Zukunftsvisionen der Europäischen Technologieplattform Photonics21

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1 Photonik: Fahrplan in eine leuchtende Zukunft Zukunftsvisionen der Europäischen Technologieplattform Photonics21 Dr. Frank Stietz Senior Vice President Forschung und Technologie, Carl ZEISS AG Board of Stakeholder Photonics21 Agenda Einleitung und Definition Photonik Einige Zahlen zur wirtschaftlichen Situation der europäischen Photonik Industrie Die europäische Technologieplattform Photonics 21 2

2 Photonik Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts Photonik ist die Synthese vieler verschiedener Disziplinen, die sich alle mit der optimalen Nutzung des Lichts beschäftigen: Optik, Materialwissenschaften, Elektrotechnik, Nanotechnologie, Physik, Chemie, Biologie und Medizin. Der Begriff Photonik wurde 1967 von dem französischen Wissenschaftler Pierre Aigrain geprägt: Photonics is the science of the harnessing of light. Photonics encompasses the generation of light, the detection of light, the management of light through guidance, manipulation, and amplification, and most importantly, its utilisation for the benefit of mankind. The term photonics was coined by the French scientist Pierre Aigrain in 1967 Photonik Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts Photonik ist die Schlüsseltechnologie für die Märkte des 21. Jahrhunderts, denn: In diesem Bereich werden zur Zeit die meisten neuen Produkte und Produktkomponenten entwickelt, die zu einer permanenten Verbesserung in der Anwendung führen (Laser) Viele wichtige europäische Industriezweige, wie z.b. Informations- und Kommunikationstechnologien, Beleuchtung, Biowissenschaften, Gesundheitswesen, Raumfahrt und Verteidigung aber auch der Transportsektor, die Automobilindustrie und die Verteidigungs-/Sicherheitsindustrie hängen stark von den Fortschritten und Entwicklungen im Bereich der Photonik ab. Wie die Nutzung des Elektrons die Entdeckungen des 20. Jahrhunderts geprägt hat, so wird die Nutzung des Photons die Entwicklungen im 21. Jahrhundert prägen.

3 Die Anwendungsbereiche von Photonik BIOWISSEN- SCHAFTEN GESUNDHEIT INFORMATIONS- TECHNOLOGIEN Kontaklinsen ENERGIE ELEKTRONISCHE GERÄTE Medizinische Laser High Through Put Screening Optische Maus Handykameras DVD-Player Mikro-Optik LED-Leuchten Overhead-Display INDUSTRIELLE FERTIGUNG Holographie Mikroskope 3-D Displays LICHT Flachbildschirme optische Lithographie Linsen, Spiegel Optical Interferometers Glasfaserkabel Digitalkameras Scanner Laser CD-Player KONTROLLE RAUMFAHRT & VERTEIDIGUNG AUTOMOBIL- INDUSTRIE Agenda Einleitung und Definition Einige Zahlen zur wirtschaftlichen Situation der europäischen Photonik Industrie Die europäische Technologieplattform Photonics 21 6

4 Photonik in Europa Economic impact Erste gesamtwirtschaftliche Analyse der Photonikindustrie in Europa. Erstellt von Photonics21 in Kooperation mit der Europäischen Kommission und Optech Consulting. Veröffentlichung Dezember 2007 Datenbasis aus 2005 Neuauflage voraussichtlich Beginn 2011 Photonik Weltmarkt: 270 Milliarden Diagram 2: Photonics World Market by Sector, 2008 Total: EUR 270 Billion Optische Komponente Verteidigung & Systeme 8% 6% Sonnenenergie 4% Measurement & automated vision 8% Medizintechnik & Biowissenschaften 8% Flachbildschirme 26% OPTECH CONSULTING - November 2009 Beleuchtung 8% Produktionstechnologien 6% Informationstechnologie 21% Optische Kommunikation 5% In den Jahren 2005 bis 2008 stieg der Weltmarkt in Photonics um 44 Mrd. Euro auf 270 Mrd. Euro, das entspricht einem Wachstum von 20 % und einem durchschnittlichen jährlichen Wachstum von 6,3 %

