Mit „Fridays for Future“, „Extinction Rebellion“, den Protesten um den Hambacher Forst und der medial wirksamen schwedischen Schülerin Greta Thunberg hat die ökologische Bewegung der 1970er und 80er eine seltsame Wiederbelebung erfahren: Die damalige Massenbewegung wird als eine Art fertig konsumierbares, abgepacktes Erlebnisprodukt an Jugendliche vermarktet — Retro-Umweltschutzfeeling garantiert familienfreundlich und ohne Nebenwirkungen.
Der thematische Fokus liegt heute auf künstlichen Kohlendioxidemissionen und Veränderungen des Weltklimas, von denen man vermutet, dass sie mit Ersteren im Zusammenhang stehen. Die frühe Umweltschutzbewegung richtete ihren Fokus dagegen auf Anti-Atom, was auch damit zusammenhing, dass sie aus der Friedensbewegung hervorgegangen war — rasch wurde die Assoziation „Kernkraft = Kernwaffen“ hergestellt. Zwar sieht man bei „Fridays“-Protesten auch vereinzelte „Atomkraft — nein Danke“-Schilder, aber dieses Thema erhält generell wenig Aufmerksamkeit: es ist wohl so, dass die Anti-Kernkraft-Emotionen ausgereizt und überreizt sind und deshalb kaum noch Mobilisierungskraft entfalten. Nichtsdestotrotz brachte Greta Thunberg sich selbst in die Bredouille, als sie auf Facebook anmerkte, zum Klimaschutz könnten eventuell auch Kernkraftwerke nützlich sein: Am nächsten Tag ruderte sie zurück und schwächte ihre Aussage stark ab — ihr Vater und ihr PR-Manager hatten da wohl ein Wort mitzureden. Die neue ökologische Bewegung ist eben kein Protest der Jugendlichen gegen die ältere Generation, sondern ein von Letzteren kreiertes und an Erstere vermarktetes Lifestyle-Produkt.
Es fühlt sich natürlich gut an, Freitags die Schule mit elter- und lehrerlicher Erlaubnis schwänzen zu dürfen und dabei die Menschheit vor dem Untergang zu retten. Tiefergehende Überlegungen bleiben dabei meist auf der Strecke (oder werden, wie im Falle Gretas, von oben abgewürgt). Die wenigsten Freitagsdemonstranten dürften darüber nachgedacht haben, was sie fordern, wenn sie sich für den raschen Ausstieg aus der Kohlenstoffverbrennung stark machen — insbesondere, wenn sie im gleichen Zuge auch noch den Atomausstieg wünschen.
Im ersten Teil meiner Serie Curiepolis Science News soll es nicht um die Frage gehen, ob es wirklich einen kausalen Zusammenhang zwischen menschlichen Kohlendioxidemissionen und (gefährlichen?) Veränderungen des Weltklimas gibt, sondern: Weshalb nutzen wir überhaupt fossile Kohlenwasserstoffe als Energieträger?
Mit Anbruch des Neolithikums setzte sich rasch die Erkenntnis durch, dass Arbeit zwar oft unangenehm und langweilig ist, aber zugleich einen mächtigen Zuwachs an Lebensqualität und Wohlstand ermöglicht. Man suchte nach Methoden, die gleiche Wirkung mit weniger Aufwand zu erzielen, und machte sich Wind-, Wasser- und Tierkraft zunutze. Doch Wasserkraft stand nicht überall zur Verfügung, und Wind- und Biomassenutzung (z. B. als Nahrung für Tiere) unterliegen einem kritischen Nachteil: Sie erreichen nur sehr niedrige Flussdichten — gemessen in verfügbarer Energie pro Zeit pro Flächeneinheit, d.h. Leistung pro Quadratmeter Landfläche —, da Luft eine geringe Dichte aufweist und die Photosynthese ineffizient arbeitet: die meisten Pflanzen erreichen nur Produktionsraten von weniger als einem Watt pro Quadratmeter. Diese Technologien ermöglichen nur eine geringfügige Vervielfachung der Leistung eines Menschen. Man nennt diesen Multiplikationsfaktor EROI (Erntefaktor): durch eine Maschine nutzbargemachte Energie pro hineingesteckter menschlicher Arbeit. Präindustrielle Technologien erzielten niedrige einstellige EROIs: eine Windmühle, ein Esel konnten gerade mal einige wenige menschliche Arbeiter ersetzen. Dies änderte sich mit der Einführung der Wärmekraftmaschine im 19. Jahrhundert.
