Für eine lebenswerte Zukunft – Ressourcen verantwortungsvoll nutzen

In den kommenden 40 Jahren wird die Weltbevölkerung um zwei Milliarden Menschen auf dann neun Milliarden Menschen anwachsen. Die Weltwirtschaft soll sich bis zum Jahr 2050 fast vervierfachen. Und fast zwei Drittel aller Menschen weltweit werden 2050 in Städten leben. Das erwartet die Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD).

Doch wie können wir unter diesen Voraussetzungen künftig die Nachfrage nach Nahrung, Wasser und Energie befriedigen? Dies kann nur gelingen, wenn wir sehr viel verantwortungsvoller mit unseren Ressourcen umgehen. Die OECD sieht einen Lösungsweg in einer grüneren Industrie und grüneren Energieversorgung.

Dabei kommt Forschung und Entwicklung FuE eine wichtige Rolle zu. Sie kann entscheidend dazu beitragen, dass zukünftiges Wachstum mit einem Bruchteil des aktuellen Ressourcenverbrauchs erreicht wird. Auch deshalb hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF das Wissenschaftsjahr 2012 »Zukunftsprojekt ERDE« unter das Motto Forschung für nachhaltige Entwicklungen gestellt. Forscher der Fraunhofer-Gesellschaft entwickeln bereits seit Jahren Produkte und Verfahren mit direktem oder indirektem Bezug zur Nachhaltigkeit. Schwerpunkte sind Rohstoffeffizienz, Ressourcen- und Lifecycle-Management, biobasierte Rohstoffe, erneuerbare Energien, nachhaltige Mobilität und Wassermanagement. Auf der Hannover Messe stellen wir einige aktuelle Forschungsergebnisse vor.

Kostbares Gut Wasser
Jeder Mensch hat ein Recht auf sauberes Trinkwasser und eine sanitäre Grundversorgung. Das haben die Vereinten Nationen beschlossen. Doch weltweit haben immer noch mehr als 780 Millionen Menschen keinen Zugang zu Trinkwasser und etwa 2,6 Milliarden Menschen leben ohne sanitäre Anlagen – das ist weit über ein Drittel der Weltbevölkerung. Wasser ist auch ein bedeutender Wirtschaftsfaktor: Schon heute verbrauchen Landwirtschaft und Industrie mehr als vier Fünftel des kostbaren Nass. Laut einer UN-Studie wird Wasser künftig strategisch sogar bedeutsamer sein als Erdöl. Denn das rasante Bevölkerungswachstum sowie die stetig voranschreitende Urbanisierung führen dazu, dass die globalen Wasservorkommen immer stärker unter Druck geraten.

Bislang gehen wir mit der wertvollen Ressource Wasser sehr verschwenderisch um. In Europa verbraucht jeder Mensch etwa 120 Liter Wasser am Tag – nur drei davon trinkt er. Ein Drittel hingegen wird durch die Toilette gespült. Sauberes Wasser ist jedoch viel zu kostbar, um es für den Transport von Fäkalien zu vergeuden. Durch moderne Techniken wie zum Beispiel eine Vakuumkanalisation lässt sich der Wasserverbrauch drastisch senken. In neuartigen Kläranlagen werden die kohlenstoffhaltigen Abwasserbestandteile zu Biogas und die Nährstoffe Stickstoff und Phosphor zu einem verwertbaren Düngesalz umgesetzt. Regenwasser wird gesondert gesammelt und über eine moderne Membrananlage gefiltert. Heraus kommt keimfreies Pflegewasser, das sogar den Anforderungen der Trinkwasser-Verordnung entspricht. Dass sich solche neuen Technologien auch in der Praxis bewähren, hat das Projekt »DEUS« in einigen Gemeinden Deutschlands bereits gezeigt. Fraunhofer-Forscher arbeiten nun daran, in dem Projekt »Advanced wastewater treatment in Guangzhou« die DEUS-Technologie in einem Industriepark der Stadt Guangzhou, Provinz Guangdong an die Bedingungen in China anzupassen.

Eine große Herausforderung wird es sein, Megastädte wie zum Beispiel Peking mit Wasser zu versorgen. Im Projekt »Bejing Water« haben Fraunhofer-Forscher untersucht, welche Faktoren die Wasserversorgung einer Megacity beeinflussen, wie sich Engpässe vorhersagen lassen, welche Alternativen zur Verfügung stehen und welche Auswirkung diese haben. Das Ergebnis ist ein Simulationsprogramm, mit dem die Wasserbehörde der Stadt Peking die künftige Entwicklung vorhersehen und planen kann.

Energie: Erneuerbar, effizient und kompakt
In den vergangenen Wochen ist der Preis für Erdöl in Europa noch einmal kräftig gestiegen. Die politisch instabile Lage in einigen Lieferregionen, der schwache Euro, die Auswirkungen der Krise sowie der enorme Energiebedarf der Schwellenländer treiben die Kosten für warme Wohnungen, fürs Autofahren und den Transport von Gütern in die Höhe. Erneuerbare Energien können – so das Ergebnis der Studie Energiekonzept 2050 – die Nutzung von Kohle, Erdöl, Erdgas und nuklearen Energien im Strom- und Wärmemarkt schrittweise reduzieren und langfristig sogar vollständig ersetzen. Forscher arbeiten an Lösungen für die Energiewende. Dabei setzen sie auf einen Mix aller erneuerbarer Energien – also Wind- und Wasserkraft, Photovoltaik, Solarthermische Kraftwerke im Süden Europas und in Nordafrika, solarthermische Wärmeerzeugung, Biomasse-Reststoffnutzung, Geothermie sowie Wellenenergie, um eine robuste Energieversorgung zu ermöglichen. Gebraucht werden aber auch leistungsfähige Stromspeicher, die das fluktuierende Energieangebot ausgleichen. Zudem wird eine dezentrale, intelligente, last- und angebotsorientierte Versorgungsstruktur benötigt (SmartGrids). Wesentliches Element des Energiekonzeptes ist auch eine deutliche Erhöhung der Energieeffizienz. Hier schlummert noch viel ungenutztes Potenzial: So ließe sich zum Beispiel durch eine geschickte Sanierung der Energiebedarf von Gebäuden um bis zu 80 Prozent senken.

