Klimaschutz durch nachhaltige Technologien

Der Klimawandel gilt als eine der größten Herausforderungen unserer Gesellschaft. Nur ein radikaler Kurswechsel beim Klimaschutz kann die bedrohliche Entwicklung stoppen. 2016 trat also ein Klimaschutzabkommen in Kraft, mit dem sich die Länder völkerrechtlich verbindlich verpflichteten, die globale Erwärmung auf maximal zwei Grad zu begrenzen.

Um dieses Ziel zu erreichen, sind laut Weltklimarat tiefgreifende Veränderungen bei der Stromerzeugung, der Fortbewegung, der Landwirtschaft, bei Industrieprozessen und der städtischen Infrastruktur notwendig. Effektiver Klimaschutz erfordert umweltfreundliche und nachhaltige Technologien.

Energieeffizienz und erneuerbare Energien

Ein Umdenken beim Klimaschutz steht und fällt mit einem Umdenken im Rahmen der Energiewende. Nur wenn wir von der Stromerzeugung bis zum Stromverbrauch nachhaltig und klimafreundlich handeln, Energie effizient einsetzen und mit Energie effizient umgehen, wird eine zukunftsfähige Energiewende gelingen. Dazu leistet Mikroelektronik einen entscheidenden Beitrag. Sie hilft die stetig wachsende Zahl der Bevölkerung effizient und umweltfreundlich mit Energie zu versorgen. Der stetig steigende Bedarf an elektrischer Energie kann zukünftig nicht mehr im selben Umfang aus fossilen Brennstoffen gedeckt werden. Erneuerbaren Energiequellen, die kein CO2 in die Umwelt abgeben, kommt daher eine immer größere Bedeutung zu. Ein Schlüssel liegt im Einsatz von Wind- und Photovoltaikkraftwerken.

Kohle-, Gas- und Atomkraftwerke verfügen über eine Dampfturbine, die thermische in mechanische Energie umwandelt. Diese wiederum treibt einen Generator an, der Strom erzeugt. Die Drehzahl der Dampfturbine wird dabei so geregelt, dass der erzeugte Strom an die Netzfrequenz angepasst wird. Nur so kann er in das Energienetz eingespeist werden. Da es bei Wind- und Photovoltaikkraftwerken keine Dampfturbine gibt und die Stärke von Wind bzw. Sonneneinstrahlung variieren, sind sogenannte Umrichter samt zahlreichen Leistungshalbleitern vonnöten, die eine konstante Generatorleistung sicherstellen. So kann Strom aus erneuerbaren Energien in das Netz eingespeist werden. Infineon engagiert sich in diesem Segment mit leistungselektronischen Systemen.

Elektromotoren bilden heutzutage das Herzstück zahlreicher Systeme im Rahmen zunehmender Automatisierung. Ob in Kränen, Förderbändern oder Robotern: Sie sind aus der heutigen Industrielandschaft nicht mehr wegzudenken. Entsprechend groß ist ihr Strombedarf. Elektromotoren benötigen schon jetzt mehr als 25 Prozent des weltweiten Strombedarfs. Hier liegt enormes Potenzial für Energieeinsparungen. Mit der elektronischen Steuerung der Drehzahl kann die Leistung eines Motors exakt an den aktuellen Bedarf angepasst werden – das senkt den Energieverbrauch. Für eine solche drehzahlgeregelte Motorsteuerung sind zahlreiche Leistungshalbleiter nötig. Hier unterstützt Infineon mit seinem Portfolio und der Expertise im Bereich moderner Halbleitersysteme.

Und das nicht nur in der Industrie. Auch im privaten Haushalt liegen Potenziale, Geräte sparsamer zu gestalten. Das Prinzip ist dabei ähnlich dem der industriellen Elektromotoren: Eine Motorsteuerung regelt die Drehzahl abhängig von der Auslastung und der benötigten Leistung. Im Geschirrspüler, der Waschmaschine oder dem Kühlschrank verbaute Sensoren messen Werte wie Temperatur, Feuchtigkeit oder Drehzahl des Motors. Auf Basis dieser Daten berechnet ein Mikrocontroller die optimale Drehzahl. Leistungshalbleiter als Schnittstelle zum Motor verstärken die Signale des Controllers. Das Ergebnis: Der Stromverbrauch im Haushalt sinkt signifikant.

