Ökologische Transformation Welche digitalen Ansätze den Weg aus der Energiekrise weisen können

Deutschland kommt bislang gut durch den Winter, das Thema einer sicheren Energieversorgung bliebt aber aktuell. Die Energiewende spielt hierbei eine wichtige Rolle, braucht aber technische Unterstützung. Wie Microgrids, digitale Zwillinge und ein wenig Weltraum-Sci-Fi helfen können.

Im Rahmen seiner Pressekonferenz zum Jahresauftakt wies der ZVEI erst vor wenigen Wochen erneut darauf hin: Die Energiewende braucht digitale Unterstützung. Ebenso bekannt ist: Auch die digitale kann die ökologische Transformation nicht im Alleingang beschleunigen.

Doch sie kann helfen, den so wichtigen Umbau unserer Stromnetze schnell und vor allem effektiv zu gestalten. Nokia skizziert hierfür ein paar mögliche Ansatzpunkte.

Energie sparen mit KI und Microgrids

Betrachtet man den globalen Energieverbrauch, sind Gebäude für fast ein Drittel davon verantwortlich. Geht man davon aus, dass im Jahr 2050 Neubauten nur noch einen kleinen Teil davon ausmachen werden, sollte man sich auf die Energieoptimierung bestehender Gebäude konzentrieren. Eine Nachrüstung mit KI- und IoT-basierter Technik würde unter den richtigen Voraussetzungen, beispielsweise einem nachhaltigen Betrieb der zugrundeliegenden Computing-Infrastruktur, auch alte Gebäude energieeffizienter werden lassen.

Zu den konkreten Optimierungsmaßnahmen zählen die Expertinnen und Experten bei Nokia beispielsweise die Nutzung digitaler Vermessungstechniken. So könnten Fotos mit Hilfe von Drohnen eine schnellere Erstellung von 3D-Gebäudemodellen ermöglichen. Anschließend können IoT-Anwendungen den klassischen, oft wenig digitalen Gebäudebetrieb durch ein zentralisiertes, cloudbasiertes Modell ersetzen. Als beispielhaft gilt das Empire State Building in New York, das mit IoT-Technologie auf Basis drahtloser Sensortechnik zur Steuerung von Kühlung, Strom, Raumtemperatur und Luftqualität ausgestattet wurde.

Aber auch diese Infrastruktur benötigt Strom. Wollen Unternehmen einen positiven Beitrag zur Klimawende leisten, müssen sie hingegen Energie sparen, wo es geht. Doch auch deren effizientere Nutzung ist ein essenzieller Baustein für den Klimaschutz. Die Netze selbst stehen hier allerdings vor einer Herausforderung: der schwankenden Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien.

Eine Lösung könnten sogenannte Microgrids sein. Bei ihnen handelt es sich um kleine lokale Stromnetze. Da sie unabhängig arbeiten, könnten sie die Netzstabilität fördern. Microgrids sind in der Lage, überschüssigen Strom schon auf der kleinsten lokalen Ebene flexibler und effizienter zu verwalten. Das hilft beim so wichtigen Ausgleich von Schwankungen im Stromnetz. Für diesen braucht es jedoch die Maschinenkommunikation. Sollen die einzelnen Komponenten eines Microgrids aktiv und intelligent agieren, ist die reibungslose Vernetzung untereinander und mit der Umgebung unumgänglich.

Smarte Gebäudeinfrastruktur

Energie sparen mit dem Gebäude 4.0

Digitaler Zwilling fördert die Energieeffizienz

Ist die entsprechende Vernetzung sichergestellt, können hier anschließend digitale Zwillinge aufsetzen. In ihrer Funktion als digitales Abbild der Realität könnten sie beim Verständnis helfen, wie ein Unternehmen oder eine Stadt Energie verbraucht – und wo Optimierungspotenzial liegt.

Nach Einschätzung von Nokia könnten sie die Entwicklung und Wartung intelligenter Netze ermöglichen. Und auch IoT-Sensoren können die digitalen Repräsentationen physischer Gegebenheiten nutzen, um bei der Verwaltung von Straßen und Gebäude zu unterstützen und die Energieversorgung so effizient wie möglich zu gestalten. Aber auch effizient genutzte Energie muss irgendwo herkommen.

Forschung

Wie der digitale Zwilling die Batteriezellfertigung fördern soll

Energie aus dem Weltraum nutzen?

Strom aus dem Weltall zu beziehen, klingt zunächst abenteuerlich. Tatsächlich scheinen Forschende der Europäischen Weltraumorganisation ESA aber davon auszugehen, dass man Solarenergie auch noch etwas weiter über unseren Köpfen gewinnen könnte – nicht ganz direkt am Entstehungsort, aber zumindest etwas näher an der Quelle sozusagen. Das ESA-Projekt Solaris beschäftigt sich bereits damit. Doch die technischen Herausforderungen zur Nutzbarmachung von weltraumgestützter Solarenergie sind groß.

Für die Umsetzung bräuchte es einen Satelliten, der die Sonnenenergie auffangen und anschließend zur Erde schicken kann. Die roboterbasierte Montage im Weltraum ist dabei nur eine Aufgabe. Weitere Hürden stellt die Notwendigkeit hocheffizienter Photovoltaik, Hochleistungselektronik und Funktechnik dar. Auch seien zunächst die Folgen der Mikrowellen auf die Gesundheit von Mensch und Tier näher zu untersuchen.

Wie vielversprechend dieser Ansatz tatsächlich ist, prüfen parallel zu Europa gegenwärtig auch andere Regionen und Staaten. Das Vereinigte Königreich hat hierzu beispielsweise die Space Energy Initiative initiiert. Die USA, China und Japan sollen aktuell Tests in der Erdumlaufbahn vorbereiten.

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