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Energie zyklisch denken

 

VORWORT

TEIL 1 - VERÄNDERUNGSPROZESSE

Das Energiesystem in Unordnung und was wir vom World Wide Web lernen können

Breite Beteiligung als Grundlage des Erfolgs der Energiewende

TEIL 2 - STRUKTUR VON ENERGIESYSTEMEN UND ENERGIEORGANISMUS

Gestaltungsansatz im Kontext von Energiesystem und Umwelt

Bausteine eines Energiesystems

Begriff und Architektur des Energieorganismus

AUTONOME UND VERBUNDENE ENERGIESYSTEME

ENERGIEORGANISMUS ALS INTERAKTION VON ENERGIESYSTEM UND UMWELT

ZELLEN IM ENERGIEORGANISMUS ALS ENERGIESYSTEME IM VERBUND

TEIL 3 - DIFFERENZEN ZWISCHEN SYSTEM UND UMWELT

Differenzen als Grundlage aller Energieflüsse und damit des Seins

Gesellschaftliche Aspekte von Differenzen

DIFFERENZEN ALS ANTRIEBSKRAFT GESELLSCHAFTLICHER ENTWICKLUNG

DIFFERENZEN IM ENERGIESYSTEM ALS QUELLE DER GESTALTUNG

TEIL 4 - QUELLEN DER ENERGIEFLÜSSE UND ENERGIEKREISLÄUFE

Nachhaltigkeit und Blick in die Vergangenheit

Energiequellen und Wandlungsprozesse

Energie-Atlas zur Kreislaufgestaltung bei der Nutzung von Differenzen

ENERGIEQUELLE SONNE

ENERGIEQUELLE LUFT

ENERGIEQUELLE MEERESWASSER

ENERGIEQUELLE FLIEßWASSER

ENERGIEQUELLE ERDKRUSTE

ENERGIEQUELLE BIOMASSE

Gestaltungsvielfalt durch Verkettung von Kreisläufen

TEIL 5 - AUSBLICK

Management und Informationssysteme

Energiezyklen als Gestaltungsmittel in Raum und Zeit

LITERATUR

ÜBER DIESES BUCH

VORWORT

Alles bewegt sich

Die Analphabeten des 21. Jahrhunderts werden nicht diejenigen sein, die nicht lesen und schreiben können, sondern diejenigen, die nicht lernen, verlernen und umlernen können.

(Alvin Toffler)

Obwohl die Energiewende in erster Linie einen großen und noch nie dagewesenen Prozess der Umgestaltung einleitet, verbirgt sich hinter dieser sichtbaren Veränderung der Landschaften und Städte ein womöglich noch größerer unsichtbarer Prozess des Umlernens. Die als generell sicher geglaubten Lösungsansätze stellen sich nun als die eigentlichen Probleme heraus. Bestehende Theorien und Werkzeuge als auch Werte werden allmählich ausgewechselt. Hierarchien geraten ins Wanken. Oppositionen weichen sich auf. Der umweltschützende Aktivist wird zum ökologisch denkenden Ökonom. Der Experte wird Teil eines fachübergreifenden Teams. Eine multiple Autorenschaft verändert nun stetig sowohl ihre Sprache als auch die verwendeten Begrifflichkeiten. Das Internet der Dinge ermöglicht neue Formen und Räume der Gemeinschaft und Kommunikation. Untrennbar nehmen wir bisher geglaubte technische Herausforderungen als soziale Chancen wahr. Alles bewegt sich.

Trotz dieser Unordnung sollten wir optimistisch gestimmt das neue Zeitalter betreten. Anstatt um Standorte und limitierte Rohstoffe zu ringen, ergründen wir fortan standortspezifisch die schier endlosen Möglichkeiten erneuerbarer Energien. Eine Welt der Vielfalt und Unterschiede entfaltet sich. Die Differenzen nehmen zu. Basierend auf einer Kommunikation nicht nur zwischen Menschen, sondern vor allem zwischen Mensch und Umwelt, verlangt diese Welt nach multiplen Übersetzern.

