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4 Wege, dich mit RESET für eine grüne und faire Zukunft zu engagieren

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Auch in unseren Meeren werden „Wälder“ abgeholzt – doch diese NGO hat eine einfache Lösung

30. November 2022 - 8:30

Bei dem Stichwort „Entwaldung“ drängen sich uns meist Bilder von großflächiger Abholzung, Waldbränden oder der Rodung von Land für Plantagen auf. Die Abholzung ist jedoch nicht nur ein Problem auf dem Land. Auch Seetang- und Seegraswälder sind durch den Klimawandel und menschliche Aktivitäten bedroht.

Die in Portugal ansässige NGO SeaForester will mehr Aufmerksamkeit auf die „vergessenen Wälder“ lenken und entwickelt innovative Methoden, um verschwundene Unterwasservegetationen wieder wachsen zu lassen.

Natürlich ist die Aussaat neuer „Wälder“ unter Wasser mit größeren Herausforderungen verbunden als die Wiederansiedlung von Pflanzen und Bäumen an Land. Für SeaForester ist es wichtig, dass ihre Methoden kostengünstig, skalierbar und weltweit leicht reproduzierbar sind. Aus diesem Grund hat SeaForester den Ansatz „Blue Front Yard“ entwickelt, der darauf abzielt, unsere Küstengebiete zu überdenken und sie ähnlich zu betrachten wie Parks, Wäldern und Grünflächen an Land.

Die Kernlösung von SeaForester besteht aus kleinen Steinen, die mit Algensporen getränkt wurden. Diese Steine werden in speziell angelegten Aufzuchtstationen gepflegt, bevor sie von Booten aus in Küstengebieten ausgestreut werden. Sobald sich die Algen auf dem Meeresboden angesiedelt haben, sollten sie Wurzeln schlagen und wieder Unterwasserwälder wachsen.

Ein großer Vorteil dieses Konzepts ist die Leichtigkeit, mit der die Aufforstung durchgeführt werden kann. Weder Spezialausrüstung noch Taucher*innen oder Unterwasserinfrastruktur sind erforderlich. Stattdessen können die Steine einfach von Booten abgeworfen werden. Die Rohstoffe für diesen Ansatz sind außerdem günstig und leicht verfügbar.

SeaForester Meereswälder als CO2-Senken

Meereswälder spielen nicht nur für die Gesundheit der Ökosysteme unter Wasser, sondern auch im Hinblick auf den Klimawandel eine wichtige Rolle. Meeresalgen können bis zu fünfmal mehr Kohlenstoff binden als tropische Regenwälder und dank ihrer schnellen Photosynthese wachsen sie wesentlich schneller. Außerdem können sie die Versauerung der Meere verringern, unerwünschte Nährstoffe aus dem Wasser filtern und Sauerstoff liefern. Und indem sie Nahrung, Verstecke und Kinderstuben bieten, sind die Seegras- und Seetangwälder wichtige Lebensräume für Fische und andere Meeresbewohner.

Die Unterwasser-Wälder sind jedoch stark bedroht; weltweit ist in den letzten fünfzig Jahren fast die Hälfte verschwunden. Einige Gebiete sind davon besonders betroffen. In Nordkalifornien und Tasmanien sind die Bestände um 95 Prozent zurückgegangen, in Norwegen um 80 Prozent. Die Erwärmung der Ozeane ist zum großen Teil dafür verantwortlich, da sie die Ausbreitung von Krankheiten ermöglicht, aber auch die Zahl der Raubtiere verringert, die die Weidetiere auf einem überschaubaren Niveau halten. An der kalifornischen Küste beispielsweise hat der Rückgang des Sonnenblumenseesterns zu einer explosionsartigen Vermehrung der violetten Seeigelpopulation geführt, was eine Überweidung zur Folge hat.

Es gibt aber auch Orte, wie zum Beispiel vor der Küste von Vancouver, an denen die Seetangwälder sogar zugenommen haben. Dies ist auf die Aktivitäten der Seeigel fressenden Seeotter zurückzuführen, die sich von der zunehmenden Seeigelpopulation ernähren.

Die Bedeutung von Seetang als Konsumgut – er wird in allen Bereichen von der Lebensmittelproduktion über Kosmetika bis hin zu Biokraftstoffen und Düngemitteln verwendet – hat zu einer Zunahme künstlicher Seetangfarmen geführt, von denen einige speziell zur Bekämpfung des Klimawandels konzipiert wurden. Einem kürzlich erschienenen Bericht zufolge könnten Algenfarmen entscheidend dazu beitragen, Nährstoffe und landwirtschaftliche Abwässer herauszufiltern, die zu riesigen Algenblüten führen und den Gebieten den Sauerstoff entziehen.

Derzeit führt SeaForester eine Reihe von Forschungs- und Aufforstungsprojekten entlang der portugiesischen Küste, aber auch in Norwegen und Australien durch. Das Projekt wurde kürzlich als Finalist für den Earthshot Prize 2022 ausgewählt, einen führenden Umweltpreis, der 2020 vom britischen Prinz William ins Leben gerufen wurde.

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Greenwashing im Online-Modehandel: Angaben zur Nachhaltigkeit von Produkten oft ungeprüft oder fehlerhaft

28. November 2022 - 5:25

Das Projektteam des „Green Consumption Assistant“ um Prof. Felix Biessmann (Berliner Hochschule für Technik), Prof. Tilman Santarius und Dr. Maike Gossen (TU Berlin) sowie die grüne Suchmaschine Ecosia sah ein doppeltes Dilemma. Erstens: Viele Menschen geben zwar an, dass sie nachhaltigere Entscheidungen treffen wollen, aber sie handeln nicht danach, wenn sie Produkte kaufen. Zweitens: Die bestehenden Produktkataloge der Online-Händler könnten genutzt werden, um nachhaltige Konsumentscheidungen zu erleichtern und das Sucherlebnis zu verbessern. Was jedoch fehlt, sind die Daten über nachhaltige Produkte, die diese Systeme speisen.

Keine nachhaltigen Optionen beim Online-Kauf zu haben sollte nicht länger eine Entschuldigung sein

Daher hat sich das Forschungsteam des „Green Consumption Assistant“ zum Ziel gesetzt, Verbraucher*innen bei der Suche und dem Kauf nachhaltiger Produkte zu unterstützen und eine umfassende Datenbank (die GreenDB) mit nachhaltigkeitsbezogenen Produktdaten entwickelt. Such- und Empfehlungsalgorithmen im E-Commerce können die GreenDB nutzen, um Nachhaltigkeitsaspekte bei ihren automatisierten Entscheidungen zu berücksichtigen. Die Datenbank wird wöchentlich aktualisiert und enthält derzeit über 600.000 Produkte von den größten Online-Händlern in mehreren europäischen Ländern und deckt die 37 Produktkategorien ab, nach denen auf Ecosia am häufigsten gesucht wurde. Die Datenbank gibt Aufschluss darüber, wie verlässlich die Nachhaltigkeitsinformationen zu einem bestimmten Produkt sind: ob es ein glaubwürdiges, von Dritten verifiziertes Nachhaltigkeitslabel hat oder ein Label, das die hohen Glaubwürdigkeitskriterien nicht erfüllt. Die Datenbank wird auch auf der Ecosia-Suchseite unter der Rubrik „Einkaufen“ verwendet, um nachhaltige Produkte hervorzuheben.

Anfang des Jahres untersuchte das Forschungsteam anhand der Daten der GreenDB, wie vertrauenswürdig die verfügbaren Nachhaltigkeitsinformationen in Deutschlands größten Online-Shops sind. Dabei stellte sich heraus, dass nur 14 Prozent der Produkte mit Nachhaltigkeitssiegeln zertifiziert sind, die den hohen Glaubwürdigkeitskriterien des Forschungsteams genügen. Das zeigt, wie schwierig es für Verbraucher*innen ist, tatsächlich nachhaltige Produkte zu erkennen. Die vielen Labels mit geringer Glaubwürdigkeit verhindern die Vergleichbarkeit und sorgen für Verwirrung und Unsicherheit. Die Ergebnisse zeigen aber noch etwas anderes deutlich, nämlich dass viele Unternehmen zwar die Nachfrage nach Nachhaltigkeitsinformationen verstanden haben, diese aber in erster Linie zu Marketingzwecken zu nutzen scheinen. Mit anderen Worten, diese Ergebnisse belegen das weit verbreitete und fast unkontrollierte Greenwashing im elektronischen Handel.

Dieses Phänomen wurde von der europäischen Gesetzgebung erkannt und wird durch die Initiative zur „Begründung grüner Behauptungen“ angegangen. Der vorgeschlagene Rechtsrahmen soll sicherstellen, dass Unternehmen den ökologischen Fußabdruck ihrer Produkte anhand standardisierter Quantifizierungsmethoden nachweisen.

Initiativen, die Greenwashing aufdecken, dringend nötig

Die Umsetzung des europäischen Gesetzes in den Mitgliedsländern hat schon erste Früchte getargen: H&M und Decathlon wurden im Sommer diesen Jahres von der niederländischen Behörde für Verbrauchermärkte (ACM) wegen irreführender Werbeaussagen gerügt. Um Sanktionen zu vermeiden, versprachen die beiden Unternehmen, Verbraucher*innen besser zu informieren und spendeten mehrere Hunderttausend Dollar für Nachhaltigkeitsanliegen in der Modeindustrie. Darüber hinaus wurde angekündigt, dass ASOS von der Wettbewerbs- und Marktaufsichtsbehörde (CMA) wegen möglicher „Greenwashing“-Probleme untersucht werden soll.

Gleichzeitig hat das Forschungsteam einen deutlichen Rückgang der Anzahl der Produkte von Asos festgestellt, die Aussagen über ihre Nachhaltigkeit enthalten. Seit Mitte Juli sank die Zahl der Produkte kontinuierlich von etwa 14.000 auf nur noch 1.000 Mitte September. Bei H&M stellte GreenDB ebenfalls fest, dass seit Mitte Juni die mit dem Higg-Index zertifizierten Produkte komplett entfernt wurden.

Dies deutet darauf hin, dass der Begriff „nachhaltig“ inflationär verwendet wird, oft ohne jeglichen Nachweis durch ein von Dritten zertifiziertes Label mit hohen Nachhaltigkeitsanforderungen. Darüber hinaus zeigt es, dass Untersuchungen von Behörden einen großen Einfluss darauf haben, wie Unternehmen mit Nachhaltigkeitsangaben umgehen. Daher sind politische Initiativen, die die vielen unzureichenden Eigenmarken anderer Geschäfte auf mögliches Greenwashing untersuchen, dringend erforderlich.

Der vollständige Artikel „Nudging Green Consumption: A Large-Scale Data Analysis of Sustainability Labels for Fashion in German Online Retail“ von Maike Gossen, Felix Bießmann und ihren Co-Autoren ist in Frontiers in Sustainability (open access) erschienen.

Die GreenDB ist in einem offenen Repository öffentlich zugänglich, so dass zukünftige Forschungen ein vollständigeres Bild des aktuellen Stands der Nachhaltigkeitsinformationen im Online-Handel zeichnen können.

Dies ist ein Gastbeitrag von Maike Gossen und Felix Biessmann. Maike Gossen ist Post-Doc im Fachgebiet Sozial-ökologische Transformation der TU Berlin und leitet das Forschungsprojekt “Green Consumption Assistant”, das gemeinsam mit Ecosia und der BHT Berlin umgesetzt wird. Felix Biessmann ist Professor für Data Science an der Berliner Hochschule für Technik und am Einstein Center Digital Future.

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Mit PeakPick dann Energie verbrauchen, wenn grüner Strom fließt

23. November 2022 - 5:42

Egal, ob du Ökostrom beziehst oder nicht (wobei ersteres natürlich besser fürs Klima ist), aus deiner Steckdose fließt ein Strommix. Je nach Tageszeit verändern sich die Anteile von fossilen und erneuerbaren Energiequellen. Wenn die Sonne scheint und der Wind weht können erneuerbare Energien etwa drei Viertel der gesamten Stromerzeugung ausmachen (Quelle: Agora Energiewende), Kohle-, Gas- und Atomkraftwerke werden dann entsprechend zurückfahren, denn per Gesetz haben Erneuerbare Vorrang. Dabei gilt: Je mehr Strom aus erneuerbaren Energien erzeugt wird, desto niedriger sind die CO2-Emissionen.

Schauen wir uns zum Beispiel die Emissionen einer Waschladung 60 Grad Buntwäsche an. Dieser Waschgang verbraucht ungefähr eine Kilowattstunde Strom. In Deutschland setzt sich der Strom, der aus der Dose kommt, im Durchschnitt zu 50 Prozent aus erneuerbaren Energien und zu 50 Prozent aus konventionellen Energien zusammen. Mit diesem Strommix entstehen bei deiner Waschladung rund 370 Gramm CO2. Startest du deinen Waschgang jedoch in einer Peakzeit erneuerbarer Energien, beträgt deren Anteil ca. 74 Prozent. Die CO2-Emissionen deines Waschgangs haben sich dann auf rund 150 Gramm halbiert.

Das sind die – wohlgemerkt grob überschlagenen – Berechnungen von PeakPick. Schon heute werden in vielen Smart Homes Geräte bei einem hohen Anteil erneuerbarer Energien automatisch eingeschaltet. Doch die „Lastenverschiebung“ geht auch ohne Smart Home System und zusätzliche Hardware. Die kostenfreie Web-App PeakPick zeigt für jeden Zeitpunkt, wie hoch der Anteil erneuerbarer Energien am aktuellen Strommix ist und gibt dir auch eine Prognose für den nächsten Tag. Damit kannst du auch ohne eine Solaranlage auf dem Dach deinen Stromverbrauch daran anpassen, wann gerade viel Strom aus Wind und Sonne erzeugt wird, denn viele Geräte können wir auch problemlos zu einem anderen Zeitpunkt einschalten. Auch wenn einzelne Waschgänge natürlich „Peanuts“ sind: Je mehr Menschen mitmachen und ihren Stromverbrauch auf Peakzeiten von erneuerbaren Energien verlegen, desto besser werden Wind- und Solaranlagen ausgelastet und desto seltener müssen Kohlkraftwerke laufen.

Lastenverschiebung wichtiger Baustein der Energiewende

Klar ist: Ein unverzichtbarer Hebel, um Kurs auf das 1,5-Grad-Ziel zu nehmen, ist die Energiewende. Doch Sonne und Wind erzeugen nicht permanent Strom und wir müssen unser Energiesystem daran anpassen. Dabei ist die Lastverschiebung eine effektive Methode, um auf Schwankungen zu reagieren – und dazu gehört auch, den Verbrauch an die Erzeugung anzupassen und den klimafreundlichen Strom optimal zu nutzen. Mehr dazu auch hier: Interview – Die Energiewende gelingt nur mit Intelligenz und Effizienz

Die Prognosen werden aus den Daten der europäischen Transparenzplattform der Übertragungsnetz-Betreiber ENTSO-E erstellt. Aus den Prognosen berechnet PeakPick den stündlichen Anteil erneuerbarer Energien. Die angegeben CO2-Emissionen werden von diesem Anteil vereinfacht abgeleitet und sind nur Näherungswerte zum besseren Verständnis.

Im Moment kannst du PeakPick per Web-App nutzen oder dir die Prognose für den nächsten Tag jeden Abend in deinen Posteingang bestellen. Eine Smartphone-App befindet sich noch in der Entwicklung. Wenn es soweit ist, kannst du dich über die App erinnern lassen, Geräte einzuschalten und bekommst angezeigt, wie viele CO2-Emissionen du damit eingespart hast.

Übrigens: PeakPick verzichtet nach eigenen Angaben von Vorneherein auf technisch nicht notwendige Cookies und das Speichern deiner Daten und nutzt grünes Webhosting mit zertifiziertem Ökostrom. We like!

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Können wir mithilfe von KI mit Pottwalen „sprechen“?

21. November 2022 - 8:58

Wenn Menschen mit Tieren sprechen könnten, was könnten wir dann von ihnen lernen? Und würde uns das auch helfen, sie besser zu schützen? Genau das will ein ehrgeiziges, multidisziplinäres Projekt herausfinden.

