Innovation verstehen · Teil II · Vom Labor zum Markt
06 · Die Reife messen: TRL, CRL und das Tal des Todes
13 Min. Lesezeit
Zusammengefasst
- Die TRL-Skala (Technology Readiness Level) misst auf neun Stufen, wie nahe eine Technologie am realen Betrieb ist. Bei der NASA entstanden, ist sie heute die gemeinsame Sprache von Förderagenturen, europäischen Programmen und Deep-Tech-Investoren.
- Der Wert der Skala liegt in der Disziplin der Frage „nachgewiesen in welcher Umgebung?": Jede Stufe entspricht einem Funktionsnachweis unter zunehmend realistischen Bedingungen, nicht einer Meinung über den Fortschritt.
- Die TRL misst nur die technische Reife. Die ergänzenden Skalen (CRL für die kommerzielle Reife, MRL für die der Fertigung, IRL für die der Investition) existieren, weil ein Projekt auf einer Achse reif und auf den anderen grün sein kann, und die Misserfolge entstehen typischerweise auf den nicht gemessenen Achsen. Die neun Sprossen der CRL, mit dem Nachweis, den jede verlangt, stehen in der CRL-Leiter.
- Zwischen TRL 4 und TRL 7 öffnet sich das Tal des Todes der Finanzierung: Die Kosten wachsen um Größenordnungen, während das Projekt für die klassische öffentliche Forschung zu weit fortgeschritten und für einen großen Teil des privaten Kapitals zu unreif ist. Die Instrumente, die diesen Abschnitt abdecken, entscheiden darüber, welche Technologien den Markt erreichen.
Abschnitt 1
Herkunft und Aufbau der Skala
Die TRL-Skala entsteht in den Siebzigerjahren bei der NASA (die Urheberschaft wird Stan Sadin zugeschrieben) und wird von John Mankins im White Paper von 1995 in der Fassung mit neun Stufen formalisiert. Das Problem, das sie löst, betrifft Kommunikation und Entscheidung: In Programmen, die Hunderte von Technologien verschiedener Zulieferer integrieren, braucht es eine gemeinsame Sprache dafür, wie weit jede einzelne ist, und ein Kriterium dafür, welche technologischen Risiken ein Programm sich zu übernehmen leisten kann. Von der NASA hat sich die Skala auf das US-Verteidigungsministerium, auf die Europäische Weltraumorganisation und, ab dem Programm Horizont 2020, auf die Europäische Kommission ausgebreitet, die sie zur Bestimmung des Bereichs der Förderausschreibungen verwendet; heute ist sie auch in der Due Diligence der Deep-Tech-Investoren Standard.
Die neun Stufen in der gegenwärtigen, von den europäischen Programmen übernommenen Formulierung:
| TRL | Beschreibung |
|---|---|
| 1 | Grundprinzipien beobachtet |
| 2 | Technologiekonzept formuliert |
| 3 | Experimenteller Nachweis des Konzepts |
| 4 | Technologie im Labor validiert |
| 5 | Technologie in relevanter Umgebung validiert |
| 6 | Technologie in relevanter Umgebung demonstriert |
| 7 | Demonstration eines Systemprototyps in Einsatzumgebung |
| 8 | System vollständig und qualifiziert |
| 9 | Tatsächliches System in Einsatzumgebung erprobt |
Die Logik des Fortschreitens liegt in zwei Größen, die gemeinsam wachsen: der Vollständigkeit des geprüften Gegenstands (vom isolierten physikalischen Prinzip über die Komponente und das integrierte System bis zum realen System) und dem Realismus der Prüfumgebung (vom Papier über das Labor und die relevante Umgebung, die die Betriebsbedingungen nachbildet, bis zur echten Einsatzumgebung). Die Frage, die die Stufe zuweist, ist stets dieselbe: Was wurde nachgewiesen, in welcher Umgebung, mit welcher dokumentierten Evidenz. Es ist eine Frage nach der überprüfbaren Vergangenheit und nicht nach den Absichten, und das macht die Skala zu einem Instrument der Disziplin: Einen TRL erklärt man nicht, man weist ihn nach.
