Schlüsseltechnologiedefinition der deutschen Industrie
Definition für Schlüsseltechnologien sowie Einordnung der Technologiearten und Handlungsbedarfe
Executive Summary
Schlüsseltechnologien sind eine wesentliche Basis wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Transformationsprozesse Ihre breite Anwendung regt aktuelle und zukünftige Wertschöpfungsaktivitäten an und sichert den Wohlstand und die technologische Souveränität einer Volkswirtschaft. Sie zahlen auf die innovative Weiterentwicklung anderer Technologien ein und leisten einen zentralen Beitrag zur Entwicklung großer und dynamischer globaler Märkte.
Als viertgrößte Volkswirtschaft der Welt muss Deutschland – wie u. a. auch die USA – auf ein breites Spektrum an Technologien setzen1 Dementsprechend muss Innovationspolitik sich darauf konzentrieren, die Leistung des Systems als Ganzes zu verbessern. So muss bei der Gestaltung von Rahmenbedingungen und politischen Regularien oder Förderinstrumenten beziehungsweise im Innovationsprozess selbst in komplexen und kompletten Wertschöpfungsnetzwerken anstelle linearer Wertschöpfungsketten gedacht werden. Insbesondere für Schlüsseltechnologien, die sich durch eine breite Anwendbarkeit und innovative Weiterentwicklungen in anderen Technologien auszeichnen, ist eine Verzahnung in Netzwerken essenziell Demnach braucht es auch ein zusammenhängendes Verständnis
getragen durch alle Teilnehmenden des Innovationsökosystems – um bei Schlüsseltechnologien international wettbewerbs- sowie technologiefähig zu bleiben und daraus Nutzen zu ziehen
Die Auswahl und die Förderung passender Rahmenbedingungen für Schlüsseltechnologien folgen in Deutschland und Europa bisher keinem erkennbaren strategischen Schema So sind viele der angesetzten Strategien und Förderprogramme nicht harmonisiert oder über die beteiligten Ressorts abgestimmt. Dies resultiert unter anderem auch aus einer fehlenden einheitlichen Definition, welche auf europäische und deutsche Werte und Zielsetzungen baut. Eine solche Definition kann dazu beitragen, selektive Technologieförderung durch die Politik transparent, effizient und in enger Abstimmung mit Technologieexperten und -expertinnen auszugestalten.
1 Innovationsindikator BDI, 2023, Innonationsindikator 2023 Bericht (bdi.eu)
Hierzu brauchen wir ein gemeinschaftliches tiefes Verständnis des Schlüsseltechnologiebegriffs und einen auf Kriterien basierenden Auswahlprozess eben dieser Technologien2 Zielbild ist es, Unternehmen jeder Größe in Deutschland sowohl zu befähigen, Schlüsseltechnologien selbstbestimmt zu entwickeln und herzustellen, als auch Teil der Wertschöpfungsnetzwerke zu sein und daraus spezifische Anwendungsfälle abzuleiten. Die Förderung von Schlüsseltechnologien als Selbstzweck ist nicht zielführend. Es bedarf vielmehr einer gezielten und strategischen Verknüpfung von sich gegenseitig befördernden Technologien durch strategische Agilität, Tempo, Schaffung passender Infrastruktur und einer erfolgreichen Marktdurchdringung3
Daneben stehen wir vor der großen Herausforderung, die gezielte Schlüsseltechnologieförderung mit der marktrelevanten Technologieneutralität zu harmonisieren. Technologieneutralität folgt hierbei dem Ansatz, technologischen Fortschritt diskriminierungsfrei zu ermöglichen, auf den kontinuierlichen Wandel reagieren zu können und damit innovativen Fortschritt zu befähigen. Hierfür sind dezentrale Entscheidungsstrukturen und flexible, allgemein gültige politische Rahmenbedingungen erfolgsentscheidend.
Die deutsche Industrie will mit diesem Papier eine Diskussionsbasis für eine solche Schlüsseltechnologiedefinition schaffen, die die Grundlage einer transparenten, sachlichen und faktenbasierten Auswahl und entsprechender Rahmenbedingungen schafft.
Erarbeitung der Technologiedefinition
Ausgangspunkt für die Schlüsseltechnologiedefinition ist die Einteilung nach Technologischer Reife (Technological Readiness Level, TRL) in Zukunfts-, Schlüssel- und Basistechnologien. Für Schlüsseltechnologien sehen wir hierbei vier Hauptrollen: „Enabler-Funktion“, „Transformationsprozesse“, „Wohlstand und Wertschöpfung / technologische Souveränität“ und „Globales Marktpotenzial“.
