Malte Josh Wagenbach : Wegbereiter –

Das Konzept der Nachhaltigkeit ist vage und schwer zu quantifizieren, was vielleicht der Grund ist, warum der Fortschritt in Richtung Nachhaltigkeit so langsam ist. Eine neue Denkweise ist nötig, um die Zukunft zu schaffen, die sie sich vorstellt.

Saubere Energie wird oft als Übergang von billigen, reichlich vorhandenen fossilen Brennstoffen zu teuren, knappen erneuerbaren Energien wahrgenommen. In diesem Beitrag werde ich argumentieren, dass die Revolution der sauberen Energie einen grundlegenden Wandel in der Art und Weise, wie wir Energie erzeugen, einleiten kann. Dieser Wandel kann die spezifischen Energie- und Arbeitsbeziehungen revolutionieren, die in der Vergangenheit zu den Folgen der Ressourcenknappheit bei fossilen Brennstoffen geführt haben.

Es ist Zeit für eine neue Terminologie, die Klarheit schafft und die Menschen zum Handeln motiviert – eine Terminologie, die über die Sprache der Nachhaltigkeit hinausgeht und das Potenzial für gemeinsamen Wohlstand und Überfluss ausdrückt, das wir bisher übersehen haben. Weil Wohlstand gleichzeitig die wirtschaftlichen Möglichkeiten erweitert, die Gemeinschaft stärkt und den Planeten wiederherstellt, bietet er einen wichtigen Mechanismus, um die Pariser Klimaziele zu erreichen.

Die globale Erwärmung mit einer Perspektive des Ressourcenreichtums lösen.

Was wäre, wenn wir viel mehr Energie verbrauchen könnten? In den letzten Jahrzehnten lag der Schwerpunkt der Industrie auf der Steigerung der Energieeffizienz, anstatt neue produktive Verwendungsmöglichkeiten für mehr Energie zu finden. Der Markt verlangt Energieeffizienz, wenn die Energiekosten nicht trivial sind, wenn Versorgungsschocks sie plötzlich in die Höhe treiben können und wenn sich die Verbraucher/innen der ökologischen Folgen der Verbrennung fossiler Brennstoffe bewusst sind. Dies führt zu globalen wirtschaftlichen Problemen, wie wir sie derzeit auf der ganzen Welt erleben. 

In den Jahren seit Mitte des 20. Jahrhunderts hat sich die Politik auf Energieeffizienz statt auf Energieüberfluss konzentriert, indem sie Standards für Autos festgelegt und den Verkauf von Glühbirnen verboten hat. Diese Maßnahmen sind sinnvoll, aber sie wurden nicht durch Bemühungen um echten Energieüberfluss ausgeglichen. Die heutigen politischen Entscheidungsträger reden bestenfalls über neue Energietechnologien, um fossile Brennstoffe durch kohlenstofffreie Alternativen zu ersetzen.

Der Klimawandel gibt uns die Möglichkeit, die Energietechnologie neu zu überdenken. Die jüngsten Kostensenkungen bei der Erzeugung von Wind- und Sonnenenergie haben eine Welle des Optimismus ausgelöst. Wenn sie sich fortsetzen oder wenn ähnliche Kostensenkungen mit fortschrittlichen Atom- oder Erdwärmetechnologien möglich sind, könnten wir uns an einem Ort wiederfinden, den die meisten von uns nie erwartet hätten: eine Welt mit billiger Energie, frei von internationalen Versorgungsschocks und mit begrenzten Umweltanreizen zum Sparen. Wir nennen eine extreme Version dieses Szenarios „Energie-Superüberfluss“. 

