Wir müssen lernen, energetische Qualität zu bewahren, Materialien in geschlossenen Kreisläufen zu führen, Energie, wo immer es möglich ist, mehrfach zu nutzen und unser menschliches Handeln an den Regenerationsprozessen der Natur auszurichten. Für mich ist dies eine der wichtigsten Aufgaben unserer Zeit.
Bisher beruht ein großer Teil unseres Wohlstands auf einem linearen Prinzip: Wir entnehmen der Natur Rohstoffe, verarbeiten sie unter hohem Energieaufwand, nutzen die daraus entstandenen Produkte für eine begrenzte Zeit und entsorgen sie anschließend. Auch Energie behandeln wir vielfach wie ein Einwegprodukt. Sie wird bereitgestellt, einmal genutzt und danach überwiegend als schwer nutzbare Wärme an die Umgebung abgegeben.
Dieses System hat uns einen hohen materiellen Lebensstandard ermöglicht. Doch es stößt zunehmend an seine ökologischen, energetischen und wirtschaftlichen Grenzen.
Energie verschwindet nicht – aber ihre Nutzbarkeit nimmt ab
Nach den Gesetzen der Physik geht Energie nicht verloren. Sie wird umgewandelt. Dennoch bedeutet dies nicht, dass jede Energieform jederzeit gleich gut nutzbar ist.
Hochwertige elektrische, mechanische oder chemische Energie wird bei vielen Vorgängen schließlich in verteilte Wärme umgewandelt. Diese Energie ist zwar weiterhin vorhanden, ihre Fähigkeit, unter den gegebenen Bedingungen gezielt Arbeit zu verrichten, hat jedoch abgenommen.
Physikalisch lässt sich diese nutzbare energetische Qualität mit dem Begriff der Exergie beschreiben.
Deshalb genügt es nicht, allein darüber nachzudenken, wie wir immer mehr Energie erzeugen können. Wir müssen ebenso fragen: Wie können wir die vorhandene energetische Qualität möglichst lange bewahren? Wie können wir Abwärme, Druck, Bewegung, Kälte und Lageenergie in weitere Prozesse einbinden? Und wie lassen sich technische Systeme so miteinander verbinden, dass der Ausgang des einen Prozesses zum Eingang eines anderen wird?
Das wäre für mich wirklicher Fortschritt: nicht ständig mehr Energie bereitzustellen, sondern mit der vorhandenen Energie wesentlich intelligenter umzugehen.
Das Hebelgesetz als Grundprinzip
Schon das Hebelgesetz zeigt uns, dass nicht allein die Größe einer Kraft über ihre technische Nutzbarkeit entscheidet. Ein langer Hebel ermöglicht es, mit einer vergleichsweise kleinen Kraft eine große Last zu bewegen. Was wir an Kraft einsparen, müssen wir allerdings durch einen längeren Weg ausgleichen.
Vereinfacht gilt:
Kraft × Kraftarm = Last × Lastarm.
Der Hebel erzeugt keine zusätzliche Energie. Er vermehrt auch nicht die geleistete Arbeit. Er übersetzt jedoch Kraft und Weg und kann dadurch kleine Kräfte technisch nutzbar machen, die ohne eine geeignete Konstruktion kaum eine erkennbare Wirkung entfalten würden.
Darin liegt für mich ein entscheidender Gedanke: Mithilfe des Hebelgesetzes und verwandter Übersetzungs-, Speicher- und Kopplungsprinzipien können selbst kleinste Kräfte, die heute technisch oder wirtschaftlich kaum nutzbar erscheinen, über längere Wege und Zeiträume Arbeit verrichten.
Physikalisch genau betrachtet verwandelt der Hebel keine vollständig entwertete Energie ohne weiteren Aufwand zurück in hochwertige Exergie. Er kann aber vorhandene, bislang ungenutzte Energiegefälle erschließen. Wenn eine kleine Kraft lange genug über einen entsprechend großen Weg wirkt, kann sie Wasser anheben, Gewichte bewegen, Luft verdichten oder andere Speicher schrittweise laden.
Damit lässt sich die Arbeitsfähigkeit vieler kleiner Kräfte sammeln, bündeln und als nutzbare Exergie bereitstellen.
Mit wenig Kraft, einem langen Weg und ausreichend Zeit kann ein energetisches Potenzial schrittweise aufgebaut beziehungsweise angehoben werden.
