So arbeiten Klimafolgenforscher: Klima mit Köpfchen

Sie behaupten, ihr Forschungsgegenstand könne das System Erde verändern – dabei arbeiten die wichtigsten Klimaforscher Deutschlands fast nur theoretisch.

Werbeaktion des Verkehrsministeriums: Energiesparen in Wohnhäusern – auch das ist auf Ergebnisse von Klimaforschern zurückzuführen. Bild: dpa

Es gibt Klimaforscher, die beobachten, zu welcher Jahreszeit Pflanzen blühen oder wie schnell das Eis der Arktis schmilzt. Und es gibt Klimaforscher, die benutzen nur ihren Kopf – und einen Computer. Damit haben sie jedoch meistens den größeren Einfluss auf Entscheidungsträger in Politik und Wirtschaft, so wie die Forscher am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), dessen Direktor Hans-Joachim Schellnhuber der oberste Klimaberater der Bundesregierung ist.

Auf dem Telegraphenberg in Potsdam sitzen die Mitarbeiter des PIK ein wenig abgeschieden und entwickeln Modelle, mit denen sich beispielsweise ausrechnen lässt, wie teuer Maßnahmen gegen den Klimawandel volkswirtschaftlich werden. Solche Modelle bestehen aus tausenden von Gleichungen und hunderten von Variablen. Im Prinzip sind Modelle Computerprogramme, die wie ein Taschenrechner mit Daten gefüttert werden, rechnen und wieder Daten ausspucken – nur viel komplexer. Durch die Gleichungen werden unzählige Parameter abgebildet: die Entwicklung der Wirtschaftsleistung, der Zeitpunkt, ab dem sich neue Technologien rechnen, oder welchen Beitrag Atomenergie zum Klimaschutz leisten kann. Es dauert Jahre, eine brauchbare Modellierung zu entwickeln.

Die meisten Forscher des PIK beschäftigen sich mit der Verbesserung solcher Modelle. Wer gerade nicht direkt an einem Modell arbeitet, sammelt Ergebnisse externer Wissenschaftler, mit denen die Modelle gefüttert werden. Aus Politik und Medien besonders nachgefragt ist derzeit der Forschungsbereich, der sich mit "nachhaltigen Lösungsstrategien" befasst. Zum Beispiel der großflächige Einsatz von Elektroautos: Bisher ist er in den Modellen des PIK nicht vorgesehen. Da sich jetzt jedoch abzeichnet, dass Elektroautos in Zukunft eine Rolle spielen könnten, wäre eine entsprechende Modellierung denkbar.

"Das allein wäre für einen Doktoranden eine Aufgabe für etwa ein Jahr", sagt Brigitte Knopf vom Forschungsbereich. Zunächst müssten die verfügbaren Daten über Elektroautos gesichtet werden. Wie viel kostet ihre Entwicklung? Wie viel Energie brauchen sie? Wie viel Kohlendioxid sparen sie ein? Sobald alle Fragen beantwortet sind, müssen die Ergebnisse in Gleichungen übersetzt und in die Modelle eingebunden werden. "Die Gleichungen zu finden, ist ein intellektuell extrem anspruchsvoller Prozess", sagt Knopf. Am Ende dieses Prozesses könnte Klimaberater Hans-Joachim Schellnhuber der Bundesregierung empfehlen, in welchem Maße sie Elektroautos fördern sollte. Die Modelle des PIK hätten ein paar Schrauben mehr, an denen gedreht werden könnte.

Manche Schrauben lassen sich schnell drehen. Brigitte Knopf ändert eine Zahl in dem Programmcode, der auf ihrem Bildschirm zu sehen ist. "Damit kann ich die Weltregion auswählen, für die ich gerade Berechnungen durchführen lassen möchte", erklärt sie. China, Europa, Nordamerika – nach wenigen Sekunden spuckt das Programm jeweils ein Diagramm mit roten, grünen und gelben Flächen aus. Es zeigt für verschiedene Kohlendioxidkonzentrationen, wie die Zusammensetzung aus Atomenergie, erneuerbaren und fossilen Energieträgern in der gewählten Region aussehen müsste, um den gewünschten Konzentrationswert zu erreichen. "Das ging jetzt schnell, doch gerade am Anfang eines neuen Projekts kann ein Programmdurchlauf mehrere Wochen dauern", sagt Knopf.

Das heißt warten und hoffen, dass die Ergebnisse brauchbar sind. "Gerade habe ich eine Verteilung von Emissionsrechten durchrechnen lassen", erzählt Knopf, "das hat zwei Wochen gedauert." Leider sei sie sich aber noch nicht sicher, ob die Berechnung durch das Programm wirklich notwendig ist. Die Bewertung ist schwierig: "Es kann in diesem Fall möglich sein, dass man mit ein paar Grunddaten aus einem Modell verschiedene Verteilungen selbst ausrechnen könnte." Dann brauchte das Programm nicht so lange zu laufen. In der Regel ist die Berechnung aber derart komplex, dass die Hilfe eines Rechners nötig ist.

Die Maschinen selbst sind nicht immer Freund, sondern manchmal auch Feind. Davon kann die Doktorandin Lavinia Baumstark berichten. Wenn Computer einen Großteil der Arbeit übernehmen, dann wird Rechenzeit ein knappes Gut. "Deswegen teilen wir Berechnungen in kurz, mittel und lang ein. Das entspricht einem Tag, einer Woche und länger als eine Woche", sagt Baumstark. Vor jeder Berechnung muss sie abschätzen, wie lange diese dauern wird. Aber wehe, die Computer brauchen länger als gedacht. "Dann wird die Aufgabe einfach abgebrochen und man muss den Auftrag erneut abschicken", erläutert Baumstark. Das erfährt sie jedoch erst am Ende der angepeilten Laufzeit, also schlimmstenfalls nach einer Woche dann vergebener Berechnungen.

Bei allem abstrakten Zauber der Gleichungen und ihrer rechenintensiven Anwendung gilt am PIK: die Mathematik führt zum Klima und das Klima führt zur Politik. Indem die Forscher Fakten und Ergebnisse sammeln, zusammenführen und interpretieren, gewinnen sie neue Erkenntnisse. In den Zahlen, die nach Wochen auf dem Rechner erscheinen, stecken Handlungsanweisungen für Politiker. Für viele Forscher am PIK ist das die besondere Motivation. "Unsere öffentliche Wirkung ist enorm", sagt Brigitte Knopf. Das bringe Verantwortung mit sich: "Wenn wir der Öffentlichkeit die Bandbreite der möglichen – also auch unerfreulichen – Szenarien bewusst vorenthielten, wäre das fatal." Doch diese Verantwortung ist zugleich ein Antrieb. Wenn am Ende Entscheidungen in der Klimapolitik anhand der Zahlen aus den mühsamen Modellierungen getroffen werden, dann hat sich der Aufwand gelohnt.

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