Wenn unsere Gesellschaft weiterhin vor hohen Energieausgaben zurückschreckt, sollten wir bedenken, dass der Grund dafür vielleicht eine fehlende Vision davon ist, was wir mit Energie im Überfluss tun könnten. Dieser Artikel soll diese Vision vermitteln, indem er die ökologischen Vorteile von Energie im Überfluss untersucht. Wir hoffen, dass wir die Denkweise ändern können, indem wir uns auf die positiven Aspekte von Energie im Überfluss konzentrieren. Auch wenn die heutigen Energiequellen mit Umweltkosten verbunden sind, können wir sie als lohnenswert ansehen, wenn wir nach Energie im Überfluss streben. 

Mein bzw. unser Ziel bei der Förderung reichlich vorhandener erneuerbarer Energien ist es, unseren Lebensstandard zu erhöhen. Die Beziehung zwischen Wirtschaftswachstum und Energieverbrauch verläuft in beide Richtungen: Reiche Länder brauchen mehr Energie, weil sie wohlhabender sind, aber ein höherer Energieverbrauch erhöht direkt das Wirtschaftswachstum. Billige Energie senkt die Kosten für alle Waren und Dienstleistungen, die wir heute konsumieren und deren Herstellung Energie erfordert. Noch wichtiger ist, dass wir dadurch mehr und neue Waren und Dienstleistungen auf eine Art und Weise produzieren können, die nur dann wirtschaftlich ist, wenn die Energiekosten niedrig sind. Wenn wir uns verschiedene Wirtschaftssysteme ansehen, geht es immer darum, wie wir als Gesellschaft wachsen können. Wie würde eine Welt und eine Wirtschaft aussehen, die auf unendlich vielen erneuerbaren Energien basiert? Wenn wir die Ressourcen der Erde für diese Energie nicht brauchen und diese Energie nutzen können, um neue Materialien und Lösungen zu schaffen, die bisher undenkbar waren. 

Wir glauben, dass unser heutiger Energieverbrauch gemessen an den Standards der Zukunft abgrundtief niedrig ist. Um einen Superüberschuss an Energie zu erreichen, müssen wir nicht nur die vorhandenen fossilen Brennstoffe durch kohlenstofffreie Alternativen ersetzen. Wir müssen die Energieproduktion um eine ganze Größenordnung steigern. Wir hoffen, dass unsere Erkundung der Einsatzmöglichkeiten reichlich vorhandener erneuerbarer Energien dieses Ziel voranbringen wird.

Für mich geht es dabei um zwei zentrale Themen. Wasser und Materialien. Das sind die grundlegenden Bausteine für unsere Gesellschaft. 

Wasser – die Quelle des Lebens

Zwei Prozent der Energieproduktion entfallen auf die Aufbereitung und Verteilung von Wasser. Die traditionellen Wasservorräte sind weltweit knapp, deshalb gibt es eine Nachfrage nach Technologien, die neue Süßwasserquellen erschließen. Diese Technologien tauschen den erhöhten Energieverbrauch gegen den Erhalt bestehender Grundwasservorkommen und die Besiedlung und Erschließung von Flächen, die sonst nicht möglich wären.

Entsalzung

Die Kosten für die Entsalzung sind in den letzten 40 Jahren um 75% gesunken, was auf bessere Membranen für die Umkehrosmose und den Einsatz von Geräten zur Energierückgewinnung zurückzuführen ist. Der Preis für die Entsalzung von Wasser könnte nur noch das Doppelte der Kosten für die Nutzung von Oberflächenwasser betragen. Die Entsalzung verbraucht heute etwa 10 kWh pro 1.000 Gallonen, also etwa viermal so viel Energie wie die Verteilung und Aufbereitung von Oberflächenwasser. Neue Technologien wie die Elektrodeionisation könnten etwa doppelt so energieeffizient sein, und es könnte möglich sein, weitere Effizienzsteigerungen zu erzielen, indem man die biologischen Prozesse nachahmt, mit denen Mangrovenpflanzen und Eurythmiefische Süßwasser aus Meerwasser gewinnen.

