Innovation Map: Energieeffizienz und Kreislaufwirtschaft für eine nachhaltige Zukunft

Wirtschaftskammer 21. Februar 2023, 14:00

Solarenergie: Die Innovation Map zeigt die wichtigsten Nachhaltigkeitskonzepte der Zukunft © atimedia on Pixabay

Eine der größten Herausforderungen der heutigen Zeit ist die Klimakrise, die sich nur durch nachhaltige Zukunftskonzepte bewältigen lässt. Ein essenzieller Fokus solcher Strategien muss sich auf den Bereich der Energien richten. In vielen Bereichen wird hier die Forschung derzeit in rasendem Tempo angetrieben. Ob Solarenergie, Windkraft oder Kernfusion: Die Fortschritte der nachhaltigen Energie häufen sich zunehmend. Auch in anderen Sektoren der Nachhaltigkeit geht es schnell voran, beispielsweise im Recycling von verschiedenen Materialien oder biologisch abbaubaren Alternativen zu Kunststoff.

Die wissenschaftlichen Durchbrüche in punkto Energie und Nachhaltigkeit finden derzeit weltweit statt, deswegen ist es jedoch auch leicht, den Überblick zu verlieren. Abhilfe schafft die Innovation Map der Wirtschaftskammer Österreich (WKÖ), die insgesamt 105 Ausblicke in die Zukunft bietet. Einer der Kernbereiche ist „Energie & Nachhaltigkeit„. Die hier aufgeführten Technologien treiben Innovationen in der Energiewirtschaft voran und zeigen das Zukunftspotenzial von Energiesystemen. Wir zeigen insgesamt fünf große Zukunftsthemen, die sich laut der Innovation Map bereits jetzt in der Produktphase befinden, also schon bald massentauglich sein können.

1. Null-Energie-Gebäude

Für eine nachhaltige Energiezukunft ist es besonders wichtig, die Versorgung von Gebäuden neu zu denken. Von Begrünung von Fassaden über innovative bis hin zu neuartiger Isolierung: „Grüne Architektur“ wird immer einfallsreicher. Doch auch im Energiebereich gibt es zahlreiche Möglichkeiten, durch die Häuser ihren Verbrauch und damit auch ihre CO2-Emissionen deutlich reduzieren können. Als „Null-Energie-Gebäude“ bezeichnet die Innovation Map Gebäude mit einem Netto-Energieverbrauch von null oder nahezu null und ohne lokale Kohlenstoffemissionen.

Mittels Gebäudetechnik und einem neuartigen Bausystem ist es möglich, die CO₂-Betriebs-Emissionen drastisch zu reduzieren. Energie wird dabei möglichst sparsam eingesetzt und auch aus erneuerbaren Quellen wie Photovoltaik, Windturbinen und kleinen Wasserkraftwerken vor Ort erzeugt.

Laut der Innovation Map gibt es für Null-Energie-Gebäude jedoch nicht nur technische Herausforderungen. Auch rechtliche Fragen gibt es zu klären, beispielsweise für die Einspeisung von erzeugtem Strom in das Netz. „Neu entstehende Regulierungspraktiken müssen sich mit diesen Fragen befassen und auch Faktoren wie Ressourcenkreislauf, Auswirkungen auf die Landnutzung, die Umwelt und die menschliche Gesundheit berücksichtigen“, heißt es von der WKÖ.

Um die Kosten von Null-Energie-Gebäuden zu reduzieren, empfiehlt die Innovation Map ganze Null-Energie-Bezirke. Das wären zwar sehr aufwändige Projekte, jedoch würden sie große Vorteile wie Skaleneffekte zur Senkung der Kosten pro Gebäudeeinheit und eine gemeinsam genutzte Energieinfrastruktur mit sich bringen. Dadurch können die Städte der Zukunft wesentlich weniger Strom verbrauchen und einen entscheidenden Teil zur Bekämpfung der Klimakrise beitragen.

