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Energie: Energiewende - die Hausaufgaben (Teil III - Energieforschung)

Copyright by Michael Bockhorst Mittwoch, 13. Juli 2011
Wenn wir unser Verhältnis zu dem Rest unseres Planeten und unseren Standpunkt zum Thema Technik geklärt haben, sind wir einen bedeutenden Schritt weiter. Nun können wir uns nämlich damit beschäftigen, wie eine zukunftsfähige Energieversorgung aussehen soll. Und diese (gesunde) Vision sagt uns, welche Themen die Energieforschung behandeln und welche Pfade sie beschreiten muss.

Hausaufgaben gemacht - zwei Prämissen als Beispiel

Angenommen, wir haben unsere Hausaufgaben gemacht und herausgefunden, dass wir 2 Prämissen festlegen können, nach denen wir die Energieforschung gestalten möchten:

  1. "Das System Erde ist als solches schützenswert. Eingriffe sind so gering wie möglich zu halten."
    Wir haben erkannt, dass das System uns einerseits reichhaltige Ressourcen anbietet, die wir in großem Umfang nutzen können. Wir haben aber auch erkannt, dass eine Übernutzung dieser Ressourcen zu großen Problemen führt, die auf lange Sicht das natürliche Angebot von Ressourcen sogar einschränken kann.
  2. "Technik ist in erster Linie Gerät und Methode, um Ziele zu erreichen. Technik ist kein Selbstzweck."
    Wir haben erkannt, dass Technik hilfreich sein kann, aber auch Risiken und Nebenwirkungen verursacht. Wir wollen daher Technik so einsetzen, dass sie eine gestellte Aufgabe erfüllt, aber nicht die Prämisse 1 konterkariert.

Die konkreten Anforderungen

Es ist unschwer zu erkennen, welche konkreten Aspekte Energieforschung angehen muss:

  • Wie können Gebäude so gestaltet werden, dass sie
    (a) ein angenehmes Raumklima schaffen,
    (b) dabei möglichst geringe Nebenwirkungen durch Energieeinsatz entstehen,
    (c) die Gebäude für alle Bürgerinnen und Bürger auch finanzierbar bleiben.
  • Wie kann Mobilität so gestaltet werden, dass sie
    (a) gering belastend ist (für Reisende wie für Anwohner der Verkehrswege),
    (b) dabei möglichst geringe Nebenwirkungen durch Energieeinsatz entstehen,
    (c) Mobilität, zumindest die notwendige Mobilität, bezahlbar bleibt,
    (d) Mobilität durch z.B. Siedlungsstrukturen, Logistikprozesse vermieden wird.
  • Wie kann elektrische Energie so bereitgestellt werden, dass sie
    (a) möglichst geringe Nebenwirkungen durch den notwendigen Primärenergie-Einsatz entstehen,
    (b) erneuerbare Energien wie Wind und vor allem PV grundlastfähig werden (Speichertechnik!),
    (c) der Bedarf an elektrischer Energie effizienter gestaltet wird (Technik und vor allem Verhalten!),
    (d) elektrische Energie (=Strom) bezahlbar bleibt.

Die eingangs genannten Prämissen müssen dazu führen, dass Energieforschung auf eine breite Basis gestellt wird: Wie können wir uns verhalten, so dass Energie in geringerer Menge und mit geringeren Nebeneffekten umgesetzt wird? Welche Technik kann dazu eingesetzt werden?

Die Essenz der Anforderungen

Letztendlich kann man die Herausforderung an die Energietechnik folgendermaßen formulieren:

  • Wie kann ich Häuser so gestalten, dass ihr Energiebedarf über den gesamten Lebenszyklus minimiert wird und nebenwirkungsarme Primärenergiequellen (Solar) eingesetzt wird?
  • Wie kann ich Solar- und Windstrom direkt oder indirekt speichern, um wechselndes Stromangebot und die Nachfrage nach Strom aneinander anzupassen?
  • Wie kann Solar- und Windstrom für den Antrieb von Verkehrssystemen nutzbar gemacht werden?
Je nachdem, wie ich die elektrische Energie in eine speicherfähige Form umwandle, steht ein Energieträger für Verkehrssysteme zur Verfügung.

Forschungsauftrag 1: Die Rolle des Menschen im Energiesystem

Eine delikate Herausforderung ist eine Gestaltung der Energiewende, die von den Bürgerinnen und Bürgern mitgetragen wird. Weil sie einerseits verstanden wird, weil andererseits das soziale und finanzielle (Über-)Leben gesichert bleibt.

Es wird kaum möglich sein, private Autofahrten zu verbieten. Es ist auch keinesfalls wünschenswert, so weit in persönliche Bereiche hineinzuregieren. Aber schauen wir uns nur ein Beispiel an: Wie kann man notwendige Mobilität einschränken? Neue Siedlungsstrukturen können dabei helfen. Dazu gehört zum Beispiel das kleine Lebensmittelgeschäft und der Metzger (= heute: Fleischereifachgeschäft) im Ortsteil. Wieso neu? O.k., kleine Geschäfte im Ortsteil (oder Ort) waren bis weit in die 1980er Jahre ein typischer Bestandteil der Siedlungsstrukturen. Fahrten zum nächsten größeren Ort oder in die Stadt waren nicht nötig.