Handlungsempfehlungen an politische Entscheidungsträger
Für die zukünftige wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit, unterstützende Förderpolitik und rechtliche Rahmenbedingungen müssen die drei Technologiearten Zukunfts-, Schlüssel- und Basistechnologien immer ganzheitlich, d. h. über Wertschöpfungsnetzwerke hinweg, adressiert werden. Nur durch die gemeinsame Berücksichtigung von Zukunfts-, Schlüssel- und Basistechnologien können wir auf lange Sicht in entscheidenden Bereichen technologisch wettbewerbsfähig sein und bleiben sowie neue Stärken etablieren. Daher fordert die deutsche Industrie die Umsetzung der folgenden Punkte durch politische Entscheidungsträger und bietet gleichzeitig ihre aktive Mitarbeit an:
1. Zukunftstechnologien
▪ Kriterienbasierte Identifizierung von Zukunftstechnologien und Analyse des wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Potenzials gemeinsam mit der Industrie und Wissenschaft;
2 EFI – Expertenkommission Forschung und Innovation (2022): Gutachten zu Forschung, Innovation und technologischer Leistungsfähigkeit Deutschlands 2022, Berlin: EFI.
3„„MEHR WERT. DIE ZEIT IST REIF. Jetzt Innovationen skalieren und Potenziale voll ausschöpfen – mit Future Systems“, Accenture, https://www.accenture.com/de-de/insights/future-systems/future-ready-enterprise-systems
▪ Smarte Regulierung: Hemmende Regulierung abbauen, zu frühe Regulierung vermeiden, schützende Regulierung gezielt einsetzen, Testräume schaffen
2. Schlüsseltechnologien
▪ Stakeholderbasierter Definitionsprozess für Schlüsseltechnologien;
▪ Transparente und faktenbasierte Auswahlprozesse für öffentliche Fördergelder auf nationaler und europäischer Ebene, hemmende Regulierung abbauen, schützende Regulierung gezielt einsetzten, Testräume schaffen;
▪ Erarbeitung strategischer Roadmaps zur Etablierung der Schlüsseltechnologien unter der Festlegung konkreter Meilensteine und Handlungsempfehlungen mit und für die beteiligten Akteure
3. Basistechnologien:
▪ Klar definierte Kriterien für Basistechnologien und kontinuierliche Stärkung der Basistechnologien;
▪ Transitive Übertragung funktionierender Regulationsprozesse sowie Abbau hemmender Regulierung für Zukunfts- und Schlüsseltechnologien
4. Übergeordnet
▪ In Wertschöpfungsnetzwerken anstelle von Wertschöpfungsketten denken;
▪ Regelmäßige Überprüfung des nächsten Technologieschritts;
▪ Aufeinander aufbauende Förderkonzepte mit zum Technologiebereich passenden Werkzeugen
Arten von Technologien
Unter Technologie versteht man die Gesamtheit der Verfahren zur Produktion von Waren und Dienstleistungen, die einer Gesellschaft zur Verfügung steht4 Schlüsseltechnologien sind lediglich ein Teil der Wertschöpfungsnetzwerke von Produkten und Dienstleistungen. Daneben gibt es weitere Technologiearten unterschiedlicher Marktreife mit gleicher Wichtigkeit für ein funktionierendes Wirtschaftsund Innovationssystem Die Technologien befinden sich in einem unterschiedlichen Stadium der Entwicklung und benötigen demnach eine unterschiedliche unternehmerische Handhabe sowie eine unterschiedliche staatliche Unterstützung und Regulierung Seitens der deutschen Industrie fordern wir eine breite, ganzheitliche Betrachtung der gesamten Wertschöpfungsnetzwerke der Technologien, da eine zu den restlichen Technologien isolierte Betrachtung von Schlüsseltechnologien zu erheblichen Nachteilen führen kann:
▪ Sind die gewählten Schlüsseltechnologien nicht passfähig zu bereits existierenden, gut etablierten Technologien, können Anschlussprobleme die Marktfähigkeit beeinträchtigen.
▪ Eine zu späte Betrachtung von aufkeimenden Technologien führt perspektivisch zu einer im internationalen Vergleich langsameren Entwicklung von neuen Technologietrends beziehungsweise einem Nachahmen von Trends, in denen seitens des Innovationsstandorts Deutschland nicht die gleiche Güte erreicht werden kann
▪ Eine isolierte Betrachtung von Schlüsseltechnologien ist ein Grund, warum es in Deutschland wenig gelingt, Zukunftstechnologien zu Schlüsseltechnologien und insbesondere reife Schlüsseltechnologien zur Basistechnologie am Produktionsstandort Deutschland weiterzuentwickeln.
▪ Eine isolierte Fokussierung auf vermeintliche Schlüsseltechnologien verleitet zu politischen Leuchtturmprojekten und impliziert eine Diskriminierung anderer, nicht geförderter Technologien mit hohem Potenzial
▪ Es besteht die Gefahr von Fehlallokationen von öffentlichen Mitteln, wenn auf die falschen Schlüsseltechnologien beziehungsweise Schlüsseltechnologien ohne komparativen Vorteil gesetzt wird.
