Bahnbrechende Innovation oder doch nur „Innovatiönchen“?

Autoren: Andreas Köster, Roland Wagner

Das Referat von 2009 im Fach Innovationsmanagement beschäftigt sich mit der Unterscheidung und Einordnung von Innovationen nach ihrem Innovationsgrad: Radikale Innovation oder Inkrementelle Innovation. Dabei werden begünstigende und hemmende Umweltfaktoren am Beispiel des Kraftwerksbereiches aufgezeigt und erklärt.

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Im Rahmen des Studienfachs Innovationsmanagement sollen die Unterschiede zwischen inkrementeller und radikaler Innovation dargelegt werden. Um diese zu erläutern, wird in dieser Ausarbeitung erst auf die Theorie und dann auf ein praktisches Beispiel eingegangen. Die Klärung der Begrifflichkeiten in der Theorie ist jedoch so weitreichend, dass zum Verständnis ein gewisser Teil an Zusatzinformationen notwendig ist, der im theoretischen Teil mitbedacht wurde.

Theoretischer Vergleich

Charakterisierung von Innovationsarten

Unternehmen sind stets gefordert, sich weiter zu entwickeln.(1) Innovationen können dabei hilfreich sein, denn in den Unternehmen erfüllen sie zahlreiche strategische Aufgaben, wie zum Beispiel: Verteidigung des erreichten Marktanteils, Erhaltung der Position als „Produktinnovator“, Einstieg in zukünftige Märkte oder auch Besetzung eines Segments vor den Konkurrenten.(2)

Innovationen werden in der Literatur nach sehr unterschiedlichen Kriterien differenziert.(3) Eine weitverbreitete Unterscheidung wird hinsichtlich der Produkt-, Prozess-, und Dienstleistungsinnovation getätigt.(4)

Bei Produktinnovationen handelt es sich um die Entwicklung und Vermarktung von vollkommen neuartigen Sachgütern und Programmbestandteilen auf der Basis von Erfindungen und Ideen, die eingeführt werden, um neue externe Nutzer bzw. einen neuen Markt oder einen Marktbedarf zu finden.(5) (6)

Bei Prozessinnovationen werden Prozesse, Abläufe und Verfahren, die zur Erstellung von Produkten, Dienstleistungen oder Leistungen im Allgemeinen eingebracht werden, erneuert und einer Revision unterzogen. Dazu können Materialien, Aufgabenspezifikationen, Arbeits- oder Informationsflussmechanismen und Ausrüstung gehören.(7) (8)

Dienstleistungsinnovationen zeichnen sich hingegen durch die bestimmenden Merkmale von Dienstleistungen aus. Zu diesen zählen die Nichtgreifbarkeit, da sie immaterielle Güter sind, die Verderblichkeit, die Integration externer Faktoren sowie die Individualität.(9)

Im Folgenden wird noch einmal kurz auf die Prozessinnovation und besonders auf die Produktinnovation eingegangen.

Prozessinnovation

Innerhalb der letzen Jahre wurden zunehmend Innovationen und Prozessstrukturen zielgerichtet miteinander verbunden. Viele Innovationsprozesse laufen nun in parallelen und nicht mehr in linearen Strukturen ab. Das Prozessmanagement hat sich darum im unternehmerischen Umfeld als Technik etabliert.(10) Die prozessuale Betrachtung lässt sich im engen sowie im weiten Sinne abgrenzen. Bei der engen Abgrenzung versteht man unter einer Innovation die Durchsetzung einer Invention bzw. deren wirtschaftliche Nutzung, während eine Innovation im weiteren Sinne den gesamten Prozess der Invention und Marktdurchsetzung umfasst.(11) Häufig sind Prozessinnovationen sogar Voraussetzungen für Produktinnovationen. Mit jedem Innovationsobjekt kann es einen Anstoß für eine Innovation geben, die wiederum ein anderes Innovationsobjekt hervorbringt.(12)

Produktinnovation

Nach dem lateinischem Ursprung sind Produkte etwas Hervorgebrachtes. Es sind die aus Entwicklungsprozessen entstandenen Marktangebote eines Unternehmens und können in Form von materiellen bzw. immateriellen Leistungen auftreten.(13)

Innovationen werden nach ihrer Neuartigkeit beurteilt. Dabei wird der graduelle Unterschied gegenüber dem bisherigen Zustand durch einen „Innovationsgrad“ mess- und bewertbar gemacht.(14) Dazu können auch Diskontinuitäten zählen, die ein Produkt zum Beispiel im Marketing- bzw. Technologieprozess verursacht. Die Neuartigkeit einer Innovation wird auch als Grad der Neuartigkeit oder Innovationsgrad bezeichnet.(15)

Der Innovationsgrad setzt sich multidimensional zusammen und besteht aus der Höhe des Markt-, Technologie-, Organisations- und Umfeldorganisationsgrades, denn durch Innovationen werden ökologische, soziale, rechtliche, technisch veränderte Ansprüche und Standards in Produkte integriert.(16) In Abbildung 1 soll der multidimensionale Innovationsgrad in einem zweidimensionalen Raum dargestellt werden. Die aus den verschiedenen Innovationsgraden resultierende Bewertung der Neuartigkeit einer Innovation, führt zu Innovationen mit sehr geringem und sehr hohem Innovationsgrad.(17)

