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Können wir Fahrräder wieder nachhaltig machen?

Wed, 03 Sep 2025 00:00:00 +0000

Bild: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/).

Fahhradfahren ist nachhaltig, aber wie nachhaltig ist das Fahrrad?

Das Radfahren ist eine der nachhaltigsten Arten der Fortbewegung. Durch mehr Radfahrer wird der Verbrauch fossiler Brennstoffe und die Umweltverschmutzung verringert, wird Platz gespart und die öffentliche Gesundheit und Sicherheit verbessert sich. Das Fahrrad selbst hat es jedoch geschafft, sich der Umweltkritik zu entziehen. ¹² Studien, die die Umweltauswirkungen des Radfahrens berechnen, vergleichen es fast immer mit dem Autofahren, mit dem vorhersehbaren Ergebnis, dass das Fahrrad nachhaltiger ist als das Auto. Solche Untersuchungen mögen die Menschen ermutigen, öfter mit dem Fahrrad zu fahren, aber sie ermutigen die Hersteller nicht, ihre Fahrräder so nachhaltig wie möglich herzustellen.

Für diesen Artikel habe ich wissenschaftliche Studien herangezogen, die verschiedene Fahrradtypen miteinander vergleichen oder sich auf die Herstellung eines bestimmten Zweirads konzentrieren. Diese Art von Forschung war bis vor drei oder vier Jahren praktisch nicht vorhanden. Anhand des verfügbaren Materials vergleiche ich verschiedene Fahrradgenerationen. Im historischen Vergleich wird deutlich, dass der Ressourcenverbrauch bei der Herstellung eines Fahrrads steigt, während dessen Lebensdauer immer kürzer wird. Das Ergebnis ist ein wachsender ökologischer Fußabdruck. Dieser Trend hat einen leicht benennbaren Anfang. Die Fahrradtechnik entwickelte sich bis Anfang der 1980er Jahre sehr langsam und erfuhr dann plötzlich eine schnelle Abfolge von Veränderungen, die bis heute anhält.

Es gibt keine Studien über Fahrräder, die vor den 1980er Jahren gebaut wurden. Lebenszyklusanalysen, die den Ressourcenverbrauch eines Produkts “von der Wiege bis zur Bahre“ untersuchen, gibt es erst seit den 1990er Jahren. Der Maßstab für ein nachhaltiges Fahrrad steht jedoch in dem Raum, in dem ich diesen Text schreibe. Es ist mein 1980er Gazelle Champion Rennrad - jetzt 43 Jahre alt. Ich kaufte es vor zehn Jahren in Barcelona von einem großen deutschen Mann, der die Stadt verließ. Er hatte Tränen in den Augen, als ich es ihm abnahm. Ich habe noch ein zweites Rennrad, ein Mercier von 1978. Das ist mein Ersatzfahrzeug, falls das eine kaputt geht und ich keine Zeit habe, es gleich zu reparieren. Zwei weitere Rennräder habe ich in Belgien geparkt, wo ich aufgewachsen bin, und wohin ich immer noch ein paar Mal im Jahr reise (mit dem Zug, nicht mit dem Fahrrad). Dies sind ein Plume Vainqueur aus den späten 1960er Jahren und ein Ventura aus den 1970er Jahren.

Der Hauptgrund, warum ich mich für alte Fahrräder entschieden habe, ist, dass sie viel besser sind als neue. Die meisten Leute wissen das nicht, deshalb sind sie auch viel billiger. Meine vier Fahrräder haben mich insgesamt nur 500 Euro gekostet. Dafür könnte ich mir nur ein günstiges neues Rennrad kaufen, und so ein Gefährt hält sicher keine 40 bis 50 Jahre - wie wir sehen werden. Natürlich sind es nicht nur alte Rennräder, die besser sind. Das Gleiche gilt für andere Fahrradtypen, die vor den 1980er Jahren gebaut wurden. Ich fahre Rennrad, weil ich relativ lange Strecken zurücklege, meist zwischen 35 und 50 km hin und zurück.

Bild: Das Fahrrad, das ich meistens nutze, ein Gazelle Champion von 1980. Es hat mindestens 30,000 km zurückgelegt seitdem ich es 2013 gekauft habe.

Aus was Fahrräder gefertigt sind

Die erste bedeutende Veränderung in der Fahrradindustrie war die Umstellung von Stahl- auf Aluminiumfahrräder. Vor den 1980er Jahren waren praktisch alle Fahrräder aus Stahl gefertigt. Aus Stahl waren der Rahmen, die Räder, verschiedene Komponenten und Teile. Heutzutage sind die meisten Fahrradrahmen und -räder aus Aluminium gefertigt. Das Gleiche gilt für viele andere Fahrradteile. In jüngster Zeit werden bei immer mehr Fahrrädern Rahmen und Räder aus Kohlefaserverbundwerkstoffen hergestellt. Einige Fahrradrahmen sind aus Titan oder Edelstahl gefertigt. Alle diese Materialien sind in der Herstellung energieintensiver als Stahl. Außerdem können Stahl und Aluminium recycelt und repariert werden, während Faserverbundwerkstoffe nur downgecycelt werden können und sich schlecht reparieren lassen. ³