Innerhalb der Technologie-Wertschöpfungsnetzwerke beleuchten wir Zukunftstechnologien, Schlüsseltechnologien und Basistechnologien Die einzelnen Technologiearten grenzen sich nicht trennscharf voneinander ab, sondern gehen fließend ineinander über. Zudem gibt es einen zeitlichen Entwicklungs- und Reifeprozess: Eine Technologie, die heutzutage als Schlüsseltechnologie gilt, war vor zehn bis 20 Jahren noch eine Zukunftstechnologie, beziehungsweise kann sich zukünftig in eine Basistechnologie verwandeln. Die Einteilung der Technologien erfolgt nach dem Produktlebenszyklus und der Marktreife, in erster Näherung5 abgebildet durch das „Technological Readiness Level“ (TRL)6
4 Kerstin Zimmermann, Technologieklassifikationen und -indikatoren. Techn. Univ. Chemnitz, 2007, https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:swb:ch1-200701448
5 Bei der Nutzung des TRL-Schemas sollte berücksichtigt werden, dass auch innerhalb der einzelnen Technologiefelder erhebliche TRL-Sprünge auftreten können, etwa bei Nutzung in einer neuen Anwendung.
6 Nach Definition der NASA, Technological Readiness Level – White Paper, 1995, http://www.artemisinnovation.com/images/TRL_White_Paper_2004-Edited.pdf
Die TRL-Skala kennt neun Stufen der Produkt- und Marktreife:
0 – Idee, ungeprüftes Konzept
Zukunftstechnologie
Schlüsseltechnologie
1 – Beobachtung und Beschreibung des Funktionsprinzips (8-15 Jahre)
2 – Beschreibung der Anwendung einer Technologie
3
Nachweis der Funktionstüchtigkeit einer Technologie (5-13 Jahre)
4 – Versuchsaufbau unter Laborbedingungen
5 – Versuchsaufbau in Einsatzumgebung
6 – Prototyp in Einsatzumgebung
Basistechnologie
7 – Prototyp im Einsatz (1-5 Jahre)
8 – Qualifiziertes System mit Nachweis der Funktionstüchtigkeit im Einsatzbereich
9 – Qualifiziertes System mit Nachweis des erfolgreichen Einsatzes
Im Folgenden werden die drei Technologiearten innerhalb der Wertschöpfungsnetzwerke vorgestellt und mit Beispielen unterlegt.
Zukunftstechnologie
Zukunftstechnologien sind sich abzeichnende Technologien mit erheblichem und sogar disruptivem Veränderungs- und Innovationspotenzial. Ihre Bedeutung im internationalen Wettbewerb wird steigen, sodass der Transfer in die Anwendung dieser – sich oft noch im Forschungsstadium an Universitäten oder in Unternehmen befindlichen – Technologie frühzeitig befähigt werden muss4 Technologisch bewegen wir uns in den TRL-Stufen 1-4, d. h. von der Etablierung eines Funktionsprinzips bis hin zum Versuchsaufbau im Labor. Diese Technologien sind wenig bis gar nicht reguliert. Sowohl das Investitionsrisiko, häufig bedingt durch undefinierte und unerprobte Absatzmärke, als auch die Gefahr innovationshemmender Eingriffe, wie markthemmende Regulierung, zu früher Standardsetzung und Gesetzgebung, sind hier am höchsten. Zudem ist es einfach, in dieser Frühphase den internationalen Anschluss zu verlieren8. Um hier die Marktpotenziale frühzeitig im Blick zu haben, muss die Industrie den Entwicklungsprozess frühzeitig begleiten.
Handlungsempfehlungen für die Industrie
Konkret bedeutet das:
▪ Identifizieren von Zukunftstechnologien durch (i) ein Screening von Nobelpreisthemen, HotTopics der Grundlagenforschung, Forschungsschwerpunkten außeruniversitärer und universitärer Forschungseinrichtungen, Exzellenzclustern und Patentanmeldungen sowie (ii) eine
Bewertung durch die deutsche Industrie durch Workshops und / oder ein Industrial Advisory Board, ob eine Kommerzialisierung / Skalierung gegeben ist (Market Readiness);
▪ Eine regelmäßige Überprüfung der ausgewählten Zukunftstechnologien zur Festlegung des nächsten Technologieschritts, d. h. ob die Zukunftstechnologie eine Schlüsseltechnologie geworden ist oder ob diese Technologie nicht die entsprechende Marktrelevanz erlangt hat;
▪ Schaffen von Orientierungswissen für die jeweilige Zukunftstechnologie als Grundlage für die Evaluierung des wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Potenzials;
▪ Klare Benennung der notwendigen staatlichen Förderung und schützender Regulierung (Infant Technology Protection8)
Handlungsempfehlungen für die Politik
Die Politik muss bei der Unterstützung von Zukunftstechnologien folgende Punkte beachten:
▪ Neue und zu frühe Regulierung vermeiden, gleichzeitig neue Technologien im internationalen Wettbewerb schützen;
▪ Prüfen, welche bestehenden Regulierungen hemmend für die technische Entwicklung von Zukunftstechnologie sind und diese unter besonderen Entwicklungsbedingungen (z. B. Reallaboren, Experimentellen Testbeds)7 aussetzten;
▪ Staatliche Förderung von Zukunftstechnologien durch Ausschreibungen und Förderung von Forschungsprojekten für Deutschland und in Zusammenarbeit mit der EU;
▪ Schaffung von Innovationsfreiheit, ähnlich der Forschungsfreiheit, für Unternehmen, um gemeinschaftliche Forschungsprojekte zwischen Wissenschaft und Wirtschaft voranzutreiben;
▪ Etablierung eines gemeinsamen Konzepts mit der deutschen Industrie, ob und wie die Marktpotenziale der jeweiligen Zukunftstechnologie optimal unterstützt und der Transfer bereits in diesem frühen Stadium gefördert werden können, z. B. Entwicklung von Quasi-Standards, geförderten industriellen Experimentier- und Testräumen.