Für die Unterscheidung zwischen Innovationen mit sehr geringem und sehr hohem Innovationsgrad gibt es in der Literatur ebenso viele Begriffspaare, wie unterschiedliche Ansätze zur Definition von Innovationen. Da es keine Vereinheitlichung der Begrifflichkeiten gibt, überschneiden sich sehr viele Typologisierungen.(18) Die am weitesten verbreitete Typologisierung von Innovationen in Bezug auf die Neuartigkeit sieht die Unterscheidung des Begriffspaares inkrementelle und radikale Innovation vor.(19)

Für die Begriffe radikale und inkrementelle Innovation gibt es weitere synonyme Verwendungen, wie die Tabelle zeigt.

Radikale Innovation:

• discontinuous
• breakthrough
• pioneering
• truly innovative
• really new
• revolutionary
• innovativly new
• radical reorientational
• nonroutine
• non-programmed
• ultimate
• high technological

Inkrementelle Innovation:

• continuous
• dynamically continuous
• sustaining
• instrumental
• routine
• variation
• evolutionary
• modified versions

Aufgrund dieser Verwendungen können Innovationen mit sehr hohem Innovationsgrad allgemein als radikal und alle Innovationen mit niedrigem Innovationsgrad als inkrementell bezeichnet werden.(20)

Eine besondere Bedeutung für die Innovationsgradentwicklung haben, bei der Produktbetrachtung, Innovationen, die die Kern- oder Zentralkomponenten eines Produktes betreffen und solche, die Veränderungen in peripheren Komponenten bewirken. Vor diesem Hintergrund werden meist technische Veränderungen in den zentralen Komponenten eines Produktes vorgenommen, die anschließend als Impulsgeber für den technischen Fortschritt in den peripheren Komponenten sorgen. Die zentralen und peripheren Komponenten zu unterscheiden kann dahin gehend erfolgen, wie fest ein Teilsystem mit den anderen Systemen eines Produktes verbunden ist.  Die Kernkomponenten eines Produktes sind enger mit den anderen Teilsystemen verbunden, aber darum auch stärker abhängig von diesen Teilsystemen. Sie sind jedoch auch von höherer Bedeutung für die zentralen Leistungsparameter eines Produktes. Aus diesem Grund ziehen Veränderungen in den zentralen Komponenten zwangsläufig Änderungen in den anderen Komponenten nach sich. Gegenteiliges ist über die peripheren Komponenten zu sagen, denn werden dagegen Änderungen an diesen Komponenten vorgenommen, hat das nur geringe Auswirkungen auf den Rest des Systems.(21)

Auf der Grundlage, Produkte als eine Hierarchie von Teilsystemen und Schnittstellen zu sehen, können Innovationen auch, wie in Abbildung 2 dargestellt, differenziert werden.(22)

Modulare Innovationen führen zu Änderungen in den einzelnen Teilsystemen eines Produktes, da das Komponentendesign verändert bzw. ersetzt wird.(23) Die Schnittstellen und Verbindungen untereinander bleiben aber in ihrer Ursprünglichkeit erhalten.

Architektonische Innovationen betreffen die Schnittstellen zwischen den einzelnen Komponenten eines Produktes und ändern damit die Art eines Produktes, wie es durch seine Bestandteile miteinander verbunden ist. Dabei bleibt aber das Designkonzept, das den Komponenten zugrunde liegt, unberührt.(24) Das heißt, dass bei architektonischen Innovationen, die Innovation der Komponenten inkrementell ist, ihre Kombination zu den Produkten aber eine radikale Innovation darstellt.(25)

Radikale Innovationen sind dann „radikal“, wenn sie in einer neuen Produktarchitektur Komponenten miteinander verbinden, die selbst wieder auf neuen Gestaltungskonzepten beruhen, weil das Designkonzept verändert wurde.(26)

Inkrementelle Innovationen dagegen verbessern und erweitern bestehende Produkte, ohne Veränderungen an der grundsätzlichen Gestaltung der Komponenten sowie der verbindenden Architektur vorzunehmen.(27)

Definitionen

Nachdem nun über unterschiedliche Merkmale und Dimensionen von Innovationen gesprochen wurden, soll hier eine möglichst kurze und griffige Definition der Begriffe radikale Innovation und inkrementelle Innovation gegeben werden:

Radikale Innovationen führen zu grundlegend Neuem(28), stellen neuartige und bisher nicht verfügbare Entwicklungen dar(29), durch größere technologische Änderungen, die ein Produkt wesentlich verbessern(30). Den Verwendern wird ein völlig neuer Nutzen zuteil.(31) Sie werden im Rahmen einer zielgerichteten Unternehmensstrategie oder durch die entstehenden Potenziale neuer Technologien umgesetzt. Mit radikalen Innovationen werden neue und somit nicht umkämpfte Kunden- und Marktsegmente erschlossen(32) und besitzen eine entsprechend nachhaltige Wirkung(33).