Die Entsalzung wird in weiten Teilen der reichen Welt wahrscheinlich eine Nischenwasserquelle bleiben, aber es ist wichtig zu wissen, dass viele Teile Afrikas und Asiens ihre Wasserversorgung stark ausbauen müssen, um die wachsende Bevölkerung zu versorgen. In Israel zum Beispiel liefert die Entsalzung bereits mehr als die Hälfte des Wassers für Haushalte, Landwirtschaft und Industrie. Singapur und Inselstaaten wie Trinidad und Tobago sind ebenfalls stark auf Entsalzung angewiesen. Hier gibt es bereits einige Projekte, die von der Natur inspiriert wurden. Kleine halbdurchlässige Membranen auf Basis von Nanostrukturen können Salzwasser trinkbar machen. 

Wasserrückgewinnung 

Wasserrückgewinnung ist ein Prozess, bei dem Abwasser aufbereitet und wiederverwendet wird. Wasserversorgungsunternehmen nutzen das gleiche Umkehrosmoseverfahren wie Entsalzungsanlagen. Wiedergewonnenes Wasser kann für die Landwirtschaft genutzt werden, muss aber zunächst gereinigt werden, um es trinkbar zu machen. Israel gewinnt fast 90 Prozent seines Abwassers zurück. Wenn wir neue Materialien entwickeln, die das Wasser filtern können, und Energien nutzen, die es umwandeln, können wir Abwasser wirklich sinnvoll zurückgewinnen und die Rate vielleicht sogar auf 99 Prozent erhöhen. 

Wasser aus der Luft kondensieren

Während für die Entsalzung große Anlagen und ein Brunnen oder das Meer benötigt werden, um Wasser zu gewinnen, hat ein Startup-Unternehmen herausgefunden, wie man Wasser aus der Luft kondensieren kann. Das System des Unternehmens verbraucht 0,7 kWh/Gallone, 70 Mal mehr als moderne Entsalzungsanlagen. Die Anwendung dieser Technologie ist eine Nische, aber die niedrigen Energiekosten machen sie konkurrenzfähig mit Wasser, das per LKW transportiert wird, wo sowohl die Infrastruktur als auch das Wasser knapp sind.

Materialien – die Bausteine für unsere Kreativität

Sand

Sand gibt es überall, aber grobkörniger Sand wird für Bauzwecke wie Beton benötigt. Dieser Sand ist meist in Flüssen und Seen zu finden, was bedeutet, dass er nur begrenzt vorhanden ist und seine Gewinnung die Umwelt belastet. Wir verbrauchen eine Menge Sand – die Vereinigten Staaten verbrauchen 1 Milliarde Tonnen Bausand pro Jahr. 

Die Energiekosten, die mit der Verwendung von Wüstensand für den Bau verbunden sind, variieren stark, daher gehen wir von 1 MWh/Tonne aus. Zum Vergleich: Die Vereinigten Staaten könnten allein 4 Prozent ihres Primärenergiebedarfs verwenden, um Wüstensand in Bausand für den Hausgebrauch umzuwandeln. Weltweit wären 34 Prozent des heutigen Gesamtenergiebedarfs nötig, um genügend feinkörnigen Sand zu sintern, um die Sandknappheit zu lindern und die Lebensräume in Flüssen und Seen zu erhalten. In Ländern wie den Vereinigten Staaten, wo es reichlich davon gibt, ist Bausand billig. In Asien und Afrika, wo die Nachfrage steigt, könnte diese Technologie helfen, den Bedarf zu decken. Um unseren Sandverbrauch weniger schädlich zu machen, brauchen wir billige, reichlich vorhandene Energie. 

Wenn wir nach neuen Materialien suchen, welche Alternativen gibt es dann? Können wir Pilze gentechnisch so verändern, dass sie schnelllebige Materialien produzieren, die wir zum Bau von Häusern verwenden können? Oder können wir Pflanzen so umprogrammieren, dass wir in ihnen leben können? Ich erinnere die Leute gerne an die Bambushäuser auf Bali. Sie sind unglaublich schön, nachhaltig und haben eine besondere Energie, wenn man in ihnen schläft. Wäre das nicht auch für eine moderne Stadt denkbar? 

