Morgenstadt City of the Future
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- Alexandra Michel
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1 Morgenstadt City of the Future Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Bauer Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement IAT der Universität Stuttgart Haltern am See, Römermuseum, 19. März 2015 Seite 1
2 Globale Treiber im 21. Jahrhundert Weiteres Bevölkerungswachstum und stark zunehmende Urbanisierung Bevölkerung 9 Mrd. 8 Mrd. 7 Mrd. 6 Mrd. 5 Mrd. 4 Mrd. 3 Mrd. 2 Mrd. Anstieg der Weltbevölkerung durch Wachstum um 2,4 Mrd. auf 9,6 Mrd. Menschen bis Landbevölkerung wird erstmals in der Geschichte der Menschheit ab 2015 wieder schrumpfen (2014: 3,4 Mrd., 2050: 3,2 Mrd.). Zunehmende Urbanisierung durch Anstieg der Stadtbevölkerung von aktuell ca. 3,9 Mrd. auf ca. 6,4 Mrd. bis 2050 (2014: 54%, 2050: 66%). Bereitstellung von Stadtraum für weitere 2,5 Mrd. Menschen notwendig! Weltbevölkerung Land Stadt 1 Mrd. 0 Mrd. Zeitalter Frühe Industrialisierung Späte Industrialisierung Globalisierung Life Sciences Quelle: UN population division, 2014 Seite 2
3 Deutschland als hochurbanisiertes»living Lab«Stadt-Land-Bevölkerungsentwicklung weist klare Tendenz auf Deutschland erfüllt eine Referenzfunktion als hochurbanisierte Wissensgesellschaft (Anteil der Stadtbevölkerung 2014: 75%, bis 2050: ca. 83%*). Fortschreitende Zuwanderung in Metropolregionen (v.a. Berlin, Bodensee, München) bei gleichzeitigem Einwohnerschwund in vielen ländlichen Regionen (v. a. Ostdeutschland, Bayerischer Wald, Harz, Pfalz) Veränderung der Bevölkerungszahl 2010 bis 2030 in Prozent 90 Mio. 80 Mio. Deutschland Gesamt 70 Mio. 60 Mio. 50 Mio. Stadtbevölkerung 40 Mio. 30 Mio. Landbevölkerung 20 Mio. 10 Mio. Quellen: UN population division, 2009 Database Quelle: Berlin-Institut für Bevölkerung und Entwicklung, 2014 *Quelle: Deutsche Stiftung Weltbevölkerung Hannover, 2014 Seite 3
4 Nachhaltigkeit als eine zentrale Herausforderung Radikale Innovationen bei Energie- und Ressourceneffizienz nötig Herausforderung für die Städte Starke Korrelation zwischen Urbanisierung, ökologischem Fußabdruck und Wohlstand. VAE Katar Für eine Entkopplung dieser Korrelation bedarf es nachhaltiger Systeme für Städte. 4,6 1 Russische Föderation Brasilien USA Deutschland Indien China Städte werden eine große Nachfrage nach nachhaltigen Lösungen entwickeln. Kongo (DR) Bangladesch Sustainable Development Quadrant 0,911 2 Education, Health, Income Quellen: 1 WWF, Living Planet Report 2012; 2 UNDP, Bericht über die menschliche Entwicklung 2014 Seite 4
5 Städte und Regionen als Anwendungsfelder Eine Vielzahl von Technologien und Methoden konvergieren Sicherheit Kommunikation IT Ressourcen Nachhaltigkeit Well-being Ernährung Politik und Verwaltung Gebäude Wohnen Mobilität Verkehr Mensch und Lebensweise Urbane Produktion Geschäftsmodelle regulatives Umfeld Konvergenz der Stadtsysteme Bildung Stadtraum/ -steuerung Energie-/Ressourceninfrastruktur Service und Dienstleistung Transport und Logistik Gesundheit Seite 5
6 Wie sich Innovationszyklen urbaner Systeme verändern Innovationsstudie des Fraunhofer IAO, 2014 Dauer in Jahren 1750 betrug der Innovationszyklus über 100 Jahre 2010 noch ca. 2 Jahre! Diffusion urbaner Innovationen lässt zunehmende Beschleunigung erkennen über Zeit Klassische Forschungs- und Umsetzungsstrategien greifen ggf. nicht mehr Zeit Seite 6
7 Die digitale Transformation von Gesellschaft und Wirtschaft Seite 7
8 Die treibenden Kräfte der Entwicklung Vernetzung Internet of Everything Cloud Sensoren Wireless and Mobile Beispiele Soziale Netze Industrie 4.0 Connected Devices/Cars Smart Home/Smart City/Smart Grids Smart Mobility/Smart Services Bildquelle: Werner Sobek Seite 8
9 Die treibenden Kräfte der Entwicklung Soziokulturelles Individualisierung Communities Interdisziplinarität Offene Systeme Diversity Work-Life-Integration Beispiele Social Communities Start-up Communities Business Portale Co-Working Co-Creation Telework Seite 9
