Karlsruhe Institute of Technology

Technik.Folgen.Visionen

Technikzukünfte im Fokus der Forschung

Die Zukunft war schon immer ein Projektionsraum: für Hoffnungen, Visionen und Utopien. Das Dossier „Technik.Folgen.Visionen“ stellt verschiedene solcher Projektionen vor, von Entwicklungspfaden in ein klimaneutrales Energiesystem über Mobilitätsutopien bis hin zu friedensstiftender KI.

Dabei stellt sich aber nicht nur die Frage nach den Visionen unserer Zeit und der Bewertung ihrer Chancen und Risiken – etwa technologischen Eingriffen ins Klimasystem oder der voranschreitenden Vernetzung von Mensch und Maschine. Auch der Blick in den historischen Rückspiegel und die Zukunftsvorstellungen der Vergangenheit liefern wertvolle Erkenntnisse über die Innovationskraft, die Utopien entfalten können.

Werfen Sie gemeinsam mit uns einen Blick in die Zukunft  der Technik oder besser: mögliche Technikzukünfte, wie Professor Armin Grunwald und Professor Markus Popplow im Video erklären.

Inhaltsübersicht

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Technik.Folgen.Visionen ist Schwerpunktthema der Ausgabe 4/2020 des Forschungsmagazins lookKIT. (Grafik: modus: medien + kommunikation gmbh) modus: medien + kommunikation gmbh
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Technik.Folgen.Visionen ist Schwerpunktthema der Ausgabe 4/2020 des Forschungsmagazins lookKIT.

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Climate Engineering: am Klima schrauben

Riskanter Baustein im Kampf gegen den Klimawandel

Neben der Verringerung von Treibhausgasen erklärte der Weltklimarat Climate Engineering für unverzichtbar, um die Erderwärmung zu begrenzen. Durch den aktiven technologischen Eingriff in das Klimasystem soll der Temperaturanstieg abgemildert werden. Seit 2012 beschäftigt sich ein interdisziplinäres Schwerpunktprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft unter Beteiligung des KIT mit der Wirksamkeit sowie den Risiken und Nebeneffekten von Climate-Engineering-Strategien.

Eine dieser Strategien ist das sogenannte Radiation Management (RM). Dabei soll die Einstrahlung kurzwelligen Sonnenlichtes auf die Erde verringert werden. Ein Ansatz ist dafür ist die Stratospheric Aerosole Injection (SAI), bei der Schwefelpartikel in der Stratosphäre ausgebracht werden. Das passiert auf natürliche Weise auch bei Vulkanausbrüchen. Die Partikel führen zu Wolkenbildung, welche das kurzwellige Sonnenlicht reflektieren.

Professor Thomas Leisner, Leiter des Departments Atmosphärische Aerosolforschung am Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK) des KIT untersuchte zusammen mit Kolleginnen und Kollegen der Universität Heidelberg die Wirkung von SAI mithilfe numerischer Modelle: „Dabei zeigten sich, die Grenzen des Konzepts. Ab einer bestimmten Konzentration verklumpen die Partikel in der Atmosphäre und fallen zu Boden“, so Leisner. Eine Schädigung der Ozonschicht und weitreichende Veränderungen des Wasserkreislaufs seien mögliche Nebenwirkungen.

Wolkenmodell mit bisher unerreichtem Detailgrad

Ein weiteres Konzept für RM ist das Arctic Winter Cirrus Thinning (AWiCiT). Dabei werden Zirrus-Wolken, die sich in großer Höhe über der Arktis befinden, aufgelöst. Zirren wirken wie eine Wärmedecke für die Erde, indem sie deren langwellige Wärmestrahlung reflektieren und damit verhindern, dass die Wärme ins Weltall abgegeben wird.

