Fachliche Stärken des Forschungssystems: Japan

Grundsätzlich verfolgt Japan das Ziel, bis 2050 Klimaneutralität zu erreichen. Die wichtigsten Ziele für den Energiemix im Jahr 2030 hat Japan zuletzt 2021 im „Strategic Energy Plan“ festgelegt.

Nuklearenergie/Fusionsenergie

Der Anteil der Nuklearenergie am Energiemix von 22 bis 24 Prozent bleibt gegenüber dem vorhergehenden Plan von 2018 unverändert. Dazu müssten viele stillgelegte Meiler wieder ans Netz gehen, die nach der Nuklearkatastrophe von 2011 abgeschaltet worden. Das Land betreibt weiter Forschung und Entwicklung an neuen Reaktoren, vor allem in Kooperation mit den USA und Frankreich: So hat der Mischkonzern Mitsubishi Heavy Industries bis Mitte 2030 einen neuen Reaktortyp angekündigt, der besonders geeignet sein soll, Stromschwankungen bei den erneuerbaren Energien auszugleichen (GTAI 2023a: Energie: Energiemix wird grüner). Japan ist an dem Aufbau eines Internationalen Thermonuklearen Reaktors (ITER) in Frankreich, einem Großforschungsprojekt für Fusionsenergie beteiligt. Die japanische Forschungs- und Entwicklungsarbeit soll unter der neuen Fusion Energy Innovation Strategy vom April 2023 gezielt in Richtung Industrialisierung von Fusionsenergie vorangetrieben werden.

Erneuerbare Energien

Zu erneuerbaren Energien hat das National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) 2014 in Koriyama, Fukushima das Fukushima Renewable Energy Institute (FREA) eingerichtet. Der Anteil erneuerbarer Energien am Energiemix soll bis 2030 auf 36 bis 38 Prozent steigen. Japan hat bisher deutlich stärker auf Sonnenenergie in Form von Freiflächenanlagen als auf Windenergie gesetzt. Seit 2019 plant Japan auch den großflächigen Ausbau der Offshore-Windkraftnutzung. Ende 2022 begann der erste größere kommerzielle Offshore-Windpark mit der Stromerzeugung (siehe GTAI 2023b: Grüne Energien haben noch viel Ausbaupotenzial).

Wasserstoff

Bei der Nutzung von Wasserstoff (siehe Wasserstoffstrategie von 2017) sollen erneuerbare Energien grundsätzlich dabei helfen, langfristig eine lokale und dezentrale Versorgung mit grünem Wasserstoff aufzubauen (siehe dazu das 2020 fertig gestellte Testfeld Fukushima Hydrogen Energy Research Field). Jedoch benötigt die Produktion und Nutzung von grünem Wasserstoff in Japan voraussichtlich hohe Subventionen. Daher investiert die Regierung in den Ausbau einer Lieferinfrastruktur, um vorläufig blauen Wasserstoff aus energiereichen Ländern wie Australien zu importieren. Zudem ist Japan mit den südostasiatischen Staaten eine Kooperation eingegangen (Asia CCUS Network). Ein langfristiges Ziel ist es, abgeschiedenes CO₂ mit erneuerbarer Energie in grünen Ammoniak und Wasserstoff umzuwandeln und dann per Schiff nach Japan zu transportieren (siehe GTAI 2023c: Dekarbonisierung braucht Kooperation). Die Erzeugung von Wasserstoff ist somit für Japan eng verbunden mit Technologien für das Abscheiden und Speichern von CO₂ (Carbon Capture and Storage, CCS) wie auch die CO₂-Wiederverwertung (Carbon Capture and Utilization, CCU).