Einerseits ermöglichen technische Übersetzer Gespräche mit der Umwelt. Unter anderem messen Sensoren Veränderungen, so zur Verortung und Koordination von Produktionsabläufen oder zur Messung von Materialkonditionen bestehender Infrastrukturen bis hin zur Erfassung gesundheitsgefährdender Daten unserer Umwelt. Sensoren ermöglichen als Übersetzer somit eine Kommunikation mit den Dingen, die uns umgeben. Dieser stetig anwachsende Informationsaustausch konfrontiert uns mit einer Flut großer Datenmengen (big data) und verlangt nach neuen Wahrnehmungsmodi. Andererseits werden jene Übersetzer benötigt, die nicht nur bereit sind, ihr erlerntes Wissen zu hinterfragen, sondern mehr noch gewillt sind umzulernen. Dieses Buch ist in gewisser Weise das Resultat einer solchen Übersetzungsarbeit. Federführend agiert der Physiker als Theoretiker. Fragend beteiligt sich der Gestalter als Pragmatiker. Viele der anfänglich aufgeworfenen physikalischen als auch technologischen Fragen zur Energieumwandlung konnten nur unzureichend mit fachspezifischen Erklärungen beantwortet werden. Dem Bild muss man in Retrospektive bei der Wissensvermittlung von Sachverhalten eine aktive und gestaltende Rolle zuschreiben. Das Buch entstand also aus der Notwendigkeit, eine Kommunikationslücke zu schließen.

Auslöser war am Anfang ein für alle Seiten äußerst metaphorischer jedoch gleichzeitig extrem produktiver Begriff des Energieorganismus. Ein Organismus steht sinnbildlich für eine komplexe Form eines einzelnen Betriebssystems, das auf Basis energetischer und kommunikativer als auch logistischer Infrastrukturen seine Existenz gewährleistet. In einem Organismus befindet sich alles im Fluss, und wiederum befindet sich jener Organismus im Fluss seiner Umwelt. Obwohl die Gesamtheit der uns zur Verfügung stehenden Energie weder erzeugt noch vernichtet werden kann (Energieerhaltungssatz), befindet sich das, was wir Energie nennen, in einem stetigen Umwandlungsprozess. In diesem Buch setzen wir uns insbesondere mit der Gesetzmäßigkeit von Energieflüssen auseinander, die besagt, dass Energie durch Wirkungen von heißen zu kalten und von konzentrierten zu zerstreuten Zuständen in Erscheinung tritt. Um Energie zu nutzen, suchen wir also die Unterschiede zwischen Zuständen, die Potentialunterschiede als Differenzen. Das Anzapfen jener Umwandlungsprozesse, das heißt, das langzeitige Nutzbarmachen der Energieflüsse für den Menschen, setzt ein Denken in Zyklen voraus. Dieses zyklische Denken ist somit der Gegenstand unserer Publikation.

Mit Hilfe dieses Buches, so hoffen wir, soll einem breiteren Publikum, vor allem jenen, die Gestaltungsprozesse initiieren, koordinieren oder an ihnen beteiligt sind, ein zyklisches Denken im Energieorganismus zugänglich gemacht werden. Jenes Denken trachtet nach langfristigen Gestaltungsstrategien. Sowohl die Gegenstände als auch die Konsequenzen, die sich aus der Gestaltung und den dazu erforderlichen Prozessen ergeben, sind fortan über ihre eigentliche Lebensdauer hinaus zu erfassen. Das vorliegende Buch liefert somit keine Roadmap und ist auch nicht als Handbuch der erneuerbaren Energien zu verstehen. Ganz im Gegenteil. Dieses Buch fordert uns auf, sich von der so sehr geliebten Fiktion, den einen Lösungsansatz zu finden, ein für alle Mal zu verabschieden.

Ja, es wird unordentlich zugehen. Doch wie Tucholsky schon sagte, erhöhen Umwege die Ortskenntnis. Wir werden unsere Denk- und Gestaltungstheorie in den Plural setzen müssen und uns an gewisse Adjektive, wie dezentral und gemeinschaftlich, gewöhnen. Möge dieses Buch unsere Fantasie anregen, sie ist wichtiger als unser heutiges begrenztes Wissen.

TEIL 1 - VERÄNDERUNGSPROZESSE

DAS ENERGIESYSTEM IN UNORDNUNG UND WAS WIR VOM WORLD WIDE WEB LERNEN KÖNNEN

Der US-Botschafter a.D. John Kornblum sagte 2002 auf dem Wirtschaftsgipfel des Economic Forum Deutschlands „Die Weltordnung ist zur Zeit in Unordnung. Unordnung fördert Kreativität und bringt Chancen mit sich."

