Eine neue MIT-Studie unterstreicht die Notwendigkeit, Kompromisse zu prüfen, bevor Energietechnologien ausgewählt werden.
Bei der Entscheidung, wie der wachsende Energiebedarf der Welt am besten gedeckt werden kann, hängen die Antworten entscheidend davon ab, wie die Frage formuliert ist. Die Suche nach dem kostengünstigsten Weg bietet eine Reihe von Antworten. Einschließlich der Notwendigkeit, die Treibhausgasemissionen zu verringern, ergibt sich ein anderes Bild. Wenn man die Notwendigkeit hinzufügt, auf den drohenden Süßwassermangel zu reagieren, ergibt sich eine ganz andere Auswahl.
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Zu diesem Ergebnis kommt eine neue Studie, die Mort Webster, Professor für Ingenieurtechnik am MIT, in der Fachzeitschrift Nature Climate Change veröffentlicht hat. Die Studie macht deutlich, dass es entscheidend ist, diese Bedürfnisse gemeinsam zu untersuchen, bevor Entscheidungen über Investitionen in neue Energieinfrastrukturen getroffen werden, bei denen Entscheidungen, die heute getroffen werden, die Wasser- und Energielandschaft über Jahrzehnte hinweg beeinflussen könnten.
Die Überschneidung dieser Themen ist besonders kritisch, da die Stromerzeugungsindustrie einen starken Beitrag zu den gesamten Treibhausgasemissionen leistet und die meisten heutigen Stromerzeugungssysteme in hohem Maße von der Wasserversorgung abhängen. Obwohl Kraftwerke einen starken Beitrag zum Klimawandel leisten, ist zu erwarten, dass sich durch den Klimawandel das Niederschlagsmuster erheblich ändert, was wahrscheinlich zu regionalen Dürren und Wasserknappheit führt.
Erstaunlicherweise, sagt Webster, ist dieser Zusammenhang ein praktisch unerforschtes Forschungsgebiet. "Als wir mit dieser Arbeit begannen", sagt er, "gingen wir davon aus, dass die grundlegende Arbeit erledigt war, und wir wollten etwas Raffinierteres tun. Aber dann haben wir gemerkt, dass niemand das einfache, dumme getan hat. “Das heißt, ein Blick auf die grundsätzliche Frage, ob die Bewertung der drei Themen gleichzeitig zu denselben Entscheidungen führen würde, als wenn man sie isoliert betrachtet.
Die Antwort war ein klares Nein. "Würden Sie die gleichen Dinge bauen, den gleichen Technologiemix, um niedrige CO2-Emissionen und einen geringen Wasserverbrauch zu erzielen?", Fragt Webster. "Nein, würdest du nicht."
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Um die schwindenden Wasserressourcen gegen den wachsenden Strombedarf auszugleichen, müssten ganz andere Entscheidungen getroffen werden - und einige dieser Entscheidungen erfordern möglicherweise umfangreiche Forschung in Bereichen, die derzeit wenig Beachtung finden, wie beispielsweise die Entwicklung von Kraftwerkskühlsystemen, die weit weniger oder gar kein Wasser verbrauchen.
Auch wenn die erforderlichen Technologien vorhanden sind, werden Entscheidungen zur Verwendung für die Stromerzeugung stark von den Prognosen der künftigen Kosten und Vorschriften für die CO2-Emissionen sowie den künftigen Grenzen der Wasserverfügbarkeit beeinflusst. Zum Beispiel ist Solarenergie derzeit an den meisten Standorten nicht mit anderen Stromquellen konkurrenzfähig. Wenn dies jedoch gegen die Notwendigkeit einer Reduzierung der Emissionen und des Wasserverbrauchs abgewogen wird, könnte dies die beste Wahl sein, sagt er.
„Wenn Sie den Wasserverbrauch mit einbeziehen, müssen Sie andere Kühlsysteme und möglicherweise mehr Wind- und Sonnenenergie verwenden, als wenn die Wahl nur durch Kohlendioxidemissionen allein bestimmt wird“, sagt Webster.
Seine Studie konzentrierte sich auf die Stromerzeugung im Jahr 2050 in drei verschiedenen Szenarien: rein kostenbasierte Entscheidungen; mit der Forderung nach einer Reduzierung der CO2-Emissionen um 75 Prozent; oder mit einer kombinierten Anforderung zur Emissionsreduzierung und einer Reduzierung des Wasserverbrauchs um 50 Prozent.
Um mit den großen Unsicherheiten in vielen Projektionen fertig zu werden, verwendeten Webster und seine Co-Autoren eine mathematische Simulation, in der sie 1.000 verschiedene Möglichkeiten für jedes der drei Szenarien ausprobierten und jede der Variablen innerhalb des projizierten Unsicherheitsbereichs zufällig variierten. Einige Schlussfolgerungen wurden trotz der Unsicherheiten in Hunderten von Simulationen gezogen.
Auf der Grundlage der Kosten allein würde Kohle etwa die Hälfte des Stroms erzeugen, wohingegen sie unter dem emissionsbegrenzten Szenario, das auf etwa ein Fünftel sinken würde, und unter den kombinierten Beschränkungen im Wesentlichen auf Null sinken würde. Während die Kernenergie im emissionsbegrenzten Szenario rund 40 Prozent des Mix ausmachen würde, spielt sie weder im Szenario der Kosten allein noch im Szenario der Emissionen plus Wasser eine Rolle.
"Wir richten uns nicht nur an politische Entscheidungsträger, sondern auch an die Forschungsgemeinschaft", sagt Webster. Forscher "haben viel darüber nachgedacht, wie wir diese kohlenstoffarmen Technologien entwickeln, aber sie haben viel weniger darüber nachgedacht, wie dies mit geringen Wassermengen geschehen soll", sagt er.
Obwohl das Potenzial von Luftkühlungssystemen für Kraftwerke untersucht wurde, wurden bisher keine derartigen Anlagen gebaut, und die Forschungen dazu waren begrenzt, so Webster.
Nachdem sie diese erste Studie abgeschlossen haben, werden Webster und sein Team detailliertere Szenarien untersuchen, wie man von hier nach dort kommt. Während sich diese Studie mit dem Technologiemix befasst, der im Jahr 2050 benötigt wird, werden sie in zukünftigen Forschungen das untersuchen Schritte auf dem Weg dorthin.
"Was sollen wir in den nächsten 10 Jahren tun?", Fragt er. "Wir müssen uns alle zusammen mit den Auswirkungen befassen."