Drei Schwellen verdienen besondere Aufmerksamkeit. TRL 3 (Nachweis des Konzepts): Der zentrale Mechanismus hat mit realen Instrumenten reproduzierbar funktioniert; vor dieser Schwelle ist die Idee nur auf dem Papier geprüft. TRL 5-6 (relevante Umgebung): der Sprung aus dem Labor, in dem die Bedingungen kontrolliert sind, in eine Umgebung, die die realen Beanspruchungen nachbildet (Temperatur, Vibrationen, Störungen, Nutzer); es ist statistisch der Sprung, an dem die meisten Technologien sterben, weil das Labor die Integrations- und Robustheitsprobleme konstruktionsbedingt verbirgt. TRL 7-8: die Qualifizierung des vollständigen Systems, in die Zertifizierungen, Normen und Zuverlässigkeit eingehen, also hohe Kosten mit geringem wissenschaftlichem Gehalt, die Forschungsteams zu unterschätzen neigen.
Abschnitt 2
Korrekter Gebrauch und dokumentierte Grenzen
Die Skala funktioniert, wenn sie für das verwendet wird, was sie misst, und die kritische Literatur (angefangen bei den internen Bewertungen der Agenturen, die sie selbst verwenden) hat genau belegt, wo sie aufhört zu funktionieren.
Der TRL ist an eine Anwendung und eine Umgebung gebunden. Eine in einem Einsatz reife Technologie ist es in einem anderen nicht: Ein Sensor auf TRL 9 in der Automobilindustrie fällt auf TRL 5-6 zurück, wenn er für ein Medizinprodukt bestimmt ist, denn Einsatzumgebung, Anforderungen und Zertifizierungen ändern sich. Die Stufe ist stets bezogen auf die konkrete Anwendung zu erklären und kann berechtigterweise sinken, wenn sich die Anwendung ändert.
Die Skala ist ordinal, nicht kardinal. Die Stufen sind nicht gleich weit voneinander entfernt: In Kosten und Zeit ist der Übergang von TRL 6 auf 8 typischerweise ein Vielfaches des Übergangs von 2 auf 4. Den TRL zur linearen Schätzung des Fortschritts zu verwenden („wir sind bei 6 von 9, also bei zwei Dritteln") ist der häufigste Rechenfehler.
Der TRL misst weder die verbleibende Schwierigkeit noch die Integration noch die anderen Achsen. Zwei Technologien auf derselben Stufe können sehr unterschiedliche Anstiege vor sich haben; ein aus reifen Komponenten bestehendes System kann als System unreif sein (der niedrigste TRL der Kette bestimmt das Ganze, und die Integration ist selbst eine Technologie, die reifen muss); und vor allem schweigt die Skala zu allem, was nicht technisch ist: Markt, Fertigung, Ökonomie. Aus dieser dritten Lücke entstehen die ergänzenden Skalen.
Abschnitt 3
Die anderen Thermometer: CRL, MRL, IRL
CRL (Commercial Readiness Level). Unter anderem von der australischen Agentur für erneuerbare Energien ARENA (2014) formalisiert, die beobachtete, dass die Energietechnologien TRL 9 erreichten und dort stehen blieben, misst die Skala die kommerzielle Reife: von der Markthypothese über die ersten von besonderen Bedingungen gestützten Verkäufe bis zur Wettbewerbsfähigkeit ohne Förderung und zur bankfähigen Anlageklasse. Ihre Daseinsberechtigung ist die Beobachtung, dass das Risiko mit der Technik nicht endet: Es wechselt seine Natur und wird von da an auf einer eigenen Achse gemessen (Kunden, Kanäle, Unit Economics, Finanzierbarkeit).
Das Fortschreiten des CRL lässt sich auch am Produkt selbst ablesen, das drei verschiedene, streng geordnete Versionen desselben Artefakts durchläuft. Das Minimum Viable Product (MVP, Kapitel 07) validiert die Idee und muss nicht verkaufsfähig sein: Es kann kostenlos sein, unvollständig, getragen von manuellen Prozessen hinter der Produktfassade; es beantwortet „Funktioniert es, und wollen sie es?". Die minimal verkaufsfähige Version (Minimum Sellable Version) ist die erste, die kassieren kann: weder perfekt noch vollständig, aber mit den technischen und rechtlichen Mindestanforderungen, um eine Transaktion abzuwickeln (Zahlungen, Rechnungsstellung, Nutzerkonten); sie beantwortet „Sind sie bereit, jetzt dafür zu zahlen?". Das Minimum Marketable Product (MMP, 2003 von Denne und Cleland-Huang formalisiert) besteht im breiten Markt: sorgfältige Nutzererfahrung, keine blockierenden Mängel, bereit für Marketing im großen Maßstab; es beantwortet „Sind wir bereit, es allen zu verkaufen?". Im Weg entsprechen die drei Versionen F7, der Schwelle von F8 und F9-F10. MVP und MMP stützen sich auf konsolidierte Literatur; die minimal verkaufsfähige Version ist ein Praxisbegriff ohne kanonische Quelle, nützlich gerade deshalb, weil er die Stufe benennt, die Validieren von Kassieren trennt.