Mit inkrementellen Innovationen werden stetig und in geringem Maße das bereits bestehende Angebot aus Produkten, Dienstleistungen, Geschäftsmodellen(34) und Prozessen aufgrund von Marktanforderungen oder Aktivitäten der Wettbewerber verbessert(35) (36) und ersetzt. Sie beinhalten nur geringe technologische Veränderungen und bringen eine nur geringe Marktveränderung mit sich. Inkrementelle Innovationen dienen dazu, bestehende Produkte konkurrenzfähig zu halten.(37) Sie zielen auf aktuelle und zukünftige Kundenanforderungen im Sinne von Funktion, Kosten und Qualität(38) für bereits existierende Kunden in bestehenden Märkten und umkämpften Marktsegmenten(39).

Charakteristiken inkrementeller Innovationen

Mit inkrementellen Innovationen untermauern etablierte Unternehmen tendenziell ihre Wettbewerbsposition, aufbauend auf ihre bestehenden Kernkompetenzen.(40) Inkrementelle Innovationen sind evolutionärer Natur. Da sie auf bestehenden Technologien basieren, werden daher nur relativ geringe Veränderungen in der Technologie vorgenommen. Durch diese entsprechend marginalen Weiterentwicklungen bzw. einfachen Anpassungen sind inkrementelle Innovationen sowohl technologisch als auch produktspezifisch kontinuierliche Produkte innerhalb bereits existierender Produktklassen. Somit können diese Produkte auch als neue Produktvariationen oder Produktmodifikationen bezeichnet werden, mit dem Ziel der Verbesserung oder Erweiterung einer standardisierten Produktlinie. Inkrementelle Innovationen unterscheiden sich substanziell nur wenig von bereits existierenden Produkten und stellen aus Sicht der innovierenden Unternehmen den geringsten Eingriff in bestehende Abläufe dar.(41) Sie zeichnen sich durch eine allgemein geringe Komplexität aus, bedingen ein geringeres Risiko und sind weniger zeitintensiv, oppositär zu radikalen Innovationen. (42) Darum ist der Prozess der inkrementellen Innovation relativ einfach zu steuern, denn Unternehmen verfügen heute durch Marktforschung und Kundenbefragungen über Unmengen an Daten und Informationen der bestehenden Produkte, Produktkategorien, Märkte und Kunden. Die Technologien zur Umsetzung sind bereits bekannt und der Aufwand, Nutzen und das Risiko lassen sich gut abschätzen.(43) (44)

Bezüglich des Kunden oder des Nutzers generieren inkrementelle Innovationen Preis- sowie Leistungsvorteile gegenüber den etablierten Produkten nur in soweit, wie es die Optimierung der bestehenden Technologie zulässt. Daher bieten sie einen relativ geringen Nutzenzuwachs für die Konsumenten. Inkrementelle Innovationen adressieren den gleichen Kundennutzen wie bisherige Produkte und sprechen dabei Kaufkriterien an, anhand derer die Produkte schon zuvor von den Kunden bewertet wurden. Es ergeben sich minimale Auswirkungen bezüglich des Umgangs mit dem Produkt, da die Nutzer oder Kunden annähernd keine neuen Kenntnisse erlangen müssen.(45)

Das Management von inkrementellen Innovationen, also Innovationen mit geringem Innovationsgrad, ist nicht auf radikale Innovationen, Innovationen mit hohem Innovationsgrad anwendbar. Es ist sogar davon auszugehen, dass verschiedene Strategien und Praktiken des Innovationsmanagements bei niedrigem Innovationsgrad kontraproduktive Auswirkungen auf den Innovationsprozess bei hohem Maß an Neuartigkeit haben. Eine schlankere Produktion zum Beispiel oder kundenorientierte Fertigung zur erfolgreichen Diversifikation am Markt bekannter Produkte, können sogar, bei Innovationen mit hohem Innovationsgrad, in eine Sackgasse führen.(46)

Charakteristiken radikaler Innovationen

Radikale Innovationen sind fundamentale Veränderungen revolutionärer Art. Sie sind gekennzeichnet durch den Einsatz einer neuen Technologie, die in etablierten Produkten noch nicht eingesetzt wurde. Diese veränderte Technologie ist in diesem Einsatz nicht nur für das innovierende Unternehmen, sondern auch für die adoptierende Gruppe (Nutzer, Kunden) und alle betroffenen Organisationen neu. Radikale Innovationen erweitern substanziell bestehende und/oder erschaffen vollkommen neue Produktkategorien bzw. Produktklassen. Sie passen sich damit nicht in bestehende Produkthierarchien ein und revolutionieren so Produktmärkte. Durch radikale Innovationen werden sogar neue Märkte bzw. Branchen oder Industrien kreiert sowie bestehende völlig verändert. Jedoch erfordert das den Aufbau einer komplett neuen Infrastruktur, verbunden mit sehr langen Entwicklungszeiten und hohen Investitionen.(47) Als negativ zu beurteilen ist dabei, dass wesentliche Teile der geleisteten Investitionen, die vorher von dem Unternehmen unternommen wurden, wie zum Beispiel in technische Fähigkeiten, Produktdesign sowie Produkttechnologie und Produktanlagen damit hinfällig werden.(48) Radikale Innovationen verlaufen nicht nach standardisierten Innovationsphasen ab, sondern entwickeln sich unstetig, sodass bisher bekannte Konzepte nicht anwendbar sind. Sie zeichnen sich durch eine sehr hohe Komplexität aus. In den meisten Fällen wird externes Wissen für die Entwicklung benötigt. Außerdem brauchen radikale Innovationen vergleichsweise lange, um im Markt durchzudringen. Diese Eigenschaften müssen durch das innovierende Unternehmen mit einem höheren Kapitalanteil abgedeckt werden und bergen darum große finanzielle Risiken in sich.(49)