Das Projekt CETI (Cetacean Translation Initiative) erforscht Möglichkeiten, um die Geheimnisse des Walgesangs zu entschlüsseln, insbesondere den des Pottwals. Es ist seit langem bekannt, dass Pottwale eine komplexe Kombination von Klicklauten, die so genannten Codas, verwenden, um über große Entfernungen miteinander zu kommunizieren. Im Jahr 2017 entdeckte die Forschenden hinter CETI, dass der Gesang der Pottwale tatsächlich dem Morsealphabet ähnelt, wobei die Klicks zur Übermittlung komplexer Botschaften verwendet werden.

Das CETI-Team hofft, diese „Sprache“ zu entschlüsseln und vielleicht sogar mit den Walen zu kommunizieren. Zunächst arbeiten zunächst Biologi*nnen mit Robotiker*innen zusammen, um mit an Saugnäpfen befestigten Computern, Unterwassermikrofonen und kleinen Schwimmrobotern Tonaufnahmen von Walen zu machen. Die Aufnahmen werden dann mithilfe maschinellen Lernens aufgeschlüsselt und Vorhersagen über ihre Bedeutung getroffen. Linguisten*innen wiederum versuchen dann, daraus die „Walsprache“ aufzudecken.

Project CETI

Könnten Menschen Pottwale vollständig verstehen wird vermutet, dass neue Strategien entwickelt werden können, um die vom Aussterben bedrohten Meerestiere besser zu schützen. Das Verständnis der Wale könnte nicht nur Informationen über ihre Bedürfnisse und Gefühle liefern (Pottwale zeigen bekanntermaßen ein breites Spektrum an Emotionen), sondern auch die öffentliche Unterstützung und das Interesse an Schutzprojekten enorm steigern. Schon einmal war die Entdeckung der Walgeräusche in den 1960er Jahren einer der Hauptgründe für die weit verbreitete „Rettet die Wale“-Bewegung in den folgenden Jahrzehnten.

Das Erlernen der Pottwal-Sprache ist jedoch mit einigen erheblichen Hürden verbunden. Erstens braucht es einen großen Datensatz, um den KI-Algorithmus zu trainieren. Das bedeutet, dass eine riesige Bibliothek von Pottwalgeräuschen gesammelt und katalogisiert werden muss. In Anbetracht der Tatsache, dass Pottwale tief unter Wasser leben, weite Wanderwege zurücklegen und sehr zurückgezogen leben, ist dies leichter gesagt als getan. Darüber hinaus wird immer noch heftig darüber diskutiert, ob Tiere überhaupt eine „Sprache“ verwenden, die der menschlichen Sprache auch nur im Entferntesten ähnelt.

Sprechen Tiere?

Jahrzehntelang war die gängige wissenschaftliche Meinung, dass Sprache ein grundsätzlich menschliches Konzept ist. Experten wie Konrad Lorenz – einer der Pioniere der Tierverhaltensforschung – vertraten die Ansicht, dass die Lautäußerungen von Tieren zwar eine Absicht oder einen psychologischen Zustand signalisieren sollen, aber bei weitem nicht dem entsprechen, was wir als Sprache verstehen. Tiere kommunizieren, aber sie sprechen nicht. Außerdem vertrat er die Ansicht, dass Tierrufe mehr mit der menschlichen Mimik gemeinsam haben, da sie von klein auf verstanden werden, sich aber im Laufe der Zeit nicht weiterentwickeln oder verändern.

Neuere Forschungen beginnen jedoch, einige dieser seit langem bestehenden Annahmen in Frage zu stellen. Erkenntnisse über Vogelstimmen legen beispielsweise nahe, dass Vögel als Reaktion auf ihre Umgebung neue Rufe lernen und entwickeln und dass bestimmte Rufe bestimmte Bedeutungen haben. Einige Forschende gehen sogar davon aus, dass dies die Grundlage für eine „Grammatik“ ist, während andere regionale „Dialekte“ und „Kulturen“ zwischen getrennten Populationen derselben Art festgestellt haben. Die Erforschung der Vogelstimmen hat auch ergeben, dass sich ihr Wortschatz als Reaktion auf den Umweltdruck und die zunehmende Verstädterung verändert, wobei einige Vogelstimmen „verloren“ gehen.

Natürlich variiert die Kommunikationsfähigkeit von Tieren auch stark zwischen den einzelnen Arten und ihrer Beziehung zum Menschen. Wichtig ist auch, dass die menschliche Sprache in erster Linie auditiv oder schriftlich ist, während die „Sprache“ von Tieren auch subtile und komplexe Ausdrücke oder Gerüche umfassen kann, die für den Menschen nicht wahrnehmbar sind. Im KI-Projekt DeepSqueek wurde zum Beispiel versucht, Ultraschallgeräusche von Nagetieren zu erkennen, die für das menschliche Ohr nicht wahrnehmbar sind.

Empathische Buckelwale

Meeressäuger wie Delfine und Wale sind aufgrund der Komplexität ihrer Laute und ihrer hohen Intelligenz besonders gut für die Forschung geeignet. Da sie sich nicht wie andere Tiere körperlich äußern können und über große Entfernungen kommunizieren, ist die „Sprache“ wahrscheinlich ein wichtiger Bestandteil ihres Alltags und ihres Überlebens.

Insbesondere Buckelwale haben emotionale Intelligenz bewiesen, die sogar an Empathie grenzt, und wurden dabei beobachtet, wie sie anderen Tierarten vor Raubtieren halfen. Obwohl dies in einem grundlegenden tierischen Kontext erklärt werden könnte (einer rivalisierenden Spezies die Nahrung zu entziehen, kommt ihnen zugute), ist es möglicherweise auch ein Hinweis auf ein komplexeres Verständnis ihrer Umwelt und vielleicht ja sogar altruistisches Verhalten.

KI als „Verhaltsversteher“

Die Übersetzung von Tierlauten ist nicht die einzige Art und Weise, wo KI eingesetzt wird, um die Bedürfnisse und das Verhalten von Tieren zu verstehen. Vor kurzem haben wir auf RESET über eine KI zur Bilderkennung berichtet, die nicht nur einzelne Tiere einer Art identifizieren kann, sondern auch Einschätzungen zu ihrem Gesundheitszustand und ihrer Gemütsverfassung abgeben kann.

Obwohl diese Technologie das Potenzial hat, die Verhaltensforschung erheblich zu unterstützen und ein neues Verständnis für unsere tierischen Mitbewohner zu entwickeln, birgt sie auch mögliche Nachteile. Einige Expert*innen fürchten eher, dass die Eroberung der tierischen Kommunikation dem Menschen erleichtern könnte, Tiere weiter zu dominieren und auszubeuten. Gleichzeitig kann auch die Anthropomorphisierung der Tiere mit menschenähnlichen Eigenschaften nachteilig sein. Im Grunde sind Tiere nicht menschlich, sie haben spezifische und komplexe nicht-menschliche Bedürfnisse. Wenn man Tiere in ein emotionales, „sprechendes“ Wesen verwandelt, könnte das von ihren sehr realen täglichen Überlebensbedürfnissen ablenken.

Darüber hinaus eröffnet der Einsatz von Technologie und Bilderkennungssoftware zur Erkennung eines Individuums und sogar zur Einschätzung seines Geisteszustandes einige potenziell beunruhigende Möglichkeiten, nicht nur für Tiere, sondern auch für uns Menschen. Schon jetzt gibt es Kontroversen über den Einsatz von Gesichtserkennungssoftware in Geschäften, um bekannte Ladendiebe zu erkennen. Wird die Technologie bald in der Lage sein, die „kriminelle Absicht“ in den subtilen Bewegungen einer Person zu erkennen, bevor ein Verbrecher überhaupt begangen wurde?

Grundsätzlich ist die Frage, ob wir uns, selbst wenn wir mit einem Tier „sprechen“ könnten, überhaupt verstehen. Unsere Bezugssysteme sind so unterschiedlich, dass es für beide Seiten eine Übung in Frustration sein könnte. Wie der österreichisch-britische Philosoph Ludwig Wittgenstein einmal schrieb: „Wenn ein Löwe sprechen könnte, könnten wir ihn nicht verstehen. Es bleibt also abzuwarten, welchen Nutzen Projekte wie CETI tatsächlich haben werden.

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Climate Pledges von Unternehmen sind nicht ambitioniert genug

17. November 2022 - 9:54

In diesen Tagen treffen sich Vertreter*innen aus Politik, Wirtschaft und Zivilgesellschaft bei der Weltklimakonferenz, der sogenannten COP27, in Ägypten und diskutieren über Maßnahmen und Verantwortlichkeiten zur Bewältigung der Klimakrise. Der Druck könnte kaum größer sein: Der im Frühjahr 2022 veröffentlichte sechste Assessment Report des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) zeigte drastisch auf, dass die Auswirkungen des Klimawandels bereits stattfinden und in den nächsten Jahrzehnten noch schwerwiegender werden. Um die Erderwärmung auf einen Anstieg von 1,5 °C zu begrenzen, müssen die Treibhausgasemissionen bis 2030 nahezu halbiert werden. Für eine Stabilisierung des Klimas ist ein noch ambitioniertes globales Ziel ausgerufen: bis 2050 Net Zero zu erreichen, also die Netto Null bei den Emissionen.

Doch nicht nur die Regierungen dieser Welt sind dringend gefragt, wirkungsvolle Maßnahmen für die Erreichung der Klimaziele umzusetzen. Auch Unternehmen sind in der Verantwortung, die eigenen Emissionen zu senken und klimaneutral zu wirtschaften. Bereits seit einigen Jahren veröffentlichen Unternehmen sogenannte Net-Zero-Pledges, mit denen sie ihren Beitrag zur Bekämpfung der Klimakrise aufzeigen. Doch wie groß dieser Beitrag wirklich ist und inwiefern damit die nötigen Emissionseinsparungen erreicht werden können, ist oft undurchsichtig. Zudem beinhalten viele dieser Pledges zu schwache oder unkonkrete Ziele zur Reduktion von Treibhausgasemissionen und stehen unter dem Vorwurf des Greenwashings.

Vor der COP27 veröffentlichte eine Expertengruppe im Auftrag der UN einen Bericht zu den Net-Zero-Pledges von Unternehmen, Finanzinstitutionen, Städten und Regionen, in dem vor allem die Gefahr adressiert wird, die von unzureichenden Net Zero-Pledges ausgeht: “The risk is clear. If greenwash premised upon low-quality net zero pledges is not addressed, it will undermine the efforts of genuine leaders, creating both confusion, cynicism and a failure to deliver urgent climate action”.

Wie aber können anspruchsvolle Net Zero-Pledges von schwachen unterschieden werden?

Um die Ambitionen hinter diesen Versprechungen transparent zu machen, hat die TU Berlin gemeinsam mit der Suchmaschine Ecosia das Climate Pledge Rating entwickelt. Dieses untersucht und bewertet öffentlich verfügbare Informationen zu Klimaversprechen von großen Technologiefirmen wie Meta, Microsoft oder Netflix. Das Climate Pledge Rating veranschaulicht für Nutzer*innen von Ecosia anhand eines Ratings von A = “Hervorragend” bis F = “Ungenügend”, wie ambitioniert die Net-Zero-Pledges wirklich sind. Um ein A zu erhalten, müssen Unternehmen sich zum Ziel gesetzt haben, ihre gesamten Emissionen bis 2030 um mindestens 50 Prozent zu reduzieren. Darüber hinaus fordert ein A-Rating, dass bereits erste Fortschritte in der Erreichung dieser Ziele nachgewiesen werden können. Durch die Bewertung wird zudem erkennbar, welche Unternehmen noch stark nachbessern müssen und welche bereits auf einem guten Weg sind.

Ecosia

Das Climate Pledge Rating zeigt jedoch, dass keines der untersuchten Unternehmen bislang diesen Anspruch erfüllt. „Hauptausschlaggebend für das schlechte oder nur mittelmäßige Abschneiden ist das häufige Fehlen von konkreten Zielen zur Reduzierung sämtlicher Treibhausgasemissionen“, berichtet Maike Gossen, die das Forschungsprojekt “Green Consumption Assistant”, das gemeinsam mit Ecosia und der BHT Berlin umgesetzt wird, leitet. „Insbesondere Emissionen, die entlang der Wertschöpfungskette von Unternehmen entstehen, sind oft nicht mit konkreten Reduktionszielen in öffentlichen Pledges berücksichtigt. Dabei machen diese Emissionen bei vielen der untersuchten Technologiefirmen über 90 Prozent der Gesamtemissionen aus.“ Viele Unternehmen setzen stattdessen verstärkt auf Investitionen in Carbon Offset-Projekte zur Kompensation von Emissionen, um dadurch einen Net-Zero-Status zu erlangen. Allerdings sind Carbon Offset-Projekte stark umstritten und sollten lediglich einen Zusatz zu drastischen Reduktionsmaßnahmen darstellen, und keine Alternative.

Das Climate Pledge Rating zeigt, dass Net-Zero-Pledges alleine nicht ausreichen, um weitreichende Klimaauswirkungen zu verhindern. „Würden alle Unternehmen so handeln wie die meisten der untersuchten Technologiefirmen, würde die globale Temperatur um weit mehr als 1,5 Grad steigen und hätte verheerende Folgen für das Leben auf der Erde. Unternehmen müssen konsequent auf eine drastische Reduzierung sämtlicher Emissionen setzen und langfristige und ehrgeizige Dekarbonisierungspläne entwickeln“, betont Marja Lena Hoffmann, die im Forschungsprojekt “Green Consumption Assistant” für Nachhaltigkeitsbewertungen verantwortlich ist. Auf der COP27 wird dies bereits als Greenwashing angemahnt, und zwar nicht nur von Klimaaktivist*innen und Umwelt-NGOs. Selbst der Generalsekretär der Vereinten Nationen, António Guterres, verurteilt die Praxis einiger Unternehmen, Netto-Null-Emissionen zu versprechen, um die Folgen ihres Handelns aus Imagegründen schönzurechnen.

Weitere Informationen zur Methodik und zu den Ergebnissen des Climate Pledge Ratings sind hier zu finden: Green Consumption Assistent

Dies ist ein Gastbeitrag von Marja Lena Hoffmann und Maike Gossen. Marja Lena Hoffmann ist wissenschaftliche Mitarbeiterin im Fachgebiet Sozial-ökologische Transformation der TU Berlin und ist im Forschungsprojekt “Green Consumption Assistant” für Nachhaltigkeitsbewertungen verantwortlich. Maike Gossen ist Post-Doc im Fachgebiet Sozial-ökologische Transformation der TU Berlin und leitet das Forschungsprojekt “Green Consumption Assistant”, das gemeinsam mit Ecosia und der BHT Berlin umgesetzt wird.

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Satellitentechnologie legt im Rahmen der COP27 die Methanlecks der Welt offen

16. November 2022 - 5:40

Obwohl Kohlendioxid oft in den Schlagzeilen steht, ist es nicht das einzige Treibhausgas, das unsere Umwelt schädigen kann. Im Gegenteil, es ist nicht einmal das schlimmste.

Über einen Zeitraum von 100 Jahren hat Methan eine 28 Mal stärkere Treibhauswirkung als CO2, über 20 Jahre berechnet ist die Wirkung sogar 86 Mal stärker. Insgesamt hat Kohlendioxid zwar eine größere Auswirkung, da viel mehr davon freigesetzt wird. Allerdings macht Methan etwa 20 Prozent der globalen Treibhausgasemissionen aus. Daher müssen neben den CO2-Emissionen auch Methangase massiv gesenkt werden, um unseren Planeten abzukühlen.

Um diese Tatsache zu verdeutlichen, veröffentlich Bloomberg während des laufenden COP27-Gipfels täglich Bilder von Methanlecks in der ganzen Welt. Dazu hat sich das Medienunternehmen mit GHGSat zusammengetan, einer Organisation, die Satelliten zur Überwachung von Methanlecks rund um den Globus einsetzt.

GHGSat verwendet ein bildgebendes Interferometer, um Methanemissionen mit Satelliten in einer Umlaufbahn in 500 Kilometern Höhe über der Erdoberfläche aufzuspüren. Diese Sensoren können Methan durch die Verzerrung des Sonnenlichts, wenn es in den Weltraum zurückgeworfen wird, erkennen. Methan blockiert einen Teil des Lichtspektrums, der dann von den empfindlichen Sensoren erfasst werden kann. Obwohl andere Unternehmen ähnliche Arbeiten durchführen, haben die Bilder von GHGSat nach eigenen Angaben die höchste Auflösung und die Methanlecks können so bestimmten Anlagen zugeordnet werden. Auch der ESA ist das als eine der wenigen anderen Organisation mit ihrem Copernicus Sentinel-5P-Satelliten gelungen.

