Einordnung und Erstveröffentlichung

Aufbauend auf der vorangegangenen Prämisse werden einige dort zugrunde gelegte Gedanken über Energie und ihre Zusammenhänge und Einbettung in einen größeren Kontext hier weiter vertieft.

Der folgende Text war meiner Masterarbeit „SmArgent: System für die Kooperation von Smart Home und Smart Grid bei elektrischen Lasten im Haushalt – Nachrüstbare Waschmaschinen-Steuerung für openHAB als Beispiel für die Koordination von Haushalten und Stromnetz“ im Studiengang Angewandte Informatik – Systems Engineering am Institut für Informatik und Wirtschaftsinformatik der Universität Duisburg-Essen im Herbst 2017 vorangestellt.

Persönliche Einführung

Energie ist das beherrschende Thema des beginnenden 21. Jahrhunderts, Energie war schon immer prägend für das Zusammenleben von Menschen, für die Entwicklung von Gesellschaften, den Fortschritt, aber auch für Konflikte und Kriege. Energie ist das Hauptmittel zur Deckung vieler Bedürfnisse des Menschen:

Noch etwas weitergehend kann man die Versorgung durch Sonnenenergie sogar als Ursache dafür begreifen, dass überhaupt Leben auf der Erde entstehen konnte. Viele andere Formen der Energie, Wind, fließendes Wasser, Holz/Kohle/Öl/Gas, sind im Prinzip umgewandelte Sonnenenergie (Strahlung bzw. Wärme), die ursprünglich bei der Fusion von Wasserstoffatomen freigesetzt wurde.

Bedürfnisse & Fortschritt

Unterkunft und Beheizung, Bekleidung, Entsorgung, auch Gesundheit (durch medizinische Anwendungen wie Röntgen- und Synchrotron-Strahlung) sind Grundbedürfnisse, deren Befriedigung durch den Einsatz von Energie entweder überhaupt erst möglich oder zumindest dramatisch vereinfacht und beschleunigt werden. Nahrung lässt sich nur unter Energieaufwand erzeugen, vom Wachstum der Pflanzen, der Be- oder Entwässerung durch Pumpen über das Mahlen und Backen von Mehl, das Braten und Kochen, bis hin zum Transport von nötigem Material und den Endprodukten und natürlich der mechanischen Verarbeitung. Beheizung ist gewissermaßen pure Energienutzung, Kleidungsherstellung der erste industrialisierte Gewerbezweig, Baustoffherstellung wie Ziegel- und Zementproduktion sind sehr Energie-intensiv und die Übernahme schwerer körperlicher Arbeiten durch Maschinen trägt nicht unerheblich zur Gesundheit und Steigerung der Lebenserwartung bei. [1]

Die Gewinnung von mechanischer Energie aus anderen Formen durch umwandelnde Geräte kann schließlich als größter Treiber technischen Fortschritts, aber auch menschlicher Entwicklung gelten. Ohne Transport z.B. durch Segelschiffe kein Handel und Bürgertum, ohne Mechanisierung der Landwirtschaft keine Arbeiterschaft, ohne Dampfmaschine keine Industrialisierung und Gewerkschaften. [2]

Macht & Menschheit

Wer Zugang zu Energiequellen und Energieumwandlungseinrichtungen hat, übt damit allerdings automatisch auch Macht aus, das Streben nach Kontrolle über Kohle-, Öl- und Gasvorkommen wird für manchen Krieg verantwortlich gemacht, Staudämme, Kraft-, Chemie- und Stahlwerke waren dabei immer wichtige Angriffsziele.

Tiefpunkt der Energie-„Nutzung“ – und damit des Einsatzes als Machtmittel durch den Menschen – ist zweifellos die ungezügelte Freisetzung großer Mengen Strahlungs-, thermischer und mechanischer Energie durch die Atombomben Mitte des 19. Jahrhunderts.