Zeit als Bestandteil des Energiesystems
Unsere heutigen Energiesysteme sind hauptsächlich auf hohe, sofort verfügbare Leistungen ausgerichtet. Was in einem bestimmten Augenblick nur eine geringe Kraft oder Leistung bereitstellt, gilt häufig als technisch uninteressant.
Doch Leistung und Energie sind nicht dasselbe. Leistung beschreibt, wie schnell Arbeit verrichtet wird. Eine geringe Leistung, die über einen langen Zeitraum wirkt, kann eine beträchtliche Energiemenge bereitstellen.
Der grundlegende Zusammenhang lautet:
Energie = Leistung × Zeit.
Eine hohe Leistung über kurze Zeit und eine geringe Leistung über lange Zeit können somit dieselbe Energiemenge liefern. Deshalb sollten wir Zeit nicht länger nur als Begrenzung, sondern als einen Bestandteil der Lösung betrachten.
Kleine Wasserströmungen, geringe Druckunterschiede, langsame Bewegungen, schwankende Windkräfte und zeitweise überschüssige Sonnenenergie könnten über geeignete Hebel-, Getriebe- und Speichersysteme gesammelt werden. Sie könnten langsam Gewichte anheben, Wasser in höher gelegene Speicher pumpen, Wärme speichern oder Luft verdichten.
Die gespeicherte Energie könnte anschließend innerhalb eines kürzeren Zeitraums und damit mit höherer Leistung wieder bereitgestellt werden.
Wir sollten daher nicht vorschnell fragen, ob eine einzelne Kraft in einem bestimmten Augenblick stark genug ist. Wir sollten vielmehr fragen, welche Arbeit sie über Stunden, Tage, Jahre oder sogar Generationen hinweg verrichten kann.
Acht Milliarden Menschen – ein bildliches Beispiel
Wie stark sich viele kleine Beiträge summieren können, lässt sich an einem einfachen bildlichen Beispiel verdeutlichen.
Stellen wir uns vor, jeder der mehr als acht Milliarden Menschen auf der Erde würde einmal am Tag ein Gewicht von 50 Kilogramm um einen Meter anheben. Für den einzelnen Menschen wäre dies nur eine kleine Handlung, die wenige Sekunden dauert.
Ein Gewicht von 50 Kilogramm, das um einen Meter angehoben wird, besitzt anschließend ungefähr 490 Joule Lageenergie. Wenn acht Milliarden Menschen dies tun, würden sie gemeinsam eine theoretische Energiemenge von rund 3,9 Billionen Joule bereitstellen. Das entspricht ungefähr 1,1 Gigawattstunden.
Anschaulich betrachtet würden wir Menschen damit gemeinsam jeden Tag eine Masse von etwa 400 Millionen Tonnen um einen Meter anheben.
Nun stellen wir uns vor, wir hätten die Möglichkeit, dieses energetische Potenzial in einem weltweit verbundenen System zu erfassen und möglichst verlustarm zu speichern. Durch das spätere kontrollierte Absenken der Gewichte könnte die gespeicherte Lageenergie wieder Arbeit verrichten.
Die einzelne Kraft wäre sehr klein. Erst durch die Zahl der Beteiligten, die tägliche Wiederholung und das gemeinsame Speichersystem würde daraus ein beachtliches Potenzial.
Dieses Beispiel bedeutet nicht, dass der Energiebedarf der Menschheit allein durch das tägliche Anheben solcher Gewichte gedeckt werden könnte. Dafür wäre die Energiemenge im Verhältnis zum weltweiten Bedarf viel zu gering. Es macht jedoch ein entscheidendes Prinzip sichtbar: Kleine, räumlich verteilte und für sich allein kaum beachtete Arbeitsleistungen können durch Vernetzung, Wiederholung, Speicherung und Zeit zu einer technisch nutzbaren Energiemenge zusammengeführt werden.
Wenn ein solcher Vorgang nicht nur einmal täglich durch Menschen, sondern fortwährend durch Milliarden Maschinen, Fahrzeuge, Fahrstühle, Kräne, Wasserströmungen, Druckunterschiede und andere Bewegungsprozesse erfolgen würde, könnte daraus ein wesentlich größeres Potenzial entstehen.
