutung der Digitalisierungstechnologien in den Klimaschutztechnologien

Die folgende Visualisierung zeigt die Bedeutung der ausgewählten Digitalisierungstechnologie in den Klimaschutztechnologien. Es wird deutlich, in welchen Klimaschutztechnologien ausgewählte Digitalisierungstechnologien bereits eine besonders grosse und im Vergleich zur Welt überdurchschnittliche Rolle spielen.

Die Kugelgrösse zeigt den Anteil der ausgewählten Digitaltechnologie an den Gesamtpatenten der Klimatechnologie. Die vertikale und horizontale Positionierung entspricht den vorherigen Abbildungen. Lesebeispiel: In der Digitaltechnologie  “Cloud Computing” zeigt sich, dass die intelligenten Stromnetze (Kugel oben rechts) in Bayern überdurchschnittlich mit der Technologie Cloud Computing digitalisiert sind. Der bayerische Anteil des Cloud Computing in intelligenten Stromnetzen liegt um 1,3%-Punkte über dem globalen Anteil (vertikale Position). Den absoluten Anteil der mit Cloud Computing durchdrungenen Patente in den intelligenten Stromnetzen zeigt die Kugelgrösse und er liegt bei 4,1% (Mouseover über die Kugel “intelligente Stromnetze”). Nur in der Technologie vernetzte Fabrikation liegt die digitale Durchdringung mit Cloud Computing etwas höher (5,26%). Ausserdem hat der Anteil des Cloud Computings in den intelligenten Stromnetzen in den letzten 5 Jahren besonders stark zugenommen, um 2,2%-Punkte. Die Zunahme zeigt sich auf der horizontalen Achse, dort stehen die intelligenten Stromnetze besonders weit rechts.

Es ergeben sich vier Quadranten: In Technologien im Quadranten oben rechts ist die Bedeutung der ausgewählten Digitaltechnologie bereits sehr hoch und sie nimmt noch zu. Unten links stehen Technologien, in denen die ausgewählte Digitaltechnologie im Vergleich zur Welt unterrepräsentiert ist und weiter abnimmt. Technologien rund um den Nullpunkt unterscheiden sich nicht wesentlich von der globalen Entwicklung. Sonderfälle sind Technologien, die horizontal auf der Nulllinie stehen und vertikal unterschiedliche negative Werte haben. In diesen Technologien ist die ausgewählte Digitaltechnologie in Bayern  nicht vertreten, aber sie sind global vorhanden. Der negative Wert Bayerns ergibt sich aus dem Vergleich zum globalen Anteil (4% globaler Anteil – 0% Anteil in Bayern = -4%-Punkte Differenz).

Digitalisierungsanteile Übersicht

Digitalisierungsstruktur

Die folgende Visualisierung zeigt die Struktur der einzelnen fortgeschrittenen Digitalisierungstechnologien innerhalb der Digitalisierung insgesamt. Lesebeispiel: Im 3D-Druck sind 14,1% aller Patente digitalisiert. Der Digitalisierungsanteil steht in Klammern hinter dem Technologienamen. Von diesen 14,1% sind zwei Drittel (67%) Basisdigitalisierung und ein Drittel fortgeschrittene Digitalisierung. Die Prozessautomatisierung ist die bedeutendste fortgeschrittene Digitalisierungstechnologie mit 17,9%. D.h. von allen digitalisierten Patenten im Bereich des 3D-Drucks sind 17,9% der Prozessautomatisierung zugeordnet. Insgesamt zeigt sich, dass in der Mehrzahl der Technologien die Basisdigitalisierung dominiert (der linke blaue Balken).

Es ist möglich, die Bedeutung einer oder mehrerer Digitalisierungstechnologien hervorzuheben. Dazu kann man in der Legende oberhalb der Abbildung einzelne Technologien an- und ausschalten. Um beispielsweise die Bedeutung der künstlichen Intelligenz darzustellen, können alle anderen Technologien durch einen Klick ausgeschaltet werden. Diese Technologien erscheinen in der Legende grau.

Technologiebeschreibungen

Kurzbeschreibungen in alphabetischer Reihenfolge

3D gedruckte Häuser oder Roboterautomatisierung im Bauwesen.

Herstellung von vielfältigen Produkten und Ersatzteilen zur bedarfsgerechten Massen-Maßschneiderung statt Massenproduktion. Während in der herkömmlichen Produktion Objekte in der Regel aus einem Materialblock herausgearbeitet werden, wird im 3D Druck das Objekt Schicht für Schicht aufgebaut.

Technologien rund um die Planung und Ausführung von Abfallbehandlung, vor allem Geschäftsmethoden und Prozesse rund um Abfallkategorisierung, Bezahlung und Ausfuhroptimierung, sowie Abfalletikettierung und Sortierungsmethoden.