In mehreren Studien wurden die Energie- und Kohlenstoffkosten von Fahrradrahmen und anderen Komponenten aus diesen verschiedenen Materialien verglichen, die alle ein unterschiedliches Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht aufweisen. Diese Forschung hat einige Einschränkungen. Die Wissenschaftler verwenden grobe Methoden, weil ihnen detaillierte Energiedaten aus der Fahrradherstellung fehlen, und einige Studien stammen von Herstellern, die Forscher dafür bezahlen, die Nachhaltigkeit ihrer Produkte zu überprüfen. Dennoch sind die Ergebnisse insgesamt ziemlich einheitlich. Der Kürze halber konzentriere ich mich auf die Emissionen (CO2 = CO2-Äquivalente) und lasse andere Umweltauswirkungen außer Acht.

Vor den 1980ern waren praktisch alle Fahrräder aus Stahl gefertigt

Reynolds, ein britischer Hersteller, der für seine Fahrradschläuche bekannt ist, fand heraus, dass die Herstellung eines Stahlrahmens 17,5 kg CO2 kostet, während ein Titan- oder Edelstahlr ahmen etwa 55 kg CO2 pro Rahmen kostet - dreimal so viel. ⁴ Starling Cycles, einer der wenigen Hersteller von Mountainbikes aus Stahl, kam zu dem Schluss, dass ein typischer Carbonrahmen 16 Mal mehr Energie verbraucht wie ein Stahlrahmen. ⁵ (Das wären 280 kg CO2). Eine unabhängige Studie aus dem Jahr 2014 - die erste ihrer Art - berechnete den Fußabdruck eines Aluminium-Rennradrahmens mit Carbongabel der Marke „Specialized“ und kam zu dem Ergebnis, dass die Kosten bei 2.380 Kilowattstunden Primärenergie und über 250 kg Kohlenstoff liegen - etwa 14 Mal so hoch wie bei einem Stahlrahmen (ohne Gabel), wie von Reynolds berechnet. ²

Ein Fahrrad ist mehr als nur ein Rahmen. Lebenszyklusanalysen ganzer Fahrräder zeigen, dass der Kohlenstoff-Fußabdruck aller anderen Komponenten mindestens so groß ist wie der eines Stahlrahmens. ⁶ Wissenschaftler haben die Kohlenstoffemissionen eines Stahlfahrrads während der gesamten Lebensdauer auf 35 kg CO2 berechnet, verglichen mit 212 kg CO2 für ein Aluminiumfahrrad. ⁷⁸ Die detaillierteste Lebenszyklusanalyse beziffert den Kohlenstoff-Fußabdruck für ein 18,4 kg schweres Aluminiumfahrrad auf 200 kg CO2, einschließlich seiner Ersatzteile, bei einer Lebensdauer von 15 000 km. Die Phase mit dem stärksten Einfluss ist die Herstellung der Materialien (74 %; Aluminium, Edelstahl, Gummi), gefolgt von der Wartungsphase (15,5 % für 3,5 neue Reifensätze, sechs Bremsbeläge, eine Kette und eine Kassette) und der Montagephase (5 %). ⁹

Wo und wie Fahrräder gefertigt werden

Meine Stahlfahrräder stammen aus einer Zeit, in der die meisten Industrieländer eine alteingesessene Fahrradindustrie hatten, die den nationalen Markt bediente. ³ Diese Industrien brachen in Europa und Nordamerika im Zuge der neoliberalen Globalisierung Ende der 1970er Jahre zusammen. China öffnete sich für ausländische Investitionen und wurde schnell zum größten Fahrradhersteller der Welt. In den letzten zwei Jahrzehnten hat China zwei Drittel aller Fahrräder der Welt hergestellt (60-70 Millionen von 110 Millionen jährlich). Der Rest kommt aus anderen asiatischen Ländern. In Europa werden wieder zehn Millionen Fahrräder pro Jahr hergestellt, in den USA dagegen nur 60.000 Fahrräder pro Jahr. ³

Die Herstellung von Fahrrädern erforderte während des gesamten zwanzigsten Jahrhunderts einen beträchtlichen Einsatz an menschlicher Arbeit. ³ Laut dem Routledge Companion to Cycling wurden „Räder von Hand eingespeicht und zentriert; Rahmen wurden von Hand gebaut; die Sattelherstellung war mühsam; Steuersätze, Schaltgruppen (Blöcke), Bremszüge und Gangschaltungen wurden physisch angeschraubt.“ Seit den 2000er Jahren hat die Automatisierung den Bedarf an menschlicher Arbeit erheblich reduziert. Der größte chinesische Fahrradhersteller, der ein Fünftel aller Fahrräder weltweit herstellt, verfügt über 42 Fließbänder, an denen täglich 55.000 Fahrräder produziert werden - fast so viel wie in den USA in einem Jahr. ³

Nationale Fahrradindustrien in Europa und Nordamerika brachen in Folge der neoliberalen Globalisierung in den späten 1970er Jahren zusammen.

