Mit innovativer Mikroelektronik zu Klimaschutz und Energiewende
Die Internationale Energieagentur (IEA) hat 2021 ein Net Zero Szenario (NZE) berechnet, mit dem das 1,5-Grad-Ziel von Paris potenziell erreichbar ist. Zwei der zentralen Faktoren zur Erreichung dieses Ziels lauten Nachhaltigkeit und Effizienz.
Dabei geht es sowohl um Veränderungen in der Produktion als auch um die weitergehende Verarbeitung und Nutzung von Energie. Gravierende Veränderungen in diesen Bereichen sind somit der Schlüssel zur Abwendung der schlimmsten Auswirkungen des Klimawandels.
Trotz steigender Weltbevölkerung, wachsender Weltwirtschaft und fortschreitender Digitalisierung muss im Jahr 2050 laut IEA-Szenario die weltweite Energienachfrage insgesamt 8 % geringer ausfallen als heute.
Grundannahmen zur Welt von morgen
Das Pariser Klimaabkommen benennt das Ziel, den globalen Temperaturanstieg im Vergleich zum vorindustriellen Niveau auf 1,5 Grad zu begrenzen.
Um das 1,5-Grad-Ziel zu erreichen, muss die CO₂ -Emission laut UN bis 2030 um 45 % gesenkt und bis 2050 eine vollständige Klimaneutralität erzielt werden, d. h. Net Zero Emission.
Die Weltökonomie wird sich bis 2050 im Vergleich zu 2021 jedoch voraussichtlich verdoppelt haben.
Gleichzeitig werden 2050 rund 2 Milliarden mehr Menschen auf der Erde leben.
Die Zahl der im Internet der Dinge vernetzten Geräte wird sich bereits von 2020 bis 2030 weltweit voraussichtlich verdreifacht haben.
Der Energiebedarf der Server in deutschen Rechenzentren wird durch die höhere Nachfrage an Rechenleistung zwischen 2015 und 2025 um voraussichtlich 60 % steigen.
Stand 2020 steigt der Energieverbrauch der Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) insgesamt weiter an. Dabei senkt die IKT ihren Energiebedarf durch Energieeffizienz und sektorale Veränderungen, erhöht aber gleichzeitig die Energienachfrage, die eng mit einer zunehmenden Anzahl an IKT-Geräten verbunden ist.
Heutige Elektrofahrzeuge verbrauchen bereits 70 % weniger Energie und verursachen 66 % bis 69 % weniger CO₂-Emissionen (bezogen auf die gesamte Lebensspanne inkl. Produktion) im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen.
Welchen Einfluss kann Mikroelektronik auf das Net Zero Szenario haben?
Das Net Zero Szenario (NZE) zur Erreichung der Ziele des Pariser Klimaabkommens nennt drei zentrale Punkte, auf die die Mikroelektronik aktiv positiven Einfluss nehmen kann:
Größere Energieeffizienz – Absenkung des Energiebedarfs sowohl von als auch durch Elektronik:
Eine Einheit Energie muss zukünftig sehr viel mehr Nutzen für die Endanwendung bringen als heute. Hier liegen starke Einflussmöglichkeiten für die Mikroelektronik, denn sie hilft bei Effizienzsteigerungen in elektronischen Produkten und unterstützt Industrien bei der Prozessoptimierung, z. B. im Rahmen nachhaltiger Digitalisierung.
Das Net Zero Szenario geht beispielsweise davon aus, dass kontinuierliche FuE den durchschnittlichen Stromverbrauch eines großen Haushaltsgeräts zwischen 2030 und 2050 um 15 % verringert, die durchschnittliche LED-Effizienz soll zwischen 2030 und 2050 um weitere 20 % steigen.
Verhaltens- und Strukturanpassungen – relevante Beiträge zur Ressourceneinsparung
In der digitalisierten Welt mit einer steigenden Anzahl an elektronischen Geräten müssen wir noch sparsamer mit Ressourcen umgehen. Verhaltens- und Strukturanpassungen müssen im NZE für rund 10 % der Energieeinsparungen sorgen. Mikroelektronik kann durch eine kluge und nachhaltige Verwendung von Produkten, bei denen Recycling und Kreislaufwirtschaft von Anfang an mitgedacht werden, zur strukturellen Ressourceneinsparung beitragen.
Eine Handy-Nutzungsdauer von fünf Jahren (einschließlich eines Akkuwechsels) lässt die jährlichen Emissionen für das Mobiltelefon um ganze 31 % schrumpfen.
Nahezu emissionsfreie Energieproduktion – eine elementare Grundlage für das Net Zero Ziel im Jahr 2050
Emissionsfreie erneuerbare Energien bekommen in Zukunft einen immer größeren Stellenwert. Durch smarte Energiesysteme, wie z. B. intelligente Stromleitungen, Energiespeichersysteme oder gezielt eingesetztes Energy Harvesting, kann Mikroelektronik die Energieversorgung von morgen unterstützen.
Mit Hilfe von Mikroelektronik wird z. B. das immer wichtigere Freileitungsmonitoring vorangebracht. Sensoren sorgen hier u. a. für die Überwachung von Temperaturwechseln und Überlastungen und werden heute zum Teil bereits von autonomen Drohnen bei ihrer Analysearbeit unterstützt.
