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Ausblick bis 2030 : Laborsteak im Klimahaus

  • -Aktualisiert am

Blick in die Zukunft Bild: Dmitri Broido

Allen Unkenrufen zum Trotz: Technische Entwicklungen lassen sich vorhersagen. Wir trauen uns, schon heute die Technikthemen bis 2030 zu nennen.

          6 Min.

          Manchmal kommt es anders als gedacht. 1991 zum Beispiel schmiedet der Telekombereich der Bundespost eifrig Pläne: Im Osten Deutschlands fehlen, so die Berechnungen, sieben Millionen Festnetzanschlüsse, 90.000 Telefonzellen und 360.000 Faxgeräte. Im selben Jahr veröffentlicht Mark Weiser in der populärwissenschaftlichen Zeitschrift „Scientific American“ einen Aufsatz über den Computer im 21. Jahrhundert. Der Informatiker beschreibt darin nicht nur die Grundidee dezentraler und miteinander vernetzter Rechner, sondern schildert den Alltag der fiktiven Büroangestellten Sal, die ihr Haus, ihre Arbeit und ihr Privatleben mit Hilfe eines Tablets steuert. Das iPad kam erst 19 Jahre später auf den Markt. Doch Weiser war mitnichten Hellseher, sondern kombinierte nur die wissenschaftlich bereits erarbeiteten Grundlagen mit sich wandelnden gesellschaftlichen Bedürfnissen. Was wir heute daraus lernen können? Auch im Zeitalter der Digitalisierung ist es möglich, grundlegende Techniktrends vorherzusagen. „Disruptiv“ mögen Technologien aus Sicht der Unternehmen sein, die zu lange an Althergebrachtem festhalten. In den Grundzügen steht längst fest, womit sich Technikredakteure im Jahr 2030 beschäftigen werden. Als da wären:

          Wasserstoff

          Ob Erdwärmekraftwerke, Sonne, Wind oder Wasser: Wo immer erneuerbare Energien statt Gas, Kohle und Öl genutzt werden, entsteht erst einmal Strom. Ein wunderbarer Energieträger, wenn man ihn sofort nutzen kann. Akkus auf Lithium-Ionen- oder auf Metall-Luft-Basis sind auch 2030 eine gebräuchliche Methode, ihn kurzzeitig im Zaum zu halten. Doch wo Energie für lange Zeit oder in großen Mengen gespeichert werden soll, wird Wasserstoff zum Energieträger erster Wahl. Der von Thyssen-Krupp durchgeführte Pilotversuch „Carbon2Chem“ in Duisburg zeigt, dass selbst bei stark schwankendem Stromangebot die Wandlungsverluste weniger als 20 Prozent betragen. Das Bundeskabinett streitet derzeit noch über die Wasserstoffstrategie für Deutschland, die eigentlich schon Ende 2019 verabschiedet werden sollte. Doch zehn Jahre später ist Wasserstoff die Basis für klimaneutrale Mobilität wie für CO2-freie Stahl- und Kunststofferzeugung.

          Gleichstrom

          Vom Kohlekraftwerk bis zum Gebläse eines Haushaltsföns oder dem Antrieb eines Industrieroboters fließt heute Wechselstrom. Für eine Energiewelt, in der wenige zentrale Erzeuger vielen dezentralen Verbrauchern gegenüberstehen, hat dieses Prinzip der Stromübertragung schon einen Sinn. Künftig wird jedoch jedes Gebäude und über Energierückgewinnung sogar jede Maschine zum Stromerzeuger. Solarzellen und Akkus liefern aber immer Gleichstrom, der mit Verlust durch Wechselrichter in den vom Antrieb benötigten Wechselstrom gewandelt wird. Welche Vorteile ein Systemwechsel haben kann, untersucht derzeit das Forschungsvorhaben „DC-Industrie“ des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung, an dem sich unter anderem Daimler und Siemens beteiligen. Die ersten Gleichstrom-Hochspannungsleitungen, die Wasser- oder Windstrom über weite Strecken transportieren, sind schon in Betrieb.

          Autonomes Fahren

          Auch im Jahr 2030 braucht eine Technikredaktion noch des Fahrens kundige Journalisten. Doch immer häufiger werden sie während der Fahrt Notizen dazu machen, wie gut die Maschine das Lenken übernimmt. Die Basistechnologien für das autonome Fahren – von der Sensorik über die Rechenleistung bis hin zur Regelungssoftware – sind bereits vorhanden und werden in großen Kooperationen von den Autoherstellern weiterentwickelt. Doch die hohen Kosten für den selbstfahrenden Computer machen ihn auch 2030 nur dort zum Geschäftsmodell, wo ansonsten Gehälter für einen menschlichen Fahrer zu Buche schlagen: Im Güterverkehr sowie im öffentlichen Personentransport. Das Letztgenannte funktioniert auch in der Stadt, wie das von Hamburg initiierte Projekt „HEAT“ zeigen soll: Zum ITS-Weltkongress soll im Herbst 2021 ein autonomer Kleinbus mit bis zu 50 km/h auf öffentlichen Straßen durch die Hafen- City fahren.

