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© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Zukunftsprojekt ERDE – GeoUnion Alfred-Wegener-Stiftung
Stadt der Zukunft –MorgenstadtUniv.-Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dieter Spath
Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, StuttgartInstitut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement IAT, Universität Stuttgart
Berlin, 18. Oktober 2012
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 2
Warum Technologiemanagement für die Stadt von morgen?
…der Optimierung einzelner
Technologielinien…
…bedarfsorientiertem, integrierendem und multidisziplinären
Technologiemanagement.
Von… zu…Verkehr
Kommunikation
IntermodalerElektromobilität
MobilesInternet
Multi-Energy-Smart- Grid
Energie
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 3
Agenda
Das urbane ZeitalterGlobale und lokale Treiber für Veränderungen
Technologien im WandelHerausforderungen für die Städte der Zukunft
Städte von morgenAnsätze für zukunftsweisende Stadtprojekte
Zukunftsauftrag MorgenstadtFraunhofer-Forschung für die Städte von morgen
AusblickLebenswerte Städte für eine nachhaltige Gesellschaft
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 4
Globale Treiber im 21. JahrhundertWeiteres Bevölkerungswachstum und stark zunehmende Urbanisierung.
1750 20502000195019001850
Zeitalter1800
Frühe Industrialisierung Späte Industrialisierung Globalisierung Life Sciences
Quelle: UN population division
Stadt
Bevöl-kerung
Land
1 Mrd.
2 Mrd.
3 Mrd.
4 Mrd.
5 Mrd.
6 Mrd.
7 Mrd.
8 Mrd.
9 Mrd.
0 Mrd.
Anstieg der Weltbevölkerung durch Wachstum um 2,3 Mrd. auf 9,2 Mrd. Menschen bis 2050.
Landbevölkerung wird erstmals in der Geschichte der Menschheit ab 2015 wieder schrumpfen.
Zunehmende Urbanisierung durch Verdopplung der Stadtbevölkerung auf knapp 6,8 Mrd. (heute erst 50%).
Weltbevölkerung
Bereitstellung von Stadtraum fürweitere 3,4 Mrd. Menschen notwendig!
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 5
Globale Herausforderungen für die Städte der ZukunftGewichte zwischen den Märkten verschieben sich
Nordamerika2005: 267 Mio.2030: 347 Mio.
Süd-/ Mittelamerika2005: 434 Mio.2030: 609 Mio.
Afrika2005: 374 Mio.2030: 742 Mio.
Ozeanien2005: 23 Mio.2030: 31 Mio.
Asien2005: 1.553 Mio.2030: 2.637 Mio.
+30 % +3 %
+100 %
+70 %
+34 %+ 40 %
Europa2005: 526 Mio.2030: 546 Mio.
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 6
20001950 20502010 2020 2030 20401960 1970 1980 1990
1 Mrd.
2 Mrd.
3 Mrd.
4 Mrd.
5 Mrd.
6 Mrd.
7 Mrd.
8 Mrd.
9 Mrd.
Gesamtbevölkerung
Stadtbevölkerung
An
zah
l Men
sch
en
Quellen: UN population division, 2009 Database
Landbevölkerung
Erde
20001950 20502010 2020 2030 20401960 1970 1980 1990
10 Mil.
20 Mil.
30 Mil.
40 Mil.
50 Mil.
60 Mil.
70 Mil.
80 Mil.
90 Mil.
An
zah
l Men
sch
en
Quellen: UN population division, 2009 Database
Landbevölkerung
Deutschland
Stadtbevölkerung
Gesamt
In 2050 werden 6.3 Milliarden Menschen in Städten leben, fast doppelt so viele wie heute
Städte sind ressourceneffizienter als ihr Umland und verbrauchen weniger Energie/Kopf
Deutschland erfüllt dabei Vorbildfunktion als hochurbanisierte Wissensgesellschaft
global
Deutschland als hochurbanisiertes »Living Lab« für nachhaltige Entwicklung
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 7
Landkarte des Wandels für Städte in DeutschlandTransformation und größere Umbaugrade werden notwendig.