Insofern kann man konstatieren, dass das Maß, in dem die Menschheit dazu in der Lage ist, Energie konstruktiv zu nutzen, d.h. aus den unterschiedlichen Formen in möglichst viele andere Formen kontrolliert umzuwandeln, und dabei den Anteil der an nicht nutzbare Formen „verlorenen“ Energie gering zu halten, ihr Schicksal bestimmt. Alle anderen Funktionen einer Gesellschaft sind der Versorgung mit Energie selbstverständlich nach- und untergeordnet: Wenn Energie im Überfluss, oder zumindest in ausreichender Menge, allen Menschen zur Verfügung steht, wenn hierdurch Existenz- und Kulturbedürfnisse befriedigt sind, wenn also das Energieproblem gelöst ist, was in Deutschland unter dem Begriff „Energiewende“ bekannt geworden ist, verlieren auch alle anderen Probleme an Gewicht und deren Lösung rückt in greifbare Nähe. Hunger, Durst, unwirtliche Umweltbedingungen und Krankheiten sind nicht länger prägend für das Leben von Millionen Menschen, die ihr Leben und Streben konstruktiveren Tätigkeiten als der Beschaffung von Nahrungsmitteln und der Sorge um ihre und die Zukunft ihrer Nachkommen widmen können, ausreichende Verfügbarkeit wichtiger Ressourcen senkt darüber hinaus das Konfliktpotential. [3], [4]

Je mehr Energie gewonnen und umgewandelt werden kann, desto weiter sinken die Kosten und desto mehr Energie kann aufgewendet werden, um Bedürfnisse zu stillen.

Umwelt

Eng mit der Energienutzung verbunden ist der Naturschutz, denn bei der Nutzung bzw. Umwandlung insbesondere chemischer und nuklearer Energie werden häufig unerwünschte Nebenprodukte mit großem Behandlungsbedarf erzeugt. Bei nuklearer Energie kommt noch die aufwändige Handhabung und das große Risiko von ungewollten, spontanen Prozessveränderungen hinzu. Insofern haben diese Energieträger einerseits eine geringere Attraktivität, da sie nicht nur Bedürfnisse stillen und Probleme lösen, sondern gleichzeitig neue erzeugen. Andererseits sind gerade die bereits zusätzlich vom Menschen verursachten Probleme, Gewässer- und Luftverschmutzung und, auch strahlende, Abfälle durch Energieeinsatz – nichts anderes bedeutet „Aufwand“ – lösbar. Beispielhaft mögen Kläranlagen, Abgasreinigungssysteme oder Öl-Recycling aus Kunststoff-Abfällen stehen. Auch Landschaftsveränderung und andere Effekte von Rohstoffgewinnung lassen sich durch Nutzung einfach zugänglicher und im Überfluss vorhandener Materialien wie Wasser, Luft-CO₂ oder schnell nachwachsender Biomasse stark relativieren. Beispielsweise lässt sich aus Meerwasser mit einfachen Mitteln Wasserstoff gewinnen, in einem weiteren, sogar biologischen, Schritt unter Verwendung von CO₂ dann Methan, das eine hohe Energiedichte hat, ohne weitere Nebenprodukte sauber wieder in CO₂ und Wasser verbrennt und mit heutigen Transportmethoden und technischen Anlagen kompatibel ist. [5]

Veränderung & Zukunft

Ein Blick in die Zukunft mit den Mitteln der Kunst zeigt, wie die praktische Anwendung der ikonischen einsteinschen Formel der Relativitätstheorie, E=mc² (Masse entspricht extrem großen Mengen Energie) in den Replikatoren von Star Trek es ermöglichen könnte, aus Energie direkt Materie zu erzeugen. Erste reale Forschungsergebnisse zeigen die Machbarkeit. [6]

Auch ohne derartig fiktional weit in der Zukunft liegende Mittel liegt es also im Bereich des Möglichen, nicht nur zukünftige weitere Umweltzerstörung zu vermeiden, den Klimawandel zu verlangsamen und sogar aufzuhalten, sondern sogar bisher verursachte Schäden zumindest teilweise wieder auszugleichen.

