Der Klimawandel ist ein Energieproblem. So lösen wir es.

Oct 01, 2023

Verlassen Sie sich darauf, dass Comedians den Zeitgeist treffen.

Ich denke an Comics wie Marc Maron, dessen Stück existenzielle Schmerzpunkte wie Sterblichkeit, Antisemitismus, die sich auflösende geopolitische Situation und natürlich den Multigigaton-Kohlenstoffelefanten im Raum, den Klimawandel, aufgreift.

„Der Grund, warum wir uns nicht mehr darüber aufregen, dass die Welt ökologisch untergeht, liegt meiner Meinung nach darin, dass wir alle in unserem Herzen wirklich wissen, dass wir alles getan haben, was wir konnten“, sagt Maron ausdruckslos. „Wir haben unsere eigenen Tüten zum Supermarkt mitgebracht“, sagt er und hält dann ein paar Schläge inne.

„Ja, das ist alles.“

Kein Wunder, dass Komiker in der Lage sind, unseren Öko-Dread für Ihn darzustellen. Komödie wurzelt oft im fruchtbaren Dünger unbequemer Wahrheiten: Wir lachen, damit wir nicht schluchzen. Und das ist alles schön und gut; Lachen ist ein gutes Gegenmittel gegen das Unwohlsein, das entsteht, wenn man Tag für Tag durch unsere Newsfeeds scrollt.

Aber sind wir wirklich bereit, das Handtuch zu werfen und uns ins Nichts zu lachen? Und hat Maron Recht? Haben wir wirklich nichts getan, um unserer größten Umweltkrise zu begegnen? Kaum. Zwar haben wir den Aufwärtstrend bei den Treibhausgasemissionen noch nicht umgekehrt, und die Herausforderung der Abkehr von fossilen Brennstoffen scheint oft unüberwindbar. Ist es trotzdem?

Laut Berkeley-Experten, die für diese Geschichte befragt wurden, besteht Grund zur Hoffnung, dass wir den Engpass noch überwinden werden. Die Technologie ist bereits vorhanden und wird ständig verbessert. Es wird nicht einfach sein, aber es ist machbar. Nun wollen wir sehen, wie:

Wenn Sie auf der Suche nach einem Grundstein für Ihre Hoffnungen sind, beginnen Sie mit der Energiewirtschaft und insbesondere dem Preis von Solarmodulen. Die Kosten sind seit 2009 um fast 90 Prozent gesunken, was sowohl auf verbesserte Technologie als auch auf die globale Produktion (insbesondere aus China) zurückzuführen ist. Im Jahr 1976 kostete Solarstrom 106 Dollar pro Watt; Heute kostet es weniger als 50 Cent pro Watt. Fazit: Solarenergie ist als Mittel zur Energieerzeugung inzwischen mit fossilen Brennstoffen konkurrenzfähig.

Während die Solarenergie immer noch nur 3,4 Prozent des inländischen Energieverbrauchs ausmacht, ist die Produktion in den letzten fünf Jahren jährlich um mehr als 20 Prozent gewachsen und wäre wahrscheinlich höher ausgefallen, wenn es nicht zu Versand- und Lieferkettenschwierigkeiten aufgrund der Pandemie gekommen wäre.

Die Produktion ist jedoch nicht alles. Für eine breite Akzeptanz muss eine Energiequelle bei Bedarf verfügbar sein. Und hier haben fossile Brennstoffe einen großen Vorsprung. Erdgas oder Kohle können jederzeit zur Stromerzeugung verbrannt werden, je nach Bedarf. Solarmodule produzieren nur, wenn die Sonne scheint. Lange Zeit stellte die Speicherung ausreichender Energie für die spätere Nutzung – beispielsweise nachts oder an bewölkten Tagen – ein großes Hindernis dar.

Die Solarproduktion ist in den letzten fünf Jahren jährlich um mehr als 20 Prozent gewachsen und wäre ohne die Pandemie wahrscheinlich größer ausgefallen.

Nicht mehr, sagt Daniel Kammen, Gründungsdirektor des Cal's Renewable and Appropriate Energy Laboratory und Professor an der Energy and Resources Group und der Goldman School of Public Policy. Er ist seit 1999 koordinierender Hauptautor des Zwischenstaatlichen Gremiums für Klimaänderungen und beteiligte sich 2007 am Friedensnobelpreis.

„Ich sehe die Lagerung derzeit nicht als großes Problem an“, sagt Kammen. „Es ist nicht ein einzelner Durchbruch, der mich so denken lässt, sondern eher die Tatsache, dass wir den gleichen Preis- und Leistungstrend bei der Speicherung beobachten, den wir bei der Photovoltaik gesehen haben. Eine Vielzahl von Ansätzen kommt auf den Markt und sie skalieren wirklich.“ schnell. Dinge, deren Entwicklung früher mehrere Jahre dauerte, dauern jetzt ein Jahr, und das wird mit ziemlicher Sicherheit auch so bleiben.“

Die Speicherung der Zukunft wird zwei verschiedene Sektoren bedienen, beobachtet Kammen: den Transport (denken Sie an Elektrofahrzeuge) und alles andere (Wohnungen, Bürogebäude, Fabriken usw.).

