Der Klimawandel ist eine der größten Herausforderungen unserer Zeit. Seine Folgen sind bereits deutlich spürbar und erreichen uns schneller und dramatischer als erwartet. In immer kürzeren Abständen sehen wir Bilder von Waldbränden, Dürren und Überschwemmungen. In vielen Teilen der Welt verlieren Menschen ihre Lebensgrundlagen. Für die Bekämpfung des Klimawandels reicht es daher nicht aus, lokal zu handeln – wir müssen gleichzeitig verschiedene Wege gehen und die Route flexibel an eine sich schnell verändernde Welt anpassen. Auch bei Bosch nehmen wir uns dieser Aufgabe an und geben technische Antworten auf ökologische Fragen.
Das Leben besser machen
Das Ziel unserer Forschung ist genau das: Mit unseren Ideen und Innovationen das Leben der Menschen zu verbessern. Wir erforschen und entwickeln Technologien, die den CO2-Fußabdruck unserer Produkte kontinuierlich reduzieren und damit industrieweit Maßstäbe setzen können. Dadurch tragen wir auch zur Nachhaltigkeit der Produkte unserer Kunden bei. Zudem treiben wir insbesondere die Elektrifizierung von Mobilität und Gebäuden voran, arbeiten an der Etablierung einer Wasserstoffwirtschaft und erforschen den ressourcenschonenden Einsatz recycelbarer Materialien.
Wir entwickeln Konzepte für die Kreislaufwirtschaft und erforschen, wie Produkte und Services von der Idee über die Entwicklung, die Produktion und die Nutzung bis hin zu einem potentiellen „zweiten Leben“ so nachhaltig wie möglich gestaltet werden können. Diese Konzepte setzen wir auch in die Praxis um: Mit Hilfe virtueller Entwicklungsmethoden und KI-Algorithmen berechnen wir konkret, wie nachhaltig Produkte über ihren gesamten Lebenszyklus sein werden.
Um den Herausforderungen des Klimawandels und der Energiekrise zu begegnen, hilft uns Resilienz: die Fähigkeit, mit einer Welt im Wandel im Interesse von Mensch und Natur kreativ umzugehen. Dort, wo wir aus Veränderungen mehr Energie gewinnen können, als sie uns kosten, sind wir auf dem richtigen Weg.
Möglichmacher von morgen
Als Teil eines weltweit agierenden Technologieunternehmens nehmen wir in der Forschung verschiedene Bereiche in den Blick: Mobilität, Wohnen, Industrie und Energiewirtschaft.
Im Bereich der E-Mobilität entwickelt die Forschung die notwendigen technologischen Grundlagen für die Ausrichtung aller Fahrzeugtypen auf Nachhaltigkeit: von E-Bikes, über Motorräder, Pkw, Lkw bis hin zu Offroad-Fahrzeugen wie Baggern. Dabei befassen wir uns auch mit allen Wertschöpfungsstufen der Elektromobilität. Dazu gehören Halbleiterbauteile und Leistungselektronikkomponenten, elektrische Antriebe und Gesamtsysteme wie die Bosch-eAchse. So werden Antrieb, Leistungselektronik und Getriebe in einem Produkt integriert und unter Nachhaltigkeitsaspekten optimiert, beispielsweise durch den Einsatz alternativer, recycelbarer Werkstoffe. Wir stellen uns Fragen wie: Wird Kupfer der elektrische Leiter der Zukunft bleiben? Oder: Können Magnete aus Seltenen Erden durch nachhaltigere und besser verfügbare Materialien ersetzt werden? Daran arbeiten wir intensiv in Kooperationen mit weltweit führenden Forschungseinrichtungen.
Aber Elektromobilität bedeutet nicht nur Elektroantrieb. Neue Rahmenbedingungen wie weltweit reduzierte Maximalgeschwindigkeiten, autonome Fahrfunktionen sowie Kundenwünsche in Sachen Wartungsfreiheit stellen neue Anforderungen dar, bieten aber zugleich auch neue Chancen für Innovationen: Beim Elektrofahrzeug wachsen die Funktionen Antrieb, Bremsen und Lenken enger zusammen. Die E-Achse der Zukunft wird große Teile der Bremsfunktion übernehmen. Hydraulische Brems- und Lenksysteme können so durch „trockene By-Wire“-Produkte ersetzt werden. Deshalb arbeiten wir an neuen Brems- und Lenksystemen, die genau den Anforderungen von Elektrofahrzeugen entsprechen. Gleichzeitig forschen wir an neuen Materialien, die den CO2-Fußabdruck reduzieren.