* Werte arithmetisch ermittelt Quelle: statista
Wohlstandsbedürfnis Neue Konsummuster Neue Lebensstile
Demografischer Wandel Gender Diversity Kulturelle Vielfalt
Steigende Mobilität Globale Logistik Wandel zur Elektromobilität
Steigender Energieverbrauch Umbau der Energieversorgung Elektrische Welt
Wissensökonomie Flexible Arbeitswelten Work-Life-Balance
Wunsch nach Beteiligung Zunehmende Interaktion Partizipationsprozesse
Herausforderung für die Forschung
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Agenda
Das urbane ZeitalterGlobale und lokale Treiber für Veränderungen
Technologien im WandelHerausforderungen für die Städte der Zukunft
Städte von morgenAnsätze für zukunftsweisende Stadtprojekte
Zukunftsauftrag MorgenstadtFraunhofer-Forschung für die Städte von morgen
AusblickLebenswerte Städte für eine nachhaltige Gesellschaft
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 9
Verkehrsinfarkt, Staus Unfälle, Gefahren
Eingeschränkte Lebensqualitätund Komfort
Eingeschränkte Nachhaltigkeit, Ökologie und Gesundheit
Verkehrsbedingte Belastungen als HerausforderungVerbesserung der urbanen Lebensqualität ist notwendig.
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 10
Positive Urbanität
Lebenswerte Stadt
Perspektiven für die Städte in der Zukunft Stadt und Region als attraktiver Lebensraum für alle Nutzer.
Verkehr, Mensch und Stadt / Gebäudein positiver Interaktion
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Megatrend Nachhaltigkeit:Die Energiewende in Deutschland – Chancen nutzen
Ausstieg aus der Kernkraft bis 2022 Umbau der Energiewirtschaft
Push der regenerativen Energien Gigantisches Infrastrukturprojekt
»Die Welt schaut auf Deutschland. Die Chance ist jetzt da! Wenn nicht wir, wer sonst?«
Eckpunkte deutscher Energiepolitik:
Bis 2020: - 40% CO2-Emission,- 20% Primärenergieverbrauch,2% Sanierungsrate für Gebäude
Bis 2050: - 80% CO2-Emission,- 50% Primärenergieverbrauch,100% Stromerzeugung ausregenerativen Energien
Bis 2022 oder früher Ausstieg aus der Kernkraft
Bis 2014: 3,4 Mrd. Euro für Energieforschung
Prioritäre Bereiche: Erneuerbare Energien, Energieeffizienz, Energiespeicher, Netztechnologien
Eckpunkte der Energiewende:
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Megatrend Transformation zur Elektrischen Welt:Vernetzung der Energiesysteme im Smart Energy Grid.
Entwicklung von vernetzten Konzepten für nachhaltige Städte und nachhaltige Mobilität erfordern systemische Ansätze.
Neue Modelle zur Verteilung,
Speicherung und Nutzung von Energie
durch Elektromobilität
Erzeugen, Nutzen und Speichern
Erzeugen
Nutzen und Speichern
Erzeugen
Smart Grid
Smart City
E-MobilitySmart Home
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Megatrend Transformation Elektromobilität:Elektrifizierung des Antriebsstrangs kommt schnell.
Quellen: Communication Networks 2007/2010
BMW i8 und BMW i3
Nationale PlattformElektromobilität: Deutschland als Leitmarkt und
Leitanbieter
bis 2020: 1 Mio. Elektrofahrzeuge in Deutschland
Kritischer Erfolgsfaktor: Elektrowird Lifestyle
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Internet als Basis für weltweite Kooperation – Cloud Computing stellt wesentliche Ressourcen bereit
Weltweit 4 Milliarden Internetteilnehmer bis 2015. Ubiquität von Information durch mobile Zugangswege (bis 2015 Wachstum von heute 800 Mio. mobile Internetzugänge auf 1,5 Mrd.)
Verknüpfung von Cyberspace und realer Welt durch RFID, Kameras, GPS
Starkes Wachstum in Social Media und Edutainment-Anwendungen
Megatrend mobiles Internet:Allgegenwärtiges Netz schafft neue Netzwerke.
Das Internet wird zur 5. Gewalt im Staat, durchdringt alle Lebensbereiche und wird für die Menschen, Unternehmen und Gesellschaft omnipräsent.
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 15
MärkteEnergie Bauen Mobilität ArbeitenInformation
Kommunikation
Ubiquitär/Echtzeit
HochmobileWissensgesellschaft
System Stadt
Produkt Kunde
IndividualisiertePlusenergiehäuser
Standardisierung
Nachhaltigevernetzte Mobilität
Individual-mobilität
Dezentralisierte Systeme
ZentralisierteSysteme
Industrialisierung Linear/strukturiert
In allen Bereichen entstehen neue Systeme und Lösungen.Wir befinden uns in einem Technologiesprung, der alle Lebensbereiche verändert.
