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Spin-offs: Weltraumtechnik ganz bodenständig

Water treatment facility at the University of Kenitra campus, Morocco (c) Firmus

Eine Wasseraufbereitungsanlage in Marokko, die auf einer von der Europäischen Weltraumorganisation entwickelten Technologie basiert

Satelliten und andere Raumfahrttechnologien können uns nicht nur im Weltraum auf vielerlei Weise nützlich sein: Für ihre Innovationen gibt es hier unten auf der Erde noch viel mehr Anwendungen. Und Patente spielen häufig eine zentrale Rolle dabei, "Raketenwissenschaft" für uns greifbar zu machen.

Satelliten und die Erforschung des Weltraums - das ist echte High-Tech, das sind im wahrsten Sinne des Wortes "Raketenwissenschaften"! Von Anfang an haben viele dieser Weltraumtechnologien auch immer wieder Anwendungen auf ganz anderen Gebieten hervorgebracht - Anwendungen, die erhebliche Fortschritte für unser Leben hier auf der Erde bedeuten, man denke nur an technische Innovationen in der Medizin, an Solarzellen, Recyclingmethoden, Computertechnik oder Miniaturelektronik.

Materialien und Ausrüstung müssen so ausgelegt sein, dass sie auch in den rauen Umgebungsbedingungen des Weltalls funktionieren, wo häufig extreme Temperaturen herrschen oder sie extremem Druck ausgesetzt sind. Außerdem sind sie für den Einsatz in Situationen bestimmt, in denen Reparatur oder Austausch kaum möglich ist und bei denen das Nutzlastgewicht ein enormer Kostenfaktor ist. Dies führt dazu, dass bei vielen Eigenschaften wie Festigkeit, Haltbarkeit, geringes Gewicht, Effizienz, Zuverlässigkeit, Miniaturisierung oder Strahlenresistenz Spitzenwerte erreicht werden. Diese verbesserten Eigenschaften bieten sich dann häufig auch für neue Anwendungen auf der Erde an.

Spin-offs und Start-ups

Scanner (JPG)Dass Teflonbeschichtungen und Klettverschlüsse in den 1960er-Jahren im Zuge des Apollo-Weltraumprogramms der NASA entwickelt wurden, ist eine moderne Legende. Tatsache ist jedoch, dass die Verwendung dieser Technologien in diesem Zusammenhang weiterentwickelt und damit populär wurde. Im Rahmen von öffentlich finanzierten Raumfahrtprogrammen wird Grundlagenforschung betrieben, und es werden neue Technologien entwickelt. Einige davon werden bereits als solche patentiert, aber auch der innovative Einsatz in neuen Anwendungen oder Verfahren ist patentierbar.

Die kostenlos zugängliche Patentdatenbank Espacenet des EPA enthält fast 1 900 europäische Patentanmeldungen in der Kategorie Weltraumfahrzeuge und -ausrüstung und noch weitaus mehr für Produkte und Verfahren, die auf diesen Technologien basieren, aber in anderen Anwendungen auf der Erde eingesetzt werden. So beziehen sich beispielsweise nur knapp 10 % der fast 1 000 Patente, die die Europäische Weltraumorganisation (ESA) im Laufe der Jahre veröffentlicht hat, auf Weltraumfahrzeuge- und -ausrüstung.

Echte Spin-off-Anwendungen aus der Weltraumtechnologie sind z. B. die computergestützte Topografie (CAT) und die Magnetresonanztomografie (MRT), die ursprünglich zur Untersuchung der Oberfläche des Mondes entwickelt wurde und nun als bildgebendes Verfahren in vielen medizinischen Einrichtungen eingesetzt wird. Die Arbeit der NASA hat zu weiteren medizinischen Neuentwicklungen geführt, beispielsweise im Bereich der Blutschnelltests, bei den künstlichen Herzpumpen oder künstlichen Gliedmaßen.