10 Die treibenden Kräfte der Entwicklung Ökonomisches Digitale Geschäftsmodelle Open Innovation Sustainability Globale Wertschöpfung Sharing Economy Beispiele Collaboration Platforms Customer Experience Centers Bikesharing/Carsharing/Ridesharing Bildquelle: ubicentrex, Dassault Seite 10
11 Die treibenden Kräfte der Entwicklung Data Based Systems Autonomik Simulation Big Data Analytics Bio-Informatik (extreme learning machines) Selbstlernende Algorithmen Sensordatenintelligenz Beispiele Automatisiertes Fahren Selbstlernende Roboter Leichtbauroboter Sprach-/Gesichtserkennung Lab-on-Chip Drohnen Schwarmintelligenz: 500 Roboter formen»schraubenschlüssel«mensch-maschine-kooperation: Robo-Assistenten stürmen Fabriken Automatisierte Luftfracht: Dronenprototypen zu Lieferzwecken M. Rubenstein Harvard University Seite 11
12 Die 4. Industrielle Revolution Steigende Vernetzung in der Produktion und Einsatz neuer Technologien Echtzeit-Informationsaustausch durch neue Technologien Technologien für Industrie 4.0 Datenbrillen (z.b. Google Glass) Sensoren und Aktoren Eingebettete Steuerungen Die»vierte industrielle Revolution«wird angekündigt Informatisierung? 3.0 Automatisierung 2.0 Industrialisierung Cloud Computing 1.0 Mechanisierung Smartphones und Tablets RFID Chips IPv6 Data Analytics und Smart Data Ziele von Industrie 4.0 Individuelle Serienproduktion Verbesserte Produktivität Weniger Medienbrüche Neue Geschäftsmodelle Durchgängige Informationen Bessere Planqualität durch echtzeitnahe Daten Hohe Reaktionsfähigkeit Kürzere Durchlaufzeiten Seite 12
13 Urbane Produktion als Bestandteil der Morgenstadt Emissionsfreie Produktionsstätten erlauben die Reintegration und enge Verzahnung von Wohn- und Gewerbegebieten Unternehmen Flexibilisierung der Arbeit Verfügbarkeit von Arbeitskräften Markt- und Kunden- und Lieferantennähe Nähe zu Forschungs- und Technologiezentren Sozialisations- und direkte ökonomische Effekte Mitarbeiter Flexibilisierung der Arbeit Integration von Arbeit und Privatleben Kurze Wege zwischen Wohnung und Arbeitsstätte Teilzeitmodelle Entgrenzungsmodelle Städte Vereinbarkeit von Leben und Arbeiten Umsetzung funktionierender Mischgebiete Steigerung von Arbeitsplatz-, Bildungsangeboten und Steuereinnahmen Optimierung des Verkehrsaufkommens Optimierung der Energieversorgung und Reduktion von Emissionen Bürger Angebot an Arbeitsplätzen Wohn- und Lebensqualität Attraktives städtisches Umfeld Kurze Beschaffungswege Niedrige Immissionswerte Seite 13
14 Welche Rolle spielt die Stadt der Zukunft bei Forschung und Innovation für Deutschland? Deutschland kann Effizienztechnologie- und Umsetzungskompetenz kombinieren für die Morgenstadt... Chance 1 Deutschland als Leitmarkt Die Energiewende kann nur gelingen, wenn wir unsere Städte (Haushalte, Verkehr, Industrie, Gewerbe) ressourceneffizienter gestalten. + Chance 2 Deutschland als Leitanbieter Der weltweite Markt für urbane Infrastrukturen bzw. urbane Effizienztechnologien beträgt bis 2030 mehr als Milliarden US$. Quelle: Siemens, 2012»Das ist eine große Chance, gerade für Deutschland denn ihr seid gut bei solchen Sachen.«Sir Nicholas Stern, London School of Economics, spiegel-online, Seite 14
15 Die Morgenstadt-Initiative und relevante Aktivitäten Übersicht Maßnahmen mit Beteiligung von Fraunhofer Strategische Ebene Forschungsunion Wirtschaft-Wissenschaft FhG Fraunhofer-Initiative Morgenstadt Innovationsnetzwerk Morgenstadt: City Insights Morgenstadt: City Insights Phase II Bundesebene Nationale Plattform Zukunftsstadt der Bundesregierung Landesebene/Kommunen? Seite 15
