Stadt der Zukunft Morgenstadt

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1 Zukunftsprojekt ERDE GeoUnion Alfred-Wegener-Stiftung Stadt der Zukunft Morgenstadt Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dieter Spath Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement IAT, Universität Stuttgart Berlin, 18. Oktober 2012 Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart

2 Warum Technologiemanagement für die Stadt von morgen? Von zu Verkehr Energie Intermodaler Elektromobilität Multi-Energy- Smart- Grid Kommunikation Mobiles Internet der Optimierung einzelner Technologielinien bedarfsorientiertem, integrierendem und multidisziplinären Technologiemanagement. Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 2

3 Agenda Das urbane Zeitalter Globale und lokale Treiber für Veränderungen Technologien im Wandel Herausforderungen für die Städte der Zukunft Städte von morgen Ansätze für zukunftsweisende Stadtprojekte Zukunftsauftrag Morgenstadt Fraunhofer-Forschung für die Städte von morgen Ausblick Lebenswerte Städte für eine nachhaltige Gesellschaft Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 3

4 Globale Treiber im 21. Jahrhundert Weiteres Bevölkerungswachstum und stark zunehmende Urbanisierung. Bevölkerung 9 Mrd. 8 Mrd. 7 Mrd. 6 Mrd. 5 Mrd. 4 Mrd. Anstieg der Weltbevölkerung durch Wachstum um 2,3 Mrd. auf 9,2 Mrd. Menschen bis 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 Stadt 3 Mrd. 2 Mrd. Bereitstellung von Stadtraum für weitere 3,4 Mrd. Menschen notwendig! Land 1 Mrd. 0 Mrd. Zeitalter Quelle: UN population division Frühe Industrialisierung Späte Industrialisierung Globalisierung Life Sciences Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 4

5 Globale Herausforderungen für die Städte der Zukunft Gewichte zwischen den Märkten verschieben sich Europa 2005: 526 Mio. 2030: 546 Mio. Nordamerika 2005: 267 Mio. 2030: 347 Mio. Asien 2005: Mio. 2030: Mio. +70 % +3 % +30 % Süd-/ Mittelamerika 2005: 434 Mio. 2030: 609 Mio. Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart +100 % + 40 % Afrika 2005: 374 Mio. 2030: 742 Mio % Ozeanien 2005: 23 Mio. 2030: 31 Mio.

6 Deutschland als hochurbanisiertes»living Lab«für nachhaltige Entwicklung 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 Anzahl Menschen 9 Mrd. 8 Mrd. 7 Mrd. global Erde Gesamtbevölkerung Anzahl Menschen 90 Mil. 80 Mil. 70 Mil. Deutschland Gesamt 6 Mrd. 5 Mrd. 60 Mil. 50 Mil. Stadtbevölkerung 4 Mrd. Stadtbevölkerung 40 Mil. 3 Mrd. 2 Mrd. Landbevölkerung 30 Mil. 20 Mil. Landbevölkerung 1 Mrd. Quellen: UN population division, 2009 Database Mil. Quellen: UN population division, 2009 Database Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 6

7 Landkarte des Wandels für Städte in Deutschland Transformation und größere Umbaugrade werden notwendig. Wohlstandsbedürfnis Neue Konsummuster Neue Lebensstile Wunsch nach Beteiligung Zunehmende Interaktion Partizipationsprozesse Wissensökonomie Flexible Arbeitswelten Work-Life-Balance Demografischer Wandel Gender Diversity Kulturelle Vielfalt Steigender Energieverbrauch Umbau der Energieversorgung Elektrische Welt Steigende Mobilität Globale Logistik Wandel zur Elektromobilität * Werte arithmetisch ermittelt Quelle: statista Herausforderung für die Forschung Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 7

8 Agenda Das urbane Zeitalter Globale und lokale Treiber für Veränderungen Technologien im Wandel Herausforderungen für die Städte der Zukunft Städte von morgen Ansätze für zukunftsweisende Stadtprojekte Zukunftsauftrag Morgenstadt Fraunhofer-Forschung für die Städte von morgen Ausblick Lebenswerte Städte für eine nachhaltige Gesellschaft Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 8

9 Verkehrsbedingte Belastungen als Herausforderung Verbesserung der urbanen Lebensqualität ist notwendig. Verkehrsinfarkt, Staus Unfälle, Gefahren Eingeschränkte Nachhaltigkeit, Ökologie und Gesundheit Eingeschränkte Lebensqualität und Komfort Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 9

