Von der Natur inspirierte Innovation für nachhaltige Energie

In diesem Artikel erörtert Alessandro Bianciardi, Solar Impulse Experte und Mitbegründer von Planet S.A.S., wie wir von der Natur lernen können, um den Übergang zu einer nachhaltigen Gesellschaft zu unterstützen. Dieser Artikel wurde mit der Erlaubnis von Alessandro und dem EU-China Energy Magazine neu veröffentlicht. Die Originalversion finden Siefinden Sie hier.

Die Herausforderungen im Energiebereich sind vielfältig: Zugang, Sicherheit, Effizienz und saubere Energie. Sie sind auch miteinander verknüpft, sowohl mit den Menschen als auch mit den Ökosystemen. Man kann eine Herausforderung nicht angehen, ohne andere Energiesektoren zu berücksichtigen oder Auswirkungen auf andere globale Herausforderungen wie öffentliche Gesundheit, Wasserknappheit, Bodendegradation, biologische Vielfalt, soziale Integration, Klimawandel usw. zu haben. Dies ist die allgemeine Herausforderung der nachhaltigen Entwicklung: Es handelt sich um ein dynamisches Konzept, das sich über viele Jahre hinweg entwickelt hat, und die Gesellschaft ist noch nicht in der Lage, seine Komplexität sicher zu bewältigen.

Die Lehren aus der Natur können helfen, einen Weg zur Nachhaltigkeit zu finden: Erstens sind natürliche Ökosysteme das einzige überzeugende Beispiel für Nachhaltigkeit auf der Erde. Zweitens haben Ökosysteme, die unzählige Arten von Organismen umfassen, bereits komplexe Probleme gelöst, die denen ähneln, vor denen wir heute stehen.

Die Herausforderung besteht nun darin, diesen Prozess bewusst zu übernehmen, um ihn zu beschleunigen und effektiver zu gestalten. Das ist das Ziel der Biomimikry und der naturbasierten Lösungen. Beide Disziplinen versprechen, praktikable und nachhaltige Lösungen für die komplexen Herausforderungen unseres Planeten zu bieten.

Während bei naturbasierten Lösungen die Natur genutzt wird, um bestimmte Ziele zu erreichen (z. B. die Verwendung von Bäumen zur CO2-Bindung oder zur Verringerung der Bodenerosion), zielt die Biomimikry darauf ab, die Natur nachzuahmen, um nachhaltigere Innovationen anzuregen (z. B. die Entwicklung künstlicher Photosynthese). Diese Ansätze können als von der Natur inspirierte Innovation (NII) bezeichnet werden.

Die NII-Forschung hat in den letzten 15 Jahren weltweit einen exponentiellen Anstieg erfahren. Innerhalb der nächsten fünf Jahre dürften marktfähige NII-Lösungen in Bereichen wie Biomedizin, Automobilindustrie, Luftfahrt, Bau- und Architekturmaterialien, Elektronik, Energie, Optik und Textilien auftauchen.

Es besteht jedoch nach wie vor die Notwendigkeit, dass Hochschulen, Industrie und der öffentliche Sektor koordinierte Anstrengungen unternehmen, um das noch weitgehend ungenutzte Potenzial der NII zu nutzen, mit dem Ziel, das Bewusstsein für biologisch inspirierte Designmethoden auf allen Ebenen des Bildungssystems und in der Zivilgesellschaft zu stärken:

• Verbesserung der Kommunikation von biologisch inspirierten Lösungen von der akademischen Welt bis zur Industrie und von innovativen, biologisch inspirierten Start-ups bis zur traditionellen Industrie.
• Anregung öffentlicher und privater Investitionen in die angewandte Bioinspirationsforschung, die ein hohes Nachhaltigkeitspotenzial aufweist
• Anreize für die Industrie, in die Entwicklung radikaler Innovationen (die die Natur inspirieren kann) sowie inkrementeller Innovationen zu investieren
• Förderung offener Innovationsprogramme für die bioinspirierte Forschung, um Kosten und Ergebnisse zwischen den Industriepartnern zu teilen

In der EU gewinnt die NII immer mehr an Fahrt. Mehrere EU-Universitäten bieten bereits Kurse an, die sich mit biologisch inspirierten Designmethoden befassen und die Fähigkeiten künftiger Fachleute und Unternehmer verbessern.