Für Kunden und Nutzer stellen radikale Innovationen neue Produkte dar, denn sie bieten noch nie da gewesene Produkt- und Leistungseigenschaften und erreichen damit ein vollkommen neues Level der Funktionalität für den Verwender. Durch diese Leistungssteigerung bzw. Verringerung der Kosten wird ein substanziell höherer Kundennutzen im Vergleich zu bereits bestehenden Produkten erzeugt.(50) Damit schaffen radikale Innovationen für das innovierende Unternehmen aber nachhaltige Wettbewerbsvorteile.(51) Diese Veränderungen erfordern aber auch von der adoptierenden Gruppe (Nutzer, Kunden) ein Erlernen des Umgangs mit dem Innovationsobjekt.(52) Eine Innovation kann auch dann als radikal bezeichnet werden, wenn das derzeitige Preis-Leistungs-Verhältnis viel stärker steigt als das durch normalen technischen Fortschritt möglich wäre.(53)

Es ist also festzustellen, je weiter eine Innovation von inkrementell zu radikal tendiert, desto größer werden die Unsicherheiten für das innovierende Unternehmen im Bereich: Technologie, Markt, Ressourcen und Organisation.(54)

Radikale und Inkrementelle Innovationen sind in allen vorgestellten Innovationsarten umsetzbar und bereits durch innovierende Unternehmen umgesetzt worden. Eine Vielzahl an Beispielen könnte zur Veranschaulichung genannt werden. Mit einem solchen Beispiel besonderer Art soll dieser theoretische Teil nun untermauert werden.

Praktischer Vergleich

Ein rein theoretisches und abstraktes Wissen über die verschiedenen Stufen von Innovationen ist nutzlos. Daher soll das folgende Beispiel zum Nachdenken, Diskutieren und zum Anwenden des Wissens anregen, sodass die Kompetenz zur eigenständigen Einstufung von Innovationen entstehen kann. Eine absolute und objektive Einstufung ist, wie hoffentlich im Theorieteil deutlich geworden, nicht möglich.

Das gewählte Beispiel befasst sich mit Produktinnovationen und Prozessinnovationen in der Kraftwerkstechnik und ist damit nicht ganz trivial. Auch ist es kein lehrbuchhaftes Konstrukt, das die radikale Innovation der inkrementellen eins zu eins gegenüberstellt. Es ist ein wirklichkeitsgetreues Szenario, welches zusätzlich die Umstände und Faktoren beschreibt, welche die Kraftwerksentwicklung in Deutschland hemmen bzw. begünstigen und somit den Innovationsprozess in seinen verschiedenen Phasen erheblich beeinflussen. Es soll auch zeigen, dass man nicht immer die Entscheidungsgewalt darüber hat, welchen Grad eine Innovation letztendlich besitzt und wie der möglicherweise langwierige und komplexe Prozess bis dahin verläuft. Eine weitere Dimension des folgenden Beispiels sind die sogenannten Ebenen, auf denen eine Innovation als radikal oder inkrementell eingestuft werden kann.

Hintergrund

Elektrizität und Wärme werden weltweit immer stärker mit Kohlekraftwerken produziert. In Deutschland besteht der Energiemix zu ca. 50 % aus Braun- und Steinkohle und bildet zusammen den größten Teil des CO2-Gesamtausstoßes.(55) Gleichzeitig steht die Welt vor den Herausforderungen der globalen Erwärmung und Klimaphänomenen. Gerade deshalb werden an die Energiewirtschaft verstärkt Anforderungen nach Innovationen gestellt, welche die Umweltbelastung reduzieren. Der Theorie nach liegt es nahe, dass hier vor allem radikale technische Innovationen gefordert werden, mit dem Ziel die negativen Umwelteinflüsse fundamental zu minimieren. In einer Marktwirtschaft liegen die Anreize zur Innovation für Unternehmen jedoch hauptsächlich in der institutionellen Umwelt begründet, d. h. in der Profitabilität von Innovationen. Somit ist schon die Motivation der verschiedenen Parteien unterschiedlich begründet.

