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Über den Autor
Vorwort
Danksagung
1: Einleitung
1.1 Zukunftsvisionen
1.2 Der Zeitgeist: die Brille, die die Sicht auf die Realität erschwert
1.3 Welche Vision könnte Realität werden?
Literatur
2: Geschichte
2.1 Energie ist Leben
2.2 Die drei Phasen der Entwicklung der Zivilisation
2.3 Die nächste Phase?
2.4 Phase IV
Literatur
3: Die deutsche Energiewende
3.1 Die Energiewende hat gerade erst begonnen
3.2 Das Erneuerbare-Energien-Gesetz
3.3 Wasser und Biomasse fallen aus
3.4 Das deutsche Solarwunder
3.5 Vier Gründe, warum die Energiewende scheitern wird
3.6 Fazit
Literatur
4: Die globale Lage
4.1 Die vier großen Probleme
4.2 Armut als Ursache des Bevölkerungswachstums
4.3 Ein hoher Lebensstandard als Luxusgut?
4.4 Der Ressourcenverbrauch
4.5 Verknappung der Rohstoffe
4.6 Verknappung der Energieträger
4.7 Prognose des Energieverbrauchs und der Kohlendioxidemissionen
Literatur
5: Lehrbuchwissen: Das Klima
5.1 Die Vergangenheit des Klimas
5.2 Der natürliche Treibhauseffekt
5.3 Die menschengemachte Erwärmung
5.4 Klimaprognosen
5.5 Die Glaubwürdigkeit der Klimamodellierung
5.6 Die Vorhersagen für das Jahr 2100
5.7 Mehr Zeit, aber das Problem bleibt
5.8 Fazit
Literatur
6: Andere Meinungen: Klima
6.1 Woher stammt das Kohlendioxid?
6.2 Der Treibhauseffekt des Kohlendioxids
6.3 Die Sättigung der Infrarotabsorption
6.4 Die Zunahme des Eises an den Polen
6.5 Schwankungen der Sonnenintensität
6.6 Der Einfluss der kosmischen Strahlung
6.7 Die Ursache der Kleinen Eiszeit
6.8 Methan aus dem Permafrost
6.9 Übertreibungen der Klimaprognosen
6.10 Die Zuverlässigkeit der Klimaprognosen
6.11 Natürliche Klimazyklen
6.12 Die Zunahme der Extremereignisse
6.13 Die Erde ergrünt
6.14 Fazit
Literatur
7: Andere Meinungen: Energie
7.1 Die Ziele der Energiewende
7.2 Warum Deutschland?
7.3 Die Große Transformation
7.4 Die Energiewende als Jobwunder
7.5 Die Sonne schickt keine Rechnung
7.6 Die Reichweite der konventionellen Energien
7.7 Die Preise für Kohle, Erdgas und Erdöl
7.8 Fracking
7.9 Die Unabhängigkeit von Energieimporten
7.10 Energiespeicherung
7.11 Das Smart Grid
Literatur
8 Wertediskussion
8.1 Was ist wertvoller – die Natur oder der Mensch?
8.2 Gibt es ein natürliches Gleichgewicht?
8.3 Ist die Natur ein Paradies?
8.4 Die drei Säulen der Nachhaltigkeit
8.5 Klimakontrolle: Dürfen wir das?
8.6 Wirkliche und übertriebene Gefahren
8.7 Die Demontage der westlichen Werte
8.8 Bevormundung oder notwendiger Klimaschutz?
8.9 Umverteilung von Arm nach Reich
8.10 Fazit
Literatur
9: Geschichte der Wetter- und Klimakontrolle
9.1 Die Geschichte der Wetterkontrolle
9.2 Die Geschichte der Klimakontrolle
9.3 Fazit
Literatur
10: Klimakontrolle
10.1 Klimakontrolle wäre auch ohne die menschengemachte Klimaerwärmung nötig
10.2 Klimakontrolle als konsequente Fortsetzung einer historischen Entwicklung
10.3 Ein Wandel im Zeitgeist
10.4 Kühlung mit Schwefel-Aerosolen: eine Nachahmung der Natur
10.5 Kühlung durch mehr Wolken
10.6 Kühlung durch weniger Wolken
10.7 Andere Methoden der Abschwächung der eingestrahlten Sonnenenergie
10.8 Das CLOUD-Experiment
10.9 Die Düngung des Ozeans
10.10 Die chemische Extraktion des Kohlendioxids
10.11 Künstliche Bäume
10.12 Fazit
Literatur
11: Ein Weg in die Zukunft
11.1 Globale Lösungen für globale Probleme
11.2 Die Armut
11.3 Das Bevölkerungswachstum
11.4 Der Ressourcenverbrauch
11.5 Das Klimaproblem
11.6 Die nächste Phase?
Sachverzeichnis
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Table of Contents
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List of Illustrations
1: Einleitung
Abb. 1.1 Eine außer Kontrolle geratene Klimaerwärmung könnte zu immer heftigeren Extremereignissen führen. Es wird unerträglich heiß, Stürme peitschen die Landschaft. Die Menschen werden abwechselnd von Dürren und Überschwemmungen heimgesucht (Quelle: Ghetty Images/Stockphoto; Clint Spencer).
Abb. 1.2 Das Bild einer heutigen brasilianischen Großstadt illustriert den Wettlauf zwischen der Bevölkerungszunahme, die zur Verarmung und dem Entstehen von Slums führt (unten im Bild), und dem Wirtschaftsaufschwung der Industriegesellschaft, die akzeptablen Wohnraum schafen kann (oben im Bild) (Quelle: Rocinha Favela, fotografert von Alicia Nijdam 2008).