Technologien gegen Tsunamis, Überschwemmungen, Wirbelstürme und andere Umweltextreme.

Entwicklungen zur Gesundheitsvorsorge gegen zunehmende Krankheiten wie Malaria, Zika, Nil-Fieber etc.

Technologien zur Anpassung an höhere Temperaturen, ein verändertes Niederschlagsregime, Veränderungen des hydrologischen Kreislaufs, der Bodenfruchtbarkeit, der Luftschadstoffe und der Ausbreitung invasiver Arten.

Vollständig digitale Entwicklung von Gebäuden in Modellen zur Optimierung der Baukosten, beispielsweise über Materialeinsparung. Darüber hinaus können die Daten in die Gebäudeverwaltung einfließen, beispielsweise zur Optimierung von Wartungsintervallen.

Polymere aus nachwachsenden Rohstoffen, wie Cellulosen oder Milchsäure, die aufgrund ihrer Herstellung und/oder durch ihre biologische Abbaubarkeit nachhaltig und umweltschonend sind.

Die Umwandlung von Kohlenstoffverbindungen aus biogenen Quellen (z.B. Bio-Abfälle, Gülle, Holz aus Kurzumtriebsplantagen etc.) durch verschiedene technische Schritte und Prozesse zu elektrischem Strom oder Energieträgern wie Biogas oder Biotreibstoffen.

Energiewandler, die chemisch gebundene Energie, oft H2 und O2, in elektrische Energie umwandeln. Neben Wasserstoff können auch andere Brennstoffe wie Methanol oder Erdgas verwendet werden, dann allerdings mit zusätzlichen Prozessschritten.

Verlagerung der Steuerung und Software in dezentrale Endgeräte, im Gegensatz zur Cloud und zentralen Lösungen. Obwohl technische Gründe wie Datensicherheit und Reaktionsgeschwindigkeit im Vordergrund stehen, kann dadurch auch der hohe Stromverbrauch von Serverfarmen reduziert werden.

Technologien zur Vermeidung von Ausschuss und zur ressourceneffizienteren Herstellung von Glas und Keramik.

Technologien zur energiesparenden und ressourcenoptimierten Produktion in Chemie und verwandten Bereichen.

Technologien zur energieoptimierten Produktion von Metallen. Im Zentrum der Forschungsaktivitäten steht die Steigerung der Effizienz (Wirkungsgrad) der Schmelz- und Warmhalteöfen. Zudem spielt auch die optimierte Abwärmenutzung eine Rolle. Bei der Roheisenproduktion geht es auch um die tiefgreifende Umstellung des Reduktionsprozesses, um Prozessemissionen zu vermeiden.

Das Feld umfasst verschiedene Aspekte der Reduktion des Treibstoffverbrauchs des Verbrennungsmotors, wie die Steuerung des Treibstoff/Luftgemisches, Abgasrückführung (EGR), Wärmeisolierung und verbesserte Schmierung. Das Gebiet fokussiert auf Automobile und verwandte Fahrzeuge.

Vollelektrische Fahrzeuge und Batteriegetriebene Fahrzeuge, nicht aber Hybride.

Teil- oder ganz-elektrische Antriebe in der Luftfahrt mit Strom aus erneuerbaren Quellen oder aus Brennstoffzellen. Aufgrund des hohen Gewichts der Batteriespeicher spielen in absehbarer Zeit hybride Systeme eine wichtige Rolle.

Futterzusätze zur Optimierung der Verdauung von Nutztieren. Ziel ist es, den Methanausstoß der Tiere zu reduzieren.

Dieses Feld umfasst energieeffiziente Gebäudeelektronik und Endgeräte in Heim- und Büroumgebungen. Dazu gehören Energiesparmaßnahmen für Bürogeräte wie auch effiziente Beleuchtungstechnologien in Gebäuden sowie die Steuerung von raumlufttechnischen Anlagen.

Dieses Technologiefeld umfasst alle Technologien rund um Energiesparmaßnahmen für Computer Hardware, z.B.  Stand-By-, Power-Down und Schlaffunktionen, aber auch effiziente Serverfarmen und Stromsparmaßnahmen größerer Computerinstallationen.

Dieser Bereich umfasst Technologien für Wärmedämmung, Passives Kühlen, raumlufttechnische Anlagen, Wärmepumpen, Thermochrome Gläser und andere energieeffiziente Gebäudetechnologien.

Energieoptimierte “Weiße Ware”, Wasch-, Spülmaschinen, Trockner, Herde, Kühlschränke. In der Regel steht der reduzierte Stromverbrauch im Vordergrund der Forschung.

