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Denkwerkstatt

„First Principles“-Denken und die Energiewende

Als jemand, der sein Leben lang hochwertige Werkzeuge hergestellt hat, weiß ich, worauf es ankommt. Schraubendreher, Zangen und andere Werkzeuge müssen zuverlässig funktionieren, gut in der Hand liegen und ihre Aufgabe über viele Jahre, am besten ein Leben lang, erfüllen. Denn genau darauf kommt es letztlich an: Sie müssen ihren Zweck erfüllen.

So stolz mich unsere Werkzeuge bei WIHA auch immer gemacht haben: Nicht das Werkzeug selbst ist das Ziel, sondern das, was Menschen damit erreichen können.

Genau darum geht es auch beim „First-Principles“-Denken: Es ist ein Werkzeug, um Ziele besser zu erreichen.

„First Principles Thinking“ bedeutet, ein Problem auf seine grundlegenden, überprüfbaren Tatsachen zurückzuführen und von dort aus eine Lösung zu entwickeln. Auf Deutsch könnte man sagen: Denken von den Grundprinzipien her.

Dabei hinterfragt man Gewohnheiten und Annahmen: Was wissen wir tatsächlich? Was ist eine unvermeidbare Grenze – und was machen wir einfach deshalb so, weil es bisher üblich war?

Elon Musk

Elon Musk hat diese Denkweise besonders bekannt gemacht. In einem Interview mit Kevin Rose 2012 erläuterte er sie am Beispiel von Batterien: Die verbreitete Annahme lautete, Batterien seien teuer und würden deshalb auch künftig teuer bleiben. Musk fragte dagegen: Aus welchen Materialien bestehen sie? Was kosten diese Materialien einzeln? Und wie könnte man sie günstiger zu einer Batterie zusammenbauen? So wird aus einem vermeintlich unveränderlichen Preis eine konkrete Entwicklungsaufgabe. 

Die Materialkosten sind dabei selbstverständlich noch nicht die Kosten der fertigen Batterie. Fertigung, Qualität, Sicherheit und vieles andere kommen hinzu. Der entscheidende Gedanke ist: Der bisherige Preis beweist nicht, dass es grundsätzlich nicht günstiger geht.

Das Vorgehen lässt sich in vier Schritte fassen:

  1. Das Ziel klären: Was wollen wir wirklich erreichen?
  2. Annahmen prüfen: Was ist belegt, was lediglich gewohnt oder behauptet?
  3. Grundlagen bestimmen: Welche Tatsachen und Grenzen müssen wir berücksichtigen?
  4. Lösungen neu entwickeln und testen: Welche Möglichkeiten ergeben sich daraus, und funktionieren sie in der Praxis?

Auf die Energieversorgung übertragen würde die Ausgangsfrage beispielsweise lauten: Wie sichern wir eine zuverlässige, bezahlbare und umweltverträgliche Energieversorgung? Anschließend vergleichen wir die möglichen Lösungen anhand dieser Ziele – einschließlich der Kosten des gesamten Systems.

First-Principles-Denken legt das Ergebnis also nicht vorab fest. Es verlangt, auch die eigenen bevorzugten Lösungen kritisch zu prüfen. Seine Stärke liegt darin, das bisher Übliche vom tatsächlich Notwendigen zu unterscheiden.

Dies möchte ich im Folgenden an der Energiewende erproben:

Energiewende und  First-Principles-Denken

Beginnen wir mit dem Ziel: Deutschland will bis 2045 klimaneutral werden.

Darüber kann man politisch diskutieren. Aber wenn dieses Ziel gesetzt ist, bleibt eine entscheidende Frage: Wie erreichen wir es möglichst sicher, wirtschaftlich und sozial verträglich?

Hier hilft First-Principles-Denken.

Wir beginnen nicht mit der bestehenden Energiewende. Wir beginnen auch nicht mit Windkraft, Photovoltaik oder Kernenergie.

Wir fragen zunächst:

Was brauchen wir eigentlich?

Eine moderne Industriegesellschaft braucht Energie, die jederzeit verfügbar, sauber, bezahlbar und zuverlässig ist.