2. Kinetische Energiegewinnung

Ein weiteres Zukunftskonzept im Sektor Energie ist die kinetische Energiegewinnung. Damit sind Geräte gemeint, die Bewegungsenergie ernten, umwandeln und speichern können. Diese Energie kann aus unterschiedlichen Quellen kommen. Beispielsweise können Menschen sie durch Gehen oder Fahrradfahren erzeugen. Aber auch Quellen aus der Natur wie beispielsweise Windkraft oder Wellen können kinetische Energien erzeugen. Die WKÖ bezeichnet diese Form der Energiegewinnung als eine der saubersten und nachhaltigsten.

Besonders viel Potenzial bietet diese Technologie für Städte. Hier soll es möglich sein, dass Anwohner:innen durch ihre bloße Bewegung grüne Energie erzeugen. In Pflastersteinen implementiert kann Bewegungsenergie beispielsweise gesammelt und zur Stromversorgung der Straßenlaternen genutzt werden. Die Technik verwendet dabei eine leitfähige Flüssigkeit, um Reibung auf einer mit einem Nanofilm bedeckten Oberfläche zu erzeugen. Kombiniert mit einer perforierten Schicht, die Blasen von unter Druck stehendem Gas aufnimmt, wird Energie erzeugt, die in einer Batterie gespeichert und genutzt werden kann.

Auch für Wearables wie beispielsweise Smart Watches könnte kinetische Energie die Zukunft sein. „Da sich die Menschheit in Richtung symbiotischer Beziehungen mit ihren Geräten bewegt, könnte man sich leicht einen Moment vorstellen, in dem alle Wearables mit der kinetischen Energie des oder der Benutzer:in aufgeladen werden. Mit dieser unterbrechungsfreien Stromversorgung müssten diese Geräte nicht vom Körper abgenommen oder an ein Netzteil angeschlossen werden“, so die Innovation Map. Durch Gamification-Elemente könnte die Nutzung solcher Wearables und damit auch von nachhaltigen Fortbewegungsmethoden attraktiver werden.

3. Aufarbeitung von unsortiertem Abfall

Nicht nur der Energiebereich ist für die nachhaltige Zukunft von großer Bedeutung. Auch der Ausbau der Kreislaufwirtschaft ist essenziell. Dabei handelt es sich um ein System, bei dem Ressourcen so oft wie möglich wiederverwendet und recycelt werden. Der Innovation Map zufolge ist es besonders wichtig, energieeffiziente Recyclingverfahren umzusetzen, bei dem unsortierter, allgemeiner Hausmüll durch thermische Umwandlungsverfahren zu wiederverwertbarem, thermoplastischen Kunststoffersatz wird. Zu dem verwendbaren Müll gehören Knochen, Essensreste, Windeln und Kunststoff.

„Kurz gesagt wandelt diese Methode Abfall in einfachere, natürliche Partikel um, die später in verschiedenen Herstellungsverfahren wieder genutzt werden können“, erklärt die Innovation Map. Moderne Aufbereitungsanlagen lassen sich mit Bildverarbeitung ausstatten, um den zu zersetzenden Abfall während des Recyclings zu identifizieren. Das System kann außerdem von neuen Materialien lernen, die in die Anlage gelangen. Dadurch ist es nicht mehr nötig, den Abfall getrennt zu sammeln, wodurch sich das Abfallvolumen drastisch reduziert.

Solche Anlagen können den Müll bis auf nahezu molekulare Ebene aufbrechen und in weiternutzbare Grundstoffe umwandeln. Diese Stoffe werden in Folge in einem geschlossenen Kreislaufsystem behandelt, welches die elementarsten organischen Bestandteile wie Zellulose, Zucker und Fasern mit Biokunststoff verbindet. „Das Endprodukt ist ein biobasierter Verbundwerkstoff, der energieeffizient und umweltverträglich ist. Diese dynamische Lösung reduziert die Kosten für Logistik und Hausmüllbehandlung und führt gleichzeitig ein kreislauffähigeres und alternatives, klimapositives, thermoplastisches Material ein, das die Umwelt nicht belastet“, so die Innovation Map.

