Eine warme Dusche, Licht auf Knopfdruck, ausreichend Lebensmittel, schnelle medizinische Hilfe im Notfall: Das alles ist für uns im Alltag selbstverständlich – und die Grundlage für eine funktionierende Gesellschaft und ein gutes, sicheres Leben. Eine reibungslose Versorgung mit diesen lebensnotwendigen Gütern und Dienstleistungen ist daher eine Kernaufgabe des Staates. Denn Störungen oder Ausfälle der Kritischen Infrastrukturen (KRITIS) können die öffentliche Sicherheit gefährden und hohe volkswirtschaftliche Schäden anrichten.

Der Schutz von Kritischen Infrastrukturen setzt voraus, mögliche Gefahren zu analysieren, Schwachstellen zu identifizieren, Schutzkonzepte zu entwickeln und damit die Widerstandsfähigkeit von KRITIS gegen Störungen und Angriffe zu erhöhen. All das ist Aufgabe von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der zivilen Sicherheitsforschung, die vom Bundesforschungsministerium gefördert wird.

Der „Schutz Kritischer Infrastrukturen“ ist ein wichtiger Schwerpunkt des Rahmenprogramms der Bundesregierung „Forschung für die zivile Sicherheit“. Damit die entwickelten Sicherheitslösungen auch schnell dort in der Praxis ankommen, wo sie dringend benötigt werden, werden sie in enger Kooperation mit den jeweiligen Anwendern erarbeitet. Anwender sind beispielsweise die Betreiber Kritischer Infrastrukturen, aber auch Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben wie Feuerwehr, Polizei oder das THW. (Mehr zum Thema lesen Sie auf unserem Fachportal zur zivilen Sicherheitsforschung.)

Was sind Kritische Infrastrukturen?

Bund und Länder haben gemeinsam definiert, was Kritische Infrastrukturen sind. Dazu zählen die folgenden Sektoren:

- Wasser
- Energie
- Ernährung
- Finanz- und Versicherungswesen
- Gesundheit
- Informationstechnik und Telekommunikation
- Medien und Kultur
- Staat und Verwaltung
- Transport und Verkehr
- Siedlungsabfallentsorgung (neu seit 2021)

Die Sektoren sind wiederum in Branchen unterteilt, die Dienstleistungen sicherstellen. Im Sektor Energie z. B. sind dies die Branchen Elektrizität, Gas, Mineralöl und Fernwärme. (Mehr zum Thema lesen Sie auf der Webseite des Bundesamtes für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe.)

Wodurch sind Kritische Infrastrukturen bedroht?

Naturkatastrophen wie Erdbeben, Stürme oder Überschwemmungen können zu Ausfällen oder Störungen Kritischer Infrastrukturen führen. Auch technisches Versagen, kriminelle oder terroristische Angriffe sowie Pandemien oder Kriege stellen eine Bedrohung dar, wie der russische Angriffskrieg gegen die Ukraine zeigt. Viele Infrastrukturen in Deutschland sind zudem auf das reibungslose Funktionieren der Informationsinfrastruktur angewiesen. Dies erhöht die Abhängigkeit von der Funktionsfähigkeit von IT-Technologien.

Wie stark sind Kritische Infrastrukturen miteinander vernetzt?

In vielen Versorgungsbereichen gibt es einen Trend hin zur Bildung von sogenannten „Megainfrastrukturen“, in denen alle Kritische Infrastrukturen miteinander vernetzt sind und es daher starke sektorenübergreifende Abhängigkeiten gibt. Störungen in einer Infrastruktur können dann folgenschwere Kaskadeneffekte auslösen, die weitreichende Auswirkungen auf andere Infrastrukturen haben. Prominentestes Beispiel ist hierbei der Blackout. So würde der Ausfall der Stromversorgung z. B. auch Ausfälle der Telekommunikation und der Wasserversorgung nach sich ziehen. Deshalb müssen KRITIS zukünftig stärker sektoren- und grenzübergreifend betrachtet werden.

Warum ist die Energieversorgung beim Schutz Kritischer Infrastrukturen besonders wichtig?