Sie sollte möglichst geringe Umweltbelastungen verursachen und uns nicht unnötig von einzelnen Ländern oder Rohstoffen abhängig machen.

Und für ein Industrieland wie Deutschland ist noch etwas entscheidend:

Unsere Energie muss international wettbewerbsfähig sein.

Das sind die Grundbedingungen.

Erst danach sollten wir über Technologien sprechen.

Aus einer ideologischen Diskussion wird eine technische und wirtschaftliche Aufgabe

Diese Unterscheidung ist wichtig. Windenergie ist kein Ziel. Solarenergie ist kein Ziel. Kernenergie ist ebenfalls kein Ziel.

Alle drei sind Werkzeuge zur Energieerzeugung.

Deshalb sollten wir nicht fragen: Welche Technologie wollen wir Sondern: Welche Kombination erfüllt unsere Anforderungen am besten?

Damit wird aus einer ideologischen Diskussion eine technische und wirtschaftliche Aufgabe.

Wind- und Solarenergie haben Vorteile: Sie benötigen im Betrieb keinen Brennstoff. Sie erzeugen Strom mit geringen direkten CO₂-Emissionen. Photovoltaik kann schnell gebaut werden. Die Kosten der Anlagen sind in den vergangenen Jahrzehnten stark gefallen. 

Aber beide besitzen eine unveränderbare Eigenschaft: Ihre Stromproduktion hängt vom Wetter ab. Wenn viel Wind weht und gleichzeitig die Sonne scheint, kann sehr viel Strom entstehen. Wenn nachts wenig Wind weht, sieht es anders aus.

Unser Stromverbrauch richtet sich aber nicht nach dem Wetter. Krankenhäuser, Fabriken, Rechenzentren, Bahn und Haushalte brauchen Strom genau dann, wenn er benötigt wird.

Deshalb muss ein Stromsystem mit viel Wind und Solar weitere Aufgaben lösen. Es braucht Netze, Speicher, flexible Verbraucher und jederzeit verfügbare Kraftwerke oder andere Formen gesicherter Leistung.

Das ist keine Kritik an Wind und Solar. Es ist eine physikalische Tatsache.

Die einzelne Kilowattstunde sagt zu wenig. Deshalb führt auch die beliebte Frage „Welche Technologie produziert die billigste Kilowattstunde?“ nur begrenzt weiter.

Das gilt genauso für Kernenergie 

Wer technologieoffen argumentiert, muss bei Kernenergie genauso kritisch rechnen. Bei ihr gehören in die Rechnung: Baukosten, Finanzierung, Brennstoff, Betrieb, Sicherheit, Rückbau und Entsorgung.

Große europäische Kernkraftwerksprojekte haben gezeigt, dass Kernenergie sehr teuer werden kann, wenn Bauzeiten lang werden und Kosten aus dem Ruder laufen. Neue Reaktorkonzepte wollen genau dieses Problem lösen. SMR und andere fortgeschrittene Reaktoren setzen beispielsweise auf kleinere Einheiten, Standardisierung und teilweise Serienfertigung.

Auch Flüssigsalzreaktoren verfolgen neue technische Ansätze. Ob sie tatsächlich günstiger werden, muss sich erst zeigen. Das gilt auch für Copenhagen Atomics. Neue Kernenergie braucht keinen Sonderstatus. Aber sie sollte eine faire Chance bekommen, ihre Leistungsfähigkeit zu beweisen.

Gleiche Regeln für alle

Damit kommen wir zu einem zentralen Punkt.

Warum behandeln wir Energieformen politisch unterschiedlich?

First Principles würde zunächst einen gemeinsamen Maßstab definieren.

Für jede Technologie sollten wir fragen:

  • Wie viel CO₂ entsteht?
  • Was kostet das Gesamtsystem?
  • Wie zuverlässig steht die Energie zur Verfügung?
  • Welche Netze und Speicher werden zusätzlich benötigt?
  • Wie viel Fläche und Rohstoffe werden verbraucht?
  • Welche Abfälle entstehen?
  • Welche Importabhängigkeiten schaffen wir?
  • Wie schnell lässt sich die Technologie ausbauen?

Dann können Wind, Solar, Kernenergie, Speicher, Wasserkraft, Geothermie und andere Technologien miteinander konkurrieren.

