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

Technologieprofile

Lesehilfe

Die Kugelgrafik zeigt für 12 Länder, Bayern und die EU 27 jeweils den Weltanteil in der Technologie (Vertikale), die Veränderung des Weltanteils im in den letzten 5 Jahren (Horizontale) und mit der Kugelgrösse ebenfalls den Weltanteil pro Land an. Die absolute Anzahl der Weltklassepatente zeigt sich, wenn man mit der Maus über ein Land geht. Je weiter rechts von der Hochachse, desto stärker ist der Weltanteil des entsprechenden Landes in den letzten 5 Jahren gewachsen, je höher die Kugel, desto höher ist der gegenwärtige Weltanteil. Alle Länder links von der Hochachse verzeichnen rückläufige Weltanteile.
Die Technologien können oben links in der Abbildung über ein Dropdown-Menü ausgewählt werden. Einzelne Länder sind durch einen Klick auf die Legende an- und ausschaltbar. Dadurch erhöht sich in einzelnen Technologien die Lesbarkeit. Die ausgewählten Länder bleiben auch bei einem Wechsel der Technologie erhalten.
Da die Patentmengen in fast allen Ländern und fast allen Technologien permanent steigen, ist ein Rückgang des Weltanteils nicht gleichbedeutend mit einem absoluten Rückgang der Patente. In vielen Fällen wachsen die Patentmengen in anderen Ländern stärker. Beispielsweise hat sich die Anzahl der Weltklassepatente in den USA und in der EU-27 in den letzten 5 Jahren praktisch verdoppelt. Gleichwohl haben beide aufgrund des starken Zuwachses in China anteilig abgenommen.

Technologievergleich

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.