Besonders zu beachten ist, dass der Bau von Kraftwerksanlagen mit all seinen Planungs- und Genehmigungsphasen alleine viele Jahre beansprucht. Die Laufzeit einer solchen Anlage beträgt anschließend mehrere Dekaden, wobei der lückenlose und zuverlässige Betrieb oberste Priorität besitzen. Hierdurch deuten sich schon erste zeitliche Hemmnisse und Prioritäten im Innovationsprozess bis hin zum Verwertungsanlauf an.

Dimensionen der Betrachtung

Bevor die Erläuterungen an Hand von Kohlekraftwerken in Deutschland folgt, werden einleitend die Ebenen und Pfade als Dimensionen der Betrachtung, sowie allgemein hemmende und begünstigende Faktoren von Innovationen erläutert. Sie spielen hier eine wichtige Rolle und sind entscheidend für die Entstehung und für die Einstufung von Innovationen.

Beurteilung auf Ebenen

Die Differenzierung und Einstufung von Innovationen in radikale bzw. inkrementelle sollte nach Ebenen separiert stattfinden. Grundgedanke hierbei ist die subjektive Dimension von Innovationen, welche danach fragt, für wen die Innovation neu ist. Diese Unterteilung ist insbesondere sinnvoll, da es sich um ein komplexes System mit vielen Stakeholdern und damit unterschiedlichen Betrachtungsweisen und Interessenlagen handelt.

Die unterste und damit „kleinste“ Ebene ist die Ebene 1. Sie betrifft technische Einzelkomponenten. Ihr Innovationsgrad berührt einzelne Bauteile oder Prozesse und kann wohl nur von spezialisierten Experten beurteilt werden. Es geht hierbei um kleinteilige Komponenten, aus welchen sich die nächst höhere Ebene zusammensetzt. Bauteile, welche extreme Drücke und Temperaturen aushalten sind hier zu nennen. Würde beispielsweise ein neuartiges Bauteil plötzlich den doppelten Druck und Temperatur aushalten wie das alte Bauteil, weil es aus einem neuen Material gefertigt wurde, würde man auf Komponentenebene von einer radikalen Innovation sprechen. Dagegen würde ein einzelnes Bauteil aus Sicht des Kraftwerkes keine, bzw. nur eine marginale Verbesserung darstellen. Eine denkbare inkrementelle Innovation des Bauteils könnte ein verringertes Gewicht bei gleicher Leistung sein oder dass man es etwas schneller aus- und einbauen kann, was Vorteile bei Wartungsarbeiten bedeuten würde.

Die nächst höhere Ebene (Ebene 2) stellt das gesamte Kraftwerk als System von zusammenhängenden Komponenten und Prozessen dar. Hier geht es um den Gesamt-Wirkungsgrad des Systems, welcher natürlich nur so hoch sein kann, wie es die Summe der Komponenten zulässt. Es kann beispielsweise die technische Art der Kohleverfeuerung variieren, welche aus tausenden Einzelkomponenten und vielen Schnittstellen und Prozessen besteht.

Diese beiden Ebenen lassen sich zur Mikroebene zusammenfassen. Sie stellt eine Mikroperspektive dar, welche Neuheiten intern für das Unternehmen definiert. Jede Ebene ist mit jeder anderen Ebene über Produkt- und Prozessschnittstellen direkt verbunden und damit abhängig.

Ebene 3 beschreibt das gesamte Energiesystem bestehend aus Kraftwerken, Netzten, Infrastruktur und  Konkurrenten. Sie ist damit die industrieökonomische Sicht und fragt, ob etwas neu für die gesamte Branche ist. Als Beispiel ist hier die flächenmäßige Verteilung von Kraftwerken und Netzen denkbar. Beim Bau von Windkraftanlagen (radikal neue Kraftwerksart) in Küstennähe müsste gleichzeitig das Netz in Nord-Süd Richtung ausgebaut werden, um den Strom in den verbrauchsstarken Süden zu transportieren. Dies verdeutlicht die komplexe Verflechtung von Produkt- und Prozessschnittstellen.

Darauf baut die Ebene 4 auf, welche durch die gesamte Volkswirtschaft, Politik und Märkte definiert ist. Diese nationalökonomische Sicht beinhaltet u. a. geografische und rechtliche Rahmenbedingungen. Eine Innovation, die man als „radikal“ einstufen und dieser Ebene zuordnen könnte, ist das Emissionszertifikat. Erstmals wird die Luft nicht mehr als freies Gut angesehen, sondern Staaten einigen sich darauf, dass für Luftverschmutzung bezahlt werden muss.

Die genannten Ebenen 3 und 4 können zur Makroebene zusammengefasst werden. Es handelt sich dann um die Makroperspektive.

Optional könnte man auch noch eine Ebene 5 hinzunehmen, welche global die Umwelt und die Menschheit betrifft. Hierunter würden bahnbrechende Technologien wie z. B. die Fusion fallen, welche ohne Rohstoffe unglaubliche Mengen von Energie hervorbringen und so die globale Energieversorgung revolutionieren würde.