Unsere Welt ist voller kleiner Kräfte und Energieflüsse, die heute kaum beachtet werden. Jede einzelne Kraft erscheint möglicherweise zu gering, um technisch interessant zu sein. In ihrer Gesamtheit könnten sie jedoch einen wertvollen Beitrag leisten.
Die Primärenergieträger zeigen, was Zeit bewirken kann
Die Entstehung unserer fossilen Primärenergieträger ist ein eindrucksvolles Beispiel dafür, welche gewaltigen Potenziale durch das Zusammenwirken von Energie und Zeit aufgebaut werden können.
Kohle, Erdöl und Erdgas entstanden aus organischem Material, dessen energetische Grundlage hauptsächlich durch Sonnenlicht und Photosynthese geschaffen wurde. Über sehr lange Zeiträume wurde diese Energie in Biomasse gebunden, unter besonderen geologischen Bedingungen umgewandelt und schließlich in konzentrierten Energieträgern gespeichert.
Die Natur verband vergleichsweise geringe, aber fortwährend wirkende Energieflüsse mit Zeiträumen von Millionen Jahren. Auf diese Weise entstanden gewaltige energetische Potenziale, die der Mensch später innerhalb weniger Generationen erschließen konnte.
Diese Primärenergieträger haben uns nicht nur Kraft, sondern gewissermaßen auch gespeicherte Zeit für unsere Entwicklung bereitgestellt. Mit ihrer konzentrierten Energie konnten wir Maschinen antreiben, Städte errichten, Verkehrssysteme aufbauen, industrielle Produktionsprozesse schaffen sowie unsere wissenschaftliche und technische Entwicklung enorm beschleunigen.
Doch genau darin liegt auch das Problem: Wir verbrauchen innerhalb weniger Jahrhunderte energetische Potenziale, für deren Aufbau die Natur Millionen Jahre benötigt hat.
Wir nutzen also nicht nur gespeicherte Energie. Wir lösen in einem extrem kurzen Zeitraum das Ergebnis unvorstellbar langer natürlicher Aufbauprozesse auf.
Aus diesem Zusammenhang müssen wir eine grundlegende Lehre ziehen: Unsere technische Entwicklung darf sich nicht länger überwiegend darauf konzentrieren, die hochkonzentrierten Energievorräte der Vergangenheit möglichst schnell zu verbrauchen. Wir müssen lernen, die gegenwärtigen Energieflüsse zu erfassen, ihre Wirkung über längere Zeiträume zu sammeln und daraus neue nutzbare Potenziale aufzubauen.
Die Prozessgröße Druck: unterschätzte Fakten und Potenziale
Neben Kraft, Weg und Zeit spielt für mich eine weitere Prozessgröße eine entscheidende Rolle: der Druck.
Druckunterschiede können Materie bewegen, Arbeit verrichten und Energie speichern. Die Atmosphäre führt uns täglich vor Augen, welche Wirkungen bereits aus vergleichsweise kleinen Druckdifferenzen entstehen können.
Horizontale Luftdruckunterschiede setzen Luftmassen in Bewegung und sind damit eine wesentliche Ursache des Windes. Gemeinsam mit Temperaturunterschieden, Feuchtigkeit, Auftrieb, Erdrotation und weiteren atmosphärischen Prozessen bestimmen sie unser Wettergeschehen.
Schon Druckunterschiede von wenigen Millibar können großräumige Luftströmungen verursachen. Bei starken Stürmen und Hurrikanen können zwischen dem Zentrum eines Tiefdrucksystems und seiner Umgebung Druckdifferenzen von mehreren Dutzend bis über 100 Millibar auftreten – also ungefähr 0,05 bis 0,1 bar, in extremen oder kleinräumigen Vorgängen möglicherweise auch darüber.
Bei Tornados sind diese Vorgänge besonders komplex und schwer zu messen. Entscheidend ist jedoch: Selbst Druckdifferenzen, die im Verhältnis zum normalen Atmosphärendruck von ungefähr einem Bar gering erscheinen, können gewaltige Luftmassen in Bewegung versetzen und zu Stürmen, Orkanen, Tornados oder Hurrikanen beitragen.
Die enorme Energie eines Sturms entsteht allerdings nicht allein durch die Höhe des Druckunterschieds. Ebenso entscheidend sind das bewegte Luftvolumen, die Strömungsgeschwindigkeit, die räumliche Ausdehnung und die Dauer des Vorgangs.
