08. September 2010
Automation ist Zukunft
Für die globalen Herausforderungen der Zukunft, wie steigender Energieverbrauch, erhöhter Wasserbedarf und Urbanisierung, stellt Automatisierungstechnik einen essenziellen Lösungsbaustein dar. Welche Bedeutung der Automation in den einzelnen Disziplinen zukommt, verdeutlichte Phoenix-Contact-Geschäftsführer Roland Bent auf dem Kongress Automation 2010.
Roland Bent, Geschäftsführung Marketing und Entwicklung bei der Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg und Mitglied des Vorstands des ZVEI-Fachverbands Automation
Ganz anders verhält es sich jedoch mit der breiten öffentlichen Wahrnehmung der Automation. „Als Technologie, die im Verborgenen – quasi ,unter dem Blech‘ – dafür sorgt, dass Maschinen laufen, Produktionsanlagen funktionieren, Kraftwerke Energie liefern und vieles mehr, wird sie vielfach überhaupt nicht wahrgenommen oder gilt immer noch als Job-Killer“, bemängelt R. Bent und warnt, dass diese Situation, wenn sie nicht geändert wird, fatale Folgen für die Sicherstellung von technischem Nachwuchs haben könne. Unbeschadet davon stehe es wirtschaftlich und technologisch aber außer Frage, dass die Automation in Deutschland eine große Zukunftsperspektive hat.
Roadmap Automation 2020+
Megacitys im Jahr 2005
Herausforderung Energie
Die Internationale Energie Agency [2] geht in einem Referenzszenario, bei dem die bestehenden Regulierungen und technischen Lösungen als Basis verwendet werden, von einer Verdoppelung des Weltbedarfs an Primärenergie bis 2050 aus. „Der elektrische Energiebedarf wird sich in dieser Zeit sogar verdreifachen. Setzt man dieses BAU-Szenario (Business As Usual) an, dann würden die CO2-Emissionen von heute 28 Gt pro Jahr weltweit auf jährlich 62 Gt steigen“, berichtet der Geschäftsführer und nennt als Folge: „Die Temperatur steigt weltweit bis 2050 um 6 °C an – eine für uns heute unvorstellbare Veränderung des Weltklimas, die gigantische Auswirkungen auf die Lebensräume und die weltweite Ernährung haben wird.“
Das Klimaziel der UN ist allerdings eine maximale Erhöhung der weltweiten mittleren Temperatur um 2 °C. Um dies zu erreichen, müsste der heutige CO2-Ausstoß halbiert werden. „Die Herausforderung Energie hat also zwei Hebel und wirkt damit mit dem Faktor Vier: Der weltweite Anstieg des Energiebedarfs ist zu senken und der Teil der CO2-armen Energie muss gleichzeitig überproportional steigen“, so R. Bent.
Strategien, den steigenden Energiebedarf zu decken, sind länder- bzw. marktspezifisch unterschiedlich. Der ZVEI hat diese in seiner Technologie-Roadmap 2020+ näher beleuchtet. Bezogen auf das Marktvolumen der Kraftwerkstechnik geht der Verband insgesamt von einem jährlichen Wachstum um 5 % bis 10 % aus. Dabei soll dieser Markt in den entwickelten Ländern zunehmend durch den Modernisierungsbedarf an bestehender Kraftwerkstechnik bestimmt werden. „Allein in Nordamerika und Europa müssen bis 2030 bis zu 1.800 GW installierte Leistung neu gebaut werden“, verdeutlicht das Vorstandsmitglied des ZVEI-Fachverbands Automation. In den Schwellenländern sind es neue Kraftwerke, die den überproportional wachsenden Energiebedarf decken sollen. Als dramatisches Beispiel dazu nennt er China. „In den Jahren 2007 und 2008 wurden in China insgesamt 300 neue Kohlekraftwerke mit einer Kapazität von jeweils 500 MW errichtet. Diese Tendenz setzt sich zukünftig steigend fort“, zitiert er aus der Roadmap. In den nächsten Jahren sind – forciert durch das chinesische Konjunkturprogramm – weitere hunderte Kohlekraftwerke geplant. „Diese neuen fossilen Kraftwerke müssen effizienter werden und ihr CO2-Ausstoß muss drastisch reduziert werden“, ruft R. Bent auf.