Die Globalisierung und Automatisierung der Fahrradindustrie machen Fahrräder weniger nachhaltig. Erstens verursachen sie zusätzliche Emissionen für den Transport (von Rohstoffen, Komponenten und Fahrrädern) sowie für die Herstellung und den Betrieb von Robotern und anderen Maschinen. Zweitens ist die Herstellung von Stahl, Aluminium, Kohlefaserverbundwerkstoffen und Elektrizität in China und anderen Fahrrad produzierenden Ländern energie- und kohlenstoffintensiver als in Europa und Nordamerika. ¹⁰ Am wichtigsten ist jedoch, dass die automatisierte Großproduktion versunkenes Kapital darstellt, das die meiste Zeit arbeiten muss, um die Gemeinkosten zu verteilen, was zu Überproduktion führt. ³

Wie lange ein Fahrrad fährt

Wie viel Energie und andere Ressourcen benötigt werden, um ein Fahrrad zu bauen und es an einen Radfahrer zu liefern, ist nur die halbe Geschichte. Mindestens ebenso wichtig ist, wie lange das Fahrrad hält. Je kürzer seine Lebensdauer ist, desto mehr Fahrzeuge müssen während der Lebenszeit eines Radfahrers gefertigt werden, und desto höher ist der Ressourcenverbrauch.

Um eine lange Lebensdauer zu erreichen, müssen einige Teile eines Fahrrads ersetzt werden. Dabei handelt es sich in der Regel um kleinere Teile wie Schalthebel, Ketten und Bremsen. ¹¹ Bis vor einigen Jahrzehnten war die Kompatibilität der Teile ein Markenzeichen der Fahrradhersteller. ¹² Meine Fahrräder sind ein perfektes Beispiel dafür. Die meisten Komponenten - wie Laufräder, Schaltung und Bremsen - sind zwischen den verschiedenen Rahmen austauschbar, auch wenn jedes Fahrzeug von einer anderen Marke und aus einem anderen Baujahr stammt. Die Kompatibilität der Komponenten ermöglicht eine einfache Wartung und Reparatur, wodurch sich die Lebensdauer eines Fahrrads verlängert. Fahrradläden selbst in den kleinsten Ortschaften können alle Arten von Fahrrädern mit einem begrenzten Satz von Werkzeugen und Ersatzteilen reparieren. ¹² Radfahrer können kleinere Reparaturen zu Hause durchführen.

Leider ist Kompatibilität in der Fahrradherstellung kaum noch ein Thema. Die Hersteller haben immer mehr eigene Teile eingeführt und ändern ständig die Normen, was zu Kompatibilitätsproblemen selbst bei älteren Fahrrädern derselben Marke führt. ¹³ Wenn beispielsweise die Gangschaltung eines modernen Fahrrads nach einigen Jahren der Nutzung kaputt geht, ist ein Ersatzteil wahrscheinlich nicht mehr erhältlich. Sie müssen einen neuen Satz einer neuen Generation bestellen, der nicht mit Ihrem Umwerfer und Schaltwerk kompatibel ist, die Sie ebenfalls ersetzen müssen. ¹² Bei Rennrädern hat der Wechsel von Kassettenkörpern mit zehn Ritzeln (um 2010) zu Kassettenkörpern mit elf, zwölf und neuerdings dreizehn Ritzeln viele Laufradsätze überflüssig gemacht, und das Gleiche gilt für den Rest des Antriebsstrangs einschließlich Schalthebel und Ketten. ¹²¹

Vor den 1980ern waren die meisten Komponenten zwischen den Rahmen verschiedener Produktgenerationen oder Marken austauschbar.

Die Scheibenbremsen, mit denen fast alle neuen Fahrräder ausgestattet sind, haben unterschiedliche Achsenkonstruktionen, was bedeutet, dass für jedes Fahrzeug eigene Ersatzteile benötigt werden. ¹ Scheibenbremsen erfordern auch neue Schaltungen, Gabeln, Rahmensets, Kabel und Räder, was diese Fahrräder mit früheren Designs inkompatibel macht. ¹² Durch die Zunahme der herstellerspezifischen Teile wird es immer schwieriger, ein Fahrrad durch Wartung, Wiederverwendung und Überholung auf der Straße zu halten. Mit der zunehmenden Zahl inkompatibler Komponenten wird es für Fahrradgeschäfte unmöglich, ein komplettes Ersatzteillager zu führen. ¹²

Die Inkompatibilität der Komponenten geht damit einher, dass die Qualität abnimmt. Ein Beispiel ist der Sattel, der kaum ein Rahmenteil überdauert, weil er an der Unterseite der Schale bricht. ¹² Mit ein wenig mehr Material würde er ewig halten - wie alle Sättel meiner 40 bis 50 Jahre alten Rennräder beweisen. Niedrige Qualität betrifft einige Teile von teuren Fahrrädern, ist aber besonders problematisch bei billigen Fahrrädern, die ausschließlich aus minderwertigen Komponenten bestehen. Billige Fahrräder - Fahrradmechaniker bezeichnen sie als „Built-to-fail-Bikes“ oder „fahrradförmige Objekte“ - haben oft Kunststoffteile, die leicht brechen und nicht ersetzt oder aufgerüstet werden können. Diese Fahrzeuge halten in der Regel nur wenige Monate. ¹³¹⁴

Illustration: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/).