Pfad Betrachtung

Unter einer inkrementellen Änderung wird an dieser Stelle die Weiterentwicklung einer Technologie verstanden, bei der der eingeschlagene „Technikpfad“ nicht verlassen wird. So lässt sich für den Kraftwerksbereich über Jahrzehnte eine Weiterentwicklung von Turbinen beobachten, die von Innovationen aus anderen Bereichen (z. B. leistungsfähigen Computern mit dreidimensionalen Simulationen) profitierte und letztendlich eine Effizienzsteigerung nach sich zog. Ein anderes

Beispiel ist die Entwicklung von Materialen, die eine Erhöhung von Dampfparametern ermöglichen und zu einer Erhöhung der Effizienz von fossil befeuerten Kraftwerken beitrug. Diese Pfadansicht visualisiert Entwicklungen auf der Mikroebene, also Kohlekraftwerke. Eine ähnliche Pfadansicht wäre auch für Gas- oder Atomkraftwerke denkbar. Wichtig für das folgende Beispiel ist hier vor allem die Techniklinie der Druckkohlenstaubfeuerung und die der Wirbelschichtfeuerung, welche sich grundsätzlich unterscheiden.

Umweltfaktoren von Innovationen im Kraftwerksbereich

Als letzte Vorarbeit zum Beispiel soll nun kurz auf allgemeine Faktoren eingegangen werden, welche Innovationen im Kraftwerksbereich in Deutschland begünstigen bzw. hemmen. Dies gilt sowohl für radikale, als auch für inkrementelle Innovationen, wobei erstere davon in höherem Maße betroffen sind.

Begünstigende Faktoren:

• steigende Rohstoffpreise (z. B. durch Krisen)
• steigende Emissionspreise
• Druck der Öffentlichkeit (Zeitalter des Klimaschutzes)
• Druck durch Konkurrenz (Wirkungsgrad, Effizienz)
• Transitionsmanagement (Förderung durch öffentliche Mittel)

Hemmende Faktoren:

• unvollkommene Informationen und Unsicherheit der technologischen Entwicklung
• langer Lebenszyklus der Kraftwerksanlagen
• Länge und Kosten des Innovationsprozesses
• geringe Risikobereitschaft der Energieerzeuger (Oligopol)
• Schnittstellenkompatibilität zu anderen Ebenen

Radikale und inkrementelle Innovationen im Kraftwerksbereich

Kerngebiet der Innovationen im Kraftwerksbereich ist der Wirkungsgrad, d. h. wie viel der Energie, welche die Kohle potenziell birgt, kann bei der Verbrennung in Stromenergie umgewandelt werden und wie viel dieser Energie geht dabei verloren. In Deutschland haben die meisten Kohlekraftwerke einen Wirkungsgrad von gut 40 %, wobei der europäische Schnitt bei ca. 36 % liegt (beides Steinkohle).(56) Wird durch neuartige Produkte und Prozesse dieser Wirkungsgrad erhöht, bedeutet das u. a. weniger Emissionen und geringere Kosten (Effizienzsteigerung). Dies kann als Hauptmotivation für Forschung und Entwicklung in diesem Bereich angenommen werden.

Komponentenebene

Betrachtet man bei den Kraftwerkstechniken von Kohlekraftwerken die Komponentenebene (Ebene 1), sind für die vergangenen drei Dekaden einige radikale Innovationen festzustellen, die im Innovationsprozess auch in den Markt diffundieren konnten. Der Innovationsprozess wurde also bis zum Schluss durchlaufen. Jedoch lässt sich für diesen Technikbereich auf Energiesystemebene (Ebene 3) dadurch keine radikale Innovation feststellen. Das Risiko, dass neue Techniklinien sich nicht etablieren lassen, ist besonders groß, wenn es sich um die Entwicklung neuer Komponenten oder eine komplette Trendumkehr auf Komponentenebene handelt. Der Grund liegt darin, dass sie eine radikale und damit teure und aufwendige Innovation der darüberliegenden Ebene, des Kraftwerkssystems (Ebene 2), bedeuten. Innovationen stehen also unter Restriktionen der darüber und darunter liegenden Ebenen. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich eine Neuentwicklung durchsetzt, ist auf dem Gebiet der fossilen Kraftwerkstechnik umso größer, je näher sie sich an den etablierten Techniklinien orientiert, sprich nur graduell innovativ ist.(57)

Eine Reaktion auf die Vorgabe von Emissionsgrenzwerten ist die Neuentwicklung von entsprechenden Waschverfahren zur Rückhaltung von Schwefel- und Stickoxiden, die auf der Komponentenebene als radikale Innovation verstanden werden müssen, da sie vorher nicht existierten. Die genannten Veränderungen auf Komponentenebene führten jedoch nicht zu einer grundlegenden Änderung des eigentlichen Kraftwerksgesamtprozesses und damit Wirkungsgrad, sodass sie auf der Systemebene „Kraftwerk“ (Ebene 2) nicht als radikale Innovation verstanden werden können.