Dr. Bernhard Vogel, Leiter der Arbeitsgruppe „Spurenstoffmodellierung und Klimaprozesse“ des Departments Troposphärenforschung am IMK untersuchte diesen Ansatz mit einem bisher unerreicht detaillierten Wolkenmodell und einer genaueren Aerosolphysik. Er konnte zwar nachweisen, dass mithilfe von AWiCiT tatsächlich ein Kühlungseffekt erzeugt werden kann. Unter bestimmten Umständen kann sich der Effekt jedoch ins Gegenteil verkehren. „Die Atmosphäre ist ungeheuer komplex. Was Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen angeht, gibt es große Unsicherheiten“, erklärt Vogel.

Darüber hinaus stellen sich beim Climate Engineering auch politische Fragen: Dürfen einzelne Staaten im Alleingang Eingriffe ins weltweite Klimasystem vornehmen? Wer haftet für mögliche Schäden in den Nachbarländern? Für Leisner und Vogel sind die Strategien des Climate Engineering mit zu vielen unvorhersehbaren Nebenwirkungen behaftet. Umso wichtiger sei es, die Forschung in diesem Bereich so weit als möglich voranzutreiben, damit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Gesellschaft und Politik möglichst klar alle möglichen Risiken aufzeigen können.

Dr. Bernhard Vogel und Professor Thomas Leisner untersuchen verschiedene Ansätze des Climate Engineering. (Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT)
Dr. Bernhard Vogel und Professor Thomas Leisner untersuchen verschiedene Ansätze des Climate Engineering. (Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT)
Die Manipulation der Wolkenbildung ist eine Option des Climate Engineering, die am KIT untersucht wird. (Foto: Markus Breig, KIT)
Die Manipulation der Wolkenbildung ist eine Option des Climate Engineering, die am KIT untersucht wird. (Foto: Markus Breig, KIT)

„Wir müssen zeigen können, worauf man sich einlässt.“ – Professor Thomas Leisner über Climate Engineering

„Energie System 2050“: Der nächste Schritt in der Energiewende

Eine Forschungsinitiative der Helmholtz-Gemeinschaft hat untersucht, wie die Transformation des Energiesystems in Deutschland gelingen kann

Mit der Entscheidung der Bundesregierung, bis zum Jahr 2050 die Klimaneutralität zu erreichen, steht das Industrieland Deutschland vor einer gewaltigen Aufgabe: die umfassende Transformation des Energiesystems bei gleichzeitig stabiler Energieversorgung. Wege dorthin zeigt die Forschungsinitiative „Energie System 2050“ der Helmholtz-Gemeinschaft auf. Diese startete bereits 2015, also im Jahr des Pariser Klimaabkommens, und bündelte die Arbeit von acht Forschungszentren, darunter auch das KIT.

Was die Beiträge der Helmholtz Gemeinschaft so relevant mache, sei vor allem der systemische Ansatz, sagt Professor Holger Hanselka, Koordinator des Forschungsbereichs Energie der Helmholtz-Gemeinschaft und der Initiative „Energie System 2050“ sowie Präsident des KIT: „Die von uns erarbeiteten Lösungsoptionen sind flexibel, sodass Akteurinnen und Akteure aus Politik und Wirtschaft künftig Handlungsvorschläge für sehr unterschiedliche Entwicklungen haben, die bislang nicht im Detail vorhersehbar sind.“

Transformationspfade zu einem klimaneutralen Energiesystem

Untersucht wurde unter anderem der Einsatz konkreter Technologien, etwa die Integration von Wasserstoff und biogenen Energieträgern in das Energiesystem. Ökologische sowie gesellschaftliche Faktoren wie CO2-Ausstoß und Kosten wurden ebenfalls berücksichtigt. Ein zentraler Aspekt des zukünftigen Energiesystems ist außerdem die Stromversorgung. Herausforderungen sind dabei etwa die Netzstabilität und die Stromübertragung über sehr weite Strecken. Auf Grundlage von hochaufgelösten Daten zu den unterschiedlichen Technologieoptionen sowie zum Ist-Zustand unseres Energiesystems entwickelte die Initiative mögliche Transformationspfade in ein nahezu klimaneutrales Energiesystem bis zum Jahr 2050.