Das wäre echte Technologieoffenheit. Gleiche Leistung – gleiche Vergütung. Gleiche Belastung – gleiche Verantwortung.

Wettbewerbsfähigkeit gehört zur Energiewende

Deutschland ist nicht nur eine Volkswirtschaft, sondern weiterhin eine bedeutende Industrienation. Chemie, Stahl, Maschinenbau, Automobilindustrie, Metallverarbeitung und zunehmend auch Rechenzentren benötigen große Mengen Energie. Diese Unternehmen konkurrieren weltweit.

Ein deutsches Unternehmen kann auf Dauer nicht wesentlich höhere Energiekosten tragen als seine internationalen Wettbewerber und trotzdem dasselbe Produkt zum Weltmarktpreis verkaufen.

Deshalb ist Energiepolitik immer auch Standortpolitik. 

Wenn Produktion Deutschland verlässt, verlieren wir nicht nur eine Fabrik.Wir verlieren Arbeitsplätze, Wertschöpfung, Know-how, Investitionen und Steuereinnahmen. Und wenn die Produktion anschließend in einem Land mit höheren CO₂-Emissionen stattfindet, ist möglicherweise auch dem Weltklima wenig geholfen.

Eine vernünftige Energiewende muss deshalb Klimaschutz und Wettbewerbsfähigkeit gemeinsam betrachten.

Energiepreise sind auch Sozialpolitik

Jeder Mensch braucht Energie. Zum Heizen. Zum Kochen. Für Licht. Für Mobilität.

Hohe Energiepreise treffen Menschen mit kleinen Einkommen besonders stark. Und Energie steckt praktisch in jedem Produkt.

Wenn Strom, Gas und Transport teurer werden, steigen häufig auch die Kosten von Lebensmitteln, Dienstleistungen und Industrieprodukten.

Deshalb ist Energiepolitik immer auch Sozialpolitik.

Manchmal werden hohe Kosten durch staatliche Zuschüsse ausgeglichen. Das kann für einzelne Haushalte notwendig sein. Aber volkswirtschaftlich verschwinden die Kosten dadurch nicht. Sie werden dann über Steuern oder andere staatliche Einnahmen finanziert. Die Rechnung verschwindet nicht. Sie wechselt nur den Empfänger.

Was sollte der Staat tun?

Der Staat hat eine wichtige Aufgabe: Er sollte definieren, welche Ziele wir erreichen wollen.

Zum Beispiel: Wie viel CO₂ darf ausgestoßen werden? Welche Sicherheitsstandards gelten? Welche Umweltbelastungen akzeptieren wir?Wie sicher muss die Stromversorgung sein?

Aber muss der Staat deshalb heute schon wissen, welche Technologie im Jahr 2045 den größten Anteil haben soll?

Ich glaube nicht.

Technischer Fortschritt ist schwer vorherzusagen. Batterien werden besser. Solarzellen werden effizienter. Neue Kernreaktoren werden entwickelt. Geothermie macht Fortschritte.Wasserstoff könnte in bestimmten Bereichen wichtig werden. Und vielleicht wird eines Tages auch Kernfusion relevant.

Niemand kennt heute die wirtschaftlich beste Kombination des Jahres 2045. Gerade deshalb brauchen wir Wettbewerb und Offenheit für neue Lösungen.

Ein Energiewende, die funktioniert

First Principles bedeutet deshalb nicht, die Energiewende abzuschaffen.

Es bedeutet, sie vom Ziel her neu zu denken.

Nicht: Wie erreichen wir möglichst viel Wind und Solar? Auch nicht: Wie bauen wir möglichst viel Kernenergie? Sondern: Wie schaffen wir eine saubere, sichere und international wettbewerbsfähige Energieversorgung zu möglichst niedrigen gesellschaftlichen Gesamtkosten?

Dann lassen wir unterschiedliche Technologien um die beste Lösung konkurrieren.

Das ist für mich der Kern einer vernünftigen Energiepolitik. Nicht eine bestimmte Technologie muss gewinnen. Deutschland braucht ein Energiesystem, das funktioniert.

Ihr Wilfried Hahn

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Vortrag am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

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