CCUS-Technologien

An der Entwicklung von CCUS-Technologien arbeiten japanische Unternehmen und Forschungsinstitute und suchen international nach Kooperationen. Dies betrifft nicht nur Wasserstoff, sondern auch die Nutzung von Kohle. Nach der Nuklearkatastrophe 2011 in Fukushima hatte Japan schnell neue Kraftwerkskapazitäten benötigt, um die landesweit abgeschalteten Atommeiler zu ersetzen. Der Kohleverbrauch zur Stromerzeugung stieg daher zwischen 2010 und 2020 um mehr als ein Drittel an. Japan wird neue, effiziente Kohlekraftwerke vorerst weiter betreiben und entwickelt sogenannte ultra-superkritische Anlagen, die die Kohlendioxid-Emissionen minimieren. In der Präfektur Hiroshima setzt ein Demonstrationsprojekt auf die Kofeuerung von Ammoniak und Biomasse sowie auf Abscheiden und Speichern von CO₂. Inwieweit dieser Ansatz auch kommerziell realisierbar ist, muss sich noch zeigen (siehe GTAI 2023d: Kohle bleibt kritischer Rohstoff).

Eines der ersten CCS-Projekte in Japan ist das Projekt Tomakomai auf der nördlichen Insel Hokkaido. Hier wird das in einer Raffinerie anfallende Kohlendioxid direkt eingefangen und vor der Küste in den Unterseeboden gepumpt. Zudem starten ab 2024 Testläufe für die Verschiffung von verflüssigtem Kohlendioxid. Als Speicherort dienen weitgehend erschöpfte Gas- und Ölfelder (siehe GTAI 2023b). Um die Wiederverwendung von abgeschiedenem Kohlendioxid voranzutreiben, hat das japanische Wirtschaftsministerium 2021 die 2019 angenommene „Roadmap for Carbon Recycling Technologies" aktualisiert. Sie soll Innovationen anschieben, beispielsweise um CO₂-neutrale Brennstoffe wie synthetisches Gas oder E-Fuels zu erzeugen. Pläne hierzu hat unter anderem der Energieversorger Tokyo Gas. In Osaki-Kamijima in der Präfektur Hiroshima ist im Jahr 2022 ein Forschungs- und Entwicklungsstandort für diverse CO₂-Recycling-Verfahren entstanden. Zu den hier entwickelten Technologien zählen die effiziente Verwertung von Kohlendioxid in Baustofferzeugnissen, in der Synthese von Kunststoffen und zur Biokraftstoffherstellung in der Algenzucht (siehe GTAI 2023c: Dekarbonisierung braucht Kooperation).

Vor dem Hintergrund der stark alternden japanischen Gesellschaft wurde 2015 die Japan Agency for Medical Research and Development (AMED) neu gegründet. Sie soll die Förderung für die gesamte medizinische Forschung von der Grundlagenforschung bis hin zu klinischen Versuchen bündeln und zusammenführen. Ziel ist es, Ergebnisse der Grundlagenforschung reibungslos in Produkte oder Patente umzusetzen. AMED bündelt dabei ein Budget von 142,9 Mrd. Yen  (792,6 Mio. Euro, Wechselkurs 1€=157Yen), welches von den Ministerien für Wirtschaft (METI), Gesundheit (MHLW) und Wissenschaft (MEXT) kommt. Schlüsselbereiche sind Demenzforschung, Krebsforschung, Forschung zu Infektionskrankheiten, klinische Forschung, regenerative Medizin, Therapien für schwerbehandelbare Krankheiten, pharmazeutische Produkte, medizinische Geräte sowie die Nutzung genetischer Informationen. Als Reaktion auf die Corona-Pandemie wurde im März 2022 unter AMED das Strategic Center of Biomedical Advanced Vaccine Research and Development for Preparedness and Response (SCARDA) gegründet.

Um die Herausforderungen der Zukunft zu stemmen, plant Japan den stärkeren Einsatz fortschrittlicher Medizintechnik, Künstlicher Intelligenz (KI) und Robotik (siehe unter Digitaler Wandel). Im Mai 2022 änderte die Regierung den bisherigen Masterplan für Medizintechnik aus dem Jahr 2016 („Basic Plan for the Promotion of Research and Development and Dissemination of Medical Devices to Improve the Quality of Medical Care Received by the Public“). Neu hinzu kamen 2022 unter anderem die Förderung der Forschung und Entwicklung von Software als Medizinprodukt (Software as a Medical Device, SAMD) und die Versorgungssicherheit bei Medizinprodukten (siehe GTAI (2023): Japan bleibt ein Top-Markt für Medizintechnik).

