Abseits der Megatrends


Es gibt Megatrends - und daneben Entwicklungen, die vergleichbar wichtig sind und dennoch nicht ins Rampenlicht treten. Industrie 4.0, das Internet der Dinge, Elektromobilität oder der Klimawandel sind zum Teil sehr berechtigt in den Medien und den Köpfen der Menschen präsent. Dagegen sind technologische Entwicklungen bei Brennstoffzellen, Kernfusion oder die Ernährung der wachsenden Weltbevölkerung wesentlich wenigeren Menschen bewusst.

An zwei sehr unterschiedlichen Beispielen sei das zuvor gesagte einmal konkretisiert.

Beispiel Power-to-X

Der Begriff Power-to-X beschreibt die Umwandlung elektrischen Stroms in einen anderen Energieträger. In der Vergangenheit mit großen Kernkraft- und Steinkohlekraftwerken spielte diese Umwandlung keine große Rolle, weil nicht notwendig. Doch mit dem Ziel vor Augen, binnen der nächsten 20 Jahre massiv den CO2 Ausstoß verringern zu wollen (Ziel: 80%) sind zusätzliche Ideen gefragt. Denn Hausdämmung, Sanierung der Heizungstechnik, Verlagerung des CO2 Ausstoßes im Verkehr vom Verbrennermotor auf Kohlekraftwerke (Elektromobilität) und energetische Optimierungen bei der Industrie sind wichtige, aber zum Teil nur unvollständige Schritte in die richtige Richtung.

Ein wesentliches Problem  für die Energiewende in Deutschland ist neben dem Netzausbau die Umstellung von großen Kraftwerken, die bislang vor allem die permanent vorhandene Grundlast geliefert haben, auf viele dezentrale Stromeinspeiser (Solar, Wasserkraft, Windkraft) mit starken saisonalen und tageszeitlichen Schwankungen.

Derzeit werden an vielen Energieknotenpunkten Speicher für Elektrische Energie aufgebaut. Naheliegend sind große Batterie-Arrays mit mehreren MW Leistung.
Tatsächlich werden jedoch an Dunkeltagen (kein Wind, keine Sonneneinstrahlung) bis zu 35 Terawattstunden Energie benötigt. Das ist mehrere Dekaden über der installierten Leistung aller Energiespeicher zusammen.

Andererseits gibt es Tage, an denen die regenerativen Energiequellen heute schon 100% des Bedarfs an elektrischer Energie in Deutschland decken könnten. Doch anstatt diese Energie zu nutzen, laufen die Grundlast-Kraftwerke weiter und Betreiber von Ökostromanlagen müssen ihre Anlagen abregeln (ein Grund, warum man an windigen Tagen dennoch stehende Windkraftanlagen sieht). Im Jahr 2018 bekamen diese Betreiber für ihre Ausfälle 1,4 Milliarden Euro als Ausgleich gezahlt.

Ein anderer Weg, den schwankenden Bedarf und die schwankende Einspeisung in Einklang zu bringen, geht über die Elektrolyse. Bei dieser Technik wird mittels elektrischem Strom Wasser in seine beiden Grundbestandteile Wasserstoff und Sauerstoff umgewandelt. Diese Technik ist bereits seit 1800 bekannt. Doch erst jetzt erfährt die Wasserelektrolyse einen ersten Aufschwung. Es geht ihr damit ähnlich wie der Brennstoffzelle, die ebenfalls lange als Idee in den Schubladen geschlummert hat. Seit einigen Jahren gibt es die ersten Firmen, die solche Brennstoffzellen in Serie und größeren Stückzahlen herstellen. In Mainz steht (2018) die weltgrößte PEM-Elektrolyse-Versuchsanlage für Power-to-Gas. Hier werden bis zu 6MW Windstrom umgewandelt in Wasserstoff.

Ein Kritikpunkt an Elektriseuren ist die noch recht geringe Effizienz der Wasserstoffgewinnung. So gehen derzeit noch ca. 50% der eingesetzten Energie verloren. Doch schon da stellt sich die Frage, ob zum Beispiel verschleißfreie Solaranlagen bei einem Überangebot im Stromnetz abgeschaltet werden müssen oder aber dann, wenngleich auf nicht besonders effizient, Wasserstoff produziert werden könnte. Zudem ist diese Technik noch in der Optimierungsphase und Wirkungsgrade deutlich über 75% sind realistisch.

