Modellierung komplexer Systeme

Physik-Nobelpreis für deutschen Klimaforscher Hasselmann

Den diesjährigen Nobelpreis in Physik verleiht die Königliche Schwedische Akademie der Wissenschaften "für bahnbrechende Beiträge zum Verständnis komplexer physikalischer Systeme." Eine Hälfte des Preises teilt sich der deutsche Klimaforscher Klaus Hasselmann mit dem US-Amerikaner Syukuro Manabe, die andere Hälfte des Preises geht an den Italiener Giorgio Parisi.

5. Oktober 2021 - 12:50

Gezeichnete Porträts der Preisträger; der Nobelpreis in Physik geht 2021 zur Hälfte an Syukuro Manabe (links) und Klaus Hasselmann (Mitte), zur Hälfte an Giorgio Parisi (rechts).

Der Nobelpreis in Physik geht 2021 zur Hälfte an Syukuro Manabe (links) und Klaus Hasselmann (Mitte), zur Hälfte an Giorgio Parisi (rechts).

(Bild: Ill. Niklas Elmehed / Nobel Prize Outreach)

Komplexe Systeme in der Physic sind durch gekennzeichnet durch scheinbar zufällige und chaotische Zustände, und sind dadruch nur schwer zu verstehen und zu modellieren. Klimamodelle sind eine wichtige praktische Anwendung solcher Systeme. Entsprechend teilen sich Manabe und Hasselmann eine Hälfte des Preises "für die physikalische Modellierung des Klimas der Erde", sowie der Quantifizierung von dessen Variablen und der zuverlässigen Vorhersage der globalen Erwärmung.

Manabe entwickelte entsprechende Modelle bereits in den 1960er Jahren. Er war der erste, der die Strahlungsbilanz der Erde und den senkrechten Austausch von Luftmassen untersuchte. Anhand seiner Forschung zeigte er, wie ein zunehmender Kohlendioxid-gehalt in der Atmosphäre zu höheren Temperaturen führt. Diese Arbeiten dienten als Grundlage für spätere Klimamodelle.

"Wissen über das Klima auf solider wissenschaftlicher Grundlage"

Hasselmann entwickelte in den 1970ern ein Modell für den Zusammenhang zwischen Klima und Wetter. Damit wies er nach, dass sich das Klima trotz Abweichungen durch veränderliches Wetter zuverlässig modellieren lässt. Darüber hinaus erforschte er Methoden, um die Auswirkungen natürlicher Phänomene sowie menschlicher Aktivitäten auf das Klima nachzuweisen. Diese Methoden ermöglichten unter anderem den Nachweis, dass die derzeit steigenden globalen Temperaturen auf den menschengemachten Ausstoß von Kohlendioxid zurückgehen.

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Parisi entdeckte um 1980 verborgene Muster in ungeordneten komplexen Materialien. Seine Entdeckungen gehören zu den wichtigsten Beiträgen zur Theorie der komplexen Systeme. Sie ermöglichen es, viele verschiedene und scheinbar völlig ungeordnete Materialien oder zufällige Phänomene zu verstehen und zu beschreiben. Dies geht über die Physik, hinaus und gilt auch in so unterschiedlichen Bereichen wie der Mathematik, der Biologie, den Neurowissenschaften und dem maschinellen Lernen.

"Die in diesem Jahr ausgezeichneten Entdeckungen zeigen, dass unser Wissen über das Klima auf einer soliden wissenschaftlichen Grundlage beruht, die sich auf eine strenge Analyse von Beobachtungen stützt. Die diesjährigen Preisträger haben alle dazu beigetragen, dass wir tiefere Einblicke in die Eigenschaften und die Entwicklung komplexer physikalischer Systeme gewonnen haben", so Thors Hans Hansson, Vorsitzender des Nobelkomitees für Physik.

Klimaziele in der Chemieindustrie

EU-Parlament — Die EU hat ihre bis 2050 geplanten Klimaziele verschärft. Der im April 2021 verabschiedete neue Beschluss sieht vor, bis 2030 die emittierten Treibhausgase um 55% im Vergleich zu 1990 zu senken.