Unter dem Gesichtspunkt des Klimawandels ist eine elektrifizierte Fahrzeugflotte wünschenswert, da sie sich gut in ein grünes Stromnetz einfügt – also in ein Stromnetz, das aus nachhaltigen Energiequellen gespeist wird. Derzeit stoßen Autos, die Benzin oder Diesel verbrennen, jedes Jahr etwa 3 Gigatonnen Kohlenstoff in die Atmosphäre aus – etwa 7 Prozent der gesamten vom Menschen verursachten CO²-Emissionen. Allein die Elektrifizierung von rund einem Drittel der chinesischen Fahrzeugflotte könnte den CO2-Ausstoß bis 2040 um eine Gigatonne pro Jahr senken. Bei Elektrofahrzeugen steht also viel auf dem Spiel, und alles in allem ist Kammen ziemlich optimistisch, was ihre Fortschritte angeht.

„Es hat wirklich zugenommen, besonders im letzten Jahr“, sagt er. „Es ist wahrscheinlich kein Zufall, dass die Benzin- und Dieselpreise gleichzeitig in die Höhe geschossen sind, und ich hasse den Gedanken, dass der Krieg in der Ukraine ein Teil davon ist, aber das ist wahrscheinlich der Fall.“ Elektrofahrzeuge seien mittlerweile die meistverkauften Autos in Kalifornien, fährt Kammen fort, „und das gilt auch für Norwegen und bald auch für New York. Die Preise für Elektrofahrzeuge sinken. Der Trend ist stark und beschleunigt sich.“

Elektrofahrzeuge speichern Energie im Allgemeinen in Batterien, die Lithium verwenden, ein relativ seltenes Element, das sich schnell lädt und entlädt und leicht ist – eine wesentliche Eigenschaft für Automobile, bei denen Übergewicht ein Gräuel ist. Die Lithiumbatterietechnologie ist weit fortgeschritten, und einige Elektrofahrzeuge können zwischen den Ladevorgängen mittlerweile 400 Meilen zurücklegen, was frühere Ängste vor einer begrenzten Reichweite zerstreut.

Ein zentrales Ziel der Biden-Regierung ist der Bau von 500.000 neuen Ladestationen für Elektrofahrzeuge. Zum Vergleich: In den gesamten USA gibt es derzeit weniger als 150.000 Tankstellen.

Die nächste Herausforderung, die es zu bewältigen gilt, ist der Mangel an Ladestationen, eine Realität, die Tesla-Fahrern immer noch eine Pause bereitet, bevor sie sich auf eine lange Autofahrt begeben. Aber das wird behoben, sagt Kammen, vor allem dank des Inflation Reduction Act 2022 (siehe Seitenleiste), der großzügige Steuergutschriften für Eigenheime und Unternehmen für den Kauf neuer und gebrauchter Elektrofahrzeuge sowie Schnellladestationen für Elektrofahrzeuge vorsieht. Ein zentrales Ziel der Biden-Regierung ist der Bau von 500.000 neuen Ladestationen für Elektrofahrzeuge, verteilt auf alle 50 Bundesstaaten sowie den District of Columbia und Puerto Rico. Um einen kleinen Überblick darüber zu erhalten, wie ehrgeizig diese Zahl ist, bedenken Sie: Derzeit gibt es weniger als 150.000 Tankstellen in den gesamten Vereinigten Staaten.

„Die Sorge um den Zugang zu Ladestationen ist real, das lässt sich nicht leugnen“, sagt Kammen. „Aber diese Gesetzgebung wird zusammen mit der Tatsache, dass die Ladezeiten jetzt sehr schnell sind, einen großen Unterschied machen. Das Einzige, was wir jedoch noch angehen müssen, ist die Komponente der sozialen Gerechtigkeit“, da nicht alle Postleitzahlen dies sehen werden gleiche Ressourcen. Ohne Richtlinien, die das Gegenteil gewährleisten, wird es in Santa Monica wahrscheinlich jede Menge Ladestationen geben; South Central Los Angeles eher nicht.

„Wir müssen wirklich sicherstellen, dass das nicht passiert“, sagt Kammen. „Erstens ist es falsch. Zweitens: Um einen wirklichen Unterschied zu machen, müssen sowohl die Energieerzeugung als auch der Transport auf breiter Ebene voranschreiten. Das lässt sich leichter vertreten, wenn alle davon profitieren.“

Neben dem Transport muss auch die städtische Infrastruktur auf nachhaltige, CO2-freie Energie umgestellt werden. Dazu muss saubere Energie mit ausreichender Speicherung kombiniert werden, um „Netzzuverlässigkeit“ zu gewährleisten – also Systeme, die dafür sorgen, dass der Saft zu jeder Jahreszeit fließt, auch wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht. Kurz gesagt, Sie brauchen wirklich sehr, sehr große Batterien.