5 Vohersage für den Photonik-Weltmarkt Diagram 3: Photonik Weltmarkt, Prognose Optische Komponenten & Systeme Verteidigung Daten für den Verteidigungsmarkt nicht vorhanden Sonnenenergie Flachbildschirme Beleuchtung Informationstechnologie Optische Kommunikation Medizin & Biowissenschaften Messwesen & Automation Produktionstechnologien EUR Milliarden OPTECH CONSULTING - October ,3 % durchschnittliche jährliche Wachstumsrate Marktprognose 2015: 439 Millliarden Euro/ nahezu Verdopplung innerhalb von 6 Jahren Größte Wachstumssparte: Sonnenenergie/Photovoltaik (13,2%) gefolgt von Produktionstechnologien, Bildverarbeitung sowie Mess- und Kommunikationstechnik (9-10%) Photonik Produktionsvolumen in Europa Diagram 1: European Photonics Production by Sector, 2008 Total: EUR 55 Billion Optical components & systems Defence photonics 11% 12% Production technology 13% Measurement & automated vision 14% Solar energy 7% Flat panel displays 3% OPTECH CONSULTING - November 2009 Lighting 15% Information technology 5% Medical techn. & life science 13% Optical communications 7% Photonikindustrie beschäftigt Menschen in Europa Einnahmen der Photonikindustrie sind seit 2005 um 30 % auf 55 Milliarden (2008) gestiegen Photonik ist eine Exportindustrie; Beispiel Deutschland: 83 % der Wertschöpfung sind in Deutschland, aber 66 % des Umsatzes kommen von außerhalb.

6 Volumen der Weltproduktion nach Ländern Diagram 7: Photonics Production Volume by Country, 2009 Europe Other 4% The Netherlands 2% Italy 2% Total: EUR 270 Billion Japan 32% Taiwan 11% UK 2% France 2% Germany 7% Other (incl. China) 11% North America 15% Korea 12% Europe total: 19% OPTECH CONSULTING - November 2009 Asien hält 55 % des weltweiten Photonik Produktionsvolumen Europa hält 19 % des weltweiten Photonik Produktionsvolumen 5 europäische Länder sind für 15 % des europäischen Umsatzes im Photoniksektor verantwortlich Weltmarkt Anteil der europäischen Produktion pro Sektor Diagram 4: Photonik Weltmarkt und Europäisches Produktionsvolumen pro Sektor, 2005 Optische Komponenten & Systeme Verteidigung Sonnenenergie Flachbildschirme Beleuchtung Informationstechnologie Optische Kommunikation Medizin & Biowissenschaften Messtechnik & Automation OPTECH CONSULTING - October 2007 Produktionstechnologie Production Europe World Market EUR Billion Europa ist in fast allen Sektoren der Photonikindustrie gut vertreten Europa hat jedoch eine schwache Position in den umsatzstärksten Photoniksektoren: Flachbildschirme und Informationstechnologien (IT)

7 Bereiche mit starkem europäischen Marktanteil Die Europäische Photonik-Industrie ist zur Zeit in den folgenden Bereichen führend: Produktionstechnologie Weltmarktanteil bei fast 50 % optische Komponenten und Systeme Weltmarktanteil bei fast 40 % Halbleiterlicht, - Weltmarktanteil der europäische Unternehmen bei 35 % Solarenergie Weltmarktanteil bei über 30 % Medizintechnik und dem Gesundheitswesen Weltmarktanteil bei 30 % Nur gemeinsame europäische Anstrengungen tragen dazu bei, diese Position gegenüber der starken internationalen Konkurrenz weiter auszubauen und zu sichern. Ergebnis Photonik ist ein Milliarden Euro Markt mit zweistelligen Wachstumsraten Europa hat eine gute Ausgangssituation in vielen unterschiedlichen Photonik Sektoren Im Hinblick auf die steigende Konkurrenz aus Asien, muss die europäische Photonikindustrie noch stärker ihre Kräfte bündeln und die öffentlichen und privaten Investitionen in Forschung und Entwicklung auf nationaler und europäischer Ebene rationalisieren Den steigenden Mangel an Arbeitskräften zu begegnen ist eine der wichtigsten Herausforderungen der europäischen Photonikindustrie