Stahl

Stahl ist für etwa 7 Prozent der weltweiten Kohlenstoffemissionen verantwortlich. Hochöfen verbrauchen 0,77 Tonnen Kokskohle, um eine Tonne Stahl aus Eisenerz herzustellen. Der Heizwert dieser Kohle beträgt etwa 6 MWh pro Tonne Stahl. Kohle macht etwa ein Sechstel der Stahlkosten aus, aber selbst bei billiger Energie und sinkenden Investitionskosten für Elektrolyseure wird es keinen dramatischen Rückgang der Stahlpreise geben, der den Verbrauch erhöht. Da der Primärenergieverbrauch in etwa gleich bleiben wird (es werden etwa 6 MWh Primärenergie benötigt, um 3,5 MWh Strom zu erzeugen), wird der Gesamtenergieverbrauch in der Stahlerzeugung vor allem wegen des Wirtschaftswachstums steigen, das mehr Stahl benötigt. 

Was wäre, wenn wir Stahl durch neue Materialien ersetzen könnten? Das klingt unrealistisch, aber wir haben mit einigen Forschungsteams gesprochen, die an Bakterien arbeiten, die künstliches Perlmutt produzieren, das stärker, härter und leichter ist als Kohlenstoff und Stahl und in Zukunft der perfekte Rohstoff für den Bau von Häusern, Flugzeugen oder Raketen sein wird. Alles, was wir brauchen, ist Energie + Bakterien + Zucker + 3D-Drucker. 

Kunststoffe und Polymere

Chemieunternehmen stellen Kunststoffe und Polymere her, indem sie lange Ketten aus kleinen Molekülen wie Ethylen und Propylen bilden. Rohstoffe wie Ethylen werden durch das Cracken von Ethan (einem Bestandteil von Erdgas) oder Naphtha (einem Rohölbestandteil) hergestellt.  

Wenn wir Strom billig genug machen, kann CO2 als Rohstoff für Kunststoffe mit fossilen Brennstoffen konkurrieren. Das erfordert viel Energie und ist nur wirtschaftlich, wenn der Strom wirklich billig ist. Wenn Strom regelmäßig weniger als 0,02 $/kWh kosten würde, könnten Unternehmen Ethylen aus Luft, Wasser und Strom zu wettbewerbsfähigen Preisen herstellen. Diese Produkte könnten bestehende Chemieanlagen leicht ersetzen. 

Die Kunststoff- und Polymerindustrie wächst rasant. Der Pro-Kopf-Verbrauch in den Industrieländern übersteigt den in den Entwicklungsländern bei weitem, was bedeutet, dass die Nachfrage in den Entwicklungsländern wahrscheinlich weiter steigen wird, während sie aufholen. In ein paar Jahrzehnten werden die bestehenden Produktionsanlagen nur noch einen kleinen Teil der Gesamtproduktion ausmachen. Chemieunternehmen würden ihre Anlagen so umrüsten, dass sie die für die Herstellung von Elektrokraftstoffen benötigten Rohstoffe problemlos verarbeiten können.

Ein interessanter Nebeneffekt dieses Szenarios ist, dass der Verbrauch von Einwegplastik über Hunderte von Jahren Kohlendioxid binden würde. Die Technologien für Müllwagen und Mülldeponien sind weithin verfügbar und müssen nicht länderübergreifend koordiniert werden. Wenn wir den weltweiten Plastikverbrauch um den Faktor 10 reduzieren würden, würde die Industrie die kumulierten globalen Emissionen in 150 Jahren binden. Für unsere Ur-Ur-Enkel, die wieder nach fossilen Kohlenwasserstoffen bohren können, um eine globale Abkühlungskatastrophe zu verhindern, sollten wir sie wissen lassen, wo wir das ganze Plastik vergraben haben, falls sie es als Rohstoff brauchen.

