Kohlenstoffarme Energietechnologien: Innovation vorantreiben, Deutschland in Europa vorn

Innovationen bei kohlenstoffarmen Energietechnologien sind im vergangenen Jahrzehnt schneller gewachsen sind als bei fossilen Brennstoffen (Quelle: EPO/IEA)

Bei sauberen Energietechnologien ist mehr Innovationstätigkeit nötig, um die Klimaziele zu erreichen. So ist die Zahl der Innovationen im Bereich der kohlenstoffarmen Energietechnologien zwischen 2017 und 2019 zwar weltweit durchschnittlich um 3,3 Prozent jährlich gestiegen, während die Patentierungsaktivtäten bei fossilen Energien seit 2015 zurückgehen. Allerdings entspricht die jährliche Zunahme der Patente für kohlenstoffarme Energietechnologien in den vergangenen Jahren nur noch einem Viertel des jährlichen Wachstums von 12,5 Prozent in der Zeit zwischen 2000 und 2013. Die ist ein Ergebnis der gemeinsamen Studie des Europäischen Patentamts (EPA), München, und der Internationalen Energieagentur (IEA), Paris. Aus dem Bericht Patente und die Energiewende: Globale Trends bei Innovationen im Bereich saubere Energietechnologien

Deutschland bei kohlenstoffarmen Energien in Europa führend

Mit einem Anteil von über 40 Prozent (2000-2019) ist Deutschland bei Patenten für saubere Energietechnologien in Europa führend. Im weltweiten Vergleich belegt die Bundesrepublik mit einem Anteil von zwölf Prozent (2000-2019) in dem Segment die dritte Position (hinter Japan und den USA). Die durchschnittliche Wachstumsrate Deutschlands in dem Bereich belief sich auf jährlich 6,5 Prozent (2000-2019).

Deutsche Unternehmen melden die meisten Patente auf Erfindungen in kohlenstoffarmen Energietechnologien in den Bereichen Elektrofahrzeuge, sowie auch bei anderen Straßenfahrzeugen, Batterien, Gebäude und Solar-PV an. Den höchsten Grad an Spezialisierung verzeichnen deutsche Unternehmen und Erfinder im Bereich des Schienenverkehrs, bei Straßenfahrzeugen (mit Ausnahme der Elektrofahrzeuge), Windkraft und Elektrofahrzeugen.

Im Ranking der deutschen Top-Anmelder (2000-2019) für saubere Energietechnologien belegte Robert Bosch den ersten Rang, gefolgt von Siemens, Volkswagen sowie Daimler und BASF. Insgesamt befinden sich sechs Unternehmen aus der Automobilwirtschaft unter den Top 10 der führenden Anmelder sowie die Fraunhofer Gesellschaft als öffentliche Forschungseinrichtung.

Die Region Stuttgart zählt aufgrund der Innovationen im Bereich Batterie zu den 18 weltweit führenden Innovationsclustern.

"Die zur Bekämpfung des Klimawandels erforderliche Energiewende stellt eine Herausforderung von enormer Größe und Komplexität dar", sagte EPA-Präsident António Campinos. "Dieser Bericht ist ein klarer Aufruf, Forschung und Innovation für neue kohlenstoffarme Energietechnologien stärker voranzutreiben und bereits existierende Technologien zu verbessern. Wir beobachten zwar ermutigende Entwicklungen in verschiedenen Ländern und Industriezweigen, einschließlich der wichtigsten Querschnittstechnologien. Dennoch unterstreicht der Bericht die Notwendigkeit, Innovation bei sauberen Energietechnologien weiter voranzutreiben."

Die Innovationslandschaft im Energiebereich verändert sich

Anhand des Datenmaterials über internationale Patentfamilien (IPF) liefert die Studie einen Überblick über die größten Trends bei Innovationen im Bereich kohlenstoffarme Energietechnologien zwischen 2000 und 2019. Jede IPF steht für eine einzelne hochwertige Erfindung, für die Patentanmeldungen zum Schutz in mehr als zwei Ländern eingereicht wurden. Da Patente viele Monate oder sogar Jahre vor der eigentlichen Markteinführung von Produkten angemeldet werden, wird ihnen die Rolle eines Frühindikators für künftige technische Entwicklungen zugeschrieben.

Seit dem Jahr 2000 haben Unternehmen weltweit über 420.000 IPF im Bereich kohlenstoffarme Energie eingereicht. Dazu gehören Erfindungen in drei Kategorien: kohlenstoffarme Technologien der Energieversorgung (einschließlich erneuerbarer Energien wie Solarenergie, Windkraft, Geothermie oder Wasserkraft); Technologien, die eine effizientere Nutzung von Energie oder einen Brennstoffwechsel (etwa zur kohlenstoffarmen Stromerzeugung) in Anwendungen für den Endverbrauch ermöglichen, beispielsweise bei Fahrzeugen, Gebäuden oder in der industriellen Produktion; und sogenannte Querschnittstechnologien, die Versorgung und Endverbrauch abdecken oder Infrastruktur verbessern mit dem Ziel, ein höheren Grad an sauberer Energie zu erlangen (inklusive Batterietechnik, Wasserstofftechnologie, intelligente Netze sowie CO2-Abscheidung, -Nutzung und -Speicherung).

