Company

Wie Halbeiter die Dekarbonisierung voranbringen

Der steigende Energiebedarf, die Verknappung natürlicher Ressourcen und der Klimawandel erfordern einen verantwortungsvollen Umgang mit Energie. Das heißt auch, dass Erzeugung, Übertragung, Speicherung und Verbrauch maximal effizient werden. Halbleiterlösungen sind dabei unerlässlich. Sie seigern die Effizienz entlang der gesamten Energiekette.

Energie
Erneuerbare Energien
Artikel

Juli 11, 2025

Steigender Energieverbrauch, steigende CO2-Emissionen: Was ist die Lösung?

Im Jahr 2024 wurden weltweit noch nie dagewesene Temperaturen gemessen. Es wird das erste Jahr sein, in dem die Durchschnittstemperatur deutlich mehr als 1,5 °C über dem vorindustriellen Niveau liegt. Die Ergebnisse des aktuellen jährlichen Copernicus-Berichts1 sind alarmierend. Im Jahr 2024 wurden mehrere globale Rekorde gebrochen, sowohl für die Treibhausgaskonzentration als auch für die Luft- und Meeresoberflächentemperatur. Diese Entwicklungen trugen zu Extrem-Ereignissen wie Überschwemmungen, Hitzewellen und Waldbränden bei. Der Bericht unterstreicht die dringende Notwendigkeit, so schnell wie möglich Netto-Null-Emissionen zu erreichen. Die Welt ist jedoch immer noch stark von fossilen Brennstoffen abhängig, die den Klimawandel befeuern.

placeholder
placeholder
placeholder

 Während die Bevölkerung und die Industrie in einem noch nie dagewesenen Tempo wachsen, steigt der Energiebedarf kontinuierlich an. Daher werden die energiebedingten Kohlendioxidemissionen aus der Verbrennung und aus industriellen Prozessen nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) bis zum Jahr 2024 auf ein Rekordhoch von 37,8 Milliarden Tonnen ansteigen - trotz weltweiter Bemühungen um CO2-Reduktion. Der steigende Energieverbrauch auf der einen und der Klimawandel auf der anderen Seite stellen die Gesellschaften weltweit vor ein Dilemma.

Um diese Probleme zu lösen, müssen wir Energie klüger nutzen. 

Technologie für eine grünere Zukunft: Der Schlüssel zur Energie-Revolution

Wir befinden uns noch in der Anfangsphase der grünen Energiewende. Zwar haben sich Industrien wie Solar-, Wind- und Wasserkraft heute zu riesigen Produktionsbetrieben entwickelt, doch tragen sie laut IEA World Energy Outlook 2024 nur zu etwa 12 Prozent der weltweiten Energieversorgung bei. Dieser Anteil dürfte jedoch um bis zu 70 Prozent steigen, wenn wir das IEA-Szenario „Net Zero Emissions by 2050“ erreichen.

Die Bekämpfung des Klimawandels und die Verringerung der Kohlenstoffemissionen erfordern einen proaktiven und nicht einen reaktiven Ansatz. Hier kann die Technologie eine entscheidende Rolle spielen, indem sie dazu beiträgt, alle Stufen der Energieumwandlungskette zu optimieren: Erzeugung, Speicherung, Übertragung und Verbrauch. Vor allem die Mikroelektronik kann dafür sorgen, dass wir das Beste aus den erneuerbaren Energien herausholen, dass Energie mit einem Minimum an Verlusten gespeichert und übertragen wird und dass wir unseren Energieverbrauch mit effizienten Geräten und Maschinen senken können. Das Potenzial ist riesig!

Technologien für die grüne Energiewende

Die Halbleitertechnologie hat sich als Schlüsseltechnologie erwiesen, um die Herausforderungen des Klimawandels und der Ressourcenknappheit zu meistern. Halbleiterlösungen fördern den Durchbruch der grünen Energie und die Elektrifizierung verschiedener Branchen, darunter Industrie, Verkehr und Gebäude. Erneuerbare Energieanlagen sind auf Halbleiter angewiesen, um effizient zu arbeiten.

Wind turbine full view with blades and with view in nacelle
Wind turbine full view with blades and with view in nacelle
Wind turbine full view with blades and with view in nacelle

Halbleiter optimieren die elektrische Leistungsumwandlung und können so die Energieeffizienz maximieren. Dies führt zu einer Reduzierung von Abwärme und Kühlbedarf, was entsprechend auch die CO2-Emissionen senkt.

Eingesparte Energie ist produzierte Energie

Wo können Halbleiter dazu beitragen, CO2-Emissionen zu reduzieren und die Dekarbonisierung zu fördern? Da wären zunächst einmal die Bereiche Wind und Solar. Jeder Schritt der Energieumwandlung, z. B. die Umwandlung von Wind- oder Sonnenenergie in Wechselstrom für das Netz, führt zu einem gewissen Energieverlust, der als Wärme abgeführt wird. Moderne Halbleiter helfen, diese Umwandlungsverluste zu minimieren und die Energiemenge zu erhöhen, die aus diesen natürlichen Ressourcen gewonnen werden kann. 

placeholder
placeholder
placeholder

 Im Jahr 2023 wurden Infineon-Produkte in 2,9 Millionen neue Solar- und 18.600 Windkraftanlagen eingebaut, die eine Gesamtleistung von 210 GW an sauberer Energie ermöglichen. Dies entspricht einer Vermeidung von 225 Millionen Tonnen CO2-Emissionen pro Jahr.