Abb. 1.3 Zukunftsvision eines Lebens in Harmonie mit der Natur in einer fast unberührten Landschaft. Autobahnen und Industriewerke gibt es nicht mehr (© Gerd Ganteför).
Abb. 1.4 Vision einer Hochtechnologie-Zivilisation, in der die Menschen einen noch höheren Lebensstandard genießen als heute. Es ist die Extrapolation der bisherigen historischen Entwicklung. Diese Vision passt nicht zum heutigen Zeitgeist, der von Zukunftsängsten, Technologieskepsis und Pessimismus geprägt ist (© Gerd Ganteför).
Abb. 1.5 Mittelalterliche Darstellung der Flagellanten, die durch Büßen die Pest bekämpfen wollten (Quelle: Flagellanten. Holzschnitt, 1493, Schedel’sche Weltchronik, Blatt CCXVr.).
Abb. 1.6 Johannes Carion (1499–1537). Er war einer der ersten Gelehrten, der auf der Basis einer physikalisch richtigen Überlegung eine Katastrophe vorhersagte. Allerdings hatte er sich um den Faktor 1000 verrechnet und die Katastrophe blieb aus (Bildnis von Lucas Cranach dem Älteren (1472–1553) um etwa 1530; Gemäldegalerie Berlin).
Abb. 1.7 In einer tief verschneiten Winterlandschaft wirkt der Kampf gegen die Klimaerwärmung seltsam. In der Kältewelle in den USA im Winter 2013/14 büßten die Klimaschützer viel von ihrer Glaubwürdigkeit ein (© Lukas Salzmann, www.lukassalzmann.ch).
2: Geschichte
Abb. 2.1 So könnte ein Dorf in der Zeit um 200–500 n. Chr. in Germanien ausgesehen haben (mit freundlicher Genehmigung des Freilichtmuseums Germanische Siedlung Klein Köris e. V., Zeichnung von B. Fischer, Zeuthen).
Abb. 2.2 Einsatz eines Wasserrads im Bergbau. Je nachdem, ob das Wasser im Bild nach vorne oder nach hinten auf das große Rad geleitet wird, steigt der Korb aufwärts oder abwärts (Quelle: Wasserkunst, Peter Schmidt (Drucker), Feyrabendt (Verleger), 1580. Sächsische Landesbibliothek – Staatsund Universitätsbibliothek Dresden (SLUB), Inv.-Nr.: Metall. 5, 164).
Abb. 2.3 Ein 350 PS Traktor kann in 20 min einen Hektar Ackerland pflügen und gleichzeitig eggen (Quelle: mit freundlicher Genehmigung der Kverneland Group).
Abb. 2.4 Übersicht über die historische Entwicklung der drei Phasen der Zivilisation [1]. In jeder Phase kamen neue Energieformen hinzu und der Stundenlohn eines Arbeiters stieg von 10 cts auf heute rund 10 €. Diese Steigerung wurde dadurch ermöglicht, dass die Arbeitsproduktivität um den gleichen Faktor anstieg. Für die weitere Entwicklung in den kommenden Jahrhunderten gibt es drei mögliche Wege: der Übergang zu einer Energiespargesellschaft auf der Basis von Biomasse, Wasser und Wind, wie es Deutschland plant. Bei einer 100 %igen Energiewende wird der Lebensstandard sinken, weil die Produktivität dieser Energieformen rund fünfmal niedriger ist als die der konventionellen Energien (Kapitel 3). Die zweite Möglichkeit ist das möglichst lange Verharren in Phase III, wobei die Erdölvorräte in einigen Jahrzenten erschöpft sein werden. Für diesen Weg haben sich die weitaus meisten Länder entschieden, allen voran die USA und China. Als dritte, bisher eher theoretische Möglichkeit gibt es den Weg hin zu neuen Energieformen, die noch leistungsstärker sind als die Energien der Phase III (Kapitel 11).
3: Die deutsche Energiewende
Abb. 3.1 Die klassischen Energieträger Öl, Gas, Kohle und Uran sollen durch Energie aus Biomasse, Wasser, Sonne und Wind ersetzt werden. Biomasse und Wasser können in Deutschland kaum noch ausgebaut werden.
Abb. 3.2 Anteil der verschiedenen Energieformen an der weltweiten Primärenergieerzeugung im Jahr 2006 und in Deutschland im Jahr 2013. »Sonstige« beinhaltet unter anderem den Anteil der Biomasse und der Müllverbrennung [1].
Abb. 3.3 Der Stand der deutschen Energiewende im Jahr 2014 und die Ziele für die Jahre 2020 und 2050. Die prozentualen Reduktionen beziehen sich auf den Stand des jeweiligen Referenzjahrs [1,4].
Abb. 3.4 Die Abholzung des natürlichen Waldbestands im südamerikanischen Land Paraguay ist als heller Fleck im Zentrum des markierten Kreises erkennbar. Es handelt sich um unzählige quadratische Äcker mit jeweils 2 km Kantenlänge (Ausschnitt). Die gerodete Fläche ist rund hundertmal größer als die Fläche des Ölsand-Tagebaus in der kanadischen Provinz Alberta [7] (Quelle: NASA/Google Earth Karten).
Abb. 3.5 Zuwachs an installierter Leistung in der Stromerzeugung aus den vier erneuerbaren Energien Wasser, Biomasse, Wind und Fotovoltaik (Sonne) in Gigawatt (GW) während der letzten sechs Jahre. Der Bedarf Deutschlands liegt tagsüber bei rund 80 GW [1].