Aber was für Batterien? Eine Möglichkeit seien die bereits etablierten Lithium-Ionen-Batterien, sagt Kammen. Aber die Eigenschaften, die sie ideal für Fahrzeuge machen – geringes Gewicht, schnelle Ladefähigkeit –, sind nicht so wichtig, wenn Sie versuchen, eine Stadt nachts zu beleuchten. Für den stationären Strombedarf können Batterien im industriellen Maßstab verwendet werden – schwer und platzsparend.

Ein weiteres Problem von Lithium ist seine Knappheit. Die Vereinigten Staaten kontrollieren derzeit weniger als 4 Prozent der weltweiten Reserven. Allein aus diesem Grund suchen Forscher nach Alternativen: Batterien, die günstigere und leichter verfügbare Elemente verwenden.

Einer der vielversprechendsten Ansätze sind laut mehreren Quellen Eisen-Luft-Batterien. Und einer der Technologieführer ist Form Energy, ein Unternehmen mit Hauptsitz in Massachusetts und Satellitenanlagen in Berkeley.

Zac Judkins '06 ist der Vizepräsident für Technik des Unternehmens. Er betont, dass Form davon besessen war, einen Weg zu finden, das Problem der mehrtägigen Speicherung anzugehen, und nicht von einer bestimmten Technologie begeistert war.

Judkins und Kollegen bewerteten eine breite Palette möglicher chemischer Substanzen, bevor sie sich für Eisen-Luft-Batterien entschieden, deren Funktion darin besteht, bei jedem Zyklus Tausende von Eisenpellets zu rosten und zu entrosten.

„Als wir 2017 starteten, sahen wir, dass die Welt schnell auf erneuerbare Energien – hauptsächlich Solar- und Windkraft – umstieg und sich immer ehrgeizigere Ziele für die Netzzuverlässigkeit und Dekarbonisierung setzte.“ Ohne eine effektive Lagerung stünde der Fortschritt jedoch vor einer Wand, sagt Judkins.

Bei der Analyse des Marktes kamen die Ingenieure von Form zu einem Ziel. Sie mussten eine Batterie bauen, die sich 100 Stunden lang kontinuierlich entladen kann, wobei die Gesamtkosten 20 US-Dollar pro Kilowattstunde betragen und die einen Hin- und Rückwirkungsgrad (die in einer Batterie gespeicherte Energiemenge, die später genutzt werden kann) von 50 Prozent aufweist.

Diese Parameter würden laut Judkins eine sehr hohe Akzeptanz erneuerbarer Energien ermöglichen, ohne dass die Netzzuverlässigkeit darunter leidet und die Kosten für die Verbraucher nur minimal steigen. „Das war der Maßstab, den wir erreichen mussten.“

Judkins und Kollegen bewerteten eine breite Palette möglicher chemischer Substanzen, bevor sie sich für Eisen-Luft-Batterien entschieden, deren Funktion darin besteht, bei jedem Zyklus Tausende von Eisenpellets zu rosten und zu entrosten. Judkins sagt: „Wir haben die Eisen-Luft-Batterie nicht erfunden. Sie wurde Ende der 60er und 70er Jahre von Westinghouse und der NASA entwickelt. Sie sind nicht gut für Autos – sie sind nicht leicht und das tun sie auch nicht.“ Es entlädt sich schnell. Aber es gibt auch Vorteile. Zum einen gibt es Eisen im Überfluss. Es ist billig. Über Versorgungsengpässe müssen wir uns keine Sorgen machen.“

Was man mit Eisen außerdem erreicht, sind laut Judkins niedrige Kosten und eine hohe Energiedichte – also die Menge an Saft, die man in die Batterie füllen kann. Der Kompromiss besteht in einer geringeren Leistungsdichte – wie schnell Sie die Energie im Verhältnis zum Volumen entnehmen können.

„Die Leistungsdichte ist ungefähr zehnmal geringer als bei Lithium-Ionen-Akkus, aber für unsere Bedürfnisse ist es in Ordnung“, sagt Judkins. „Das ist Speicher für große, netzgebundene Projekte.“ Nehmen Sie das Beispiel einer großen Photovoltaikanlage wie in der kalifornischen Carrizo Plain. Eine dortige Anlage hat eine Leistung von 250 Megawatt, genug für etwa 100.000 Haushalte, allerdings nur, wenn die Sonne scheint. Nachts, bei Sturm, gibt es keinen Strom. Aber, sagt Judkins, mit der Hinzufügung einer Form-Anlage mit einer Grundfläche von etwa 100 Acres könnte man genug Energie speichern, um den Stromfluss vier Tage lang aufrechtzuerhalten.

Das Unternehmen stellt derzeit vom Proof-of-Concept auf die vollständige Produktion um. Ironischerweise werden die ersten kommerziellen rostigen/unrostigen Batteriesysteme wahrscheinlich aus dem Rust Belt kommen. „Wir bauen in West Virginia auf einem 55 Hektar großen Gelände – einem ehemaligen Stahlwerk – eine Fabrik mit einer Produktionsfläche von rund 800.000 Quadratmetern und bei Vollbetrieb 750 Mitarbeiter.“ Grüne Arbeitsplätze. Sobald die Anlage vollständig in Betrieb ist, wird sie laut Judkins jedes Jahr 50 Gigawattstunden Speicherkapazität produzieren.