MRL (Manufacturing Readiness Level). Im US-Verteidigungsbereich entwickelt, misst sie die Fähigkeit zu produzieren: Prozesse, Ausbeuten, Lieferkette, Industriekosten, Skalierbarkeit der Stückzahlen. Der Penicillin-Fall aus Kapitel 01 ist der historische Beleg dafür, dass die fertigungstechnische Reife eine eigenständige Achse ist: Die Wissenschaft war 1941 erledigt, die Produktion war das Problem. Bei Hardwareprojekten wird der Abstand zwischen nachgewiesenem Prototyp und wiederholbarer Produktion zu tragbaren Kosten systematisch unterschätzt.
IRL (Investment Readiness Level). Von Steve Blank vorgeschlagen, überträgt sie die Logik der Readiness Level auf den Validierungsweg des Geschäfts: von der Formulierung der Hypothesen zum Modell (Problem, Kunde, Kanal, Erlöse) über ihre schrittweise Prüfung mit im Feld erhobener Evidenz bis zu den Kennzahlen, die ein wiederholbares und skalierbares Modell nachweisen. Sie ist die Brücke zwischen diesem und dem nächsten Kapitel: Der IRL wendet auf das Marktrisiko dieselbe Disziplin an, die der TRL auf das technische Risiko anwendet, nämlich Fortschritt nur gegen Evidenz zu erklären.
Der methodische Punkt, der allen vier Thermometern gemeinsam ist: Die Reife ist mehrdimensional, die Fehlschläge entstehen typischerweise auf der nicht gemessenen Achse, und ein Projekt ist daher als Vektor zu lesen (TRL, CRL oder IRL, MRL) und nicht als eine einzelne Zahl. Ein hoher TRL bei stehendem CRL ist eine Technologie auf der Suche nach einem Markt; ein CRL, der auf einem unreifen TRL vorauseilt, ist ein kommerzielles Versprechen ohne Produkt; beide Konstellationen sind Diagnosen, und der Vektor macht sie sichtbar.
Abschnitt 4
Das Tal des Todes
Zwischen TRL 4 und TRL 7 öffnet sich der Abschnitt, den die Literatur zur Innovationsfinanzierung Tal des Todes nennt, und seine Existenz folgt aus einer strukturellen Schere zwischen Kosten und verfügbarem Kapital.
Auf der Kostenseite: Das Fortschreiten entlang der Skala verläuft exponentiell, nicht linear. Die Forschung bis TRL 3-4 erfolgt mit kleinen Teams und Laborausstattung; die Validierung in relevanter Umgebung und die Systemprototypen (TRL 5-7) verlangen vollständige Ingenieurarbeit, Pilotanlagen, Prüfkampagnen, Zertifizierungen: bei vielen physischen Technologien eine Größenordnung mehr, oder zwei.
Auf der Kapitalseite: Gerade dort, wo die Kosten beschleunigen, dünnt das Finanzierungsangebot aus. Die klassische öffentliche Forschung (Universitäten, Einrichtungen, Forschungsgrants) finanziert die niedrigen Stufen gut, auf denen publizierbares Wissen entsteht, und betrachtet die mittleren Stufen als „industrielle Entwicklung" außerhalb ihres Auftrags. Das private Kapital denkt spiegelbildlich: Auf TRL 4-5 ist das verbleibende technische Risiko noch hoch, die Rückflusszeiten sind lang, und die kommerzielle Evidenz (die, wie gesehen, auf einer anderen Achse lebt) fehlt fast völlig; ein großer Teil der Investoren zieht es vor einzutreten, wenn der Prototyp das System bereits nachgewiesen hat, also nach dem Tal. Das Ergebnis ist ein Abschnitt des Wegs, in dem der Bedarf am größten und das Angebot am geringsten ist und in dem wissenschaftlich tragfähige Technologien allein wegen der Diskontinuität der Finanzierung sterben: kein Versagen der Technologie, sondern ein Versagen des Kapitalmarkts, und es ist die übliche wirtschaftliche Begründung der öffentlichen und halböffentlichen Instrumente (Zuschüsse für die experimentelle Entwicklung, steuerliche Anreize für F&E, vorkommerzielle Auftragsvergabe), die Kapitel 09 im Einzelnen behandelt: Sie existieren, um den Abschnitt abzudecken, den weder die öffentliche Forschung noch das private Kapital von sich aus abdecken.