Dieses Feld beinhaltet diverse Technologien zur Steigerung der Effizienz drahtloser und drahtgebundener Übertragungsnetze und Energiesparmaßnahmen in Ethernet und Mobilfunknetzen, wie z. B. adaptive Übertragungsratenregelungen und Stand-By Technologien in Netzwerken und Controllern.

Zweck der Energiespeicher ist die Aufnahme und zeitlich verzögerte Verfügbarkeit der Energie. Beispiele sind Pumpspeicher, Druckluftspeicher oder Wärmespeicher.

Akkumulator oder Batterie, die einen Feststoff-Elektrolyten aufweist, der aus Polymeren oder Oxiden, z.B. Granaten besteht und weniger empfindlich auf Elektrolytverlust und Entzündung ist als Technologien mit flüssigen Elektrolyten.

Produkte meist auf pflanzlicher Basis (Erbsenproteine etc.), die als Fleischersatz dienen. Im Vordergrund stehen insbesondere Texturanpassungen und Fermentationstechnologien.

Die Geothermie nutzt die Erdwärme zur direkten oder indirekten Energieerzeugung. Diese kann direkt zur Heizung von Gebäuden, für Warmwasser oder zur Stromerzeugung eingesetzt werden. Der Vorteil liegt in der wetterunabhängigen und damit steuerbaren Produktion.

HGÜ (engl. HVDC) ist eine Technologie der Stromübertragung mit Gleichspannung, die insbesondere für die Elektrizitätsübertragung über große Entfernungen entwickelt wurde und geringere Übertragungsverluste im Vergleich zur Wechselstromübertragungstechnik verspricht. An den Ein- und Ausspeisepunkten erfolgt zumeist eine Transformation von bzw. zu Wechselstrom.

Moderne schienenähnliche Transportsysteme, bei denen die Fahrzeuge berührungslos mit Magneten in der Schwebe gehalten werden und dadurch sehr viel geringeren Reibungswiderstand überwinden müssen als Fahrzeuge, die mit Rädern auf Schienen rollen. In Hyperloops wird mit Hilfe eines geringeren Luftdrucks in den Röhren zusätzlich der Luftwiderstand reduziert.

Das Technologiefeld beinhaltet die verschiedenen Aspekte der Wasseraufbereitung für industrielle Zwecke, wie sie im Umfeld der Halbleiterherstellung, Labormaterialien oder Industriewasserreinigung eingesetzt werden. Nicht enthalten sind die Kanalisation und Rohre, sowie die Trinkwasseraufbereitung insbesondere im Haushalt.

Thermochrome oder elektrochrome Gläser, insb. für Gebäude und große Fensterflächen zum Wärme- bzw. Strahlungsmanagement

Stromnetze und Stromverteilung mit kommunikativer Verteilung und Steuerung. Diese finden sich in dezentralen Energieerzeugern (z.B. Windenergieanlagen), aber auch in modernen Fahrzeugen. Perspektivisch wird angestrebt, solche Systeme auch in größeren Regionen aufzubauen, um viele dezentrale Erzeuger und Verbraucher effizient miteinander zu koppeln.

Geräte in und um Gebäude, die aus Sensoren und Netzwerkkomponenten bestehen. Das intelligente energieeffiziente Zusammenspiel der Geräte steht im Vordergrund.

Dieses Feld beschreibt Technologien um die Energieerzeugung durch Kernfusion, und beinhaltet Stellarator, Tokamak und vergleichbare Technologien.

Gasfilteranlagen, Abscheidungsvorrichtungen und Kohlenstoffbindungsprozesse ermöglichen die direkte Bindung des entstehenden CO2. Im Idealfall wird das gewonnene CO2 wieder als Rohstoff eingesetzt und gebunden aus dem Kreislauf genommen. In den meisten Fällen handelt es sich um industrielle Gaswaschanlagen und Filter.

Elektrische Speicher, die Ladungen statisch in einem Feld speichern. Dies können insbesondere passive Batteriealternativen sein, es sind aber auch kleine Kondensatoren für elektrische Geräte enthalten.

Ladesysteme in Fahrzeugen (zb Hybriden) sowie von Fahrzeugen (Elektrofahrzeuge)

Lithium-Akkumulatoren, also wiederaufladbare Stromspeicher auf Basis von Li-Ionen als Elektrolyt (und nicht Lithium Batterien im eigentlichen Sinn).

Gezeitenkraftwerke, Strömungs- und Wellenkraftwerke zur Stromerzeugung

Selbstleuchtende Micro-LEDs als Nachfolger der hintergrundbeleuchteten LCD, insb. für TV und Screens mit niedrigerem Stromverbrauch.

Elektrifizierung, Segel- oder Windantriebe auf Schiffen als Alternative zum gegenwärtig verwendeten Schweröl.

