Stau-Theorie
Kühlschrank gegen Waschmaschine – mit Mathe gegen den Klimawandel

Jede Klimapolitik geht unausgesprochen von mathematischen Steuermodellen aus. Wissenschaftler haben nun nachgezeichnet, nach welchen unbewussten Mustern Öko-Strategien ablaufen. Und sie zeigen neue, wirksamere Konzepte auf, um den Klimawandel zu bremsen.

Kohlekraftwerk Klimawandel mittels Algorithmen abregeln (ceus-design.de/Schmitz-Esser)

Die Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena und von der Universität Washington schlagen neue Wege für eine alternative Strategie zur Kontrolle des globalen Klimasystems vor. In einer in der Fachzeitschrift „Climatic Change“ veröffentlichten Studie beschreiben sie die Vorteile von Konzepten aus der Regelungstheorie. Die Forscher zeigen, dass man die Zunahme von Kohlendioxyd in unserer Atmosphäre als Problem analog zur Staukontrolle sehen kann.

Die Biogeochemiker verweisen darauf, dass der Mensch bereits sehr erfolgreich in der Steuerung komplexer Systeme wie der Robotorik oder in der Regelung von Verkehrsstaus sei. In der Klimasteuerung sei das hingegen nicht Fall. Carlos Sierra, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Biogeochemie und Hauptautor der Studie erklärt dazu: „Klimamodelle sind hochkomplex und in einer Art und Weise programmiert, die abstrakte mathematische Analysen erschwert. In unserer Studie haben wir einen mathematischen Rahmen entwickelt, der die Manipulation von Modellen des Klimas und des Kohlenstoffkreislauf erlaubt.“

Der Kühlschrank macht’s besser als die Waschmaschine

Sierra weist darauf hin, dass die aktuelle Politik vor allem auf Langzeit-Szenarien zum Ausstoß schädlicher Emissionen basiert. Vergleichbar seien diese Eingriffe mit einer offenen Steuerung. Das System erhalte Befehle, um einen Zustand zu erreichen, werde aber nicht laufend nachjustiert. Die Alternative dazu sei der Regelkreislauf. Hier werde laufend kontrolliert, welche Maßnahmen greifen. Wenn die Abweichung vom vorgegebenen Zielwert zu groß sei, werde nachgestellt.

„Das ist so ähnlich wie bei bei einer Waschmaschine und einem Kühlschrank“, sagt Sierra. Die Waschmaschine spule nach ihr Programm ab, ohne zu überprüfen, ob die Wäsche tatsächlich sauber ist. Das könne man mit einer offenen Steuerung vergleichen. Der Kühlschrank dagegen überprüfe dauernd seine Temperatur und kühle oder pausiere je nach Bedarf. Das, so Sierra, sei ein Regelkreislauf.

Bei der Umweltsteuerung solle die Politik, statt wie bisher nach Waschmaschinen-Prinzip, nach der Kühlschrank-Strategie verfahren. Dies habe sich in der Vergangenheit bei der Steuerung von Flaschenhals-Problemen in der Infrastruktur bewährt. Wenn die Menschheit immer mehr Kohlenstoff aus fossilen Quellen freisetze, sammele sich Kohlendioxid in der Atmosphäre an wie in einem Verkehrsstau. Stauprobleme seien komplex. Jedoch verfüge die Kontrolltheorie über effektive Methoden, sie zu lösen.

In ihrer Untersuchung zeigen die Wissenschaftler, wie man mathematisch ein konstantes Niveau von Kohlendioxid aufrechterhalten kann. „Wir wenden Regelungsmechanismen an, die nur so viele Emissionen erlauben, wie die momentanen Aufnahmekapazitäten der Ozeane und der Landoberfläche es zulassen“, erklärt Sierra.

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