Wasserkraft, Öl, Gas und Kohle sind aufkonzentrierte Solarenergie: Sonnenlicht erwärmt den Ozean, dieser verdunstet, bildet Wolken, die sich über den Kontinenten an Höhenzügen stauen und abregnen, wodurch die auf riesige Meeresflächen fallende Solarenergie in Wasserläufen hochverdichtet zur Verfügung steht; bei fossilen Energieträgern waren es geochemische Prozesse, die die in toten Pflanzen und Tieren gespeicherte Energie in Kohlenwasserstoffe mit hohem Heizwert umwandelten. Diese sind auf einfache Weise transportierbar und können in viel größerem Umfang eingesetzt werden als die nur an Flüssen mit starker Strömung abgreifbare Wasserkraft. Die Erntefaktoren von Wärmekraftmaschinen erlauben eine Verdreißigfachung menschlicher Arbeitsleistung. Darauf basierend ist der Lebensstandard im Laufe der vergangenen 200 Jahre exponentiell gewachsen. Selbst einem ALG-II-Empfänger stehen deutlich mehr Produkte und Dienstleistungen zur Verfügung als einem Baron aus dem 14. Jahrhundert.
Fossile Kohlenwasserstoffe sind das Fundament unserer technischen Zivilisation. Ihr Heizwert — dreißig Megajoule sind in einem Liter Benzin enthalten, ausreichend, um eine Last von dreißig Tonnen hundert Meter hoch zu heben — erlaubt den Betrieb von Maschinen mit Erntefaktoren um 30, so dass jeder Apparat eine bedeutende Anzahl menschlicher Arbeiter zu ersetzen, bzw. die Wertschöpfungskraft einer einzelnen Person entsprechend zu vervielfachen vermag.
Neben der Kohlenstoffverbrennung erreichen auch Wasserkraft, Kernenergie und Geothermie in Gesteinen mit hohem Wärmegradienten (d.h. die Temperatur nimmt nach unten hin rasch zu, z. B. in Vulkanregionen auf Island) substantielle EROIs. Photovoltaik, Biomasse und Windenergie dagegen liegen bei niedrigen zwei- (Wind) bzw. einstelligen Werten. Dies ist keine durch zusätzliche Forschung und Entwicklung überwindbare Hürde, sondern ein prinzipielles Problem dieser Energiequellen, das in der Physik selbst liegt: Bewegte Luft hat nun mal eine viel niedrigere Dichte als Wasser (und trägt damit nur ein Tausendstel der kinetischen Energie pro Volumen), in Europa fallen nur ca. 120 Watt Sonneneinstrahlung im Jahresmittel auf jeden Quadratmeter, wovon Solarzellen einen gewissen Prozentsatz als Elektrizität nutzbar zu machen vermögen —Grünpflanzen sind noch deutlich ineffizienter bezüglich der Wandlung von Lichtenergie in Glukose.
Kommerzielle Solarzellen erreichen Wirkungsgrade (elektrische Energie pro Lichtenergie) von 15% und erzielen damit in Deutschland EROIs von knapp 4: Selbst wenn weitere Forschung nahezu hundertprozentige Licht-Strom-Umwandlung ermöglicht, ließen sich Erntefaktoren von maximal 28 realisieren, knapp unter den Werten von fossilen Kraftwerken. Zu bedenken ist dabei, dass die nächste Dunkel- oder Nebelflaute unweigerlich kommt: Für diese Fälle muss der Strom in eine speicherbare Energieform gewandelt werden (z. B. Lageenergie in Pumpspeicherwerken), wobei zwangsläufig Energie verloren geht, so dass der EROI absinkt.