Schlüsseltechnologie
Die Schlüsseltechnologien zeichnen sich durch die Erschließung neuer Technikbereiche aus, die sich selbst beziehungsweise das Entwicklungsumfeld aktuell noch in der oft kapitalintensiven Entwicklungsphase befinden. Sie entwickeln sich aus den Zukunftstechnologien und stehen an der Schwelle zu den Basistechnologien4 Schlüsseltechnologien zeichnen sich durch ein TRL von 3-8 aus, also vom Nachweis der Funktionstüchtigkeit einer Technologie bis zur Realisierung eines qualifizierten Systems im industriellen Einsatzbereich. Diese Technologien sind häufig in den Anfängen bereits reguliert und eine entsprechende Gesetzgebung und Förderung befinden sich im Aufbau. Im Bereich der Schlüsseltechnologien bedarf es im erhöhten Maße eines gemeinschaftlichen Zusammenspiels aus Industrie und Politik, um die entsprechenden Rahmenbedingungen für die Etablierung der Regulierungs- und Fördermaßnahmen auszugestalten. Sich herausbildende Alleinstellungsmerkmale und Innovationen bei den Schlüsseltechnologien tragen zur Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen und weiterer Akteure des FuI-Systems bei2 Zudem muss hier in Wertschöpfungsnetzwerken gedacht werden, d. h. die sektorenübergreifenden Anwendungsmöglichkeiten der Technologien und die Verfügbarkeit der entsprechenden Wissensfaktoren (Personal, Geschäftsmodelle, Kooperation, usw.) müssen sichergestellt werden.
Schlüsseltechnologien sind im Innovationsnetzwerk eher eine Ausnahme. Generell muss es eine Technologieneutralität und -offenheit geben, um auf Veränderungen und Fortschritt im Markt und Wettbewerb reagieren zu können. Daneben sind Schlüsseltechnologien von besonderer strategischer Relevanz für Sicherheit, stabile Lieferketten und Wettbewerbsfähigkeit von Deutschland und der EU. Zugleich sind sie besonders kapitalintensiv in der Entwicklung, sodass gezielte Förderung und die begünstigenden Rahmenbedingungen wichtig sind. Daher bedarf es einer engen, klaren und abgrenzbaren Definition, um diese Schlüsseltechnologien klug zu wählen, damit sie mit den generellen Bestrebungen im Innovationssystem harmonisiert werden können und nicht den Boden für Stagnation und Planwirtschaft ebnen
Die Basis dafür bildet eine gemeinsame Definition von Schlüsseltechnologien. Die deutsche Industrie schlägt folgende Definition als Basis für einen stakeholderbasierten Definitionsprozess vor:
Definition der deutschen Industrie
Als Schlüsseltechnologien werden Technologien bezeichnet, die Schlüsselrollen bei technologischen und ökonomischen Entwicklungen einnehmen2 Die folgenden vier Schlüsselrollen konnten seitens der deutschen Industrie anhand einer umfassenden Literaturrecherche identifiziert werden Enabler-Funktion, Begünstigung von gesamtgesellschaftlichen Transformationsprozessen, Basis für technologische Souveränität und ein globales Marktpotenzial definieren hierbei maßgeblich die Funktion und Bedeutung der jeweiligen Schlüsseltechnologie für das Innovationssystem. Neben der theoretischen Betrachtung setzt die deutsche Industrie jeweils drei Vertiefungen für jede Schlüsselrolle fest. Um als Schlüsseltechnologie zu gelten, müssen alle entsprechenden Schüsselrollen durch die jeweilige Technologie adressiert werden. Da Schlüsseltechnologien auf technologische Souveränität einzahlen, müssen sie im Kontext unserer deutschen beziehungsweise europäischen Werte (z. B. Menschenrechte, demokratische Freiheit, SDGs) gesehen werden und demnach muss die Definition nicht identisch für andere Regionen dieser Erde zu jedem Zeitpunkt sein Eine internationale Harmonisierung der Definition im Bereich der technologischen Souveränität kann folglich sehr schwierig werden.
Die einzelnen Schlüsselrollen mit ihren jeweiligen zugeordneten Vertiefungen sind in Abbildung 1 dargestellt und werden im Folgenden vertieft beleuchtet
ABBILDUNG 1
Darstellung der Schlüsselrollen und ihrer zugeordneten Vertiefungen.