Die Energieversorgung stellt einen zentralen Sektor Kritischer Infrastrukturen dar, da so gut wie alle Versorgungseinrichtungen von einer intakten Stromversorgung abhängig sind. So haben gerade hier Ausfälle oder Störungen extreme und direkte Auswirkungen auf andere Infrastrukturbereiche, wie z. B. Wasser, Abwasser, Wärmeversorgung, Internet, Mobilfunk oder Verkehr. Nur mit einer störungsfreien Energieversorgung kann die Funktionsfähigkeit von Trinkwasser- und Gaspumpen, Feuerwehr-Leitstellen, mobilen Kommunikationsgeräten oder auch der Verkehrsführung und -lenkung gewährleistet werden.

Wie trägt das BMBF zum Schutz Kritischer Infrastrukturen bei?

Der Schutz Kritischer Infrastrukturen und deren Widerstandsfähigkeit gegen Störungen und Angriffe ist seit 2007 ein zentraler Forschungsschwerpunkt des Sicherheitsforschungsprogramms. Im Rahmen des Programms wird die Entwicklung innovativer Schutzlösungen gefördert, die dazu beitragen, die Grundversorgung mit Wasser, Strom und Internet sicherzustellen. So wurden beispielsweise Konzepte zur Mindestversorgung der Bevölkerung während eines Stromausfalls entwickelt und wichtige Erkenntnisse gewonnen, wie diese in den Risiko- und Krisenmanagementprozess von Städten und Kommunen integriert werden können. (Weitere Informationen zum Thema finden Sie auf unserem Fachportal zur zivilen Sicherheitsforschung.)

Zudem richtet das Programm seinen Blick auch auf Infrastruktursysteme, wie zum Beispiel Banken, Medien oder das Gesundheits- und Pflegewesen, die für die Aufrechterhaltung einer funktionsfähigen Gesellschaft ebenso unerlässlich sind. Wichtige Lösungsbeiträge leistet die Forschung u.a. bei der Prävention und Früherkennung von Bedrohungen, der zeitnahen Entdeckung und Verhinderung von Kaskadeneffekten oder für den Aufbau einer wirksamen Notfallversorgung beim Ausfall Kritischer Infrastruktursysteme.

Wie tragen die im Sicherheitsforschungsprogramm geförderten Projekte dazu bei, die Versorgung mit Strom und Gas sicherzustellen?

Im Sicherheitsforschungsprogramm werden bereits zahlreiche Projekte gefördert, die mit ihren Lösungsansätzen und Forschungsergebnissen dazu beitragen, dass lebenswichtige Infrastruktursysteme, wie z. B. Stromnetze, Kraftwerke oder Gasnetze und Speicher in Zukunft besser gegen Katastrophen und Angriffe geschützt sind. Zum anderen sorgen sie dafür, dass Einsatzkräfte und Gas- oder Stromversorgungsunternehmen die oft schwerwiegenden Auswirkungen von Störungen oder Ausfällen Kritischer Infrastrukturen schneller bewältigen oder sogar verhindern können. Dies umfasst z. B. die Sicherstellung der Treibstoffversorgung von Notstromaggregaten oder Konzepte, wie bei Stromausfall in Städten die Notversorgung der Bevölkerung sichergestellt werden kann. Aktuelle Fragestellungen der Forschung beschäftigen sich aber auch damit, auf welche Weise dezentrale Solar- und Windkraftwerke bei flächendeckenden Stromausfällen eine schnellere Wiederversorgung der Bevölkerung ermöglichen können und wie durch den Einsatz Künstlicher Intelligenz Unregelmäßigkeiten im Betrieb von Strom- und Gasnetzen frühzeitiger erkannt werden können. Auch die Verbesserung der Krisenkommunikation mit der Bevölkerung und die Schaffung von Anlaufstellen zur Hilfe im Notfall sind wichtige Aspekte in geförderten Projekten.

Weitere Informationen zu aktuellen Projekten: IKIGAS, rNET-Notstrom, KaMonSys und SILK.

Gibt es Beispiele aus der zivilen Sicherheitsforschung, die bereits in der Praxis umgesetzt wurden?