10 Perspektiven für die Städte in der Zukunft Stadt und Region als attraktiver Lebensraum für alle Nutzer. Lebenswerte Stadt Verkehr, Mensch und Stadt / Gebäude in positiver Interaktion Positive Urbanität Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 10

11 Megatrend Nachhaltigkeit: Die Energiewende in Deutschland Chancen nutzen Ausstieg aus der Kernkraft bis 2022 Umbau der Energiewirtschaft»Die Welt schaut auf Deutschland. Die Chance ist jetzt da! Wenn nicht wir, wer sonst?«push der regenerativen Energien Gigantisches Infrastrukturprojekt Eckpunkte deutscher Energiepolitik: Bis 2020: - 40% CO 2 -Emission, - 20% Primärenergieverbrauch, 2% Sanierungsrate für Gebäude Bis 2050: - 80% CO 2 -Emission, - 50% Primärenergieverbrauch, 100% Stromerzeugung aus regenerativen Energien Eckpunkte der Energiewende: Bis 2022 oder früher Ausstieg aus der Kernkraft Bis 2014: 3,4 Mrd. Euro für Energieforschung Prioritäre Bereiche: Erneuerbare Energien, Energieeffizienz, Energiespeicher, Netztechnologien Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 11

12 Megatrend Transformation zur Elektrischen Welt: Vernetzung der Energiesysteme im Smart Energy Grid. Erzeugen Smart Grid Erzeugen Smart Home Neue Modelle zur Verteilung, Speicherung und Nutzung von Energie durch Elektromobilität E-Mobility Nutzen und Speichern Erzeugen, Nutzen und Speichern Smart City Entwicklung von vernetzten Konzepten für nachhaltige Städte und nachhaltige Mobilität erfordern systemische Ansätze. Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 12

13 Megatrend Transformation Elektromobilität: Elektrifizierung des Antriebsstrangs kommt schnell. Nationale Plattform Elektromobilität: Deutschland als Leitmarkt und Leitanbieter bis 2020: 1 Mio. Elektrofahrzeuge in Deutschland Kritischer Erfolgsfaktor: Elektro wird Lifestyle BMW i8 und BMW i3 Quellen: Communication Networks 2007/2010 Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 13

14 Megatrend mobiles Internet: Allgegenwärtiges Netz schafft neue Netzwerke. Internet als Basis für weltweite Kooperation Cloud Computing stellt wesentliche Ressourcen bereit Weltweit 4 Milliarden Internetteilnehmer bis 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 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 14

15 In allen Bereichen entstehen neue Systeme und Lösungen. Wir befinden uns in einem Technologiesprung, der alle Lebensbereiche verändert. Energie Bauen Mobilität Arbeiten Information Kommunikation Märkte Zentralisierte Systeme Standardisierung Individualmobilität Industrialisierung Linear/ strukturiert Produkt Kunde Dezentralisierte Systeme Individualisierte Plusenergiehäuser Nachhaltige vernetzte Mobilität Hochmobile Wissensgesellschaft Ubiquitär/ Echtzeit System Stadt Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 15

16 Prozesse in der Stadt Berücksichtigung der Vielfalt aller Prozesse ist erfolgsentscheidend. Fortbewegung Parken Einkaufen Spielen Arbeiten Warten Spazieren gehen Kommunikation Entspannen Transport Instandhaltung Wohnen Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 16

17 Vernetzte Stadtsysteme in der Smart City Leben und Arbeiten sind die Treiber für die Stadt von morgen. Ernährung/ Well-being Kommunikation/IT Politik und Verwaltung Stadtraum/ -struktur Mensch und Lebensweise Leben und Arbeiten Mobilität und Verkehr Transport und Logistik Urbane Produktion Gebäude und Wohnen Sicherheit Umwelt und Ressourcen Konvergenz der Stadtsysteme Service und Dienstleistung Bildung Energie-/Ressourceninfrastruktur Gesundheit Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 17

18 Agenda Das urbane Zeitalter Globale und lokale Treiber für Veränderungen Technologien im Wandel Herausforderungen für die Städte der Zukunft Städte von morgen Ansätze für zukunftsweisende Stadtprojekte Zukunftsauftrag Morgenstadt Fraunhofer-Forschung für die Städte von morgen Ausblick Lebenswerte Städte für eine nachhaltige Gesellschaft Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 18