          Synthetische Kraftstoffe

          Die Welt, so hoffen wir, rückt näher zusammen. Möglich ist dies allein durch persönliche Begegnung. Da auch 2030 das Beamen keine Option ist, bleibt über weitere Strecken allein das Fliegen. Die Energiedichte von Kerosin (mehr als 11 Kilowattstunden je Kilo) wird von Akkus vermutlich nie, ganz sicher aber nicht in den nächsten zehn Jahren erreicht. Stattdessen kommen synthetische Kraftstoffe zum Einsatz, die auf der Basis „grünen“ Wasserstoffs erzeugt werden. Wer in Chemie aufgepasst hat, wird sich fragen, wo der benötigte Kohlenstoff herkommt, wenn dieser nicht aus fossilen Quellen stammen soll. Eine Übergangslösung kann die Nutzung industrieller Kohlendioxidquellen darstellen, etwa aus der Stahl- oder Zementproduktion. Langfristig erfolgt die CO2-Entnahme aus der Luft, wie sie an der ETH Zürich erforscht wird – eine Maßnahme, die vermutlich ohnehin notwendig sein wird, um die Erderwärmung in Grenzen zu halten.

          Aktive Gebäude

          Mal ist es zu heiß, mal zu kalt: Der weltweite Energiebedarf für das Heizen und die Klimatisierung von Gebäuden wächst. Mehr als ein Viertel des weltweiten CO2-Ausstoßes entfällt laut Internationaler Energieagentur mittlerweile auf den Gebäudesektor. Darauf zu hoffen, dass die mit zunehmendem Wohlstand in den Entwicklungs- und Schwellenländern steigende Nachfrage allein durch Effizienzmaßnahmen zu decken ist, dürfte vergebens sein. Allerdings: Gebäude zu bauen, die mindestens so viel Energie erzeugen, wie ihre Bewohner verbrauchen, ist schon jetzt möglich, wie die Bauten des Stuttgarter Architekturprofessors Werner Sobek zeigen. Künftige Entwürfe werden noch mutiger sein, Fassaden und Dächer den Strom erzeugen, der Wärmepumpen und Klimakompressoren antreibt. Situativ überschüssiger Strom wird nur zur Not in Akkus gespeichert, sondern erst einmal zur Warmwassererzeugung genutzt oder an den Nachbarn weitergegeben.

          Virtuelle Displays

          Es war eine gewaltige Entwicklung von der wuchtigen Braun’schen Röhre zum OLED-Display, das gestochen scharfe Bilder auf einer weniger als ein Millimeter dicken Kunststofffolie erzeugt. Im Jahr 2030 könnte sich das Display buchstäblich in Luft auflösen und in vielen Anwendungen durch Projektion ersetzt werden. Die Basis dafür bieten Mikrospiegelaktuatoren, die einen Lichtstrahl so modulieren, dass ein Bild entsteht. Eingesetzt wird die einst von Texas Instruments entwickelte Technik heute bereits bei hochwertigen Heimkinoanlagen, aber auch, um den Laserstrahl in 3D-Druckern zu steuern. Vorteil des virtuellen Displays: Das digital modulierte Licht fungiert auch als Rückkanal. Ein virtuelles, auf die Tischplatte oder die Wand projiziertes Display dient also auch als Touchpad, gehorcht auf Gesten und passt sich automatisch dem jeweiligen Untergrund an. Was heute noch fast die Ausmaße eines Toasters besitzt, passt 2030 in jedes Smartphone.

          Cobots

          Eine moderne Autokarosserie wird von Tausenden Schweißpunkten zusammengehalten. Das Schweißen selbst erledigen Industrieroboter perfekt, 24 Stunden am Tag verrichten sie ermüdungsfrei dieselben Arbeitsschritte. Wo die Stückzahl kleiner ausfällt und die Arbeit variantenreich, ist derzeit noch der Mensch gefragt: Kabelsätze für das Auto oder Steuerungen für Industrieanlagen entstehen meist in Handarbeit, oft in Ländern mit niedrigen Lohnkosten. Künftig könnten auch solche Tätigkeiten von Robotern zum Teil übernommen werden. Sie sind deutlich leichter und kleiner und arbeiten direkt mit dem Menschen zusammen, weshalb sie auch Cobots genannt werden. Gesteuert wird diese nächste Generation der Roboter nicht mehr durch einmalig programmierte Software, sondern durch lernende Algorithmen. Manche nennen das auch Künstliche Intelligenz.