Nach dem Ende der aktuellen Forschungsetappe stehe man nun bereit, auch die praktische Umsetzung der Energiewende zu unterstützen, sagt Professor Holger Hanselka: „Wir haben einen einzigartigen Forschungsverbund geschaffen, um neue Technologien und Komponenten des Energiesystems zu entwickeln und in einem realistischen Umfeld zu testen.“ Zu diesem größten Forschungsinfrastrukturverbund Europas gehören das Energy Lab 2.0 auf dem Gelände des KIT genauso wie der Living Lab Energy Campus des Forschungszentrums Jülich (FZJ).

Eine der zentralen Erkenntnisse aus „Energie System 2050“: Deutschland hat die einmalige Chance, jetzt in spezifische Transformationspfade einzusteigen, die zum rechtzeitigen Erreichen fast vollständiger Klimaneutralität führen können. Genauso sollte aber klar sein, dass dies bei einem späteren Umsteuern nicht mehr möglich ist. Eine zweite Chance wird es nicht geben.

Holger Hanselka, Präsident des KIT und Koordinator der Initiative Energie System 2050. (Foto: Markus Breig, KIT)
Energie System 2050

Die Initiative „Energie System 2050“ hat den Umbau des Energiesystems im Rahmen der Energiewende untersucht. Holger Hanselka, Präsident des KIT und Koordinator der Initiative, zieht im Interview Bilanz.

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Die Macht der Utopien

Wie Mobilitätsvisionen Innovationen prägten – und es noch immer tun
Professor Kurt Möser ist Technikhistoriker am KIT und forscht unter anderem zur Mobilitätsgeschichte und Mobilitätsutopien. (Foto: Irina Westermann, KIT)
Professor Kurt Möser ist Technikhistoriker am KIT und forscht unter anderem zur Mobilitätsgeschichte und Mobilitätsutopien. (Foto: Irina Westermann, KIT)

Wie sieht die Mobilität von Morgen aus? Ob in der Literatur, im Film oder in der Kunst – schon immer haben Menschen Fantasien über das Leben in der Zukunft entwickelt. Professor Kurt Möser vom Department für Geschichte am Institut für Technikzukünfte des KIT beschäftigt sich mit solchen Mobilitätsutopien und geht unter anderem der Frage nach, welche Erkenntnis die Gesellschaft heute aus der wissenschaftlichen Betrachtung von Utopien gewinnen kann.

„Verkehrsutopien machten beispielsweise Aussagen über die Rolle des Transports in künftigen Gesellschaften, reflektierten mobilitätsbezogene Wünsche, Erwartungen und Befürchtungen, testeten Pfade technischer Lösungen oder spielten gefürchtete Konsequenzen dieser Entwicklungen und ihrer sozialen Implementierungen durch“, erklärt der Technikhistoriker. Mit Utopien können demnach mögliche Verwendungsformen neuer Techniken durchgespielt und Befürchtungen und Alternativen debattiert werden, bevor sie zu Innovationen werden.

Utopien in Vergangenheit und Gegenwart

Oft gaben literarische Utopien den Innovationsschub für Technologien. „Wir wissen, dass fast alle Raketenpioniere, von Hermann Oberth bis hin zu Wernher von Braun, Jules Verne gelesen haben. Sein Roman ‚Von der Erde zum Mond‘ ist eine Literatur gewordene Utopie, die Begeisterung für Weltraumraketen in Gang gesetzt hat“, erläutert Möser.

Aber auch Krisen beflügeln Utopien: auf die Notwendigkeit zur Energiewende folgte die Fokussierung auf das E-Mobil. Dabei sind Visionen für eine Elektromobilität schon über 100 Jahre alt. „Das Elektroauto war immer das Auto von morgen, nie das der Gegenwart“, sagt der Historiker. Elektroautos galten immer als zu zahm, eher als Vernunftautos. Dabei sei das Auto viel mehr: ein Ding, um Abenteuer zu erleben. Wer das Auto zum Transportmittel reduzieren wollte, der sei historisch immer gescheitert.

