Stadt der Zukunft – MorgenstadtHerausforderungen für die Städte der Zukunft Städte von morgen...

© 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


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


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!


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.


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

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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


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


Agenda







Verkehrsinfarkt, Staus Unfälle, Gefahren

Eingeschränkte Lebensqualitätund Komfort

Eingeschränkte Nachhaltigkeit, Ökologie und Gesundheit

Verkehrsbedingte Belastungen als HerausforderungVerbesserung der urbanen Lebensqualität ist notwendig.


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


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:


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


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


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.


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.


Prozesse in der StadtBerücksichtigung der Vielfalt aller Prozesse ist erfolgsentscheidend.

Entspannen Transport Wohnen

Fortbewegung Parken Einkaufen Spielen

Arbeiten Warten Spazieren gehen Kommunikation

Instandhaltung


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


Agenda







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.


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:


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.


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.


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

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ät

Morgen

Fahrzeug

Antrieb

Leichtbau

Effizienz

Bedarf

Nahmobilität

Bahn/ÖPNV

Rad


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


Agenda






© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart

Fraunhofer-Initiative Morgenstadt


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


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


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


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


Woran Fraunhofer unter anderem gerade forscht…

ResilienteInfrastrukturen

Plusenergiewohnen + Elektromobilität

DienstleistungenSmartphone-Apps

IT-Werkzeuge fürGebäude-/Stadtplanung

HybrideStadtspeicher

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+ -

+ -

+ -

Virtuelle Kraftwerke

Urban MiningRessourceneffizienz

Energiespeicher-technologien

Urbane Mobilitäts-konzepte

Smart CitiesOpen Data

Wasserstofferzeugung

Logistiklösungen


Agenda







Fraunhofer-Vision für die Städte von morgen

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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.


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


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


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


Was wir brauchen, ist der Sprung in einneues Zeitalter nachhaltiger Städte…

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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


„Die Zukunft is halt a nimmer des was amal war.“

Karl Valentin(1882 - 1942)

Date post:	26-Jul-2020
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