Ein geringer Druckunterschied, der über eine riesige Fläche auf eine gewaltige Luftmasse wirkt, kann eine enorme Kraft entfalten.
Der grundlegende Zusammenhang lautet:
Kraft = Druck × Fläche.
Ein Druckunterschied von 0,1 bar entspricht 10.000 Pascal. Wirkt er auf eine Fläche von einem Quadratmeter, entsteht theoretisch bereits eine Kraft von 10.000 Newton. Dies entspricht ungefähr der Gewichtskraft einer Masse von einer Tonne.
Auch hier zeigt sich das Prinzip, das bereits im Hebelgesetz erkennbar wird: Eine zunächst klein erscheinende Prozessgröße kann durch Fläche, Weg, Volumen und Zeit eine große Wirkung entfalten.
Natürliche und technische Drucknutzung
Während die Natur meist mit vergleichsweise geringen, aber großräumig wirkenden Druckunterschieden arbeitet, kann die Technik wesentlich höhere Drücke auf begrenztem Raum erzeugen und kontrollieren.
Druckluft wird heute je nach Anwendung mit mehreren Bar bis zu mehreren Hundert Bar gespeichert. Spezielle Druckbehälter können 200 bar und mehr aufnehmen. Für großtechnische Speicher kommen unter anderem unterirdische Kavernen oder andere geologisch und technisch abgesicherte Speicherstrukturen infrage. Die möglichen Betriebsdrücke hängen dabei von der Bauweise, der Geologie, dem Speichervolumen und den Sicherheitsanforderungen ab.
Ein technischer Druck von 200 bar entspricht zahlenmäßig dem 400-Fachen einer Druckdifferenz von 0,5 bar. Daraus darf allerdings nicht geschlossen werden, dass damit automatisch die 400-fache nutzbare Energie zur Verfügung steht. Die tatsächlich speicherbare Energie hängt zusätzlich vom Luftvolumen, vom Anfangs- und Enddruck, von der Temperatur sowie von den Verlusten bei der Verdichtung und Entspannung ab.
Der Vergleich bleibt dennoch eindrucksvoll: Wenn bereits relativ geringe atmosphärische Druckunterschiede riesige Luftmassen bewegen können, lässt sich erahnen, welches technische Potenzial in kontrolliert erzeugten und gespeicherten hohen Drücken liegen kann.
Druck ist eine Speicher- und Übertragungsform
Druckluft ist kein Primärenergieträger. Sie ist eine Speicher- und Übertragungsform für Energie. Um Luft zu verdichten, muss zunächst Arbeit geleistet werden. Diese Arbeit könnte beispielsweise aus zeitweise überschüssiger Wind-, Sonnen- oder Wasserkraft stammen.
Die Energie würde also nicht durch den Druckspeicher erzeugt, sondern in ihm gespeichert. Später könnte sie kontrolliert freigesetzt werden, um Maschinen anzutreiben, mechanische Arbeit zu verrichten oder elektrische Energie zurückzugewinnen.
Der Prozess lässt sich vereinfacht beschreiben:
Eine vorhandene Kraft verrichtet Arbeit. Diese Arbeit treibt einen Verdichter an. Die Luft wird komprimiert und gespeichert. Bei Bedarf wird sie kontrolliert entspannt. Die dabei freigesetzte Energie treibt einen Arbeitsprozess an.
So können geringe oder schwankende Leistungen über längere Zeiträume gesammelt werden. Eine kleine Windkraftanlage, eine Wasserströmung oder eine andere regenerative Kraft müsste nicht sofort einen großen Verbraucher versorgen. Sie könnte über Stunden hinweg einen Druckspeicher schrittweise laden.
Die gespeicherte Energie stünde anschließend zu dem Zeitpunkt zur Verfügung, an dem sie tatsächlich benötigt wird.
Hebelgesetz und Drucktechnik zusammendenken
Das Hebelgesetz und die Drucktechnik beruhen auf vergleichbaren Zusammenhängen. Ein mechanischer Hebel übersetzt Kraft und Weg. Ein hydraulisches oder pneumatisches System verbindet Druck, Fläche und Volumenstrom.
Mit einer kleinen Kraft auf eine kleine Kolbenfläche lässt sich in einem geschlossenen System Druck erzeugen. Wirkt dieser Druck auf einen größeren Kolben, entsteht dort eine größere Kraft. Dafür legt der größere Kolben einen entsprechend kürzeren Weg zurück.