In analoger Weise lässt sich sagen: Das Energiesystem ist in Unordnung, weshalb sich Kreativität und neue Chancen entfalten. Die Unordnung drückt sich dabei sicherlich in den Regionen der Welt verschiedentlich aus. In vielen Entwicklungsregionen der Welt geht es erst einmal darum, Zugang zu Elektrizität zu erhalten, wobei dieses Gerechtigkeitsproblem nicht mit den konventionellen Energien zu lösen ist. Hier bieten die Erneuerbaren Energien weltweit Chancen, um sich von einer oft zu zentralisierten, globalen Energiewirtschaft zu emanzipieren. In den hoch entwickelten Industriestaaten Europas bieten die erneuerbaren Energien bei dezentraler Nutzung wiederum Möglichkeiten zur Entwicklung eines vielfältigen Wertschöpfungsnetzwerkes in den Kommunen und Regionen zusammen mit ihren Stadtwerken sowie bei den Bürgern und mittelständischen Unternehmen. Dies bietet die Basis für Eigeninitiative, Gestaltung der Teilhabe-Ökonomie durch Prosumenten und Entfaltung vielfältiger neuer Energiedienstleistungen. Die lokalen und regionalen Chancen der Energieerzeugung werden heute schon beispielweise in Dänemark, Deutschland und Österreich erschlossen. Lokale und überregional verbundene Energiekreisläufe, die in einem verteilten und verbundenen System den Wert der Subsidiarität mit dem hohen Gut der Versorgungssicherheit vereinen, sind mit erneuerbaren Energien im Gegensatz zu konventionellen Energien möglich.

Einerseits stellt der Übergang zu erneuerbaren Energien zum Erhalt unserer Rohstoffressourcen, zum Schutz der Umwelt sowie zur Herstellung von Energiegerechtigkeit eine Notwendigkeit dar. Anderseits ist dieser Übergang aber nicht nur unter Problemlösungsaspekten zu betrachten, sondern bietet einer breiten Community in der Zukunft vielfältige Chancen.

Einen analogen Prozess erlebten wir in den letzten 20 Jahren mit der Gestaltung des World Wide Web. Dazu wird nachfolgend sinngemäß aus einem Plakat der Gesellschaft der Informatik zum 20-jährigen Jubiläum der ersten Webseite im World Wide Web https://info.cern.ch zitiert.

„Nachdem das Internet schon seit den 1960er-Jahren existierte, wurde Ende der 1980er-Jahre mit dem Vorschlag in Cern von Tim Berners-Lee unter den Bedingungen eines verteilten Arbeitens den Austausch von Informationen zwischen Wissenschaftlern zu vereinfachen, die Grundlage für eine rasante Entwicklung gelegt. Mit der neuen Seitenbeschreibungssprache HTML, dem Übertragungsprotokoll HTTP sowie der universellen Adressierungsmethode URL entwickelte er auch den ersten Webbrowser sowie 1990 den ersten Webserver. Die erste Webseite der Welt ging dann Anfang 1993 frei zugänglich Online. Nachfolgend gründete er das World Wide Web Consortium (W3C) und machte sich dafür stark, für das Web nur patentfreie Standards zu verwenden. Mit seiner Vision, das Wissen der Menschheit durch Vernetzung und Dezentralisation frei zugänglich zu machen, revolutionierte Berners-Lee die Welt."

Heute schlagen wir eine dezentralere Energiegewinnung sowie die verteilte Steuerung des Energiesystems im Rahmen eines Mehrebenen-Ansatzes vor. Genauso wie vor 20 Jahren der Erfolg des World Wide Web noch nicht vorherzusehen war, führen die Formen dezentraler Energiegewinnung und die Nutzung der damit verbundenen Möglichkeiten lokaler und regionaler Energiekonzepte zu neuen Systemansätzen, deren wirtschaftliche Möglichkeiten heute nur zu erahnen sind. Das sich auf dieser Grundlage herausbildende intelligente Energiesystem wird uns ebenso in 20 Jahren mit seiner Vielfalt an Möglichkeiten und Geschäftsmodellen überraschen. 20 Jahre umfassen gerade ein halbes Berufsleben. 20 Jahre umfassen aber ebenso Zeit genug, einen dramatischen Wandel in der Gesellschaft mit Chancen einzuleiten, von denen selbst die größten Visionäre zu Beginn kaum zu träumen wagten. Die Umgestaltung des Energiesystems steht zuerst für ein Versprechen neuer Möglichkeiten [Willenbacher, 2013]. Dies sollte man sich immer vergegenwärtigen, wenn man Dinge nur aus dem heutigen Blickwinkel als richtig oder falsch einstufen möchte.

