Auswirkungen von Basisinnovationen auf die Energiewirtschaft
Auswirkungen von Basisinnovationen auf die Energiewirtschaft
Auswirkungen von Basisinnovationen auf die Energiewirtschaft
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<strong>Auswirkungen</strong> <strong>von</strong> <strong>Basisinnovationen</strong><br />
<strong>auf</strong> <strong>die</strong> <strong>Energiewirtschaft</strong><br />
am Beispiel einer Potenzialanalyse zur Nanotechnologie<br />
Dipl.-Ing. Jochen Lambauer<br />
Institut für <strong>Energiewirtschaft</strong> und Rationelle Energieanwendung<br />
Universität Stuttgart<br />
2. Workshop des Student Chapters der Gesellschaft für<br />
Energiewissenschaft und Energiepolitik (GEE)<br />
11. Mai 2007, Düsseldorf
Problemstellung<br />
<br />
Zielsetzung<br />
<br />
Vorgehensweise<br />
<br />
Potenzialanalyse<br />
<br />
Schlussbetrachtung<br />
<br />
Überblick<br />
1<br />
Problemstellung<br />
2<br />
Zielsetzung<br />
3<br />
Vorgehensweise<br />
4<br />
Potenzialanalyse<br />
5<br />
Schlussbetrachtung<br />
J. Lambauer (IER) Potenzialanalyse zur Nanotechnologie 11. Mai 2007<br />
2/ 19
Problemstellung<br />
•<br />
Zielsetzung<br />
<br />
Vorgehensweise<br />
<br />
Potenzialanalyse<br />
<br />
Schlussbetrachtung<br />
<br />
Problemstellung<br />
Definition <strong>Basisinnovationen</strong>:<br />
„ ... Innovationen, <strong>die</strong> umfassend technisches Neuland erschließen und einen breiten<br />
Strom <strong>von</strong> Nachfolgeinvestitionen mit weit reichenden wirtschaftlichen Konsequenzen<br />
auslösen, werden <strong>Basisinnovationen</strong> genannt .”<br />
/Nefiodow L.A. 1996/<br />
Vergangenheit<br />
z. B. Dampfmaschine, Eisenbahn, Elektrizität, Automobil, Computer<br />
J. Lambauer (IER) Potenzialanalyse zur Nanotechnologie 11. Mai 2007<br />
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Problemstellung<br />
•<br />
Zielsetzung<br />
<br />
Vorgehensweise<br />
<br />
Potenzialanalyse<br />
<br />
Schlussbetrachtung<br />
<br />
Problemstellung<br />
Definition <strong>Basisinnovationen</strong>:<br />
„ ... Innovationen, <strong>die</strong> umfassend technisches Neuland erschließen und einen breiten<br />
Strom <strong>von</strong> Nachfolgeinvestitionen mit weit reichenden wirtschaftlichen Konsequenzen<br />
auslösen, werden <strong>Basisinnovationen</strong> genannt .”<br />
/Nefiodow L.A. 1996/<br />
Gegenwart<br />
z. B. Nanotechnologie, Biotechnologie, Informations- und Kommunikationstechnologie<br />
Änderungen in der Energienachfrage<br />
<strong>Auswirkungen</strong> <strong>auf</strong> <strong>die</strong> <strong>Energiewirtschaft</strong><br />
J. Lambauer (IER) Potenzialanalyse zur Nanotechnologie 11. Mai 2007<br />
4/ 19
Problemstellung<br />
<br />
Zielsetzung<br />
•<br />
Vorgehensweise<br />
<br />
Potenzialanalyse<br />
<br />
Schlussbetrachtung<br />
<br />
Zielsetzung<br />
Die Analyse und Bewertung derzeitiger und zukünftiger<br />
- Produkte,<br />
- Produktionsprozesse und<br />
- Dienstleistungen<br />
• der Nanotechnologie,<br />
• und weiterer Schlüsseltechnologien hinsichtlich<br />
der direkten und indirekten <strong>Auswirkungen</strong> <strong>auf</strong> <strong>die</strong> <strong>Energiewirtschaft</strong>.<br />