Auch hier wird keine Energie erzeugt. Kraftgewinn und Wegverlust gleichen sich in einem idealen System aus. In der Praxis kommen Reibungs-, Wärme- und Umwandlungsverluste hinzu.
Durch Hebel, Kolben, Pumpen, Getriebe und Rückschlagventile kann eine kleine Kraft dennoch schrittweise einen hohen Druck aufbauen. Ein einzelner Arbeitsschritt verdichtet möglicherweise nur eine geringe Luftmenge. Wird dieser Vorgang jedoch häufig und über einen längeren Zeitraum wiederholt, füllt sich der Speicher zunehmend.
Damit können kleine Kräfte, die heute technisch oder wirtschaftlich kaum nutzbar erscheinen, über Weg und Zeit gesammelt werden. Ihre Arbeitsfähigkeit lässt sich als Druckpotenzial speichern und später mit einer höheren Leistung wieder bereitstellen.
Acht Milliarden Menschen und ein gemeinsamer Druckspeicher
Das Beispiel der acht Milliarden Menschen lässt sich auch auf die Drucktechnik übertragen.
Stellen wir uns vor, die Menschen würden ihre tägliche Arbeitsleistung nicht dazu verwenden, Gewichte anzuheben, sondern über Hebel und Kolben jeweils eine kleine Luftmenge in einen gemeinsamen Druckspeicher zu pressen. Der einzelne Beitrag wäre verschwindend klein. Doch alle Beiträge zusammen könnten einen großen Speicher schrittweise aufladen.
Ein weltweites Druckluftnetz ist zunächst ein bildliches Modell. Lange Leitungswege sowie Speicher- und Umwandlungsverluste würden eine globale technische Umsetzung erschweren. Praktischer wären wahrscheinlich viele dezentrale, lokal und regional miteinander verbundene Speicher.
Das Bild macht dennoch deutlich, worum es geht: Kleine Kräfte müssen in ihrer Wirkung nicht klein bleiben, wenn wir sie sammeln, wiederholen, speichern und zum richtigen Zeitpunkt gemeinsam freisetzen.
Dieses Prinzip lässt sich weit über menschliche Muskelkraft hinausdenken. Fahrstühle, Kräne, Fahrzeuge, Produktionsmaschinen, Wasserleitungen und zahllose weitere Systeme bewegen, heben, bremsen oder verdichten täglich große Massen. Ein Teil dieser Energie wird bereits zurückgewonnen. Ein weiterer Teil geht bislang ungenutzt in die Umgebung über.
Die entscheidende Zukunftsfrage lautet deshalb: Wie können wir die vielen kleinen, verteilten Energiebeiträge technisch erfassen, miteinander verbinden und speichern, bevor ihre Fähigkeit zur Verrichtung weiterer Arbeit verloren geht?
Die bei der Verdichtung entstehende Wärme nutzen
Beim Verdichten von Luft entsteht Wärme. Bei der späteren Entspannung kühlt die Luft wieder ab. Wird die Kompressionswärme ungenutzt an die Umgebung abgegeben, geht ein erheblicher Teil der ursprünglich eingesetzten Exergie für die spätere Energienutzung verloren.
Ein nachhaltiges Druckluftsystem sollte daher nicht nur die verdichtete Luft, sondern möglichst auch die entstehende Wärme erfassen und speichern. Die Wärme könnte bei der Entspannung erneut zugeführt oder zuvor für Heizung, Warmwasser, Trocknung und industrielle Prozesse genutzt werden.
Auch die bei der Entspannung entstehende Kälte könnte in geeigneten Systemen für Kühlprozesse verwendet werden.
Gerade hier zeigt sich die Bedeutung der Energiemehrwegnutzung: Ein technischer Prozess darf nicht allein nach seiner Hauptfunktion beurteilt werden. Auch seine Wärme-, Kälte-, Druck- und Bewegungsströme müssen als mögliche Eingänge für weitere Prozesse betrachtet werden.
Elektrische Energie könnte zunächst einen Verdichter antreiben. Die dabei entstehende Wärme könnte ein Gebäude beheizen. Die gespeicherte Druckluft könnte später eine Maschine oder ein Transportsystem antreiben. Die bei der Entspannung entstehende Kälte könnte anschließend für einen Kühlprozess genutzt werden.
Die eingesetzte Energie würde damit nicht nur eine, sondern nacheinander mehrere Aufgaben erfüllen.