Auch die Gegenwart biete erfolgsversprechenden Mobilitätsutopien, sagt Möser: „Wir haben auch heute Utopien, die gesellschaftlich und wirtschaftlich wirksam sind. Elon Musk begeistert etwa mit seinen SpaceX-Raketen oder dem Hyperloop-Konzept eines Transportsystems, bei dem sich ein Hochgeschwindigkeitszug mit annähernd Schallgeschwindigkeit in einer Röhre mit Teilvakuum fortbewegen soll.“ Vor allem das amerikanische Unternehmen Tesla sei eine Utopie, die wirtschaftlich erfolgreich geworden sei - obwohl es noch kaum Gewinne mache.

Wohin führen uns Technikvisionen?

Technikvisionen können Hoffnungen machen oder Ängste schüren. Und sie beeinflussen die Entwicklungen der Visionen selbst. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am ITAS erforschen diese Zusammenhänge mit der Methode des „Vision Assessment". Dabei werden soziotechnische Visionen bewertet sowie wünschenswerte Entwicklungen debattiert - im Austausch mit der Gesellschaft. Die aktuelle Vision Assessment-Studie der Forschenden befasst sich mit den Möglichkeiten des 3D-Drucks. Mehr dazu gibt es im Forschungspodcast KIT.audio zu hören.

Upgrade zum Körper 2.0

Wie werden Mensch und Maschine künftig miteinander agieren und verbunden sein?

Die Frage nach der Zukunft des menschlichen Körpers steht angesichts des neurotechnologischen Fortschritts im Mittelpunkt eines Projekts, das seit 2018 am KIT läuft: Mit „Futurebody“ untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS) des KIT, wie sich das Zusammenwachsen von Körper und Technik auf die Gesellschaft auswirkt. Dabei analysieren sie auch damit zusammenhängende Ängste und Hoffnungen.

Im Blick stehen Neurotechnologien und Prothesen, Entwicklungen in der Robotik sowie Künstliche Intelligenz und ihr Einfluss auf das Verständnis der Verbindung von Maschine und Mensch. Das Team um Projektleiter Christopher Coenen betrachtet unter anderem Neurotechnologien, mit denen etwa Verbesserungen in der Gedächtnis- oder Denkleistung oder bei körperlichen Einschränkungen angestrebt und teilweise bereits erreicht werden – etwa bei Parkinsonpatienten, die damit ihren Bewegungsapparat wieder besser kontrollieren können.

In einer Studie, an der seitens des KIT das Cognitive Systems Lab beteiligt war, wurde gezeigt, dass aus der Messung von Gehirnströmen von Probandinnen und Probanden einzelne Sprachlaute und kontinuierlich gesprochene komplette Sätze erkannt werden können. „Das weist darauf hin, dass Gehirninhalte maschinell aufgezeichnet werden können“, erklärt Coenen. Eine interessante Vision sei hier, dass Menschen in Zukunft techno-telepathisch miteinander kommunizieren werden.

Intelligente Prothesen zur Verbesserung der Lebensqualität

Coenen nimmt mit seiner Forschungsgruppe auch am Projekt INOPRO teil, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird. Darin arbeiten Partner aus der Industrie mit der Wissenschaft und Anwendern vor allem an der Entwicklung intelligenter Gliedmaßenprothesen. Neurotechnologie spielt dabei eine wichtige Rolle.

Das KIT ist durch die Forschungsgruppe für Hochperformante Humanoide Technologien (H²T) am Institut für Anthropomatik und Robotik und durch das ITAS vertreten. Der Fokus des ITAS ist die Verbesserung der Lebensqualität der Prothesennutzer und deren Selbstwahrnehmung. Zentral ist zudem die Frage, wie die Nutzerinnen und Nutzer an die Technik kommen. Es geht dabei vor allem um die Erstattungsfrage im Gesundheitswesen. „Außerdem wollen wir Interessengruppen von Prothesenträgern dabei unterstützen, sich stärker in forschungspolitische Diskussionen einzubringen“, sagt Coenen.