Allein in Afrika südlich der Sahara leben 600 Millionen Menschen ohne Strom. Um sie mit kohlenstofffreiem Strom zu versorgen, sind Mikronetze erforderlich.

Große, zentralisierte Versorgungsnetze stehen natürlich im Mittelpunkt der Dekarbonisierung entwickelter Länder – aber sie gelten nicht wirklich für Teile der Welt, in denen der Zugang zu Elektrizität immer noch selten ist. Allein in Afrika südlich der Sahara leben 600 Millionen Menschen ohne Strom, was nicht bedeutet, dass sie ihn nicht wollen. Um diese Gemeinden mit kohlenstofffreiem Strom zu versorgen, sind Mikronetze erforderlich: kleine Systeme, die Nachbarschaften, Weiler oder sogar mehrere Dörfer versorgen. Doch obwohl das Microgrid-Konzept schon seit Jahren im Umlauf ist, war seine vollständige Verwirklichung noch nicht absehbar – bis vor Kurzem.

„Was wir sehen, ist eine Verflechtung grundlegender Technologien“, sagt Duncan Callaway, außerordentlicher Professor für Energie und Ressourcen in Berkeley und Fakultätswissenschaftler am Lawrence Berkeley National Laboratory.

Zunächst verweist er auf billige Solarenergie. „Angesichts des starken Preisverfalls bei Panels handelt es sich um eine wirklich erschwingliche Ressource, die sich ideal für Länder mittlerer Breiten eignet“, in denen es weniger Saisonalität gibt. „Im Allgemeinen lässt sich der Strombedarf in diesen Breiten besser mit Solarenergie decken als in Ländern [näher an beiden Polen], wo es einfach weniger Sonnenlicht gibt.“

Ein weiterer Treiber sind günstigere und bessere Speichermöglichkeiten, sagt Callaway. Im Mikronetzmaßstab eignen sich Lithium-Ionen-Batterien gut. Und auch diese sind erschwinglicher geworden. „Das explosionsartige Wachstum bei Elektrofahrzeugen hat die Dinge wirklich vorangetrieben“, sagt Callaway. „Vor zehn Jahren kostete eine Kilowattstunde Speicher 1.000 US-Dollar. Heute kostet es weniger als 100 US-Dollar.“

Schließlich seien, so Callaway, „Smart-Grid“-Technologien entwickelt worden, die Mikronetze, die einst notorisch störrisch waren, hocheffizient machten.

„Wir verfügen jetzt über ‚Big Bucket‘-Steuerungssysteme, die eine reibungslose Koordination von Energieproduktion, -speicherung und -nachfrage ermöglichen“, sagt Callaway. „Das macht diese kleinen Netze sowohl kostengünstig als auch wirklich zuverlässig. Ziel ist es, Systeme zu schaffen, die wirklich modular sind, sodass man verschiedene Komponenten in größere Systeme integrieren kann. Das wird eine einfache Anpassung und Skalierung ermöglichen.“

In den Vereinigten Staaten sind bereits mehr als 150 Mikronetze im Einsatz, die alles von einzelnen Gebäuden in Großstädten bis hin zu kleinen, abgelegenen Dörfern in Alaska mit Strom versorgen.

Was die breite Akzeptanz angeht, rechnet Callaway nicht mit großen technischen Schwierigkeiten. Es sind soziale und politische Hürden, die überwunden werden müssen. „Das Tolle an Mikronetzen ist, dass sie in abgelegenen, unterversorgten Gebieten gut funktionieren und lokal verwaltet werden können. Aber in weniger entwickelten Ländern gibt es oft korrupte Regierungen, die von jedem Projekt abgeschnitten werden wollen. Und wenn das der Fall ist, müssen Sie …“ „d haben eine inhärente Tendenz zu zentralisierten Netzen mit Basiskraftwerken.“

Es ist eine Herausforderung, die es zu meistern gilt, sagt Callaway. „Irgendwie muss die Small-Grid-Technologie auf Augenhöhe mit dem alten System, dem großen, zentralisierten Grid, gebracht werden – sonst ist es unwahrscheinlich, dass sie es schafft, selbst wenn sie eindeutig die bessere Wahl ist.“

Egal ob Mikronetz oder Makronetz, wir brauchen eine Menge sauberer, nachhaltiger Energie, die durch die Leitungen fließt, wenn wir gleichzeitig eine fortschrittliche Zivilisation aufrechterhalten und den Planeten kühlen wollen. Kammen ist überzeugt, dass es größtenteils aus der Fusion kommen wird. Aber damit meint er Fusion in all ihren Formen, einschließlich, wie bereits erwähnt, der Sonne: dieser riesige Reaktor am Himmel, der kontinuierlich Wasserstoff zu schwereren Elementen verschmilzt und dabei jede Sekunde 3,8 x 10²6 Joule Energie freisetzt.

