Hansens Vorschlag

James Hansen1 ist ein prominenter, fast könnte man sagen charismatischer Kämpfer für die Beschränkung unserer Klimagasemissionen und gleichzeitig Amerikaner (U.S.). Ich schreibe das so seltsam, weil es wirklich beinahe ein Widerspruch in sich ist. Nun ja. Und langjähriger Klimawissenschaftler ist er auch.

Nun lebt James Hansen in einem Land, in dem die Hälfte der Bevölkerung eine tiefsitzende Abneigung gegen den Staat an sich und seine Bevormundungen hegt, insbesondere natürlich seinen Hunger nach Geld.

Als Warner vor dem Entgleisen des Klimasystems muss Hansen für eine stetig steigende Emissionsabgabe sein, als Amerikaner muss er gegen höhere Steuern sein, die die Macht des Staates stärken. Wie löst man den Widerspruch auf?

Ganz einfach und praktisch. Das eingenommene Geld ist nach dem Gießkannenprinzip sofort wieder zu verteilen. Das läuft auf eine Umverteilung von den viel – zu den wenig emittierenden Menschen hinaus.

In Europa haben wir bereits eine  – wenn auch noch bedauerlich rudimentäre – Emissionsabgabe, nämlich die Emissionszertifikate. Diese sollen  – und werden es wohl auch in den nächsten Jahren – einen Geldstrom in die Staatskasse umleiten, der dann für klimaschützende Investitionsprogramme eingesetzt werden soll. Nun ja, “soll”. Auch eine gute Idee, vielleicht sogar ein wenig besser als die von Hansen.

Aber der lebt ja auch in Amerika (U.S.).

 

1 Siehe z.B. sein kürzlich in der New York Times erschienener Artikel und seinen Vortrag bei TED, einer Nonprofit – Organisation “zur Verbreitung wertvoller Ideen”.

Verantwortung für was??

Eben las ich hier, dass die Menschheit Mitte des Jahrhunderts gewisse Probleme mit Trockenheit zu erwarten hat. Das Wahrscheinlichkeitsfeld sagt aus, dass die Mittelmeerländer, der Nahe Osten, Mittelamerika, Zentral-USA und einige kleinere Gebiete deutlich trockener werden (violette Gebiete in der Grafik unten). Das heißt in der Praxis, das mehrjährige Dürren häufiger werden, die zu lokalen oder sogar globalen Einbrüchen in der Nahrungsmittelerzeugung führen können.

Feuchter werden demnach nur die extrem nördlichen Gebiete, etwas immerhin Indien, Ostafrika und Zentralasien. Wie belastbar die Daten auch immer sind in Bezug auf die Feinheiten der Verteilung – man kann jedenfalls davon ausgehen, dass es größere Änderungen in der landwirtschaftlichen Nutzung geben wird, die lokal oder sogar global Hunger hervorrufen oder verstärken und die Umlenkung von Lebensmittelströmen oder Umsiedlung von Menschen bedeuten können.

Es tritt aber folgender Gesichtspunkt auf: Zu diesem Zeitpunkt sind ich und ein Gutteil der Leser bereits nicht mehr existent, ebenso die Entscheider in Wirtschaft und Staat. Wir müssen aufgrund von Wahrscheinlichkeiten Entscheidungen treffen, die Wirkungen für viele Generationen haben werden. Wer kann sagen, ob nicht in zehn Generationen der Klimawandel als Segen empfunden werden wird (fruchtbare Taiga)? Welche Verantwortung haben wir gegenüber Menschen, die in 200 Jahren geboren werden? Der Veränderungsprozess ist langsam, durchsetzt mit zufallartig auftretenden Katastrophen, von denen man keine einzeln dem Klimawandel zuordnen kann, sondern nur alle in ihrer Gesamtheit. Sicher wird die Erde nicht mehr ganz so sein, wie wir sie kennen. Zum Beispiel wird es wohl um 2018 im Sommer gar kein Eis mehr am Nordpol geben. Sicher wird es große Probleme geben für die Armen der Welt. Aber andererseits werden (hoffentlich) die technischen und organisatorischen Fähigkeiten der Menschheit gewachsen sein, insbesondere die Einbindung der Ärmsten in das Produktions- und Verteilungsfeld, so dass jene Effekte, auch wenn ihre nachteilige Wirkung unbestreitbar ist, nicht  katastrophal, sondern lediglich wohlstandsmindernd sich bemerkbar machen. Vielleicht.