Für alle, die einen Entwicklungsweg entwerfen, ist das Tal keine Überraschung, sondern eine Planungsgröße: Der Finanzplan eines Deep-Tech-Projekts wird zuerst daran gemessen, wie er TRL 4-7 durchquert, mit welchen Quellen, in welcher Zeit und mit welchen bei jedem Schritt erzeugten Nachweisen, um die nächste Quelle freizuschalten.
Abschnitt 5
Ein durchgearbeitetes Beispiel: dieselbe Technologie, drei Thermometer
Betrachtet sei zur Veranschaulichung ein Sensor für die Präzisionslandwirtschaft auf der Grundlage eines neuen Messprinzips. TRL 1-2: Das physikalische Prinzip ist beobachtet und das Konzept formuliert; Papier und Rechnungen. TRL 3: Der Laboraufbau misst die Zielgröße reproduzierbar. TRL 4: Der Laborprototyp integriert Messung, Elektronik und Verarbeitung, im Labor. TRL 5-6: Das Gerät, in einer der endgültigen nahen Form ausgeführt, arbeitet im Gewächshaus und dann eine Saison lang im Feld, mit Staub, Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen und realer Datenübertragung; es ist der Sprung, an dem die Probleme auftauchen, die das Labor nicht zeigt. TRL 7-8: Die qualifizierte Vorserie (Funk- und Umweltzertifizierungen, Zuverlässigkeit über Lose) arbeitet bei landwirtschaftlichen Pilotbetrieben. TRL 9: Das Produkt arbeitet unter realen kommerziellen Bedingungen.
Der vollständige Vektor erzählt jedoch parallel eine andere Geschichte. Auf TRL 6 kann der CRL noch auf der Stufe der Hypothesen stehen (wer zahlt: der landwirtschaftliche Betrieb, die Genossenschaft, die Versicherung? für welchen messbaren Wert: eingespartes Wasser, Ertrag, Zertifizierung?), und der MRL kann zeigen, dass das Kalibrierverfahren des Sensors, am Prototyp handwerklich ausgeführt, nicht auf die Stückzahlen skaliert. Die korrekte Lesart des Projekts lautet nicht „TRL 6 von 9", sondern der gesamte Vektor, wobei die am weitesten zurückliegende Achse die nächste Validierungspriorität vorgibt: genau so, wie Kapitel 07 das Risikomanagement aufbauen wird.
In der Volcano-Methode
Die TRL-Skala ist das erklärte Gerüst der F&E-Makrophase des Wegs: Die Phasen von F3 (Ideenfindung, TRL 1-2) bis F7 (MVP, TRL 7-8) verlaufen über dem technischen Thermometer, und die TRL-Pyramide ist das Instrument, mit dem die Methode die Reife jedes Projekts des Portfolios mitteilt, jedes veröffentlicht mit seiner tatsächlichen Stufe und seinem Status. Das doppelte Thermometer aus Abschnitt 3 ist strukturell aufgenommen: Der Makrophase der Kommerzialisierung (F8-F13) weist die Methode den CRL zu und erkennt damit an, dass das Risiko vom MVP an die Achse wechselt und für sich gemessen wird. Das Tal des Todes aus Abschnitt 4 ist der Abschnitt, den das Finanzierungsmodell bewusst abdeckt: Das typische Fenster des Tax Lease (des spanischen steuerlichen Leasingmodells) reicht von F3 bis F7, also von TRL 2 bis TRL 7, erklärt als „der Abschnitt, den keine andere Quelle abdeckt", wobei die nicht rückzahlbaren öffentlichen Mittel in der Regel ab TRL 5-6 hinzukommen; die Architektur der Quellen nach Stufe, im Kapitalzeitplan des Modells dargestellt, ist die entworfene Antwort auf die in diesem Kapitel beschriebene Schere. Schließlich hat der Grundsatz „einen TRL erklärt man nicht, man weist ihn nach" in der Methode eine institutionelle Form: die unabhängige Validierung über die akkreditierte Zertifizierung durch ENAC (die spanische Akkreditierungsstelle) und den Informe Motivado Vinculante (das bindende begründete Gutachten der spanischen Verwaltung), die der dritte der sechs Hebel der Risikoreduktion ist und die technische Selbstbewertung in durch Dritte geprüfte Evidenz verwandelt.
