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Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag

Innovationsreport

Blockaden bei der Etablierung neuer Schlüsseltechnologien

Themenbereich: Technik, Gesellschaft, Innovation
Analyseansatz: Innovationsreport
Themeninitiative: Ausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung
Status: abgeschlossen
Laufzeit: 2007 bis 2009

Deutschland gilt als innovativ und im weltweiten Vergleich exzellent der Grundlagenforschung und Technologieentwicklung. Deutschland ist stark in seinen traditionellen Märkten, wie Maschinen- und Fahrzeugbau oder Elektrotechnik. Deutschland hat aber auch Probleme, wenn es um die schnelle und breite Umsetzung der innovativen Ideen und Ergebnisse der Forschung und Entwicklung in konkrete Anwendungen vor allem zur Etablierung neuer, zukunftsorientierter Schlüsseltechnologien geht. Auch die Diffusion der aus neuen Schlüsseltechnologien entstandenen Anwendungen am Markt stellt die Unternehmen und Unternehmer oftmals vor kaum oder schwer zu überwindende Blockaden.

Gegenstand und Ziel der Untersuchung

Zielsetzung des Projekts »Blockaden bei der Etablierung neuer Schlüsseltechnologien« war die Untersuchung der in Deutschland existierenden Innovationshemmnisse, welche die Etablierung neuer Schlüsseltechnologien und die Schaffung deutscher Vorreitermärkte (»lead markets«) bzw. die Ablösung traditioneller Exporttechnologien durch neue Schlüsseltechnologien blockieren oder erschweren. Es sollten dabei aber auch Faktoren identifiziert werden, welche sich besonders förderlich auswirken. Auf dieser Grundlage wurden spezifische Technologien bzw. Märkte identifiziert, wo Deutschland sein Diffusions- und Marktpotenzial noch nicht ausgeschöpft hat oder dies besonders gut gelungen ist. Durch eine Analyse der Faktoren, auf welche diese Defizite oder Erfolge zurückgeführt werden könnten, wurden schließlich politische Einflussmöglichkeiten eruiert, welche zum Abbau bestehender Blockaden und der Förderung positiver Faktoren beitragen können.

Im Rahmen des Projekts wurde ein kombinierter Ansatz aus einer technologieübergreifenden Innovationssystemanalyse sowie dreier technologiespezifischer, vertiefender Fallstudien zur Untersuchung konkreter Schlüsseltechnologien gewählt.

Der Innovationssystemansatz basierte auf einer umfassenden Literatur- und Datenanalyse und lieferte ein Untersuchungsraster für die drei Fallstudien. Dabei zielte die Innovationssystemanalyse primär auf das Erfassen und Strukturieren der zentralen hemmenden und fördernden Faktoren ab, welche in den Fallstudien konkret untersucht und bewertet wurden. Als Fallstudien wurden ausgewählt:

  • Nanoelektronik als eine Querschnittstechnologie,
  • Windenergie als eine Anwendungstechnologie,
  • MP3-Player und Mini-Beamer als Anwendungen bzw. Produktinnovationen.

Im Rahmen dieser Fallstudien wurden jeweils mehrere Experteninterviews mit relevanten Interessenvertretern sowie ein Workshop im Deutschen Bundestag in Berlin mit Vertretern aus Wissenschaft, Wirtschaft und Politik durchgeführt. Die Ergebnisse der drei Fallstudien wurden über das Untersuchungsraster harmonisiert, um abschließend die identifizierten Blockaden und abgeleiteten Maßnahmen bzw. Handlungsoptionen auf einer verallgemeinerten Basis vergleichend zu betrachten. Dabei wurden Blockaden mit geeigneten Maßnahmen in Beziehung gesetzt und mögliche Beiträge für involvierte Akteure identifiziert, mittels derer der Abbau bestehender Blockaden und die Etablierung neuer Schlüsseltechnologien unterstützt werden könnte.

Ergebnisse

Die Arbeiten im Rahmen des Projekts sind abgeschlossen und die Ergebnisse liegen als Arbeitsbericht Nr. 133 vor. Die Ergebnisse des Projekts lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Blockaden im Überblick

Die technologieübergreifende Analyse zielte auf eine Bestandsaufnahme von Einflussgrößen der Innovation ab, sogenannte Innovationsdeterminanten. Diese können für Innovationen förderlich oder hemmend wirken und hängen maßgeblich von der Art der Innovation (z.B. Produkt-, Prozessinnovation) und den Phasen des Innovationsprozesses ab (z.B. FuE, Umsetzung, Diffusion). Zentrale Innovationshemmnisse bzw. »Blockaden bei der Etablierung neuer Schlüsseltechnologien« lassen sich vier Dimensionen zuordnen – Kosten, Wissen, Markt und Institutionen.