Ja. Zum Beispiel haben sich die drei Forschungsprojekte AlphaKomm, TankNotStrom und Katastrophenschutz-Leuchttürme (Kat-Leuchttürme) mit zentralen Fragestellungen zu den Folgen eines Stromausfalls beschäftigt, z. B. wie Infrastrukturbetreiber und Behörden in solchen Krisenlagen schnell und effektiv miteinander kommunizieren können, wie Krankenhäuser und andere kritische Einrichtungen während eines langanhaltenden Blackouts kontinuierlich mit Kraftstoff für die Notstromaggregate versorgt werden können und wie für solche Notfälle zentrale Anlaufstellen für Bürgerinnen und Bürger geschaffen werden können.

Die Ergebnisse aus mehreren Projekten flossen in das Konzept der sogenannten „Katastrophenschutz-Leuchttürme“ ein. Diese „leuchtenden Inseln“, öffentliche Gebäude wie z.B. Schulen oder Feuerwehrwachen, werden im Ernstfall mit Notstrom betrieben und versorgen die Bürgerinnen und Bürger als lokale Anlaufpunkte mit Informationen und Hilfsangeboten. Zudem können auch die Behörden über die regional verteilten Kat-Leuchttürme miteinander kommunizieren und so bei länger andauernden Krisenlagen eine administrative Ebene aufrechterhalten. Aktuell wurden bereits rund 40 solcher Kat-Leuchttürme in Berlin und Sachsen eingerichtet, weitere sind in Berlin, Sachsen und Niedersachsen in Planung.

Wie können wir mit ziviler Sicherheitsforschung die Energieversorgung in Zukunft widerstandsfähiger machen und was sind die Herausforderungen?

Angesichts immer komplexer werdender Bedrohungslagen, wie sie z.B. durch Extremwetterereignisse oder Hackerangriffe ausgelöst werden, besteht eine große Aufgabe zukünftig darin, stark vernetzte und zunehmend dezentraler aufgebaute Energieversorgungssysteme ausfallsicher zu gestalten. Eine zentrale Rolle bei der Überwachung und dem Schutz von Strom- und Gasnetzen wird dabei die Nutzung Künstlicher Intelligenz spielen. Ziel ist es, KRITIS von vorneherein so robust und intelligent wie möglich auszurichten, um langfristig die Lebensqualität und Versorgungssicherheit der Bevölkerung zu erhöhen. Hier können Projekte der Sicherheitsforschung, z. B. bei der Lagebilderstellung und Überwachung der Netze durch KI, Beiträge leisten. Das schließt auch die Auseinandersetzung mit ethischen und rechtlichen Fragen ein, wenn es beispielsweise darum geht, ob und wann sicherheitskritische Entscheidungen durch autonome oder teilautonome Systeme getroffen werden können.

Was ist technologische Souveränität – und was hat das mit Kritischer Infrastruktur zu tun?

Technologische Souveränität ist ein zentrales Anliegen der Forschungspolitik des BMBF. Darunter verstehen wir den Anspruch und die Fähigkeit zur (Mit-)Gestaltung von Schlüsseltechnologien und technologiebasierten Innovationen, um so auf globalen Märkten Anforderungen an Technologien, Produkte und Dienstleistungen entsprechend unserer demokratischen Werte formulieren, überprüfen und absichern zu können. Hierdurch können wir einseitige Abhängigkeiten vermeiden, als auch – so notwendig – mit europäischen und außereuropäischen Wertepartnern autark agieren. Technologische Souveränität erfordert eine kluge und langfristige Förderung von Schlüsseltechnologien – wie beispielsweise Künstliche Intelligenz, Mikrochips, Batterien und Grüner Wasserstoff als Energieträger der Zukunft.

Der russische Angriffskrieg gegen die Ukraine hat deutlich gezeigt, dass wir große Abhängigkeiten im Energiesektor – also einem zentralen Sektor mit Kritischen Infrastrukturen – verhindern müssen. Das BMBF will Deutschland daher zu Wasserstoffrepublik machen. Denn Grüner Wasserstoff ist nicht nur sauber und sicher, er kann perspektivisch auch zur technologischen Souveränität Deutschlands beitragen.

Mehr zur Wasserstoff-Strategie lesen Sie hier: Nationale Wasserstoffstrategie: Grüner Wasserstoff als Energieträger der Zukunft.