Bayer-Fabrik — Bereits Ende 2019 hat Bayer ein Paket an Maßnahmen und neuen Nachhaltigkeitszielen ab 2020 bekanntgegeben. Das Unternehmen strebt an, bis 2050 unter Einbezug der gesamten Wertschöpfungskette klimaneutral zu werden. Das bedeutet, dass der Pharma- und Chemiekonzern bis 2030 an seinen eigenen Standorten klimaneutral sein will und bis 2029 den CO2-Ausstoß bei Abnehmern sowie der Lieferkette um 12,3 % verringern will. Bis 2030 plant Bayer außerdem, 100 % des Stroms aus erneuerbaren Quellen zu beziehen.

Lanxess-Klimagrafik — Fast gleichzeitig zur ehemaligen Mutter hat sich der Spezialchemie-Konzern Lanxess ein Klimaschutzziel gesetzt: Bis 2040 will der Konzern klimaneutral werden und seine Treibhausgas-Emissionen von derzeit rund 3,2 Mio. Tonnen CO2-Äquvivalent abbauen.

Das Chemieunternehmen Dow hat sich dasselbe Jahr der Klimaneutralität gesetzt wie die EU – 2050. Bis zum Etappenziel 2030 will der Konzern seine Netto-Kohlenstoffemissionen um 5 Mio. t/a verringern, im Vergleich zu 2020. Außerdem plant er bis 2030 insgesamt 1 Mio. t Kunststoff zu sammeln, wiederzuverwenden oder zu recyceln.

Auch der Chemie-Riese BASF hat sich als Netto Null Jahr 2050 gesetzt. Bis 2030 will das Unternehmen seine weltweit emittierten Treibhausgase im Vergleich zu 2018 um 25 % senken. Außerdem will der Konzern fossile Energieträger gegen Strom aus erneuerbaren Quellen austauschen.

Merck-Zentrale — Ein anderer Chemie- und Pharmakonzern nimmt sich nur bis 2040 Zeit: Merck hat im November 2020 seine neue Nachhaltigkeitsstrategie vorgestellt. Das Unternehmen hat sich 2030 als Etappenziel gesetzt bis zu dem es seine Treibhausgas-Emissionen um 50 % reduzieren (Vergleich 2020) und 80 % seines Stroms aus erneuerbaren Quellen beziehen will. Um Emissionen einzusparen plant Merck, bis 2023 90 % seiner Healthcare Produkte mit dem Schiff, anstelle des Flugzeugs zu transportieren.

Der Kunststoffhersteller Lyondellbasell gibt kein konkretes Jahr an, bis zu dem er klimaneutral handeln will. Jedoch plant das Unternehmen, bis 2030 2 Mio. t/a recycelte Polymere zu produzieren. Dafür will es sowohl das mechanische, als auch das molekulare Recycling vorantreiben. Weiterhin will der Konzern bis 2030 die CO2-Äquivalente pro Tonne Produkt im Vergleich zu 2015 um 15 % reduzieren.

Der Konsumgüter-Hersteller Henkel will bis 2040 nicht nur klimaneutral, sondern klimapositiv sein. Also neben dem Ausgleich der eigenen Emissionen, zusätzlich einen Beitrag gegen den Klimawandel leisten. Dafür plant das Unternehmen, bis 2030 den CO2-Fußabdruck seiner Produktion um 75 % im Vergleich zu 2010 zu senken. Außerdem möchte der Konzern, für denselben Zeitraum seinen Energieverbrauch pro Tonne Produkt um 50 % senken und 100 % seines Stroms aus erneuerbaren Quellen beziehen.

Anlagenbau einer Düngemittel-Anlage — Und auch im Anlagenbau führt kein Weg an Klimaschutz vorbei: Thyssenkrupp will ab 2050 klimaneutral sein. Bereits 2030 möchte der Konzern rund 30 % bei den Emissionen aus eigener Produktion und bezogener Energie einsparen. Dabei orientiert sich Thyssenkrupp mit seiner im Sommer 2019 vorgestellten Klimastrategie am Pariser Klimaabkommen von 2015.

Der Gaskonzern Linde plant bis 2028 seine Treibhausgasemissionen im Vergleich zu 2018, um 35% zu reduzieren. Außerdem will das Unternehmen 1 Mrd. US-Dollar in Dekarbonisierungsprojekte investieren und den Kauf von CO2-armen Energien verdoppeln.

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