Abb. 3.6 Simulation einer Stromversorgung aus 100 % erneuerbaren Energien. Gezeigt ist ein Zeitraum von zwei Wochen im Winter (oben), in dem über mehrere Tage der Verbrauch (Last, schwarze Kurve mit täglichen Maxima) größer ist als die Einspeisung. Im Sommer (unten) dominiert die Einspeisung aus der Fotovoltaik. Die tagsüber eingespeiste Leistung übersteigt die Last um ein Vielfaches. Diese sommerlichen Überschüsse müssten für die Lücken im Winter gespeichert werden [12–14].
Abb. 3.7 Hypothetische Energielandschaft mit künstlichem See und zentralem Ringwallspeicher. Der Durchmesser des Sees beträgt rund 10 km. Der höher gelegene Speicher ist mit Solarzellen bedeckt. Der Speicher bildet zusammen mit dem tiefer gelegenen See ein Pumpspeicherkraftwerk [9] (mit freundlicher Genehmigung von M. Popp; www.ringwallspeicher.de).
Abb. 3.8 Oben: Preise der Primärenergie in Eurocents pro kWh Wärmeenergie im Jahr 2014; unten: Strompreise in Eurocents pro Kilowattstunde im Jahr 2013 [1,15].
Abb. 3.9 Kostenschätzung der Energiewende bei der Stromerzeugung in Milliarden Euro pro Jahr. Ausgangspunkt sind die heutigen Erzeugungskosten und der heutige Stromverbrauch. Ein Drittel des Stroms wird chemisch mit einem Wirkungsgrad von einem Drittel zwischengespeichert. Der Netzausbau wird mit 5 cts/kWh veranschlagt. Kohle, Gas, Biomasse und Wasser sind grundlastfähig und für sie sind keine Speicherung, keine Reservekraftwerke und kein Netzausbau notwendig. TWh = Terawattstunde.
Abb. 3.10 Der Offshorewindpark Horns Rev vor der Küste Dänemarks. Bei günstiger Wetterlage erzeugt der leichte Unterdruck hinter jedem Windrad eine Art Kondensstreifen, der den Bereich verlangsamter Strömung markiert. Bei bestimmten Windrichtungen stehen die hinteren Reihen der Windräder im Windschatten der ersten Reihe und produzieren weniger Energie. Windräder müssen daher Mindestabstände einhalten (mit freundlicher Genehmigung. Horns rev 1, owned by Vattenfall, Foto von Christian Steiness).
Abb. 3.11 Windkraftanlagen dominierten bereits 2013 an vielen Stellen die Landschaft an der Nordseeküste (© Yauhen Suslo, Fotolia).
Abb. 3.12 Anstieg der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre über die letzten 50 Jahre. Der Anstieg beschleunigt sich, da die Kohlendioxidemissionen ständig steigen. Dem Anstieg überlagert sind jahreszeitliche Schwankungen. Im Sommer der Nordhalbkugel verursacht das Pflanzenwachstum ein Absinken der Konzentration. Auf der Südhalbkugel ist der Effekt weniger ausgeprägt, da die Landmasse geringer ist. Die Konzentration sollte 0,5‰ nicht überschreiten. Bei der aktuellen Rate von 0,002‰ jährlich wird dies in 50 Jahren der Fall sein [16].
4: DieglobaleLage
Abb. 4.1 Vergleich der jährlichen Kohlendioxidemissionen Chinas, Deutschlands und Afrikas seit 1990 [1].
Abb. 4.2 Entwicklung der Bevölkerungszahl (punktiert), des Primärenergieverbrauchs (grau) und der Kohlendioxidemissionen (CO2 , schwarz) als Veränderung in Prozent seit 1990 [1].
Abb. 4.3 Pro-Kopf-Bruttoinlandsprodukt und Pro-Kopf-Energieverbrauch (pro Jahr, Stand 2012) für die 190 Länder der Erde, für die diese Daten vorliegen. Beide Skalen sind logarithmisch. Der graue Balken skizziert den engen Zusammenhang der beiden Größen, denn die meisten Länder liegen in der Nähe des Balkens. Es lassen sich grob drei Phasen unterscheiden: Phase I: Armut; Phase II: Schwellenländer; Phase III: Industrieländer. Zusätzlich ist für einige bevölkerungsreiche Länder und Deutschland (D) die zeitliche Entwicklung während der letzten 10 Jahre eingezeichnet (inflations-korrigiert) [2, 3].
Abb. 4.4 Zusammenhang (grauer Balken) zwischen dem jährlichen Pro-Kopf-Bruttoinlandsprodukt und der Geburtenrate. Jeder Kreis markiert die beiden Werte für ein Land (Stand 2012). Die meisten Länder liegen auf oder nahe dem Balken, was zeigt, wie streng diese Korrelation gilt. Es lässt sich eine Armutsschwelle angeben, die bei 2000 € liegt. In Ländern mit einem geringeren Pro-Kopf-Bruttoinlandsprodukt sind die Geburtenraten generell hoch, darüber sinken sie auf 2–3 Kinder ab. Etwa 3 Mrd. Menschen leben unterhalb dieser Schwelle [3, 4].
Abb. 4.5 Zusammenhang zwischen durchschnittlicher Lebenserwartung (Stand 2005–2010) und dem Pro-Kopf-Bruttoinlandsprodukt (Stand 2012) [5].
Abb. 4.6 Cover des Buches »Die Grenzen des Wachstums«, das in den 1970er-Jahren fast in jedem deutschen Haushalt zu finden war. Das Buch markiert den Beginn der Zukunftsangst und der Technologieskepsis in Deutschland. Die Vorhersagen des Club of Rome haben sich nicht bewahrheitet. Die Ursachen für den Pessimismus, der in dem Buch zum Ausdruck kommt, liegen nicht in der Realität, sondern im Zeitgeist [7] (Quelle: DVA, München).