Wie ein Fahrrad angetrieben wird

Bisher haben wir uns nur mit Fahrrädern beschäftigt, die ausschließlich von menschlicher Kraft angetrieben werden, aber Fahrräder mit Elektromotoren werden immer beliebter. Die Zahl der weltweit verkauften E-Bikes stieg von 3,7 Millionen im Jahr 2019 auf 9,7 Millionen im Jahr 2021 (10 % der gesamten Fahrradverkäufe und bis zu 40 % in einigen Ländern wie Deutschland). Elektrofahrräder verstärken beide Trends, die Fahrräder weniger nachhaltig machen. Einerseits benötigen Elektromotoren und Batterien zusätzliche Ressourcen wie Lithium, Kupfer und Magnete, wodurch der Energieverbrauch und die Emissionen bei der Fahrradherstellung steigen. Forscher haben die Treibhausgasemissionen, die bei der Herstellung eines E-Bikes aus Aluminium entstehen, auf 320 kg berechnet. ⁸ Dem stehen 212 kg für die Herstellung eines Fahrrads ohne Unterstützung aus Aluminium und 35 kg für ein Fahrrad ohne Unterstützung aus Stahl gegenüber.

Zum zweiten ist die Lebensdauer eines Elektrofahrrads kürzer als die eines Zweirads ohne Unterstützung, weil es mehr Fehlerquellen gibt. Der Ausfall der zusätzlichen Komponenten - Motor, Batterie, Elektronik - führt aufgrund der Inkompatibilität der Komponenten zu einem kürzeren Lebenszyklus. In einer wissenschaftlichen Studie über die Kreislaufwirtschaft in der Fahrradindustrie wird ein erheblicher Anstieg defekter Komponenten im Vergleich zu Fahrrädern ohne Unterstützung festgestellt und die Schlussfolgerung gezogen, dass „die große Dynamik des Marktes aufgrund regelmäßiger Innovationen, Produkterneuerungen und des Mangels an Ersatzteilen für ältere Modelle die langfristige Nutzung durch die Kunden viel schwieriger macht als bei herkömmlichen Fahrrädern.“ ¹⁵

Elektroräder verstärken beide Trends, die Fahrräder weniger nachhaltig machen.

Hinzu kommt, dass Elektrofahrräder für ihren Betrieb Strom benötigen, was den Ressourcenverbrauch und die Emissionen weiter erhöht. Diese Auswirkungen sind im Vergleich zur Herstellungsphase relativ gering. Schließlich stellt der Mensch einen Teil der Antiebsleistung zur Verfügung, und der Stromverbrauch eines Elektrofahrrads (25 km/h) beträgt nur etwa 1 Kilowattstunde pro 100 km. Die durchschnittliche Treibhausgasemission durch Stromerzeugung in Europa lag 2019 bei 275 gCO2/kWh. ¹⁶ Wenn ein E-Bike 15.000 km hält, verursacht das Aufladen des Akkus nur 41 kg CO2, verglichen mit 320 kg für die Herstellung des (Aluminium-)Fahrrads. Selbst in den USA und China, wo die Kohlenstoffintensität des Stromnetzes 50-100 % über dem europäischen Wert liegt, dominiert die Produktion von Elektrofahrrädern die Gesamtemissionen und den Energieverbrauch.

Lastenfahrräder

Die Kombination aus energieintensiven Materialien, kurzer Lebensdauer und elektrischer Unterstützung kann die Emissionen während des gesamten Lebenszyklus in überraschende Höhen treiben, insbesondere bei Lastenfahrrädern. Diese Fahrzeuge sind größer und schwerer als Personenfahrräder und benötigen leistungsfähigere Motoren und Batterien. Es gibt nur sehr wenige Lebenszyklusanalysen für Lastenfahrräder. In einer kürzlich durchgeführten Studie wurden jedoch die Lebenszyklusemissionen eines elektrischen Lastenfahrrads aus Kohlefaser auf 80 gCO2 pro Kilometer berechnet - nur halb so viel wie bei einem elektrischen Lieferwagen (158 gCO2/km). ¹⁷ Die Forscher erklären dies mit der unterschiedlichen Laufleistung - 34.000 km im Vergleich zu 240.000 km für den Transporter - und den Kohlefaserverbundwerkstoffen in vielen Komponenten, einschließlich des Fahrgestells des Fahrzeugs. Die Lebenszyklusemissionen des Lastenfahrrads, einschließlich des Stroms, der zum Aufladen der Batterie verbraucht wird, belaufen sich auf 2.689 kg. Das ist fast das 40-fache der Lebenszyklusemissionen von zwei Fahrrädern aus Stahl (mit einer Laufleistung von jeweils 15.000 km).