Verpackungen auf Basis nachwachsender Rohstoffe, wie zb Cellulosen, insb. für die Kreislaufwirtschaft

OLEDs (Organic light emitting diodes, organische LEDs) als Nachfolger der LCDs und in Konkurrenz zu Micro-LEDs, insb. für TV und Screens. Als Materialien werden spezifische organochemische Farbstoffe eingesetzt.

Sammelgruppe von Nicht-Siliziumsolarzellen, auf Basis von organischen Farbstoffen (Polymerzellen), meist mit niedrigerem Wirkungsgrad und (anorganische) Tandem/Perovskit-Zellen mit höheren Wirkungsgraden.

Umwandlungstechnologie von Gleich- in Wechselspannung für photovoltaische Anlagen.

Niedrigtemperatur- oder Feststoffpolymer-Brennstoffzelle mit einem Polymerelektrolyten.

Unterstützungs-und Optimierungstechnologien in der Landwirtschaft, z.B. Einsatz von Drohnen oder Satelliten zur ressourcenschonenden Ertragsoptimierung

Wiederverwendung von Produkten aus Produktionsprozessen wie aus Abfällen diverser Art, insb. aus Industrieprozessen aber auch Haushalten.

Landwirtschaft in Reinräumen und künstlicher Atmosphäre, auch in Städten.

Klassische Silizium Solarzellen, die auf Basis dotierter Silizium-Halbleiter Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umwandeln.

Solarthermische Anlagen, die im Gegensatz zu Photovoltaik-Anlagen nicht Strom erzeugen, sondern Wärme, die z.B. in Warmwasserspeichern gespeichert werden kann. Je nach Technologien können unterschiedlich hohe Temperaturen erzeugt werden, bis hin zu Prozesswärmetemperaturen bei konzentrierenden Anlagen.

Verschiedene Technologien zur Reduktion oder Filterung von NOx, N2O und anderen höheren Gasen

Supraleitende Materialien, die unterhalb einer Sprungtemperatur die verlustarme Leitung von elektrischem Strom ermöglichen. In der Regel wird der elektrische Widerstand erst bei sehr niedrigen Temperaturen (Sprungtemperatur) aufgehoben. Die Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung von Materialien zur Erreichung dieses Effekts bei deutlich höheren Temperaturen.

Treibstoffe, insb. für die Mobilität, hergestellt aus nicht petrochemischen Rohstoffen, insb. Fischer-Tropsch und ähnliche Verfahren.

Umwandlung von Bio-Kohlenstoff, insb. kohlenstoffhaltiger Abfälle mit verschiedenen Verfahren zu Kohlenstoff oder Methan.

Digitale Geschäftsmethoden zur Reduktion von Treibhausgasen oder zur Adaption bei zunehmenden Umweltschäden, in dem z.B. die Kosten oder Effizienz von Abläufen evaluiert und optimiert werden. Enthalten sind auch Modellsysteme, AI-unterstützte Optimierungen oder Testabläufe, sowie diverse Finanz-, Versicherungs- und Messmethoden rund um die Klimaeffekte, Vorhersagen oder Anpassungen.

Zementersatzstoffe, alternative Zementherstellungsmethoden und intelligente Prozesse zur Reduktion des CO2 -Ausstoßes bei der Zementproduktion

Drohnen, Autonome Fahrzeuge und Roboter in Containerterminals, Hochregallager oder als städtische Liefervarianten, sowie moderne urbane Warenverteilsysteme

Die ressourcenoptimierte Vernetzung von Verkehrsteilnehmern jeder Art, Verkehrsleitung und Steuerung. Ebenso sind Verkehrseffizienztechnologien wie intelligente autonome Fahr- und Kommunikationssysteme Teil der Definition.

Vernetzung in der industriellen Produktion, bis zur komplett integrierten Fabrik. Ein wesentlicher Teil dieser Technologie sind die prädiktiven Unterhaltssysteme, die Elemente wie Monitoring, Datensammlung und Bildanalysen, Fehlerdiagnose und vernetzte Kontrolle der Produktion umfassen. Ein kleiner Bereich sind auch adaptive Kontrollsysteme, wie sie bei automatisierten Fabrikationen Anwendung finden (automatisierte Containerterminals und Warentransport, autonome „Fließbänder“)

Im Mittelpunkt der Technologie steht die Wasserstoffproduktion mit Hilfe mit erneuerbarer Energie, insb. Elektrolyse und Brennstoffzelle mit Strom aus Photovoltaik und Windanlagen.

Stromerzeugung durch Rotoren, Drachen- oder andere windbewegte Installationen. Windkraftspezifische Bauteile wie Rotorblätter sind ebenfalls enthalten.