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 16
Prozesse in der StadtBerücksichtigung der Vielfalt aller Prozesse ist erfolgsentscheidend.
Entspannen Transport Wohnen
Fortbewegung Parken Einkaufen Spielen
Arbeiten Warten Spazieren gehen Kommunikation
Instandhaltung
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Vernetzte Stadtsysteme in der Smart CityLeben und Arbeiten sind die Treiber für die Stadt von morgen.
Service und Dienstleistung
Sicherheit
Politik und Verwaltung
GesundheitBildung
Kommunikation/IT
Mensch undLebensweise
UrbaneProduktion
Ernährung/Well-being
Umwelt undRessourcen
Transport und Logistik
Energie-/Ressourcen-infrastruktur
Gebäude und Wohnen
Mobilitätund Verkehr
Konvergenz der Stadtsysteme
Stadtraum/ -struktur
Leben und Arbeiten
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Agenda
Das urbane ZeitalterGlobale und lokale Treiber für Veränderungen
Technologien im WandelHerausforderungen für die Städte der Zukunft
Städte von morgenAnsätze für zukunftsweisende Stadtprojekte
Zukunftsauftrag MorgenstadtFraunhofer-Forschung für die Städte von morgen
AusblickLebenswerte Städte für eine nachhaltige Gesellschaft
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Der Investitionsbedarf für Städte in Zukunft ist gewaltig.Allein in urbane Infrastrukturen werden bis 2030 geschätzt 350 Billionen US$1 investiert.
Masdar CityTjianjin Eco-City Songdo IBDTreasure Island
Dockside Green Incheon Eco-City
KAEC
Kitayushu EcoModel City
LingangNew City
New AbujaKACST
MorelandMelbourne
z.B. in China: ~221 Mrd. US$z.B. in Indien:~90 Mrd. US$
z.B. in Saudi-Arabien:~27 Mrd. US$
1 Quelle: „Reinventing the city“, Booz & Company, 2011
Lösungen für zukunftsfähige und nachhaltige Städte sind der Markt der Zukunft.
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 20
Ansätze für zukunftsweisende StadtprojekteEuropa legt Fokus auf innovativen StadtUMbau
Living PlanIT Paredes
InnovationCity Ruhr
AppeldoornBerlin-TXL+
SamsöMalmöNordhaven
Växjö
SmartCity Trondheim
Low2No Jätkäsaari
Royal Seaport StockholmGreen City Oslo
Olympia Garmisch 2018T-City Friedrichshafen
Hot City Luxemburg
BEDZED London
Sønderborg
Vatikan-Stadt
Smart Santander
Nachhaltigkeit
Energieeffizienz
Smart City
Hammarby Sjöstad
Entwicklungsfokus:
Beispiele für Stadtentwicklungsprojekte mit Fokus Nachhaltigkeit, Energieeffizient und Smart City:
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Wachsende Transparenz durch Stadtrankings…
… nach Kreativitätz.B. Studie zu kreativen Städten, Roland Berger
… nach Nachhaltigkeitz.B. European Green City, Siemens
… nach ‚Smartness‘ z.B. European Smart Cities Ranking, ESC Initiative
… nach Lebensqualitätz.B. Cities by Quality of Living Ranking, Mercer
…nach Nahverkehrsqualitätz.B. Nahverkehrsstudie Europa, ADAC
Welche Maßnahmen müssen Städte heute ergreifen, um zukunftsfähig zu bleiben?
Städte im globalen WettbewerbStädte konkurrieren heute um Einwohner, Ideen und Kapital.
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 22
Herausforderungen für die Städte der Zukunft Integrierte Prozesse schaffen Mehrwert für die Nutzer.
+
Stadt Fahrzeug Stadtfahrzeug
»E-Mobilie«
ÖPNV Fahrzeug
+
Gebäude Elektrofahrzeug
+
Mobilitätssystem
Bildquelle: Wirtschaftswoche, 2011
Ein McKinsey Gutachten von 2010 zeigt auf, dass in den kommenden Jahren unter anderem im Bereich Nachhaltige Mobilität ein überdurchschnittliches, dauerhaftes Wachstumspotenzial zu erwarten ist.
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 23
Systemansatz für integrierte MobilitätssystemeNachhaltige Mobilität erfordert eine systemische Perspektive.