ENABLER-FUNKTION
Schlüsseltechnologien zahlen im hohen Maße auf die innovative Weiterentwicklung und Anwendung anderer Technologien2, 8 ein. Sie bedingen hierbei einen oder mehrere der folgenden Zwecke9,10:
▪ Anwendbarkeit: Breite Anwendbarkeit in einer Vielzahlvon Technologiebereichen, Branchen, Produkten oder Prozessen.
▪ Komplementarität: Starke, nicht substituierbare Komplementarität zu mindestens einer optimalen, jedoch einer Vielzahl anderer Technologien Die Technologien ergänzen sich – obwohl
8 Kroll, Henning et al. (2022): Schlüsseltechnologien, Studien zum deutschen Innovationssystem, No. 7-2022, Expertenkommission Forschung und Innovation (EFI), Berlin
9 Lipsey, R.; Carlaw, K.I.; Bekar, C.T. (2005): Economic Transformations. General Purpose Technologies and Long-Term Economic Growth. Oxford: Oxford University Press.
10 Bekar, C.; Carlaw, K.; Lipsey, R. (2018): General Purpose Technologies in Theory, Application and Controversy. A Review. Journal of Evolutionary Economics. 28(5). S. 1005–1033.
technisch oft konträr – gegenseitig und führen zu einem sich gegenseitig stärkenden Marktpotenzial.
▪ Innovationspotenzial: Hohes Potenzial für Leistungssteigerung bei einer Schlüsseltechnologie selbst und bei ihren Anwendungsbereichen
Sie tragen so dazu bei, Exzellenz im globalen Wettbewerb, neues Wissen und neue Formen der Beteiligung zu generieren11, 12 ,um aus Forschungsbemühungen Werte zu schaffen12 Schlüsseltechnologien sind multidisziplinär und durchqueren viele Technologiebereiche mit einem Trend zur gegenseitigen Befähigung und Findung neuer Wertschöpfungspotenziale an Schnittstellen zwischen Technologien12, 13
TRANSFORMATIONSPROZESSE
Schlüsseltechnologien sind die Basis wichtiger Transformationsprozesse in Wirtschaft und Gesellschaft2, 8, 11 , wie beispielsweise:
▪ Ökologische, ökonomische und soziale Nachhaltigkeit2, 8, 10, 11, 12 sowie klimaneutrale Transformation8: In der hier gewählten Betrachtung setzen wir den besonderen Schwerpunkt ökologischer Nachhaltigkeit, da insbesondere Schlüsseltechnologien zur Bekämpfung der Klimakrise einen entscheidenden Beitrag leisten können Um die globale Erwärmung einzudämmen, müssten wir schon jetzt 19 bis 23 Gigatonnen CO2-Emissionen pro Jahr14 einsparen, was einem Volumen von zehn Millionen Berliner Olympiastadien entspricht Neben ökologischer Nachhaltigkeit spielen aber auch die Dimensionen sozialer und ökonomischer Nachhaltigkeit eine entscheidende Rolle, die nur durch ihre gleichberechtigte Förderung zukunftsfähig sein können
▪ Weitere gesellschaftliche Herausforderungen: Zu den weiteren wichtigen Transformationsprozessen zählen u. a. die dynamische digitale Transformation von Wirtschaft und Gesellschaft8, 12 , die Bewältigung externer Schocks2, 8, 11, die Gewährleistung der Gesundheit und Sicherheit der Menschen11, 12, die Sicherung der Konnektivität und Kommunikation zwischen Systemen und Einzelpersonen11 12 sowie die Gewährleistung der Resilienz der Wertschöpfungs- und Lieferketten.