16 Fraunhofer-Morgenstadt-Framework Ganzheitliche und systemische Sicht auf Stadtsysteme Morgenstadt Fraunhofer-Systemforschung Konvergenz der Stadtsysteme hin zu Nachhaltigkeit Wirtschaft/ Versorgung Energiesystem Mobilitätssystem Gebäude/ Bauen IKT Verwaltung/ Planung - Produktion - Konsum - Lebensstile - Erneuerbare Energien - Effizienz - Speicherung - Intermodalität - Automatisierung - Sharing - Plus-Energie - Flexible Nutzung - Bestandssanierung - Breitband - Mobile - Cloud - Big Data/ Open Data - E-Government - Participation - Financing - Flächennutzung Querschnittsthemen Innovationsmanagement Partizipation/ Beteiligung Finanzierung Sicherheit Smarte Vernetzung Demografische Entwicklung Digitalisierung Klimawandel Ressourcenverfügbarkeit Individualisierung Seite 16
17 Nationale Plattform Zukunftsstadt Nationale Plattform Zukunftsstadt Seite 17
18 Beteiligte Ministerien Nationale Plattform Zukunftsstadt Seite 18
19 Herausforderungen auf dem Weg zur Zukunftsstadt Das Klima schützen und Ressourcen schonen Die Städte an den Klimawandel anpassen Die Zukunftsstadtinitiative als ökonomische Chance begreifen Die Zukunftsstadt sozialverträglich gestalten Innovationsfähigkeit von Städten und städtischen Akteuren steigern Lebensqualität in der Wissensgesellschaft erhalten Nationale Plattform Zukunftsstadt Seite 19
20 Aufbau, Struktur und Akteure Geschäftsstelle Difu, FhG (Projektmanagement und wissenschaftl. Koordination) Städte/ Kommunen Arbeitskreis 1: Energie- und Ressourceneffizienz Lenkungsausschuss Ressorts (BMWF, BMUB, BMVI, BMWi) + Geschäftsstelle und Sprecher der Plattform Stakeholder-Forum Plattform für gesellschaftliche Akzeptanz/Transformation (ca. 35 Institutionen und Organisation als Treiber der Zukunftsstadt) Länder Wirtschaft Arbeitskreis 2: Forschung/ Wissenschaft Klima- Anpassung und Resilienz Versorger Verbände Arbeitskreis 3: Transformations- Management und Governance Sozialpartner NGO Arbeitskreis 4: Systemforschung Nationale Plattform Zukunftsstadt Seite 20
21 Nationale Plattform Zukunftsstadt Seite 21
22 Strategische Leitthemen (Auszug) 3.1 Gebäude Quartier Stadt Innovative Bauweisen, Gebäudekomponenten und Systeme, Marktfähigkeit innovativer Gebäudetechnologien, Integrale Quartierskonzepte 3.2 Energie, Ressourcen und technische Infrastruktursysteme Energieinfrastruktur, -Vernetzung und Management; Energieeffizienz; Energieund ressourceneffiziente Lösungen für die Siedlungswirtschaft 3.3 Resilienz und Klimaanpassung Resiliente Raum- und Infrastrukturen, Integrierte Analysen der Folgen des Klimawandels, Sektor- und Handlungsfeld übergreifende Anpassungsstrategien Nationale Plattform Zukunftsstadt Seite 22
23 Strategische Leitthemen (Auszug) 3.4 Sozio-kulturelle Qualität und urbane Gemeinschaft Governance, Soziale Innovationen, Urbane Teilhabe, Digitale Netzwerke, Reboundeffekte und Nutzerverhalten, Suffizienz-Strategien für urbane Lebensstile 3.5 Daten, Informationsgrundlagen und Wissensvermittlung Datenverfügbarkeit und -nutzung, Datenmodelle und Simulationen, Vermittlung von Kompetenzen und Bewusstseinsbildung 3.6 Schnittstellentechnologien für die Zukunftsstadt Lösungen zur selbstbestimmten Datennutzung, IKT-Plattformen, Sichere Betreibermodelle, Dienstleistungen/Produkte für Vernetzungstechnologien, Urbane Produktion Nationale Plattform Zukunftsstadt Seite 23
24 Strategische Leitthemen (Auszug) 3.7 Städtisches Transformationsmanagement Stärkung der Rolle der Kommunen, Einbindung von öffentlichen und nicht-öffentlichen Stakeholdern, Integrierte Stadt-/Quartiersentwicklungs- und Infrastrukturkonzepte 3.8 Energie-/ressourceneffiziente Mobilität und Warenströme Mobilitätsdaten nutzbar machen, Mobilitätssteuerung und Regulation, Ganzheitliche Mobilitätsketten (Prozessketten, Schnittstellen und Hubs) 3.9 Stadtökonomie für die Zukunftsstadt Kommunale Finanzierung, Bilanzierung und Bewertbarkeit kommunaler Werte, Neue kommunale Geschäfts- und Betreibermodelle, Urbane Wertschöpfung Nationale Plattform Zukunftsstadt Seite 24