Kraftwerkebene

In diesem Beispiel werden die sogenannte Druckkohlenstaubfeuerung als radikale Innovation und Kohlekraftwerke mit Wirbelschichtfeuerung als inkrementelle Innovation miteinander verglichen. Wie diese Techniken im Detail aussehen, kann für diese Betrachtung vernachlässigt werden. Eine Ex-Post Analyse (Betrachtung im Nachhinein) zeigt, in wie weit sich radikale Innovationen gegenüber inkrementellen Innovationen durchsetzen konnten.(58)

Am Beispiel der Druckkohlenstaubfeuerung, die aufgrund ihrer großen Effizienzpotenziale als vielversprechende Kohleverstromungstechnik galt, ist zu sehen, dass radikale Innovationen trotz vermeintlicher Vorteile sich nicht zwingend durchsetzen. Grundsätzlich kann bei inkrementellen Innovationen vorhandenes Know-how in Entwicklung und Technik, bei der Umsetzung in ein marktfähiges Produkt und bei der Einschätzung der Nachfrageentwicklung genutzt werden (kompetenzverstärkend). Das mit solchen Neuerungen verbundene Risiko fällt dabei entsprechend geringer aus als bei radikalen Innovationen (kompetenzvernichtend).

Ausgehend vom Stand der Technik zu Beginn eines Forschungs- und Entwicklungsprojektes werden Effizienzpotenziale im Vergleich zur etablierten Konkurrenztechnik angegeben, die in der Regel auch mittel- und langfristig gesehen werden. Gegenüber konventionellen Kohlekraftwerken (Wirbelschichtfeuerung) handelt es sich bei der Druckkohlenstaubfeuerung um einen kombinierten Prozess, der die Entwicklung völlig neuer Komponenten sowie die Änderung etablierter Komponenten erforderte, als radikale Innovation auf dem Gebiet der Kohlekraftwerke gesehen werden muss. Mit den Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurde im Rahmen eines Forschungsverbundprojekts mit großer Industriebeteiligung (Betreiber und Hersteller) Ende der 80er Jahre begonnen. Man kann hier von einem Netzwerkmodell für den Innovationsprozess sprechen. Gegenüber konventioneller Kraftwerkstechnik versprach die Druckkohlenstaubfeuerung sprunghafte Wirkungsgradverbesserungen von 5 bis 10 Prozentpunkten, was die eigentliche Motivation für eine Projektbeteiligung von Industrie und öffentlichen Fördermittelgebern war. Der langwierige Innovationsprozess sollte also eine radikale Innovation auf Kraftwerksebene (Ebene 2) einführen und ebenso radikale Verbesserungen (Wirkungsgrad) bringen. Bis hierhin scheint das ambitionierte Projekt auch alles richtig zu machen, doch nun kommen die zuvor angesprochenen Umweltfaktoren, der komplexe Innovationsprozess und der nicht perfekte Informationsstand zum Tragen:

Geht man vom heutigen Stand der Technik aus, zeigt sich nämlich ein verändertes Bild. Es wird deutlich, dass die Wirkungsgradentwicklung der konventionellen Kraftwerkstechnik damals deutlich unterschätzt wurde. Die Prognosen der Entwicklung über den Innovationsprozess sind nicht eingetroffen. Der ursprünglich angenommene Wirkungsgradvorsprung der Druckkohlenstaubfeuerung gegenüber der konventionellen Technik ist im Laufe der Zeit deutlich kleiner geworden. Fortschritte in der Materialforschung sowie in der Computersimulation, von denen die konventionelle Technik in besonderem Maße profitierte, wurden von den Experten in dem eingetretenen Ausmaß nicht erwartet.

Da sich mit konventioneller und erprobter Technik ähnliche Wirkungsgrade erreichen lassen und zugleich eine hohe Verfügbarkeit gewährleistet werden kann, wurden die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Druckkohlenstaubfeuerung nach fast 15 Jahren Forschungs- und Entwicklungsarbeit mit Entwicklungskosten von etwa 90 Mio. € schließlich eingestellt. Die Innovationstätigkeit im inkrementellen Bereich hat die einst radikal erschienene Innovation, gemessen am Wirkungsgrad, eingeholt.

Systemebene

Der Bau von Kernkraftwerken (Druck- und Siedewasserreaktoren) stellt ein erfolgreiches Beispiel dar, wie sich eine radikale Innovation auf Systemebene (Ebene 3) am Markt etablieren konnte. Im Bereich der fossil befeuerten Kraftwerke konnte sich eine Vielzahl von Techniken nicht über das Demo- und Pilotanlagenstadium hinaus etablieren. Es konnte sich in den letzten drei Dekaden auf Systemebene keine radikale Innovation durchsetzen. Dies gilt z. B. für Techniken auf der Basis von sogenannter Kohlevergasung, die sich auch international nicht durchsetzen konnte. Somit hat sich in den letzten Jahrzehnten im Bereich fossiler Kraftwerkssysteme kein grundlegender Pfadwechsel (Wechsel einer Techniklinie) vollzogen, obwohl neue Kraftwerkskonzepte (z. B. Kraftwerke mit integrierter Kohlevergasung) vorlagen, die als radikale Neuerungen zu verstehen sind und sich durch höhere Effizienz oder bessere Umwelteigenschaften gegenüber etablierten Techniken auszeichneten.(59)