J. Lambauer (IER) Potenzialanalyse zur Nanotechnologie 11. Mai 2007<br />
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Problemstellung<br />
<br />
Zielsetzung<br />
<br />
Vorgehensweise<br />
•<br />
Potenzialanalyse<br />
<br />
Schlussbetrachtung<br />
<br />
Änderung der Energienachfrage<br />
Wie?<br />
„Umfassende<br />
Wirkungsgradsteigerung“<br />
„Das Potenzial zur grundlegenden<br />
Veränderung ganzer Technikfelder“<br />
„Große Effizienzsteigerung“<br />
„5-25 % Verbrauchsreduzierung“<br />
Energienachfrage<br />
„In der Zukunft“<br />
Wann?<br />
„In den kommenden Jahren“<br />
„In den kommenden Jahrzehnten“<br />
„In naher Zukunft“<br />
„Zukünftig“<br />
Wo?<br />
„Alle Bereiche der Gesellschaft“<br />
„Die Industrie in wesentlichen Branchen stark beeinflussen wird“<br />
„In unterschiedlichen Anwendungsfeldern sowie Wirtschaftszweigen“<br />
verschiedenen technischen Bereichen“<br />
J. Lambauer (IER) Potenzialanalyse zur Nanotechnologie 11. Mai 2007<br />
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Problemstellung<br />
<br />
Zielsetzung<br />
<br />
Vorgehensweise<br />
•<br />
Potenzialanalyse<br />
<br />
Schlussbetrachtung<br />
<br />
<strong>Auswirkungen</strong> <strong>auf</strong> <strong>die</strong> <strong>Energiewirtschaft</strong><br />
Innovative Anwendungen mit <strong>Auswirkungen</strong> <strong>auf</strong> <strong>die</strong> <strong>Energiewirtschaft</strong><br />
● Transport<br />
● Erzeugung ● Speicherung<br />
● Verbrauch<br />
● Vertrieb<br />
Sektor <strong>Energiewirtschaft</strong><br />
direkt<br />
Innovationen<br />
indirekt<br />
Andere<br />
Wirtschaftssektoren<br />
J. Lambauer (IER) Potenzialanalyse zur Nanotechnologie 11. Mai 2007<br />
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Problemstellung<br />
<br />
Zielsetzung<br />
<br />
Vorgehensweise<br />
•<br />
Potenzialanalyse<br />
<br />
Schlussbetrachtung<br />
<br />
Direkte<br />
<strong>Auswirkungen</strong><br />
Erzeugung<br />
Transport<br />
Speicherung<br />
Vertrieb<br />
Verbrauch<br />
Bestehende<br />
Technologie<br />
● Nanostrukturierte<br />
Beschichtungen bei<br />
Photovoltaik und<br />
Solarthermie<br />
● Dünnschicht-Solarzelle<br />
● Hitzeschutzschichten bei<br />
Turbinensch<strong>auf</strong>eln<br />
● Notstromgeneratoren aus<br />
Akkumulatoren<br />
Neue<br />
Technologie<br />
● Quantentrog-/<br />
Quantenpunktsolarzelle<br />
● Organische Solarzelle<br />
● Farbstoffsolarzelle<br />
● Thermophotovoltaik<br />
● Thermoelektrika<br />
● Brennstoffzellen<br />
● CO 2<br />
-Abscheidung mit<br />
Membranen<br />
● Energietechnik <strong>auf</strong> Basis <strong>von</strong><br />
Supraleitern<br />
● Kohlenstoffnanoröhren<br />
J. Lambauer (IER) Potenzialanalyse zur Nanotechnologie 11. Mai 2007<br />
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Problemstellung<br />
<br />
Zielsetzung<br />
<br />
Vorgehensweise<br />
•<br />
Potenzialanalyse<br />
<br />
Schlussbetrachtung<br />
<br />
Indirekte<br />
<strong>Auswirkungen</strong><br />
Erzeugung<br />
Transport<br />
Speicherung<br />
Vertrieb<br />
Verbrauch<br />
Bestehende<br />
Technologie<br />
● Batterien<br />
● Akkumulatoren<br />