Um den Klimazielen jedoch gerecht zu werden, muss der Anteil der regenerativen Energien massiv steigen. „Gegenüber den heutigen Werten wird in den nächsten 15 Jahren eine Verdrei- bis Versechsfachung des globalen Marktvolumens erwartet“, nennt er ein weiteres Ergebnis der Roadmap. Danach soll in Deutschland bis zum Jahr 2020 bis zu 30 % der elektrischen Energie aus regenerativen Quellen gewonnen werden. China, bereits weltweit führend bei der Windkraft, soll bis 2020 100 GW Windenergieleistung installiert haben.
„Dieser massive Anstieg von dezentraler Energieeinspeisung bedeutet aber auch enorme Herausforderungen für die heutigen Netzstrukturen“, sagt R. Bent. So macht dieser neue „intelligente“ Energienetze und eine hohe informationstechnische Verknüpfung dezentraler Erzeuger und Verbraucher notwendig. „Neben der CO2-armen Energieerzeugung ist die Vermeidung von Energieverbrauch durch energieeffiziente Prozesse und Techniken der beste Klimaschutz“, macht er bewusst.
Welche Potenziale der Markt für Energieeffizienz weltweit bietet, hat das Bundesumweltministerium in seiner Greentech-Studie [3] dargelegt: derzeit sind es 500 Mrd. €, 2020 ca. 1.000 Mrd. €.
Macht man sich bewusst, dass 40 % der in Deutschland eingesetzten Primärenergie in der Industrie verbraucht wird, werden die Einsparpotenziale in diesem Bereich schnell deutlich. Der ZVEI hat diese in seiner Broschüre „Mit Hightech für Umwelt und Klimaschutz“ [4] greifbar gemacht. Danach liegt das Einsparpotenzial durch energieeffiziente Produkte und Prozesse allein auf Basis der heute verfügbaren Technologie bei bis zu 25 %. „Das entspricht in etwa einem Verbrauch von 88 Mrd. kWh und Energiekosten von 7 Mrd. €“, erklärt R. Bent und verdeutlicht weiter: „Die Senkung dieses Verbrauchs käme der CO2-Emission von sieben großen Steinkohlekraftwerken gleich. Allein durch den Einsatz von geregelten Antrieben ließen sich weltweit 60 große Kraftwerke einsparen.“
Doch nicht nur im industriellen Bereich lassen sich hohe Energie-Einsparpotenziale erschließen. „Neben der Energieeffizienz in der Industrie spielen energiesparende Gebäude und effiziente urbane Infrastrukturen zukünftig eine wesentliche Rolle“, so der Experte. Auch hier bieten die entwickelten Länder Potenziale, zum Beispiel die USA, in der der durchschnittliche Primärenergieverbrauch pro Einwohner nahezu doppelt so hoch ist wie in Europa. Zum anderen weisen gerade die Schwellenländer China und Indien – aufgrund oftmals veralteter Technologien und Prozesse – überproportionale Potenziale in Bezug auf Energieeffizienz auf.
Automatisierungstechnik als Problemlöser
Verschiebung der Zielmärkte für Automation
Herausforderungen Wasser und Mobilität
Neben dem explodierenden Energiebedarf stellt die zunehmende Verstädterung eine der großen Herausforderung der Zukunft dar. Zur Verdeutlichung: 1950 lebten 30 % der Weltbevölkerung in Städten. Aktuell ist es über die Hälfte der Weltbevölkerung. Und im Jahr 2030 sollen es mehr als 60 % sein. Ein wesentlicher Anteil dieser globalen Urbanisierung wird in den Entwicklungsländern in Asien und in Afrika stattfinden. „Gleichzeitig mit dieser Urbanisierung findet eine Verdichtung der Stadtbevölkerung in sogenannten Megacitys – dies sind Städte mit mehr als 10 Mio. Einwohnern – und megaurbanen Regionen statt“, erklärt der R. Bent weiter. Stand heute, berichtet er, gäbe es weltweit bereits 20 Megacitys mit mehr als 20 Mio. Einwohnern. „Diese Zahl wird sich mit hoher Wachstumsrate vervielfachen“, ist er überzeugt.