Wichtig ist nun, dass das technologische Know-How und die Ingenieurleistung nicht in andere Länder abfließt. Bei Solarenergie , Windkraft und Batterietechnologie wurden von dort ansässigen Firmen dann die Technologien reif für den Massenmarkt gemachen und verdienen heute Milliarden damit. Doch danach sieht es im Moment aus, denn die Marktentwicklung von Wasserstoff-Elektrolyseanlagen und Tankstellen bzw. Speicherkapazitäten entwickelt sich seit Jahren eher waagerecht denn nach oben. Dabei existiert bereit das benötigte Verteilnetz für regenerative gewonnenen Wasserstoff in Deutschland: das 500.000 km lange Erdgasnetz. Hoffen wir, dass andere Länder uns nicht bei dem massiven Einsatz der Power-to-X Technologie zur Speicherung elektrischer Energie überholen.

Beispiel Indoor-Farming

Aus den Medien erfahren wir mit erschreckender Regelmäßigkeit von Hungerkatastrophen in etlichen Ländern, meist der Dritten Welt. Diese an sich schon schlimmen Nachrichten sind jedoch nur die Spitze einer Entwicklung, die vor allem für uns Mitteleuropäer eher unbemerkt erfolgt.

Der Zuwachs an Bevölkerung findet vor allem ausserhalb der westlichen Industrienationen statt. Doch er erfolgt mit großer Stetigkeit und Vorhersehbarkeit. Man schätzt, das 2050 knapp 10 Milliarden Menschen auf dieser Erde Nahrung zum Überleben brauchen. Selbst bei Ausschöpfung aller landwirtschaftlich nutzbaren Flächen ist diese Anzahl an Menschen nicht mehr klassisch zu ernähren. Und die Klimaerwärmung könnte durchaus dazu beitragen, dass diese Fläche sich noch verringert – auch wenn man bereits vor 25 Jahren Europa als „Gewinner der Klimaerwärmung“ bezeichnet hat. Denn mit steigenden Temperaturen werden hier zukünftig mehr Ernten pro Jahr möglich sein wie bislang.

Eine Technik, die ähnlich wie bei der Wasser-Elektrolyse erst unter dem Druck der Notwendigkeit sich weiterentwickelt, ist die Nahrungsgewinnung in geschlossenen Systemen. Übersetzt heisst das, man schließt soweit möglich natürliche Umwelteinflüsse wie Hitze, Trockenheit, Sonneneinstrahlung, Schädlinge und Krankheiten aus und baut in hermetisch abgedichteten Gewächshäusern an.

Die Niederlande sind weltweit am weitesten bei der Optimierung und Weiterentwicklung von Hightech-Gewächshäusern. Bereits heute sind dadurch deutlich gesteigerte Erntemengen pro Quadratmeter möglich gegenüber dem Freilandanbau.

Das sogenannte Indoor-Farming geht über diesen Ansatz noch hinaus. Die Produktion fernab der Abnehmer (75% der Weltbevölkerung wird 2050 in Megacitys leben) beinhaltet erhebliche Kosten für Transport und Verluste durch Überproduktion, Verderben der Ware usw. Dagegen können Indoor-Farmen z.B. in Hochhäusern oder Lagerhallen angelegt werden und dort direkt in der Nähe der Abnehmer Nahrungsmittel produzieren. Alle namenhaften Hersteller von LED-Beleuchtungen haben mittlerweile Lampen herausgebracht, mit denen man selbst in komplett von der Umwelt abgetrennten Systemen Salate, Kräuter, Früchte und Gemüse herstellen kann. Dank pflanzentypischer Lichtführung (Pflanzen reagieren auf unterschiedliche Wellenlängen des Lichtes z.B. mit schnellerem Wachstum, einer Ertragssteigerung oder passender Größe).
Werden die Pflanzbehälter dann auch noch übereinander gestapelt, kann pro Quadratmeter ein Vielfaches (man redet derzeit von der 10-fachen Menge) gegenüber dem Freilandanbau geerntet werden.

Zudem ist mit Indoor-Farming im angestrebten Endausbau - vollständige Kontrolle der Umweltbedingungen - weltweit unabhängig von klimatischem Gebiet und Jahreszeit eine kontinuierliche Ernte möglich.

Natürlich stecken auch bei dieser jungen Technik des Indoor- und Vertikal Farming noch viele Entwicklungen in den Kinderschuhen. Dennoch wird diese Methode der Lebensmittelproduktion in nicht allzu ferner Zukunft einen deutlichen Beitrag dazu leisten, die steigende Bevölkerungszahl vor allem in den Megacitys ausreichend zu ernähren.

Der breiten Öffentlichkeit ist diese Entwicklung jedoch noch nicht bewusst, obwohl es auch in Deutschland Start-Ups gibt (z.B. InFarm, Berlin), die sich der Vermarktung von „Indoor-Farming-Systemen“ verschrieben haben und erste Erfolge bereits verzeichnen können. Der wesentlich größere Beitrag wird jedoch eher in großen Städten wie Jakarta, Tokio oder Dehli erfolgen.

(Mai 2019, © Gerald Friederici)