GHGSat

Zusätzlich zu den satellitengestützten Sensoren hat GHGSat auch Sensoren für die Vermessung aus der Luft entwickelt, die noch genauere Messwerte ermöglichen. All dies steht Organisationen über die Datenplattform SPECTRA zur Verfügung. Mithilfe dieser Technologie konnten GHGSat und Bloomberg exklusive Bilder veröffentlicht, die Methanlecks aus verschiedenen Quellen und Ländern zeigen.

Die Hauptquellen sind Mülldeponien, Kohlebergwerke und Ölfelder

Vor allem Mülldeponien sind bemerkenswerte Methanquellen und liefern einen nahezu konstanten Strom dieses Gases. Das Gas entsteht bei der Zersetzung von organischem Material, wie zum Beispiel Lebensmittelresten, die in Abwesenheit von Sauerstoff zersetzt werden, und ist laut Bloomberg für 20 Prozent aller Methanemissionen verantwortlich. Allein in einer kanadischen Mülldeponie wurden Methanemissionen von rund 1.185 Kilogramm pro Stunde gemessen. In der EU müssen laut geltenden Verordnungen Deponiebetreiber*innen das entstehende Gas sammeln und entweder verwerten oder zumindest verbrennen. Werden Deponien gut gemanagt, wird der Abfall gas- und wasserdicht eingeschlossen und das Deponiegas im besten Fall einer Verwertung zugeführt und daraus zum Beispiel Strom und Wärme generiert. Allerdings wird das entstehende Methan bisher nicht komplett aufgefangen.

Auch Kohlebergwerke sind eine erhebliche Quelle, insbesondere in China, aber auch in vielen anderen Ländern. Aus einem polnischen Kohlebergwerk werden beispielsweise 3.410 Kilogramm Methan pro Stunde gepumpt. Bei der Förderung von Kohle wird häufig Methangas freigesetzt, das entlüftet werden muss, um Ablagerungen und mögliche Explosionen zu verhindern. Auch hier könnten Gasabscheidungssysteme eingesetzt werden, um nicht nur die Emissionen zu verringern, sondern auch zusätzliche Einnahmequellen zu erschließen.

Einen großen Anteil an den steigenden Methanemissionen haben Ölfelder. Alleine sechs chinesische Ölfelder sind für ca. 4.477 Kilogramm Methan pro Stunde verantwortlich und die turkmenischen Öl- und Gasfelder pusten jede Stunde 8.501 Kilogramm des extrem klimaschädlichen Gases in die Atmosphäre. Insgesamt sind die größten Methanproduzenten China, die Vereinigten Staaten, Russland, Indien, Brasilien, Indonesien, Nigeria und Mexiko. Diese acht Länder sind für rund 50 Prozent aller Methanemissionen verantwortlich.

Die Darstellung dieses umweltschädlichen und verschwenderischen Prozesses tut dringend Not, um das ganze Ausmaß der Methanemissionen aufzuzeigen und mehr Aufmerksamkeit auf die Reduzierung oder Erfassung der gefährlichen Gase zu lenken.

Dieser Tage befinden wir uns mitten in der COP27-Klimakonferenz, die in Sharm El-Sheikh, Ägypten, stattfindet. Die Konferenz knüpft an die im Pariser Abkommen von 2015 eingegangenen Verpflichtungen an, auch wenn die Fortschritte in diesen Fragen schwer zu beurteilen sind. Nur 24 von 193 Staaten haben der UNO bisher ihre Pläne zur Verringerung der Kohlenstoffemissionen vorgelegt.

In diesem Jahr geht es vor allem um die Frage, wie neue Technologien, erneuerbare Energiequellen und Managementpraktiken die Emissionen verringern können und wie die Länder des globalen Nordens den Ländern des globalen Südens bei der Anpassung ihrer Wirtschaft helfen können. Wie immer wird auch die Finanzierung der Klimaschutzmaßnahmen diskutiert werden. Und dabei sollten auch die Reduzierung der Methanemissionen nicht vernachlässigt werden. Immerhin haben auf der UN-Klimakonferenz in Glasgow 2021 mehr als 100 Staaten angekündigt, ihre Methan-Emissionen deutlich zurückfahren zu wollen. Wenn man sich die massiven Methanemissionen verdeutlicht, ist es allerhöchste Zeit, auf Worte auch Taten folgen zu lassen. Für die Beseitigung von Kohlendioxid aus der Atmoshäre gibt es immerhin eine zunehmend gut etablierte Forschungsagenda und technologische Grundlagen. Für die Methanentfernung gibt es bisher keinen vergleichbaren Rahmen.

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Ein für den Mond entwickeltes Gerät soll bei der CO2-Bindung auf der Erde helfen

14. November 2022 - 5:12

Bei der Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (Carbon Capture and Storage, CCS) wird CO2 aus Emissionen abgetrennt, unter Druck in eine „überkritische Flüssigkeit“ gepresst und dann tief unter die Erde in poröse Gesteinslagerstätten gepumpt, wo es theoretisch eingeschlossen bleibt. Zu den potenziellen Lagerstätten für Kohlenstoff gehören erschöpfte Öl- und Gasfelder und tiefe salzhaltige Aquifere (Gesteinskörper, der geeignet ist, Grundwasser weiterzuleiten und abzugeben).

Obwohl es die CCS-Technologie schon seit Jahrzehnten gibt, hat sie sich noch nicht durchgesetzt. Das liegt zum Teil an den hohen Kosten für den Bau von Sequestrationsanlagen, aber auch an der Frage, wie gut das Verfahren tatsächlich funktioniert. Über längere Zeiträume hinweg können kleine Mengen Kohlendioxid austreten, und wenn sich die Speicherstätten unter dem Meeresboden befinden, haben die Lecks Auswirkungen auf das Leben im Meer.

Allein das Aufspüren von Lecks ist schwierig und teuer. Die CCS-Überwachung stützt sich in der Regel auf schwere seismische Geräte, die auf Lastwagen oder Schiffen montiert sind. Die Geräte senden starke Vibrationen in die Erdkruste und analysieren die Schallwellen, die zurückgeworfen werden. Aufgrund der hohen Kosten können solche Systeme nur für begrenzte Zeiträume eingesetzt werden. „Bei einem konventionellen System ist die Überwachung diskontinuierlich“, sagt Takeshi Tsuji, Ingenieurprofessor an der Universität von Tokio. „Es ist schwierig, kontinuierlich seismische Daten zu erfassen“.

Japans Bestreben, das Sonnensystem zu erforschen, könnte jedoch zu einem Durchbruch bei der CO2-Speicherung hier auf der Erde geführt haben. Ein Team der Universität Tokio und der Kyushu-Universität hat unter der Leitung von Tsuji ein leichtes System, die Portable Active Seismic Source (PASS), entwickelt, das an Bord von Mars- und Mondlandegeräten mitgeführt werden kann und auch Kohlenstofflecks an Sequestrationsstandorten aufspüren kann. Die Wissenschaftler*innen veröffentlichten ihre Ergebnisse letzten Monat in der Zeitschrift Seismological Research Letters.

Takeshi Tsuji Das tragbare aktive seismische Gerät (rechts) ist nur 10 Zentimeter lang und verringert damit die logistischen Herausforderungen, die mit den derzeit zur Überwachung von Kohlenstoffspeicherstätten verwendeten Geräten (links) verbunden sind. Gestapelte Schwingungen

Der nur 10 Zentimeter lange PASS erzeugt Vibrationen durch ein sich drehendes Rad, das mit einem außermittigen Gewicht versehen ist. Aufgrund der geringen Größe des Geräts sind die von ihm erzeugten Schwingungen relativ schwach, aber das Team verwendet eine Software, um Hunderte von Signalen zu „stapeln“ und so die Übertragung enorm zu verstärken.

Die „gestapelten“ seismischen Signale sind in der Lage, mehr als 800 Meter unter die Erde zu dringen. CCS-Bohrungen müssen so tief sein, um den Druck des Kohlendioxids aufrechtzuerhalten. Theoretisch können über diesen Bohrlöchern Reihen von PASS-Boxen aufgestellt werden, mit denen Geologen den Austritt von Kohlendioxid überwachen können. „Dieses System ist sehr billig“, so Tsuji, „und es erzeugt kontinuierlich Signale, so dass wir in der Lage sein werden, kontinuierlich zu überwachen.

Die PASS-Boxen könnten Japan helfen, sein ehrgeiziges Ziel zu erreichen, bis 2050 CO2-neutral zu sein. Als Teil dieses Ziels plant das Land, bis zu 240 Millionen Tonnen Kohlendioxid pro Jahr in Hunderten von Bohrlöchern, vor allem vor der Küste, zu speichern.

Toru Sano ist Geophysiker bei JX Nippon Oil & Gas Exploration, einem japanischen Unternehmen, das plant, CCS in seine Aktivitäten einzubeziehen. Seiner Meinung nach ist das PASS aufgrund seiner geringen Größe und niedrigen Kosten ideal für die langfristige Überwachung von Sequestrationsstandorten. „Wir müssen nicht nur den Zeitraum der Injektion überwachen“, sagte er, „sondern auch nach der Schließung der Anlage – vielleicht 10, 20 oder sogar 50 Jahre lang“.

Obwohl einige Kritiker Japan vorwerfen, dass es die Kohlenstoffspeicherung als eine Möglichkeit ansieht, weiterhin fossile Brennstoffe zu fördern und zu verbrennen und gleichzeitig seine Netto-Null-Kohlenstoffziele zu erreichen, hält der Weltklimarat der Vereinten Nationen CCS für entscheidend, um die globale Erwärmung zu begrenzen. Laut dem jüngsten Bericht des Gremiums zum Klimawandel gibt es mehr als genug potenzielle Kohlenstoffspeicher auf der Erde, um das gesamte Kohlendioxid einzuschließen, das benötigt wird, um die Erwärmung auf 1,5 °C zu begrenzen. Allerdings liegt die Verbreitung der Technologie derzeit weit unter dem, was zum Erreichen dieses Ziels erforderlich wäre.

Dieser Artikel von AGU’s Eos Magazine wird hier im Rahmen der globalen journalistischen Zusammenarbeit Covering Climate Now vröffentlicht.

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Neue Podcast-Folge: Wie kann die Transformation unseres Energiesystems gelingen?

9. November 2022 - 3:25

Die Erzeugung von Strom und Fernwärme in öffentlichen Kraftwerken und die Herstellung von Kohle- und Mineralölprodukten in der Industrie ist für mehr als ein Drittel der gesamten CO2-Emissionen in Deutschland verantwortlich. Damit ist die Dekarbonisierung der Energiewirtschaft und Industrie einer der größter Hebel auf dem Weg zu Klimaneutralität – und das gelingt nur mit einer unverzüglichen Energiewende.

In den letzten Monaten haben wir uns bei RESET intensiv mit der Frage auseinandergesetzt, wie die Energiewende gelingen kann und welche Rolle digitale Technologien dabei spielen. Wir haben mit Expert*innen gesprochen, spannende Lösungen vorgestellt und über Studien berichtet.

In unserer neusten Folge von RESET Radio lassen wir unsere Interview-Partner*innen nochmals zu Wort kommen und berichten über Potenziale und Hürden beim Einsatz digitaler Technologien zur Transformation des Energiesystems. Mit dabei: Severin Beucker (Boderstep Institut) und Grischa Beier (IASS Potsdam).

Hört selbst: Wie kann die Transformation unseres Energiesystems gelingen?

Unser Dank geht an die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) für die Förderung der Podcast-Folge!

Alle Folgen unseres Podcasts findest du hier: RESET Radio

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ThermoTerra kann deine Wohnung mit natürlicher Luftfeuchtigkeit heizen und kühlen

7. November 2022 - 5:34

Auch wenn es zwischen den einzelnen Systemen mitunter erhebliche Unterschiede gibt, so verbrauchen Heiz- und Kühlsysteme in Privathaushalten in der Regel mehr Energie und verursachen höhere Betriebskosten als jedes andere Gerät in einem Haushalt. Die Heizung macht die Heizung rund 30 Prozent der Stromrechnung eines typischen Haushalts aus, in einigen Fällen kann dieser Anteil sogar bis zu 50 Prozent betragen.

Gibt es angesichts des nahenden Winters vielleicht eine bessere und günstigere Möglichkeit, unsere Häuser zu heizen und zu kühlen? Das israelische Startup ThermoTerra hat ein innovatives System entwickelt, das die Energie aus den natürlichen Schwankungen der Luftfeuchtigkeit während des Tages nutzen kann und die Energie über lange Zeiträume speichert. Mit Hilfe Künstlicher Intelligenz und Geräten aus dem Internet der Dinge wird die Energie dann wieder freigesetzt.

Das System nutzt die Unterschiede zwischen trockenen und feuchten Bedingungen in der Luft, indem es die „Nässe“ oder „Trockenheit“ in einem hygroskopischen Material speichert, das in Wände eingebettet ist. Aktuell werden dazu verschiedene Materialien erprobt, darunter Hanfbeton, Silikagel oder Holzwolle. Wenn die Umgebungsluft trockener oder feuchter ist als das hygroskopische Material, kann die potenzielle Energiedifferenz genutzt werden, um einen Heiz- oder Kühleffekt im Gebäude zu erzeugen.

Der Schlüssel zum System ist die Feuchtigkeit, und das ThermoTerra-System wurde entwickelt, um diesen natürlichen und passiven Kreislauf zu nutzen. Am Morgen, wenn die Temperaturen niedriger sind, ist die Luftfeuchtigkeit am höchsten. Um die Mittagszeit ist das Gegenteil der Fall. Indem die Umgebungsluft ständig durch das System geleitet wird, können diese Spitzen und Täler im Laufe des Tages ausgeglichen werden.

Dieser Feuchtigkeitsausgleich führt auch zur Heiz- und Kühlfunktion des Systems. Während der kühleren, feuchteren Perioden, zum Beispiel in der Nacht und am frühen Morgen, wird Wasser im System gespeichert. Wenn wärmere, trockenere Luft während der wärmeren Tageszeiten durch das System strömt, verdunstet das Wasser und kühlt die Umgebung. In diesem Sinne funktioniert es ähnlich wie der Schweiß, der unseren Körper an heißen Tagen kühlt. In der Nacht dringt kühlere, feuchtere Luft in das trockene hygroskopische Material ein, wodurch Wärme erzeugt und abgegeben wird.

All diese Heiz- und Kühlvorgänge werden mit extrem geringem Energieaufwand erreicht, da die einzige Energie, die benötigt wird, die ist, Umgebungsluft durch das System zu blasen.

Obwohl das System den ganzen Tag über auf natürliche Weise funktionieren kann, entwickelt ThermoTerra auch eine Managementanwendung, Active MemBrain, die den Luftstrom anpassen kann, um Wasser oder trockenes Material für die Verwendung zu bestimmten Zeiten zu speichern. Die Software nutzt IoT-Sensoren und Simulationsalgorithmen, um Luftstrom, Luftfeuchtigkeit und Temperatur genau zu messen und entsprechend anzupassen. Nach eigenen Angaben erreicht ThermoTerra durch die künstliche Begrenzung des Luftstroms zu bestimmten Zeiten Temperaturänderungen von 15 Grad oder mehr. Die Wirkung des Systems wird wahrscheinlich in Gebieten größer sein, in denen die Luftfeuchtigkeit im Laufe des Tages stark schwankt, wie in Ländern wie Israel. In konstant trockeneren oder feuchteren Gebieten ist die Wirkung jedoch möglicherweise nicht so ausgeprägt.

Seit 2016 arbeitet ThermoTerra mit einer Reihe von Unternehmen und Organisationen an der Entwicklung der Luftfeuchtigkeits-Heizung. Neben der Herstellung der sogenannten „SmartWall“ experimentiert das Startup auch mit Frachtcontainermodellen für temporäre Strukturen, wie zum Beispiel Armee- und Flüchtlingslager. Darüber hinaus entwickelt ThermoTerra Methoden zur Kombination der Technologie zum Feuchtigkeitsausgleich mit herkömmlichen Brennöfen und einzelnen Lüftungs- und Luftkühlungssystemen. Heizen und Kühlen mit Luftfeuchtigkeit klingt spannend – ob das System tatsächlich zuverlässig funktioniert wird sich noch zeigen müssen.

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Ist Zink der Stoff für die Energiespeicherung der Zukunft?