Nachhaltige urbane Mobilität
Mensch und Nutzer
Vernetzung
Verkehr
Steuerung
Energie
ÜbermorgenHeute
Entwicklung von Verkehrsmitteln
Entwicklung von Mobilitätssystemen für Städte
Verkehrsmittel-Perspektive
System-PerspektiveDie Innovationen von morgen
Anforderungen und Partizipation
Integration von Verkehrsdaten und Schaffung von Schnittstellen
Fahrzeuge und Betreibermodelle
Finanzierungs- und Regulationsinstrumente
Leistungsfähige und stadt-integrierte Ladeinfrastruktur
Nach
halt
ige M
ob
ilit
ät
Morgen
Fahrzeug
Antrieb
Leichtbau
Effizienz
Bedarf
Nahmobilität
Bahn/ÖPNV
Rad
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Herausforderung ist die Innovationsgeschwindigkeit.Schnelllebige Technologien kollidieren mit langfristigen Infrastrukturen.
Veränderungsgeschwindigkeit in Jahren
Stadtstruktur
0 10 20 30 40 50 100 …
Fassaden (Gebäude)
Verkehrsstraßen
AutomobilIUK-Technologien
Konstruktion (Gebäude)
Abwasserinfrastruktur
Gebäudetechnik (Gebäude)
Tech
nis
che
Syst
eme
in S
täd
ten
Sanierung~2,4% * Aus-/Neubau~1% * Umbau ~0,5% *
Verkehrsstraßen StadtstrukturNeuzulassungen~6%Wachstum ~39% *
Kommunikation Automobil Gebäude
*) Zahlen bezogen auf Deutschland 2010
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Agenda
Das urbane ZeitalterGlobale und lokale Treiber für Veränderungen
Technologien im WandelHerausforderungen für die Städte der Zukunft
Städte von morgenAnsätze für zukunftsweisende Stadtprojekte
Zukunftsauftrag MorgenstadtFraunhofer-Forschung für die Städte von morgen
AusblickLebenswerte Städte für eine nachhaltige Gesellschaft
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Fraunhofer-Initiative Morgenstadt
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 27
Fraunhofer-Initiative »Morgenstadt«Systemlösungen für Visionen von morgen
Ganzheitlicher Ansatz
Kritische Masse
erreichen
Bündelung der Forschungs-kapazitäten
Abbildung ganzer Wertschöpfungs-
ketten
Herausforderungen: Initiierung und Koordination Faire Aufgaben- und ErtragsverteilungMix aus öffentlichem, wirtschaftlichem und wissenschaftl. Zukunftsauftrag
Systemforschung
Hohe Aufmerksamkeit im Außenraum
Abbildung aller Facetten
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 28
Dezentrale und zentrale EnergieEnergie emissionsfrei erzeugen + speichern
Mobilität VerkehrMultimodale Mobilitätssysteme
PlanenBauenGebäude als klima-aktive Kraftwerke
Produktion LogistikUrbane Produktionund Versorgung
Information KommunikationIKT-Plattformen für Smart Cities
Urbane Prozesse OrganisationKollaborativeEntscheidungsprozesse
Sicherheit SchutzResiliente Gebäude und Infrastrukturen
Konvergenz der StadtsystemeStadtintegration und Technologiemanagement
Fraunhofer-Initiative »Morgenstadt«Herausforderungen und Forschungsfelder
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Fraunhofer-Initiative »Morgenstadt«Forschung für nachhaltige, lebenswerte und wandlungsfähige Städte der Zukunft
Morgenstadt als eines der zentralen Zukunftsprojekte im Aktionsplan der Hightech-Strategie 2020 der Bundesregierung
Zehn Fraunhofer-Institute haben zur Unterstützung des Zukunftsprojekts die Fraunhofer-Initiative Morgenstadt ins Leben gerufen mit ersten Pionierprojekten:
Konzept für eine offene Systemforschung Morgenstadt Grundlagenpapier für Forschung
Foresight-Prozess zur Morgenstadt Zukunftsszenarien
Innovationsnetzwerk Morgenstadt: City Insights Globale Best-Practice-Analysen
Morgenstadt-Umsetzungsprojekte Leuchttürme für die Morgenstadt
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 30
Ziel der systemischen Vernetzung von Forschungsfeldern der Morgenstadt
MobilitätVerkehr
UrbaneProzesse
EnergieRessourcenProduktion
LogistikBauenGebäude
Schnittstellen
Akteure
Prozesse
Geschäftsmodelle
Technologien
Schnittstellen
AkteureProzesse
Geschäftsmodelle
Technologien
Schnittstellen
AkteureProzesse
Geschäftsmodelle