4. Dezentrales Energienetz

Um Erneuerbare Energien wirklich umsetzen zu können, darf das Energienetz der Zukunft nicht länger nur von großen Anbietern dominiert werden. Eine dezentrale Energieinfrastruktur, die sich nahe an den jeweiligen Verbraucher:innen befindet, ist hier die Lösung. „Anders als konventionelle Großanlagen können dezentrale Energienetze Strom oder Wärme in kleineren, verbrauchernahen Einheiten erzeugen, übertragen und speichern. Anstatt riesige Anlagen zu errichten, bündeln diese Infrastrukturen die dezentrale Energieerzeugung aus verteilten Energieressourcen“, heißt es in der Innovation Map.

Die Energiequellen, die sich in einem dezentralen Energienetz nutzen lassen, sind vielfältig und klimafreundlich. Von Windkraft über Biogas, Photovoltaik, Wasserkraft und fossilen Dampfreichen hier die Möglichkeiten. Mit Hilfe von IoT-Sensoren und Big Data lassen sich diese Netze überwachen und optimieren. Da die Dezentralisierung der Energieerzeugung die Effizienz aufgrund der Reduzierung von Energieverlusten bei der Übertragung erhöht, könnte sie langfristig auch einen wirtschaftlichen Wert schaffen.

Wenn diese Systeme zugänglicher und umfassender werden, könnten einzelne Haushalte in einem Peer-to-Peer-Modell zusätzliche Energie an das Netz verkaufen und so zu einem verteilten Energienetz werden. Außerdem entwickeln sich diese Systeme immer mehr zu autonomen Systemen, die ohne menschliches Zutun optimale Entscheidungen treffen und Energieverhandlungen führen, um die Energieeffizienz und die Kosten zu optimieren.

5. CO2-Sammelkraftwerk

Ein weiteres bedeutsames Element im Kampf gegen die Klimakrise ist das Konzept Carbon Removal. Hierbei geht es darum, klimaschädliches Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen. Bei CO2-Sammelkraftwerken handelt es sich um Kraftwerke, die Kohlendioxid genau das tun und das gewonnene CO2 in Folge zur Erzeugung von Nebenprodukten nutzen. Die Entfernung des Kohlendioxids findet durch geothermische Energie statt.

Durch die Filterung der Luft, die über eine spezielle Flüssigkeit strömt, bindet das Kraftwerk CO₂ in ein Gemisch ein. Das Gemisch wird recycelt, indem das CO₂ unter Verwendung von Wärme freigesetzt wird. Das entstandene Material wird durch einen Hochdruckprozess, bei dem Kohlendioxid, Wasser und Basalt zusammengemischt werden, in feste Karbonatmineralien verwandelt. Am Ende stehen Nebenprodukte wie beispielsweise Beton, welche kommerziell verwertet werden können.

Innovation Map: 105 Technologien für die Zukunft

In unserer Serie haben wir uns außerdem schon mit den Themenfeldern „Daten“ und „menschliche Fortentwicklung“ beschäftigt.

In der Innovation Map werden insgesamt 16 Energieeffizienz und Kreislaufwirtschaft-Technologien näher vorgestellt. „Unternehmen gestalten schon heute unsere Welt von Morgen. Dabei kommt es besonders auf das Erkennen und Nutzen von Trends, von neuen Geschäftsmöglichkeiten an“, sagt Florian Moosbeckhofer, der die Abteilung Innovation und Digitalisierung in der WKÖ leitet. „Wir unterstützen unsere Mitglieder am Weg in die Zukunft und fördern ein Future Mindset.“ Dazu gehört auch die Innovation Map: In einer kreisförmigen, interaktiven Grafik können Interessierte kostenlos sehen, welche Technologien im Jahr 2035 unser Leben und unser Business prägen werden.