Energiesparpotenzial in Rechenzentren

Das weltweite Datenvolumen wächst exponentiell, angetrieben durch rasante Fortschritte bei KI-Anwendungen. Das weltweite Datenvolumen wird bis 2027 schätzungsweise 291 Zettabytes erreichen wird (IDC Data Age Report 2025). Das Rückgrat dieser Entwicklung und unserer digitalen Gesellschaft sind Rechenzentren – von Unternehmensservern bis hin zu „KI-Fabriken“. Rechenzentren speichern, vernetzen und verarbeiten riesige Datenmengen. Gleichzeitig steigt ihr Energiebedarf rapide an. Laut IEA verbrauchen Rechenzentren rund 2 Prozent des weltweiten Gesamtstroms, das sind 460 TWh, was dem Energieverbrauch von rund 153 Millionen Haushalten entspricht. Bis zu 40 Prozent der Energie wird in der Regel allein für die Kühlung verbraucht. Darüber hinaus gehen in einem durchschnittlichen Rechenzentrum etwa 17 Prozent der Energie bei verschiedenen Energieumwandlungsschritten verloren. 

placeholder
placeholder
placeholder

Es besteht ein großer Bedarf an innovativen Energielösungen, die die Abwärme reduzieren und den Kühlungsbedarf minimieren. Hier kommen Leistungshalbleiter ins Spiel, insbesondere die neuesten Technologien wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN).

Diese Komponenten erhöhen die Energieeffizienz erheblich und optimieren jeden Schritt der Energieumwandlung – vom Stromnetz bis zu den Prozessoren. Dieser Ansatz trägt dazu bei, dass Betriebskosten gesenkt und gleichzeitig nachhaltiger gewirtschaftet wird. Durch die Verringerung des Kühlbedarfs können Betreiber Wasserressourcen schonen und die CO2-Emissionen erheblich reduzieren.

Durch die Kombination modernster Halbleiter von Infineon können Rechenzentren ihren Stromverbrauch drastisch senken:

energy saving potential data centers
energy saving potential data centers
energy saving potential data centers

Grüne intelligente Häuser – unterstützt von Sensorik

Es wird erwartet, dass die Anzahl der Smart Homes in diesem Jahr weltweit 500 Millionen erreichen wird. Das bringt zwar mehr Komfort, aber auch einen höheren Energieverbrauch mit sich. Um den Herausforderungen des Klimawandels zu begegnen, ist es von entscheidender Bedeutung, den Gesamtenergieverbrauch zu senken. Insbesondere durch intelligente Funktionalitäten. In Verbindung mit KI spielen hier Sensoren eine wichtige Rolle: Sie ermöglichen es vernetzten Geräten, ihre Umgebung zu verstehen und entsprechend zu reagieren – ein Konzept, das als „kontextbezogenes Bewusstsein“ bekannt ist.

placeholder
placeholder
placeholder
Hier zwei Beispiele, wie Sensoren unser Zuhause grüner machen könnten:
modern living room
modern living room
modern living room

Radarsensoren erkennen Anwesenheit, Position und Bewegung von Objekten. Dieses Prinzip macht sich der Samsung Frame TV zunutze. Der innovative Fernseher mit aufwändigen Bildschirmschoner besitzt einen eingebauten Radarsensor von Infineon. Dieser kann Personen im Raum erkennen, und schaltet den Kunstmodus ab, sobald niemand mehr in der Nähe ist. Das spart OLED-Lebensdauer und Energie. In ähnlicher Weise funktioniert dieses Prinzip der Bewegungs- oder Anwesenheitserkennung auch bei Beleuchtungssystemen, Thermostaten, Klimaanlagen oder Sicherheitskameras. Wenn wir davon ausgehen, dass es weltweit 500 Millionen intelligente Haushalte mit fünf intelligenten Geräten gibt und jedes Gerät im Durchschnitt 100 Wh pro Tag einspart, könnten wir den Energieverbrauch um jährlich 90 TWh reduzieren.

CO2 sensor open window
CO2 sensor open window
CO2 sensor open window

Ein weiteres Beispiel ist ein intelligentes Lüftungssystem mit einem Umweltsensor von Infineon, der die CO2-Konzentration anhand der Anzahl der Personen im Raum misst. Dementsprechend sorgt das Lüftungsgerät für eine Frischluftzufuhr, die genau auf den Bedarf abgestimmt ist. Eine solche Installation kann bis zu 54 Prozent Energie sparen, wie die Fachzeitschrift „Energy and Buildings“ (2020) beschreibt. Durch die Integration dieser Sensoren können Smart Homes den Energieverbrauch optimieren, die CO2-Emissionen reduzieren und die Nutzererfahrung sowie den Komfort erhöhen. 

Diese vielversprechenden Anwendungsfälle zeigen, wie Technologie grüne, effektive und intelligente Lösungen bietet. Die Mikroelektronik kann eine wichtige Rolle dabei spielen, unsere Klimaziele zu erreichen und den Weg in eine nachhaltige Zukunft zu ebnen.

Quellen:

[1] Copernicus (Januar 2025): Global Climate Highlights 2024