Christopher Coenen untersucht am KIT, wie sich das Zusammenwachsen von Körper und Technik auf die Gesellschaft auswirkt. (Foto: Anastasiya Sultanova, KIT)
Christopher Coenen untersucht, wie sich das Zusammenwachsen von Körper und Technik auf die Gesellschaft auswirkt. (Foto: Anastasiya Sultanova, KIT

Denkautomaten

Platzhalter für Teaser

Teaser KIT.audio Podcast mit Christian Vater (ITZ).

Maschinen für den Frieden

Künstliche Intelligenz könnte künftig bei Friedensverhandlungen helfen
Dr. Michael Färber arbeitet an Methoden und Anwendungsszenarien, um Friedensprozesse durch KI-Technologien zu unterstützen. (Foto: Markus Breig, KIT)
Dr. Michael Färber arbeitet an Methoden und Anwendungsszenarien, um Friedensprozesse durch KI-Technologien zu unterstützen. (Foto: Markus Breig, KIT)

Um den Ausbruch von bewaffneten Konflikten zu verhindern oder zu beenden setzt die Völkergemeinschaft meist auf Diplomatie. Eine Domäne, in der Taktgefühl und Verhandlungsgeschick gefragt sind. Keine Eigenschaften, die man Maschinen zuspricht. Dennoch könnten Diplomaten in Zukunft auf die Unterstützung Künstlicher Intelligenz (KI) zurückgreifen. Wie KI-Anwendungen bei der Friedensstiftung helfen können, haben Forscherinnen und Forscher am Institut für Angewandte Informatik und Formale Beschreibungsverfahren (AIFB) des KIT untersucht.

„Schon heute werden Verhandlungen häufig durch Online-Aktivitäten ergänzt“, sagt Dr. Michael Färber vom AIFB. „Konfliktparteien und Interessenvertreter nutzen Soziale Medien, um sich Gehör zu verschaffen und produzieren dabei große Datenmengen, die mit konventionellen Mitteln nicht ausreichend analysiert werden können.“ Das sei aber nötig, um die Positionen der Konfliktparteien nachzuvollziehen.

Ein Einsatz mit Tücken

Färber und sein Team arbeiten deshalb an Methoden und Anwendungsszenarien, um Friedensprozesse durch KI-Technologien zu unterstützen. Text-Mining-Systeme könnten etwa Online-Äußerungen von Konfliktparteien durchforsten und Handlungsempfehlungen auf Basis von Erfahrungen aus früheren Friedensprozessen geben. Neben harten Fakten sind Friedensforscher an der Extraktion von Argumenten der Konfliktparteien interessiert. Um diese komplexe Aufgabe zu bewältigen setzt Färbers Team auf aktuelle Methoden des Maschinellen Lernens.

Der Einsatz von Künstlicher Intelligenz in der Friedensmediation ist allerdings nicht ohne Tücken, wie Färber einräumt: „KI kann zwar einen wichtigen Beitrag leisten, allerdings besteht auch die Gefahr, dass sie bestehende Machtverhältnisse verändert und der Komplexität von Friedensprozessen nicht gerecht wird. Gänzlich automatisierte Friedensverhandlungen sind momentan weder erwünscht noch realisierbar.“

Auch seien noch viele praktische Fragen offen: „Wir müssen Trainingsdaten für die Analyse von Konfliktpositionen entwickeln.“ Die KI müsse außerdem die menschliche Entscheidungsfreiheit gewährleisten, transparent und fair sein. KI-basierte Friedensverhandlungen könnten aufgrund mangelnder Datenbasis, Falschinformationen oder Fehleinschätzungen schnell in einer Sackgasse enden.

„Bis friedensstiftende Maschinen im diplomatischen Alltag funktionieren, haben wir noch viel zu tun“ – Dr. Michael Färber