2. November 2022 - 5:41

Wie schnell die Energiewende gelingen wird, darüber wird unter anderem auch die zügige Entwicklung preiswerter, zuverlässiger und effizienter Speicherlösungen für erneuerbare Energien entscheiden. Da erneuerbare Energiequellen nicht kontinuierlich Strom erzeugen können, werden Speicherlösungen benötigt, um die erzeugte Energie in Zeiten des Überschusses zu speichern und in Zeiten des Energiedefizits wieder abzugeben.

Im Grunde geht es bei der Energiespeicherung darum, elektrische Energie in eine andere Form umzuwandeln, die dann wieder in elektrische Energie zurückverwandelt werden kann. Derzeit werden viele verschiedene Methoden der Energiespeicherung eingesetzt, die gängigste ist jedoch die Verwendung von großen Lithium-Ionen-Batterien. Lithium-Ionen-Batterien sind relativ effizient beim Laden und Entladen, lassen sich leicht skalieren und in einer Vielzahl von Umgebungen einsetzen. Allerdings sind Lithium-Ionen-Batterien nach wie vor teuer, bergen Sicherheitsbedenken und zeigen bei unterschiedlichen Temperaturen ein schlechtes Verhalten. Aus diesem Grund wird weiterhin nach neuen Wegen zur Entwicklung von Batterien gesucht.

Ein in Kanada ansässiges Unternehmen, e-Zinc, hat, worauf der Name schon hinweist, eine Batterie auf Zinkbasis entwickelt, die viele der Nachteile von Lithium-Ionen-Zellen nicht haben soll.

Die Batterie besteht aus drei Hauptteilen: einem Lade-, einem Speicher- und einem Entladeteil. Anstelle eines auf den Elektroden befestigten Metalls, wie bei einer herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie, verwendet das Modell von e-Zinc ein neuartiges abnehmbares Metallsystem. Im Ladeteil befindet sich ein flüssiger Elektrolyt mit gelöstem Zink. Wenn Strom durch den Ladeteil fließt, lagert sich das gelöste Zink in kleinen Clustern an den Elektroden ab. Wenn diese groß genug sind, lösen sie sich von den Elektroden und fallen in den zentralen Speicherbereich, wo sie zur späteren Verwendung aufbewahrt werden können.

e-Zinc

Wenn dann Strom aus der Batterie benötigt wird, löst sich das Zink wieder in der Elektrolytlösung auf und gibt den gespeicherten Strom wieder an das Netz ab. Die Zinklösung kann dann für den nächsten Ladezyklus wieder in die Ladestation gebracht werden. Bei dieser Methode wird das Metall selbst als Energieträger und Speichermedium verwendet.

Nach eigenen Angaben hat die Speicherlösung von E-Zinc einige deutliche Vorteile gegenüber Lithium-Ionen-Batterien. Erstens werden nur günstige Rohstoffe benötigt; Zink ist ein gängiger, reichlich vorhandener und erschwinglicher Rohstoff. Außerdem besteht bei der e-Zinc-Batterie kein Brandrisiko und die Batterie kann in einem breiten Temperaturbereich betrieben werden und verliert mit der Zeit nicht an Ladeleistung. Schließlich kann die Zinkbatterie auch leicht skaliert und modifiziert werden, um unterschiedlichen Bedürfnissen oder Anforderungen gerecht zu werden.

Das 1,5-Grad-Ziel ist ohne eine echte Transformation unseres Energiesystems unerreichbar. Aber wie kann sie gelingen? Was sind die Energiequellen der Zukunft? Welche digitalen Lösungen stehen bereit und wo sind Innovationen gefragt? Und wie kann die Transformation vorangetrieben werden?

Das RESET-Greenbook „Energiewende- Die Zukunft ist vernetzt“ stellt digitale, innovative Lösungen vor und beleuchtet die Hintergründe.

Derzeit entwickelt e-Zinc eine Reihe von Versuchsprojekten mit wichtigen Partnern, darunter Toyota Tsusho Canada Inc und die California Energy Commission. Zu diesen Projekten gehört eine 1,3 Millionen Dollar schwere Felddemonstration, bei der e-Zinc-Batterien zur Speicherung von erneuerbarer Energie aus Windkraft eingesetzt werden sollen.

Doch auch wenn Zink zwar häufiger vorkommt und günstiger ist als Lithium, sind auch dessen Gewinnung und der Abbau mit Umweltproblemen verbunden. In der Umgebung von Zinkminen kommt es häufig zu einer stärkeren Verschmutzung von Wasser und Boden, was zu einer Verringerung der Biomasse und zur Verunreinigung von landwirtschaftlichen Flächen führt.

Zink ist jedoch nicht das einzige Element, mit dem Lithium auf dem Markt für Batterien verdrängt werden soll. Wir haben bereits über Batterien berichtet, die Natrium als Energieträger verwenden, oder in jüngerer Zeit über komprimierten Wasserstoff. Und natürlich gibt es neben wiederaufladbaren Batterien noch viele andere Möglichkeiten, erneuerbare Energie zu speichern, wie zum Beispiel die Speicherung mit Hilfe von Wasserkraft, das Heben und Fallenlassen von Gewichten oder die Erhitzung von Felsen und Steinen.

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Ist die CO2-Abscheidung an Bord der Weg in eine sauberere Frachtschifffahrt?

31. Oktober 2022 - 3:55

Obwohl die Technologie nach den Maßstäben des 21. Jahrhunderts ziemlich archaisch erscheinen mag, werden immer noch 90 Prozent der internationalen Fracht auf dem Seeweg befördert. Infolgedessen produziert die Cargoindustrie jährlich etwa 940 Millionen Tonnen Kohlenstoff – etwa 2,5 Prozent der weltweiten Gesamtmenge. Forschende vermuten, dass dieser Anteil bis 2050 auf 10 Prozent ansteigen wird.

Die Verringerung und Dekarbonisierung des Frachtverkehrs auf unseren Meeren ist daher ein wichtiges Ziel, um eine kohlenstofffreie Welt zu schaffen. Um dies zu erreichen, werden derzeit verschiedene Methoden entwickelt. Ein neues Konzept ist die CO2-Abscheidung und -Speicherung (OCCS) an Bord.

Wie der Name schon sagt, wird bei OCCS die Technologie der Kohlenstoffabscheidung auf fahrende Schiffe übertragen. Laut dem in Los Angeles ansässigen Entwickler Carbon Ridge ist das Konzept nicht nur erschwinglich, sondern auch nicht-invasiv und potenziell lukrativ.

In dem System werden Schiffscontainer mit Anlagen zur CO2-Abscheidung neben dem Abgastrichter eines Schiffes installiert. Die Abgase des Motors werden vom Carbon Ridge-System aufgefangen, wo das Kohlendioxid und andere Gase durch ein Kompressions- und Verflüssigungssystem getrennt werden. Die „entkohlten“ Abgase können dann ganz normal über den Schornstein abgeleitet werden, während der Kohlenstoff in den Containern in fester Form gespeichert wird.

Carbon Ridge Die Technologie von Carbon Ridge wird direkt am Abgastrichter eines Schiffes installiert.

Im Hafen angekommen, kann dieser Kohlenstoff entladen und entweder dauerhaft gelagert oder zur Herstellung neuer Produkte verwendet werden. Carbon Ridge monetarisiert auch die Gutschriften, die für jede Tonne abgeschiedenen CO2 auf kommerziellen Märkten vergeben werden. Der gesamte CO2-Fußabdruck eines Schiffes soll durch den Einsatz des Systems um bis zu 95 Prozent reduziert werden.

Nach eigenen Angaben ist das System von Carbon Ridge leicht und mit nur geringfügigen Änderungen auf den meisten Frachtschiffmodellen installierbar – und das zu erschwinglichen Kosten. Außerdem soll das Modell etwa 75 Prozent kleiner sein als andere OCCS-Systeme und sei speziell für den Betrieb unter maritimen Bedingungen entwickelt worden.

Natürlich bringt die Kohlenstoffabscheidung einige Probleme mit sich, insbesondere die Frage, was mit dem Kohlenstoff passiert, wenn er einmal abgeschieden ist. Eine Möglichkeit ist es, den Kohlenstoff zur Herstellung neuer Produkte – wie Kraftstoffe oder Baumaterialien – zu verwenden. Eine andere ist die Speicherung tief unter der Erde in verschiedenen geologischen Formationen. Ehemalige Gas- und Öllagerstätten sind eine beliebte Wahl, da sie bereits seit Millionen von Jahren Gas oder Öl enthalten. Weitere Möglichkeiten sind Salzlagerstätten, Kohleflöze, Basaltformationen und Schieferbecken.

Dekarbonisierung der Fracht

Die Kohlenstoffabscheidung ist jedoch nur eine Möglichkeit zur Dekarbonisierung der Fracht und Schifffahrt. Ein anderer Ansatz erinnert an das Zeitalter der Segelschifffahrt vergangener Jahrhunderte. Mehrere Startups und Unternehmen arbeiten an der Entwicklung von Windkraftgeneratoren für große Frachtschiffe, zum Beispiel rotierende Säulen und Drachen, die am Bug eines Schiffes angebracht werden. Diese Turbinen können dann einen Teil des Schiffsantriebs übernehmen und so die Abhängigkeit vom Öl verringern.

Ein anderer Ansatz ist die Entwicklung KI-gestützter Plattformen, die Schifffahrtsrouten effizienter planen. Große Entfernungen, hohe Geschwindigkeiten und unruhige Meere können den Treibstoffverbrauch und die CO2-Emissionen in die Höhe treiben. Wenn die Routenplanung von Schiffen dagegen effizienter ist, kann ihre Geschwindigkeit und ihr Treibstoffverbrauch verringert werden, was zu großen Einsparungen führen kann.

Letztendlich haben die Methoden zur Dekarbonisierung der Fracht bessere Chancen sich durchzusetzen, die auch für die Reedereien wirtschaftlich sinnvoll sind. Wie ein kürzlich veröffentlichter Bericht zeigt, sind fossile Brennstoffe nicht so billig, wie oft angenommen wird, während erneuerbare Energiequellen von Jahr zu Jahr billiger werden. Alles, was die Treibstoffkosten zuverlässig senken kann, ohne die Fahrpläne oder die Kapazität zu beeinträchtigen, könnte für Schifffahrtsunternehmen attraktiv werden. Reichen wird das allerdings nicht, um die enormen Emissionen der Schifffahrt maßgeblich zu reduzieren. Hier sind entsprechende politische Rahmenbedingungen gefragt.

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Sind flexible dezentrale Generatoren die Zukunft der Wellenkraft?

26. Oktober 2022 - 5:18

Die Wasserkraft liefert etwa ein Sechstel der weltweiten Energie – das ist mehr als Solar-, Wind- und andere erneuerbare Energien zusammen. Der größte Teil davon stammt aus traditionellen Wasserkraftwerken, aber auch die Offshore-Gezeitenkraft gewinnt zunehmend an Bedeutung.

Der ständige Wechsel der Gezeiten und auf das Land rollende Wellen haben das Potenzial, riesige Energiemengen zu liefern – aber es ist nicht immer einfach, sie anzuzapfen. Der Bau von Unterwasseranlagen erfordert umfangreiche – und teure – Konstruktionen, während die starken Kräfte unter der Wasseroberfläche die Anlagen belasten, Maschinen korrodieren lassen und Ausfälle verursachen können.

Eine mögliche Lösung ist die Abkehr von älteren Generatorenmodellen und die Hinwendung zur Piezoelektrizität – der Fähigkeit bestimmter Materialien, als Reaktion auf eine mechanische Belastung eine elektrische Ladung zu erzeugen. Das US-amerikanische National Renewable Energy Laboratory (NREL) befasst sich genau mit diesem Thema und entwickelt eine Reihe von patentierten Konzepten mit der Bezeichnung Distributed Embedded Energy Converter Technologies (DEEC-Tec).

Diese dezentralen piezoelektrischen Wandler sind so konzipiert, dass sie Strom aus einem viel breiteren Spektrum von Meereswellenbewegungen erzeugen können als herkömmliche Ansätze, und gleichzeitig robust sind und weniger mechanische Teile benötigen. DEEC-Tecs können sich dehnen, verdrehen, biegen, ausdehnen oder sich anders verformen. Die Verformungen bzw. Bewegungen können dann über kleine dezentrale Energiewandler in Strom umgewandelt werden. Theoretisch bedeutet das, dass überall und jederzeit, wo DEEC-Tec bewegt werden, Energie erzeugt wird.

NREL DEEC-Tecs könnte es theoretisch in den verschiedensten Ausführungen geben.

Viele der DEEC-Tec-Konstruktionen werden aus relativ günstigen Polymeren hergestellt und können schnell installiert und deinstalliert werden, um beispielsweise Stürmen auszuweichen. Die Energiewandler können auch als kleine Sensoren fungieren, die Informationen über den Zustand eines DEEC-Tec liefern, wodurch sich die Wartungszeiten verringern. Auch bei der Wartung und Logistik haben diese Systeme Vorteile; da zahlreiche Messwertgeber verwendet werden, kommt es nicht zu einem Totalausfall, wenn nur einer nicht mehr funktioniert.

Da DEEC-Tecs außerdem Strom aus einem breiteren Spektrum von Bewegungen erzeugen können, eignen sie sich möglicherweise besser für Küstengebiete, in denen herkömmliche Wellenenergiegeneratoren ungeeignet sind. Einige Untersuchungen deuten darauf hin, dass nur zwei Prozent der weltweiten Küstenlinie für herkömmliche Wellenkraftwerke geeignet sind. Ein flexibleres Design – sowohl im übertragenen als auch im wörtlichen Sinne – könnte dazu beitragen, diese Zahl zu erhöhen und gleichzeitig die Kosten für die Erstinstallation zu senken.

NREL Derzeit werden mehrere Designs erforscht und patentiert.

Derzeit befinden sich die DEEC-Tec-Konstruktionen des NREL in einem frühen Stadium und es wird mit mehreren verschiedenen Konstruktionen experimentiert. Herausforderungen sind aktuell noch, neue Materialien zu entwickeln die die Ermüdung verringern, effizientere Energieumwandler und verbesserte Wandlerdesigns.

Piezoelektrische Konstruktionen sind übrigens nicht auf die Gezeitenkraft beschränkt. Sie können überall dort Strom erzeugen, wo es eine konstante und zuverlässige Bewegung gibt. Das könnte die Reibung von fahrenden Autos, die Vibrationen von Gebäuden oder sogar die Bewegung von Kleidung sein.

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Video online: Wie gelingt die Energiewende in deiner Nachbarschaft?

24. Oktober 2022 - 6:13

Wie können sich Bürger*innen zusammenschließen auf dem Weg zu 100 Prozent erneuerbaren Energien? Was ist auf Ebene deiner Nachbarschaft möglich? Welche digitalen Tools können dabei unterstützen und wie werden diese am besten eingesetzt? Und welche politischen und rechtlichen Hürden gilt es zu überwinden?
Das sind die Fragen, über die wir am 1. Oktober bei der Bits-und-Bäume-Konferenz 2022 in Berlin zusammen mit Astrid Aretz (IÖW), Frieder Rabl (A2EI) und Christoph Rink (BürgerEnergieBerlin) diskutiert haben. Hier kannst du die Panel-Diskussion anschauen: Wie gelingt die Energiewende in deiner Nachbarschaft?

Das 1,5-Grad-Ziel ist ohne eine echte Transformation unseres Energiesystems unerreichbar. Aber wie kann sie gelingen? Was sind die Energiequellen der Zukunft? Welche digitalen Lösungen stehen bereit und wo sind Innovationen gefragt? Und wie kann die Transformation vorangetrieben werden?

Das RESET-Greenbook „Energiewende- Die Zukunft ist vernetzt“ stellt digitale, innovative Lösungen vor und beleuchtet die Hintergründe.

Bits-und-Bäume-Konferenz zum Nachschauen – unsere Empfehlungen

Die Bits & Bäume 22 waren zwei Tage volles Programm mit unglaublich vielen spannenden Talks und Workshops. Hier kommen unsere Empfehlungen:

Building Just and Sustainable Digital Futures (EN): A panel that maps different approaches to understand opportunities and pitfalls of emerging technologies; and that showcases pathways towards building the just and sustainable futures we want to see. With: Camila Nobrega (Brazilian journalist and researcher), Julia Kloiber (Superrr Lab), Prof. Dr. Lynn Kaack (Hertie School), Katrin Fritsch (Green Web Foundation) and Aymara Llanque Zonta (Siglo XX, Bolivia).