● Lichtemittierende Dioden<br />
(LEDs)<br />
● Vakuum-Isolations-Paneelen<br />
(VIPs)<br />
● Nanopartikel als Füllstoff in<br />
Reifen<br />
● Nano-Katalysatoren<br />
Neue<br />
Technologie<br />
● Motor-Einsprtitzsysteme<br />
(Nanojets)<br />
● Superkondensatoren<br />
● Wasserstoffspeicher<br />
● Kraftstoffadditiv Ceroxid<br />
● Permanentmagneten aus<br />
Nano-Materialien<br />
●Organische Licht-emittierende<br />
Dioden (OLED)<br />
●Quantenpunkt-LEDs<br />
J. Lambauer (IER) Potenzialanalyse zur Nanotechnologie 11. Mai 2007<br />
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Problemstellung<br />
<br />
Zielsetzung<br />
<br />
Vorgehensweise<br />
•<br />
Potenzialanalyse<br />
<br />
Schlussbetrachtung<br />
<br />
Identifikation:<br />
Nanotechnologie Biotechnologie IuK-Technologie<br />
‣ Anwendungen<br />
‣ Prozesse<br />
‣ Dienstleistungen<br />
‣ Produkte<br />
<strong>Energiewirtschaft</strong><br />
Ausgewählte<br />
Analysen:<br />
Nanotechnologie Biotechnologie IuK-Technologie<br />
• Nanopartikel<br />
• LED‘s, OLED‘s<br />
• Brennstoffzelle<br />
• Supercaps<br />
•H 2 -Speicher<br />
• Farbstoffsolarzellen<br />
• Thermophotovoltaik<br />
• Vakuum-Isolations-<br />
Paneele<br />
• Leichtbau<br />
• Alternative Kraftstoffe<br />
• Bioprozesstechnik in<br />
chemischer Industrie<br />
• Gezielte Reaktionsführung<br />
• Neue Energieressourcen<br />
• Verbesserte Verfahren zur<br />
Energiebereitstellung<br />
• Vermeidung/Verwertung<br />
<strong>von</strong> Abfällen<br />
• Voice-Over-IP<br />
• Handy-TV<br />
•IP-TV<br />
•UMTS<br />
• Demand Side Management<br />
• Vernetzte Komponenten<br />
in der Produktionstechnik<br />
• Spracherkennungssoftware<br />
•RFID<br />
J. Lambauer (IER) Potenzialanalyse zur Nanotechnologie 11. Mai 2007<br />
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Problemstellung<br />
<br />
Zielsetzung<br />
<br />
Vorgehensweise<br />
•<br />
Potenzialanalyse<br />
<br />
Schlussbetrachtung<br />
<br />
Entwicklung <strong>von</strong><br />
Szenarien:<br />
Nanotechnologie Biotechnologie IuK-Technologie<br />
<strong>Basisinnovationen</strong><br />
• Wirkungsgradverbesserung<br />
• Verbrauchsreduzierung<br />
• Einsatzbereiche/-möglichkeiten<br />
• Marktdurchdringung<br />
• Entscheidungs-/Substitutionsquote<br />
•…<br />
Bewertung:<br />
Nanotechnologie Biotechnologie IuK-Technologie<br />
<strong>Basisinnovationen</strong><br />
J. Lambauer (IER) Potenzialanalyse zur Nanotechnologie 11. Mai 2007<br />
11/ 19
Problemstellung<br />
<br />
Zielsetzung<br />
<br />
Vorgehensweise<br />
•<br />
Potenzialanalyse<br />
<br />
Schlussbetrachtung<br />
<br />
Allgemeines<br />
Screening<br />
<strong>Auswirkungen</strong><br />
<strong>auf</strong> E-Wirtschaft<br />
Ausgewählte<br />
Analysen<br />
Bewertung<br />
Rechenmodell<br />
Nanotechnologie<br />
Kompetenznetz<br />
„Nano“<br />
VDI-KFNT<br />
Unternehmen<br />
Kompetenznetz<br />
„Nano“<br />
Unternehmen<br />
Szenarien<br />
IuK-<br />
Technologie<br />
Literaturrecherche<br />
Kompetenznetz<br />
„IuK“<br />
ZTC / Steinbeis Europa Zentrum<br />
VDI-KFIT<br />
Unternehmen<br />
Diskussion<br />
Befragung Expertenkreis<br />
Kompetenznetz<br />
„IuK“<br />
Unternehmen<br />
Szenarien<br />