          Wertstoffrecycling

          Nach dem Sendung-mit-der-Maus-Prinzip berichtet „Technik und Motor“ immer wieder darüber, wie Autos, Flugzeuge oder andere technische Apparate hergestellt werden. Im Jahr 2030 ist die Frage danach, was am Lebensende eines Geräts passiert, ebenso spannend geworden. Denn mit der Verteuerung von Energie und wachsendem Umweltbewusstsein wird es immer wirtschaftlicher, Rohstoffe aus Abfällen zu gewinnen, statt sie aus dem Boden zu holen. Deutlich wird das an der Batterie eines Elektroautos: In einem aktuellen Lithium-Ionen-Akku der 50-Kilowattstunden-Klasse, gut für rund 300 Kilometer Reichweite, stecken etwa zehn Kilo Mangan, elf Kilo Kobalt, 32 Kilo Nickel und mehr als sechs Kilo Lithium. Die Herausforderung bei jeglichem High-Tech-Müll liegt darin, die Rohstoffe aus komplexen Verbindungen wieder zu separieren. Die Basistechnologien wie spezielle Hochofenprozesse oder die Hydrolyse sind jedoch weit entwickelt.

          High-Tech-Nahrung

          Backöfen, die automatisch auf den Punkt garen, oder Kühlschränke, die ihr Innenleben über Handyverbindung preisgeben, erregen auf Fachmessen dieser Tage keine Aufregung mehr. Trotzdem wird eine Küche auch 2030 wie eine Küche aussehen – der wesentliche Unterschied besteht darin, was da brät, brutzelt und kocht. Denn nach Schätzung der UN-Ernährungsorganisation FAO muss die Nahrungsmittelproduktion bis zur Mitte des Jahrhunderts um 50 Prozent gesteigert werden, um die wachsende Weltbevölkerung mit den benötigten Kalorien zu versorgen. Allein durch Produktivitätssteigerungen ist das auf den bestehenden Anbauflächen nicht zu machen, die Agrarflächen müssten je nach Szenario um bis zu 21 Prozent wachsen. Dem entgegenwirken kann man nur durch konsequenten Vegetarismus – oder durch Fleisch aus dem Labor. Das Gemüse, ob Hauptgang oder Beilage, stammt aus vertikalen Farmen in Lagerhallengröße. Dort wächst es übrigens, mit LED-Licht in der richtigen Wellenlänge bestrahlt, deutlich schneller – und mit rund 50 Prozent weniger Energieeinsatz als auf dem Acker.

          Intelligente Implantate

          Die Lebenserwartung steigt, doch unweigerlich lassen Sehkraft und Gehör mit den Jahren nach. Nicht nur Sinnesorgane verlangen zunehmend nach Wartung oder Austausch, wobei das Ersatzteil manchmal mehr kann als das Original. Implantate, welche die Cochlea (Gehörschnecke) ersetzen und die über 2,4-Gigahertz-Funk direkt mit dem Smartphone verbunden werden können, sind heute bereits erhältlich. Die vom Bundesforschungsministerium mit vielen Millionen geförderte Entwicklung eines Chips, der die Retina (Netzhaut) ersetzt, scheiterte in der kommerziellen Umsetzung zwar jüngst, zeigte aber das Potential, das im Einsatz digitaler Medizintechnik steckt. Wenn die Basistechnologien einmal entwickelt sind, werden sie vermutlich nicht mehr nur zur Heilung eingesetzt, sondern auch zur Selbstoptimierung. Technikredakteure, die neue Produkte gern auf Herz und Nieren testen, stehen dann vor ganz neuen Herausforderungen.

          Mark Weiser starb 1995. Daher konnte er nicht mehr erleben, dass er mit seiner Vision vom allgegenwärtigen Computer recht behalten würde – und auch nicht, dass er in einem entscheidenden Punkt die technische Entwicklung unterschätzte: Zwar konnte man mit dem von ihm erdachten Tablet schon Videokonferenzen durchführen. Doch dass es dafür nur ein hosentaschengängiges Smartphone braucht, ahnte er nicht. Deshalb legen wir uns diesen Beitrag auf Wiedervorlage. Für den 1. Januar 2030.

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