Die kommende Kohlenstoffknappheit

Wenn ein Verfahren zur Herstellung von Materialien, das CO2 aus der Luft nutzt, wirtschaftlich wird, sind wir in großen Schwierigkeiten. Jede Tonne Polyethylen, die produziert wird, bindet über drei Tonnen CO2. Auch die Zementproduktion würde CO2-negativ sein. Wenn diese Prozesse wirtschaftlich werden, wird es unweigerlich zu einer Verknappung des Kohlenstoffs in der Atmosphäre kommen. 

Sobald Kunststoffe aus Luft, Wasser und Strom/Solar statt aus fossilen Brennstoffen hergestellt werden, werden sie ihre Marktführerschaft nicht mehr an konventionell hergestellte Materialien abgeben. Die Industrie für fossile Brennstoffe muss sich ständig an neue Technologien anpassen. Es werden Bergbautechnologien entwickelt, um bestimmte Arten von Reserven zu erschließen. Wenn diese Reserven erschöpft sind, werden neue technologische Investitionen benötigt, um weitere Reserven zu erschließen. Aber in einer Welt, in der Energie im Überfluss vorhanden ist und atmosphärische Ressourcen im Überfluss vorhanden sind, ist es schwer vorstellbar, dass diese Investitionen getätigt werden. So wie das Haber-Bosch-Verfahren die Gewinnung von Fledermausguano als Dünger überflüssig gemacht hat, werden wir keine abgebauten Materialien mehr zur Herstellung von Kunststoffen verwenden, sobald billige Energie verfügbar ist. Stattdessen werden wir Rohstoffe entwickeln, die nicht aus der Erde geholt werden müssen und daher erneuerbar und wettbewerbsfähiger sind. 

Obwohl die Menge an Kunststoffen und Zement, die wir verbrauchen, nur einen Bruchteil unseres zukünftigen Verbrauchs ausmacht, sehen wir schon jetzt die Auswirkungen auf unsere Umwelt. Das zukünftige Angebot, das durch die Entnahme von Kohlenstoff aus der Luft entsteht, wird die vorhandenen Kohlenstoffquellen übersteigen. Das kann schon in 75 Jahren oder erst in 750 Jahren der Fall sein, aber irgendwann wird die Welt dazu übergehen müssen, den aus der Luft entnommenen Kohlenstoff zu besteuern, anstatt den in die Atmosphäre abgegebenen Kohlenstoff zu besteuern. 

Das würde passieren, wenn wir weiterhin die aktuellen „innovativen“ Projekte finanzieren. Wenn wir einen anderen Weg einschlagen und lebende Systeme schaffen, die Energie oder etwas Ähnliches produzieren, wird das nicht passieren. Wir würden immer für einen natürlichen Austausch zwischen Kohlenstoff und anderen Materialien sorgen. Oben habe ich über lebende Materialien gesprochen, die Zement ersetzen könnten. Wenn wir ernsthaft über die nächsten Jahre nachdenken, kommen wir nicht umhin, regenerativ zu werden.

Die regenerative Zukunft

Obwohl Energieüberschüsse einen großen Zuwachs an Leistung und Wohlbefinden mit sich bringen, sind die Ergebnisse, die wir beschrieben haben, im Großen und Ganzen erst der Anfang. Sie gehen immer noch von einer Energie- und Leistungsdichte aus, die mit baldigen Technologien erreicht werden kann.

Eines Tages könnten wir Flugzeuge haben, die nie landen müssen, Fabriken, die Metalle produzieren, deine Fenster und Wände, die in deinem Haus Energie erzeugen, und Kühlschränke, die nie an die Steckdose müssen. Unser gesamter Primärenergieverbrauch wird drastisch ansteigen, wenn unsere Geräte von miniaturisierten, eingebauten Kernreaktoren (natürlich erneuerbar) angetrieben werden! – Oder – noch besser – sich selbst mit Energie versorgen.