Japan Healthcare 2035 ist eine Vision für das Gesundheitssystem in den nächsten 20 Jahren, gefördert durch das Ministerium für Gesundheit, Arbeit und Soziales. Die Vision geht von der Erkenntnis aus, dass vor dem Hintergrund der alternden Bevölkerung die steigenden Bedürfnisse und Kosten im Gesundheitswesen nicht durch einfache finanzielle Anpassungen bewältigt werden können. Der Plan sieht vor, dass jeder Bürger in die Lage versetzt wird, sein volles Wellness-Potenzial auszuschöpfen und die Verantwortung für seine Gesundheitsbedürfnisse zu übernehmen (siehe Europ. Kommission (2021): Advanced Technologies for Industry – Report on Japan: technological capacities and key policy measures, S. 11).

Japan verfügt über eine weltweit führende pharmazeutische Industrie. Akademisch-industrielle Partnerschaften für die Wirkstoffforschung sind weit verbreitet.

Auch im Bereich der Stammzellenforschung wirkt die japanische Forschung mit; so zum Beispiel das RIKEN-Zentrum, das weltweit Beachtung für ihre Erfolge im Bereich der ipS-Stammzellenforschung bei der Regenerierung von Netzhautzellen fand . Bei ipS (induzierte pluripotente Stammzellen) handelt es sich um im Labor entstandene Gewebezellen, die durch die Zugabe von genetischen Faktoren neu programmiert wurden und ähnliche Eigenschaften wie embryonale Stammzellen aufweisen.

Das Wissenschaftsministerium MEXT hat im Sommer 2016 entschieden, den RIKEN Heavy-Ion Linac (RILAC) Teilchenbeschleuniger in Wako, Präfektur Saitama, weiter auszubauen. Das Ziel ist der Nachweis weiterer schwerer Elemente.

Zwischen 2004 und 2012 wurden am RILAC die Experimente zum Nachweis des neuen Elements mit der Ordnungszahl 113 durchgeführt. Japan erhielt 2015 die Namensrechte für das Element 113. Man entschied sich für den Namen „Nihonium“ (Nihon ist der Name des Landes in eigener Sprache). Am 14. März 2017 gab es in der Japan-Akademie in Tokyo in Anwesenheit des damaligen Kronprinzen zum Anlass dieser Namensgebung eine feierliche Zeremonie.

Angespornt von diesem großen Erfolg, möchte Japan nun auch die Elemente mit den Atomzahlen 119 und 120 schneller als die Mitbewerber Deutschland und Russland nachweisen.

Nach den Wünschen der High Energy Accelerator Research Organisation (KEK) sollte der Teilchenbeschleuniger ILC in der Präfektur Iwate nördlich von Tokyo entstehen. Geplant war, mit der Forschung am ILC an die Forschung am Large Hadron Collider (LHC, CERN) zum Higgs-Boson und anderen exotischen Teilchen anzuknüpfen. Allerdings wurde dem Plan bis heute (Stand Juni 2023) nicht zugestimmt. Grund hierfür sei unter anderem die sich nicht rechnenden sehr hohen Ausgaben gegenüber möglichen physischen Erkenntnissen.