Lektüre
Zur Vertiefung
- J.C. Mankins, „Technology Readiness Levels: A White Paper" (NASA, 1995): zwei Seiten, die ursprüngliche Quelle der Definitionen.
- Europäische Kommission, TRL-Definitionen in den Programmdokumenten von Horizont (General Annexes): die offizielle Formulierung, die in den europäischen Ausschreibungen verwendet wird, praktischer Bezugspunkt für alle, die Anträge schreiben.
- ARENA, Commercial Readiness Index for Renewable Energy Sectors (2014): die Formalisierung des CRL und die Logik der doppelten technisch-kommerziellen Achse.
- S. Blank, „It's Time to Play Moneyball: The Investment Readiness Level" (2013, im Blog des Autors): der Vorschlag des IRL und die Verbindung zum Customer Development.
Häufige Fragen
Häufige Fragen
Bedeutet ein TRL 9, dass das Produkt marktreif ist?
Nein: Es bedeutet, dass die Technologie in realer Umgebung gearbeitet hat. Der Markt lebt auf der kommerziellen Achse (CRL): zahlende Kunden, Kanäle, Unit Economics, Wettbewerbsfähigkeit ohne Förderung. Die Geschichte der Technologien, die TRL 9 erreicht haben und kommerziell nie abgehoben sind, ist lang, und sie ist der Grund, warum es den CRL gibt. Die korrekte Lesart ist stets der Vektor, nie die technische Zahl allein.
Wer zertifiziert den TRL eines Projekts?
An sich niemand: Die Skala ist eine Sprache und kein Register, und die erklärte Stufe gilt so viel wie die Evidenz, die sie stützt. In der Praxis erfolgt die Prüfung auf indirekten Wegen: Die Förderagenturen bewerten die Evidenz in den Anträgen, die Investoren prüfen sie in der Due Diligence, und in einigen Rechtsordnungen gibt es unabhängige Zertifizierungen der F&E-Tätigkeiten (in Spanien die Zertifizierung durch von ENAC akkreditierte Stellen und den Informe Motivado Vinculante), die der Bewertung eine dritte und einwendbare Form geben. Die Frage, die vor einem erklärten TRL zu stellen ist, lautet stets: nachgewiesen wo, wann, dokumentiert wie.
Wenn das Risiko mit jeder Stufe sinkt, warum ist das Kapital gerade in der Mitte der Skala knapp?
Weil die Kosten schneller steigen, als das Risiko sinkt, und weil die Profile der Geldgeber den Abschnitt nicht abdecken: Die öffentliche Forschung endet dort, wo das publizierbare Wissen endet, das private Kapital tritt lieber ein, wenn das System nachgewiesen ist. Der größte Bedarf trifft zwischen TRL 4 und 7 auf das geringste Angebot: Es ist eine Diskontinuität des Kapitalmarkts, nicht der Technologie, und es ist der Abschnitt, zu dessen Abdeckung die öffentlichen und steuerlichen Instrumente existieren.
Kann der TRL einer Technologie sinken?
Ja, in zwei berechtigten Fällen: wenn sich die Anwendung oder die Zielumgebung ändert (die Reife ist ortsgebunden: der in die Medizintechnik überführte Automobilsensor fällt zurück) und wenn die Evidenz altert (ein vor Jahren nachgewiesener Prototyp auf nicht mehr verfügbaren Komponenten trägt die Stufe nicht mehr). Ein TRL ist eine Aufnahme mit Datum und Kontext; die Aufnahme außerhalb ihres Kontexts wiederzuverwenden heißt, eine Reife zu erklären, die nicht besteht.
John F. Kennedy, 1962