Die Verlängerung der Nutzungsdauer von Elektrofahrrädern hat im Vergleich zu Fahrrädern ohne Unterstützung geringere Auswirkungen auf die Lebenszyklusemissionen. Das liegt daran, dass die Batterie alle 3 bis 4 Jahre und der Motor alle zehn Jahre ausgetauscht werden muss, was den Ressourcenverbrauch für Ersatzteile erhöht. ¹¹ Dies zeigt eine Lebenszyklusanalyse eines elektrischen Stahl-Lastenfahrrads mit einer angenommenen Lebensdauer von 20 Jahren. ¹⁸ Während seiner Lebensdauer verbraucht das Fahrzeug fünf Batterien (jede wiegt 8,5 kg), zwei Motoren und 3,5 Reifensätze. Die meisten Lebenszyklusemissionen werden durch diese Ersatzteile verursacht, wobei die Batterien allein 40 % der Gesamtemissionen ausmachen. Im Vergleich dazu sind die Emissionen für den Stahlrahmen nahezu unbedeutend. ¹⁸ Dieses spezielle Lastenfahrrad wurde für afrikanische Straßen gebaut und ist nicht ganz repräsentativ für das durchschnittliche Lastenfahrrad, vor allem wegen seiner schweren Reifen.

Lastenfahrräder haben einen weiteren Nachteil. Personenfahrräder und Autos befördern in der Regel nur eine Person, d. h. ein Personenkilometer auf einem Fahrrad entspricht ungefähr einem Personenkilometer in einem Auto. Bei Lastenrädern ist der Vergleich von Tonnenkilometern jedoch komplizierter. Wenn die Ladung relativ leicht ist - in der Regel bis zu 150 kg - ist das elektrische Lastenfahrrad weniger kohlenstoffintensiv als ein Lieferwagen. Bei schwereren Lasten sind jedoch mehrere Lastenfahrräder erforderlich, um einen Lieferwagen zu ersetzen, wodurch sich die damit verbundenen Emissionen vervielfachen. ¹⁸ Die Umstellung auf Lastenfahrräder ohne eine erhebliche Verringerung des Ladevolumens wird wahrscheinlich nicht zu Emissionseinsparungen führen. Es liegt auf der Hand, dass Lastenfahrräder mit Stahlrahmen und ohne Elektromotoren und Batterien - die derzeit noch in der Mehrzahl sind - während ihrer Lebensdauer wesentlich weniger Kohlenstoffemissionen verursachen werden.

Wie Fahrrad gefahren wird

In den letzten Jahren haben viele Städte Leihfahrräder eingeführt. Theoretisch könnten Leihfahrräder die Zahl der produzierten Fahrräder verringern und damit die Umweltauswirkungen der Fahrradproduktion reduzieren. Der Aufbau und Betrieb von Leihfahrrad-Diensten ist jedoch mit einem erheblichen Energieaufwand und Emissionen verbunden. Außerdem halten gemeinsam genutzte Fahrräder nicht so lange wie Fahrräder in Privatbesitz. Folglich verstärken Leihfahrrad-Dienste die Trends, die Fahrräder weniger nachhaltig machen.

Eine Studie aus dem Jahr 2021 vergleicht die Umweltauswirkungen von gemeinsam genutzten und privaten Fahrrädern und berücksichtigt dabei auch die für jede Option erforderliche Infrastruktur. Sie kommt zu dem Schluss, dass private Fahrräder nachhaltiger sind als gemeinsam genutzte Fahrräder. ⁸ Die Studie basiert auf dem Vélib-System in Paris, Frankreich, das 19.000 Fahrzeuge umfasst, von denen etwa die Hälfte mit einem Elektromotor ausgestattet ist. Mehr als 90 % der Emissionen und des Energieverbrauchs entfallen auf die Fahrzeugherstellung und die Bike-Sharing-Infrastruktur. Die restlichen Emissionen entfallen auf den Bau von Radwegen (3,5 %), das Umladen der Fahrräder, um alle Stationen optimal zu versorgen (2 %), und den Stromverbrauch für das Laden der Batterien der Elektrofahrräder (0,3 %). Insgesamt hat ein gemeinsam genutztes Fahrrad des Vélib-Systems einen Emissionswert von 32 g CO2/km, der drei- bis zehnmal höher ist als der eines eigenen Fahrrads (zwischen 3,5 gCO2/km für ein Stahlfahrrad und 10,5 g CO2/km für ein Aluminiumfahrrad). ⁸

Leihfahrraddienste in den Markt zu bringen und zu betreiben erhöht Energieverbrauch und Emissionen signifikant

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass der Leihfahrrad-Dienst zu einem Rückgang des Fahrradbesitzes um 15 % führte. Allerdings berechneten sie auch, dass die durchschnittliche Lebensdauer eines gemeinsam genutzten Fahrrads nur 14,7 Monate beträgt, bei einer durchschnittlichen Laufleistung von 12.250 km. Im Vergleich dazu beträgt die durchschnittliche Lebensdauer eines eigenen Fahrrads in Frankreich laut einer Erhebung aus dem Jahr 2020 rund 20.000 km - fast 50 % mehr als bei gemeinsam genutzten Fahrrädern. Das Vélib-System umfasst 14.000 Fahrradstationen mit einer Gesamtfläche von 92.000 m2 und einer geschätzten Lebensdauer von zehn Jahren. Jede der 46.500 Stationen besteht aus 23 kg Stahl und 0,5 kg Kunststoff. Der Stromverbrauch jeder Bike-Sharing-Station beträgt rund 6.000 kWh pro Jahr. Aufgrund der hohen Belastung durch die Infrastruktur sind die Lebenszyklusemissionen von gemeinsam genutzten Elektrofahrrädern nur 24 % höher als die von gemeinsam genutzten nicht-elektrischen Rädern. ⁸