Wie in der Einleitung ausgeführt, orientiert sich Japan an der übergreifenden Vision einer Society 5.0. Im September 2021 gründete die japanische Regierung eine Digitale Agentur mit dem Auftrag, das „Priority Policy Program for Realizing the Digital Society“ in Kooperation mit Ministerien und Agenturen voranzutreiben. Im Zentrum der Bemühungen stehen öffentliche Sektoren wie Bildung, Gesundheit und Katastrophenvorsorge. In diesem Feld sollen bevorzugt sogenannte Digitale Zwillinge eingesetzt werden, um auf verschiedene Katastrophenszenarien optimal vorbereitet zu sein (Integrated Innovation Strategy 2024, S. 10 f.). Eine übergreifende Vision für Japan bietet die „Digital Garden City“. Ziel ist es, mit Hilfe digitaler Technologien eine Revitalisierung des ländlichen Raumes und eine bessere Verbindung mit den Städten zu erreichen.  

Industrie und Robotik

Im März 2017 hat das Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie und Industrie (METI) das politische Konzept 'Connected Industries' lanciert mit dem Ziel durch die Verbindung von Dinge, Menschen, Technologien und Organisationen für die japanische Industrien neue Werte zu schaffen (siehe Europ. Kommission (2021): Advanced Technologies for Industry – Report on Japan: technological capacities and key policy measures, S. 10). Die Initiative ist in 5 Schwerpunktbereiche gegliedert, nämlich:

• Automatisiertes Fahren und Mobilitäts-Dienstleistungen;
• Fertigung und Robotik;
• Biotechnologien und Werkstoffe;
• Sicherheitsmanagement für Anlagen/Infrastruktur;
• Intelligentes Leben

Das Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie hatte 2015 eine erste Roboter-Strategie angenommen, die 2018 erneuert wurde („New Robot Strategy“). Die Initiative zielt darauf ab, Japans führende Position in der Robotik zu stärken, indem die Technologie in weiteren Bereichen eingesetzt wird. Dazu gehört das Pflege- und Gesundheitswesen, um die Risiken für das Pflegepersonal zu minimieren; die Landwirtschaft (Einführung automatisierter Traktoren bis 2020 und einer breiten Palette von Robotern auf den Feldern) und das Bauwesen (zur Verbesserung der Produktivität, Schutz der Arbeitskräfte vor Gefahren, auch um alternde kritische Infrastrukturen zu reparieren und höhere Ziele für unbemanntes Bauen zu realisieren). Eine der Moonshot-Ziele (siehe unter Fachliche Stärken: Übersicht) ist es, Robotern bis 2050 durch den Einsatz Künstlicher Intelligenz (KI) das selbständige Lernen zu ermöglichen (siehe GTAI (2022): Roboter willkommen). Japanische Forschende der Kyoto University haben derweil mit Hilfe von KI einen humanoiden Roboter entwickelt, der gemeinsam mit Menschen lachen kann, wobei sich die Art zu lachen jeweils dem kontaktierten Menschen anpasst (siehe JSPS-Rundschreiben 03/2022).

Die „Robot Revolution Initiative“ (RRI) ist ein 2015 gegründetes Industriekonsortium zur Förderung der Entwicklung von Robotern. Diese Public-Private-Plattform zählte Mitte 2022 allein 262 Unternehmen, darüber hinaus mehr als 90 Institutionen, Forschungseinrichtungen und Gesellschaften. Deutsche Unternehmen wie Bosch und Siemens sind ebenfalls beteiligt.

Künstliche Intelligenz (KI)

Die japanische Regierung hat 2016 eine erste Strategie für KI vorgelegt und diese bereits zwei Mal in 2019 und 2022 überarbeitet. Die aktualisierte KI-Roadmap der japanischen Regierung (AI Strategy 2022) steht im Einklang mit dem sechsten Basisplan und stuft die Förderung der KI-Forschung als essentiell ein. Von den unter früheren Versionen der Strategie geplanten Maßnahmen konnte mit 154 von 171 eine Vielzahl planmäßig durchgeführt werden. Aktuell gibt es fünf strategischen Ziele:

1. Förderung von Human Resources;
2. Sicherstellung von industrieller Wettbewerbsfähigkeit;
3. Aufbau von technologischen Systemen;
4. Förderung von internationalen Kooperationen und
5. Maßnahmen in Krisenzeiten.

