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EPA-IEA-Studie: Mehr Innovationstätigkeit bei sauberen Energietechnologien nötig, um Klimaziele zu erreichen

Die Zahl der Innovationen im Bereich der kohlenstoffarmen Energietechnologien ist zwischen 2017 und 2019 weltweit durchschnittlich um 3,3% jährlich gestiegen. Die ist ein Ergebnis der gemeinsamen Studie des Europäischen Patentamts (EPA) und der Internationalen Energieagentur (IEA), die heute veröffentlicht worden ist.

Aus dem Bericht Patente und die Energiewende: Globale Trends bei Innovationen im Bereich saubere Energietechnologien geht zudem hervor, dass die Zahl der weltweiten Patente bei kohlenstoffarmen Energietechnologien in den beiden vergangenen Jahrzehnten stets gewachsen ist, mit Ausnahme eines Einbruchs zwischen 2014 und 2016. Diesem Trend steht ein seit 2015 anhaltender Rückgang der Patentierungsaktivtäten bei fossilen Energien gegenüber. Allerdings entspricht die jährliche Zunahme der Patente für kohlenstoffarme Energietechnologien in den vergangenen Jahren nur noch einem Viertel des jährlichen Wachstums von 12,5% in der Zeit zwischen 2000 und 2013.

Dies macht deutlich, dass weitere Innovationen nötig sind, um Verfügbarkeit und Vielfalt dieser Technologien zu beschleunigen und sie wirtschaftlicher zu machen. Gleichzeitig sind auch konzertierte politische Maßnahmen im breiten Spektrum der kohlenstoffarmen Energietechnologien gefragt - von der Energieerzeugung über Energienutzung und Speicherung bis zur Anwendung durch den Endverbraucher.

Einige dieser Technologien gelangen bereits in industriellem Maßstab zum Einsatz, während andere sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium oder in der Erprobung befinden. Laut IEA können die aktuellen Klimaziele nur durch eine deutliche Erhöhung des Innovationstempos für saubere Energietechnologien erreicht werden, da viele Technologien, die in den kommenden Jahrzehnten zur Verminderung des CO2-Ausstosses benötigt werden, erst als Prototypen existieren oder sich noch in der Proof-of-Concept-Phase befinden.

„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."

„Um die angestrebte Netto-Null-Emissionsbilanz bis 2050 zu erreichen, muss fast die Hälfte aller Emissionssenkungen über Technologien erfolgen, die heute noch nicht auf dem Markt sind", sagte IEA-Exekutivdirektor Fatih Birol. „Dies erfordert massive Innovationssprünge, aber bislang waren die Informationen über die erzielten Fortschritte begrenzt. Dadurch dass wir die komplementären Stärken unserer Organisationen zusammengebracht haben, liefert dieser gemeinsame Bericht der IEA und des EPA eine zuverlässige Grundlage für die Identifizierung und Überwachung von Stärken und Schwächen bei Patentierungsaktivitäten für kohlenstoffarme Energietechnologien. Er entwirft ein verlässliches Bild des derzeitigen Stands der Energiewende."

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% 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 letzten fünf Jahren die Mehrheit (60%) aller Erfindungen bei kohlenstoffarmen Energietechnologien. Dies spiegelt die große Herausforderung wider, den Energiebedarf in der gesamten Wirtschaft zu drosseln. 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% im Jahr 2000 auf 34% 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 (vgl. EPA-IEA Studie zu Innovationen bei Batterien und Stromspeichern (September 2020). 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% (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.

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