Abb. 4.7 Prinzip des Frackings. Eine Bohrung wird zunächst senkrecht bis zur gasführenden Schicht in mehreren Kilometern Tiefe geführt. Dort verläuft die Bohrung dann in der Schicht. Das Druckrohr hat in regelmäßigen Abständen Öffnungen, durch die das Fracking-Wasser austreten kann und in das Gestein vordringt. Die sich bildenden Risse werden durch Sandkörner und Chemikalien offen gehalten. Näher an der Oberfläche verläuft das Druckrohr in immer mehr ineinander geschachtelten Druckrohren, um das Grundwasser zu schützen [9].
Abb. 4.8 Reichweiten der nicht erneuerbaren Energieträger Erdöl, Erdgas, Uran und Kohle. Es sind jeweils die bereits bekannten Vorkommen (Reserven, dunkel) und die vermuteten weiteren Vorkommen (Ressourcen, hell) eingetragen. Beim Erdöl variieren die Angaben bei den Ressourcen je nach Datenquelle zwischen 100 und 200 Jahren. Bei den Uranressourcen wurde Thorium mit eingerechnet [10].
Abb. 4.9 Primärenergieverbrauch der wichtigsten Energieträger seit 1980. Ab 2012 handelt es sich um eine Vorhersage auf der Basis des Szenarios »New Policies« der Internationalen Energieagentur. Hierbei wird angenommen, dass die meisten Länder eine klimafreundliche Energiepolitik soweit als möglich umsetzen (Quelle: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Ressourcen 2013 [10]).
5: Lehrbuchwissen: Das Klima
Abb. 5.1 Titelblatt der Wochenzeitschrift Der Spiegel vom 11.8.1986 (mit freundlicher Erlaubnis des Spiegel-Verlags Rudolf Augstein GmbH & Co. KG).
Abb. 5.2 Der Anstieg des Meeresspiegels kann seit rund 20 Jahren sehr genau mit Satelliten gemessen werden. Die Rate liegt zurzeit ziemlich konstant bei 3,2 mm pro Jahr. Bei dieser Rate dauert es also noch 26 000 Jahre, bis der Kölner Dom überfutet ist [3].
Abb. 5.3 Massenverlust des Eisschildes der Antarktis. Die Eismasse lässt sich seit rund 10 Jahren anhand der Variationen des Gravitationsfeldes mit Satelliten vermessen [4].
Abb. 5.4 Die Menge an Energie, die die Erde in Form von Sonnenlicht empfängt (große Pfeile), muss genauso groß sein, wie die Energiemenge, die sie in der Form von Wärmestrahlung (kleine Pfeile) wieder an das kalte Weltall abgibt. Die Intensität der Wärmestrahlung hängt nur von der Temperatur ab und das Energiegleichgewicht wird bei –18 °C erreicht.
Abb. 5.5 Das Spektrum der Wärmestrahlung der Erde (dünne schwarze Linie), gemessen aus der Umlaufbahn eines Satelliten. Ähnlich wie sichtbares Licht gibt es Wärmestrahlung mit verschiedenen Wellenlängen. Für bestimmte Wellenlängen ist die Atmosphäre durchsichtig (8–9 μm, 10–13 μm) und dort entspricht das Spektrum der von der Erdoberfläche abgegebenen Wärmestrahlung (graue Linie). In den anderen Bereichen dämpft eines der Treibhausgase (Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan, Ozon) die Strahlung. Kohlendioxid verursacht einen drastischen Einbruch der abgestrahlten Leistung bei 15 μm. Gemittelt über den gesamten Wellenlängenbereich, über Tag und Nacht, über die verschiedenen Regionen der Erde und die Jahreszeiten ergibt sich für die Außenseite der Atmosphäre eine Temperatur von – 18 °C [9] (Wiley. Copyright © 1972, American Geophysical Union).
Abb. 5.6 Veränderung der Kohlendioxidkonzentration während der letzten 5000 Jahre. Über viele Jahrtausende schwankte sie nur wenig und lag zwischen 0,26 und 0,28 ‰. Seit der Industrialisierung steigt die Konzentration rapide an. Heute liegt sie bei 0,4 ‰ und nimmt jährlich um weitere 0,002 ‰ zu [10].
Abb. 5.7 Entwicklung der globalen mittleren Temperatur seit dem Beginn der Industrialisierung (1850) [1].
Abb. 5.8 Liste der wichtigsten positiven und negativen Rückkopplungen [1].
Abb. 5.9 Es besteht weitestgehend Einigkeit darüber, dass eine Verdopplung des Kohlendioxidgehalts der Atmosphäre zu einer direkten Temperaturerhöhung von rund 1 °C führt. Rückkopplungen verstärken diese Erwärmung. Darüber, wie stark der Verstärkungsefekt ist, besteht keine Einigkeit. Der Weltklimarat gibt ein Unsicherheitsintervall von 1,5–4,5 °C an mit einem wahrscheinlichsten Wert von 3 °C [1].
Abb. 5.10 Der vom Weltklimarat prognostizierte Anstieg des Meeresspiegels. Im ungünstigsten Szenario liegt der Mittelwert bei 70 cm. Wahrscheinlicher ist ein Wert um die 60 cm. Die Prognose hat allerdings einen großen Unsicherheitsbereich (grau). Der Anstieg setzt sich auch nach dem Jahr 2100 unaufhaltsam weiter fort, selbst wenn es dann keine Kohlendioxidemissionenmehr geben sollte [1].