19 Der Investitionsbedarf für Städte in Zukunft ist gewaltig. Allein in urbane Infrastrukturen werden bis 2030 geschätzt 350 Billionen US$1 investiert. Lösungen für zukunftsfähige und nachhaltige Städte sind der Markt der Zukunft. Dockside Green Treasure Island KAEC KACST Incheon Eco-City Tjianjin Eco-City Masdar City Kitayushu Eco Model City Songdo IBD Lingang New City New Abuja Moreland Melbourne z.b. in Saudi-Arabien: z.b. in Indien: ~27 Mrd. US$ ~90 Mrd. US$ 1 Quelle: Reinventing the city, Booz & Company, 2011 Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 19 z.b. in China: ~221 Mrd. US$

20 Ansätze für zukunftsweisende Stadtprojekte Europa legt Fokus auf innovativen StadtUMbau Beispiele für Stadtentwicklungsprojekte mit Fokus Nachhaltigkeit, Energieeffizient und Smart City: SmartCity Trondheim Green City Oslo Växjö Nordhaven Sønderborg Appeldoorn BEDZED London InnovationCity Ruhr Smart Santander Living PlanIT Paredes Vatikan-Stadt Low2No Jätkäsaari Royal Seaport Stockholm Hammarby Sjöstad Malmö Samsö Berlin-TXL+ Hot City Luxemburg Olympia Garmisch 2018 T-City Friedrichshafen Entwicklungsfokus: Nachhaltigkeit Energieeffizienz Smart City Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 20

21 Städte im globalen Wettbewerb Städte konkurrieren heute um Einwohner, Ideen und Kapital. Wachsende Transparenz durch Stadtrankings nach Kreativität z.b. Studie zu kreativen Städten, Roland Berger nach Nachhaltigkeit z.b. European Green City, Siemens nach Smartness z.b. European Smart Cities Ranking, ESC Initiative nach Lebensqualität z.b. Cities by Quality of Living Ranking, Mercer nach Nahverkehrsqualität z.b. Nahverkehrsstudie Europa, ADAC Welche Maßnahmen müssen Städte heute ergreifen, um zukunftsfähig zu bleiben? Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 21

22 Herausforderungen für die Städte der Zukunft Integrierte Prozesse schaffen Mehrwert für die Nutzer. ÖPNV + Fahrzeug Mobilitätssystem 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. + Stadt Fahrzeug Stadtfahrzeug + Gebäude Elektrofahrzeug»E-Mobilie«Bildquelle: Wirtschaftswoche, 2011 Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 22

23 Systemansatz für integrierte Mobilitätssysteme Nachhaltige Mobilität erfordert eine systemische Perspektive. Verkehrsmittel- Perspektive Die Innovationen von morgen System-Perspektive Antrieb Leichtbau Effizienz Bedarf Bahn/ÖPNV Fahrzeug Nahmobilität Rad Nachhaltige Mobilität Anforderungen und Partizipation Fahrzeuge und Betreibermodelle Leistungsfähige und stadt-integrierte Ladeinfrastruktur Integration von Verkehrsdaten und Schaffung von Schnittstellen Finanzierungs- und Regulationsinstrumente Mensch und Nutzer Verkehr Energie Vernetzung Steuerung Nachhaltige urbane Mobilität Entwicklung von Verkehrsmitteln Entwicklung von Mobilitätssystemen für Städte Heute Morgen Übermorgen Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 23

24 Herausforderung ist die Innovationsgeschwindigkeit. Schnelllebige Technologien kollidieren mit langfristigen Infrastrukturen. Kommunikation Automobil Gebäude Verkehrsstraßen Stadtstruktur Wachstum ~39% * Neuzulassungen~6% Sanierung~2,4% * Aus-/Neubau~1% * Umbau ~0,5% * Technische Systeme in Städten IUK-Technologien Automobil Gebäudetechnik (Gebäude) Fassaden (Gebäude) Konstruktion (Gebäude) Verkehrsstraßen Abwasserinfrastruktur Stadtstruktur Veränderungsgeschwindigkeit in Jahren *) Zahlen bezogen auf Deutschland 2010 Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 24

25 Agenda Das urbane Zeitalter Globale und lokale Treiber für Veränderungen Technologien im Wandel Herausforderungen für die Städte der Zukunft Städte von morgen Ansätze für zukunftsweisende Stadtprojekte Zukunftsauftrag Morgenstadt Fraunhofer-Forschung für die Städte von morgen Ausblick Lebenswerte Städte für eine nachhaltige Gesellschaft Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 25

26 Fraunhofer-Initiative Morgenstadt Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart

27 Fraunhofer-Initiative»Morgenstadt«Systemlösungen für Visionen von morgen Ganzheitlicher Ansatz Abbildung ganzer Wertschöpfungsketten Abbildung aller Facetten Systemforschung Bündelung der Forschungskapazitäten Kritische Masse erreichen Hohe Aufmerksamkeit im Außenraum Herausforderungen: Initiierung und Koordination Faire Aufgaben- und Ertragsverteilung Mix aus öffentlichem, wirtschaftlichem und wissenschaftl. Zukunftsauftrag Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 27