Die alleinige Verfügbarkeit reiner Energie wird hierzu jedoch nicht ausreichen. Für all diesen, zwar absehbaren, aber noch nicht eingetretenen Fortschritt, zur Lösung aller weiteren Probleme und zur Befriedigung der auf den Existenzbedürfnissen aufbauenden Sozial- und Individualbedürfnisse ist eine weitere Veränderung der Gegenwart wichtig, die eng mit der Energie verbunden ist, nämlich die Digitalisierung, die in schneller Folge wechselnde Ein- und Abschaltung von Strom.

Computer & Kommunikation

Energie wird damit zum Informationsträger, zum globalen, lichtschnellen Kommunikationsmittel, das Gerät, das Energie in Information, Kommunikation, Wissen und Bildung umwandelt ist der Computer. Gespeicherte Information ist Wissen, und transportiertes Wissen ist verwandt mit Bildung. Kommunikation zwischen Menschen, aber auch deren (wiederum durch Energie ermöglichter) körperlicher Transport bedeutet einen kulturellen Austausch, der dazu beiträgt, Differenzen zu überwinden und Spannungen abzubauen. Der Zugang zu Kulturerzeugnissen wie Text, Bild, Musik, Film, und Spiel, der noch bis vor Kurzem körperliche Anwesenheit erforderte oder ansonsten stark verlustbehaftet war, der also einer natürlichen Begrenzung unterworfen war, ist durch die Digitalisierung vollständig unbegrenzt und damit die Kultur selbst einer durchgreifenden Revolution und Demokratisierung ausgesetzt. Gleiches gilt für Wissen und Bildung, was beides in der Gegenwart durchaus große Veränderungen in Gesellschaft, Politik, Kultur, Wissenschaft und Wirtschaft verursacht, da bisher als „Gatekeeper“ aufgetretene Akteure zunehmend unwichtiger werden und Kulturerzeugnisse und Wissen immer mehr Menschen zugänglich sind. [7]

Dennoch sei festgehalten, dass Nichts die syntope (gleich-örtliche), persönliche Kommunikation zwischen echten Menschen ersetzen oder entwerten kann, da bei keiner anderen Kommunikationsform eine ähnlich hohe Bandbreite wie durch gleichzeitige Gestik, Mimik, Tonfall, Worte, Kontext und Interaktion mit der Umgebung erzielt werden kann, erst recht nicht mit ansteigender Teilnehmerzahl.

Vision

In Fortsetzung der obigen Forstschritts-Auflistung: ohne Computer keine Digitalisierung und Dienstleistungsgesellschaft. Die Umsetzung des uralten Menschheits-Traums, durch Roboter von den Mühen der Arbeit befreit zu werden und einfach nur leben zu können, rückt in den Bereich des Realistischen. Welche Energien freigesetzt und gesellschaftlichen Entwicklungen angestoßen werden, wenn sich niemand mehr um alltägliche, lästige Aufgaben kümmern muss, sondern ganz der Bildung, Forschung, Kommunikation und Kultur verschreiben kann, ist nur zu erahnen.

Es ist also nicht nur bedeutend, dass große Mengen Energie verfügbar sind, sondern sicherlich vor Allem auch, dass sie sinnstiftend, kooperativ und konstruktiv zum Nutzen Aller eingesetzt werden. Ein gemeinsames großes und weit entferntes Ziel kann hierfür Motivation und Leitlinie sein, wie beispielsweise die Mondlandung im Rahmen des Apollo-Projektes zeigt. Zweifellos eine der nächsten großen Herausforderungen für die Menschheit, die Kräfte konstruktiv bündeln kann, ist der langfristige Aufenthalt von vielen Menschen auf einem anderen Himmelskörper. Die effiziente, also Energie-optimale Überwindung der Erdanziehung bedingt viele weitere technische Entwicklungen, die ihren Einfluss auf das Leben auf der Erde haben werden, so wie auch die bisherigen Entwicklungen, z.B. Wettervorhersagen oder Positionsbestimmung durch Satelliten. Das vielversprechendste Konzept dafür ist der Weltraumaufzug, der daher auch schon metaphorisch den Entwicklungsschritt der Menschheit zur nächsten Gesellschaftsstufe verkörpert. Der Effizienz-Unterschied bzw. die im Gegensatz zum bislang üblichen Raketen-Antrieb eingesparte Energie wird dabei als Hebel verstanden, der viele andere Probleme quasi im vorübergehen mit löst. [8], [9]

