Technologiefelder

Die Entwicklung in den Technologiefeldern

Informations- und Kommunikations-(IKT) sowie Werkstoff- und Biotechnologien sind Basistechnologien, die alle anderen Technologiefelder, unter anderem Produktionstechnologien, intelligente Verkehrssysteme, Energietechnologien, Medizintechnik sowie Ernährungs- und Lebensmitteltechnologie stark beeinflussen. Insbesondere die IKT wirkt mit ihren kurzen Innovationszyklen als „Taktgeber“. Die Informations- und Kommunikationstechnologien und der mit ihnen verbundene Prozess der Digitalisierung durchdringen alle Technologie-, Arbeits- und Lebensbereiche und bringen drastische, teilweise disruptive Veränderungen mit sich. 
Deutschland und Bayern sind hinsichtlich der generellen Entwicklungen in den bedeutenden Technologie- und Anwendungsfeldern in der Regel insgesamt sowohl bei F+E als auch bei der wirtschaftlichen Umsetzung gut bis sehr gut aufgestellt.

Technologiefeld

Digitalisierung und IKT

Digitalisierung und IKT

Bei dem strategischen Technologiefeld IKT ist das Bild zwiegespalten: Deutschland und Bayern sind in praktisch allen strategischen Teilgebieten wie Chipentwicklung, Endgeräte, Software und Geschäftsmodelle für den Massenmarkt nicht an den Standardsetzungen beteiligt und im Wettbewerb schwach positioniert, gerade im Vergleich zu den USA und Ostasien. Beim Internet für Verbraucher haben wir den Anschluss verloren und müssen uns von einer guten Ausgangsposition in anderen Bereichen in der Schlüsseltechnologie IKT wieder an die Spitze hocharbeiten. 

In spezialisierten industrienahen IKT-Teilbereichen gibt es in Deutschland und Bayern große Stärken bis hin zur Weltmarktführerschaft. Das gilt in Bayern insbesondere für den spezialisierten Mittelstand in den Bereichen Mess-, Steuer- und Regeltechnologien im Maschinenbau (special purpose, Embedded Systems). Sehr gute Chancen bieten sich dadurch im Bereich Smart Products, also bei in Internettechnologien eingebundenen Produkten.

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Intelligente Verkehrssysteme und zukünftige Mobilität

Intelligente Verkehrssysteme und zukünftige Mobilität

Verkehrsinfrastrukturen sind die Lebensadern moderner Gesellschaften und ihrer Wirtschaft. An Bedeutung gewinnt das systemische Verständnis von Mobilität, das sowohl Personen- als auch Güterverkehr im Nah- und Fernbereich umfasst und welches durch das Leitbild der „nachhaltigen Mobilität“ geprägt wird. Dabei umfasst dieses Verständnis nicht nur Fahrzeuganbieter, sondern auch Fahrzeugtechnologien (bspw. Elektrifizierung des Antriebsstrangs, informationstechnische Vernetzung von Fahrzeugen untereinander und/oder mit der Infrastruktur), neue Mobilitätsformen und Geschäftsmodelle (bspw. Sharing-Modelle, automatisiertes Fahren, Elektromobilität). In Bayern gibt es eine starke Konzentration auf den Bereich Automotive. Mit der Beherrschung von unterschiedlichen Technologieentwicklungen haben bayerische Unternehmen eine gute Ausgangsposition. Einen entscheidenden Einfluss auf die weitere Entwicklung intelligenter Verkehrssysteme und zukünftiger Mobilität haben rechtliche Rahmenbedingungen und eine leistungsfähige Infrastruktur. 

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Luft- und Raumfahrt­technologien

Luft- und Raumfahrt­technologien

Die Luft- und Raumfahrt bedient sich unterschiedlicher Technologiefelder als Basis für die Verbesserung bestehender und die Herstellung neuer Produkte. Mit ihren langfristig ausgerichteten Produktzyklen sowie den hohen Anforderungen an die verwendeten Technologien (u.a. hinsichtlich Sicherheit, Zuverlässigkeit, Energieeffizienz, Leistungsgewicht) stellt sie einen wesentlichen Treiber der technologischen Entwicklungen für die genutzten Technologien und damit einen Innovationsmotor dar. In der Luftfahrt wird neben den bekannten Beispielen im Bereich des Extremleichtbaus vor allem die elektromotorische Antriebstechnik massiv an Bedeutung gewinnen, aber auch die Technologie für unbemannte Flugsysteme (UAV) – ein Bereich, in dem zahlreiche Gründungen stattfinden. 

In der Luft- und Raumfahrttechnologie eingeführte Technologien und Produktionsverfahren werden zudem oftmals als Spillover in andere Technologie- und Anwendungsfelder übertragen. Die Wissenschaft und Wirtschaft aus Deutschland und Bayern haben international eine starke Position sowohl auf OEM- als auch auf Zuliefererebene. 