Aber es gibt auch dieses Irrlicht, das Zukunftsforscher und Physiker seit Jahrzehnten fasziniert: terrestrische Fusionsreaktoren. Diese würden Wasserstoff – das häufigste Element im Universum – als Ausgangsmaterial nutzen, um Gigawattstunden billiger Energie zu erzeugen, wobei als primäres Nebenprodukt harmloses, inertes Helium entsteht. (Es würde auch radioaktives Tritium entstehen, aber es hat eine kurze Halbwertszeit und wird vom Reaktor in einem geschlossenen Kreislauf verbraucht.) Die Fusionstechnologie bleibt der Heilige Gral der sauberen, umweltfreundlichen Energieerzeugung, aber sie ist auch der Knackpunkt von scherzhaften Kommentaren. Am häufigsten heißt es, dass es vielversprechend aussieht, es aber noch 20 Jahre dauern wird. Und es ist seit 60 Jahren 20 Jahre entfernt.

Aber nach einem Durchbruch am 5. Dezember 2022 in der National Ignition Facility (NIF) des Lawrence Livermore National Laboratory scheint es nun sehr wahrscheinlich, dass in, äh, nun ja, 20 Jahren tatsächlich ein kommerzieller Fusionsreaktor verfügbar sein könnte. Vielleicht früher.

Bei den meisten bisherigen Fusionsbemühungen handelt es sich um Tokamak-Reaktoren – toroidale Vakuumkammern, die Wasserstoffatome über Magnetspulen zusammenhalten und sie Hitze und Druck aussetzen, bis sie zu Plasma werden, einem überhitzten (z. B. 150 Millionen Grad Celsius) Gas, das die Fusion des Wasserstoffs ermöglicht. Dadurch wird Energie freigesetzt, die als Wärme an die Kammerwände übertragen wird, wo sie genutzt wird, um Dampf zu erzeugen, der Turbinen zur Stromerzeugung antreibt.

Zum ersten Mal auf diesem Planeten kam es – anders als bei einer thermonuklearen Explosion – zu einer Fusionsreaktion, die mehr Energie produzierte, als zur Auslösung des Prozesses erforderlich war.

Tokamaks waren in der Lage, Wasserstoff für kurze Zeit zum Schmelzen zu bringen – tatsächlich waren die Fortschritte seit dem Bau der ersten Maschine vor 60 Jahren stetig, wenn auch mühsam. Bisher ist es ihnen jedoch nicht gelungen, eine „Zündung“ zu erreichen – den Punkt, an dem eine nachhaltige Fusion stattfindet und das Gerät mehr Energie produziert, als es verbraucht.

NIF verfolgte einen anderen Ansatz. Dort stellten die Forscher ein winziges Pellet aus gefrorenem Deuterium und Tritium (beides Wasserstoffisotope) her. Anschließend platzierten sie das Pellet in einer kleinen Goldkapsel, einem sogenannten Hohlraum, der sich wiederum auf einem Arm in einer Kammer voller 192 Laser befand. Anschließend feuerten die Wissenschaftler die Laser gleichzeitig auf den Hohlraum, wodurch sich die innere Kapsel zusammendrückte. Das Ergebnis: Die auf die Deuterium/Tritium-Mischung ausgeübten Temperaturen und Drücke waren extrem genug, um eine Entzündung auszulösen. Zum ersten Mal auf diesem Planeten kam es – anders als bei einer thermonuklearen Explosion – zu einer Fusionsreaktion, die mehr Energie produzierte, als zur Auslösung des Prozesses erforderlich war.

Zwar war der nachhaltige Ertrag bescheiden. Die Reaktion dauerte weniger als eine Milliardstel Sekunde und setzte 3,15 Megajoule Energie oder etwas weniger als eine Kilowattstunde frei. Mit anderen Worten: Nicht sehr viel; Der durchschnittliche amerikanische Haushalt verbraucht jeden Monat etwa das 900-fache davon. Dennoch waren es 50 Prozent mehr Energie, als durch die Laserstöße verbraucht wurde. Fortschritt! Aber es gibt noch einen weiteren Haken: Während die eigentlichen Laserstrahlen nur etwa zwei Megajoule Energie darstellten, waren etwa 300 Megajoule erforderlich, um die Mechanismen, die die Strahlen abfeuerten, einzuschalten und zu betreiben.

Es gibt also noch viel zu tun, bevor wir unsere gefrorenen Burritos mit Fusionskraft in die Mikrowelle geben. Dennoch ist sich Kammen, der immer Optimist ist, ziemlich sicher, dass wir das bald tun werden.

„Angesichts der Trends glaube ich, dass ich ziemlich sicher vorhersagen kann, dass wir bis 2070 etwa 70 Prozent unseres Stroms aus der Fusion beziehen werden“, sagt Kammen. „Die Hälfte davon wird von der Sonne und die andere Hälfte von Fusionskraftwerken stammen.“

Und auch wenn der Ansatz von NIF mit lasergestrahlten Pellets auf künftigen Erfolg hindeutet, schließen Sie Tokamaks nicht aus. Kammen sagt, er erwarte „sehr bald einige spannende Ankündigungen zu Tokamak-Reaktoren“. Du hast es hier zuerst gehört.

Auch die Solarfusion wird mehrere Wege zu einer umfassenderen Umsetzung verfolgen.