Es ist möglich, dass Städte und Dörfer die gesamte Energie, die sie verbrauchen, selbst produzieren. Ohne auf regionale, nationale oder supranationale Energienetze angewiesen zu sein, könnten die Städte autonomer werden. Energietechnologien haben schon immer eine wichtige Rolle in der Geopolitik gespielt und sie werden auch in Zukunft das Leben der Menschen bestimmen. Dies wird der Grundstein für neue Zivilisationen, Regierungsformen und Wirtschaftssysteme sein. 

Fazit

Energie ist überall. Alles wird mit Energie hergestellt und transportiert, und alles, was wir essen und trinken, enthält Energie. Unsere Städte und unsere Infrastruktur nutzen und fördern die Nutzung von Energie.

Es gibt keinen Grund zu glauben, dass wir in nächster Zeit eine Obergrenze für den Energieverbrauch erreichen werden. Wie wir gezeigt haben, hat der Pro-Kopf-Energieverbrauch in Europa und den USA zwar Ende der 1970er Jahre seinen Höhepunkt erreicht, aber es gibt noch viel Raum für Wachstum. Mit Energie im Überfluss würden wir schneller reisen und mehr von unserem Planeten im Alltag und zu Lebzeiten erleben. Unsere Waren würden billiger werden. Es gäbe mehr Baumaterialien im Überfluss. Und unsere Gesundheit würde sich durch nahrhaftere Lebensmittel und saubereres Wasser verbessern.

Unserer Meinung nach haben sich die politischen Entscheidungsträger fälschlicherweise auf Energietechnologien konzentriert und dabei nur die Umweltverschmutzung und den Kohlenstoffausstoß im Blick gehabt. Obwohl die Umweltverschmutzung schädlich ist und der Planet sich erwärmt und diese Probleme angegangen werden sollten, ist es besser, das wahre Potenzial der Energietechnologien im Auge zu behalten. Anstatt den derzeitigen Energieverbrauch einfach durch Energie aus saubereren Quellen zu ersetzen, sollten wir herausfinden, wie wir neue und erneuerbare Energietechnologien nutzen können, um den Wohlstand der Menschen radikal zu steigern.

Um diesen Energieüberfluss zu erreichen, müssen wir die Hindernisse beseitigen, die uns davon abhalten, sie zu nutzen. 

Wenn wir so weitermachen wie bisher, werden viele der Chancen, die ich hier hervorgehoben habe, für lange Zeit nicht genutzt werden. Wir sollten diese Chancen jetzt ergreifen. Grundsätzlich bedeutet erneuerbare Energie für mich, die Energie der Sonne nutzbar zu machen.

Angefangen bei den fossilen Brennstoffen haben wir die Sonne nutzbar gemacht, indem wir uralte Pflanzen verbrannt haben, die der Sonne durch Photosynthese Energie entzogen haben.

Noch direkter wandeln Solarzellen die Sonnenstrahlen in Strom um, indem sie Photonen nutzen, um Elektronen in Siliziumzellen anzuregen. 

Aber das Potenzial ist noch viel größer. Insgesamt 173.000 Terawatt (Billionen Watt) an Sonnenenergie treffen kontinuierlich auf die Erde. Das ist mehr als das 10.000-fache des gesamten Energieverbrauchs der Welt. Wie können wir das volle Potenzial der Sonne nutzen, um Energie, Materialien und mehr zu produzieren? 

Wenn exponentielle Technologien zusammenkommen, um erneuerbare Energien sicher, allgegenwärtig, billig und im Überfluss verfügbar zu machen, stehen wir an der Schwelle zu einer neuen Energierevolution.

Wir bauen das FlyWheel für die Zivilisation von morgen. Lösungen, die auf der Erde, dem Mars und Co. eingesetzt werden können. 

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