▪ Geopolitische Transformation: Spätestens seit dem Überfall Russlands auf die Ukraine, aber auch durch Chinas geopolitische Ausrichtung aller politischen Handlungsfelder, muss die geopolitische Bedeutung von Technologien besonders in den Fokus gerückt werden. Schlüsseltechnologien sind strategische Komponenten sowohl im Falle einer Verteidigungskrise (Dual Use-Technologien), einer Gesundheitskrise oder einer Versorgungskrise (Rohstoffe, Energie, Infrastruktur)
WOHLSTAND UND WERTSCHÖPFUNG / TECHNOLOGISCHE SOUVERÄNITÄT
Schlüsseltechnologien ermöglichen hohe Potenziale für eine prosperierende technologische und wirtschaftliche Entwicklung Sie zahlen auf Wohlstand, aktuelle und zukünftige Wertschöpfungsaktivitäten sowie technologische Souveränität des Innovationsstandortes ein2 . Sie besitzen eine hohe systemische Relevanz zur Lösung der großen gesellschaftlichen Herausforderungen2, 8, 11
11 Background paper for the Conference on “The Role of Key Enabling Technologies for Europe’s Competitiveness”, Brussels, 15 May 2018
12 “Re-finding Industry” - Report of the independent High-Level Group on industrial technologies, European Commission Directorate-General for Research and Innovation, 2018; doi:10.2777/927953
13 Future technology for prosperity - Horizon scanning by Europe's technology leaders, European Commission, DirectorateGeneral for Research and Innovation, 2019; doi: 10.2777/187237
14 Climate Action Tracker, 2022; https://climateactiontracker.org/global/temperatures/
▪ Wohlstand: Adressierung der sozialen Herausforderungen wie schnelles oder rückläufiges Bevölkerungswachstum, Alterung der Bevölkerung, Arbeitslosigkeit und zunehmende Ungleichheit11, 12
▪ Wertschöpfung: Adressierung der wirtschaftlichen Herausforderungen wie verlangsamtes Wachstum der Arbeitsproduktivität, zunehmend wissensintensive Produktion, schnelle Innovationszyklen und hohe Kapitalausgaben11, 12
▪ Technologische Souveränität: Eine nicht auf technologische Souveränität ausgelegte Auswahl an Schlüsseltechnologien kann im internationalen Wettbewerb wohlfahrtsmindernde Engpässe – insbesondere in Krisensituationen – hervorrufen2 Im Zuge der aktuellen geopolitischen Krisenzeiten müssen vor allem Technologien mit einer besonderen Relevanz für die Europäische Souveränität ausgewählt werden. Komparative Vorteile für wechselseitige Abhängigkeiten in global stark vernetzten Technologiefeldern haben auf lange Sicht positive Effekte15,16
GLOBALES MARKTPOTENZIAL
Schlüsseltechnologien leisten einen zentralen Beitrag zur Entstehung und Entwicklung großer und dynamischer globaler Märkte2, 8 Zudem verzeichnen Schlüsseltechnologien hohe Wachstumsraten und zeichnen sich durch eine breite Anwendbarkeit in fast allen Branchenbereichen aus. Im Besonderen tragen Alleinstellungsmerkmale bei Schlüsseltechnologien zur Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen und weiteren Akteuren des FuI-Systems bei. Forschungs- und Innovationsbereiche mit einer starken industriellen Dimension sind hierbei der wesentliche Hebel für die Wettbewerbsfähigkeit der Industrie11
▪ Marktdynamik: Ausgangspunkt bildet die aggregierte Wirtschaftsleistung einer Schlüsseltechnologie als Basis für ihre potenzielle, d. h. disruptive und inkrementelle Innovationskraft Zur vollen Entfaltung des wirtschaftlichen Potenzials einer Schlüsseltechnologie ist inkrementelle Pflege und Weiterentwicklung der Innovation erfolgsentscheidend. Hierbei muss insbesondere berücksichtigt werden, ob die Technologie „Market Ready“ ist, d. h. eine Kommerzialisierung aus Deutschland und Europa im Weltmarkt mit entsprechender Skalierung wirtschaftlich denkbar ist.
▪ Import / Export: Der verstärkte Import von Schlüsseltechnologien deutet auf starke Abhängigkeiten von anderen Staaten hin, die oft mit einem Verlust der Verfügbarkeit und Beherrschung der Technologie einhergehen2 . Höhere Exporte als Importe deuten hingegen auf einen Vorteil im Bereich der Schlüsseltechnologien hin2, 8 Die Wettbewerbsfähigkeit einer Volkswirtschaft bei Schlüsseltechnologie lässt sich durch deren „Revealed Comparative Advantage“ (RCA) beziffern2, 8
▪ FuE Entwicklung: Forschungs- und Entwicklungsausgaben zeigen an, welche Technologiebereiche besonders gefördert werden und können gerade im internationalen Vergleich Anzeichen für Technologien mit besonderem Innovationspotenzial geben. Hierbei sind sowohl die öffentlichen als auch die privaten FuE-Ausgaben zu betrachten. Entscheidend ist die Frage, ob es für die Anwendung einen entsprechenden Business Case geben kann beziehungsweise wird.
15 Stiglitz, J.E. (2015): Leaders and Followers. Perspectives on the Nordic Model and the Economics of Innovation. Journal of Public Economics. 127. S. 3–16.
16 Redding, S. (1999): Dynamic Comparative Advantage and the Welfare Effects of Trade. Oxford Economic Papers. 51(1). S. 15–39.