„Es sind nicht nur Dachpaneele in Städten und Solarparks in der Landschaft“, sagt er. „Es wird auch Meeressolaranlagen geben – große Solaranlagen draußen im Ozean.“

Auch: Orbitalsolar. Laut Kammen laufen derzeit Live-Versuche am Caltech und im Jet Propulsion Laboratory, um große, autonom zusammengebaute Solaranlagen (dh es sind keine lebenden Astronauten erforderlich) im Weltraum zu errichten. Die Energie würde als Mikrowellen zu terrestrischen Kollektoren abgestrahlt und dort in Elektrizität umgewandelt werden. Das könnte das Gespenst eines Todesstrahls mit loser Kanone heraufbeschwören, der Städte aus dem Orbit verbrennt, wenn etwas schief geht – aber kein Grund zur Sorge, sagt Kammen. „Die Watt-pro-Quadratmeter-Dosis ist ziemlich niedrig, sodass keine Gefahr besteht, dass jemand frittiert wird, wenn er davon getroffen wird.“

Er glaubt auch, dass die Fusionstechnologie, die derzeit für terrestrische Reaktoren entwickelt wird, Anwendungsmöglichkeiten für die Raumfahrt haben wird. „Es gibt einen doppelten Blickwinkel auf die Fusion, der die Technologie wirklich katapultiert“, sagt Kammen. „Im Guten wie im Schlechten ist es unerlässlich, dass wir das Sonnensystem kolonisieren, damit unser Schicksal als Spezies nicht vollständig an einen Planeten gebunden ist. Der Fusionsantrieb wird ein hervorragendes Mittel sein, um uns zum Mond, zum Mars und darüber hinaus zu bringen, und die Fusion …“ Solar, Reaktor oder beides – wird auch als Grundlaststromquelle dienen, wenn wir dort ankommen.“

Durch die Spaltung wird auf kleinem Raum viel Energie erzeugt. Diablo Canyon, Kaliforniens einziges Kernkraftwerk, produziert fast 10 Prozent des gesamten Stromverbrauchs im Bundesstaat, und das auf einer Fläche von 600 Hektar.

Bei all dem Wirbel um die Kernfusion scheint die andere „nukleare“ Energiequelle, die Spaltung, in den Hintergrund geraten zu sein. Das ist illusorisch. Die Kernspaltung ist sozusagen immer noch ziemlich heiß, und immer mehr ehemalige Feinde in der Umweltgemeinschaft befürworten sie jetzt – oder unterstützen sie zumindest stillschweigend. Die Gründe liegen auf der Hand. Erstens kann durch Kernspaltung auf kleinem Raum eine große Energiemenge erzeugt werden. Diablo Canyon, Kaliforniens einzige kommerzielle Kernspaltungsanlage, produziert fast 10 Prozent des im Staat verbrauchten Stroms und das auf einer Fläche von 600 Acres. Und aus Sicht des Klimawandels sind Atomwaffen einzigartig: Sie stoßen kein CO² aus.

Natürlich machen sich die Menschen weiterhin Sorgen über andere Arten von Emissionen, wie etwa die starke Radioaktivität langlebiger Abfallisotope. Und Kraftwerke älterer Generationen – also die meisten der heute in Betrieb befindlichen – sind in unterschiedlichem Ausmaß anfällig für Kernschäden, mit katastrophalen Folgen à la Tschernobyl und Fukushima.

Diese Bedenken sind tief verwurzelt, insbesondere in den Vereinigten Staaten, wo Umweltprobleme, regulatorische Bürokratie und einfache Kosten häufig dazu führen, dass große Infrastrukturprojekte in der Vorschlagsphase zunichte gemacht werden.

„Wir sind bei Megaprojekten in diesem Land ziemlich schlecht“, sagt Rachel Slaybaugh, früher außerordentliche Professorin für Nukleartechnik in Berkeley und jetzt Partnerin bei der Risikokapitalgesellschaft DCVC. „Zum einen ist es für sie unglaublich leicht, das Budget zu überschreiten. Schauen Sie sich nur die neue Bay Bridge an, deren Bauzeit dreimal so hoch war wie die ursprünglichen Schätzungen.“

Dieses Problem verschärft sich für Kernkraftwerke aufgrund der erhöhten Sicherheitsbedenken und der damit verbundenen Vorschriften und Rechtsstreitigkeiten. Laut Slaybaugh gab es jedoch auch eine Kehrseite der Hindernisse für die traditionelle Kernenergie: Aus der Not heraus seien effizientere – und vielleicht gesellschaftlich akzeptablere – Technologien entwickelt worden.

Die neueren Reaktoren sind kleiner – einige sogar viel kleiner – als die Giganten von früher, und Pilotprojekte sind im Gange.

„Viele dieser Entwürfe gingen auf grundlegende Konzepte zurück, die in den 1950er oder 1960er Jahren entwickelt wurden, aber ihre Verfeinerung und kommerzielle Nutzung wird zu einem großen Teil durch unsere Unfähigkeit, große Projekte zu bauen, vorangetrieben“, sagt Slaybaugh.

