Kommentar Vier zentrale Trends für die Dekarbonisierung durch Technologie

Autor / Redakteur: Jean-Luc Baraffe* / Sebastian Human

Industrie und Wirtschaft sind mächtige Hebel bei der Bekämpfung des Klimawandels. Denn technologischer Fortschritt und Umweltschutz schließen sich keineswegs aus. Vier vielversprechende Ansätze.

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Soll die Klimawende gelingen, braucht es neben sinnvollen Technologien auch die Bereitschaft, diese einzusetzen.
Soll die Klimawende gelingen, braucht es neben sinnvollen Technologien auch die Bereitschaft, diese einzusetzen.
(Bild: gemeinfrei / Unsplash)

Vor dem Hintergrund der sich verschärfenden Klimakrise setzt auch in der Industrie langsam, aber sicher ein Umdenken ein. Es hat eine umfassende ökologische und energetische Transformation begonnen, um den ökologischen Fußabdruck des Industriesektors zu verringern. Im Folgenden werden vier wichtige Trends identifiziert, die die industrielle Entwicklung in den nächsten Monaten prägen werden.

Trend 1: Umstellung auf umweltfreundlicheren Energiemix

Weltweit ist die Stromerzeugung für fast 27 Prozent der Treibhausgasemissionen verantwortlich. Diese erhebliche Auswirkung lässt sich insbesondere durch den massiven Einsatz von Kohle, Gas und Öl zur Energieversorgung von Kraftwerken erklären. Angesichts dieser Tatsache hat sich eine große Mehrheit der Energiekonzerne in letzter Zeit zu einer Ökologisierung ihrer Aktivitäten verpflichtet.

In erster Linie geht es darum, die Energieversorgungsquellen zu diversifizieren, indem sowohl erneuerbaren Energiequellen wie Wind oder Sonne als auch weniger emittierenden Formen der Stromerzeugung eine größere Beachtung zuteilwird. Auch die Produktion von kohlenstoffarmem Wasserstoff erfreut sich in den letzten Jahren zunehmender Beliebtheit. So arbeiten einige unserer Ingenieure beispielsweise schon seit einigen Jahren an der Entwicklung kostengünstiger Methoden, mit denen sich grüner Wasserstoff erzeugen lässt – zum Beispiel durch Pyrolyse von Biomasse.

Auf Herstellerseite besteht zudem ein großes Interesse an Innovationen im Bereich der Energiespeicherung – denn dies ermöglicht die Nutzung erneuerbarer Energien direkt an den Produktionsstandorten. Trotz dieser bereits spürbaren Mobilisierung scheint die Ökologisierung der Energieerzeugung eine langwierige Herausforderung zu sein – in einigen Ländern werden zum Betrieb von Energieanlagen immer noch große Mengen Kohle eingesetzt. In diesem Zusammenhang kommen die guten Nachrichten von nationalen und internationalen Institutionen.

Zahlreiche europäische Förderprogramme als auch nationale Initiativen in den einzelnen Ländern lenken Subventionen zurzeit gezielt in Projekte, die zur Energiewende beitragen. Schon 2019 hat die Bundesregierung in Deutschland rund 1,15 Milliarden Euro für die Forschung, Entwicklung und Demonstration moderner Energietechnologien aufgewendet. Für 2021 stellt allein das deutsche Bundesministerium für Wirtschaft und Energie rund 594 Millionen Euro zur Förderung der Energieforschung bereit sowie zusätzliche 100 Millionen Euro für Reallabore der Energiewende und 390 Millionen Euro für internationale Kooperationen im Bereich Wasserstoff.

Trend 2: „Ökodesign“ – Entwicklung umweltfreundlicherer Endprodukte

Infolge des immer sichtbarer werdenden Klimanotstands müssen Ingenieure heute auch ihre Konstruktionsmethoden überprüfen. Das Ziel sind Produkte und Prozesse, die sich über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg mit einem reduzierten CO2-Fußabdruck entwickeln lassen.

Ein solches Ökodesign beginnt im ersten Schritt mit einem sparsameren Umgang mit den Materialien. Ein gutes Beispiel ist hier die Automobilindustrie: Die zunehmende Verwendung von Materialien mit einem geringeren CO2-Fußabdruck, die Verwendung von Kunststoffen aus Recyclingquellen oder auch der Ersatz von Kohlefasern durch Basaltfasern aus vulkanischem Magma-Gestein können den Ressourcenverbrauch eines neuen Fahrzeugs deutlich verringern. Einige Studien von Segula Technologies deuten darauf hin, dass es in Zukunft sogar möglich sein wird, Verbrennungsrückstände („Schlacke“) zu integrieren. Dies könnte den Bedarf an neuem Rohmaterial, das etwa für die Herstellung des in der Bauindustrie vielfach eingesetzten Zements gebraucht wird, reduzieren – und mit ihm große Mengen an Treibhausgasen.

Der zweite Schritt und damit die zweite große Herausforderung für die Industrie in Bezug auf ein umweltfreundliches Ökodesign wird die Entwicklung von Produkten sein, deren künftiger Einsatz unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringert. Auch hier sind vor allem der mobile Sektor und die Transportwelt betroffen: wasserstoffbetriebene Flugzeuge, Elektrobusse bergen hier viel Potenzial. Aber auch Fahrzeuge, die leichter werden und so den Energiebedarf für ihren Antrieb abermals senken können, sind eine Option. Das Haupthindernis für einen solchen innovativen Ökodesign-Ansatz stellt aktuell immer noch der Preis dar – denn solche umweltfreundlichen Produkte sind momentan in der Herstellung und damit auch im Verkauf teurer.