Wir nutzen fossile Brennstoffe weltweit in fast allen Aspekten des Lebens, weil sie eine transportable, konzentrierte Energieform darstellen, die den Betrieb von Maschinen mit hohen Erntefaktoren erlaubt, so dass jeder Apparat die Leistung eines menschlichen Arbeiters um einen Faktor von ca. 30 zu verstärken vermag. Diese Verstärkung ist Grundlage der industriellen Zivilisation: ohne sie gäbe es keine Autos, keine Eisenbahnen, Flugzeuge, Computer, Roboter, 3D-Drucker, Laser u.v.m. Fordert man, wie viele „Fridays“-Aktivisten es tun, sowohl auf fossile Verbrennung wie auch auf Kernenergie zu verzichten, so bleiben von den effizienten, konzentrierten Energiequellen nur noch Wasserkraft und Geothermie in Gesteinen mit hohem Wärmegradienten. Diese stehen jedoch nur an relativ wenigen Orten zur Verfügung. Deutschland wäre dann im Wesentlichen auf Biomasse, Photovoltaik und Windkraft angewiesen — diese erreichen aus prinzipiellen physikalischen Gründen nur geringe Erntefaktoren. Mit ihnen angetriebene Maschinen können zuwenig menschliche Arbeiter ersetzen, so dass es dann keine Industriegesellschaft im heutigen Sinne gäbe.
Manche werden nun antworten, dass man dies in Kauf nehmen müsse, um das Klima zu schützen. Ich vermute jedoch, dass diese Leute sich noch nicht klargemacht haben, auf was man dann alles verzichten müsste: Z. B. moderne medizinische Versorgung, Mobilität, Kühlung von Nahrungsmitteln und vieles mehr. Selbst wenn es denn wirklich eine Kausalverbindung zwischen menschlichen Kohlendioxidemissionen und gefährlichen Klimaänderungen gibt und sich dieses Problem durch Verringerung des technischen Entwicklungsgrades bannen ließe — allen weiteren Risiken und Bedrohungen wäre die Menschheit dann hilflos ausgeliefert. Eine präindustrielle Zivilisation kann sicherlich keine Rakete bauen, die einen erdbahnkreuzenden Asteroiden mit einer Wasserstoffbombe ablenkt.
Die Curiepolitaner in meiner Geschichte haben einen anderen Weg gewählt.
Heutige Kernkraftwerke, die Druck- oder Siedewasserreaktoren enthalten, erreichen Erntefaktoren von ca. 75, was zwar etwas besser ist als fossil befeuerte Kraftwerke, angesichts des Heizwertunterschiedes zwischen Kohlenstoff und Uran von zwei Millionen jedoch enttäuschend. Dies liegt an der aufwändigen Konstruktion der Kraftwerke mit gestaffelten Sicherheitsvorrichtungen, der energiehungrigen Brennstoffanreicherung und der geringen Nutzung des Urans durch Leichtwasserreaktoren, die maximal wenige Prozent des Heizwertes freisetzen. Es gibt Entwürfe für Kernreaktoren, die diesen Einschränkungen nicht unterliegen — durch den Einsatz flüssiger Brennstoffe, welche eine massive Vereinfachung der Kraftwerkskonstruktion und Brennstoffherstellung erlauben, und schneller Neutronen, die die Nutzung von Natururan, abgereichertem Uran oder Thorium ermöglichen, so dass auf der Versorgungsseite die Anreicherung, auf der Entsorgungsseite die Endlagerung von Plutonium und ähnlichen Stoffen für Zehntausende von Jahren wegfällt. Mittels solcher Technologien könnten drei- bis vierstellige Erntefaktoren Realität werden. Maschinen, die Tausende menschlicher Arbeiter ersetzen, sind die Grundlage der curiepolitanischen Wirtschaft, die auf Zahlungsmittel und Arbeitspflicht verzichtet: Technik hat die Menschen befreit. Das ist eine spannendere Zukunftsvision als die düsteren Vorstellungen der „Fridays“-Aktivisten, die, von Mama und Papa mit dem SUV zur Klimademo chauffiert, nur das wohlige Grausen des Katastrophen-Kopfkinos kennen.