Der ökologische Fußabdruck von Leihfahrrad-Systemen kann von Stadt zu Stadt sehr unterschiedlich sein. Eine Lebenszyklusanalyse von Leihfahrrad-Diensten in den USA ergab Kohlenstoffemissionen von 65 g CO2/km - doppelt so hoch wie in Paris. ¹⁹ Das liegt vor allem daran, dass bei den US-Systemen die Fahrräder mit Dieselfahrzeugen transportiert werden, während der französische Dienst elektrische Zugmaschinen einsetzt. Die US-Studie befasst sich auch mit der neueren Generation der „dockless“ Leihfahrrad-Dienste, die noch schlechter abschneiden. Dockless-Leihfahrräder können überall abgestellt und über eine Smartphone-Anwendung geortet werden. Dadurch werden zwar keine Stationen mehr benötigt, aber jedes Fahrrad benötigt energieintensive elektronische Komponenten, und das System verursacht auch Emissionen durch die Kommunikationsnetze. ¹⁹¹⁰ Darüber hinaus werden für dockless-Systeme mehr Fahrräder benötigt und es muss mehr umgeschichtet werden.

Eine Lebenszyklusanalyse chinesischer Leihfahrrad-Dienste, darunter viele “dockless”-Systeme, zeigt hohe Schadensraten und niedrige Wartungsraten für Fahrräder. Die jährliche Schadensquote beträgt 10-20 % bei verstärkten Fahrrädern und 20-40 % bei leichteren Fahrzeugen, die immer häufiger eingesetzt werden. In der Praxis wird ein gemeinsam genutztes Fahrrad zu Schrott, wenn das Fahrradteil mit der schlechtesten Haltbarkeit kaputt geht. Eine Reparatur findet praktisch nicht statt. ¹⁰ Wenn die Unternehmen schließlich in Konkurs gehen, entstehen beim Leihfahrrad-Dienst Berge von Abfall - auch von Fahrrädern in gutem Zustand. ¹⁰ ¹

Bild: Lebenszyklus-Kohlenstoffemissionen pro Kilometer Fahrradfahren. Diagramm: Marie Verdeil. Daten: [^8][^17][^19][^26].

Nicht jedes Fahrrad ersetzt ein Auto

All dies sollte nicht vom Radfahren abhalten. Selbst die Fahrräder, die in punkto Nachhaltigkeit nicht an der Spitze stehen, sind dennoch nachhaltiger als Autos. Der Kohlenstoff-Fußabdruck für die Herstellung eines benzin- oder dieselbetriebenen Autos liegt zwischen 6 Tonnen (Citroen C1) und 35 Tonnen (Land Rover Discovery). ²⁰ Der Bau eines Kleinwagens wie des C1 verursacht also so viele Emissionen wie die Herstellung von 171 Stahlfahrrädern oder 28 Aluminiumfahrrädern. Darüber hinaus haben Autos auch einen hohen Kohlenstoff-Fußabdruck durch den Kraftstoffverbrauch, während Fahrräder ganz oder teilweise von Menschen angetrieben werden. ²¹ Elektroautos haben höhere Emissionen bei der Herstellung, aber geringere Emissionen beim Betrieb (wobei letzteres ganz von der Kohlenstoffintensität des Stromnetzes abhängt).

Das Fahrrad ist sogar dann im Vorteil, wenn man seine viel geringere Lebensleistung berücksichtigt. ²² Benzin- und dieselbetriebene Autos erreichen heute mehr als 300.000 km, das ist das Doppelte ihrer Lebensdauer in den 1960er und 1970er Jahren. ²³ Wenn ein Fahrrad 20.000 km hält, bräuchte man 15 Fahrräder, um 300.000 km zurückzulegen. Wenn es sich dabei um Stahlfahrräder ohne Elektromotor handelt, ist der gesamte Kohlenstoff-Fußabdruck bei der Herstellung immer noch sechsmal geringer als bei einem Kleinwagen: 1.050 kg CO2. Sind die Fahrräder aus Aluminium und haben einen Elektromotor, steigen die Emissionen auf 4.800 kg CO2, was immer noch unter dem CO2-Fußabdruck der Herstellung eines Kleinwagens liegt.

Allerdings ersetzt nicht jedes Fahrrad ein Auto. Dies gilt insbesondere für Gemeinschaftsfahrräder und Elektrofahrräder: Studien zeigen, dass sie hauptsächlich nachhaltigere Verkehrsalternativen ersetzen, wie z. B. zu Fuß gehen, ein Fahrrad ohne Unterstützung oder ein privates Fahrrad benutzen oder mit der U-Bahn fahren. ¹⁹ ²⁴ In Paris sind die Emissionen von gemeinsam genutzten Fahrrädern dreimal so hoch wie die von elektrischen öffentlichen Verkehrsmitteln. ⁸ Außerdem werden viele kohlenstoffintensive Fahrräder zu Freizeitzwecken gekauft und sind keineswegs als Ersatz für das Auto gedacht - sie können sogar zu einer verstärkten Autonutzung führen, wenn die Radfahrer für einen Ausflug in die Natur aus der Stadt fahren. In all diesen Fällen steigen die Emissionen, sie sinken nicht.