Von der Einwegenergie zur Energiemehrwegnutzung
In Industrieanlagen, Gebäuden, Rechenzentren und Verkehrssystemen entstehen große Mengen an Wärme, Druck, Kälte und Bewegungsenergie, die heute häufig ungenutzt bleiben.
Statt Energie weiterhin überwiegend als Einwegprodukt zu behandeln, sollten wir sie in Nutzungsketten denken. Der energetische Ausgang eines Prozesses sollte möglichst zum Eingang des nächsten werden.
Bremsenergie könnte gespeichert und für den nächsten Beschleunigungsvorgang genutzt werden. Abwärme könnte Gebäude beheizen oder Wasser erwärmen. Überschüssige Wind- und Sonnenenergie könnte langsam Gewichte anheben, Wasser pumpen oder Druckluft erzeugen. Die bei der Drucklufterzeugung entstehende Wärme könnte einen weiteren Prozess versorgen.
Nicht jede Energie lässt sich vollständig zurückgewinnen oder unbegrenzt wiederverwenden. Bei jeder realen Umwandlung entstehen Verluste. Die Physik setzt klare Grenzen. Doch zwischen diesen Grenzen und unserer heutigen Energieverschwendung liegt ein gewaltiges, bislang nur teilweise erschlossenes Potenzial.
Energiemehrwegnutzung bedeutet daher nicht, dieselbe Energie verlustfrei in einem ewigen Kreislauf zu führen. Sie bedeutet, jede vorhandene Energieform möglichst sinnvoll zu nutzen, bevor ihre Fähigkeit zur Verrichtung weiterer gezielter Arbeit zu gering wird.
Materialien dürfen nicht länger zu Abfall werden
Was für Energie gilt, gilt ebenso für Rohstoffe. Noch immer produzieren wir zu viele Güter, deren Materialien nach kurzer Nutzung vermischt, verbrannt oder deponiert werden. Damit verlieren wir nicht nur wertvolle Stoffe, sondern auch einen großen Teil der Energie, die für ihre Gewinnung, Verarbeitung und ihren Transport aufgewendet wurde.
Eine wirkliche Kreislaufwirtschaft beginnt daher nicht erst beim Recycling. Sie beginnt bereits bei der Konstruktion eines Produktes.
Produkte müssen langlebig, reparierbar, zerlegbar und technisch erneuerbar sein. Materialien sollten möglichst sortenrein getrennt und ohne großen Qualitätsverlust wiederverwendet werden können. Hersteller müssten von Anfang an Verantwortung für den gesamten Lebenszyklus übernehmen.
Abfall darf nicht länger das vorhersehbare Endprodukt unserer Wirtschaftsweise sein. Er sollte vielmehr als Zeichen dafür verstanden werden, dass ein Stoffkreislauf technisch oder organisatorisch noch nicht geschlossen wurde.
Die Natur gibt den Takt vor
Natürliche Systeme funktionieren weitgehend in Kreisläufen. Wasser verdunstet, bildet Wolken, fällt als Niederschlag und versorgt Böden, Pflanzen, Tiere und Menschen. Organisches Material wird abgebaut und bildet die Grundlage neuen Lebens. Wälder speichern Wasser, binden Kohlenstoff, regulieren Temperaturen und schaffen Lebensräume.
Doch auch die Regenerationsfähigkeit der Natur ist nicht unbegrenzt.
Wenn wir Böden schneller auslaugen, als sie sich erholen können, Grundwasser schneller entnehmen, als es neu gebildet wird, oder Wälder schneller zerstören, als sie nachwachsen, leben wir von der Substanz.
Nachhaltigkeit bedeutet für mich deshalb nicht, Natur lediglich etwas langsamer zu verbrauchen. Nachhaltigkeit bedeutet, unsere Eingriffe so zu gestalten, dass sich die natürlichen Lebensgrundlagen erhalten und möglichst regenerieren können.
Die Geschwindigkeit unseres Verbrauchs darf die Geschwindigkeit der natürlichen Erneuerung dauerhaft nicht überschreiten.
Auch dabei ist Zeit von entscheidender Bedeutung. Ein Wald braucht Zeit zum Wachsen. Grundwasser benötigt Zeit zur Neubildung. Ein geschädigter Boden braucht Zeit zur Regeneration. Wer diese Zeiträume ignoriert, zerstört Potenziale, die sich nicht beliebig schnell wiederherstellen lassen.