Fehleranalyse<br />
Biotechnologie<br />
Kompetenznetz<br />
„Bio“<br />
VDI-KFBT<br />
Unternehmen<br />
Kompetenznetz<br />
„Bio“<br />
Unternehmen<br />
Szenarien<br />
Ziele<br />
• Allgemeine Übersicht<br />
• Kontakt zu Experten<br />
• Kontakt zu Unternehmen<br />
• Zusammenführung <strong>von</strong><br />
„Spezialwissen“<br />
• Identifikation relevanter<br />
Anwendungen für E-<br />
Wirtschaft<br />
• Auswahl geeigneter<br />
Unternehmen<br />
• <strong>Auswirkungen</strong> <strong>auf</strong> E-<br />
Wirtschaft<br />
• Parameter für Szenarien<br />
• Machbarkeit und<br />
Wirtschaftlichkeit<br />
• Umfassende Aussagen<br />
zu <strong>Auswirkungen</strong> <strong>auf</strong><br />
E-Wirtschaft<br />
• Bewertung der <strong>Auswirkungen</strong><br />
J. Lambauer (IER) Potenzialanalyse zur Nanotechnologie 11. Mai 2007<br />
12/ 19
Problemstellung<br />
<br />
Zielsetzung<br />
<br />
Vorgehensweise<br />
<br />
Potenzialanalyse<br />
•<br />
Schlussbetrachtung<br />
<br />
Ergebnisse zur Nanotechnologie<br />
Potenzialanalyse<br />
zur Nanotechnologie<br />
J. Lambauer (IER) Potenzialanalyse zur Nanotechnologie 11. Mai 2007<br />
13/ 19
Problemstellung<br />
<br />
Zielsetzung<br />
<br />
Vorgehensweise<br />
<br />
Potenzialanalyse<br />
•<br />
Schlussbetrachtung<br />
<br />
Ergebnisse zur Nanotechnologie<br />
1. Verkehr<br />
- BZ, mobil<br />
- Kraftstoffadditiv Ceroxid<br />
- Nano-Füllstoffe in Reifen<br />
- SuperCaps in Linienbussen<br />
- LED-Beleuchtung im Kfz<br />
2. Beleuchtung<br />
- Weiße LED in der<br />
Allgemeinbeleuchtung<br />
Potenzialanalyse<br />
zur Nanotechnologie<br />
3. Wärmebereitstellung<br />
Brennstoffzellen-Heizgeräte<br />
4. Wärmebedarf<br />
- Gebäudeisolation mit<br />
Vakuum-Isolations-Paneelen<br />
J. Lambauer (IER) Potenzialanalyse zur Nanotechnologie 11. Mai 2007<br />
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Problemstellung<br />
<br />
Zielsetzung<br />
<br />
Vorgehensweise<br />
<br />
Potenzialanalyse<br />
•<br />
Schlussbetrachtung<br />
<br />
Vorgehensweise im Teilbereich Verkehr<br />
Ermittlung Einsatzbereich<br />
• Fahrzeugbestand Otto/Diesel<br />
BZ-<br />
Fahrzeuge<br />
• Substitutionsquote für<br />
Fahrzeuge mit BZ-Antrieb<br />
• Jahres-<br />
Fahrleistung<br />
Otto/Diesel-Fahrzeuge<br />
• Einsparung<br />
durch CeO 2<br />
Ermittlung Einsatzbereich<br />
• Anzahl und Lebensdauer<br />
der Busse im<br />
Linienverkehr<br />
• Entscheidungsquote<br />
für SuperCaps<br />
• Verbrauchsreduktion<br />
beim Einsatz <strong>von</strong><br />
SuperCaps<br />
Ermittlung Einsatzbereich<br />
• Beleuchtungsenergieverbrauch<br />
im Verkehr<br />
• Verbrauchsreduktion<br />
beim<br />
Einsatz <strong>von</strong><br />
LEDs<br />
• Verbreitungsquote<br />
reduzierter Endenergieverbrauch je Antriebstyp<br />
• Einsparung durch Nanopartikel<br />
als Reifen-Füllstoff<br />
Endenergieverbrauch der Fahrzeugflotte je Energieträger<br />
J. Lambauer (IER) Potenzialanalyse zur Nanotechnologie 11. Mai 2007<br />
15/ 19
Problemstellung<br />
<br />
Zielsetzung<br />
<br />
Vorgehensweise<br />
<br />
Potenzialanalyse<br />
•<br />
Schlussbetrachtung<br />
<br />
Projizierter Energieverbrauch 2005-2025<br />
9.300<br />