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Energiesystem Energie(system)-technologie

Energiesystem Energie(system)-technologie

Das Energiesystem Deutschlands ist derzeit von starken Veränderungen geprägt: Kernenergieausstieg, Ausbau der erneuerbaren Energien, Klimaschutzanforderungen sowie die notwendigen verbrauchsseitigen Energieeffizienzsteigerungen führen zu einem Umbau des Energiesystems in kurzer Zeit. Technologische Herausforderungen sind z.B. die Entwicklung kostengünstiger und langdauernd belastbarer Strom- und Wärmespeicher sowie die Systemeinbindung von Elektromobilität mit sogenannter Smart Grids. 

Eine Reihe dieser Herausforderungen sind nur in internationaler Abstimmung und Arbeitsteilung zu lösen. Das gilt insbesondere für Mobilitätsfragen sowie die Steuerung und den sicheren Umbau des Energiesystems bis hin zur langfristig angestrebten vollständigen Abkehr von fossilen Energieträgern. Perspektivisch wird davon ausgegangen, dass auch in anderen Industrieländern ähnliche Systemumbauten erfolgen und den Schwellen- und Entwicklungsländern Möglichkeiten zur Verfügung gestellt werden, den Aufbau und die Weiterentwicklung ihrer Energie- und Industriesysteme entsprechend zu gestalten. Beispielsweise weist der Ausbau der erneuerbaren Energien in zahlreichen Ländern signifikante Erfolge auf. 

Energietechnologien unterliegen einem starken Einfluss anderer Technologiefelder und deren Entwicklungen (beispielsweise Werkstoffe, IKT, Produktionstechnologien). Derzeit kommt in der Entwicklung von Energietechnologien systemischen Aspekten eine hohe Bedeutung zu. Hierzu zählen neben Fragen der Netzinfrastruktur vor allem die Energiespeicherung, insbesondere vor dem Hintergrund der fluktuierenden Eigenschaften erneuerbarer Energieträger, die Entwicklung eines zukunftsfähigen Marktdesigns sowie der Einsatz von Smart-Technologien. 

Vor allem aufgrund der Bedeutung von Infrastrukturen und (groß)technischen Anlagen sind hohe Investitionsanforderungen sowie eine lange Lebensdauer prägend für Entwicklungen und Entwicklungsdynamiken in diesem Technologiefeld. 

Die deutschen und bayerischen Unternehmen, die für Energiesysteme notwendige Schlüsseltechnologien beherrschen (wie z.B. Leistungselektronik für den differenzierten Netzbetrieb), haben eine gute Ausgangsposition, die durch eine gezielt angewandte Forschung weiter zu stärken ist.  

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Nanotechnologie

Nanotechnologie

Die Nanotechnologie hat als Querschnittstechnologie und Basistechnologie der Zukunft eine hohe Ausstrahlung auf andere Technologien und Anwendungsfelder. Aus der Nanoskaligkeit sind innovative Produkteigenschaften zu erwarten. Nanotechnologie ermöglicht bspw. innovative Anwendungen in der Elektronik, bei Werkstoffen, in der Medizin, im Bereich der Energietechnologien oder der Biotechnologie. Zukünftige Anwendungsfelder sind breit gestreut und aus heutiger Sicht noch nicht vollständig abzuschätzen. Bestimmte Anwendungen, beispielweise bei innovativen Werkstoffen, besitzen bereits heute eine hohe Relevanz, während andere Anwendungen erst langfristig eine Rolle spielen werden. In der wissenschaftlichen Forschung und Entwicklung hat Deutschland eine gute Ausgangsposition. Die Unternehmen schließen auf: In Deutschland und Bayern sind kleine und mittlere Unternehmen ansässig, die teilweise Weltmarktführer sind. Bayern ist gut positioniert bei Werkstoffen sowie bei Medizinanwendungen. Der Wertschöpfungsanteil ist noch gering, hat aber großes Wachstumspotenzial. Bei der Nutzung und Anwendung der Nanotechnologie sind in einigen Feldern Herausforderungen durch ungeklärte, möglicherweise kritische Umwelt- und Gesundheitsauswirkungen und die derzeit fehlende gesellschaftliche Akzeptanz zu erwarten (bspw. Nanotechnologie in Lebensmitteln oder in der pharmazeutischen Anwendung). 

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Neue Werkstoffe und Materialien

Neue Werkstoffe und Materialien

Werkstoffe und Materialien stellen die Basis für die Entwicklung und Herstellung von Produkten dar und sind essenziell für deren Design, Nutzungsmöglichkeiten oder auch für die Gestaltung von Produktionsprozessen und Geschäftsmodellen. Werkstoff und Materialinnovationen haben einen hohen Hebelfaktor in nahezu allen Branchen. Eine wachsende Bedeutung haben Hybrid- und Verbundwerkstoffe sowie deren Verarbeitung, die mit spezifischen Eigenschaften neue Funktionalitäten ermöglichen. Wissenschaft und Wirtschaft aus Deutschland und Bayern haben hier eine starke Position. 