Trend 3: Verpflichtung zur Kreislaufwirtschaft

Produzieren, verkaufen, wegwerfen, ersetzen – dies ist das uralte Muster der industriellen Produktion. Allerdings ist dieses Wirtschaftsmodell, das viele Treibhausgase ausstößt, mit der sich rasant verschärfenden Klimasituation nicht mehr vereinbar. Industrieunternehmen müssen daher ihre Prozesse ändern und sich auf eine Kreislaufwirtschaft einstellen, in der die Abfälle von heute die Ressourcen von morgen sind.

Dies ist insbesondere im Mobilitätssektor der Fall, wo viele Akteure aktuell an der Nachrüstung von Fahrzeugen arbeiten. Das Prinzip: Statt das alte Modell gegen ein neues auszutauschen, bietet der Hersteller ein regelmäßiges Update des Fahrzeugs an, ähnlich wie bei einem generalüberholten Smartphone. So könnte man zum Beispiel den alten Dieselmotor durch einen Wasserstoffmotor ersetzen oder Ersatzmodule für schneller verschleißende Ausstattungskomponenten (wie die Polsterung oder Armaturenbretter) anbieten. Damit würde die Umweltbelastung durch neue Fahrzeuge massiv eingeschränkt.

Zweifelsohne würde ein solcher Ansatz, konsequent zu Ende geführt, sowohl die Berufsbilder als auch die gesamte Branchenstruktur grundlegend umwälzen. Fahrzeugbauingenieure müssten Automobile entwerfen, die nicht mehr nur ein paar hunderttausend Kilometer durchhalten, sondern mehr als eine Million Kilometer fahren können. Hersteller müssten ihr kommerzielles Angebot neu überdenken, um ihren Kunden eine schnelle und effiziente Wartung zu garantieren. Vorausschauende Wartung und künstliche Intelligenz würden in alle Systeme (Produkte und Fabriken) einziehen, um schon vor einem kostspieligen Ausfall rechtzeitig zu intervenieren.

Trend 4: Die Vision der Smart Factory

„Die Messung schreitet voran!“ – dies ist nicht nur ein altes Sprichwort aus der Lean Production. Denn neben der Umgestaltung ihres Energiemixes oder der nachhaltigeren Entwicklung ihrer Produkte, müssen die großen Industriekonzerne vor allem auch ihre Produktionsmethoden überprüfen, wenn sie ihre hoch gesteckten Umweltziele erreichen wollen. Smartere, digitalere und damit effizientere Fabriken bilden die Grundlage des Industrie 4.0-Konzepts, das sich in den letzten Jahren mehr und mehr durchsetzt.

Dieser Wandel vollzieht sich in der Praxis durch die Integration neuer technologischer Lösungen an den Produktionsstandorten: Überwachung von Produktionslinien, Augmented Reality, 3D-Druck, 3D-Scanning, vorausschauende Wartung, künstliche Intelligenz und weitere. Diese inzwischen einsatzfähigen Technologien tragen nicht nur dazu bei, den Energieverbrauch der Fabrik zu optimieren. Auch verbessern sie die Effizienz von Fertigungsprozessen im Hinblick auf eine geringere Maschinenabnutzung, weniger Maschinenausfälle, ein reduziertes Abfallaufkommen oder weniger Schadstoffemissionen.

Es ist eine Tatsache: neue Energien sind sauberer, aber sie werden auch teurer sein. Hersteller und auch Verbraucher werden akzeptieren müssen, in Zukunft für ihren Strom mehr zu bezahlen, um die Umwelt zu retten und der Klimakatastrophe etwas entgegenzusetzen. Aber es ist und bleibt eine Entscheidung für eine lebenswerte Zukunft.

Zusatzinformation

Projektbeispiele von Segula Technologies, die diese Trends bereits umsetzen:

  • Bei Remora handelt es sich um eine Technologie zur umfangreichen Speicherung intermittierender erneuerbarer Energien mit Hilfe von Druckluft auf See. Ein erster Meilenstein und der Beweis für die technische Machbarkeit wurde durch die erfolgreiche Inbetriebnahme des landgestützten Prototyps Odysea erreicht. Als Gemeinschaftsprojekt sind hieran eine Vielzahl von Akteuren aus dem Forschungs- und Innovations-Umfeld in der Region Nantes (Frankreich) beteiligt.
  • Das Projekt Resilience zielt darauf ab, die Automobilindustrie weiter zu modernisieren und den CO2-Fußabdruck von Fahrzeugen durch die Verwendung recycelbarer Verbundwerkstoffe mit thermoplastischen Matrizen, angepasst an die Produktionsraten, zu reduzieren.
  • Das Hybrid-Elektro-/Biogas-Projekt Green Deliriver will die Vorbereitung, den Transport und die Lagerung von Gütern auf Flüssen und den anschließenden Weitertransport per elektrischer Förderung in die Stadtzentren realisieren. Dies soll in Zukunft die Anzahl von LKWs im urbanen Raum verringern und eine saubere urbane Logistik fördern, die die Wasserwege nutzt.

* Jean-Luc Baraffe arbeitet als Director of Research & Innovation bei Segula Technologies.

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