25 Forschungsformate (Auszug) Innovative Wissenschaft-Praxis-Kooperationen Grundlagenforschung, Disziplinäre Forschung, Transdisziplinäre Verbundforschung Reallabore für Forschung und Umsetzung Pilotstädte, Reallabore für sozio-technische Innovation, urbane und planungsbezogene Experimentierfelder, Modellvorhaben international Prozessbegleitung Begleitforschung urbaner Transformation, Vernetzungsund Koordinierungsvorhaben, Leitstelle urbane Transformation Nationale Plattform Zukunftsstadt Seite 25
26 Agenda Prozess Vorstellung der Strategischen Forschungs- und Innovationsagenda am 19. Februar 2015 auf der Auftaktkonferenz zum Wissenschaftsjahr 2015 Ausblick: Zukunftsstadt -Wettbewerb 1. Phase: Eine ganzheitliche, nachhaltige Vision für die Kommune (2015) 2. Phase: Planungs- und Umsetzungskonzept für die Vision (2016/17) 3. Phase: Die Stadtvision in Reallaboren vor Ort verwirklichen (2018/19) Nationale Plattform Zukunftsstadt Seite 26
27 Auftakt für eine neue Stadtforschung Johanna Wanka am 19. Februar 2015:»Die CO 2 -neutrale, energieeffiziente Stadt ist eine Priorität unserer neuen Hightech-Strategie Auftakt ist der Wettbewerb Zukunftsstadt, damit werden 50 Städte unterstützt eine nachhaltige Vision zu entwickeln.«nationale Plattform Zukunftsstadt Seite 27
28 »ChargeLounge«Containermodul mit integrierter Ladezone, Lounge und Business Area ChargeLounge revolutioniert Ladevorgänge: 3x schnelleres Laden bei 50 KW Sämtliche Schnellladestandards an einer Station Gekoppelte attraktive Lounge und Business Area ChargeLounge revolutioniert die Installation: Containermodule ermöglichen einfache Installation (plug n play) Pufferbatterie gewährleistet Anbindung an Niederspannungsnetz ChargeLounge revolutioniert Preismodelle: Flatrate für Laden und Lounge, die durch den OEM subventioniert werden kann Seite 28
29 »ChargeLounge«Impressionen von der Hannover Messe 2014 Seite 29
30 Ganzheitliches Business-Carsharing der Zukunft SmartFleet SmartEnergy SmartTraffic Innovative, Cloud-basierte IKT-Lösung Ökologisch und wirtschaftlich ausgerichtete Betreiberkonzepte für Geschäfts- und öffentlichen Sektor Wir sind begeistert von der Möglichkeit hier ab dem STEP in die Stadt zu kommen. (Teilnehmer Stuttgart) Landeshauptstadt Magdeburg Einrichtung der öffentlichen Hand mit verteilten Dienstleisterorganisationen Modellregion Magdeburg Technologiepark mit ca. 120 Unternehmen (v.a. KMU) Institutszentrum Stuttgart mit 5 Fraunhofer-Instituten Modellregion Stuttgart Modellregion München Technologiepark mit ca. 80 KMU Seite 30
31 Schaufenster-Projekt»Stuttgart ServiceCard«Eine Karte für alles Mobilitätskarte für über Abokarten-Nutzer 500 Elektro-Smarts, 500 öffentliche Ladepunkte Vernetzung von Mobilitätsangeboten des VVS (Verkehrsverbund Stuttgart) und der SSB (Stuttgarter Straßenbahnen) Akteure aus Automobilindustrie, Politik, Energieversorgung und öffentlichem Verkehr arbeiten zusammen Seite 31
32 SLAM: Schnellladenetz für Achsen und Metropolen Aufbau der Ladesäulen durch Konsortium und Fonds-Modell Aufbau von Schnellladeinfrastruktur in Deutschland: Im Projekt werden 200 Ladesäulen durch die Projektpartner aufgebaut Parallel dazu sollen Investoren für weitere 200 Ladestationen gefunden werden Systemoffener Zugang für öffentliches Schnellladen in Anlehnung an die Schaufenster Entwicklung und Aufbau eines offenen Zugangs- und Abrechnungssystems Analyse, Optimierung und Umsetzung von Geschäfts- und Betreibermodellen Energiemanagement und Smart Grid Integration Seite 32
33 Video Morgenstadt Seite 33
34 Video Morgenstadt Seite 34
35 »The 19th century was a century of empires, the 20th century was a century of nation states. The 21st century will be a century of cities «Wellington E. Webb, früherer Bürgermeister von Denver, Colorado (* 1941) Seite 35
36 Kontakt Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Bauer Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Nobelstraße Stuttgart Tel: Fax: Seite 36
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