Geld

Die bereits beginnende nächste Phase der Energienutzung ist die direkte Umwandlung von Energie in Geld als Zahlungsmittel und Wertspeicher, sichtbar bei den sogenannten Kryptowährungen wie z.B. Bitcoin. [10]

Es gibt, nebenbei gesagt, kaum ein besseres Beispiel für die Identität von Wissen, Macht, und Energie (=Materie=Masse) und die starke Korrelation von Wert zu Vertrauen und Mehrheitsentscheidung. Die Gefahr, die hierbei entsteht, ist die Frage nach der Definition der „Mehrheit“, nämlich ob es dabei um einzelne Menschen geht, oder lediglich diejenigen den Ton angeben, die die meiste Rechenleistung besitzen. Die Schwächen des Kapitalismus treten zutage, wenn, gewissermaßen in seiner Reinform, Gewinn und Macht einzig und allein vom Kapital, nämlich der eingesetzten Hardware und der Energie, die zum mathematischen Errechnen der kryptographischen Hashes aufgewendet wird, abhängig sind. Hierbei zeichnet sich ein Kontrollverlust des Einzelnen ab. Kreativität, Geschicklichkeit oder ein Wissensvorsprung machen gegenüber der rohen Rechenleistung keinen Eindruck. Ob diese nächste Phase eher Gefahr oder Chance ist, welche gesellschaftlichen Entwicklungen sie mit sich bringt und ob mögliche revolutionäre Veränderungen wie Quanten- oder DNS-Computer einen Einfluss darauf haben, bleibt abzuwarten. [11], [12]

Strom

Die Energieform, die alle vorgenannten Anwendungen und Entwicklungen in zunehmendem Maße seit Beginn der Neuzeit verbindet und charakterisiert, ist die Elektrizität. In Bezug auf die menschliche Nutzung bildet sie gewissermaßen die universelle Energie, die mit einfachen Geräten aus allen anderen Formen gewonnen und in alle anderen Formen umgewandelt werden kann. Sie kann verhältnismäßig unkompliziert gehandhabt und kontrolliert, einfach, schnell und mit geringen Verlusten transportiert und mit kleinen Umwegen gespeichert werden, mithin werden die Begriffe „Strom“ und „Energie“ häufig gar synonym verstanden.

Um die bisherigen Ausführungen zu einem Fazit zusammenzufassen: Wird das Energieproblem gelöst, gelingt die Energiewende, wird damit die Lösung aller anderen Probleme ermöglicht.

Pfad

Der Weg zu dieser momentan noch fast utopisch erscheinenden Situation besteht aus vielen kleinen Schritten in vier Dimensionen:

1. Gewinnung: Erhöhung der Menge an gewonnener Energie bei Senkung der Menge an ungenutzten Nebenprodukten
2. Speicherung: Erhöhung der Kapazität bei Annäherung der Mengen von aufgenommener und abgegebener Energie
3. Transport: Erhöhung der Kapazität und Geschwindigkeit bei Senkung der Menge an Verlusten
4. Nutzung: Möglichst vollständige Nutzung der Energie für den erwünschten Zweck und demzufolge Vermeidung von Nebeneffekten

Das Verhältnis der erwünschten zu den unerwünschten Effekten wird allgemein Energie-Effizienz genannt, die also gesteigert werden muss.

Von diesen vier ist für einen einzelnen oder eine kleine Gruppe von Menschen die Nutzung am naheliegendsten und einfachsten zu beeinflussen. Hinzu kommt der Transport, der zu einem gewissen Maße zeitlich und mengenmäßig beeinflusst werden kann. [13]

Herausforderung

Und genau hier liegt die Motivation für die vorliegende Arbeit:

Die Überzeugung, dass die Lösung des Energieproblems die Voraussetzung für den Fortbestand und die Weiterentwicklung der Menschheit ist, die Erkenntnis, dass sich daraus eine Aufgabe für jeden einzelnen Menschen ergibt, die Beobachtung, dass Transport und Nutzung von Strom die naheliegendsten Ansatzpunkte zur Lösung des Problems auf so kleinteiliger Ebene sind.