Vielseitig: Wasserstoff
Die Transformation hin zur Elektromobilität bedeutet aber nicht nur, dass ein möglichst effizienter Antrieb entwickelt werden muss. Eine weitere wichtige Frage ist: Wie „grün“ ist eigentlich der Strom, der genutzt wird?
Wir sind der Meinung, dass chemische Energieträger für den Klimaschutz in Zukunft eine zentrale Rolle spielen werden. Deshalb haben wir unsere Forschungsaktivitäten im Bereich Wasserstoff stark intensiviert. Die Vorteile: In Form von Wasserstoff lässt sich klimaneutral gewonnene elektrische Energie gut speichern, lagern und leicht transportieren. Wenn die chemischen Energieträger aus nichtfossilen Quellen stammen, zum Beispiel grüner Wasserstoff aus der Elektrolyse von Wasser mit Strom aus erneuerbaren Quellen, kann die Elektrifizierung klimaneutral erfolgen.
Aufgrund der großen Bedeutung der Elektrolyse für den Klimaschutz hat Bosch 2022 ein neues Geschäftsfeld gegründet und investiert in den kommenden Jahren bis zu 500 Millionen Euro in die Technologie. Der Elektrolyse-Stack, in dem der elektrochemische Prozess abläuft, ist dabei der wichtigste Baustein. Erste Pilotanlagen sollen 2024 in Betrieb gehen. Die Bosch-Forschung hat in diesem Bereich seit 2012 Pionierarbeit geleistet und lässt ihre langjährige Expertise kontinuierlich in die Produktenwicklung einfließen.
Während bei der Elektrolyse aus Wasser Wasserstoff entsteht, wandeln stationäre oder mobile Brennstoffzellen Wasserstoff wieder in Elektrizität um. Brennstoffzellen können für die nachhaltige Energieversorgung in vielen Bereichen eingesetzt werden, wie in der Industrie, in Gebäuden als Ersatz für Erdgas- oder Ölheizungen sowie in Nutzfahrzeugen. Mobilität auf Basis von Brennstoffzellenantrieben verspricht aufgrund der hohen Energiedichte des Wasserstoffs große Reichweiten bei gleichzeitig kurzen Tankzeiten. Der Fokus unserer Entwicklung liegt derzeit darauf, mit der Proton-Exchange-Membrane-Technologie (PEM-Technologie) die Serienreife zu erreichen. Zudem optimieren wir die Effizienz der Brennstoffzellensysteme und suchen nach Lösungen für kostengünstigere und besser verfügbare Materialien.
Um Gebäude dezentral mit Energie zu versorgen, setzen wir auf stationäre Brennstoffzellensysteme. Die Solid-Oxide-Fuel-Cell-Technologie (SOFC-Technologie) ist auf den künftigen Betrieb mit Wasserstoff ausgelegt und bei Einsatz von grünem Wasserstoff klimaneutral. Das SOFC-System befindet sich aktuell in der Pilotierungsphase, kann heute bereits mit Erdgas oder Biomethan betrieben werden und emittiert dabei etwa zwei Drittel weniger CO2 als bei der Stromproduktion in Kohlekraftwerken ausgestoßen werden. Dabei erreicht es einen elektrischen Wirkungsgrad von rund 60 Prozent und einen Gesamtwirkungsgrad von 85 Prozent. Das macht SOFCs verglichen mit herkömmlichen Systemen, die auf Verbrennung fossiler Energieträger basieren, effizienter und umweltverträglicher.
CO2-freies Heizen
Elektrische Energie spielt auch bei der Dekarbonisierung von Häusern eine entscheidende Rolle. In Deutschland verursachen Gebäude rund 30 Prozent der Treibhausgasemissionen, insbesondere durch das Heizen. Derzeit gelten Wärmepumpen in Verbindung mit einer Photovoltaikanlage als ein geeigneter Weg, um die Energiewende im Heizungskeller voranzutreiben. In der neuesten Wärmepumpengeneration von Bosch setzt der Bereich Thermotechnik auf natürliche Kältemittel und einen besonders leisen Betrieb. Die Forschung trägt auch hier durch virtuelle Entwicklung und Regelungstechnik sowie mit maschinellem Lernen zu „intelligenteren“ Wärmepumpensystemen bei. Durch kompakteres Design des Kältekreises können Wärmepumpen zudem in Gebäuden mit begrenztem Bauraum eingesetzt werden.