Vor allem Blockaden in der Kostendimension, wie zu hohe Innovationskosten, mangelnde private Finanzierungsquellen oder öffentliche Fördermittel stellen sich als Problem dar. Eher positiv gelten am Standort Deutschland die Faktoren technische Informations- und Kommunikationsstruktur, Kooperation innovativer Unternehmen und Wettbewerbsintensität. Auch das prinzipielle Vorhandensein zentraler und wichtiger Förderinstrumente sowie fachspezifischer Netzwerke und Cluster sind positive Merkmale. Die Mehrzahl der Faktoren – darunter auch einige der als besonders wichtig eingeschätzten – gilt allerdings tendenziell als hemmend. Darunter fallen u. a. das Regulierungsumfeld und bürokratische Hürden oder eine fehlende Risikobereitschaft deutscher Unternehmen.

Die drei technologiespezifischen Fallstudien wurden jeweils in den vier identifizierten Dimensionen vertiefend auf spezifische Blockaden hin untersucht. Dabei zeigt sich zunächst, dass Schlüsseltechnologien als mindestens drei zentrale Technologietypen vorliegen können, welche jedoch nicht voneinander unabhängig sind. Sie sind daher in ihrem Zusammenspiel zu betrachten: Querschnittstechnologien (wie z.B. die Nanoelektronik), welche die Zukunftschancen und Wachstumsmärkte von morgen darstellen und in zahlreiche Anwendungen münden können; Anwendungstechnologien (wie z.B. Windenergietechnik), in denen Deutschland z.T. traditionelle Stärken aufweist und welche auch langfristige, globale Nachfrage erzeugen können; Anwendungen (z.B. konkrete Produkte oder Verfahren wie MP3-Player oder Mini-Beamer), welche in Nischen-, Wachstums- und globalen Nachfragemärkten auch in Zukunft zur Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands beitragen können.

Typischerweise gehen Querschnittstechnologien aus vielfältigen innovativen Ideen, Entwicklungen, Forschungsergebnissen bzw. Schlüsseltechnologien in mehreren Anwendungstechnologien und schließlich Anwendungen auf.

Verbindende Charakteristika der drei Fallbeispiele sind diesen gemeinsam zugrundeliegende Ex-post-Perspektiven (bei der Nanoelektronik aus Sicht der bereits etablierten Halbleitermikroelektronik, bei der Windenergie aus Sicht der Onshorewindkraftanlagen, bei der MP3-Technologie aus Sicht des MP3-Formats bzw. des MP3-Players) als auch Ex-ante-Perspektiven (bei der Nanoelektronik hinsichtlich alternativer Konzepte jenseits der heutigen Halbleiterelektronik, bei der Windenergie in Bezug auf Offshorewindkraftanlagen, beim Mini-Beamer aus Sicht eines noch nicht am Markt etablierten innovativen Produkts).

Die verallgemeinerte und vergleichende Betrachtung der drei Fallstudien zeigt, dass Kostenfaktoren stets an erster Stelle der genannten Blockaden stehen und auch Wissensfaktoren über alle Innovationsphasen hinweg relevant sind. Institutionelle Faktoren sind vor allem für eine frühe Weichenstellung von Bedeutung und Marktfaktoren gewinnen mit zunehmender Anwendungsnähe an Relevanz.