Politische Antworten auf die Nachhaltigkeitskosten von KI: In dieser Session werden die wahren Nachhaltigkeitskosten von KI-Systemen aufgezeigt und politische Lösungen diskutiert. Mit: Anne Mollen (AlgorithmWatch), Tabea Rößner (MdB – Grüne, Vorsitzende Ausschuss für Digitales), Marina Köhn (Umweltbundesamt, Green IT) und Alexandra Geese (Mitglied des Europäischen Parlaments, Die Grünen/EFA).

Die Nicht-Nachhaltigkeit von Blockchain & Web3: Blockchain und Web3 werden als revolutionäre neue Techniken, die die Wirtschaft und Gesellschaft dezentralisieren und demokratisieren werden, gefeiert. Aber stimmt das? Rainer Rehak (Weizenbaum-Institut, FIfF) über die Grundlagen für eine kritische Analyse.

Ein Großteil des Programms ist online, hier alle Sessions im Überlick.

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RESET sucht: Online-Redakteur*in mit Schwerpunkt Nachhaltigkeit und Digitalisierung

20. Oktober 2022 - 6:48

Auf RESET.org berichten wir seit 2007 lösungsorientiert und kritisch über Nachhaltigkeit und Digitalisierung. Im Mittelpunkt stehen dabei die Fragen, wie die Digitalisierung wirkungsvoll für eine nachhaltige Entwicklung eingesetzt werden kann und wie eine nachhaltige Digitalisierung gestaltet sein sollte.
Für die Online-Redaktion der gemeinnützigen Stiftungsgesellschaft RESET suchen wir ab sofort einen Redakteurin, der/die uns auf selbstständiger Basis unterstützt. Die Stelle ist angebunden an ein von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördertes Projekt. Der wöchentlich Arbeitsumfang beträgt ca. 16 Stunden.

Deine Aufgaben:

  • Du recherchierst Themen und verfasst und redigierst Artikel.
  • Du entwickelst mit uns Themendossiers und kleinere Kampagnen.
  • Du unterstützt in der Kommunikation und Netzwerkpflege.

Was uns wichtig ist:

  • Du bist sicher im journalistischen Schreiben und im Umgang mit digitalen Medien und hast ein gutes Gefühl für Sprache.
  • Du brennst für die Themen Nachhaltigkeit und Digitalisierung und hast idealerweise schon Erfahrungen in diesem Bereich.
  • Du kommunizierst gerne und schreckst auch nicht davor zurück, dich auf eine Bühne zu stellen.

Was wir bieten:

  • Die sinnstiftende Beschäftigung mit zwei der wichtigsten Themen unserer Zeit.
  • Die Möglichkeit, dein Wissen im Bereich Nachhaltigkeit und Digitalisierung weiter zu vertiefen.
  • Ein kleines, dynamisches Team und flexible Arbeitszeiten.
  • Ein schönes Büro am Holzmarkt mit Blick auf die Spree.

Unsere Redaktion ist in Berlin, Homeoffice ist teilweise möglich. Wir freuen uns auf deine kurze, aussagekräftige Bewerbung sowie Schreibproben bis zum 13. November 2022.

Ansprechpartnerin für Rückfragen und Bewerbung: indra.jungblut@reset.org

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Digitale Zwillinge: Sind intelligente Abbilder ein Schlüssel in der Kreislaufwirtschaft?

19. Oktober 2022 - 7:00

Die Ressourcen dieser Welt sind endlich – das sollte mittlerweile den meisten bewusst sein – und aus diesen Ressourcen neue Produkte herzustellen verbraucht enorme Mengen an Energie. Gleichzeitig werden Produkte immer kurzlebiger und die Abfallberge überall auf der Welt steigen. Wege aus dieser klimaschädlichen Schleife sind das Recycling und die zirkuläre Ökonomie. Allerdings spielt beides aktuell bei Hersteller*innen nur eine untergeordnete Rolle.

Das hat vor allem damit zu tun, dass die Kosten für die Rohstoffe und die Erstproduktion nach wie vor gering sind. Hinzu kommen rein praktische Gründe: Es gibt immer noch große Unterschiede in Recyclingprozessen und nur begrenzt verfügbare Abfallmengen, deren Qualität schwankt. Das macht das Recycling zu einem aufwändigen Prozess für Hersteller*innen.

Fakt ist jedoch, dass Recycling gegenüber der Herstellung von neuen Kunststoffen bis zu 90 Prozent der CO2-Emissionen einsparen kann. Davon, dieses Potenzial auszuschöpfen, sind wir aber noch weit entfernt. Digitale Technologien könnten jedoch wichtige Voraussetzungen schaffen, um Recyclingprozesse zu erleichtern.

Ein digitaler Zwilling für die Kreislaufwirtschaft Bill Smith

Technologien auf Basis Künstlicher Intelligenz (KI) werden bereits vielseitig zur Lösung von Umweltfragen und in der Kreislaufwirtschaft eingesetzt, zum Beispiel zur Optimierung von Produktionsstrecken oder Identifizierung von Altteilen. Ursprünglich aus der Luft- und Raumfahrt stammend, taucht auch ein neuer, innovativer Ansatz in diesem Zusammenhang immer häufiger auf: der sogenannte digitale Zwilling.

Der „digitale Zwilling“ ist eine exakte digitale Abbildung eines realen Produkts oder Prozesses und spiegelt zu jedem Zeitpunkt den Zustand seines physischen Gegenbildes wider. Dazu benötigt die KI-basierte Technologie Echtzeitdaten über die Beschaffenheit des abzubildenden Objekts selbst und über seine komplexen Interaktionen mit der Umwelt. Diese Daten sorgen dann für eine laufende Anpassung des abgebildeten Objekts. Außerdem wird das digitale Abbild mit historischen Daten gespeist. Das ermöglicht ein spezifisches Monitoring und die Fähigkeit, verschiedene Szenarien zu simulieren, um so reale Produkte oder Prozesse zu optimieren. Ein Fokus digitaler Zwillinge liegt auf der Predictive Maintenance, oder vorausschauenden Wartung, und dem Demand Forecasting. Dadurch werden Prognosen generiert, wann und wo etwas im Prozess oder Produkt verbessert, beziehungsweise ausgetauscht werden muss, und wie sich Bedarfe in Zukunft entwickeln werden.

Das birgt mehrere Vorteile: Mit dem digitalen Zwilling lassen sich Konzepte im Vorfeld ausgiebig testen, bevor Ressourcen in ihre Umsetzung investiert werden, und reale Prozesse effizienter gestalten.

CYCLOPS: Digitale Zwillinge in der zirkulären Abfallwirtschaft

Die Möglichkeit, sehr genaue Prognosen zu erstellen und damit Bedarfe vorherzusehen, kann digitale Zwillinge zu einem wirkungsvollen Werkzeug machen, um Informationslücken in der Abfallverwertung von Kunststoffen zu schließen – und so den Weg zu einer lückenlosen Kreislaufwirtschaft ebnen. Wie das funktionieren kann, zeigt das Projekt CYCLOPS (Circular Optimisation for Plastics) des SKZ und seiner Verbundpartner GreenDelta, Cirplus und dem Wuppertal Institut für Klima, Umwelt und Energie gGmbH.

„Rezyklaten wird häufig eine gewisse Skepsis entgegengebracht. Angezweifelt werden zum einen deren grundsätzlichen Einsatzmöglichkeiten und die Erfüllung von spezifischen technischen Anforderungen. Häufig lässt sich jedoch feststellen, dass bei potenziellen Anwendern zu wenig Informationen und Wissen vorliegen. Hier könnten zusätzliche Informationsangebote helfen, Vorbehalte abzubauen“, erklärt Dr. Jan Werner, Projektleiter am SKZ gegenüber RESET. Zudem lassen sich viele Abfallströme nicht gut prognostizieren, da Abfälle nicht planmäßig anfallen und die Eigenschaften von Rezyklaten größeren Schwankungen unterliegen als die neuer Materialien. All das zusammen führt dazu, dass sich in der Industrie oft gegen den Einsatz von Rezyklat entschieden wird.

Dr. Jan Werner, SKZ Das Modell des digitalen Zwillings für die Abfallwirtschaft von Cyclops.

CYCLOPS soll genau diese Lücke schließen und Kunststoffverarbeitende, Kunststoffaufbereitende und Abfallerzeuger*innen über Eigenschaften und Aufbereitungsmöglichkeiten der Rohstoffe informieren. Das frei verfügbare digitale System hinter CYCLOPS baut auf einem digitalen Zwilling auf, der den Anwender*innen ermöglicht, Materialien durch KI-basierte Datenverarbeitung und Analysen zu bewerten und ihre Verfügbarkeiten und Bedarfe zu prognostiziert. Langfristig führt dieser Anreiz, so die Hoffnung, zu einer größeren Bereitschaft zu recyceln und Wirtschaftskreisläufe zu schließen.

Das Projekt der Verbundpartner um das SKZ ist eines von vielen, das auf Basis eines digitalen Zwillings komplexe Probleme und Umweltthemen angeht. Gefördert wird es vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Förderrichtlinie „Digital GreenTech“.

Digital Green Tech

Seit 2020 fördert das BMBF mit der der Förderrichtlinie „Digital GreenTech Technologien, die zur Schonung natürlicher Ressourcen und Verringerung von Umweltbelastung in Deutschland und weltweit beitragen. Die Projekte befinden sich in den Anwendungsfeldern Wasserwirtschaft, nachhaltiges Landmanagement und Geotechnologie, sowie Ressourceneffizienz und Kreislaufwirtschaft. Neben der direkten finanziellen Förderung finden gezielte Maßnahmen zur Vernetzung der Forschenden und zum Transfer der Ergebnisse statt.

Die Daten geben den Weg vor

Damit digitale Zwillinge tatsächlich zu einer zirkulären Abfallwirtschaft beitragen, ist es zentral, dass die Daten, die im digitalen Zwilling angelegt sind, über eine hohe Qualität verfügen. Sie sollten einerseits möglichst vollständig sein, also die gesamte Wertschöpfungskette abbilden, und zudem sehr genau. KI-gestützte Plausibilitätsprüfungen und Nutzerassistenz können diesen Prozess jedoch unterstützen, indem die Daten automatisiert geprüft und ergänzt werden oder die Nutzenden aufgefordert werden, die Eingaben nachzubessern. Gleichzeitig sollte beim Einsatz von KI der Faktor Energie nicht vergessen werden, wie auch Werner feststellt: „Die Vorteile für die Kreislaufwirtschaft dürfen nicht durch den zusätzlichen Verbrauch von viel Energie durch IT „erkauft“ werden.“

Sean Ellis Digitale Zwilling basieren auf KI-Technologie – diese braucht Daten, um möglichst genaue Prognosen zu erstellen.

Da Anwendungen auf Basis Künstlicher Intelligenz in der Entwicklungsphase und dabei vor allem beim Training sehr energieintensiv sind, muss dieser Stromverbrauch immer ins Verhältnis zu den Einsparungen in der Nutzungsphase gesetzt werden. Nur wenn mithilfe der KI mehr Energie und Ressourcen eingespart werden als in die Entwicklung geflossen sind, hat diese unterm Strich eine positive Ökobilanz.

Vom digitalen Baumstamm bis zum Batterie-Zwilling

Auch über die Kunststoffproduktion hinaus werden digitale Zwillinge heute in vielen Bereichen der Kreislaufwirtschaft eingesetzt, wie zum Beispiel in dem Projekt mit dem Kürzel DiGeBaSt, welches ebenfalls Teil der BMBF-Förderrichtlinie ist. Hinter dem kryptischen Akronym („Digitaler Fingerabdruck: Markierungsfreie Rückverfolgung vom gefällten Baumstamm bis ins Sägewerk“) verbirgt sich die Idee, eine markierungsfreie Rückverfolgung gefällter Baumstämme bis ins Sägewerk zu ermöglichen. Damit sollen Anreize für Forstbetriebe geschaffen werden, Wälder nachhaltiger zu bewirtschaften. Direkt nach dem Fällen wird den Bäumen dazu ein digitaler Zwilling zugewiesen, der über die gesamte Wertschöpfungskette Echtzeitdaten des realen Stamms, wie Standort, Logistik oder Weiterverarbeitung, erhält. In einer Cloud sind die Daten dann jederzeit abrufbar. 

Auch Batterien enthalten für die Industrie relevante und wertvolle Stoffe, die durch Recycling wieder zurück in den Kreislauf geführt werden könnten. Das Projekt DiRecLiB (Direktes Recycling von Aktivmaterialien aus Lithium-Ionen-Batterien) will daher durch einen digitalen Zwilling die Grundlage für neue Recyclingmaßnahmen erarbeiten, um relevante Aktivmaterialien aus Lithium-Ionen-Batterien möglichst effizient zurückzugewinnen.

Selbst unser Planet wurde schon als digitale Simulation abgebildet: mit dem Knowhow von Videospieltechnik hat ein Hersteller von Grafikkarten eine Simulation der Erde entwickelt und unterstützt so Klimaforschung und Umweltpolitik. Auch die ESA erprobt schon digitale Zwillinge unseres Planeten. Auch im kleineren Maßstab, nämlich im Bausektor, profitieren Maßnahmen zur Reduzierung des Energieverbrauchs von digitalen Zwillingen. Das Projekt EcoWorks arbeitet dafür an einer Art zweiten Haut für Gebäude, um sie C02-negativ zu isolieren – das Design dahinter: ein digitaler Zwilling, mit dem Pläne für die individuellen Isolierungen erstellt werden.

Digitale Zwillinge sind bereits Realität – was braucht es noch?

Digitale Zwillinge sind also schon lange nicht mehr „Zukunftsmusik“, sondern ihre Anwendungsmöglichkeiten werden bereits in vielen Bereichen aktiv erprobt. Doch so hilfreich sie sich auch erweisen, um Ressourcen zu sparen, Prozesse effizienter zu gestalten und Kreisläufe zu schließen, sollten für eine Nachhaltigkeitsbewertung die ökologischen Kosten der Technologie – insbesondere durch ihren hohen Strombedarf – nicht vergessen werden.

Das bedeutet aber nicht, dass Ideen und bereits laufende Projekte direkt verworfen werden sollten. Vielmehr motiviert es dazu, genau hier innovative Ideen für wirkungsvolle und nachhaltige Technologien voranzubringen. Hier muss auch die Politik mit gezielten Förderungen und der Einführung entsprechender Rahmenbedingungen unterstützen.

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Policy Brief: Rahmenbedingungen für den nachhaltigen Einsatz digitaler Technologien in der Energiewende

17. Oktober 2022 - 6:08

Kaum ein Thema wird aktuell so heiß diskutiert wie Energie. Noch immer viel zu selten wird die Energiewende ins Spiel gebracht. Dabei liefern uns erneuerbare Energien nicht nur günstigen Strom und lösen Abhängigkeiten, sondern sie sind auch einer der größten Hebel auf dem Weg zu Klimaneutralität in Deutschland – und um nichts weniger sollte es gehen, wollen wir den drohenden Klimakollaps aufhalten.

Digitale Technologien gelten als „Enabler“ eines dezentralen Energienetzes, das sich aus erneuerbaren Energien speist – und ihr Einsatz kann die Transformation beschleunigen. Zudem steckt in ihnen das Potenzial, die Effizienz in Netzen, Unternehmen und Industrie zu erhöhen und so den Energieverbrauch zu reduzieren. Allerdings müssen die Wege dafür geebnet werden, dass digitale Technologien auch flächendeckend im Sinne der Nachhaltigkeit eingesetzt werden. Dazu sind einerseits entsprechende Rahmenbedingungen nötig, die mehr Menschen in die dezentralen Energiemärkte der Zukunft als Produzent*innen und sogenannte Prosumer einbeziehen, Schnittstellen für die intelligente Kopplung verschiedener Sektoren schaffen und eine Flexibilisierung der Netze und Tarife ermöglichen.

Gleichzeitig sollte dabei der eigene ökologische Fußabdruck digitaler Technologien nicht außer Acht gelassen werden. Auch die Produktion der Hardware, die Programmierung sowie der Betrieb digitaler Technologien benötigt erhebliche Mengen Energie und Ressourcen. Entsprechende Regulierungen sollten dafür sorgen, den Energieverbrauch der digitalen Infrastruktur so niedrig wie möglich zu halten, zum Beispiel durch Datensuffizienz, nachhaltige Hard- und Software, Recycling-Vorgaben und den Betrieb von Rechenzentren mit 100 Prozent grünem Strom.