Stichwort Sektorkopplung
Ein besonderes Merkmal der Forschung bei Bosch ist ihre interdisziplinäre Ausrichtung: Wir arbeiten eng zusammen, denken über Abteilungsgrenzen hinweg und schaffen Synergien, die erst durch unser breites Technologiespektrum möglich werden. Deshalb war uns von Anfang an klar: Intelligentes Energiemanagement für Gebäude schafft mehr als nur die Möglichkeit, CO2-frei zu heizen. Die Elektrifizierung von Mobilität und Gebäuden ermöglicht die Kopplung bisher getrennter Systeme. Elektroautos können als Energiespeicher verwendet werden, indem ihre Fahrzeugbatterien nachts die Wärmepumpe eines Gebäudes antreiben. Der gespeicherte Strom stammt in diesem Fall von einer Photovoltaikanlage und wurde tagsüber in die Fahrzeugbatterie geladen. Nachts fließt er in Form von Wärme in das Gebäude zurück. Um diese Kopplung zu ermöglichen, arbeiten wir an Smart-Charging-Lösungen, die Stromerzeugung, Ladesäulen und Elektronik im Fahrzeug vernetzen.
Dinge zu Ende denken
Neben der Arbeit an nachhaltigen Hightech-Innovationen unterstützt die Bosch-Forschung das Unternehmen dabei, Konzepte und Methoden der Kreislaufwirtschaft umzusetzen. Um beispielsweise die Klimabilanz von Produkten insgesamt zu verbessern, betrachten wir ihren gesamten Lebenszyklus. Hierbei werden Konzepte wie Eco Engineering und Eco Design eingesetzt.
Eco Engineering überprüft bereits während der Produktentwicklung anhand von Ökobilanzierungen (Life Cycle Assessments), wie nachhaltig ein Produkt sein wird. So lassen sich früh Aspekte des Gesamtlebenszyklus identifizieren, die das höchste Optimierungspotential aufweisen. Die Forschung entwickelt hierzu standardisierte Tools und Berechnungsmethoden für eine unternehmensweite Nutzung.
Eco Design nutzt die Ergebnisse der Eco Engineering-Analyse, um konkrete Entscheidungen zum Produktdesign zu treffen. Hierbei wird zum Beispiel auf Materialien gesetzt, die im Sinne von „Second Life“, „Refurbishing“, „Remanufacturing“ oder „Recycling“ wiederverwendet werden können. In manchen Fällen werden so instandgesetzte statt fabrikneue Tauschteile für Produkte genutzt.
Diese Konzepte führen oft zu Aktivitäten im Bereich des End-of-Life-Managements, für die Prozesse und Technologien erst noch erforscht und vorausentwickelt werden müssen.
Durch solche Maßnahmen kann nicht nur der CO2-Fußabdruck verringert werden, sondern auch Risiken in der Wertschöpfungskette, die aus Ressourcenknappheit oder geopolitischen Ursachen resultieren, können vermindert werden. Nachhaltige Denkansätze tragen somit zur Resilienz unseres gesamten Wirtschaftshandelns bei.
Dinge neu denken
Wissenschaftlich fundierte Szenarien zeigen, dass alle Bemühungen von Industrie und Staaten zur Reduzierung der CO2-Emissionen dennoch nicht ausreichen könnten, um die Erderwärmung bis zum Jahr 2050 auf 1,5 oder 2 Grad Celsius zu begrenzen. Daher müssen wir auch hier – Stichwort Resilienz – Lösungen für unterschiedliche Szenarien entwickeln. Eine Möglichkeit, um mit unvermeidbaren CO2-Emissionen umzugehen, wäre die Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre. Wir arbeiten deshalb intensiv an Technologien, um CO2 aus der Umgebungsluft abzuscheiden, und bewerten entsprechende Markteinstiegsszenarien. Auf diese Weise schaffen wir die Grundlagen, um das Klimagas künftig dauerhaft zu speichern oder es als Rohstoff für industrielle Prozesse nutzbar zu machen.