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Industrielle Produktions­technologien

Industrielle Produktions­technologien

Industrielle Produktionstechnologien sind ein zentraler Faktor für die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie. In den nächsten zehn Jahren sind vor allem Entwicklungen im Bereich der Automatisierung und Prozessgestaltung bzw. -steuerung in zunehmend unstrukturierteren Umgebungen von Bedeutung, die mit anwachsender Digitalisierung hin zum Leitbild der „Industrie 4.0“ entwickelt werden. Die Entwicklung der Produktionstechnologien ist stark vom Markt getrieben und adaptiert eine Vielzahl unterschiedlicher technologischer Entwicklungen. Einen starken Einfluss haben die eher langfristig orientierten Investitionszyklen (Anlageninvestitionen). Deutsche und bayerische Unternehmen nehmen weltweit führende Positionen ein; dennoch ist ein rascher Ausbau der informationstechnischen Forschung und Entwicklung mit Bezug auf „Industrie 4.0“ erforderlich. 

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Biotechnologie

Biotechnologie

Die Rote Biotechnologie (Diagnostika, Therapeutika) ist heute von großer Bedeutung für die deutsche Wirtschaft. Bayerische Forschungseinrichtungen haben in der Roten Biotechnologie eine Spitzenposition. Dennoch sind die deutschen Unternehmen auf globaler Ebene – insbesondere im Vergleich zu den USA – in einer relativ schwachen Position. Der Abstand hat sich in den letzten zehn Jahren vergrößert. Ein wesentlicher Grund hierfür sind die langen Innovations- und Entwicklungszyklen sowie kritische Finanzierungsstrukturen in Deutschland. 

Die Weiße Biotechnologie (industrielle Produktion, sowohl Produktionsmethoden als auch Werkstoffe und neue „Grundstoffe“) hat in Zukunft ein großes Potenzial; es wird mit einer Revolution in der chemischen Produktionstechnik gerechnet (Biokatalysatoren, Hochdurchsatz-Reaktoren, biogene Rohstoffe). Hier besteht dringender Aufholbedarf, um der deutschen Chemieproduktion die Zukunft zu sichern. 

Die Grüne Biotechnologie (agrarische Produkte) spielt in Deutschland nahezu keine Rolle, weil keine gesellschaftliche Akzeptanz besteht. Deshalb ist mittelfristig die Abhängigkeit von geistigem Eigentum vorauszusehen, das heute praktisch ausschließlich außerhalb Deutschlands geschaffen wird. Dieses gravierende Defizit wird langfristig kaum gutzumachen sein. 

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Gesundheits- und Medizin­technologien

Gesundheits- und Medizin­technologien

Der Bereich Gesundheits- und Medizintechnik ist ein wachsender Markt, der alle geeigneten technologischen Entwicklungen aufnimmt und seinen Erfordernissen anpasst. Von hoher Bedeutung sind dabei vor allem Entwicklungen im Bereich der Ingenieurwissenschaften, der IKT und der Digitalisierung, der Werkstofftechnologie sowie der Bio- und Lebensmitteltechnologie und der klinischen Medizin. Gerade IKT und Digitalisierung spielen eine zentrale Rolle. Wichtige Arbeitsfelder sind bspw. die Telemedizin und die Nutzung von fortschrittlichen Datenanalysetechnologien zur effizienteren Erforschung von Krankheitsmechanismen und zur schnelleren Therapieentwicklung. 

Starke Einflüsse stellen die demografische Entwicklung, die Globalisierung sowie die Entwicklung von Einkommen und der Gesundheitssysteme dar. Deutsche und bayerische Unternehmen haben auch hier eine sehr gute Ausgangsposition, zumal auf hohem Niveau akademisch geforscht wird. Bei der Umsetzung vor Ort bestehen aber Finanzierungsprobleme. 

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Ernährungs- und Lebensmittel­technologie

Ernährungs- und Lebensmittel­technologie

Im Bereich der Lebensmitteltechnologie ist ein Bedeutungswachstum physikalischer Verfahren und Methoden feststellbar. Das Anwendungsfeld ist stark von der Tendenz zu Nachahmerinnovationen geprägt. Zukünftig wird die Bedeutung des Minimal Processing zunehmen, d. h. der systemischen Betrachtungen aller Ströme in Produktion und Verwertung von Nahrungsmitteln. Einen starken Einfluss auf aktuelle Entwicklungen haben Veränderungen des Konsumentenverhaltens und -interesses, insbesondere die Thematik „Functional Food“ profitiert hiervon. Das Anwendungsfeld unterliegt Entwicklungsrestriktionen durch noch fehlende rechtliche Rahmensetzungen. 

Die landwirtschaftliche Primärproduktion (Nutzpflanzen) erfordert einen nährstoff- und klimaoptimierten Qualitätsschub, der u.a. auf gentechnische Optimierungen für den Anbau in klimatisch ungünstigen (ariden) Regionen und den Einsatz computergesteuerter Anbaumethoden abzielt. Die Landwirtschaft von morgen kann eine wichtige Nutznießerin des digitalen Fortschritts werden, was bisher wenig erkannt ist.