Technologie braucht ein neues Ziel
Technologie ist weder grundsätzlich gut noch schlecht. Entscheidend ist, welchem Ziel sie dient.
Bisher wird technischer Fortschritt häufig daran gemessen, ob er die Produktion steigert, Prozesse beschleunigt, Arbeitskosten senkt oder neue Absatzmärkte schafft. Doch eine Maschine, die doppelt so schnell produziert und dadurch den Ressourcenverbrauch verdoppelt, ist nicht automatisch ein gesellschaftlicher Fortschritt.
Wir benötigen deshalb einen anderen Maßstab.
Technologie sollte uns nicht bloß dabei helfen, mehr zu fördern, herzustellen und zu konsumieren. Sie sollte uns ermöglichen, eine hohe Lebensqualität mit weniger Rohstoffen, geringeren Energieverlusten und weniger Schäden zu erreichen.
Die entscheidende Frage lautet dann nicht mehr: Wie können wir noch mehr produzieren?
Sie lautet: Wie können wir die Bedürfnisse der Menschen besser erfüllen, ohne dafür immer mehr Natur und immer größere Energiemengen in Anspruch zu nehmen?
Das Hebelgesetz kann dafür auch im übertragenen Sinne ein Vorbild sein. Wir müssen jene Punkte finden, an denen eine vergleichsweise kleine, aber klug eingesetzte Kraft eine große Wirkung entfalten kann. Dabei dürfen wir jedoch nicht vergessen, dass auch diese Wirkung einen entsprechenden Weg, ausreichend Zeit und tatsächlich geleistete Arbeit benötigt.
Potenziale für Mobilität und Arbeitsprozesse
Gespeicherte Druck-, Lage- und Bewegungsenergie könnte überall dort sinnvoll eingesetzt werden, wo ihre jeweiligen Eigenschaften technische Vorteile bieten: bei industriellen und gewerblichen Arbeitsprozessen, in stationären Antrieben, bei Hebe- und Transportsystemen, zur kurzfristigen Leistungsbereitstellung und möglicherweise in speziell dafür entwickelten Mobilitätskonzepten.
Ob Druckluft, ein Gravitationsspeicher, eine Batterie oder eine andere Technik für eine bestimmte Aufgabe die beste Lösung ist, muss anhand des gesamten Wirkungsgrades, des Speicherbedarfs, der Sicherheit, der Kosten, der Materialverfügbarkeit und der Umweltauswirkungen geprüft werden.
Besonders bei mobiler Nutzung besitzt Druckluft gegenüber flüssigen Kraftstoffen und vielen Batteriesystemen eine geringere Energiedichte. Deshalb benötigt sie größere oder besonders druckfeste Behälter. Ihre Stärke könnte vor allem in intelligent gekoppelten, stationären oder infrastrukturell verbundenen Gesamtsystemen liegen.
Druckluftspeicher könnten mit erneuerbarer Energie geladen werden. Ihre Kompressionswärme könnte für andere Aufgaben genutzt werden. Die Entspannungskälte könnte Kühlprozesse unterstützen. Die mechanische Energie könnte Maschinen, Produktionsanlagen oder neuartige Transportsysteme antreiben.
Druck darf deshalb nicht isoliert betrachtet werden. Gemeinsam mit Wärme, Kälte, Schwerkraft, Wasser, Bewegung und Zeit kann er ein Bestandteil einer umfassenden Energiemehrwegtechnologie werden.
Lebensqualität ist mehr als materieller Verbrauch
Lebensqualität entsteht nicht allein durch die Menge der Dinge, die wir besitzen. Sie entsteht ebenso durch Sicherheit, Gesundheit, verfügbare Zeit, Bildung, soziale Beziehungen, kulturelle Angebote, eine intakte Natur und die Gewissheit, dass unsere Kinder eine lebenswerte Zukunft haben.
Eine Gesellschaft, die immer mehr Ressourcen benötigt, nur um ihre wirtschaftlichen Strukturen aufrechtzuerhalten, ist nicht wirklich effizient.
Eine fortschrittliche Gesellschaft wäre für mich eine Gesellschaft, die mit weniger materieller und energetischer Belastung mehr Sicherheit, Freiheit und Lebensqualität für alle Menschen schafft.