Vielleicht kommt jetzt das Argument "Dafür ist es heute billiger!" - ja und nein. Wir kaufen die Produkte billiger, soviel für das "Ja". Aber wir fahren mit dem Auto mal eben 10 Päckchen Butter im Angebot kaufen. Gut, 2 Euro gespart, aber - nicht direkt sichtbar - 5 Euro für das Autofahren ausgegeben.

Wir müssen herausfinden, wie wir Menschen im Gesamtsystem energieoptimiert leben können, ein paar Glühlampen mit neuen Energiesparlampen zu ersetzen, reicht nicht aus. Es geht ein Stück weit um gesellschaftlichen Wandel.

Gesellschaftlicher Wandel muss vermittelt und verstanden werden. Eine wissenschaftliche Begleitung dieser Prozesse ist damit unerlässlich. Energieforschung kann man auf Wissenschaft und Technik reduzieren, aber dann fehlt die Hälfte!

Forschungsauftrag 2: Wissenschaft als Notwendigkeit

Kann man den Forschungsauftrag der Wissenschaft auf einen Satz beschränken? Ja, auch wenn dieser allgemein gehaltene Satz ein ganzes Bündel an Aktivitäten enthalten muss.

Welches Energieproblem hat sich bis heute jeglichen Lösungsversuchen entzogen? Die Antwort darauf soll als Fragestellung formuliert werden: Wie können erneuerbare Energien so gespeichert werden, dass der Speichervorgang energetisch effizient und dabei bezahlbar bleibt? Als Forschungsauftrag formuliert, würde man z.B. folgendes schreiben:

"Gesucht wird ein Speichersystem für variabel anfallende Energie in Form von Licht bzw. Strom, welches in ausreichender Kapazität bei vertretbaren Kosten bereitgestellt und betrieben werden kann."

Das Bündel der Aktivitäten mag man sich so vorstellen:

  • Welche Systeme können Energie speichern?
  • Welche Prozesse können speicherbare Energie aus Licht bzw. Strom bereitstellen?
  • Welche Rohstoffe werden dafür benötigt? Welche Mengen sind zu welchen Kosten im System Erde verfügbar?
  • Welche Verfahren werden dafür benötigt? Wie hoch ist deren Energieaufwand, wie wirken sie auf das System Erde?

Es gibt viele Systeme, die Energie speichern können. Ein Plastikkanister kann Benzin speichern. Eine Lithium-Ionen-Batterie elektrischen Strom. Der Plastikkanister ist billig und zuverlässig, aber Benzin stammt vorwiegend aus Öl, einem knappen Rohstoff. Eine Lithium-Ionen-Batterie kann viele hundert Mal mit Solarstrom aufgeladen werden, aber enthält das knappe Element Lithium und muss mit viel Aufwand hergestellt werden.

Energieforschung muss dieses Dilemma auflösen. Wer es schafft, aus Wasser und Kohlendioxid die chemische Verbindung Oktan direkt mit Sonnenlicht zu synthetisieren, kann den billigen Kanister als Energiespeicher für Sonnenenergie einsetzen. Wer es schafft, Batterien aus Aluminium statt Lithium zu bauen, kann leichte billige Batterien als Energiespeicher für Photovoltaikstrom anbieten. Beide Möglichkeiten führen schnell aus dem heutigen Dilemma: Einerseits nebenwirkungsarmer Strom aus Sonne und Wind, andererseits die ihm eigene Flüchtigkeit des Stroms und der Mangel an Stromspeicher-Systemen.

So einfach das zentrale Ziel zu formulieren ist, so vielfältig sind die Forschungsaktivitäten, die notwendig sind, um dieses Ziel jemals erreichen zu können: Technische und biologische Katalysatoren dürften eine Rolle spielen, die wiederum auf die Nanotechnologie angewiesen sind. Vollkommen neue Reaktionsmechanismen mit komplexen chemischen Randbedingungen setzen Grundlagenforschung voraus, in der Physik, Chemie, Biologie, Werkstoffwissenschaften usw. eine Rolle spielen werden. Sind die Grundlagen geklärt, ist die Ingenieurskunst gefragt, das prinzipiell mögliche in wirklich mögliche Technik zu gießen.

Die Kosten ...

Angenommen, ein Politiker sagt, dass in den nächsten zehn Jahren 80 Milliarden Euro in die Energieforschung investiert werden sollen. Klingt viel. Aber wieviel ist es wirklich? Es sind eigentlich nur 33 Cent - pro Tag und Bürger. Oder 10 Euro pro Monat.

Das sollte uns alleine die Perspektive auf eine von Öl-, Gas- und Kohlepreis unabhängige Energieversorgung wert sein. Eines ist nämlich sicher: Bei den Preisen für fossile Energien gibt es langfristig nur eine Richtung: Nach oben!

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