Das sind die Erkenntnisse unserer Recherche im Rahmen des DBU geförderten Greenbooks „Energiewende – Die Zukunft ist vernetzt“. Dieser Artikel gibt einen Überblick: Energiewende – So treiben wir die Transformation mit digitalen Technologien voran

Die wichtigsten Empfehlungen haben wir in einem Policy Brief zusammengefasst:

Policy Brief: Rahmenbedingungen für den nachhaltigen Einsatz digitaler Technologien in der Energiewende

Der Policy Brief ist unter einer Creative-Commons-Lizenz veröffentlicht und steht hier zur Verfügung.

Das Herunterladen ist kostenfrei. Aber wenn du unsere Arbeit schätzt, unterstütze uns gern mit einer Spende!

Dieser Artikel gehört zum Dossier „Energiewende – Die Zukunft ist vernetzt“. Das Dossier ist Teil der Projekt-Förderung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU), in deren Rahmen wir vier Dossiers zum Thema „Mission Klimaneutralität – Mit digitalen Lösungen die Transformation vorantreiben“ erstellen.

Mehr Informationen hier.

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Können stillgelegte Bergwerke zu grünen Stromerzeugern werden?

12. Oktober 2022 - 7:33

Von den 1800er Jahren bis Mitte des 20. Jahrhunderts war die Upper Peninsula in Michigan ein Segen für den Bergbau, Kupfer und Eisen wurden tonnenweise abgebaut. Allein im Jahr 1916 wurden 121 Millionen Kilogramm Kupfer aus den Minen in Michigan gefördert.

Noch immer gibt es mehr als 2.000 Schächte aus 800 Minen, die sich über acht Countys erstrecken, aber heute ist der Bergbau in der Region fast zum Erliegen gekommen. Diese Minen haben nicht nur ein historisches Erbe hinterlassen, sondern auch eine Reihe von Umweltproblemen: Viele der Minen sind Industriebrachen mit Problemen bei der Wasserqualität.

Die stillgelegten Minen könnten jedoch wiederbelebt werden – als Energiespeicher. In einem neuen Bericht, der vom Keweenaw Energy Transition Lab an der Michigan Technological University (MTU) veröffentlicht wurde, untersuchten die Forschenden die Möglichkeiten und Hindernisse für die Umwidmung eines stillgelegten Bergwerks in eine unterirdische Pumpspeicherkraftanlage (PSW), eine Variante der herkömmlichen Pumpspeicherkraftwerke.

Anhand einer Fallstudie stellten die Forschenden fest, dass ein PSW-System eine rentable und langlebige Energiespeicher- und -erzeugungsanlage sein könnte. Zudem fanden sie heraus, dass die Errichtung von PWS-Anlagen in stillgelegten Bergwerken generell positive Auswirkungen auf Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft hat. Und PWS sei nicht nur für die Bergwerke in Michigan geeignet – das Team fand fast 1.000 PWS-geeignete Standorte in 15 Bundesstaaten.

Ein Blick auf die Energiespeicherung

Eine PWS-Anlage ist im Wesentlichen ein herkömmliches Pumpspeicherkraftwerk, das in den Untergrund verlegt wird. Dazu wird ein Wasserreservoir an oder nahe der Oberfläche angelegt, das Wasser fällt in ein tiefer gelegenes Reservoir, und eine Turbine erzeugt Strom. Danach wird das Wasser zurück in das obere Reservoir gepumpt, und der Zyklus beginnt von vorn.

MTU; Graphic adapted from J. Menéndez et al., 2020 Das obere Reservoir eines unterirdischen Pumpspeicherkraftwerks kann an der Oberfläche oder unterirdisch installiert werden.

Die Idee, Pumpspeicherkraftwerke unter Tage zu verlegen, ist nicht neu. Aber die MTU-Professoren und Mitverfasser des Berichts Roman Sidortsov, ein Forscher auf dem Gebiet der Energiepolitik, und Timothy Scarlett, ein Industriearchäologe, wollten den Einsatz von PWS in einem bestehenden Bergwerk untersuchen.

Dazu haben Sidortsov, Scarlett und ihr Team einen interdisziplinären Ansatz verfolgt und den Bau einer PWS-Anlage von Anfang bis Ende untersucht. Berücksichtigt wurden dabei technische, wirtschaftliche, rechtliche und regulatorische Aspekte sowie Fragen der Wasserqualität, des sozialen Umfelds und des gesellschaftlichen Engagements.

Als Fallstudie wurde die Eisenmine Mather B in Negaunee, Michigan, ausgewählt. Der Standort, die Geologie und die Minenkonfiguration schienen eine gute Wahl für den Test zu sein.“Wir haben uns für Hartgestein-Minen [für PWS] entschieden“, sagte Scarlett. „Die Geologie von Kohlebergwerken eignet sich nicht besonders gut für große unterirdische Freiflächen, die mit Wasser gefüllt und entwässert werden. Sie sind nicht sehr stabil.“

Sidortsov erklärte, dass man bei der Wahl der wirtschaftlichen und technischen Optionen auf Nummer sicher gegangen sei: „Alles, was wir schätzen mussten, basiert auf den bereits vorhandenen Technologie und Strukturen – es sind praktisch keine neuen Arbeiten im Sinne eines Umbaus der Mine oder zusätzlicher Sprengungen nötig.“

Auch bei den Einnahmeprognosen war das Team vorsichtig. So wurden beispielsweise nur die Einnahmen aus dem Kauf und Verkauf von Strom auf dem Markt geschätzt, aber es wurde darauf hingewiesen, dass es noch andere Dienstleistungen gibt, mit denen man Geld verdienen könnte. Dazu gehört die Möglichkeit, das Energienetz nach einem Stromausfall wieder in Betrieb zu nehmen. Wenn das Stromnetz unterversorgt ist oder es zu erheblichen Stromausfällen kommt, kann PWS einspringen. „Man dreht den Wasserhahn auf und die Lichter gehen wieder an“, so Sidortsov.

Die PWS-Technologie könnte auch dazu beitragen, Netzschwankungen auszugleichen und Energie während einer Naturkatastrophe bereitzustellen – wichtige Funktionen, die nicht direkt monetarisiert wurden. „Diese anderen Einnahmequellen werden den PWS-Entwicklern die Sache versüßen, je nachdem, wie die Politik den Markt für Energiespeicherung und Netzdienstleistungen in Zukunft gestalten wird“, so Scarlett.

Scott DeNeale, ein Ingenieur für Wasserressourcen beim Oak Ridge National Laboratory ist sicher, dass die Studie eine Analyse des theoretischen Energiepotenzials für eine ausgewählte Anzahl von Untertagebergwerken liefert. Allerdings: „Angesichts des nationalen Umfangs der Analyse und der begrenzten Datenlage werden die technischen Beschränkungen für die Entwicklung nicht vollständig berücksichtigt.“

Die Beschränkung der PWS-Technologie auf Metallminen lässt auch das Potenzial für die Energiespeicherung an anderen Minenstandorten außer Acht, so DeNeale. „Eine Analyse der Minendaten der Mine Safety and Health Administration zeigt zum Beispiel, dass von den über 17.000 unterirdischen Minen, die untersucht wurden, etwa 84 Prozent Kohleminen sind“.

Doch trotz dieser Einschränkungen bietet die Studie einen wertvollen Rahmen für die Bewertung der Entwicklung von unterirdischen Pumpspeicherkraftwerken in Minengebieten. „Die Studie erkennt auch an, dass Datenbeschränkungen eine wichtige Einschränkung für diese Art der Analyse des Ressourcenpotenzials darstellen“, so DeNeale.

Der Push für saubere Energie

Ursprüngliches Ziel der Fallstudie war es, herauszufinden, ob der Bau eines PWS-Systems technisch und finanziell machbar ist. Aber auch die Nebeneffekte der Installation eines PWS-Systems in einem Bergwerk sind für die Gemeinde und die Umwelt wichtig.

„Diese Maßnahmen, über die wir mit PWS sprechen, können uns helfen, Ungerechtigkeiten der Vergangenheit zu beseitigen“, sagte Scarlett. Er wies darauf hin, dass ehemalige Bergbaugemeinden nach der Schließung des Bergbaus wirtschaftlich, ökologisch und demografisch gefährdet sind. Wenn die Minen einem neuen Zweck zugeführt werden, kann dies zur Wiederbelebung dieser Gemeinden beitragen.

„Der Einsatz von Pumpspeicherkraftwerken auf dem Gelände von Bergwerken stellt eine einzigartige Möglichkeit dar, bereits zerstörtes Land zu nutzen, das sich oft nicht für andere Formen der Landnutzung eignet, und bietet positive Möglichkeiten für die Entwicklung von Gemeinden nach dem Bergbau, einschließlich der Beschäftigung im Energiesektor“, so DeNeale.

Das 1,5-Grad-Ziel ist ohne eine echte Transformation unseres Energiesystems unerreichbar. Aber wie kann sie gelingen? Was sind die Energiequellen der Zukunft? Welche digitalen Lösungen stehen bereit und wo sind Innovationen gefragt? Und wie kann die Transformation vorangetrieben werden?

Das RESET-Greenbook „Energiewende- Die Zukunft ist vernetzt“ stellt digitale, innovative Lösungen vor und beleuchtet die Hintergründe.

Bei der Installation müssen jedoch nicht nur Umweltfragen berücksichtigt werden. „Man hat es hier mit einer Art Frankenstein zu tun, denn es ist nicht nur eine Sache, sondern viele“, stellt Sidortsov fest.

Das Besondere an PWS ist, dass man sich sein Abenteuer selbst aussuchen kann, so Scarlett. „Jede dieser [Anlagen] kann anders sein: Wenn Sie ein riesiger Industriebetrieb mit einem großen Fabrikgelände wären oder das Verteidigungsministerium auf einem großen Militärstützpunkt, und Sie wollten ein sicheres Energiespeichersystem, dann ist dies die Art von Sache, die Sie in großem Maßstab bauen könnten.

Die Forscher stellten fest, dass PWS das Potenzial hat, ein wichtiger Akteur bei der Erzeugung sauberer und unabhängiger Energie zu werden. „Man muss keine neuen Löcher in den Boden graben, man muss sich nicht an fragwürdige Orte begeben oder in einen Handelskrieg verwickeln, um den Preis kritischer Elemente für seine Batterien zu beeinflussen“, so Sidortsov. „Wenn Sie Ihre Energiesicherheitspolitik mit Ihrer Dekarbonisierungspolitik, Ihrer wirtschaftlichen Entwicklungspolitik [und] Ihrer Umweltpolitik in Einklang bringen, ist PWS eine großartige Lösung.“

Dieser Artikel von AGU’s Eos Magazine wird hier im Rahmen der globalen journalistischen Zusammenarbeit Covering Climate Now veröffentlicht.

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Open-Source-KI berechnet den Kohlenstoffgehalt jedes einzelnen Baumes

10. Oktober 2022 - 9:57

Wälder sind die „Lungen der Erde“, denn sie erzeugen Sauerstoff und binden große Mengen CO2 langfristig. Ihr Erhalt die einfachste und beste Antwort auf die Klimakrise. Allerdings ist es nicht immer einfach, genau zu wissen, wo der Baumbestand zurückgeht wieviel CO2 Bäume binden – vor allem auf globaler Ebene.

Hier kommt die neue Organisation CTrees ins Spiel. CTrees wurde von einem Team von NASA-Wissenschaftler*innen entwickelt. Das Ziel: Die Daten über die Bäume unserer Welt transparent und bis ins kleinste Detail verfügbar machen. Dazu soll auf einer Open-Source-Plattform sichtbar werden, wie viel CO2 einzelne Bäume binden können.

CTrees nutzt eine Kombination aus öffentlich zugänglichen Daten, Satellitenbildern und KI-Analysen, um Übersichten über die Kohlenstoffdichte sowohl für ganze Länder als auch für bestimmte Gebiete und lokale Biomasse zu erstellen. Darüber hinaus integriert die CTrees-Plattform Informationen über Entwaldung, Degradierung, Brandschäden und Regeneration, um den Zustand der Wälder weltweit zu erfassen.

Mithilfe hochauflösender kommerzieller Satellitenbilder können die Nutzer*innen sogar in Gebiete hineinzoomen und eine genaue Schätzung des Kohlenstoffdichtewerts einzelner Bäume in dem betreffenden Gebiet erhalten. Diese Informationen ermöglichen den Nutzenden, den aktuellen Zustand zu analysieren, Aufforstungsbemühungen zu bewerten und auf lokale Problembereiche aufmerksam zu werden. Die Daten werden in nahezu Echtzeit aktualisiert.

CTrees CTrees platform can provide accurate information on carbon sequestration and emissions over a range of metrics. Mit Daten Regierungen zur Verantwortung ziehen

Mit dem Pariser Klimaabkommen von 2015 haben sich viele Länder verpflichtet, ihre CO2-Emissionen zu reduzieren sowie andere Maßnahmen zum Klimaschutz umzusetzen. Dazu gehören auch Massenaufforstungsprojekte sowie der CO2-Ausgleich auf dem sogenannten Kohlenstoffmarkt. Dieser Bereich ist jedoch häufig durch schlechte Buchführungspraktiken gekennzeichnet, so dass es schwierig ist, genau zu beurteilen, wo CO2 tatsächlich reduziert oder nur verlagert wird.

Vor allem die Wiederaufforstung ist schwer zu überwachen. Um hier Abhilfe zu schaffen, wurde auf der COP21-Konferenz der Einsatz von REDD+ beschlossen, einem Rahmen für die Förderung und Überwachung von Aufforstungsmaßnahmen. Solche Selbstauskünfte sind jedoch freiwillig und nicht immer zuverlässig – vor allem, wenn sie mit großen Versprechungen verbunden sind. So kündigte das Weltwirtschaftsforum im Jahr 2020 die Trillion Trees Campaign an, deren Ziel es ist, bis 2030 weltweit eine Billion Bäume zu pflanzen. Im Rahmen dieser Initiative haben die USA zugesagt, 51 Milliarden Bäume zu pflanzen, und China will 70 Milliarden Bäume pflanzen.

Solche Zusagen klingen großartig, aber ein großes Problem besteht darin, zu verfolgen, wie die Unterzeichner ihre Bemühungen tatsächlich umsetzen. Viele Akteure verfügen einfach nicht über die Mittel, um ihre eigenen Bemühungen genau zu überwachen und zu bewerten. Das kann dazu führen, dass die Berichte bestenfalls ungenau oder schlimmstenfalls absichtlich falsch sind. Außerdem ist das massenhafte Anpflanzen von Bäumen nicht so einfach, wie es scheint. Es muss die richtige Art am richtigen Ort gepflanzt werden, um die Ausbreitung von Krankheiten, Monokulturen und Störungen des lokalen Ökosystems zu vermeiden. Mittlerweile besteht weitgehender wissenschaftlicher Konsens darüber, dass die Vorteile der Wiederaufforstung am besten durch die Wiederherstellung einheimischer Wälder und nicht durch umfangreiche Aufforstungsprogramme erreicht werden können.
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl4649

James Anderson, World Resources Institute Reforestation projects are not just about planting trees, but also planting the right trees in the right places.

Plattformen wie CTrees ermöglichen nicht nur Regierungen, ihre Bewertungen zu verbessern, sondern auch Dritten, eine zusätzliche Ebene der Aufsicht und Rechenschaftspflicht zu schaffen. Die CTrees-Informationen können nach nationalen Grenzen geordnet werden, so dass die einzelnen Nationally Determined Commitments (NDCs) der Staaten überprüfbar sind. Die Übersichten können auch die Aufforstung auf die Gebiete lenken, in denen sie am dringendsten benötigt wird, und die Aufforstung mit der Entwaldung vergleichen, um einen Hinweis darauf zu geben, wo Fortschritte erzielt werden. Zivilgesellschaftliche Akteure bekommen so datengestützten Support, um Regierungen leichter an ihre Zusagen zu binden und das Greenwashing, das im Zusammenhang mit den nationalen Klimazielen oft stattfindet, reduzieren zu können.