Der größte Teil dieser Urbanisierung und Konzentration findet in Schwellen- und Entwicklungsländern statt, „was die Herausforderung noch erhöht“, meint R. Bent. Aufgrund der hohen Konzentration von Wirtschaftskraft in diesen Megacitys bedeutet das gleichzeitig eine enorme Konzentration des Ressourcenbedarfs. „Eine der größten Herausforderungen der Zukunft ist die Sicherstellung der Trinkwasserversorgung der wachsenden Weltbevölkerung“, resümiert der Geschäftsführer. So soll sich, bezogen auf 1975, bis 2025 der weltweite Süßwasserbedarf verdoppelt haben. „Dabei haben schon heute rund 1 Mrd. Menschen keinen Zugang zu sauberem Wasser“, verweist R. Bent auf den Status quo.
Die ZVEI-Technologie-Roadmap 2020+ geht davon aus, dass allein für Asien der Investitionsbedarf in den nächsten 25 Jahren im Bereich Wasser und Abwasserentsorgung bei rund 16 Billionen US-$ liegt. „Ein nicht unerheblicher Teil dieses Marktvolumens entfällt auf die Mess-, Regelungs- und Kommunikationstechnik, also auf Produkte und Systeme der Automation“, sieht der Automatisierer Potenziale für Hersteller. Zur Verdeutlichung: In China wird aktuell jede Woche ein neues Klärwerk angeschlossen. Aber auch in den entwickelten Regionen müssen viele der Kläranlagen und Wassersysteme dringend erneuert werden.
Die Roadmap zeigt weiter auf, dass aufgrund schlechter und veralteter Versorgungssysteme derzeit nahezu 50 % des weltweit gewonnenen Trinkwassers ungenutzt verloren gehen. „Automatisierungstechnische Lösungen können durch Überwachung der Leitungsnetze, zum Beispiel durch Überwachungsroboter, hier zu erheblichen Verbesserungen führen“, nennt R. Bent weitere Automatisierungspotenziale.
71 % der Oberfläche unseres Planeten sind mit Wasser bedeckt. Allerdings sind nur ca. 3,5 % davon Süßwasser und somit als Trinkwasser nutzbar. Wird künftig mehr Trinkwasser benötigt, kann dies über Meerwasser-Entsalzungsanlagen bereitgestellt werden. Gemessen an heutigen Anlagen ist für diese zukünftig jedoch eine weitere Entwicklung der Technologie und neuer Verfahren erforderlich, basierend auf Lösungen und Produkten der Automation. „Moderne Meerwasser-Entsalzungsverfahren benötigen eine umfassende Anlagensteuerung und -regelung“, weiß R. Bent. Die zur Entsalzung benötigte Energie sollte seiner Meinung nach zudem aus regenerativen Quellen gewonnen werden. „Überwachung und Vernetzung der Anlagen setzen auf kommunikationstechnische Strukturen“, sagt er weiter. Als Rückschluss zu den Megacitys fügt er an: „Die Trinkwassergewinnung aus Abwasser ist gerade für die wachsenden Megacitys eine wichtige Ressource. Auch hier setzen Automatisierungstechnologien an, um die Anlagen wirtschaftlich und effektiv zu betreiben und die Qualität des Wassers sicherzustellen.“
Die Urbanisierung bringt aber nicht nur bezogen auf die Wasserversorgung große Herausforderungen mit sich, sondern auch in puncto Mobilität. Es ist ein massiver Ausbau von Bahn- und U-Bahn-Systemen erforderlich. „Überwachungstechnologien, Kommunikationstechnik, Leittechnik und Energieeffizienz-Konzepte für Transportsysteme werden benötigt“, nennt der Geschäftsführer einige To-do‘s. Dabei ist er außerdem überzeugt: „Die Elektromobilität als einer der globalen Megatrends wird zu einem Paradigmenwechsel im Fahrzeugbau führen.“ Damit einher gehen neue Konzepte für die Ladeinfrastruktur und die informationstechnische Einbindung in Abrechnungssysteme. „Will man eine Überlastung der Netze in Spitzenzeiten durch zu hohe Ladekapazitäten vermeiden, dann folgt auch aus diesem Grund die Notwendigkeit von Smart Grids.“ Außerdem geht er davon aus, dass der steigende Bedarf an Energiespeichern neue Werkstoffe und neue automatisierte Produktionsverfahren mit sich bringen wird.