Fazit

Anhand dieser Ex-Post Analyse lässt sich für den Kraftwerksbereich sagen, dass sich umweltfreundliche Techniken, die radikale Neuerungen darstellen, nur sehr schwer durchsetzen konnten. Die Druckkohlenstaubfeuerung ist „zu Recht“ unterlegen, da sie in einem dynamischen Vergleich – nach ökonomischen wie auch nach ökologischen Kriterien – schlechter abschneidet. Hätte sie den Wettbewerb mit der ursprünglichen Referenztechnologie noch gewonnen, so wurde doch der technologische Fortschritt der „alten“ Technologie deutlich unterschätzt. Vermeintliche Vorteile, die einer radikalen Innovation gegenüber einer inkrementellen Entwicklung zugeschrieben werden, ändern sich im Zeitverlauf von Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Eine Bewertung von Techniken, die sich im Innovationsprozess befinden, ist daher in zeitlichen Abständen sukzessive durchzuführen, da die Angabe von z. B. Effizienz-Potenzialen stets als Momentaufnahme zu verstehen ist. Neue Technologien müssen sich gegenüber „alten“ Technologien behaupten. Dabei darf man die alte Technologie nicht statisch betrachten, sondern muss in Betracht ziehen, dass auch diese, in Anbetracht der Konkurrenz, weiter verbessert wird.

Für zukünftige Innovationen auf dem Kraftwerkssektor lässt sich sagen, dass die Wahrscheinlichkeit eines Erfolgs einer Neuentwicklung umso größer ist, je näher sie sich an den etablierten Techniklinien orientiert. Eventuell würde ein nachhaltiges Transitionsmanagement (staatliche Beeinflussung von Investitionen) über mindestens 25 Jahre solche radikalen Innovationen beschleunigen. Dies könnte z. B. über Förderprogramme, Subventionen oder andere regulatorische Maßnahmen des Staates gelingen.

Quellen

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Weise, Joachim (2007): Planung und Steuerung von Innovationsprojekten. Betriebswirtschaftslehre für Technologie und Innovation, Band 59. Deutscher Universitäts-Verlag, Wiesbaden, 12-19.

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1. Vgl. Bergmann G., Daub J. (2008), S. 59
2. Vgl. Bergmann G., Daub J. (2008), S. 60f.
3. Vgl. Bergmann G., Daub J. (2008), S. 61
4. Vgl. Knack R. (2006), S. 41
5. Vgl. Bergmann G., Daub J. (2008), S. 63
6. Vgl. Knack R. (2006), S. 41
7. Vgl. Bergmann G., Daub J. (2008), S. 67
8. Vgl. Knack R. (2006), S. 41
9. Vgl. Knack R. (2006), S. 41
10. Vgl. Vogel T., Hemmje M.L. (2006)
11. Vgl. Weise J. (2007), S. 12
12. Vgl. Knack R. (2006), S. 41
13. Bergmann G., Daub J. (2008), S. 63
14. Vgl. Weise J. (2007), S. 16
15. Vgl. Knack R. (2006), S. 42
16. Vgl. Bergmann G., Daub J. (2008), S. 62
17. Vgl. Knack R. (2006), S. 47
18. Vgl. Knack R. (2006), S. 48
19. Vgl. Knack R. (2006), S. 52
20. Vgl. Knack R. (2006), S. 48
21. Vgl. Weise J. (2007), S. 16f.
22. Vgl. Weise J. (2007), S. 16
23. Vgl. Weise J. (2007), S. 17
24. Vgl. Weise J. (2007), S. 17
25. Katzy B., Tinner R. (1999)
26. Vgl. Weise J. (2007), S. 17
27. Weise J. (2007), S. 17
28. Vgl. Gemperli A. (2003)
29. Vgl. Vogel T., Hemmje M.L. (2006)
30. Graham (2007)
31. Vgl. Schnyder R. (2007)
32. Vgl. Schnyder R. (2007)
33. Gemperli A. (2003)
34. Vgl. Schnyder R. (2007)
35. Vgl. Graham (2007)
36. Vgl. Gemperli A. (2003)
37. Vgl. Graham (2007)
38. Gemperli A. (2003)
39. Vgl. Schnyder R. (2007)
40. Weise J. (2007), S. 19
41. Vgl. Knack R. (2006), S. 52ff.
42. Proionic
43. Graham (2007)
44. Vgl. Schnyder R. (2007)
45. Knack R. (2006), S. 52ff.
46. Vgl. Knack R. (2006), S. 49
47. Knack R. (2006), S. 53
48. Vgl. Weise J. (2007), S. 18
49. Vgl. Knack R. (2006), S. 54
50. Vgl. Knack R. (2006), S. 53ff.
51. Vgl. Weise J. (2007), S. 18
52. Vgl. Knack R. (2006), S. 53ff.
53. Vgl. Weise J. (2007), S. 18
54. Knack R. (2006), S. 56
55. Vgl. RWE
56. Vgl. RWE
57. Vgl. Rennings, Markewitz, Vögele
58. Vgl. Rennings, Markewitz, Vögele
59. Vgl. Rennings, Markewitz, Vögele

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