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Energiewende – So treiben wir die Transformation mit digitalen Technologien voran

6. Oktober 2022 - 8:00

„Wetterextreme schlagen in Europa mittlerweile deutlich härter zu, als die Klimaforschung es sich hätte träumen lassen“, stellt nicht nur das Wuppertal Institut fest. An kaum jemandem dürften die in ihrer Frequenz sich erhöhenden Bilder von brennenden Wäldern, überfluteten Landschaften und von Stürmen zerlegten Häusern vorbeigegangen sein. Und in vielen Ländern des Globalen Südens fallen die Wetterextreme noch viel heftiger aus. Wir sind schon mitten im Klimawandel – und es ist höchste Zeit zu handeln.

Die EU hat sich vorgenommen, bis 2050 klimaneutral zu werden, um das in Paris verabschiedete 1,5-Grad-Ziel erreichen zu können. Das würde bedeuten, das im Jahr 2050 in sämtlichen Bereichen keine oder fast keine Treibhausgasemissionen mehr in die Luft gepustet und unvermeidbare Restemissionen aus der Atmosphäre gefiltert und eingelagert werden.

Leider hinken fast alle Länder beim Klimaschutz hinter den eigenen Zielen hinterher. Auch für Deutschland ist das schon ziemlich zeitnahe EU-Emissionsreduktionsziel, bis 2030 40 Prozent weniger CO2 in die Atmosphäre zu emittieren, mit dem aktuellen Kurs der Bundesregierung schier unerreichbar.

Die Stellschrauben sind bekannt

Die gute Nachricht: Die Stellschrauben sind bekannt. Wir haben mittlerweile ein sehr detailliertes Wissen über die Ursachen des Klimawandels und in Wissenschaft und Forschung wurden über die letzten Jahrzehnte sehr konkrete Transformationspfade erarbeitet. Die Studie Klimaneutrales Deutschland 2045 zeichnet sogar ein Szenario, mit dem Klimaneutralität bis 2045 möglich ist – mit dem heutigen Stand der Technik, unter Wahrung von Investitionszyklen und ohne politisch verordnete Verhaltensänderungen.

Einer der größter Hebel auf dem Weg zu Klimaneutralität in Deutschland ist es, bei der Energiewirtschaft und Industrie anzusetzen. Aktuell verursacht dieser Sektor die meisten CO2-Emissionen in Deutschland: Die Erzeugung von Strom und Fernwärme in öffentlichen Kraftwerken und die Herstellung von Kohle- und Mineralölprodukten ist für mehr als ein Drittel der gesamten CO2-Emissionen verantwortlich.

Mit dem RESET Greenbook „Energiewende- Die Zukunft ist vernetzt“ der vierteiligen von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) geförderten Reihe „Mission Klimaneutralität“ hat sich das Redaktionsteam von RESET.org daher auf die Suche nach Antworten auf die Frage begeben, wie die Transformation hin zu einem klimaneutralen Energiesystem vorangetrieben werden kann. Der Schwerpunkt lag dabei auf digitalen Lösungen und technische Innovationen in der Energiewirtschaft und neuen Impulsen in der Industrie. Im Folgenden werden die zentralen Ergebnisse zusammengefasst.

Energiewende – Wo stehen wir aktuell?

Bereits heute sind Wind, Sonne, Biomasse und Wasser wichtige Energiequellen; ihr Anteil am Stromverbrauch stieg von gerade mal 6,5 Prozent im Jahr 2000 auf 41,1 Prozent im Jahr 2021.

Umweltbundesamt Der Anteil der erneuerbaren Energien im Stromsektor fiel von 45,2 Prozent (2020) auf 41,1 Prozent (2021) des Bruttostromverbrauchs. Die negative Entwicklung ist laut UBA vor allem auf ungünstige ⁠Witterung⁠ im Jahr 2021 zurückzuführen.

In einem Gutachten des Öko-Instituts gehen die Autor*innen davon aus, dass die Energiewirtschaft ihr Sektorziel der im Koalitionsvertrag vereinbarten Klimamaßnahmen für 2030 tatsächlich unterschreiten könnte (andere zentrale Sektoren wie Verkehr, Industrie und Gebäude leider nicht!). Allerdings nur dann, wenn der Kohleausstieg tatsächlich bis 2030 gelingt, erneuerbare Energien ab sofort massiv ausgebaut werden und sich die CO2-Preise des europäischen Emissionshandelssystems erhöhen.

Vergessen werden sollte jedoch nicht, dass der Stromverbrauch in den nächsten Jahren aller Voraussicht nach weiter steigt, da auch die Mobilität und andere Sektoren nach und nach auf Strom umgestellt werden sollen.

Hoffnung auf einen sich in den nächsten Jahren beschleunigenden Ausbau erneuerbarer Energien macht nicht nur, dass die Stromerzeugung aus Wind- und Sonnenenergie immer kostengünstiger wird, sondern auch, dass sich bereits bestehende Technologien stetig weiterentwickeln. Beispiele sind Entwicklungsschübe bei der Herstellung von Wasserstoff, der Energiegewinnung aus Abwärme oder der Agro-Photovoltaik.

Wasserstoff ist ein entscheidender Energieträger für ein klimaneutrales Energiesystem. Er wird in einigen Bereichen der Grundstoffproduktion, des Schwerlast- und Luftverkehrs, bei der Energiespeicherung sowie als nicht-fossiler Chemierohstoff unverzichtbar sein. Dafür muss Wasserstoff rechtzeitig und in den erforderlichen Mengen verfügbar sein.

Zudem sind in den letzten Jahren verschiedene neue Speichertechnologien hinzugekommen. Effiziente und kostengünstige Speicher sind ein wesentlicher Baustein für die Transformation unseres Energiesystems, da die Ausbeute aus Sonnen- und Windenergie schwankt. Speicher helfen den Strombedarf zu bedienen, indem sie Strom einlagern, wenn es einen Überschuss gibt, und wieder abgeben, wenn Flaute herrscht. Welche Technologien sich durchsetzen werden, wird sich noch zeigen müssen. Dieser Artikel gibt einen Überblick über verschiedene Speichermöglichkeiten: Energiespeichersysteme – Der Dreh- und Angelpunkt der Energiewende.

Daneben sind wesentliche Aspekte zur fossilen Unabhängigkeit Intelligenz und Effizienz im Netz. Ein Energiesystem, das sich aus erneuerbaren Energien speist, bedeutet eine zunehmende Dezentralisierung der Energiequellen und die Beteiligung von einer steigenden Anzahl an Akteur*innen am Markt. Die dadurch steigende Komplexität des Energiesystems erfordert neue Steuerungs- und Regelungsmechanismen: Lastflüsse und Netze müssen intelligent gesteuert werden und gleichzeitig Verbräuche durch mehr Effizienz sinken. Genau hier setzen digitale Technologien an und schaffen so eine wichtige Voraussetzung für eine erfolgreiche Energiewende.

Die Transformation gelingt nur mit intelligenten Netzen

Für das komplexer werdende Energiesystem der Zukunft, in das mehr und mehr kleine und mittlere Erneuerbare-Energien-Anlagen integriert werden, sind neue, intelligente Mess- und Kommunikationstechnologien gefragt. Das Ziel ist es, damit ein „Smart Grid“, also ein intelligentes Stromnetz, aufzubauen, innerhalb dessen nicht nur Energie, sondern auch Daten transportiert werden, die es u.a. Netzbetreiber*innen ermöglichen, zeitnah Informationen zu Stromproduktion, -transport, -speicherung und -verbrauch zu erhalten, auszuwerten und auf dieser Basis Stromflüsse zu steuern. Algorithmen und digitale Tools können dabei
unterstützen.

Intelligenz im Energiesystem bedeutet daneben aber auch, den Verbrauch zu flexibilisieren. „Das ist ein relativ neuer Gedanke, also dass man sagt, dass die Verbraucher nicht mehr linear einfach weiter verbrauchen, sondern dass sie dann mehr verbrauchen, wenn mehr Strom vorhanden ist, und weniger, wenn weniger Strom erzeugt wird“, sagt Severin Beucker, Mitgründer des Borderstep Instituts für Innovation und Nachhaltigkeit. Das bedeutet zum Beispiel, ein Elektroauto dann zu betanken oder in einem Haus Warmwasser zu erzeugen, wenn die Wind- und Sonnenenergieproduktion gerade auf Hochtouren läuft oder nachts, wenn das Energieniveau insgesamt niedrig ist. „Das ist Digitalisierung, denn alles, was wir dazu brauchen, ist fein verteilte Intelligenz. Ich muss wissen, wann wo wie viel Energie gebraucht wird und wann wo viel Energie erzeugt wird. Und diesen Bedarf und die Produktion, die muss ich aufeinander abstimmen.“

Die intelligente Vernetzung ermöglicht aber auch, den Strom zwischen verschiedenen Akteuren bzw. Sektoren hin- und herzuschieben, die sogenannte „Sektorkopplung“.

Wie das intelligente, klimaneutrale Quartier der Zukunft aussehen kann, wird zum Beispiel auf dem ehemaligen Pfaff-Betriebsgelände erprobt: Gründächer mit Photovoltaik (PV) und gebäudeintegrierte Solarpaneele an Fassaden und im öffentlichen Raum sollen einen Großteil des Energiebedarfs vor Ort erzeugen. Dezentrale Lithium-Ionen-Batterien innerhalb von Gebäuden und eine zentrale Redox-Flow-Batterie sorgen dafür, dass der lokal produzierte Strom auch vor Ort genutzt werden kann. Gleichzeitig sind alle Sektoren miteinander verbunden, so dass Strom und Wärme zwischen den verschiedenen Produzenten und Konsumenten –Solaranlagen, Wärmepumpen, Stromspeichern, Elektroautos, Haushalten – fließen können. Über einen elektrischen Smart Grid sind alle Stromverbrauchszähler und sonstigen Komponenten des Stromnetzes mit einem Datennetz verbunden und Strom und Wärme werden über ein digitales Energiemanagementsystems verteilt und lokal optimiert.

Fraunhofer ISE Die Grafik zeigt, wie im Pfaff-Quartier die einzelnen Bereiche in einem intelligent vernetzten Sytsem zusammenspielen.

Auch in kleineren und mittleren Energiegemeinschaften, seien es Mietergemeinschaften, lokale Netzwerke aus Solaranlagenbetreibenden und Verbraucher*innen oder ganze Dörfer, können digitale Technologien den Peer-to-Peer-Handel und Energy-Sharing erleichtern. Hier geht es vor allem darum, Lösungen zu finden, wie Strom zwischen den verschiedenen „Zellen“ gehandelt werden kann. Ihr digitales Abbild können diese Energiegemeinschaften zum Beispiel in Virtuellen Kraftwerken (VPP) finden. Im Wesentlichen wird dazu der zentrale Kontrollraum großer, fossiler Kraftwerke durch den Einsatz von Software nachgebildet. Zusätzlich zum Energiehandel, dem Energieausgleich und der Nachfragesteuerung – die Anpassung der erzeugten Strommenge an die Nachfrage – können über VPPs die aktuellen Verbrauchsdaten mit Wetter- und Prognoseinformationen kombiniert werden, so dass eine sehr feine Netzsteuerung- und Planung möglich ist.

Energy-Sharing

In der verstärkten Beteiligung von Bürger*innen an der Energiewende steckt nicht nur ein enormes Potenzial für die Beschleunigung des Umbaus, sondern die Einbindung und Teilhabe der Bürger*innen erhöht auch die Akzeptanz für die Veränderungen. Das Konzept des Energy-Sharings ist dabei ein aussichtsreicher Ansatz: Bürger*innen beteiligen sich an Windkraft- oder Solaranlagen in ihrer Umgebung und erhalten den produzierten Strom selbst vergünstigt. Digitale Technologien könnten hier die Vernetzung und den Handel erleichtern. Eine Analyse des IÖW zeigt, dass über 90 Prozent aller Haushalte in Deutschland mit vergünstigtem Energy-Sharing-Strom versorgt werden könnten. Allerdings machen die bestehenden Strukturen zur Förderung erneuerbarer Energien die Gründung von Energiegemeinschaften schwer. Die Europäische Union hat Energy Sharing bereits 2019 in der Erneuerbare-Energien-Richtlinie verankert, der entsprechende regulatorische Rahmen ist längst überfällig.

Auch wenn Pilotprojekte wie das Pfaff-Quartier und verschiedene Ansätze Virtueller Kraftwerke den Weg weisen, so sind in Deutschland noch nicht die wesentlichen Voraussetzungen für intelligente, dezentrale Netze und die Einbindung und Flexibilisierung aller Akteur*innen geschaffen. Sowohl bei der Digitalisierung der eigentlichen Energienetze – zum Beispiel Transformatoren und Umspannwerke – als auch auf Ebene der Haushalte bzw. Verbrauchsgemeinschaften stehen wir am Anfang: Erst jetzt werden nach und nach digitale Messeinrichtungen wie zum Beispiel Smart Meter (intelligente Zähler) eingebaut.

Effizienz: Das beste Watt ist das, das nicht erzeugt werden muss

Gleichzeitig ist die Effizienz ein wichtiger Aspekt, damit die Transformation zu 100 Prozent Erneuerbaren gelingt. „Wir denken immer, wir würden die Probleme lösen, indem wir alles erneuerbar machen. Aber wir kommen von einem viel zu hohen Energieniveau. Auch für die erneuerbaren Energien sind die Flächen und die Möglichkeiten sehr begrenzt“, so Beucker. Soll die Energiewende also schnell umgesetzt werden, geht es darum, das Energieniveau insgesamt zu senken. Nur durch die Reduktion um 50 Prozent bis 2050 ist eine vollständige Umstellung auf Erneuerbare Energien überhaupt realistisch (vgl. Prognos, Öko-Institut, Wuppertal-Institut 2020).

Eine wichtiger Schritt, um die Effizienz in der Energiewirtschaft zu erhöhen, ist ein Netzausbau, der sich am tatsächlichen Bedarf orientiert, also Leitungen, Transformatoren und Umspannwerke so zu bauen, dass sie ein Gebiet optimal versorgen. Unter anderem Simulationen eines Energienetzes bzw. einer Energiegemeinschaft können dabei helfen, die Infrastruktur passgenau planen zu können. Ein Bespiel dafür ist PowerTAC. Das Open-Source-Projekt nutzt maschinelles Lernen für Simulationen und Prognosen und hilft so, ein besseres Verständnis für die Gestaltung des komplexen Energiemarkts zu erhalten.

Zusätzlich ist unverzichtbar, Energiesparpotenziale zu erkennen und sämtliche Prozesse durch eine intelligente Steuerung zu optimieren. Ein erster wichtiger Schritt ist dabei die Analyse des Systems, also zu prüfen, wo wie viel Energie für was verbraucht wird. Das interdisziplinäre Team von Etalytics beispielweise hat dazu eine ausgeklügelte Software auf Basis von Künstlicher Intelligenz entwickelt. Zahlreiche Sensoren innerhalb der Energiesysteme – das kann ein Heiz-oder Kühlsystem in einem Unternehmen oder eine Produktionsstrecke in einem industriellen Betrieb sein – erheben permanent Informationen über die Produktivität und den Zustand der Anlagen. Die KI von Etalytics führt diese Daten zusammen und berechnet dann in Echtzeit, wie die Betriebsstrategie innerhalb der Systeme so optimiert werden kann, dass möglichst wenig Energie aufgewendet werden muss. Schließlich werden die optimierten Daten in einzelne umsetzbare Schritte umgewandelt. Neben der Erhöhung der Energieeffizienz kann Etalytics die Systeme auch daraufhin optimieren, die Energieflexibilität zu erhöhen.

In einem Rechenzentrum konnte Etalytics mit seiner intelligenten Software 50 Prozent der Energie zum Kühlen der Server (was den Großteil des Energiebedarfs von Rechenzentren ausmacht) einsparen. Die intelligente Software des Startups soll jedoch nicht nur in Unternehmen und Produktionsanlagen eingesetzt werden können, sondern auch in Gebäudekomplexen, bei Energieversorgern – und vielleicht auch in den „Smart Cities“ der Zukunft.

Ressourceneffizienz in der Industrie 4.0 © Marcin Jozwiak/ Unsplash-Lizenz

Auf der Suche nach Lösungen für eine Dekarbonisierung der Energiewirtschaft ist die Industrie der Elefant im Raum. 26 Prozent des gesamten deutschen Endenergieverbrauchs – wobei der Primärenergieverbrauch sogar noch höher liegt – gehen auf die Industrie zurück. Vor allem die chemische Industrie, aber auch die Metall- und die Mineralölindustrie, tragen erheblich dazu bei. Das hat damit zu tun, dass hier viele energieintensive thermische Prozesse betrieben werden, d.h. große Mengen an Rohstoffen oder Zwischenerzeugnissen werden stark erhitzt oder abgekühlt.