Auch die Betrachtung aus Sicht der Einzeltechnologien zeigt, dass Blockaden im Bereich von Querschnittstechnologien, wie z.B. der Halbleiterelektronik oder den optischen Technologien, zunächst vor allem in den Phasen der FuE und Umsetzung vorliegen. Anwendungstechnologien, wie in der Automobil-, Maschinenbau- oder Energiebranche, haben über alle Innovationsphasen hinweg zu überwindende Blockaden. Spezifische Anwendungen wie MP3-Player oder Mini-Beamer weisen auf eine zunehmende Relevanz der Blockaden gegen Ende der Wertschöpfungskette hin, also bei der Umsetzung und Diffusion. Besonders die Beispiele Nanoelektronik, MP3-Player und Mini-Beamer haben einen starken gemeinsamen thematischen Bezug. Hier lassen sich Überlappungen in den identifizierten Blockaden finden, wobei deutlich wird, dass sich Probleme der Nanoelektronik nachhaltig auf High-End-Anwendungen auswirken und für diese nachgelagerte Probleme darstellen können. Das Beispiel der Windenergie stellt einen stark politisch beeinflussten Sektor dar und zeigt, wie bzw. mit welcher Wirkung der Staat als Nachfrager in eine Markt- und Technikentwicklung eingreifen kann.

Handlungsoptionen

Obgleich sich die konkreten Blockaden der Fallbeispiele z.T. sehr unterschiedlich ausgestalten, sind dennoch oftmals ähnliche bzw. gleiche Maßnahmen und Handlungsoptionen in den Dimensionen Kosten, Wissen Markt und Institutionen zu erkennen, weshalb diese für die drei Fallstudien gemeinsam dargestellt werden. Insgesamt scheint aus heutiger Sicht oftmals eine eher nachfrageorientierte Förderpolitik sinnvoll, welche mit nationalen und internationalen politischen Zielen vereinbar ist (z.B. Klima-, Energie-, Umweltpolitik, Demografie). Förderpolitische Maßnahmen würden dabei in den jeweiligen Phasen des Innovationsprozesses bzw. entlang des Wertschöpfungsprozesses einsetzen und ineinander greifend ausgeweitet werden, z.B. Maßnahmen zur Ausbildung, FuE-Förderung, Start-up- und KMU-Unterstützung, infrastrukturelle Maßnahmen, Standortpolitik möglicherweise bis hin zur Erzeugung von Nachfrage in konkreten Sektoren (wie im Fall der Windenergie).

Kostenfaktoren: FuE, Prototypentwicklung und Produktherstellung werden in fast allen Technologiebereichen immer kostenintensiver und die immer stärker anwachsenden Kosten können nicht mehr von wenigen Akteuren getragen werden, sollten aber auch nicht ausschließlich durch staatliche Förderung gedeckt werden. Um den zentralen Problemen der hohen Investitionskosten sowie fehlenden Finanzquellen und Fördermitteln zu begegnen (z.B. steigende FuE-Kosten und Kosten für Fertigungslinien in der Halbleiternanoelektronik, hohe Kosten bei der Überführung von Prototypen in marktreife Produkte am Beispiel des MP3-Players oder hohe Investitionskosten und teure Offshorebedingungen in der Windenergie) kommen mehrere Maßnahmen in Betracht. Während in Einzelfällen die aktive Suche nach z.B. ausländischen Investoren an Bedeutung gewinnt, wie dies bei dem 2009 insolvent gegangenen Speicherchipherstellers Qimonda der Fall war, werden Staatsbeteiligungen und Subventionen als Maßnahmen eher kontrovers gesehen. Dennoch zeigt die in der Vergangenheit stark subventionierte Region Dresden, heute »Silicon Saxony«, dass derartige staatliche Maßnahmen und eine Standortpolitik den Aufbau international sichtbarer Cluster fördern können. Gerade im Fall der Nanoelektronik zeichnet sich die zunehmende Bedeutung und Relevanz von Kooperationen zwischen Akteuren und Clustern auf EU-Ebene ab.

Durch strategische Allianzen vor allem zwischen FuE-Instituten und der Industrie können z.B. Entwicklungskosten geteilt werden (z.B. nach dem Modell der IBM-Allianz im Bereich Nanoelektronik). Weitere Maßnahmen, welche stärker die Wirtschaft fordern, betreffen spezifische Geschäftsmodelle der Unternehmen (z.B. wichtige High-End-Märkte adressieren, Produktspektrum spezifizieren, Nachfrage- und Nischenmärkte bedienen, Vermarktung um Dienstleistungsaspekte erweitern, Exklusivverträge mit Lieferanten komplementärer Technologien aushandeln). Dabei benötigen aber auch Start-ups und KMU ständige Förderung, um sich z.B. in Nischenbereichen international aufstellen zu können (u. a. durch Förderung des wissenschaftlichen Transfers in Unternehmen). Für die Förderpolitik ergibt sich hier die Möglichkeit, entsprechende Anreize zu schaffen. Die Entwicklung neuer, flexiblerer Projektmodelle (z. B. PPP-Modelle), transnationaler Kooperationsmodelle (z.B. stärker über FuE-Institute und Unternehmen direkt als über Projekte) sind weitere positive Ansätze.