In der jüngsten Version der KI-Strategie von 2022 legt die japanische Regierung einen Schwerpunkt darauf, KI der Bevölkerung näherzubringen und mögliche Ängste und Missverständnisse aufzulösen, damit es zu einer reibungslosen Aufnahme von KI-Technologien in der Gesellschaft kommen kann.

Die drei Ministerien für Forschung (MEXT), Wirtschaft (METI) sowie Kommunikation (MIC) verwalten jeweils Teile des KI-Budgets mit folgenden Bausteinen:

• AIP RIKEN Center for Advanced Intelligence Project (RIKEN-AIP) – Schwerpunkt Deep-Learning;
• AIST-Projekt Artificial Intelligence Research Center (AIRC) – Schwerpunkte: Roboter und KI-Anwendungsentwicklung;
• National Institute of Information and Communications Technology (NICT) – Schwerpunkte: Verarbeitung natürlicher Sprache, multilingualer akustischer Übersetzung und neuronale Netzwerke.

Quantentechnologien

Seit 2018 ist Quantentechnologie einer der Förderschwerpunkte der japanischen Regierung. In seiner „Vision of Quantum Future Society” vom April 2022 definiert die japanische Regierung folgende Ziele bis 2030: (1) 10 Millionen Nutzer in Japan; (2) Erhöhung der Produktion von Quantentechnologie auf 50 Billionen Yen (3) Förderung von neuen Unternehmen zur Eröffnung neuer Märkte. Seit April 2023 gibt die „Strategy of Quantum Future Industry Development” Eckpunkte und wichtige Ziele für die Industrialisierung von Quantentechnologien vor. 

Hochleistungsrechner

Japans neuester Höchstleistungsrechner (HPC) Fugaku hat im Mai 2020 als Nachfolger des K Supercomputer in Kobe den regulären Betrieb aufgenommen. Fugaku wurde im Juni zum schnellsten Supercomputer der Welt. Diese Position konnte Fugaku für zwei Jahre halten. Der Fugaku Supercomputer wurde, wie der K Supercomputer auch, von der japanischen Firma Fujitsu gebaut. Er wurde u.a. während der COVID-19 Pandemie zur Untersuchung von Schutzmasken und ihrer Wirksamkeit genutzt. Auch in der KI Forschung findet er Anwendung, so wird er für die Entwicklung von japanischen Sprachfähigkeiten in generativer KI eingesetzt.

Seit der erfolgreichen weichen Landung einer kleinen Sonde im Januar 2024 gehört Japan zu den sechs Mondlandenationen weltweit. Die japanische Regierung fasst ihre Raumfahrtstrategie im jährlich aktualisierten „Basic Plan for Space“ zusammen. Mit dem letzten Plan vom Juni 2020 wurde der Fokus auch weiterhin auf Sicherheitsthemen sowie die Entwicklung ziviler, kommerziell relevanter Anwendungen gelegt. Darüber hinaus soll die nachhaltige Entwicklung der Raumfahrt relevante Beiträge zum Umgang mit globalen Herausforderungen liefern.

Im Satellitenbereich entsteht ein Wachstumsmarkt, bei dem Japan vor allem für Klein- und Nano-Raumsonden großes Entwicklungspotenzial sieht. Dabei bestehen kooperative Ansätze mit Deutschland, das Subsysteme für die Kontrolle, für Sensoren und andere Teile liefert (GTAI (2022): Satelliten versprechen dynamisches Wachstum).

Die Kooperation zwischen dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und der Japanischen Agentur für Luft- und Raumfahrt (JAXA) hat eine lange Tradition (siehe unter Kooperation mit Deutschland). Zusammen mit dem DLR und dem französischen Nationalen Zentrum für Raumfahrt (CNES) plant JAXA eine gemeinsame Rover Mission („IDEFIX“) auf den Mars Monden, nachdem die drei Einrichtungen bereits im Rahmen der Hayabusa2 Mission erfolgreich kollaboriert hatten.