Die Verantwortung ist diffus: unbestimmt viele Unbekannte, an einem unbestimmten Ort und zu einer unbestimmten Zeit werden hungern durch Entscheidungen, die wir heute treffen – und durch unbestimmte andere Umstände wie soziale Schichtungen und Ausgrenzungen.

Reicht das, um die Unlust des Konsumverzichts auf sich zu nehmen?

Neues vom Polareis

cryosat_kleinManchmal wird die Entwicklung der Forschung in einem Fachgebiet durch einen kleinen Fehler auf Jahre blockiert. Dies geschah, als im Jahre 2005 die russische Rockot-Trägerrakete mitsamt dem Satelliten Cryosat-1 wegen eines Softwarefehlers ins Polarmeer stürzte. Der Satellit hatte als einziges Messgerät einen sehr genauen Radar-Oberflächenerhöhungsmesser an Bord, mit dem die  exakte Vermessung der Eisoberfläche sowohl des polaren Festland- als auch des Meereises möglich gewesen wären. Seine Messungen hätten eine große Informationslücke über das polare Meereis geschlossen – oder zumindest erheblich verkleinert – , die seit Jahrzehnten besteht, nämlich die über den Wert seines Volumens.

Für die Fläche des polaren Meereises gibt es durch langjährige Satellitenüberwachung eine konsistente Datenreihe – für das wichtigere Volumen, in das das Eisdickenfeld eingeht, gibt es nur punktuelle Messungen durch Sonden, U-Boot-Sonardaten und Überflüge, die mit komplexen numerischen Simulationen zu einem konstruierten Dickenfeld interpoliert werden. Das momentan wichtigste dieser Modelle ist PIOMAS vom Polar Science Center der Universität Washington, dessen Ergebnisse ich am 7. August gepostet habe. Die Kurve sieht scheußlich aus und sagt, dass wir mit etwas Glück in drei, spätestens vier Jahren den ersten eisfreien Sommer im Nordpolarmeer feiern können. (Es ist mindestens ein weiters Modell in Entwicklung, PIPS vom Naval Reserch Laboratory, das solche Berechnungen durchführen kann, aber ich habe keine brauchbaren Ergebnisse davon gefunden.)

Die Simulationsrechnungen sind mit Satellitenmessungen verglichen worden, und zwar mit denen von IceSat in den Jahren 2003 – 2008, und die Übereinstimmung war ziemlich verdammt gut. Seitdem gibt es aber keine weiteren Überprüfungen. IceSat wurde im August deaktiviert. Die NASA will 2015 einen weiteren starten; seit 2008 haben wir nichts als PIOMAS mit einer dünneren Datenbasis, bewegen uns sozusagen auf dünnem Eis, um mal einen bitteren Scherz zu machen.

Die Folge davon ist, dass die Glaubwürdigkeit der Ergebnisse nicht so hoch ist, wie sie sein sollte – ich meine, die Kurve ist wirklich alarmierend, aber niemand, d.h. keins der großen Medien, nimmt sie auch nur zur Kenntnis.

CryoSat hätte das Glaubwürdigkeitsproblem beseitigt.

Es ist bemerkenswert, dass die ESA nur vier Monate nach dem Desaster begann, einen neuen Satelliten zu bauen, der i.W. der alte ist mit einer Reihe Verbesserungen, und ihn im April 2010 – diesmal erfolgreich – in den Orbit schoss. Der Apparat durchlief ein Phase von Tests und Feineinstellungen, das sogenannte “Commissioning”, und was ich hier berichten will, ist, dass diese seit Ende Oktober beendet ist.