Slaybaugh stellt fest, dass unterschiedliche Reaktoren für unterschiedliche Situationen konzipiert wurden und unterschiedliche Brennstoffe, Kühlmittel und Konfigurationen verwenden. Einige „Brut“-Reaktoren könnten sogar ihre eigenen Nebenprodukte verbrennen und so den radioaktiven Abfall erheblich reduzieren.

„Was ist die Priorität?“ fragt Slaybaugh rhetorisch. „Ökonomie? Bereitstellung von Hochtemperaturwärme oder Ausgleich erneuerbarer Energien im Netz? Minimierung von Atommüll? Eine Kombination verschiedener Ziele? Diese neuen Designs können standardisiert oder individuell angepasst und an den Standort und die Anforderungen angepasst werden und erfordern alle einen erheblichen technischen Aufwand, um die Sicherheit zu gewährleisten.“ ."

Einige der Reaktoren werden groß genug sein, um eine oder mehrere Städte mit Strom zu versorgen. „Und andere werden winzig sein“, sagt Slaybaugh. „Diese eignen sich perfekt für abgelegene Militärstützpunkte oder Forschungseinrichtungen, beispielsweise in der Antarktis oder in der Arktis. Mit einem dieser sehr kleinen Reaktoren würden Sie mehrere große Probleme beseitigen. Denken Sie nicht an die logistischen Schwierigkeiten, die mit der Beförderung von Dieselkraftstoff zu einer arktischen Basis verbunden sind.“ ganz zu schweigen von der starken Umweltverschmutzung und natürlich dem CO²-Ausstoß.“

Die Spaltungstechnologie habe auch einige tiefgreifende Vorteile gegenüber erneuerbaren Energien, sagt sie. „Es gibt echte Grenzen dafür, wie viele Solarparks und Windkraftanlagen wir bauen sollten oder können“, stellt sie fest. „Für ihre Produktion werden viele Materialien benötigt, und es ist viel Bergbau nötig, um an die nötigen Elemente zu kommen. Und diese Anlagen neigen dazu, eine sehr große Grundfläche zu haben. Ich mache mir tatsächlich Sorgen, dass wir einen starken Solarstrom erleben werden.“ Windgegenreaktion, da die Menschen wirklich beginnen, alle Auswirkungen zu verstehen.

Jede Energiequelle habe Stärken und Schwächen, fährt Slaybaugh fort, „und wir müssen differenzierte Gespräche darüber führen, was sie sind und wo sie am besten eingesetzt werden können. Letztendlich bin ich der Ansicht, dass die Kernspaltung ein notwendiges Werkzeug ist, das wir gemeinsam mit anderen nutzen müssen.“ Es gibt keine verfügbaren Tools, um die Arbeit so gut und schnell wie möglich zu erledigen. Keine einzelne Lösung wird für alle Szenarien funktionieren.“

An diesem Punkt wissen wir, was wir tun müssen, um die Dinge zu ändern. Noch besser: Wir verfügen über die Technologien und Techniken dafür. Aber wir müssen sie einsetzen.

Laut Wissenschaftlern ist die Reduzierung der CO2-Emissionen nicht die vollständige Lösung für die globale Erwärmung. Um das Problem wirklich in den Griff zu bekommen, müssen wir außerdem vorhandenes CO² aus der Atmosphäre entfernen und es dauerhaft im Boden binden. Eine Option, Direct Air Capture (DAC), ist die Grundlage für eine kleine, aber wachsende Industrie: Derzeit sind etwa 20 DAC-Pilotanlagen in Betrieb, die insgesamt jährlich etwa 0,01 Megatonnen atmosphärisches CO² auffangen und binden. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur könnte diese Speicherung bis 2030 auf 60 Megatonnen pro Jahr anwachsen, vorausgesetzt, dass große Demonstrationsanlagen zügig voranschreiten, aktuelle Techniken verfeinert werden und die Kosten mit der Skalierung der Technologie sinken.

Aber das sind viele Annahmen mit minimalem Nutzen. Zugegeben, eine Masse von 60 Megatonnen ist beeindruckend. Aber aus Sicht des Klimawandels sind 60 Mio. t vernachlässigbar, wenn man bedenkt, dass die energiebedingten Kohlenstoffemissionen im Jahr 2022 mit über 36,8 Milliarden Tonnen ein Allzeithoch erreichen. Viele Forscher glauben, dass es bessere Optionen gibt und wir nichts tun müssen sie weiterzuentwickeln, weil sie bereits existieren. Sie weisen auf natürliche Kohlenstoffsenken hin: Wälder, Feuchtgebiete, Grasland und vor allem die Ozeane. Diese natürlichen Systeme sind Teil des Kohlenstoffkreislaufs der Erde, der jährlich etwa 100 Gigatonnen Kohlenstoff aufnimmt und wieder abgibt. Ein planetarischer Mechanismus dieser Größenordnung scheint mehr als ausreichend zu sein, um Kohlenstoffemissionen zu bewältigen, und das wäre er auch, wenn atmosphärisches CO² nur aus natürlichen Emissionspunkten wie Vulkanen und hydrothermalen Quellen stammen würde. Wie der MIT-Professor für Geophysik Daniel Rothman kürzlich feststellte, tragen natürliche Quellen zehnmal mehr Kohlenstoff zur Atmosphäre bei als menschliche Aktivitäten, aber es ist der anthropogene Kohlenstoff, der den Kreislauf auf die Spitze treibt. Der Planet kann den zusätzlichen atmosphärischen Kohlenstoff nicht schnell genug wieder in einen stabilen erdgebundenen Zustand verarbeiten.