Wie kann man Fahrräder wieder nachhaltiger machen?

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es mehrere Gründe gibt, warum Fahrräder weniger nachhaltig geworden sind: die Umstellung von Stahl auf Aluminium und andere energieintensivere Materialien, die Globalisierung der Fahrradindustrie, die zunehmende Inkompatibilität und sinkende Qualität der Komponenten, der wachsende Erfolg von Elektrofahrrädern und die Nutzung von Leihfahrrad-Diensten. Die meisten dieser Faktoren sind für sich genommen nicht problematisch. Vielmehr ist es die Kombination von Trends, die zu erheblichen Unterschieden zu den Fahrrädern früherer Generationen führt.

Die Herstellung eines Elektrofahrrads aus Stahl hätte beispielsweise einen CO2-Fußabdruck von 143 kg. Das ist zwar viermal so viel wie die Emissionen eines Fahrrads ohne Unterstützung aus Stahl, liegt aber unter dem CO2-Fußabdruck eines Aluminiumfahrrads ohne Elektromotor (212 kg). Vor allem wenn die Batterie mit erneuerbarer Energie aufgeladen wird, kann das Fahren mit einem Elektrofahrrad also nachhaltiger sein als mit einem Fahrrad ohne Motor. Ebenso könnte ein Aluminiumfahrrad mit einer langen Lebensdauer - z. B. durch Kompatibilität der Komponenten - einen geringeren CO2-Fußabdruck haben als ein Stahlfahrrad mit einer begrenzten Lebensdauer.

Viele Forscher plädieren dafür, Fahrräder wieder aus Stahl statt aus Aluminium und anderen energieintensiven Materialien herzustellen. Das würde bei relativ geringen Nachteilen - etwas schwerere Fahrräder - einen erheblichen Gewinn an Nachhaltigkeit bringen. Stahlrahmen würden auch die Kohlenstoffintensität von Elektrofahrrädern und Fahrrädern, die gemeinsam genutzt werden, verringern. Einige Forscher werben für Fahrradrahmen aus Bambus, aber der Nutzen im Vergleich zu altmodischen Stahl- oder sogar Aluminiumrahmen ist unklar. ²⁵ Ein „Bambusfahrrad“ benötigt immer noch Räder und viele andere Teile aus Metall oder Kohlefaserverbundwerkstoffen, und die Rahmenrohre werden in der Regel durch Kohlefaser- oder Metallteile zusammengehalten. ⁶ Außerdem wird der Bambus chemisch gegen Fäulnis behandelt und ist nicht biologisch abbaubar. ¹

Um nachhaltige Fahrräder zu bekommen, sollte man zu lokaler und weniger automatisierter Herstellung zurückfinden

Eine bessere Kompatibilität der Komponenten würde die Lebensdauer von Fahrrädern - auch von Elektrofahrrädern - durch Reparatur und Aufarbeitung erhöhen. Sie würde den Verbrauchern keine Nachteile bringen, ganz im Gegenteil. Im Gegensatz zu einer Umstellung auf Stahlrahmen würde eine bessere Kompatibilität der Komponenten jedoch den Verkauf von neuen Fahrrädern beeinträchtigen. Eine Studie kommt zu dem Schluss, dass „der Verzicht auf Normung ein profitables Geschäftsmodell ist, weil er dafür sorgt, dass Fahrräder nur eine bestimmte Zeit lang gefahren werden können.“ ¹ Die abnehmende Nachhaltigkeit von Fahrrädern ist kein technologisches Problem und nicht nur bei Fahrrädern der Fall. Wir sehen es auch bei der Herstellung anderer Produkte, wie Computern. Ein Fahrradmechaniker stellt fest: „Das Problem hier ist der Kapitalismus, nicht die Fahrräder.“ ¹⁴

Die Umstellung auf eine lokale und weniger automatisierte Fahrradherstellung ist eine Voraussetzung für nachhaltige Fahrräder. Der Hauptgrund ist nicht der zusätzliche Energieverbrauch durch Transport und Maschinen, der relativ gering ist. Beispielsweise verursacht der Transport aus China bei gemeinsam genutzten Fahrrädern etwa 0,7 bis 1,2 gCO2/km. ⁸ Viel wichtiger ist, dass die heimische und handwerkliche Herstellung von Fahrrädern eine wesentliche Voraussetzung dafür ist, dass die Reparatur und Aufarbeitung die wirtschaftlich attraktivere Option ist. Die Reparatur ist per definitionem lokal und manuell, so dass sie schnell teurer wird als die Herstellung eines neuen Fahrzeugs in einer großen, automatisierten Fabrik. ¹⁰ Vor Ort hergestellte Fahrräder würden den Kaufpreis für die Verbraucher erhöhen. Eine bessere Reparierbarkeit würde jedoch eine längere Lebensdauer und langfristig niedrigere Kosten ermöglichen. Die Lösung von Fahrraddiebstahl- und Parkproblemen ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung, da sie häufig ein Grund für den Kauf billiger, kurzlebiger Fahrräder sind. ²⁶