BREITE BETEILIGUNG ALS GRUNDLAGE
DES
ERFOLGS DER ENERGIEWENDE

Es wird vielfach die Frage aufgeworfen, inwiefern der dezentrale Ansatz das Optimum für das gesamte Energiesystem darstellt. Es ist zu hinterfragen, wie das volkswirtschaftliche Optimum definiert wird. Integriert eine derartige Betrachtung alle gesellschaftlichen Aspekte? Bezogen auf die volkswirtschaftliche Sicht werden oft kontroverse und die Bevölkerung verunsichernde Kostendiskussionen ausgetragen. Dagegen werden gesellschaftliche Aspekte der Chancen erneuerbarer Energien bei einer zunehmend dezentraler aufgestellten Energieversorgung oft vernachlässigt. Gerechtigkeits- und Beteiligungsaspekte der Mitgestaltung von Energiekreisläufen, die die Grundlage des menschlichen Lebens bilden, finden noch zu wenig Beachtung in der Politik. Gerade hier bestehen aber die Möglichkeiten, vielfältige Aktivitäten der Menschen und Unternehmen für den Erfolg der Energiewende auszulösen.

Während das bisherige Energiesystem mit fossilen und nuklearen Energieressourcen auf einer zentral organisierten Wirkungsweise basiert, eröffnen die erneuerbaren Energien Chancen für neue, subsidiär gestaltete Formen des Zusammenwirkens unterschiedlichster Akteure. Es entwickeln sich vielseitige Formen dezentraler Extraktion von Energie bis in die Gebäude. Dies eröffnet wiederum neue Möglichkeiten der Gestaltung von Gebäuden und Landschaften, die als energetisch aktive Systeme eigenständig Energie gewinnen, speichern und nutzen, Energieflüsse optimieren aber auch Energie austauschen können. Eine bisher vorrangig statische Betrachtung im gestalterischen Prozess gewinnt zunehmend eine dynamische Komponente. Die Entwicklung von Energielandschaften erfordert deshalb eine neue Methodik, um die Gestaltung von interagierenden Räumen (Gebäude, Siedlungsgebiete) als verbundene Prosumenten (Produzenten und Konsumenten) im Energiesystem zu ermöglichen.

Damit entsteht ein deutlich komplexeres System in höherer Vielfalt, Verbundenheit und Organisiertheit als das bisher einfach strukturierte Energiesystem. Mit hoher Komplexität eines Systems, dessen Berechenbarkeit auf Basis der heutigen, zentralen Steuerungslogik abnimmt und das damit eher als selbstorganisierendes, dynamisches System autonomer Teilbereiche zu betrachten ist, tut sich Technik und Politik aber noch schwer. Technik strebt berechenbare, relativ einfache Systeme an. Um besteuern zu können, benötigt die Politik ein kontrollierbares System. Komplexität als Grundlage sich entwickelnder dynamischer Systeme basiert aber auf Vielfalt und damit auf Differenzierung, die bezüglich ihrer Entwicklung nicht mehr vollständig kontrollierbar ist. Entwicklung erfordert also einen notwendigen Grad an Unordnung.

Die bisherige Einfachheit im Energiesystem entspricht der klassischen physikalischen Herangehensweise. Physik zerlegt die Welt in grundlegende Einzelbausteine, um dann deren Zusammensetzung und Interaktion sowie damit das Geschehen in einer determinierten Welt berechenbar zu machen. Heutige Überlegungen, basierend auf den Erkenntnissen der Quantenphysik, führen zunehmend zu einer Physik der Emergenz, in der aus dem Zusammenwirken von Bestandteilen neue Eigenschaften entstehen, die aus den Gesetzen der einzelnen Bauteile nicht ableitbar sind. Hieraus folgt die Selbstorganisation.

Diese sehr abstrakte wissenschaftliche Betrachtung führt aber zur Frage, ob wir im Hinblick auf die Akzeptanzuntersuchungen bezüglich der notwendigen Maßnahmen für die Energiewende einen sehr wichtigen Aspekt noch nicht genügend betrachten.

Die Akzeptanzfrage bei Veränderungsprozessen ist in der Regel eine Betrachtung von Verfahren zur Abwägung von Interessen betroffener Parteien in einem System, wobei Vorhaben im System oft durch Beteiligte eines übergeordneten Systems organisiert werden. Kritik entsteht insbesondere bei unter europäischen oder nationalen Aspekten geführten Projekten, die zu wenig oder gar nicht aus den Notwendigkeiten der Region organisiert werden.