Abb. 5.11 Je mehr Kohlendioxid sich in der Atmosphäre anreichert, umso höher steigt die Temperatur. Nur wenn die Emissionen praktisch sofort auf null sinken, wird die 2-Grad-Grenze (gestrichelt) eingehalten. Bei einer Reduktion auf die Hälfte wird es 2100 2,7 °C wärmer und danach ist der weitere Anstieg langsam (kurzer Pfeil). Steigen die Emissionen im gleichen Maß wie bisher weiter an, wird es 4,5 °C wärmer und die Temperatur erhöht sich rasch weiter (langer Pfeil). Wenn es gelingt, die Emissionen auf dem heutigen Wert zu stabilisieren, wird es in 100 Jahren 3°C wärmer. Die Marke von 4,5 °C wird dann erst 100 Jahre später erreicht. Grauer Bereich: Unsicherheitsintervall [1].
6: Andere Meinungen: Klima
Abb. 6.1 Eisbären auf schmelzenden Eisschollen sind ein beliebtes Symbol für die Gefahr, die dem Leben auf der Erde durch die Klimaerwärmung droht. Diese Tierart hat allerdings auch schon die letzte Warmzeit vor 100 000 Jahren überstanden, in der es 2 °C wärmer war als heute. Möglicherweise unterschätzen die Tier- und Klimaschützer die Überlebensfähigkeit der weißen Raubtiere (© Ghetty Images/Stockphoto, Jan Will).
Abb. 6.2 Zunahme der Kohlendioxidkonzentration und Abnahme der Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre. Messwerte zur Sauerstoffkonzentration gibt es erst seit 1990. Die Einheit »per meg« bezeichnet eine Abnahme um ein Millionstel. Letzteres unterstützt die Hypothese, dass das Kohlendioxid aus Verbrennungsprozessen stammt [3].
Abb. 6.3 Die Vereisung des Nordpolarmeers nahm in den letzten Jahrzehnten im Sommer immer mehr ab. Für die Jahrzehnte von 1980–1990 und 2000–2010 sind die Mittelwerte angegeben. Im Sommer des Jahres 2007 erreichte die Eisfläche ein vorläufiges Minimum und nahm in den Folgejahren wieder etwas zu (nicht dargestellt). 2013 hat sich der Erwärmungstrend wieder durchgesetzt (© EUMETSAT 2014).
Abb. 6.4 Seit 2010 nimmt die Fläche des antarktischen Seeeises zu. Diese Beobachtung könnte ein Indiz dafür sein, dass sich der Erwärmungstrend umkehrt. Allerdings nimmt die Menge an antarktischem Landeis weiterhin ab (vgl. Abb. 5.3). Bisher ist unklar, warum die Menge an Seeeis zunimmt.
Abb. 6.5 Schwankung der Sonnenintensität während der letzten 400 Jahre. Die Schwankungsbreite liegt bei 3 W/m2 (entspricht einem Strahlungsantrieb von 0,75 W/m2) (Quelle: www.Climate4you.com).
Abb. 6.6 Wenn die Zahl der Sonnenflecken maximal ist, reinigt der starke Sonnenwind das Sonnensystem von fremden Teilchen und die Intensität der kosmischen Strahlung auf der Erdoberfläche nimmt um bis zu 20 % ab (Quelle: www.Climate4you.com).
Abb. 6.7 Nahaufnahme eines Sonnenflecks. Der Fleck ist etwa so groß wie die Erde. Die heißen Gase an der Oberfläche werden durch die starken Magnetfelder, die an dieser Stelle aus dem Innern der Sonne austreten, zu Fäden gezogen. Die Felder behindern den Wärmetransport, sodass der Bereich mit der höchsten Feldstärke etwas kühler ist (© New Jersey Institute of Technology’s Big Bear Solar Observatory).
Abb. 6.8 Variation der Zahl der Sonnenflecken während der letzten 400 Jahre. Klar erkennbar sind der 11-Jahres-Zyklus und das Ausbleiben der Sonnenflecken im Maunder-Minimum zwischen 1650 und 1700.
Abb. 6.9 Ein Computerbild der Sonne in einem Sonnenfleckenmaximum. Die eigentlich unsichtbaren magnetischen Feldlinien wurden vom Computer als weiße Linien eingezeichnet. Dort, wo sie die Oberfläche der Sonne durchdringen, können geladene Teilchen leichter aus der Sonne ins Weltall entkommen. Der Sonnenwind wird intensiver (Quelle: www.spaceweather.com, Karel Schrijver, Lockheed Martin SAL).
Abb. 6.10 Zwei Darstellungen des Zusammenhangs zwischen der Intensität der kosmischen Strahlung und der Wolkenbedeckung. Die obere Darstellung (a) suggeriert einen engen Zusammenhang, während die untere zeigt, dass die Messgrößen unabhängig voneinander variieren. Der maßgebliche Unterschied ist der Zeitraum: Die untere Messung (b) erfasst einen längeren Zeitbereich. Während ab 2000 die Intensität der Strahlung wieder zunahm, verringerte sich die Bewölkung weiter (Quelle: www.climate4you.com).
Abb. 6.11 Pieter Bruegel der Ältere, Jäger im Schnee, 1556. Das Bild zeigt einen harten Winter im Europa der Kleinen Eiszeit (Pieter Bruegel der Ältere, Jäger im Schnee, 1556; Kunsthistorisches Museum Wien).
Abb. 6.12 Methanblasen im Eis des Bielefelder Obersees in Norddeutschland. Das Sumpfgas entsteht, wenn organisches Material abgebaut wird. Im Eis ist es bis zum nächsten Tauwetter gespeichert (© Prof. Dr. Rüdiger Blume).
Abb. 6.13 Die meisten Klimamodelle sagen einen Temperaturanstieg voraus, der innerhalb der dunkelgrauen Zone liegt. Nur wenige sagen einen noch stärkeren oder schwächeren Anstieg vorher (hellgraue Zone). Der tatsächliche Anstieg liegt unterhalb der Vorhersagen der meisten Modelle.