Handlungsempfehlungen
Im Bereich der Schlüsseltechnologien bedarf es im erhöhten Maße eines gemeinschaftlichen Zusammenspiels aus Industrie, Wissenschaft- und Politik, um die entsprechenden Rahmenbedingungen für die Etablierung der Regulierungs- und Fördermaßnahmen auszugestalten Hierbei muss nicht alles gesetzlich geregelt werden, es bedarf auch Handlungsspielraum und Innovationsfreiheit für Unternehmen. Wir fordern ein abgestimmtes Vorgehen zwischen Wirtschaft, Wissenschaft und Politik mit den folgenden konkreten Schritten:
1. Stakeholderbasierter Definitionsprozess für Schlüsseltechnologien unter der Prämisse wirtschaftlicher und wissenschaftlicher Handhabbarkeit der Definition sowie als politische Entscheidungsgrundlage
2. Klare, transparente und faktenbasierte Auswahlprozesse für öffentliche Fördergelder auf nationaler und europäischer Ebene. Politische Missionen müssen sich hierbei an marktwirtschaftlichen und wettbewerblichen Prinzipien orientieren Zielbild ist es, Unternehmen jeder Größe in Deutschland sowohl zu befähigen, Schlüsseltechnologien selbstbestimmt zu entwickeln und herzustellen, als auch Teil der Wertschöpfungsnetzwerke zu sein und daraus spezifische Anwendungsfälle abzuleiten Wir sehen dazu die folgenden Punkte als besonders relevant an:
a. Auflösung des Widerspruchs beziehungsweise eine transparente Abwägung zwischen „Technologieoffenheit“ und „Auswahl von Schlüsseltechnologien“;
b. Erweiterung der linearen Wertschöpfungsketten auf komplette Wertschöpfungsnetzwerke durch stakeholderübergreifende Plattformen, regulatorische Netzwerke und Querverweise in Gesetzgebungsverfahren und politischen Strategien sowie anwendungsbezogene Benchmarks;
c. Festlegung des Fokus der Auswahl an Schlüsseltechnologien nach gesetzten Zielen: Stärkung komparativer Vorteile vs. Anstoß von Aufholprozessen;
d. Mitdenken der europäischen Perspektive. Die Berücksichtigung von Stärken der einzelnen Mitgliedstaaten und entsprechend selektive Förderung kann ein großer Vorteil im internationalen Wettbewerb zum Beispiel mit China und den USA sein. Die Basis kann eine Stärken-Analyse der europäischen Länder bilden, wie im Innovationsindikator1 durchgeführt;
e. Auswahl der Schlüsseltechnologien nach entsprechend vorherrschenden Werten (SDGs, Menschenrechte) und Systemen (Demokratie);
f. Gewährleistung der Vergleichbarkeit und Quantifizierbarkeit der gewählten Kriterien;
g. Festlegung der Gewichtung der Kriterien und Setzung von Grenz- und Schwellenwerten der Kriterien anhand von Best-Practice-Beispielen
3. Erarbeitung strategischer Roadmaps zur Etablierung und Einbettung der Schlüsseltechnologien in innovative Wertschöpfungsnetzwerke unter der Festlegung konkreter Meilensteine und Handlungsempfehlungen durch die beteiligten Akteure.
a. Etablierung entsprechender Förderpolitik, rechtlicher Rahmenbedingungen und innovationsfördernder Zulassungsverfahren;
b. Förderung von Innovationsoffenheit in der Gesellschaft und Adressierung der Bedürfnisse bei der Etablierung von Schlüsseltechnologien von Beginn an. Dies erfolgt durch
Innovations-Governance17, d. h. einen frühzeitigen Begleitungsprozess der Innovations- und Technologieentwicklung für eine verantwortungsvolle und wertekonforme Umsetzung durch politische, wirtschaftliche und / oder administrative Autoritäten unter Einbeziehung aller Akteure, auch der Gesellschaft Ein Beispiel ist die Schaffung von Normen (Richtlinien, Vorschriften) und Standards Neben der Bereitstellung von Wissen zu den entsprechenden Schlüsseltechnologien müssen hierbei grundlegende Wertekonflikte, Verteilungsbedenken und fehlendes Vertrauen adressiert werden18 Werden die betroffenen Stakeholder zum passenden Zeitpunkt in neue Entwicklungen miteingebunden, fördert dies die Offenheit gegenüber und letztlich die erfolgreiche Nutzung von Schlüsseltechnologien19;
c. Die Bezugspunkte zu Basistechnologien müssen identifiziert werden, damit (i) die Anschlussfähigkeit und bestehende Stärkenbereiche für die Schlüsseltechnologien klar aufgezeigt werden können (ii) und identifiziert werden kann, welche bestehende Regulierung auf die Schlüsseltechnologien hemmend oder fördernd wirken. Gleichzeitig muss mit den Schlüsseltechnologien die Brücke zu den Zukunftstechnologien geschlagen werden, damit beständige technologische Entwicklung und Zukunftsperspektiven gewährleistet sind
Basistechnologien
Basistechnologien sind allgemein erprobt, anerkannt und standardisiert. Sie bilden die essenzielle Basis für aktuelle und zukünftige Systeme, Dienstleistungen und Anwendungssystemen sowie Deutschlands technologische Stärke. Da sie den größten ökonomischen Wertbeitrag liefern, bilden sie die Grundlage für die Finanzierung von Zukunftstechnologien und für deren Weiterentwicklung zu Schlüsseltechnologien beziehungsweise die Weiterentwicklung von Schlüsseltechnologien zu Basistechnologien. Um demnach in darauf aufbauenden Technologien erfolgreich zu sein, zu bleiben und zu werden, müssen diese Strukturpfeiler kontinuierlich gestärkt und weiterentwickelt werden4 Basistechnologien sind in TRL 8 und 9, d. h. dem auf Funktionalität geprüften beziehungsweise erfolgreich eingesetzten qualifizierten System, einzuordnen. Die Regulierung ist größtenteils abgeschlossen und implementiert.