Die Forschung im Bereich der bioinspirierten Konzepte verlagert sich nun von der akademischen Sphäre in den privaten Sektor durch Ausgründungen, Start-ups und Technologietransfer in die Großindustrie (insbesondere in Bereichen wie Automatisierung, medizinische Geräte, Werkstoffe und Informationsmanagement). Spezialisten für bioinspirierte Ideenfindungsmethoden unterstützen bereits Unternehmen bei der Innovation ihrer Produkte, Produktionsprozesse und internen Organisation.

Der Anteil der EU am Biomimetikmarkt ist nach Nordamerika der zweitgrößte. Die Europäische Kommission betrachtet die NII als grundlegend für eine nachhaltige Innovation. Mittel für bioinspirierte Forschung und Anwendungen stehen bereits im Rahmen des EU-Programms Horizont 2020 zur Verfügung, und weitere werden im Rahmen des europäischen Green Deal freigegeben. In den EU-Mitgliedstaaten konzentrieren sich die Sanierungspläne nach der Covid-19-Pandemie auf die ökologische Umstellung, wobei auch hier von der Natur inspirierte Lösungen eine wichtige Rolle spielen.

NII für nachhaltige Energie

Durch die Anpassung natürlicher Modelle zur Bewältigung der energiebezogenen Herausforderungen, mit denen die Weltgemeinschaft konfrontiert ist, eröffnet sich eine Welt der Möglichkeiten. Die NII kann dazu beitragen, erschwingliche und saubere Energie zu gewinnen, die Energieintensität der Gesellschaft zu verringern und sie zur Kohlenstoffneutralität zu führen.

Lebende Systeme zeigen uns neue und nachhaltigere Strategien und Mechanismen, um erneuerbare Energie zu erschließen und zu speichern, sie umzuwandeln und sie sicher zu verteilen, ohne dass Wärme verloren geht. Sie bieten Modelle für energieeffizientere hydro-/aerodynamische Geräte, Gebäude, Städte und Industrien; für dezentrale, anpassungsfähige und intelligente Energiesysteme, die lokal verfügbare erneuerbare Energiequellen nutzen. Strategien und politische Maßnahmen zur Erleichterung der integrierten und nachhaltigen Einführung dieser praktischen Lösungen können auf verschiedenen territorialen Ebenen entwickelt werden, mit dem letztendlichen Ziel des Übergangs zu Kreislaufwirtschaften (Abb. 1).

NII für grünes Wachstum in China

China hat mit komplexen Herausforderungen zu kämpfen. Das Land ist nicht nur bestrebt, die Energieintensität seiner Wirtschaft zu senken und den Anteil sauberer Energie an seinem Brennstoffmix zu erhöhen, sondern auch gegen die umfassende Bodendegradation, die nicht nachhaltige Zersiedelung sowie die Luft- und Wasserverschmutzung vorzugehen.

Die NII könnte einen wertvollen Beitrag auf Chinas Weg zu grünem Wachstum und der angestrebten "ökologischen Zivilisation" leisten. Der Boden ist bereits fruchtbar: China ist bereits auf dem Weg zur Umsetzung von Konzepten wie der Kreislaufwirtschaft, der industriellen Symbiose und der Agrarökologie, die, in natürliche Prinzipien übersetzt, die Grundlage für das Funktionieren von Ökosystemen darstellen.

China ist die Heimat zahlreicher NII-Forschungsprojekte. Dank der fortschrittlichen Produktionsverfahren und Werkstoffe des Landes wird sich die Forschung und Entwicklung neuer bioinspirierter Ideen beschleunigen. Darüber hinaus könnte Chinas Kapazität für groß angelegte Pilotprojekte die Erprobung und Validierung der NI-Technologie für eine breitere weltweite Anwendung ermöglichen.

Durch einen von der Natur inspirierten Ansatz werden chinesische Unternehmen in der Lage sein, Produktinnovationen zu erzielen. Ebenso könnten chinesische Institutionen einen integrierten Rahmen für die Förderung, Entwicklung und Koordinierung von NII-Aktivitäten schaffen, und zwar nicht nur im Energiesektor, sondern sektorübergreifend. Ein solcher Ansatz würde zu raschen Fortschritten in der multidisziplinären Forschung und zu von der Natur inspirierten Ansätzen führen, um ein grünes Wachstum zu erreichen, das besser auf die natürlichen Ökosysteme abgestimmt ist, zu denen wir alle gehören und von denen wir abhängen.