8 Agenda Einleitung und Definition Einige Zahlen zur wirtschaftlichen Situation der europäischen Photonik Industrie Die europäische Technologieplattform Photonics Europäische Technologieplattform Photonics21 Die europäische Technologieplattform Photonics21 wurde 2005 gegründet mit dem Ziel, die europäischen Interessen und Know-how Ressourcen im Bereich Photonik gegen die starke Konkurrenz aus Asien und Nordamerika zu bündeln. die Marktführerschaft in den Photonikbereichen - Lasergestützte Produktionstechnologien - Photonikbasierte Komponenten und Systeme - Lebenswissenschaften und Gesundheit - Solaranergie und Beleuchtung zu sichern und weiter auszubauen.

9 Photonics21 Photonics21 vereint die Mehrzahl der führenden Photonikunternehmen und der wichtigsten Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen und deren Interessenvertreter innerhalb der Photonik- Wertschöpfungskette in Europa Photonics21 Mitglieder Photonics21 hat über Mitglieder aus 49 Ländern 90% der Mitglieder kommen aus Europa Ausgeglichene Mitgliederzahl zwischen (Industrie <--> Wissenschaften) KMU s bilden den größten Anteil der Mitglieder im Industriesektor Non European members from USA, China, Canada, Korea,...

10 Photonics21 - Arbeitsgruppen Zur Zeit besteht Photonics21 aus sieben Arbeitsgruppen: Vier der Arbeitsgruppen sind anwendungsorientiert, drei Arbeitsgruppen sind themenübergreifend Zukunftsvisionen Informations- und Kommunikationstechnologien Kommunikation wird immer umfangreicher und findet immer schneller statt und zwar überall und jederzeit! - Wirtschaftliche Netzwerke mit hoher Datenübertragungsgeschwindigkeit (40 Gbps/100 Gbps und mehr) - Flexible optische Netzwerke für noch schnelleren Datentransfer - Variable optische Komponenten für energieeffizientes Design - Neue Netzwerkarchitekturen für energiesparende und somit umweltschonende Datenübertragungen

11 Zukunftsvisionen Industrielle Fertigung und Qualitätssicherung Miniaturisierung der Produkte, kürzere Produktionszeiten, individuelle Anpassung, energiearme und CO2 reduzierende Produktionsmethoden unausweichlich. - hoch leistungsfähige Präzisionslaser für individualisierte Massenproduktion - flexibel an die einzelnen Produktionsschritte und -mengen anpassbar - kurze/keine Umrüstungszeiten - nahezu verschleißfrei - Laser für die Mikrobearbeitung mit kürzesten Pulsen - automatisierte, optische Kontrolle und Erfassung von Produkten - Lithographiesysteme (Waferstepper und scanner) für Strukturgrößen < 20 nm Ziel: Null-Fehler-Produktion Weitere Erschließung der Produktion durch Lasertechnologie (z.zt. erst 10 bis 20 % der Anwendungen erschlossen) Zukunftsvisionen Medizin und Gesundheitswesen Die Menschen werden immer älter. Angepasste, kosteneffiziente Diagnose- und Therapiemethoden sowie Hilfsmittel werden erforderlich. Krebs und andere tödliche Krankheiten müssen weiter erforscht und Lösungen erarbeitet werden. Präventivmedizin bekommt eine immer höhere Bedeutung. - Neuartige optische Diagnoseverfahren, die ohne chemische Marker Krankheiten in vivo detektieren können - Neue optische Marker z.b. für Krebs im Hinblick auf in vivo Detektion - (Femtosekunden) Lasersysteme für schone Therapie z.b. von Augenkrankheiten - Point of care Lösungen - Hochauflösende Mikroskopiesysteme für in vivo Untersuchung dynamischer Vorgänge in Zellen mit dem Ziel, Bausteine des Lebens zu erkennen, dynamische Abläufe zu beobachten und somit Entstehungen von Krankheiten zu verstehen und langfristig zu verhindern