28 Fraunhofer-Initiative»Morgenstadt«Herausforderungen und Forschungsfelder Dezentrale und zentrale Energie Energie emissionsfrei erzeugen + speichern Mobilität Verkehr Multimodale Mobilitätssysteme Planen Bauen Gebäude als klimaaktive Kraftwerke Produktion Logistik Urbane Produktion und Versorgung Information Kommunikation IKT-Plattformen für Smart Cities Urbane Prozesse Organisation Kollaborative Entscheidungsprozesse Sicherheit Schutz Resiliente Gebäude und Infrastrukturen Konvergenz der Stadtsysteme Stadtintegration und Technologiemanagement Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 28

29 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 29

30 Ziel der systemischen Vernetzung von Forschungsfeldern der Morgenstadt Produktion Logistik Technologien Prozesse Schnittstellen Geschäftsmodelle Information Kommunikation Prozesse Technologien Akteure Akteure Geschäftsmodelle Technologien Akteure Schnittstellen Geschäftsmodelle Technologien Prozesse Schnittstellen Geschäftsmodelle Systemkonvergenz Akteure Prozesse Akteure Prozesse Energie Ressourcen Technologiemanagement Akteure Schnittstellen Bauen Gebäude Prozesse Geschäftsmodelle Technologien Mobilität Verkehr Akteure Geschäftsmodelle Schnittstellen Urbane Prozesse Schnittstellen Technologien Geschäftsmodelle Prozesse Schnittstellen Technologien Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 30

31 Woran Fraunhofer unter anderem gerade forscht Resiliente Infrastrukturen Dienstleistungen Smartphone-Apps Hybride Stadtspeicher Energiespeichertechnologien IT-Werkzeuge für Gebäude-/Stadtplanung + - oo Virtuelle Kraftwerke Plusenergiewohnen + Elektromobilität Wasserstofferzeugung Logistiklösungen Urban Mining Ressourceneffizienz Urbane Mobilitätskonzepte Smart Cities Open Data Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 31

32 Agenda Das urbane Zeitalter Globale und lokale Treiber für Veränderungen Technologien im Wandel Herausforderungen für die Städte der Zukunft Städte von morgen Ansätze für zukunftsweisende Stadtprojekte Zukunftsauftrag Morgenstadt Fraunhofer-Forschung für die Städte von morgen Ausblick Lebenswerte Städte für eine nachhaltige Gesellschaft Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 32

33 Fraunhofer-Vision für die Städte von morgen Umwelt Energie Ressourcen Städte, die nahezu keine CO 2 -Emissionen mehr erzeugen. Städte, die in hohem Maße energieeffizient sind. Städte, die hochgradig ressourceneffektiv sind. Lebensqualität Gesellschaft Städte, die höchste Lebensqualität für alle Bewohner bieten. Vision»Morgenstadt«Städte, die Ausdruck einer post-fossilen Gesellschaft sind. Smart City Städte, die alle ihre Potenziale/Stadtsysteme intelligent vernetzen. Klimawandel Städte, die sehr flexibel an klimatische Folgeeffekte anpassbar sind. E-Mobilität Städte, die Nährboden für den Wandel zur Elektromobilität sind. Quelle: Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 33

34 Was ist der nächste Schritt für die Stadt von morgen? Entwicklung von Leitbildern und Zielvorstellungen für zukunftsweisende Stadtkonzepte. Lebensqualität Wissensarbeit Gebäude und Bauprozesse Zielstellung: Kommunikation Elektromobilität Demografische Prozesse Intelligente Umgebungen Leben Arbeiten ökonomisch sozial Nachhaltige Stadt von morgen ökologisch Mobilität heute Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 34

35 Ein Ziel: Leuchttürme schaffen für Innovationstransfer Fraunhofer-Forschung für Gebäude und Städte der Zukunft 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 Umsetzungsprojekte mit Fraunhofer-Beteiligung Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 35

36 Fazit 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. Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 36

37 Was wir brauchen, ist der Sprung in ein neues Zeitalter nachhaltiger Städte»Die reinste Form des Wahnsinns ist es, alles beim Alten zu lassen und gleichzeitig zu hoffen, dass sich etwas ändert.«albert Einstein Bjarke Ingels Group Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 37

38 Die Zukunft is halt a nimmer des was amal war. Karl Valentin ( ) Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart 38