Das Klima schützen - Energie effizient nutzen

Der schonende Umgang mit Energie und Ressourcen stellt eine der zentralen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts dar. Vor dem Hintergrund begrenzter materieller Ressourcen, steigender Rohstoffpreise und der zunehmenden Technologienutzung ergeben sich auch für die Interaktion von Mensch und Technik neue Herausforderungen. Ziel ist es dabei, Methoden zu entwickeln, wie der Mensch Ressourcenverbrauch und Umweltbelastungen einschätzen und minimieren kann. Dies betrifft sowohl die Nutzer- wie auch die Erzeugerseite. Wesentliche Schritte in Richtung erneuerbarer Energiequellen wurden bereits gegangen (Solarenergie, Nutzung von Wind, Erdwärme und Biogas). Manche Möglichkeiten sind bisher kaum realisiert worden (z. B. Meeresströmungskraftwerke), wieder andere Verfahren bringen ihrerseits neue Umweltprobleme mit sich (z. B. Wasser- und Gezeitenkraftwerke). In jedem Falle wird der künftige Energiemix heterogener werden als wir es bisher gewohnt sind. Dies erfordert neue Konzepte für eine jederzeit abrufbare Grundlast sowie für die Speicherung von Energie. Für die Energiespeicherung existieren bisher jedoch kaum neue Konzepte, die über die Nutzung von Stauseen hinausgehen. Bisher kaum verfolgt wurden Möglichkeiten der lokalen, nutzernahen Energiespeicherung. Mit den zu erwartenden künftigen Entwicklungen, z. B. im Bereich der Elektrochemie, werden sich hierbei neue Wege auftun.

Auf der Anwenderseite lassen sich Energieeinsparung und Ressourcenschutz häufig durch Miniaturisierung, Vernetzung und teilweise auch durch eine weitgehende Energieautarkie der eingesetzten Technik erreichen. Autarke Technologien beziehen ihre Energie ausschließlich aus Umgebungseffekten, z. B. Temperaturdifferenzen, Luft- oder Flüssigkeitsströmungen, Lichteinstrahlung, etc.

Jedoch wird erst das Zusammenspiel von erneuerbaren Energieformen, der Speicherung von energie, aber auch ihrer effektiven Nutzung durch den Anwender das volle Klimaschutzpotenzial entfalten.

Da eine freiwillige Beschränkung des Energieverbrauchs auf der Nutzerseite und eine Sanktionierung des Energieverbrauchs durch hohe Preise ethische und wirtschaftliche Probleme mit sich bringen (man denke nur an den industriellen Nachholbedarf der Schwellenländer), müssen alternative Formen der Energienutzung entwickelt werden. Methoden der Mensch-Technik-Interaktion können hier hilfreich sein. Dazu muss der reale Energiebedarf des Menschen bzw. seiner technischen Umgebung (Industrieanlagen, Fahrzeuge, Arbeitsplatz, Haus und Wohnung) zeitnah und  genauer als bisher ermittelt werden. Die Bereitstellung der Energie kann dann entsprechend der Nachfrage erfolgen. Dieses „Energy on demand“-Prinzip setzt neben der sensorischen Bedarfserfassung auch eine Form der Interaktion zwischen Nutzersensorik und Energiebereitstellung voraus. Auch müssen die Energieversorgungssysteme in die Lage versetzt werden, unmittelbar auf sich ändernden Bedarf zu reagieren. Praktisch bedeutet dies, dass der Energiemix ständig den Erfordernissen anzupassen ist. Dabei handelt es sich um ein komplexes Optimierungsproblem mit vielen lokalen und zeitabhängigen Stellgrößen.
Parallel kann eine intelligente Vernetzung der technischen Systeme Leistungssteigerungen ermöglichen. Erste prototypische Anwendungen sind vernetzte technische Geräte in der häuslichen Umgebung und extrem miniaturisierte autarke Mikrosysteme mit Sensoren, die Daten empfangen, verarbeiten, speichern und senden können und ebenfalls vernetzt sind („intelligenter Staub“). In beiden Fällen besteht jedoch noch erheblicher Forschungsbedarf. So müssen autarke Systeme noch weitaus energieeffizienter werden, um ausschließlich Energie aus ihrer unmittelbaren Umgebung nutzen zu können. Gleichzeitig müssen sie zuverlässig über lange Zeiträume und wartungsfrei funktionieren. Die Einbindung des Menschen und die Art der Mensch-Technik-Schnittstelle stellen zudem spezielle Anforderungen an Datenreduktion und Datenaufbereitung, um eine Überflutung des Menschen mit Einzelinformationen zu verhindern.
Denkt man an Anwendungen im häuslichen Umfeld („Smart Home“, „Intelligentes Wohnen“, „Smart House“), so wird unmittelbar klar, dass auch die Akzeptanz vernetzter, energieeffizienter Systeme durch den Nutzer von großer Bedeutung ist. Hier gilt es, entsprechende Anreize zu schaffen, die über eine reine Kostenersparnis hinausgehen. So muss bei den genannten Beispielen auch die Anwendbarkeit für ältere Menschen und für Kinder sichergestellt werden. Gleichzeitig führen Entwicklungen wie das iPhone und das iPad die große Bedeutung ästhetischer Gesichtspunkte wie auch von effizienten Marketingstrategien bildhaft vor Augen.
Schlussendlich werden es, wie so oft in der Vergangenheit, auch neue Materialien sein, die den Weg zu innovativen, energieeffizienten Applikationen ebnen. Trends in der Materialforschung hin zu mikro- und nanoskaligen Funktionseinheiten spielen insbesondere im Hinblick auf mobile Anwendungen eine zentrale Rolle.