Systems Engineering bedeutet, Probleme zu analysieren, Anforderungen abzuleiten, Ansätze zu entwerfen und Lösungen zu entwickeln, und all das nicht allein und einzeln, sondern mit einem weiten Blick auf das große Ganze, unter Ausnutzung vorhandener Komponenten und Gedanken und kooperativ durch Verbindung vieler Disziplinen und Menschen, Berücksichtigung der Umgebung und Bewusstsein für die Veränderungen und anderen Prozesse, die sich während der Entwicklung abspielen. [14]

Genau diesen Ansatz versucht diese Arbeit umzusetzen, indem nach der Entwicklung des grundlegenden Domänenverständnisses und der Analyse der Umgebungsumstände bereits vorhandene Komponenten zu einem größeren Ganzen verbunden werden, um das darüber stehende Ziel, die Umsetzung der Energiewende, zu erreichen.

Gesamttext

Referenzen

[1] E. U. von Weizsäcker, „Neuausrichtung des technischen Fortschritts“, in Zukunftsforschung und Zukunftsgestaltung, Elmar Schüll und Reinhold Popp, Hrsg. Berlin, Heidelberg: Springer, 2009, S. 501–506.

[2] M. F. Jischa, Herausforderung Zukunft: Technischer Fortschritt und Globalisierung. Berlin, Heidelberg: Springer, 2013.

[3] W. Sachs und E. Wuppertal Institut für Klima Umwelt, Fair Future: begrenzte Ressourcen und globale Gerechtigkeit : ein Report. Beck, 2005.

[4] Deutsche Welle, „Energiewende bringt sozialen Fortschritt“, DW.COM, 25-Apr-2017. [Online]. Verfügbar unter: http://www.dw.com/de/energiewende-bringt-sozialen-fortschritt/a-38570787. [Zugegriffen: 19-Nov-2017].

[5] S. H. Jensen u. a., „Large-scale electricity storage utilizing reversible solid oxide cells combined with underground storage of CO2 and CH4“, Energy & Environmental Science, Bd. 8, Nr. 8, S. 2471–2479, Aug. 2015.

[6] O. J. Pike, F. Mackenroth, E. G. Hill, und S. J. Rose, „A photon–photon collider in a vacuum hohlraum“, Nature Photonics, Bd. 8, S. 434, Mai 2014.

[7] Johannes Brinz, „Digitalisierung des demokratischen Diskurses“, Politik Digital, 16-Aug-2017. [Online]. Verfügbar unter: http://politik-digital.de/news/digitalisierung-des-demokratischen-diskurses-152933/. [Zugegriffen: 19-Nov-2017].

[8] R. Kümmel, D. Lindenberger, und W. Eichhorn, „Energie, Wirtschaftswachstum und technischer Fortschritt“, Physik Journal, Bd. 53, Nr. 9, S. 869–875, Sep. 1997.

[9] J. Habermas, Theorie des kommunikativen Handelns, Taschenbuchausgabe. Frankfurt am Main: Suhrkamp, 1995.

[10] D. Malone und K. J. O’Dwyer, „Bitcoin Mining and its Energy Footprint“, gehalten auf der 25th IET Irish Signals & Systems Conference 2014 and 2014 China-Ireland International Conference on Information and Communications Technologies (ISSC 2014/CIICT 2014), Limerick, Ireland, 2014, S. 280–285.

[11] D. Tapscott und A. Tapscott, Blockchain Revolution: How the Technology Behind Bitcoin Is Changing Money, Business, and the World. Penguin, 2016.

[12] V. Kostakis und C. Giotitsas, „The (A)political economy of bitcoin“, TripleC, Bd. 12, S. 431–440, Jan. 2014.

[13] R. Kümmel, Energie und Kreativität. Vieweg+Teubner, 2013.

[14] B. S. Blanchard und W. J. Fabrycky, Systems Engineering and Analysis. Prentice Hall, 2011.