Das heißt, dass wir in einigen Wochen die ersten Veröffentlichungen zum Eisvolumen – die ersten Überprüfungen der Genauigkeit der Volumenberechnungen mit CrySat – Daten – zu erwarten haben.

Wir werden sehen, ob diese dann in den Medien ihren Widerhall finden.

Nordpolarmeer in 7 Jahren eisfrei!

Das ist natürlich eine reißerische Überschrift, eine plakative Aussage, die so kein verantwortlicher Wissenschaftler machen würde, weil sie einiger Erläuterung bedarf.

Diese will ich hiermit geben.

Genau genommen muss es heißen:

Wenn man aus den seit 1979 bestimmten Werte für das Eisvolumen den Trend in die Zukunft fortschreibt, kommt man zu dem Schluss, dass das arktische Meer sehr wahrscheinlich irgendwann im Zeitraum zwischen 2015 und 2020 zu ersten Male im September, dem Monat der geringsten Eismasse, völlig eisfrei sein wird.

Danach wird es möglicherweise noch einige Male auch im September noch Eis aufweisen, um dann schließlich in jedem Jahr eisfrei zu werden.

Der Zeitpunkt einer ganzjährigen Eisfreiheit liegt bei Fortschreibung des momentanen Trends irgendwo um 2035, ein Wert, der nach Lage der Dinge mit einer sehr großen Unsicherheit behaftet ist.

Ich habe hierzu die Informationen des Polar Science Center der Universität von Washington ausgewertet, indem ich aus der etwas schwer zu verstehenden Grafik hier die Kurve für das Eisvolumen in absoluten Werten zurückgerechnet habe:

Volumen des arktischen Meereises, abgeschätzt 

Man erkennt schön die jahreszeitlichen Schwankungen und die Abnahme des Mittelwertes. Wenn man die untere Einhüllende mit dem Auge weiterführt, landet man in der Gegend von 2017. Mit mathematischen Verfahren wird man auch keinen zuverlässigeren Wert bekommen. Entscheidend ist, ob man die deutlich wahrnehmbare Krümmung der Kurve nach unten in die Zukunft fortschreibt oder nicht. In letzterem Falle wären wir 10 Jahre später auf der Nulllinie.

Wenn man die obere Einhüllende mit dem Auge weiterführt, landet man bei den besagten 2035, aber natürlich kann sich der Prozess in dieser langen Zeit sowohl beschleunigen als auch verlangsamen.

Spaßeshalber habe ich noch eine Grafik der Minima und Maxima gemacht:

grafik_vol_arkt_meereis_minimamaxima_615_457

Hier wird noch deutlicher, dass auch 2015 als erstes Jahr der Eisfreiheit nicht unwahrscheinlich erscheint.

Was bedeutet das nun?

Eis hat einen höheren Reflexionskoeffizienten als Wasser. Es wird also dort oben im Polarsommer mehr Sonnenlicht absorbiert. Andererseits strahlt Eis nachts und im Winter weniger Wärme in den Weltraum ab als Wasser. Beides gilt nur, wenn der Himmel nicht bedeckt ist. D.h. dass es noch nicht heraus ist, ob die Jahresenergiebilanz des Abschmelzens des Meereseises positiv ist und stark von der Wolkenbedeckung abhängt.

Was aber fast sicher ist, ist, dass sich das Wettersystem der Nordhalbkugel ändert, da sich die Luft über dem Polargebiet nicht mehr so stark abkühlt ohne das Eis.

Antiklimageräte

Strom ist eindeutig zu billig.

“Bauhaus”-Katalog: Auf der Titelseite Klimaanlagen mit mehreren Kilowatt Leistungsaufnahme, innen dann Elektro-Fußbodenheizungen.

Solange man mit sowas Geld verdienen kann, ist Strom zu billig.

Der Kühlschrank der Zukunft

Immer im Winter bin ich erstaunt, dass wir noch Strom für die Kühlung unserer Vorräte aufwenden. Deshalb glaube ich, dass der Kühlschrank der Zukunft vor allem eine Eigenschaft haben wird: er wird seinen Wärmetauscher in die Außenluft hängen, oder sogar Außenkälte direkt verwenden.