Umweltfreundliche Mobilität

Ein Thema ist untrennbar mit einer klimafreundlichen, nachhaltigen Lebensweise verknüpft - die Mobilität. Wie sollten wir uns zukünftig fortbewegen? Das weltweite Bevölkerungswachstum und die fortschreitende Industrialisierung sorgen dafür, dass der Bedarf an Verkehrsmitteln jeglicher Art steigt. Immer mehr von uns wollen Flugzeug, Bahn oder Autos nutzen. Gleichzeitig muss die Automobilindustrie strenge Auflagen erfüllen, um den Schadstoffausstoß der Fahrzeuge zu senken. Eine Lösung: Autos mit Hybrid- und Elektroantrieb. Diese Fahrzeuge tragen dazu bei, dass unsere Fortbewegung zukünftig mit einer deutlichen Verringerung von Schadstoffemissionen möglich ist.

Elektrofahrzeuge sind nicht nur umweltfreundlicher, sondern auch weniger wartungsintensiv und reparaturanfällig. Es müssen weniger Ersatzteile ausgetauscht werden. Die Effizienz im Antriebsstrang ist bei Elektrofahrzeugen zudem viel höher. Liegt das Verhältnis zwischen zugeführter und nutzbarer Energie bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren bei maximal 45 Prozent, schafft ein Elektroantrieb bis zu 90 Prozent. Elektromobilität ist auch und vor allem im Bereich Nutzfahrzeuge ein wichtiger Baustein für die Fortbewegung von morgen. Elektrisch angetriebene Busse, LKW und Baufahrzeuge bedeuten deutlich weniger Abgase und weniger Lärm.

Smart Home, Smart City, Smart Car

Die Datenerfassung, Datenübertragung und -verarbeitung im Rahmen des Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) und Big Data sind weitere Aspekte auf dem Weg zu einer klimafreundlicheren Lebensweise. Das fängt in den eigenen vier Wänden an. Hier hilft IoT, das Zuhause in ein vernetztes Smart Home zu verwandeln. Damit können wir unser privates Energiemanagement optimieren. Energiefresser können aufgespürt und ersetzt werden, die vorausschauende Wartung von Waschmaschine und Geschirrspüler kann Störungen vorbeugen. Das setzt sich nach dem Verlassen der eigenen vier Wände in der Smart City fort.

Verkehrsdaten können dank Big Data in Echtzeit ausgewertet werden. Dadurch werden Staus früher erkannt und können einfacher vermieden werden, indem das vernetzte Fahrzeug autonom eine alternative Route nimmt. Auf der Suche nach einem freien Parkplatz wird weniger Energie verbraucht, weil autonome Fahrzeuge dank Vernetzung mit der Infrastruktur ohne Umwege den nächsten freie Parkmöglichkeit direkt ansteuern. Metropolen können ihre Infrastrukturen und Energiesysteme mit Hilfe von IoT und Big Data intelligenter und energieeffizienter gestalten. Das gilt nicht zuletzt für die Erzeugung, Speicherung und Verteilung von Energie.

Die Voraussetzung: Daten-Sicherheit

Um das Leben in der Zukunft mit Hilfe neuster Technologien klimafreundlich und nachhaltig gestalten zu können, müssen Mobilität, Industrie 4.0, Smart Home sowie die Kommunikation allgemein mit dem Internet verbunden und untereinander vernetzt sein. Die steigende Anzahl an Cyberangriffen auf solch vernetzte Infrastruktur macht deutlich, wie hoch die Notwendigkeit von Sicherheit in diesem Zusammenhang ist. Ein wirksamer Schutz von elektronischen Systemen gegen die Manipulation von Daten oder Cyberattacken ist wichtiger denn je. Die Identität der Person bzw. des Geräts, das eine Nachricht sendet, sollte authentisiert sein. Daten und Geräte sollten vor unautorisierter Veränderung geschützt werden (Integritätsschutz). Sensible Informationen sollten geheim bleiben und nur authentisierte Geräte oder Personen dürfen Klartext lesen. In Sicherheitslösungen von Infineon sind kryptographische Verfahren implementiert, die genau das ermöglichen und für unterschiedliche Applikationen optimiert sind. Die Bandbreite reicht dabei von Sicherheitschips für komplette IT-Infrastrukturen inklusive Server bis hin zu einzelnen Routern oder Tablets.

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