Technologien
Schnittstellen
Akteure
Prozesse
Geschäftsmodelle
Technologien
Schnittstellen
Akteure Prozesse
Geschäftsmodelle
Technologien
Prozesse
Technologien
Geschäftsmodelle
Schnittstellen
Akteure
Schnittstellen
AkteureProzesse
Geschäftsmodelle
Technologien
SystemkonvergenzTechnologiemanagement
InformationKommunikation
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 31
Woran Fraunhofer unter anderem gerade forscht…
ResilienteInfrastrukturen
Plusenergiewohnen + Elektromobilität
DienstleistungenSmartphone-Apps
IT-Werkzeuge fürGebäude-/Stadtplanung
HybrideStadtspeicher
oo
+ -
+ -
+ -
Virtuelle Kraftwerke
Urban MiningRessourceneffizienz
Energiespeicher-technologien
Urbane Mobilitäts-konzepte
Smart CitiesOpen Data
Wasserstofferzeugung
Logistiklösungen
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 32
Agenda
Das urbane ZeitalterGlobale und lokale Treiber für Veränderungen
Technologien im WandelHerausforderungen für die Städte der Zukunft
Städte von morgenAnsätze für zukunftsweisende Stadtprojekte
Zukunftsauftrag MorgenstadtFraunhofer-Forschung für die Städte von morgen
AusblickLebenswerte Städte für eine nachhaltige Gesellschaft
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 33
Fraunhofer-Vision für die Städte von morgen
Qu
elle
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w.b
ig.d
k
Vision
»Morgenstadt«
Umwelt
Städte, die nahezu keine CO2-Emissionenmehr erzeugen.
Lebensqualität
Städte, die höchste Lebensqualität für alle Bewohner bieten.
Smart City
Städte, die alle ihre Potenziale/Stadtsysteme intelligent vernetzen.
Energie
Städte, die in hohem Maße energieeffizientsind.
Klimawandel
Städte, die sehr flexibel an klimatische Folge-effekte anpassbar sind.
Ressourcen
Städte, die hochgradig ressourceneffektivsind.
Gesellschaft
Städte, die Ausdruck einer post-fossilen Gesellschaft sind.
E-Mobilität
Städte, die Nährboden für den Wandel zur Elektromobilität sind.
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 34
Was ist der nächste Schritt für die Stadt von morgen? Entwicklung von Leitbildern und Zielvorstellungen für zukunfts-weisende Stadtkonzepte.
heute
Mobilität…
Leben…
sozial
ökonomisch ökologisch
Nachhaltige Stadt von morgenArbeiten…
Zielstellung:Lebensqualität
Kommunikation
Elektromobilität
Intelligente Umgebungen
WissensarbeitGebäude und Bauprozesse
Demografische Prozesse
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 35
Ein Ziel: Leuchttürme schaffen für Innovationstransfer…Fraunhofer-Forschung für Gebäude und Städte der Zukunft
Umsetzungsprojekte mit Fraunhofer-Beteiligung
ISE - Freiburg IAO – Bonn (Konzept) IAO – Riad IAO – Böblingen/Sindelfingen
IAO - Stuttgart Allianz BAU - Berlin Fraunhofer – inHaus² IAO – Stuttgart-Fellbach
Fraunhofer – Masdar City IAO – Hafencity Hamburg IAO – gatelands Berlin IAO – Freiburg
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 36
Die Umsetzung nachhaltiger und lebenswerter Städte ist eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts.Deutschland kann dabei eine globale Vorreiterrolle einnehmen.
Für nachhaltige Stadtentwicklung bedarf es langfristiger Leitbilder und Forschungsziele.Stadt als Anwendungsfeld für Technologiemanagement in Zukunft
Fraunhofer forscht dafür bereits an Technologien, Prozessen und Lösungen für die Städte von morgen.Ziel ist die Bündelung dieser Kompetenzen in einer Systemforschung.
Fazit
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 37
Was wir brauchen, ist der Sprung in einneues Zeitalter nachhaltiger Städte…
© B
jark
e In
gel
s G
rou
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»Die reinste Form des Wahnsinns ist es, alles beim Alten zu lassen und gleichzeitig zu hoffen, dass sich etwas ändert.« Albert Einstein
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 38
„Die Zukunft is halt a nimmer des was amal war.“
Karl Valentin(1882 - 1942)