Abb. 6.14 Schematische Darstellung des Vergleichs der Vorhersagen zweier Klimamodelle der neuesten Generation. Berechnet wurde die Veränderung des Strahlungsantriebs für den einfachen Fall eines Wasserplaneten, der künstlich um 4 °C erwärmt wurde. Die Vorhersagen der beiden Modelle zeigen keine Übereinstimmung. Da eine experimentelle Überprüfung nicht möglich ist, lässt sich nicht entscheiden, ob eines der Modelle der Realität nahekommt oder beide Modelle falsche Vorhersagen liefern [16].
Abb. 6.15 Variation des Indexes der Atlantischen Multidekaden-Oszillation (AMO) und der jährlichen Gesamtenergie der Hurrikane seit 1850. Die Daten zeigen einen Zusammenhang (Quelle: Curtis Newton).
Abb. 6.16 Variation der über 24 Monate aufsummierten Gesamtenergie aller tropischen Hurrikane und Taifune. Die Energie zeigt keinen Anstieg mit der globalen mittleren Temperatur (Quelle: www.policlimate.com, © Dr. Ryan N. Maue).
Abb. 6.17 Die drei an der Klimadebatte beteiligten Gruppierungen mit ihren Hauptargumenten. Überraschend ist das geringe Wissen der Wissenschaft über die Höhe der zu erwartenden Klimaerwärmung. Das Fehlerintervall reicht von einer geringen Erwärmung, die nahe beim Wert der Skeptiker liegt, bis zu den hohen Werten der Alarmisten. Auch bei den Extremereignissen ist das Wissen mangelhaft.
7: Andere Meinungen: Energie
Abb. 7.1 Karikatur eines Schweizer Künstlers zum deutschen Ausstieg aus Kohle, Erdgas, Erdöl und Uran. Die Karikatur erfasst wesentliche Aspekte der Energiewende: die emotionale Ablehnung der Großindustrie und die Schwäche der erneuerbaren Energien (© Lukas Salzmann, www.lukassalzmann.ch).
Abb. 7.2 Künstlerische Darstellung des Traums von einem weitgehend autarken Leben im Einklang mit der Natur. Nahrungsmittel und Energie stellt jeder Bürger selbst für den Eigenbedarf her. Einziges Verkehrsmittel ist das Fahrrad. Der Alltag ist ausgefüllt mit der Erledigung der lebensnotwendigen Grundfunktionen. Es gibt keine Supermärkte, keine Fabriken, keine Autos und keine Autobahnen, keinen Export und keinen Import und keine Fernreisen (© Lukas Salzmann, www.lukassalzmann.ch).
Abb. 7.3 Die tatsächliche jährliche Stromproduktion lässt sich in VolllaststundenÄquivalenten angeben. Kohle- und Kernkraftwerke laufen zu 75–85 % der Zeit mit voller Leistung, während Wind- und Solarparks nur zu einem kleinen Bruchteil der Zeit mit der Nennleistung arbeiten. Nur Ofshorewindparks in besonders günstigen Lagen erreichen zumindest die Hälfte der Volllaststunden der konventionellen Kraftwerke.
Abb. 7.4 Im Endausbau der Energiewende entsteht ein Speicherbedarf von mindestens 16 800 GWh. Alle Pumpspeicherkraftwerke Deutschlands haben zusammen eine Kapazität von 40 GWh. Auch die Speicherkapazität der Batterien der 45 Mio. zukünftigen Elektroautos der Deutschen würde nicht ausreichen, selbst wenn jede Batterie 10 kWh an Energie aufnehmen könnte. Die einzig realistische Technologie zur Stromspeicherung ist die Umwandlung in chemische Energie in der Form von Wasserstof oder Methan (=Erdgas).
8: Wertediskussion
Abb. 8.1 Ein gängiger Cartoon als Dialog zweier Planeten illustriert die abschätzige Bewertung der Rolle des Menschen.
Abb. 8.2 Eine monotone Wohn-Stadt von oben (Council Estate, London). Steigt die Zahl der Menschen, wird es immer schwieriger, jedem Bürger einen hohen Lebensstandard mit ausreichenden Freiräumen zu gewähren (© Corbis, 2/Adrian).
Abb. 8.3 Die Klimaforscher sprechen von sogenannten Tipping Events. Tipping bedeutet Umkippen. Damit ist gemeint, dass die Treibhausgasemissionen das vermeintliche Gleichgewicht, in dem sich das Klima befindet, so stark stören könnten, dass es ähnlich dem Felsen auf der Bergspitze umkippt. Der Vergleich ist nicht zutreffend (Quelle: Balanced Rock im Arches National Park, Utah, USA, W. Wüst).
Abb. 8.4 Das Dreieck der Nachhaltigkeit. Die höchste Priorität muss dem Wirtschaftswachstum in den armen Ländern eingeräumt werden, denn die Armut treibt das Bevölkerungswachstum. Erst mit einer stabilen Bevölkerung können der Ressourcenverbrauch und die Treibhausgasemissionen eingedämmt werden (Pfeile) [12].
Abb. 8.5 Der ringförmige Tobasee (Bildmitte) auf Sumatra ist das Überbleibsel eines Supervulkans, dessen Ausbruch vor 74 000 Jahren große Teile der Erde mit einer Ascheschicht überzog. Der See ist so groß wie das Saarland (Quelle: NASA Landsat).
Abb. 8.6 Einschlag eines Fragments des Kometen Shoemaker-Levy 9 am 28. Juli 1998 auf dem Planeten Jupiter. Der äußere dunkle Ring ist so groß wie die Erde (Quelle: NASA, H. Hammel).