Im übergeordneten System werden Vorhaben beschlossen, die im eingebetteten System nicht unbedingt zu lokalen Vorteilen führen, den Nutzen vorrangig im übergeordnete System entfalten. Akzeptanzuntersuchungen müssen die Gegenüberstellung der Wertvorstellungen der Protagonisten und Betroffenen beinhalten [Kornwachs, 2011]. Kann der Nutzen im eingebetteten System nicht überzeugend abgeleitet werden, ist Akzeptanz schwerlich zu erreichen. Dies gilt zum Beispiel auch für die Diskussion zum Ausbau der Übertragungsnetze. Wenn dann Vorhaben vom übergeordneten System vorrangig mit Machtanwendung durchgesetzt werden, sind Akzeptanzprobleme vorprogrammiert.

Akzeptanz kann insbesondere durch Beteiligung entstehen. Unter der einseitigen Interessenlage eines übergeordneten Systems wird jedoch das Thema Beteiligung nur unter dem Aspekt der Möglichkeit zur Teilhabe an der Genehmigungsdiskussion geführt. Man möchte Vorbehalte Betroffener abbauen und den Nutzen für die Allgemeinheit hervorheben. Wenn Beteiligung aber weiter gefasst wird und Selbstgestaltung im eigenen System bedeutet, ist Akzeptanz für Notwendigkeiten einer Veränderung bei Interessenträgern im System offensichtlich leichter zu erreichen. Mechanismen zur Akzeptanzerhöhung durch Beteiligung in Form der breiten wirtschaftlichen Mitund Selbstgestaltung werden noch zu wenig genutzt. Hier besteht Handlungsbedarf.

Der Aspekt der Beteiligung (Partizipation) wurde insbesondere hervorgehoben, als in Deutschland der weitere sozioökonomische Forschungsbedarf zur Transformation des Energiesystems bestimmt wurde. Dabei geht es um die Etablierung eines Systems, bei dem die Wertvorstellungen aller Beteiligten eigenverantwortlich und gleichberechtigt gestaltbar sind. Anreize sind so zu setzen, dass sich ein Verbund subsidiärer, also lokaler oder regionaler Interessen organisch in übergeordnete Interessen einbettet. Somit entsteht ein stabiler Gesamtorganismus, den wir als intelligentes Energiesystem oder mit der dafür verwendeten Methaper als Energieorganismus bezeichnen. Dieses System ist aber weniger berechenbar und kontrollierbar, wobei wir wieder am Anfang obiger Betrachtungen wären.

Wenn dies auf Änderungsprozesse bei der Transformation des Energiesystems übertragen wird, ergibt sich zwangsläufig die folgende Fragestellung. Behalten wir das heutige Bild des Energiesystems mit zentraler Erzeugung und Steuerung aus den Übertragungsnetzen mit kalkulierbarer Verantwortlichkeit bei wenigen Akteuren für das Gesamtsystem und klaren Regeln zur Verteilung der Energie bei? Oder können wir ein sehr diversifiziertes, gleichzeitig dezentral und überregional verbundenes Energiesystem mit einer hohen Vielfalt von Akteuren entwickeln, die in ständiger Interaktion verbunden und mit einem klaren Satz von Regeln organisiert sind, aber gleichzeitig hohe Freiheitsgrade besitzen?

Ziel eines diversifizierten Systems ist die gestalterische Beteiligung einer Vielzahl von Akteuren zur Eröffnung von breiten, wirtschaftlich gleichberechtigten Chancen bei Bürgern, Unternehmen, Kommunen und Regionen. Der diversifizierte Ansatz in einem derartigen Energieorganismus führt aber auch zu einem anderen Bild der Kontrollierbarkeit der Entwicklung eines technischen Systems.

Der aktuelle Stand der Diskussion zur Architektur des zukünftigen Energiesystems wird damit zunehmend auch zu einer Diskussion im Rahmen der Technikphilosophie und gesellschaftlicher, nicht monetärer Nutzenaspekte. Diese Diskussion ist nicht durch eine rein volkswirtschaftliche Kosten-/Nutzenanalyse zu führen.

Die wissenschaftliche Herausforderung besteht nun darin, Forschungsarbeiten voranzutreiben, die sich im Rahmen der Technikentwicklung auf Basis eines komplexen, sich dynamisch entwickelnden Systems geringerer Kontrollierbarkeit mit den kulturellen und sozioökonomischen Konsequenzen beschäftigen.

TEIL 2 - STRUKTUR VON ENERGIESYSTEMEN UND ENERGIEORGANISMUS

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