Materialien, die für die Kleidung von Astronauten entwickelt wurden, finden sich mittlerweile in Sportschuhen, werden für Rettungsdecken in der Ersten Hilfe eingesetzt oder in Kühlanzügen für Rennfahrer und Arbeiter in Atomkraftwerken. Auch gefriergetrocknete Lebensmittel und angereicherte Babynahrung haben ihren Ursprung in Raumfahrtprogrammen, ebenso wie kratzfeste Linsen. Auch effizientere Solarzellen gehen auf Forschungs- und Entwicklungsprojekte zurück, die von der NASA gefördert wurden.

Der marokkanische Minister für Hochschulbildung und Forschung, Lahcen Daoudi, am 17. April 2014 in der Universität von Kenitra in Marokko bei der Eröffnungszeremonie für eine Wasseraufbereitungsanlage mit nachhaltiger Energieversorgung. Sie basiert auf einer Technik, die eigentlich für den Gebrauch im Weltraum entwickelt wurde. (c) Firmus

Im Rahmen von Spin-offs der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) wurde beispielsweise die Idee, Wasser im Weltraum mit Hilfe von organischen Membranen wiederaufzubereiten, aufgegriffen, um auf diese Weise sauberes Wasser für eine Schule in Marokko bereitzustellen. Weitere Beispiele für Spin-off-Entwicklungen sind die Nutzung von Software zur Bearbeitung von Satellitenfotos zur Erkennung von Fehlern in Windkraftanlagen, oder die Entwicklung ferngesteuerter Roboter und Exoskelette, mit deren Hilfe Rettungsmaßnahmen und Bergungseinsätze bei Katastrophen und Notfällen revolutioniert werden könnten.

Dass Spin-offs aus der Raumfahrt großes Potenzial bergen, zeigt sich auch darin, dass sowohl die NASA als auch die ESA Technologietransferprogramme unterhalten, mit denen die Übernahme durch die Privatwirtschaft gefördert werden soll. Bis zum Jahr 2012 hatte die NASA bereits fast 1 800 Spin-off-Technologien für den Einsatz auf der Erde gefördert.

Patente sichern Wertschöpfung

Diese Technologien verhelfen uns nicht nur zu einer höheren Lebensqualität, indem sie uns bessere oder günstigere Produkte und Materialien bescheren. Dank Effizienz- und Produktivitätssteigerungen bringen sie auch einen enormen wirtschaftlichen Nutzen mit sich. Nach Schätzungen der ESA im Jahr 2007 hat der Transfer ihrer Weltraumtechnologien nicht nur 1 500 Arbeitsplätze geschaffen, sondern auch Jahreseinnahmen von mehr als 80 Millionen Euro generiert, die damit zwischen 15- und 20-mal höher liegen als die Ausgaben der Mitgliedstaaten der ESA für die Raumfahrtprogramme.

Space labDie OECD berichtet, dass diverse ESA-Mitgliedstaaten die Multiplikatorwirkung ihrer Investitionen in das Raumfahrtprogramm zahlenmäßig gemessen haben. So haben beispielsweise die 25 dänischen Unternehmen, die im Weltraumsektor aktiv sind, für jede Million Euro an Förderung aus den ESA-Programmen einen Zusatzumsatz von durchschnittlich 3,7 Millionen Euro erzielt; bei den norwegischen Unternehmen in der Raumfahrtbranche beläuft sich diese Zahl sogar auf 4,7 Millionen Euro, während das Vereinigte Königreich den wirtschaftlichen Multiplikatoreffekt mit 1,91 und die Multiplikatorwirkung auf die Beschäftigung mit 3,34 beziffert. Der direkte Beitrag der Raumfahrtindustrie auf das Bruttoinlandsprodukt in Großbritannien betrug im Jahr 2009 etwa 4,8 Milliarden Euro, und sie sicherte etwa 83 000 Arbeitsplätze.