Wissensfaktoren: Eine konsistente, nationale Förderstrategie, welche globale Ziele vor Augen hat, ist für die nachhaltige Etablierung neuer Schlüsseltechnologien wichtig. Um Innovationen langfristig und breit am Markt zu positionieren und deutsche Vorreiterrollen in bestimmten Sektoren und Branchen zu besetzen, gilt es nicht nur für private Unternehmen sondern auch für den Staat, Schwerpunkte zu setzen. Das beginnt bereits bei der Früherkennung und Definition neuer Themen und Technologien mit vielfältigen Anwendungspotenzialen, welche zu wichtigen Nischen- oder Wachstumsmärkten werden können. Globale gesellschaftlich-politische Felder wie Klima, Umwelt, Energie, Demografie sowie strategische, politische Ziele und wirtschaftliche Zukunftsmärkte in Form von Pionierprogrammen oder Leuchtturmprojekten zu adressieren, welche mit klaren Zielen (z.B. Reduktion des CO2-Ausstoßes, energieeffiziente Technologien) verbunden sind, kann helfen, eine internationale Sichtbarkeit und globale Nachfrage nach deutschen Technologien zu erzeugen. Das ab 2009 durch das BMBF geförderte »Cool Silicon Cluster« in der Region Dresden zur Entwicklung einer energieeffizienten Elektronik ist ein Beispiel, welches mehrere Forschungs- und Industrieakteure über eine gemeinsame Fragestellung miteinander vernetzt. Ähnliche Maßnahmen können auch für weitere strategische Hightech-Sektoren sinnvoll sein, z.B. in der Energietechnik.

Die Zusammenführung bestehender themenspezifischer und themenübergreifender Cluster auf nationaler, transnationaler sowie europaweiter Ebene (z.B. Nanoelektronikstandorte Dresden, Grenoble, Leuven) kann helfen, die internationale Sichtbarkeit und Stärke strategischer Branchen zu erhöhen. Auf nationaler Ebene sind FuE-Zentren z.B. im Bereich der Windenergie und Nanoelektronik eine Möglichkeit, um Datenaustausch, Wissensaustausch und Kooperationen zu fördern. Die Nutzung von Querverbindungen, Komplementaritäten und »Kreuzbefruchtungen« über Akteursgruppen bzw. Fachdisziplinen hinweg könnten zudem ermöglicht werden. Transferstellen, welche zwischen Wissenschaft und Wirtschaft vermitteln, können Wissens- und Technologietransferaktivitäten, Management von Wissensmonitoring sowie gezielte Technologieberatung auf- bzw. ausbauen. Derartige Transferstellen oder FuE-Institutionen, welche sich dieser Aufgaben annehmen können, liegen oftmals bereits vor (z.B. Verbünde der Fraunhofer-Gesellschaft), haben aber kein Budget für derartige Tätigkeiten oder sind nicht entsprechend mit diesen Aufgaben betraut.

Für einen nachhaltigen Wissensausbau und verstärkten Aufbau von Humankapital werden Ausbildungsverbünde zwischen Wissenschaft und Wirtschaft, Praktika in Wissenschaft, FuE-Instituten und Unternehmen oder technologiespezifische bzw. nachfrageorientierte Anpassungen in der Ausbildung empfohlen, welche sowohl technologische Veränderungen als auch industriell nachgefragte Kompetenzen berücksichtigen. Maßnahmen können weiterhin Innovationswettbewerbe, Image-Programme, um Zielgruppen (z.B. Schüler, Studenten) anzusprechen, oder konkrete technische Ausbildungszentren sein, welche Forschung und Industrie gemeinsam betreiben. Die Wissenschaftler und Unternehmer von morgen können mit derartigen Maßnahmen frühzeitig ihr persönliches Netzwerk aufbauen. Ähnlich ließe sich auch potenziellen Unternehmensgründern eine bessere Plattform zur Vernetzung, Zugang zu Wissen (wie z. B. Marktinformationen) in Form von Informationszentren bzw. »Gründerzentren« bieten. Hierzu können bestehende Infrastrukturen und Akteursgruppen genutzt werden (z. B. Transferstellen), deren Aufgabenspektrum lediglich spezifiziert werden müsste.