Wie die Studie zeigt, sind die Patentierungsaktivitäten im Zusammenhang mit Technologien der Energieversorgung einschließlich der erneuerbaren Energien seit 2012 rückläufig. Dies spiegelt die Marktreife einer Gruppe dieser Technologien – einschließlich Solar PV – wider, auf die noch keine neue Welle von Verbesserungen bei anderen erneuerbaren Energien wie Biokraftstoffen oder der Nutzung von Meeresenergie gefolgt ist. 2019 machten Energieversorgungstechnologien nur 17 Prozent aller weltweiten kohlenstoffarmen Erfindungen aus.

Technologien in Verbindung mit der Nutzung durch den Endverbraucher hingegen verzeichneten eine vergleichsweise stabile Entwicklung in den vergangenen Jahren und stellten in den vergangenen fünf Jahren die Mehrheit (60 %) aller Erfindungen bei kohlenstoffarmen Energietechnologien. Die größten Endverbrauchssektoren für Erfindungen in sauberen Energietechnologien zwischen 2000 und 2019 waren Transport (Fahrzeuge, Züge, Flugzeuge, Schiffe; über 116.000 IPF für 2000-2019) gefolgt von Energieeffizienztechnologien für die industrielle Produktion (86.000 IPF) mit einer besonders dynamischen Patentierungstätigkeit in schwer zu dekarbonisierenden Sektoren wie der Metallindustrie (zum Beispiel bei der Stahlproduktion).

Aus dem Bericht geht zudem hervor, dass Querschnittstechnologien (Batterien, Wasserstoff, intelligente Netze, CO2-Abscheidung) seit 2017 insgesamt am deutlichsten gewachsen sind. Ihr Anteil an den gesamten IPF für kohlenstoffarme Energie stieg von 27 Prozent im Jahr 2000 auf 34 Prozent im Jahr 2019. Diese Querschnittstechnologien spielen bei der Energiewende eine immer bedeutendere Rolle, indem sie unterschiedliche Lösungen für saubere Energie miteinander verknüpfen, was den Energiesektor flexibler gestaltet.

Aufstieg von Elektrofahrzeugen befeuert Innovation

Ein wesentlicher Innovationstreiber im letzten Jahrzehnt war der sprunghafte Anstieg von Technologien im Zusammenhang mit Elektrofahrzeugen, der in erheblichem Maße durch Fortschritte bei wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien begünstigt wurde. Dieser Trend spiegelt sich auch in der Rangliste der führenden Unternehmen für kohlenstoffarme Energietechnologien seit 2000 wider, zu denen sechs Automobilunternehmen und sechs ihrer größten Batteriezulieferer gehören. Auch mit Blick auf Endverbrauchstechnologien übertraf die Anzahl an IPF in Elektrofahrzeugen ab 2011 andere saubere Energietechnologien für Straßenfahrzeuge (einschließlich solcher, die auf effizientere Verbrennungsmotoren sowie verbesserte Aerodynamik, Gewichtsreduzierung oder energieeffizientere Komponenten und Teilsysteme abzielen).

Europa, Japan und USA mit jeweils unterschiedlichen Spezialisierungen führend

Wie die Studie hinsichtlich der wichtigsten regionalen Innovationstrends zeigt, sind europäische Unternehmen und Forschungseinrichtungen seit 2000 führend, wenn es um Patente auf Erfindungen aus dem Bereich kohlenstoffarme Energie geht, mit einem Anteil von 28 Prozent (12 % allein für Deutschland) aller IPF in diesen Technologien im vergangenen Jahrzehnt (2010-19), gefolgt von Anmeldern aus Japan (25 %), den USA (20 %), Südkorea (10 %) und China (8 %).

Während Europa in den meisten Feldern auf dem ersten Rang liegt und besonders stark in Endverbrauchssektoren wie Schiene und Luftfahrt ist, führt Japan bei Technologien für Elektrofahrzeuge, Batterien und Wasserstoff. Die USA verfügen über einen technologischen Vorsprung in der Luftfahrt, Biokraftstoffen und CO2-Abscheidung. Südkoreas größte Stärken wiederum liegen in den Bereichen Batterie, Solar PV Technologie sowie bei energieeffizienten Lösungen in der Industrieproduktion und im IKT Sektor, in dem auch China spezialisiert ist.

Der Bericht belegt zudem, dass Länder grenzüberschreitend zusammenarbeiten, insbesondere die USA und die europäischen Länder, um kohlenstoffarme Technologien zu entwickeln, und weist zugleich auf das Potenzial der internationalen Zusammenarbeit und des Wissensaustauschs für den weiteren Ausbau von Forschung- und Entwicklung (F&E) hin.

Insgesamt ist der Anteil von IPF an sauberen Energietechnologien, die von Forschungseinrichtungen (Universitäten und öffentliche Forschungseinrichtungen) stammen, gestiegen (von 6,6 % zwischen 2000 und 2009 auf 8,5 % zwischen 2010 und 2019). Forschungseinrichtungen sind besonders aktiv in kohlenstoffarmen Energieversorgungstechniken (alternative Brennstoffe, Kernenergie und einige erneuerbare Energien) und aufstrebenden Querschnittstechnologien wie Kohlenstoffabscheidung und Wasserstoff.

Die Studie finden Sie hier.

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