Automation und gesellschaftliche Verantwortung
Wirtschaftliche Einsparpotenziale in der industriellen Produktion bis 2020
Neben dem ZVEI hat sich auch die VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) in einer aktuellen Studie „Automation 2020“ [5] der Bedeutung der Automation angenommen. In drei Leitthesen wird diese mit Bezug zur Zukunft und zur Gesellschaft dargelegt:
• Die Automation leistet einen wesentlichen Beitrag zur Lösung anstehender gesellschaftlicher Herausforderungen.
• Die Automation steht für Technik mit dem Menschen für den Menschen.
• Die Automation ist Leitdisziplin für die Entwicklung, Optimierung und Anwendung neuer Produkte, Verfahren und Technologien.
In der ersten These wird auch hier die Relevanz der Automation zur Lösung aktueller globaler Herausforderungen, wie der wachsenden Weltbevölkerung, dem Klimawandel und der Urbanisierung, beleuchtet. Die zweite These nimmt vorweg, dass Automation immer mehr zum Begleiter des täglichen Lebens wird. „Automation im täglichen Umfeld unserer Wohnumgebung bietet Antworten auf die Herausforderungen der Überalterung unserer Gesellschaft“, so R. Bent. „Schon heute hat die Automation im Gesundheitswesen Einzug gehalten. Außerdem werden in der Produktion zunehmend kooperierende Systeme aus Mensch und Automat Abläufe hoch flexibel und effizient gestalten und vor allen Dingen Arbeitsplätze gesundheitsschonender und sicherer ausgestalten“.
„Außerdem ist es die Automation, die uns zukünftig in die Lage versetzen wird, neue Verfahren und Prozesse, wie Mikro- und Nanotechnik, in industriellem Maßstab einzusetzen, um neue Produkte entstehen zu lassen, die uns ebenfalls helfen werden, die globalen Herausforderungen der Zukunft anzunehmen“, interpretiert R. Bent die dritte These. Im Detail ist damit gemeint, dass Automation dabei unterstützt, neue Werkstoffe zu entwickeln und herzustellen, die heutige limitierte Ressourcen ersetzen können. Neue automatisierte Produktionsverfahren werden es ermöglichen, dass Materialien für zum Beispiel Brennstoffzellen, Batterien, Solarmodule oder Entsalzungsanlagen preiswerter hergestellt werden können. „Die Automation als Leitdisziplin zu bezeichnen ist sicherlich ein hoher Anspruch, der aber, bei genauer Betrachtung der Relevanz und Dynamik, die Automatisierungstechnik in vielen anderen technischen Disziplinen auslöst, absolut gerechtfertigt ist“, ist der Experte überzeugt. „Gleichzeitig wird hierdurch aber auch klar, dass nicht nur die Automation als Industrie eine gesellschaftliche Verantwortung trägt, sondern dass es auch eine gesellschaftliche Verantwortung für den Erhalt der Automation als technologische Spitzenkompetenz in unserem Land gibt“, macht er weiter deutlich und konkretisiert: „Die Automatisierungstechnik ist also Teil der Lösung der Herausforderung der Zukunft und nicht ein Teil des Problems. Diese Tatsache muss in das Bewusstsein von Öffentlichkeit und Politik gebracht werden, sonst verspielen wir unsere heutigen Stärken und Chancen.“
Inge Hübner
Literaturhinweise
[1] ZVEI, Integrierte Technologie-Roadmap Automation 2020+: www.zvei.org/automation
[2] International Energy Agency „World Energy Outlook 2008“: www.worldenergyoutlook.org
[3] GreenTech Studie des Bundesumweltministeriums (GreenTech made in Germany 2.0 – Umwelttechnologie-Atlas für Deutschland): www.bmu.de/wirtschaft_und_umwelt/downloads/doc/43943.php
[4] ZVEI, „Mit Hightech für Umwelt und Klimaschutz“: www.zvei.org
[5] GMA, Automation 2020 – Bedeutung und Entwicklung der Automation bis zum Jahr 2020: www.vdi.de/41999.0.html.
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