Um Raumfahrttechnologien in ein rentables Geschäft zu überführen, nutzen Unternehmen häufig Patente. Ob es darum geht, ihre innovativen Ideen vor dem Zugriff von Wettbewerbern zu schützen, oder darum, mit ihrem technologischen Kapital für Investoren interessant zu sein - nicht selten bilden Patente die Grundlage des Geschäftsmodells von Spin-off-Unternehmen.

Laut OECD hat sich die Anzahl der Patente, die sich auf Raumfahrttechnologien beziehen und nach dem Vertrag über die internationale Zusammenarbeit auf dem Gebiet des Patentwesens (PCT) eingereicht wurden, zwischen 1996 und 2011 fast vervierfacht. Die ESA berichtet, dass sie jedes Jahr bis zu 20 Patente anmeldet und damit aktuell über ein Portfolio von insgesamt 450 bestehenden Patenten bzw. anhängigen Anmeldungen verfügt. Im Rahmen des Technologietransferprogramms der Organisation werden für dieses geistige Eigentum dann Lizenzen an private Unternehmen vergeben. Diese Unternehmen können dann natürlich wiederum ihre eigenen, durch Weiterentwicklung entstandenen Innovationen patentieren lassen.

So hat beispielsweise das niederländische Start-up-Unternehmen Giaura ein Patent für ein Verfahren angemeldet, bei dem ein absorbierendes Material eingesetzt wird, das ursprünglich zum Recycling von Kohlendioxid (CO2) aus der Luft der Kabine eines Raumschiffs entwickelt wurde. Max Beaumont, CEO von Giaura, erzählt, dass das Material CO2 direkt aus der Atmosphäre aufnimmt - wie ein Schwamm, der Wasser aufsaugt - und es dann wieder freisetzt und so als saubere, kohlenstoffneutrale CO2-Quelle wirkt, die dazu verwendet wird, das Wachstum von Pflanzen in Treibhäusern zu fördern oder Softdrinks sprudeln zu lassen - ganz ohne zusätzliche Emissionen in die Atmosphäre.

Ausblick: Das Weltall als Wachstumsbereich

Eine OECD-Studie raumfahrtbezogener Patente der Jahre 2000 bis 2008 ergab, dass die USA und Europa hier an der Spitze liegen, gefolgt von Korea und Japan. In derselben Studie wurde auch gezeigt, dass die Raumfahrtindustrie in Russland, Frankreich, Israel und den USA eine besonders große Rolle spielt und dass in diesen Ländern auf diesem Gebiet im Vergleich zu anderen Industriebranchen besonders viele Patente angemeldet werden.

Die Zahl der Patentanmeldungen in Bereichen mit Bezug zur Raumfahrt nimmt zu. Die NASA und die ESA arbeiten bereits an der nächsten Generation von Trägerraketen, und Akteure des Privatsektors wie SpaceX und Virgin Galactic steigen ebenfalls in das Weltraumgeschäft ein. So werden die Innovationen aus dem All auch in Zukunft hier unten auf der Erde ankommen.

Wenn es auch den meisten von uns nicht vergönnt sein wird, jemals ins Universum zu reisen, so besteht doch kein Zweifel daran, dass wir immer mehr Produkte und Technologien nutzen werden, die zu eben diesem Zweck entwickelt wurden.

Screenshot from video on GIAURA – A surprising earthly application for space station technologyDer CEO von Giaura, Max Beaumont, erklärt, wie er ein für eine Raumstation entwickeltes, absorbierendes Material einsetzen möchte, um CO2 direkt der Atmosphäre zu entnehmen. Das Material kann das CO2 dann kohlenstoffneutral wieder freisetzen, damit es beispielsweise in Gewächshäusern oder für die Produktion von kohlesäurehaltigen Softdrinks verwendet werden kann - ohne dass es dabei zu zusätzlichen CO2-Emissionen in die Atmosphäre kommt.

Weitere Informationen (in englischer Sprache)

ESA Patent Portfolio

ESA patent portfolio pie chart (GIF)

Quelle: European Space Agency