Dafür müssen wir Energie, Wasser, Mobilität, Wohnen, Produktion, Arbeit und Einkommen gemeinsam denken. Diese Bereiche beeinflussen sich gegenseitig und dürfen nicht länger getrennt voneinander geplant werden.
Von den Vorräten der Vergangenheit zu den Kräften der Gegenwart
Die fossilen Primärenergieträger zeigen uns, welche gewaltigen Potenziale entstehen können, wenn Energie über sehr lange Zeiträume gesammelt und konzentriert wird. Sie haben der Menschheit Kraft und gespeicherte Zeit für ihre bisherige Entwicklung gegeben.
Nun müssen wir diese gewonnene Zeit nutzen, um Systeme zu schaffen, die nicht länger nur von den Vorräten der Vergangenheit leben.
Sonne, Wind, Wasser, Schwerkraft, Temperatur- und Druckunterschiede stellen fortwährend Energie bereit. Hinzu kommen unzählige Bewegungs- und Arbeitsprozesse unserer technischen Welt.
Nicht jede kleine Kraft lässt sich technisch sinnvoll oder wirtschaftlich zurückgewinnen. Speicher-, Leitungs- und Umwandlungsverluste müssen stets berücksichtigt werden. Trotzdem dürfen wir kleine Energiebeiträge nicht allein deshalb übersehen, weil sie an einem einzelnen Ort oder in einem kurzen Augenblick unbedeutend erscheinen.
Das Bild von acht Milliarden Menschen, die gemeinsam 400 Millionen Tonnen um einen Meter anheben, macht den Grundgedanken sichtbar: Die Zukunft unserer Energieversorgung könnte nicht nur von einzelnen gigantischen Kraftwerken abhängen. Sie könnte auch aus Milliarden kleiner Beiträge bestehen, die durch intelligente Technik, gemeinsame Netze, regionale Kreisläufe und geeignete Speicher zu einem nutzbaren Ganzen verbunden werden.
Bewahren ist keine Rückkehr in die Vergangenheit
Energetische Qualität zu bewahren, Stoffkreisläufe zu schließen und die Regeneration der Natur zu achten, bedeutet nicht, auf Fortschritt zu verzichten.
Im Gegenteil: Es erfordert wahrscheinlich mehr Wissen, Kreativität und technische Innovationskraft als unsere bisherige Einweg- und Wegwerfwirtschaft.
Die Zukunft liegt für mich nicht in Verzicht um des Verzichts willen. Sie liegt in der intelligenten Nutzung dessen, was bereits vorhanden ist: in langlebigen Produkten, wiederverwendbaren Materialien, miteinander verbundenen Energieprozessen und Speichersystemen, die auch geringe Kräfte und schwankende Energiequellen über lange Zeiträume nutzbar machen.
Die Atmosphäre zeigt uns, welche Kräfte aus vergleichsweise kleinen Druckunterschieden entstehen können, wenn sie auf große Massen und Flächen wirken. Die Technik zeigt uns, dass sich wesentlich höhere Drücke kontrolliert erzeugen und speichern lassen. Das Hebelgesetz zeigt uns, wie geringe Kräfte über längere Wege große Lasten bewegen können. Die Primärenergieträger wiederum zeigen uns, welche gewaltigen Potenziale durch das Zusammenwirken von Energie und sehr viel Zeit entstehen können.
Bringen wir diese Erkenntnisse zusammen, entsteht daraus eine wichtige Zukunftsaufgabe: Wir müssen kleine und schwankende Kräfte erfassen, ihre Wirkung über längere Zeiträume sammeln, sie als Lage-, Wärme- oder Druckpotenzial speichern und bei Bedarf kontrolliert wieder nutzbar machen.
Nicht um die Gesetze der Physik zu umgehen, sondern um ihre Möglichkeiten wesentlich intelligenter auszuschöpfen.
Wir müssen nicht zurück in eine Zeit des Mangels. Wir müssen vorwärts in eine Zeit der Vernunft.
Wahrer Fortschritt zeigt sich nicht darin, wie schnell wir die energetischen und materiellen Vorräte unseres Planeten verbrauchen können. Er zeigt sich darin, wie klug wir Kraft, Druck, Fläche, Weg, Volumen und Zeit miteinander verbinden – und wie viel Lebensqualität wir schaffen können, während wir die natürlichen und energetischen Potenziale der Erde für kommende Generationen bewahren.