Grischa Beier, der am Institute For Advanced Sustainability Studies (IASS) in Potsdam zu Industrie 4.0 forscht, sieht durchaus Bewegung in der Entwicklung von Verfahren, die thermische Verfahren mit den existierenden Schwachstellen – allen voran ihre schwankenden Erträge – von erneuerbaren Energien zusammenbringen. Aufwärm-Prozesse werden zum Beispiel genutzt, um Energie zu speichern. „Wenn metallische Werkstoffe erhitzt werden müssen, kann man die Schlacke stärker erhitzen als eigentlich notwendig, wenn sehr viel erneuerbarer Strom im Energiesystem ist. So kann man das Metall dann für eine bestimmte Zeitspanne abkühlen lassen, wenn Energie gerade knapp ist.“ Gleichzeitig wird daran geforscht, wie energieintensive Prozesse ressourceneffizienter werden können. Neue Verfahren in der Zementindustrie sind ein Beispiel dafür.

Digitale Technologie kommen in der Industrie vor allem dann zum Einsatz, wenn es um Ressourceneffizienz geht, also darum, wie Produkte mit so wenig wie möglich Energie und anderen Ressourcen hergestellt werden können. Dazu gibt es unterschiedliche Ansätze, zum Beispiel die verbesserte Wartbarkeit und ein verbesserter Support durch intelligente Software, wodurch letztlich Material eingespart werden soll.

Gleichzeitig gibt es auch viele Möglichkeiten, Produktionsprozesse auf die zu einem bestimmten Zeitpunkt im Netz verfügbare Energiemengen abzustimmen, das sogenannte „Demand Response Management“. „Zu den Zeitpunkten, wo durch Sonne und Wind viel erneuerbare Energie verfügbar ist, wird verstärkt produziert. Und andererseits können Produktionsprozesse zu den Zeitpunkten, wo Energie knapp ist, runtergefahren werden. So wird insgesamt – systemisch gedacht – weniger Energie verschwendet und die verfügbare Energie optimal genutzt“, sagt Grischa Beier. Wie so eine intelligente Steuerung umgesetzt werden kann, wurde bereits mit der Software von Etalytics gezeigt.

Auch wenn weniger aus Klimaschutzgründen, sondern meistens eher mit dem Gedanken der Prozessoptimierung und Gewinnmaximierung, ist die Industrie laut Grischa Beier effizienter geworden: „Die Verbräuche an Energie bleiben relativ konstant über die Jahre, obwohl der Output – also das, was produziert wird-, eigentlich zunimmt. Die Schlussfolgerung für mich daraus ist, dass die Verfahren effizienter werden.“ Welchen Anteil die Digitalisierung bzw. die Industrie 4.0 daran hat ist eine Frage, die in der Forschung noch nicht abschließend geklärt ist. Was aber klar ist: Die CO2-Emissionen der Industrie sind nach wie vor zu hoch und neben der Umstellung auf erneuerbare Energien sind weitere, massive Effizienzsteigerungen nötig. Große Chancen stecken in der Kreislaufwirtschaft.

Kreislaufwirtschaft für eine regenerative Industrie

Der Kerngedanke der Kreislaufwirtschaft, auch Circular Economy genannt, ist, Ressourcen möglichst lange in einem geschlossenen Kreislauf zu halten. Ausgediente Produkte, deren Komponenten oder die recycelten Rohstoffe werden so zum Ausgangspunkt für neue Produkte. Insbesondere in der Industrie können geschlossene Kreisläufe dafür sorgen, dass von vorneherein weniger Rohstoffe zugeführt und weniger neue Produkte produziert werden. Wie digitale Technologien darin unterstützen zeigen die Projekte EIBA und DIBIChain.

Ob ein Produkt recycelt oder wiederaufbereitet werden kann oder entsorgt werden muss, darüber entscheidet die Art und der konkrete Zustand. Dazu gilt es zu klären, woraus ein Produkt besteht und was davon noch brauchbar ist. Aktuell ist dieser Prozess kompliziert und zeitaufwändig. Das liegt vor allem daran, dass wenig Informationen zu den Produkten mitgeliefert werden als auch die Identifikation einzelner Komponenten oft schwierig ist. Im Projekt EIBA wird eine KI entwickelt, die Alt-Teile identifiziert, damit sie schneller erkannt und leichter wiederverwertet werden können. Dazu werden sensorisch erfasste Daten und weitere Informationen mithilfe künstlicher Intelligenz ausgewertet und zu einer Entscheidungsempfehlung formuliert. Aktuell wird das System auf gebrauchte Fahrzeugaltteile in der Industrie trainiert, doch in Zukunft soll es die EIBA-Technologie auch als App geben, so dass der „Alt-Teil-Detektor“ genauso von kleinen Unternehmen und Werkstätten oder Privatpersonen ohne spezielle Hardware eingesetzt werden kann.

Das Forschungsprojekt DIBIChain setzt bereits bei der Lieferkette an, um von Anfang möglichst viele Informationen zu einem Produkt zu sammeln. So sollen die Rohstoffe und Komponenten leichter weiterverwendet oder recycelt als auch Produktentwicklungsprozesse fair, sicher und ökonomisch gestaltet werden können. Dazu erprobt das Forschungsteam eine Blockchain-Anwendung, in die alle Teilnehmer*innen einer Lieferkette die für das Lifecycle Assessment relevanten Daten verschlüsselt eingeben kann. Damit wird ein Tracking der Materialien, deren Veredelung und Verarbeitung – von der Gewinnung der Rohstoffe bis zur Rückführung in die Stoffkreisläufe – ermöglicht.

Suffizienz – Genug ist genug

Eine klimaneutrale Industrie – wie im übrigen auch ein klimaneutrales Energiesystem insgesamt – ist mit einer intelligenten Steuerung und effizienten Produktionsprozessen allein jedoch kaum zu erreichen. Solange Menschen möglichst viel besitzen wollen und stetiges Wirtschaftswachstum das oberste Ziel ist, muss auch immer mehr produziert werden – und die CO2-Emissionen bleiben auf einem hohen Niveau. Gefragt ist Suffizienz und damit gemeint ist nicht weniger als ein gesellschaftlicher Wandel hin zu einem Konsumverhalten und Wirtschaftsgebaren, das auch die Begriffe „weniger“ und „ausreichend“ kennt. Suffizienzstrategien umzusetzen ist eine gesamtgesellschaftliche Verantwortung, die ein Umdenken auf kultureller, politischer und ökonomischer Ebene erfordert.

Bei der Nutzung digitaler Technologien lassen sich durchaus Suffizienzstrategien umsetzen, zum Beispiel, indem nur dort digitalisiert wird, wo Technologien wirklich eine nachhaltige Verbesserung erzielen, und nur so viele Daten wie nötig erhoben werden.

Der Ressourcen- und Energiehunger der Digitalisierung

Auch wenn eine ganze Reihe von positiven Beispielen zeigen, dass der Energieverbrauch mithilfe digitaler Technologien sinken kann, gibt es viele Fälle, in denen der Einspareffekt nicht den Energieverbrauch des Entwicklungsprozesses und der Nutzung ausgleicht, denn: Auch digitale Technologien sind energiehungrig. Jeder Prozess, der digitalisiert wird, benötigt als erstes Material – Sensoren, Prozessoren, Datenleitungen – und Energie für die Programmierung, das Training und später im Betrieb.

Forschende haben beispielweise errechnet, dass das Antrainieren einer KI ungefähr so viel CO2 erzeugt wie fünf PKW über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg, also von der Produktion über den Betrieb bis zur Entsorgung. Die Zahlen wurden in diesem Fall für eine ziemlich komplexe Spracherkennungs-KI berechnet und dürften relativ hoch angesetzt sein. Dennoch geben sie einen Eindruck davon, wie energieintensiv die Entwicklung von KI ist.

Auch die Herstellung und Entsorgung der Hardware der digitalen Infrastrukturen tragen zu dem erheblichen Fußabdruck der Digitalisierung bei. Vergleicht man beispielsweise eine moderne Messeinrichtung (IMS) (ohne Smart-Meter-Gateway) mit einem klassischen Ferraris-Zähler (aktuelles Zähler-Modell in Haushalten), verursacht die Herstellung einer IMS 91 kg CO2-Äquivalente, während ein Ferraris-Zähler bei ca. 8 kg CO2-Äquivalenten liegt. Zusätzlich steigt der Stromverbrauch im Betrieb einer IMS, sobald ein Smart-Meter-Gateway dazu kommt.

Das Bottleneck der Digitalisierung sind Rechenzentren, da sämtliche Datenflüsse letztlich hier verarbeitet werden. Alleine im Jahr 2021 verbrauchten Rechenzentren in Deutschland 17 Mrd. Kilowattstunden Strom – und die Tendenz ist steigend.

Oeko-Institut e.V.

Bei der Bewertung des Impacts digitaler Technologien muss daher immer genau betrachtet werden, in welchem Verhältnis Ressourcen- und Energieaufwand in der Produktions- und Nutzungsphase zu den tatsächlichen Einsparungen in einem System stehen.

Digitalisierung als Grundvoraussetzung für eine zügige Energiewende

Digitale Technologien gelten als „Enabler“ des zügigen Ausbaus der Erneuerbaren Energien, wie auch eine Studie von Germanwatch feststellt. Dabei kommt ihnen eine Schlüsselfunktion bei Lösungen für die Herausforderungen der Dezentralisierung, Flexibilisierung und effizienten Nutzung von Energie zu, wie auch die von uns vorgestellten innovativen Forschungsprojekte und Startups illustrieren:

Digitale Technologien können Stromangebot und -nachfrage aufeinander abstimmen, indem sie Produktion und Verbrauch zeitnah erfassen. Sie schaffen die Voraussetzungen dafür, dass Energie zwischen Produzent*innen, Verbraucher*innen und Stromspeichern intelligent verteilt werden kann und so die Stromnetze stabil bleiben und möglichst wenig Energie ungenutzt verpufft. Mit ihnen ist ein Energieaustausch über Sektorgrenzen hinweg möglich und sie versetzen Verbraucher*innen in die Lage, auf variable Versorgungstarife zu reagieren.

Damit können digitale Technologien zu einem Energiesystem beitragen, dass mit Intelligenz und Flexibilität die durch erneuerbare Energien bereitgestellte Energie bestmöglich nutzt, Peaks und Flauten ausgleicht und durch Effizienz Verbräuche reduziert. Fossile Energieträger wie Kohle und Gas werden in einem solchen Energiesystem verzichtbar.

Zudem steckt in einer intelligent vernetzten Energiewelt die Chance, dass sich neue Geschäftsmodelle jenseits der Big-Player des Energiemarkts etablieren und Demokratisierungsprozesse in Gang gesetzt werden. Gute Beispiele sind der Peer-to-Peer-Handel und Energy-Sharing-Modelle; hier bilden sich neue Energie-Gemeinschaften, die sich dezentral und lokal aus Solaranlagen und Windrädern versorgen.

Allerdings ist ein intelligentes und effizientes Energiesystem noch längst nicht Realität. Im Moment sind es hauptsächlich kleine Bereiche, die digitalisiert werden, ein durchgängiger Austausch über das gesamte Energiesystem besteht nicht. Damit sind die Potenziale, mithilfe digitaler Technologien die Energiewende voranzutreiben, derzeit noch weitaus größer als die Akzeptanz und Nachfrage seitens der Bevölkerung, Unternehmen und Industrie.

Es ist davon auszugehen, dass die großen Energieunternehmen die Digitalisierung des Netzes vorantreiben, da sie selbst ein Interesse an den Daten und der intelligenten Steuerung haben. Um Datenmonopole zu vermeiden, möglichst vielen Akteur*innen die Teilhabe am Energiemarkt zu ermöglichen und einen hohen Datenschutz zu gewährleisten sollte diese Entwicklung jedoch nicht allein der Energiewirtschaft überlassen bleiben.

Dazu kommt: Digitale Technologien schaffen zwar wichtige Voraussetzung für die Energiewende. Dass sie aber tatsächlich zu mehr Effizienz beitragen und Stromverbräuche reduzieren, ist kein Selbstläufer. Auch die Produktion der Hardware, die Programmierung – und bei Anwendungen auf Basis Künstlicher Intelligenz das Training – und der Betrieb digitale Technologien benötigen erhebliche Mengen Energie und Ressourcen. Schon heute macht die Herstellung und Nutzung digitaler Geräte und Dienstleistungen 8 bis 10 Prozent der weltweiten Stromnachfrage aus – und verschiedene Szenarien rechnen mit einem weiteren nutzungsbedingten Anstieg um 50 bis 80 Prozent bis 2030.

Die Energiewende 4.0 braucht einen klaren Rahmen

Eine wichtige Voraussetzungen für eine zügige Energiewende ist es, die Produktion erneuerbarer Energien und deren dezentralen Austausch zu erleichtern. Dazu gilt es entsprechenden Rahmenbedingungen auf politischer Ebene zu schaffen, u.a. die Beseitigung der bürokratischen Hürden für die Gründung von Erneuerbare-Energie-Gemeinschaften, die Förderung regionaler Kraftwerke für erneuerbare Energien zur Unterstützung kommunaler Netze, die Flexibilisierung der Energietarife, um den Verbrauch an die Verfügbarkeit von erneuerbaren Strom zu koppeln und die Förderung von Bürgerbeteiligung und Mitgestaltung, um die Akzeptanz zu erhöhen.

Zudem muss die technische Infrastruktur geschaffen werden, damit sich ein vernetztes, intelligentes und effizientes Energiesystem entwickeln kann. Dazu gehört unter anderem eine Digitalisierung der Netze und der Einbau intelligenter Zähler (Smart Meter) insbesondere bei Großverbraucher*innen. Smart Meter können Verbrauchsdaten in regelmäßigen Abständen ermitteln, automatisch übermitteln und Zugriffsrechte verwalten. Indem sie Energieversorger, Verbrauchsgeräte und Stromnetz miteinander verbinden, bilden sie eine wichtige Schnittstelle zur Steuerung dezentraler Stromerzeuger wie Photovoltaik- oder Windenergieanlagen, aber auch zur Organisation von Energie-Gemeinschaften. Zudem können mithilfe der intelligenter Zähler flexible Stromtarife eingeführt werden, die Preisschwankungen und Stromnachfrage berücksichtigen.

Andererseits gilt es, die Digitalisierung selbst nachhaltig zu gestalten und den Klima- und Ressourcenschutz, Datenschutz und soziale Gerechtigkeit im Blick zu behalten. Dafür sind entsprechende politische Rahmenbedingungen und Leitplanken nötig:

  • Datenschutz: Ein umfassender Schutz der Daten garantiert, dass nur wirklich notwendige Daten erhoben, übermittelt und gespeichert werden.
  • Datensuffizienz: Da die Speicherung und der Transfer von Daten Energie verbrauchen, sollten Geräten wie Smart Meter und anderer Software möglichst datensparsam eingesetzt werden.
  • Nachhaltige Hard- und Software: Verschiedene Maßnahmen können Hersteller*innen verpflichten, den Energie- und Ressourcenverbrauch in der Herstellung, Programmierung und im Betrieb von Soft- und Hardware so niedrig wie möglich zu halten und faire Arbeitsbedingungen in der Lieferkette einzuhalten.
  • Recycling/ Kreislaufwirtschaft: Entsprechende Richtlinien müssen für ein End-of-life- bzw. Second-Life-Management sorgen, bei dem Produkte und Rohstoffe wiederverwendet werden.
  • Grüne Rechenzentren: Mit entsprechenden Auflagen können Rechenzentren verpflichtet werden, auf 100 Prozent grünen Strom umzusteigen.

Eine derart aktiv gestaltete Digitalisierung kann dazu beitragen, dass die Dekarbonisierung unseres Energiesystems bis 2050 gelingt. Wirksame Lieferkettengesetze und Maßnahmen wie der digitale Produktpass und der Blaue Engel für Rechenzentren und Software, wie sie in der Digitalagenda des BMU angelegt sind und sich teilweise schon in der Umsetzung befinden, sind erste wichtige Schritte auf diesem Weg – aber noch lange nicht ausreichend.

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