12 Zukunftsvisionen Beleuchtung Unsere Zukunft ist grün. Energieeffizient heißt das Schlagwort. Der Einsatz von zahlbarem, energiearmen Licht ob in der Gebäudearchitektur, im Autobau, beim Einsatz von Sicherheitstechniken, im täglichen Leben ist das Motto der Zukunft, wobei die Ökobilanz zwischen Produktion und Einsparungspotential positiv sein muss 20 % der elektrischen Energie wird heute noch für Beleuchtung verbraucht. - LED s als Primärmaßnahme flächendeckend im öffentlichen wie privaten Bereich einführen - OLED s als z.zt. energieeffizientestes Leuchtmittel nachfolgend etablieren da: hohe Energieeffizienz, große Farbvielfalt, flexibel, großflächig, lange Lebensdauer Ziel: Erhöhung der Lichtausbeute von 200 Lumen/Watt und darüber hinaus bei gleichzeitiger Energieeinsparung Zukunftsvisionen Sicherheit, Meterologie und Sensoren Das Thema Sicherheit, zum Schutz der Bevölkerung, zur Prävention von Katastrophen, die Erforschung der klimatischen Bedingungen werden bei steigender Weltbevölkerung immer wichtiger. Die Mobilität bleibt unbegrenzt und somit auch das Problem überall, jederzeit ausreichend Schutz zu bieten. Einsatz von - kostengünstigen, sensiblen Sensoren - zur Überwachung von Personen, Umweltverschmutzungen, Verkehr - zum Sammeln und Abgleich biometrischer Daten - intelligenten, vernetzten Sensoren zur Vorbeugung von Naturkatastrophen (Tsunami Frühwarnysteme; Vulkanaktivitäten; Erdbebenvorhersage) - Miniatursensoren im Automobilbau zur Erhöhung der aktiven wie passiven Fahrsicherheit (DVE Driver s vision enhancement; Airbag Kontrolle; Müdigkeitssensoren, Antikollisionssensoren etc.)

13 Zukunftsvisionen Aus- und Weiterbildung Junge Menschen müssen schon früh an die Thematik Photonics herangeführt werden, durch Experimente im Kindergarten, der Grundschule und durch stärker praxisbezogenen Unterricht in den weiterführenden Schulen. - Einrichtung eigener Studiengänge im Bereich Photonik - Kooperationen zwischen Universitäten und Photonik-Unternehmen - Größeres Angebot von Betriebs- und Forschungspraktika - Schaffung von Forschungsanreizen für die Studierenden durch Förderpreise Europa auf dem Weg ins Photonzeitalter Europa hat bereits eine führende Rolle in den Bereichen: Lebenswissenschaften und Gesundheit Beleuchtung, Solarenergie, Produktionstechnologien Wenn wir die Kräfte bündeln und die Ausbildung im Bereich der Photonik weiter stärken können wir diese weiter ausbauen!

14 Das Photon - Motor des 21.Jahrhunderts Der Markt ist vorhanden. Es gilt, die Chance zu nutzen und das Zeitalter des Photons aktiv mitzugestalten. Das Photon - Motor des 21.Jahrhunderts Licht ist unsere Zukunft! Danke für Ihre Aufmerksamkeit!