Dafür gibt es mehrere Varianten:

  1. Eine spezielle Kammer ist für die Aufnahme des Kühlschranks vorgesehen, die an der Außenwand liegt und durch große Belüftungslöcher nahezu Außentemperatur aufweist. Das ist eine moderne Variante der guten alten Speisekammer.
  2. Ein Wärmetauscher ist von vornherein an der Außenwand angebracht, der mittels einer Kühlmittelleitung mit standardisierter, selbstverschließender Kupplung an den Kühlschrank innen angeschl0ssen wird. Vorteil: etwas mehr Freiheit bei der Positionierung des Geräts.

Noch mehr Kühlenergie lässt sich einsparen, wenn das System über ein Kältedepot verfügt, das nur in der Nacht, wenn die Außentemperatur 5 – 10 °C unter der Tagestemperatur liegt, gekühlt wird und genügend Kapazität besitzt, den Kühlschrank tagsüber kühl zu halten. Dieses kann sowohl im Kühlschrank eingebaut sein als auch, bei Variante 2, fest in der Wohnung installiert.

Eine moderne Kühl-/Gefrierkombination verbraucht ca. 300 kWh pro Jahr. Durch solche Maßnahmen würde der Verbrauch abgeschätzterweise auf die Hälfte sinken . Bei einem Strompreis von 0,2 €/kWh wären das ca. 300 € in 10 Jahren. Das scheint mir noch nicht rentabel zu sein, aber wer weiß, wie die Rechnung in zehn, zwanzig Jahren ausschaut?

 

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Variante 1 als einfache Kammer mit Außenluft

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Variante 1 mit Kältespeicher

Man muss sich aber vergegenwärtigen, dass der Strom für den Kühlschrank nur einen geringen Anteil des Stromverbrauchs ausmacht – in meiner WG sind es ca. 10 %. Und es ist unbequem – man hat nicht mehr die Freiheit der Wahl, wo man den Kühlschrank hinstellt. Aber wenn wir auf die geringen Verbrauchswerte kommen wollen, die wir mittelfristig erreichen müssen, müssen wir auch diese Möglichkeit ausschöpfen.

Mehr aus der Welt der Algen

Was ich neulich im Focus über Treibstoff-aus-Algen las ist nur die Spitze eines Eisberges an Forschung, die auf diesem Gebiet geleistet wird. Die Idee dazu entstand bereits in den 50er Jahren, damals allerdings noch mit einer anderen Zielrichtung (Methanherstellung unter Nutzung von Abwässern). Von 1978 bis 1996 lief ein Forschungsprogramm des U.S. Department of Energy’s Office of Fuels Development, in dem bereits wesentliche Vorarbeiten wie die Suche geeigneten Arten, die Erforschung von Physiologie und Biochemie der Algen, Erstellung von Demonstrationsanlagen und  Kostenanalysen geleistet wurden. Dieses Programm ist in letzter Zeit wieder aufgenommen worden. Ein PDF-Dokument mit einem Überblick findet sich hier.

Der SPIEGEL könnte ein Beleg für die These sein, das hierzulande die Algentechnologie als exotisch und versponnen gilt. Nicht nur, dass er bei Stichwort “Algen” überhaupt keinen entsprechenden Treffer in seiner internen Suche liefert, einer der zwei Artikel über die neue Technologie ist ein herber Verriss des Hamburger Pilotprojekts zur Umwandlung von Kraftwerks-CO2 in Biomasse. In anderen Medien wird immerhin wohlwollend über den Algen-Ansatz berichtet, z.B. in der Welt. Der Gerechtigkeit halber muss man sagen, dass das besagte Pilotprojekt wirklich nicht mehr sein kann als ein Forschungsprojekt – es krankt an dem Problem aller regenerativen Energien in Deutschland: zu wenig Licht um billig werden zu können. Der andere Artikel im SPIEGEL ist wohlwollender .