9.250<br />
9.237 PJ<br />
-14,5 PJ (-0,2 %)<br />
9.200<br />
-34,3 PJ (-0,4 %)<br />
-48,5 PJ (-0,5 %)<br />
9.150<br />
-47,1 PJ (-0,5 %)<br />
-98,2 PJ (-1,1 %)<br />
-100,2 PJ (-2,9 %)<br />
Petajoule (PJ)<br />
9.100<br />
9.050<br />
9.000<br />
8.950<br />
-143,9 PJ (-1,5 %)<br />
-271,4 PJ (-2,9 %)<br />
-187,1 PJ (-2,0 %)<br />
-157,1 PJ<br />
(-1,7 %)<br />
-283,0 PJ<br />
(-3,1 %)<br />
8.900<br />
8.850<br />
-389,1 PJ<br />
(-4,2 %)<br />
8.800<br />
2005 2010 2015 2020 2025<br />
Basis 9.237 9.203 9.139 9.050 8.954<br />
Plus 9.237 9.190 9.093 8.966 8.848<br />
Minus 9.237 9.222 9.188 9.137 9.080<br />
J. Lambauer (IER) Potenzialanalyse zur Nanotechnologie 11. Mai 2007<br />
16/ 19
Problemstellung<br />
<br />
Zielsetzung<br />
<br />
Vorgehensweise<br />
<br />
Potenzialanalyse<br />
•<br />
Schlussbetrachtung<br />
<br />
Veränderung des Energieverbrauch 2005-2025<br />
Anwendungen und Teilbereiche<br />
Absolute<br />
Beitrag der<br />
Veränderung<br />
Veränd. [PJ]<br />
Anwendungen/<br />
bezogen <strong>auf</strong><br />
Teilbereiche [%]<br />
EEV 2005 [%]<br />
Mobile Brennstoffzellen Antriebe<br />
-4,2<br />
-1,5<br />
0,0<br />
Kraftstoffadditiv Ceroxid<br />
-38,1<br />
-13,5<br />
-0,4<br />
Nanopartikel als Füllstoff in Autoreifen<br />
-55,6<br />
-19,6<br />
-0,6<br />
Superkondensatoren als<br />
-0,5<br />
-0,2<br />
0,0<br />
Bremsenergiespeicher in Bussen<br />
Automobilbeleuchtung mit<br />
-3,9<br />
-1,4<br />
0,0<br />
LED-Lichtquellen<br />
Teilbereich Verkehr<br />
-102,3<br />
-36,1<br />
-1,1<br />
Teilbereich Beleuchtung<br />
-81,8<br />
-28,9<br />
-0,9<br />
Teilbereich Wärmebereitstellung<br />
3,4<br />
1,2<br />
0,0<br />
Teilbereich Wärmebedarf<br />
-102,4<br />
-36,2<br />
-1,1<br />
Summe Potenzialanalyse zur Nanotechnologie<br />
-283,0<br />
-100,0<br />
-3,1<br />
J. Lambauer (IER) Potenzialanalyse zur Nanotechnologie 11. Mai 2007<br />
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Problemstellung<br />
<br />
Zielsetzung<br />
<br />
Vorgehensweise<br />
<br />
Potenzialanalyse<br />
<br />
Schlussbetrachtung<br />
•<br />
Schlussbetrachtung zur Nanotechnologie<br />
●<br />
●<br />
●<br />
●<br />
Potenzial der Nanotechnologie für einen Beitrag zur Reduktion des<br />
Endenergieverbrauchs und Effizienzsteigerung vorhanden<br />
Selbst marktnahe Anwendungen benötigen lange Zeit um signifikante<br />
Energieeinsparungen zu bewirken<br />
Überwindung <strong>von</strong> technischen und wirtschaftlichen Hürden bei einigen<br />
Anwendungen der Nanotechnologie notwendig<br />
Forschungsergebnisse durch Basistechnologien können bei<br />
verschiedensten Anwendungen genutzt werden (Multiplikatoreffekt)<br />
J. Lambauer (IER) Potenzialanalyse zur Nanotechnologie 11. Mai 2007<br />
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Vielen Dank für <strong>die</strong><br />
Aufmerksamkeit!<br />
IER<br />
Institut für <strong>Energiewirtschaft</strong> &<br />
Rationelle Energieanwendung<br />
Heßbrühlstr. 49a, 70565 Stuttgart<br />
Tel.: 0711/ 685 878 75<br />
E-Mail: Jochen.Lambauer@ier.uni-stuttgart.de<br />
J. Lambauer (IER) Potenzialanalyse zur Nanotechnologie 11. Mai 2007<br />
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