Abb. 8.7 Vergleich des Wertesystems, das dem Klimaschutz zugrunde liegt, mit den traditionellen Werten der demokratischen westlichen Gesellschaft.
9: Geschichte derWetter- und Klimakontrolle
Abb. 9.1 Ein Krieger des Stammes der Mandan versucht durch Anrufungen und Gesten den Regen herbeizuzwingen (Gemälde von George Catlin, 1837–1839).
Abb. 9.2 Hagelkanone in Kressbronn am Bodensee (Quelle: Wikimedia, ANKAWÜ).
Abb. 9.3 Titelbild des Buches »Fixing the Sky«, von James Rodger Fleming (Columbia University Press, 2012).
Abb. 9.4 Zentimetergroßes Hagelkorn. Der Wasserdampf hat sich schichtweise um den zentralen Kondensationskeim herum angelagert. Als Keim können bestimmte Staubteilchen oder ein Bakterium mit einer Größe im Mikrometerbereichdienen. Das größte dokumentierte Hagelkorn hatte einen Durchmesser von 20 cm und wog knapp 1 kg (0,88 kg).
Abb. 9.5 Die Vision der Kontrolle des Klimas hatte insbesondere während des kalten Krieges auch die Fantasie der Militärs und der Raumfahrtbehörden angeregt. Hier ein Entwurf eines »Solarsatelliten«, der durch Sonnenstrahlen erzeugte Energie zur Erde abstrahlt (Quelle: ESA, Projekt Ariadna, 2003).
Abb. 9.6 Landkarte des arktischen Ozeans. Ein mit starken Pumpen ausgerüsteter Damm in der Landenge zwischen Sibirien und Alaska könnte kaltes Wasser in den Pazifik pumpen (Pfeil oben). Dass würde vermutlich den warmen Golfstrom intensivieren (Pfeil unten). Eine Umkehrung der Pumprichtung könnte heute die Arktis »retten«, also ein sommerliches Auftauen des Meeres, das mit einer fortschreitenden Klimaerwärmung zu erwarten ist, verhindern.
10: Klimakontrolle
Abb. 10.1 Schwankungen der globalen mittleren Temperatur während der letzten 400 000 Jahre. Eine Differenz von 0 °C entspricht der heutigen Temperatur von +15 °C. Eine Erwärmung um +2 °C und eine Abkühlung um – 1 °C gelten als gerade noch akzeptabel. Nur für relativ kurze Zeiträume lag die Temperatur innerhalb dieses Intervalls. Die meiste Zeit war es bei Weitem zu kalt [8].
Abb. 10.2 Verlauf der globalen mittleren Temperatur während der letzten 10 000 Jahre. Der graue Bereich markiert die Unsicherheit des rekonstruierten Temperaturverlaufs. Vor 10 000 Jahren endete die letzte Eiszeit, in der es rund 7 °C kälter war als heute. Vor rund 5000 Jahren erreichte die Temperatur ein Optimum und sinkt seither wieder (Kaltzeittrend). Hätte sich dieser Kaltzeittrend fortgesetzt, wäre es heute kälter als in der Kleinen Eiszeit. Seit knapp 150 Jahren steigt die Temperatur steil an [17].
Abb. 10.3 Reisterrassen in China. Die Landschaft ist zu 100 % künstlich gestaltet (© Ghetty Images, KingWu).
Abb. 10.4 Der Ausbruch des Pinatubo auf den Philippinen am 15. Juni 1991. Die Gas- und Aschewolke erreichte eine Höhe von 40 km. Für drei Jahre wurde es auf der Erde merklich kühler (Quelle; U.S. Geological Survey).
Abb. 10.5 Sandstaubwolke, die aus der Westsahara (rechts) über den Atlantischen Ozean hinausgetrieben wird. Die Staubkonzentration ist so hoch, dass Teile der Küstenlinie (weiß markiert) nicht mehr zu erkennen sind. Die Sandwolke erscheint hell, denn sie reflektiert mehr Sonnenlicht als die dunkle Wasseroberfläche (Quelle NASA).
Abb. 10.6 Klimamodellrechnungen zu Szenarien mit und ohne Aerosolkühlung [2] (© 2008 The Royal Society) (a) Temperaturerhöhung nach Verdopplung der Kohlendioxidkonzentration. Die Temperatur steigt in den hohen Breiten um bis zu 7 °C; (b) Temperaturerhöhung nach Verdopplung des CO2 und mit Aerosolkühlung. In den meisten Regionen ändert sich die Temperatur kaum.
Abb. 10.7 Bild der Erde vom Weltall aus gesehen. Die kompakte weiße Fläche im unteren Teil ist die Antarktis. Die Umrisse von Afrika mit der wolkenlosen Sahara sind am oberen Rand der Erdkugel erkennbar. Das Bild lässt es plausibel erscheinen, das rund 30 % des Sonnenlichts reflektiert wird (Quelle: NASA/Apollo 17 Crew; Aufnahme durch Harrison Schmitt oder Ron Evans).
Abb. 10.8 Intensiver Flugverkehr über dem Südosten Frankreichs und den Alpen. Oben ist der Genfer See zu erkennen. Unter günstigen Wetterbedingungen wachsen die Kondensstreifen zu dünnen Wolken zusammen. Die Albedo ist offensichtlich höher als ohne den Flugverkehr (Quelle: NASA).
Abb. 10.9 Wolkenbildung durch die Abgase von Schiffsdieseln im Atlantik (Quelle: NASA, Aufnahmen durch Jesse Allen und Robert Simmon, basierend auf MODIS Daten).