Dieses Defizit wird durch die Tatsache verschärft, dass wir unsere Kohlenstoffsenken verschlechtern, während wir mehr CO² in den Himmel pumpen.

„Die ökologischen Leistungen, die Kohlenstoffsenken erbringen, sind wirklich unbezahlbar“, sagt John Harte, Professor der Graduate School der Energy and Resources Group in Berkeley. Harte, der bahnbrechende Arbeiten zum „Rückkopplungseffekt“ durchgeführt hat, den ein sich erwärmendes Klima auf natürliche Kohlenstoffkreisläufe in hochgelegenen Wiesen ausübt, stellt fest, dass Kohlenstoffsenken vor 35 Jahren kaum verstanden wurden.

„Aber wir wissen jetzt, dass sie jährlich 18 Milliarden Tonnen CO² absorbieren. Realistisch gesehen sollten wir einen größeren Teil des Geldes, das wir für die Entwicklung der Technologie zur Kohlenstoffbindung aufwenden, in die Verbesserung natürlicher Kohlenstoffsenken stecken. Zumindest müssen wir das tun.“ Stoppen Sie ihren Verfall.“

Hartes Arbeit in den Colorado Rockies umfasste die künstliche Erwärmung von Grundstücken und die Verfolgung von Veränderungen in Vegetationstypen und Kohlenstoffbindungsraten. Auf Parzellen, die nicht beheizt waren und in denen sich der Klimawandel in Echtzeit veränderte, stellte er fest, dass Wildblumen dominierten und während der kurzen alpinen Vegetationsperiode große Mengen Kohlenstoff in den Boden transportierten; Als die Pflanzen jeden Herbst abstarben, sank die Kohlenstoffspeicherrate dramatisch. Da Harte jedoch über einen Zeitraum von Jahren bestimmte Parzellen erwärmte, ersetzten verholzende Sträucher die blühenden einjährigen Pflanzen früher als auf unbeheizten Flächen. Diese langsamer wachsenden Pflanzen binden Kohlenstoff viel langsamer als die Wildblumen.

„Das ‚Geld‘, der Kohlenstoff, auf dem Bankkonto schrumpft“, sagt Harte. Aber nach etwa 100 Jahren beginnt man, Dividenden zu sehen. „Der Kohlenstoff, der von Gehölzen in den Boden gelangt, wird länger gespeichert, sodass am Ende immer noch Kohlenstoff im Boden vorhanden ist.“

Die gute Nachricht: Dies deutet darauf hin, dass natürliche Senken für eine optimale Lagerung genutzt werden könnten. Wenn die Emissionen jedoch hoch bleiben, belasten sie die Speicherkapazität der Senken und überfordern sie letztendlich, wodurch ihr Wert zunichte gemacht wird.

„Wenn der Klimawandel anhält und wir die Emissionen nicht reduzieren“, sagt Harte, „wird es keine Möglichkeit geben, die Auswirkungen abzufedern.“

Und genau das ist der Kern des ganzen Problems. An diesem Punkt der Klimakrise wissen wir, was wir tun müssen, um die Dinge zu ändern. Noch besser: Wir verfügen über die Technologien und Techniken dafür. Aber wir müssen sie einsetzen. Das bedeutet alles: Solarenergie in all ihren Formen, von Dachpaneelen bis hin zu orbitalen Mikrowellenanlagen; Windkraftanlagen, sowohl an Land als auch auf See; Fusionsreaktoren; Spaltreaktoren; Mikronetze; massiv verteilte Speichersysteme. Und wir müssen die natürlichen Systeme, die Kohlenstoff speichern, verbessern und nicht verschlechtern. Wir müssen viel mehr Bäume pflanzen und bewirtschaftete Wälder nachhaltiger bewirtschaften und dabei die Kohlenstoffspeicherung als ein Produkt berechnen, das mindestens einem Brettfuß Holz entspricht. Und wir müssen die größte Kohlenstoffsenke von allen schützen: den Ozean.

„Der Trend zum Meeresbodenabbau macht mir große Sorgen“, sagt Kammen. „Es ist von allen neuen Grenzen das am wenigsten regulierte, einige sehr große Unternehmen drängen darauf, und es wäre absolut verheerend. Wenn wir solche Aktivitäten nicht stoppen und wenn wir nicht alle verfügbaren nachhaltigen Energieoptionen nutzen.“ verfügbar sind, riskieren wir die Ausrottung.“

Das ist vielleicht kein sehr optimistischer Schlussbemerkung, aber Optimismus bringt uns doch nur bedingt weit, nicht wahr? Was wir jetzt brauchen, sind Mut und Entschlossenheit.