Eine Frage der Parameter

Nachdem ich mich vergangene Woche mit der Kehrseite höherer Energieeffienz, dem Rebound-Problem, beschäftigt habe, möchte ich heute die Sache etwas positiver angehen. Jonathan Cullen, Julian Allwood und Edward Borgstein von der University of Cambridge in England sind vor einigen Wochen in einem interessanten Paper der Frage nachgegangen: "Reducing Energy Demands: What Are the Practical Limits?"

Die drei Ingenieure haben hierzu 13 technische Systeme aus den Bereichen Gebäude, Industrie und Transport genauer angeschaut. Hierbei handelt es sich um "passive Systeme" im Unterschied zu "Konversionsapparaten" (Anlagen zur Erzeugung und Verteilung von Energie). "Passive Systeme wandeln Energie nicht aktiv oder absichtlich in eine andere Form um, sondern halten nutzbare Energie für einige Zeit vor, um einen Dienst zu erbringen", schreiben sie. Je effizienter ein passives System ist, desto länger dauert es, bis eine Menge an eingespeister Energie durch Dissipation (z.B. Reibung oder Wärmeleitung) verloren gegangen ist.

Wie lange dies dauert, hängt von der Konstruktion ab. Folglich definieren sie für jedes der 13 Systeme die wichtigen Konstruktionsparameter, die die Geschwindigkeit der Dissipation beeinflussen. Die Parameter variieren sie dann bis an die Grenze dessen, was technisch noch sinnvoll, aber bereits machbar ist. Anhand thermodynamischer Modellgleichungen, die "jeder Ingenieur im Grundstudium lernt", errechnen sie dann für jedes System, wieviel Prozent der derzeit verbrauchten Energie eingespart werden könnte.

Zwei Beispiele. Erstens Industriefeuerungsanlagen: In ihnen ließe sich die Dicke der Wände um 150 Prozent vergrößern und die Wärmeleitfähigkeit des Wandmaterials halbieren, während sich die Wärmerückgewinnung aus Abzugsgasen von nahezu null auf 40 Prozent und aus den Produkten von nahezu null auf 80 Prozent erhöhen ließe. Dann könnten 62 Prozent der derzeit weltweit in Industriefeuerungsanlagen verbrauchten Energie (67 Exajoule = 18,6 Mrd. Megawattstunden) eingespart werden.

Zweitens das Auto: Als Konstruktionsparamater setzen die drei Ingenieure die Masse an, die sich von durchschnittlich 1,3 Tonnen auf 300 Kilogramm senken ließe; den Reifenwiderstand, der sich auf 6,7 Prozent des heute üblichen Werts verringern ließe; die Frontfläche, von zwei auf 1,5 Quadratmeter reduzierbar; den Luftwiderstand, bei dem ein Viertel möglich wäre; und die Durchschnittsgeschwindigkeit, die sie als einzigen Parameter konstant halten, bei 68,4 km/h. Einsparpotenzial hier: 91 Prozent.

Hier ist eine Übersicht über die Einsparpotenziale aller 13 Systeme:

Insgesamt und weltweit könnten wir bei passiven Systemen 73 Prozent weniger Energie verbrauchen, wenn deren Konstruktionen entsprechend geändert würden. Statt 476 würden 129 Exajoule genügen, um im Wesentlichen die heutigen Anforderungen zu erreichen. Auch wenn es sich hier nur um Schätzungen handele, könnten "die Zahlen zumindest eine pragmatische Richtschnur sein für das, was möglich ist", schreiben Cullen, Allwood and Borgstein.

Der Ansatz gefällt mir nicht nur wegen seiner unaufgeregten ingenieursmäßigen Herangehensweise, sondern auch, weil er ohne irgendwelche Wild Cards in der Zukunft, ohne fiktive Innovationen auskommt und nur den Status Quo variiert.

Womit wir aber bei den praktischen Fragen ankommen: Wie könnten sich die variierten Konstruktionen durchsetzen? Wie realistisch ist es überhaupt, dass sich Konstruktionen in den Korridor hinein entwickeln, den die drei Ingenieure für die 13 Systeme anhand der Parameter skizziert haben? Gerade das Beispiel des Autos zeigt ja, dass der Markt 1,3 Tonnen Masse bevorzugt - sei es, weil eine solide Bauweise die Sicherheit erhöht, sei es, weil sie als sexyer gilt.

Vielleicht müsste es eine Art W3C für sparsame Technik allgemein geben: ein World Wide Efficiency Council. (nbo)