Marktfaktoren: Im Fall der Marktfaktoren zeigen sich der Aufbau und die Förderung von Vermarktungspartnerschaften oder Verwertungskonsortien durch die Erweiterung des Förderspektrums um nachfrageorientierte Verwertungsaspekte als mögliche Maßnahmen zur Unterstützung innovierender junger Unternehmen und wird im Fall des MP3-Players empfohlen. Für diese gilt, ebenso wie für heute etablierte Unternehmen, auf Weltmarktnischen zu fokussieren. Auch die Präsenz deutscher Unternehmen im Ausland kann hinsichtlich einer internationalen Sichtbarkeit und Vermarktungsstrategien hilfreich sein und ist insbesondere für Branchen von Bedeutung, welche für Deutschland strategisch wichtig sind. Weiterhin wären bestehende Potenziale in traditionellen Märkten weiter auszuschöpfen und geeignete Rahmenbedingungen zu schaffen, damit dies gelingt.

Institutionelle Faktoren: Die Bündelung bereits bestehender und bewährter Strukturen, noch stärkere Fokussierung, thematische oder sektorale Profilbildung, Vernetzung der Akteure sowie Konzentration öffentlicher Investitionen in FuE sind wichtig, u.a. um Synergien besser zu nutzen. Eine Vernetzung der Akteure kann z.B. durch übergeordnete Dachorganisationen und Plattformen (z.B. Technologieplattformen) ermöglicht werden, wie am Beispiel der Windenergie empfohlen wird. Aber auch eine Abstimmung politischer Aktivitäten auf Bundes-, Landes- und EU-Ebene sowie der konsequente und langfristige Einsatz der Politik und der politische Wille, sich zu strategischen Sektoren zu bekennen (z.B. gezielte Standortpolitik, Förderung von Kooperationsnetzwerken zwischen Wissenschaft und Industrie, Kommunikationsplattformen für die Industrie, industriellen Forschungszentren), ist hierfür von Bedeutung. Durch Zentralisierung und Abstimmung von Prozessen und politischen Entscheidungen könnten die bestehende Bürokratie weiter abgebaut, Arbeiten und Zuständigkeiten besser verteilt und Kooperationen erleichtert werden.

Der Bedarf an Testinfrastrukturen bzw. Testzentren gilt für alle drei Fallbeispielen und kann vor allem für KMU eine wichtige Unterstützung darstellen. Auch die Schaffung frühzeitiger regulativer Rahmenbedingungen für technische Standards und Normen und eine verstärkte IPR-Verwertung sowie ein verstärkter IPR-Schutz sind empfehlenswert. Beispielsweise stellt sich gerade im Fall des Verlusts von Fertigungsstätten der Halbleiterbranche die Frage, ob zumindest das in diesem Zusammenhang erzeugte Know-how (u.a. in Form von Patenten) geschützt und durch Lizenzen oder neue Geschäftsmodelle gewinnbringend vermarktet werden kann.

Aber auch ein stärkerer politischer Einsatz wäre erforderlich, um die genannten Maßnahmen umzusetzen, was eine Bündelung und Abstimmung der Aktivitäten auf Landes-, Bundes-, transnationaler bis hin auf EU-Ebene erfordern würde. Die Politik könnte bei Entscheidungen, welche die Unterstützung konkreter Technologien betreffen, durch verstärkte wissenschaftlich-technische Vorrausschauaktivitäten, Roadmaps und Instrumente zur technologischen Früherkennung beraten werden. Diese Instrumente wären hinsichtlich wichtiger Untersuchungskriterien zu spezifizieren und Technologien entsprechend zu bewerten (wie z.B. technologische Realisierbarkeit, Wirtschaftlichkeit, Markt- und Wachstumspotenziale, gesellschaftspolitische Relevanz, Lösung globaler Bedürfnisse und Probleme, Nachhaltigkeit), um für Deutschland wichtige Themen und Sektoren zu identifizieren oder gar neue Technologien zu definieren. Hierzu könnten auch unter Beteiligung der Wissenschaft, Wirtschaft und Politik, Kriterien und Prioritäten für eine angemessene Verteilung von Fördermitteln abgeleitet werden.

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