Handlungsempfehlungen:
▪ Klar definierte Kriterien für Basistechnologien in Abgrenzung zu Schlüsseltechnologien sowie daraus abgeleitete regelmäßige und kontinuierliche Prüfung, wann aus einer Schlüsseltechnologie eine Basistechnologie wird;
▪ Regelmäßige Evaluierung der gesetzten Regulierungen und Gesetzmäßigkeiten, ob diese mit der Schaffung technologischer Innovationen noch zeitgemäß und zweckdienlich sind oder ob bereits auf der Ebene der Basistechnologien Hemmnisse für die Etablierung von hieraus entwickelten Zukunfts- und Schlüsseltechnologien geschaffen wurden;
17 OECD (2021), OECD Science, Technology and Innovation Outlook 2021: Times of Crisis and Opportunity, OECD Publishing, Paris, https://doi.org/10.1787/75f79015-en.
18 Gaskell, G. (1999), “Worlds Apart? The Reception of Genetically Modified Foods in Europe and the U.S.”, Science, Vol. 285/5426, pp. 384-387, http://dx.doi.org/10.1126/science.285.5426.384; Bauer, M. (2009), “The Evolution of Public Understanding of Science Discourse and Comparative Evidence”, Science, Technology and Society, Vol. 14/2, pp. 221-240, http://dx.doi.org/10.1177/097172180901400202
19 Veränderungen verstehen
Chancen nutzen, Forschungsergebnisse der Innovations- und Technikanalyse 2019
2021, Bundesministerium für Bildung und Forschung, 2022
▪ Nutzen des exzellenten Potenzials an bereits getesteten technologischen und regulativen Verfahren und Mechanismen, die transitiv auf die darauf aufbauenden Technologien übertragen werden können;
▪ Basistechnologien zur Stärkung des Standorts Deutschland weiter unterstützen, um so das Fundament zur Förderung und für Investitionen in Schlüssel- und Zukunftstechnologien handlungs- und marktstark zu erhalten.
Beispiele für eine mögliche Zuordnung
Bei der Identifikation konkreter Beispiele für Technologien stehen wir vor der schwierigen Herausforderung, Technologien sinnvoll abzugrenzen und mit einer entsprechenden Tiefe zu versehen. Hierbei unterscheiden wir zwischen Technologiefeldern – d h übergeordneten Bereichen wie Digitalisierungstechnologien, Technologiebereichen wie Künstliche Intelligenz und schließlich Einzeltechnologien wie maschinelles Lernen. Die Technologiefelder müssen dabei nicht konkret einzelnen Branchen zugeordnet werden, sondern erstrecken sich in ihrer Anwendbarkeit über die einzelnen Branchen hinweg20 Im Folgenden benennen wir einige Beispiele für Zukunftstechnologien, Schlüsseltechnologien und Basistechnologien Diese Beispiele haben keinen Anspruch auf Vollständigkeit oder eindeutige Zuordnung, sondern demonstrieren eindrucksvoll die Fülle an Technologien.
Zukunftstechnologie – Ultrakurze Laserpulse, Synchrotron, Gravitationswellen, Neutrinooszillation, Kernfusion mit alternativen Ansätzen, 2D-Materialien und innovative Materialien, innovative Batteriematerialien (z. B. Beyond Lithium-Ionen Batterien), Click-Chemie, 6G, homomorphe Verschlüsselung, individuelle Krebsvakzine, 3D-Organdruck, neue genomische Techniken, 3D-Bioprinting, Synthetic Biology, Zellkulturtechnologien, Microbiome, moderne Gentechnik / CRISP etc
Schlüsseltechnologien – Edge Computing, Quantentechnologien, KI, 5G, AR/VR, B2B-Plattformen, Blockchain, 3D-Printing, Mikroelektronik, Autonomes Fahren inkl. Sensoren (insb. Radar) und Prozessoren (high performance / low power), Lithium-Ionen Batterien, Deep & Urban Mining, Windkraft, Photovoltaik, Energiespeicher, Direct Air Capture, Erneuerbare Energien in Grundlast, Shipping Sunshine; Biotechnologie, Gen- und Zelltherapie, innovative biotechnologische Produktionsverfahren und Züchtungsmethoden, Bioinformatik, biobasierte Materialien, neue und funktionelle Werkstoffe (Advanced Materials) etc
Basistechnologien – Industrie 4.0, Photonik, Cloud Services, Apps, Smartphones, Nanotechnologien, Dezentrales demokratisiertes Energiemanagement (Schwarmkraftwerke), Battery Swap & Battery Recycling, Energy Security Value Chain, eFuels oder Biofuels, Hochspannungs-Gleichspannungs-Übertragungsleistung etc.
Ausgehend von dieser Fülle an potenziell förderbaren Technologien ist eine entsprechende Auswahl anhand klarer Kriterien eine Notwendigkeit. Hierfür stellt die oben vorgestellte Schlüsseltechnologiedefinition einen ersten Ausgangspunkt dar.
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