Währenddessen haben sich in den USA bereits zwei Organisationen zur Koordination und Interessenvertretung von Sprit-aus-Algen-Unternehmen gegründet, die Algal Biomass Organisation (ABO) und die National Algae Association, von denen die erstere so klangvolle Namen wie Boeing, Airbus, KLM, FedEx und IATA in ihrer Mitgliederliste führt. Die Fliegerei ist harscher Kritik der Umweltschützer ausgesetzt und will nicht nur ihr Image polieren, sondern sich auch langfristig ihre Treibstoffbasis sichern. Auch die Firma Sapphire Energy findet sich in der ABO – sie hat jüngst 100 Mio. Dollar von Bill Gates erhalten.

Doch nicht nur die Großen sind drüben rege – es scheint eine kleine Gemeinde von Hobby-Biodieselern zu geben. Zumindest gibt es Anleitungen im Netz zu kaufen, wie man einer wird, die als Lehrbeispiel für sales hype gelten können. Hier ein Bericht über ein Garagentreffen solcher Algen-Geeks. Amerika ist halt das Land des “can do”!

Leider muss ich meine frühere Darstellung der Wunder der Algen etwas zurückstutzen, nämlich was den maximalen Umwandlungswirkungsgrad betrifft. Nach besagtem “Welt”-Artikel und anderen Quellen beträgt er nicht 30, sondern nur 10 %. Aber immerhin kann ich den geneigten Leser aus dieser Quelle mit einer offiziellen Schätzung des Zeitrahmens versorgen, bis die Sache zum Durchbruch kommt: kommerziell lohnende Produktion 2015, 2022 dann 36 Mrd. Gallonen (= 137 Mrd. Liter, = 98 Mrd. kg, = 98 Mio. t, = etwa der momentane deutsche Verbrauch an Benzin).

Der wahre Trend in solarer Energie

Manchmal tauchen kleine Meldungen auf, die abseitig wirken. Bei näherem Hinsehen wird einem aber dann klar, dass hier ein echter Durchbruch zu sehen ist.

Focus hat einen Klima-Newsletter, in dem auf verschiedene klimawandelbezogene Artikel hingewiesen wird. Es gibt viele Entwicklungslinien in der Reaktion auf den Klimawandel. Einige werden überbetont (Solarstrom), andere bekommen nicht die Aufmerksamkeit, die ihrer Relevanz entspricht (Wärmedämmung), andere entpuppen sich als Irrläufer (Agrofuel).  Manchmal kommt etwas neues, das aufhorchen lässt, und das ist die Biomassegewinnung aus Algen.

Sie hat mehrere Vorteile gegenüber der Verwertung von Landpflanzen:

  1. Der Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Licht in Biomasse liegt im Bereich von 30 %. (Quelle) Damit ist er ein Vielfaches höher als bei Landpflanzen, d.h. der Flächenverbrauch für dieselbe Menge an Brennstoff ist  geringer – oder aus derselben Fläche lässt sich eine viel höhere Exergie gewinnen.
  2. Da Wasserflächen genutzt werden könnten, wird keine wertvolle landwirtschaftliche Nutzfläche für Kraftstoffgewinnung verbraucht.
  3. Energiefarmen können CO2 durch die in den Algen erfolgende biologische Hydrierung wieder nutzbar machen – ein geschlossener CO2-Kreislauf wird realisierbar.
  4. Die entstehenden Öle können mit heutiger Raffinerietechnik in Kraftstoffe umgewandelt werden. Damit können existierende Autos und andere Anlagen weiter verwendet werden.

Diese Technik ist mit 10 – 15 % Umwandlungswirkungsgrad * ) in mechanische oder elektrische Energie so flächeneffizient wie Photovoltaik, aber mit potentiell einem Bruchteil der Kosten.

 * ) Auf diesen Wert kommt man, wenn man die gewonnene Biomasse per Wärmekraftmaschine nutzt, die ihrerseits einen Wirkungsgrad von 30 – 50 % hat.

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