Chemie aus der Natur
Unter den gestiegenen Erdölpreisen leidet auch die chemische Industrie. Dennnoch nutzt sie vor allem Erdöl als Ausgangsstoff für ihre unzähligen Produkte wie Kunststoffe, Waschmittel, Kosmetika oder Medikamente. Doch die knappen fossilen Ressourcen zwingen auch hier zum Umdenken. Eine alternative Kohlenstoff-Quelle ist Biomasse. Bereits vor einigen Jahren haben sich acht Fraunhofer-Institute zusammengeschlossen, um das Thema »Industrielle Biotechnologie – Die Natur als chemische Fabrik« voranzubringen und wichtige Grundlagen für die Nutzung nachwachsender Rohstoffe in der chemischen Industrie zu legen. Derzeit baut Fraunhofer gemeinsam mit anderen Forschungsinstituten und der Wirtschaft in Leuna das Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP auf. Damit wollen wir die Lücke zwischen Labor und industrieller Umsetzung schließen.

Der Übergang von einer Wirtschaft, die sich auf fossile Ressourcen stützt, hin zu einer auf nachwachsenden Rostoffen aufbauenden Wirtschaft lohnt sich: Die EU-Kommission schätzt, dass Investitionen in Forschung, Innovationen und Kompetenzen in der Bioökonomie einen Mehrwert von 45 Milliarden Euro und 130 000 Jobs im Bioökonomiesektor bis 2025 in der Europäischen Union schaffen könnten.

Ziel: Produzieren ohne Rohstoffe
Eine weitere wichtige Aufgabe der Zukunft ist es, die Ressourceneffizienz in der Produktion und im Produkt zu steigern. Das Produzieren mit wenig Ressourceneinsatz eröffnet den Einstieg in ein verantwortungsvolles, nachhaltiges Wirtschaften. Der große Vorteil: Rohstoff- und Energieeinsparungen rechnen sich nicht nur für die Umwelt, sondern auch für die Unternehmen. Denn in vielen Branchen bestimmen Material- und Energiekosten schon längst maßgeblich den Preis des Endprodukts. So entfallen zum Beispiel im Verarbeitenden Gewerbe mehr als 40 Prozent der Herstellungskosten auf den Materialverbrauch. Würde man den Rohstoffeinsatz nur um sieben Prozent reduzieren, ließen sich pro Jahr 48 Milliarden Euro einsparen. Das hat eine aktuelle Untersuchung des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung ISI ergeben.

Die rohstoffeffiziente Produktion ist aber nur ein erster Schritt. Künftig müssen wir noch weitergehen und das Wirtschaftswachstum vom Ressourcenverbrauch entkoppeln. Forscher arbeiten daran, eine Produktion ohne den Einsatz neuer Rohstoffe zu ermöglichen. Das erfordert konsequentes Recycling – insbesondere auch in der Industrie. Indem Sekundärrohstoffe in Kaskaden immer weiterverwertet und in den Produktionsprozess zurückgeführt werden, lassen sich enorme Mengen an natürlichen Ressourcen einsparen.

Morgenstadt
Schon heute lebt die Hälfte der Weltbevölkerung in Städten. Tendenz steigend. Folgen sind unter anderem: Staus, Lärm und schlechte Luft sowie enorme Mengen an Abfall. Die Fraunhofer-Forscher entwickeln Systemlösungen für das urbane Leben von morgen. Schwerpunkte in dem Projekt der »Morgenstadt – Vision einer CO2-neutralen und lebenswerten Stadt« sind Mobilität, Informationstechnologien, das Bauen oder der Handel. Entscheidend für diese Entwicklungen: Die Technik soll sich an die Menschen anpassen, und nicht der Mensch an die Technik.

Die wachsende Weltbevölkerung, knapper werdende Rohstoffe und steigende Umweltschutzanforderungen sind schwerwiegende Herausforderungen für Politik, Industrie und Verbraucher. Wir brauchen den Umstieg auf eine nachhaltige Wirtschaft. Doch was verstehen wir unter Nachhaltigkeit? Die von den Vereinten Nationen eingesetzte Brundtland-Kommission beschreibt es so: »Nachhaltige Entwicklung ist Entwicklung, die die Bedürfnisse der Gegenwart befriedigt, ohne zu riskieren, dass künftige Generationen ihre eigenen Bedürfnisse nicht befriedigen können«. Wollen wir diesem Grundsatz folgen, ist es erforderlich, unsere Systeme in Richtung Umwelt- und Gesellschaftsverträglichkeit umzugestalten. Wir sind davon überzeugt, dass die Bereitstellung umweltschonender Techniken und Prozesse einen wichtigen Beitrag dazu leisten kann. Wir sehen es als unseren Forschungsauftrag an – gemeinsam mit der Politik, Wirtschaft und der Gesellschaft – hier die Weichen für unsere Zukunft zu stellen.