Abb. 10.10 Kühlleistung in W/m2 durch vermehrte Wolkenbildung. Die Wolken werden durch Aerosole verstärkt, die durch die Passatwinde aus der Sahara und aus den Ländern südlich der Sahara auf den Atlantik hinausgetragen werden. Die helleren Grautöne markieren eine höhere Kühlleistung. Global würde eine zusätzliche Kühlleistung von wenigen Watt genügen, um die Klimaerwärmung zu kompensieren [10] (© 2005 National Academy of Sciences, USA).
Abb. 10.11 Elektronenmikroskopische Aufnahme eines fast perfekten Würfels aus Meersalz (Natriumchlorid) in einer Aerosolprobe aus der Nähe der Küste in Südengland (© Elsevier 2004).
Abb. 10.12 Vision eines Zerstäuberschiffs, das Meersalz-Aerosole aus Meerwasser erzeugt und in tief liegende Wolken injiziert. 1500 von diesen vollautomatischen und energieautarken Schiffen würden genügen, um einen Anstieg der Temperatur um 3 °C zu kompensieren (Quelle: Stephen Salter und John Latham).
Abb. 10.13 Zirruswolken an einem schönen Sommertag. Diese hoch liegenden Wolken aus winzigen Eispartikeln haben einen wärmenden Effekt auf das Klima (© K. Tuck, www.rgbstock.com).
Abb. 10.14 Wissenschaftler der CLOUD-Kollaboration vor ihrer zylinderförmigen Wolkenkammer am CERN in Genf (Quelle: CERN).
Abb. 10.15 Karte der Primärproduktion von Biomasse in den Weltmeeren. Die Kontinente und die Polkappen sind schwarz gezeichnet. Ein dunkler Ton bedeutet eine niedrige Primärproduktion. Viel Phytoplankton gibt es in den nördlichen Zonen des Atlantiks und Pazifiks und nahe den Küsten (hellgrau). Nördlich und südlich des Äquators gibt es ausgedehnte Bereiche mit sehr wenig pflanzlichem Leben (dunkelgrau). Die Primärproduktion ist dort nahe bei null. Dort, wo Aerosole vom Land auf das Meer hinausgetragen werden, ist die Primärproduktion hoch. Das ist zum Beispiel die Region vor der Westküste Südamerikas (Kreis). Diese Beobachtung zeigt, dass eine Düngung der Ozeane mit Mineralstoffen möglich ist.
Abb. 10.16 Satellitenaufnahme einer Meeresregion vor der Westküste Kanadas im August 2012. Es handelt sich um eine Kamera, die auf den grünen Pflanzenfarbstoff Chlorophyll empfindlich ist. Die dunkle Zone innerhalb des Kreises markiert eine erhöhte Konzentration des Farbstoffs. Es ist eine Algenblüte, die durch eine künstliche Düngung des Meeres im Juli hervorgerufen wurde (Quelle: NASA).
Abb. 10.17 Vision künstlicher Bäume, die das Kohlendioxid aus der Luft extrahieren und durch Pipelines zu den Gasspeichern weiterleiten (Quelle: Institution of Mechanical Engineers, UK).
Abb. 10.18 Übersicht der im Text angesprochenen Methoden mit einer Bewertung aus der Sicht des Autors. Die stark vereinfachte Bewertung orientiert sich an den Ergebnissen einer Studie des Kiel Earth Instituts [12].
11: EinWeg in die Zukunft
Abb. 11.1 Arme Menschen, »Tin City« Slum, Nairobi (© Reid/Shutterstock, J. Norman).
Abb. 11.2 Die drei Phasen der Entwicklung des Lebensstandards während der letzten 2000 Jahre (siehe Abb. 2.4.) Für die zukünftige Phase IV gibt es zwei entgegengesetzte Visionen: die Spargesellschaft und die Zukunftsgesellschaft. Sie unterscheiden sich in ihrem Lebensstandard und in ihrer Energieversorgung.
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Full, RolandVom Urknall zum Gummibärchen
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Zankl, Heinrich/Betz, KatjaTrotzdem genial Darwin, Nietzsche, Hawking und Co.
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Gerd Ganteför ist Physikprofessor an der Universität Konstanz. Er forscht im Bereich Clusterphysik und Nanotechnologie. Weiterhin ist er Research Professor im Department of Chemistry an der Johns Hopkins University in Baltimore, USA. In Konstanz hat er erfolgreiche Vorlesungen über Nanotechnologie sowie über Energie und Klima aufgebaut. Er ist Autor zahlreicher Fachartikel und hält öffentliche Vorträge zu vielfältigen Themen, insbesondere zur Energie- und Klimaproblematik und zu Chancen und Gefahren der Nanotechnologie. In der Reihe Erlebnis Wissenschaft erschienen seine Bücher »Klima – der Weltuntergang findet nicht statt« (2010) und »Alles NANO oder was?« (2013).
Derweil steigen weltweit die Treibhausgasemissionen immer weiter. Es ist etwas wärmer geworden, aber das hat zunächst sogar Vorteile. Langfristig könnten jedoch die Klimaforscher recht behalten. Und was dann? Ich habe das Buch für die Zukunft geschrieben, wenn es offensichtlich wird, dass die Energiewende scheitert. Auch dann droht kein Weltuntergang, wie ich bereits in meinem ersten Buch dargelegt habe. Aber es wäre gut, rechtzeitig über Alternativen nachzudenken, wenn es schließlich doch zu warm werden sollte. Das wird frühestens in 50 Jahren geschehen. Die einzige dann noch verbliebene Option ist die aktive Kühlung des Klimas. Das Buch gibt einen Überblick über die technischen Möglichkeiten der Klimakühlung. Es könnte langfristig der einzige noch mögliche Weg in eine menschenwürdige Zukunft sein.
Dezember 2014
Gerd Ganteför