Schließlich können auch gemeinsam genutzte Fahrräder ihren Platz haben, und wir werden wahrscheinlich weitere Verbesserungen ihrer Ressourceneffizienz erleben - die neuesten Leihfahrrad-Stationen in Paris haben ihren Stromverbrauch um den Faktor sechs reduziert. ⁸ Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass gemeinsam genutzte Fahrräder nachhaltiger sind als private Fahrräder, da sie immer wieder neu räumlich verteilt werden müssen und eine High-Tech-Infrastruktur benötigen, damit der Dienst funktioniert. Außerdem kann die Bindung an das eigene Fahrrad ein starker Anreiz sein, es gut zu pflegen und so seine Lebensdauer zu erhöhen, wie ich bezeugen kann.

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Aaron Gordon. “Mechanics Ask Walmart, Major Bike Manufacturers to Stop Making and Selling ‘Built-to-Fail’ Bikes”, Vice, January 13, 2022. https://www.vice.com/en/article/wxdgq9/mechanics-ask-walmart-major-bike-manufacturers-to-stop-making-and-selling-built-to-fail-bikes ↩︎ ↩︎
Koop, Carina, et al. “Circular business models for remanufacturing in the electric bicycle industry.” Frontiers in Sustainability 2 (2021): 785036. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frsus.2021.785036/full ↩︎
https://www.eea.europa.eu/data-and-maps/indicators/overview-of-the-electricity-production-3/assessment ↩︎
Temporelli, Andrea, et al. “Last mile logistics life cycle assessment: a comparative analysis from diesel van to e-cargo bike.” Energies 15.20 (2022): 7817.. https://www.mdpi.com/1996-1073/15/20/7817 ↩︎
Schünemann, Jaron, et al. “Life Cycle Assessment on Electric Cargo Bikes for the Use-Case of Urban Freight Transportation in Ghana.” Procedia CIRP 105 (2022): 721-726. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212827122001214 ↩︎ ↩︎ ↩︎
Luo, Hao, et al. “Comparative life cycle assessment of station-based and dock-less bike sharing systems.” Resources, Conservation and Recycling 146 (2019): 180-189. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921344919301090 ↩︎ ↩︎ ↩︎
https://www.theguardian.com/environment/green-living-blog/2010/sep/23/carbon-footprint-new-car ↩︎
Fahrräder werden ganz oder teilweise durch Nahrungskalorien angetrieben. Einige Leute argumentieren, dass der Lebenszyklus-Energiebedarf von Fahrrädern höher ist als der anderer Verkehrsmittel, wenn man die Auswirkungen der Lebensmittel berücksichtigt, die für die Bereitstellung zusätzlicher Kalorien erforderlich sind, die während der Fahrradnutzung verbrannt werden. Die Mehrheit der Menschen in autozentrierten Gesellschaften nimmt jedoch mehr Kalorien zu sich, als ihre sitzende Lebensweise erfordert. Mehr Radfahren würde zu geringeren Fettleibigkeitsraten führen, nicht zu einer höheren Kalorienaufnahme. ↩︎
Dies ist eine rein theoretische Berechnung, denn Autos laden zu viel längeren Fahrten ein als Fahrräder. ↩︎
Ford, Dexter. “As Cars Are Kept Longer, 200,000 Is New 100,000.” New York Times, March 16, 2012. https://www.nytimes.com/2012/03/18/automobiles/as-cars-are-kept-longer-200000-is-new-100000.html?_r=2&ref=business&pagewanted=all& ↩︎
Zheng, Fanying, et al. “Is bicycle sharing an environmental practice? Evidence from a life cycle assessment based on behavioral surveys.” Sustainability 11.6 (2019): 1550. https://www.mdpi.com/2071-1050/11/6/1550 ↩︎
Ein Vergleich der Lebenszyklusemissionen eines Bambusfahrrads mit denen eines Aluminiumfahrrads ergab kaum Unterschiede (233 vs. 238 kg CO2), siehe [6]. ↩︎
Larsen, Jonas, and Mathilde Dissing Christensen. “The unstable lives of bicycles: the ‘unbecoming’of design objects.” Environment and Planning A: Economy and Space 47.4 (2015): 922-938. https://orca.cardiff.ac.uk/id/eprint/131212/1/M%20Christensen%202015%20the%20unstable%20lives%20of%20bicycles%20ver2%20postprint.pdf ↩︎

Wie baut man ein Solarpanel mit geringem technischen Aufwand?

Tue, 05 Oct 2021 00:00:00 +0000

George Cove steht neben seiner dritten Solar-Panel-Anordnung. Quelle: \"Generating electricity by the sun's rays\", Popular Electricity, Volume 2, nr. 12, April 1910, pp.793.

Effizienter aber weniger nachhaltig

Seit Bell Labs in den 1950er Jahren das erste praktische Photovoltaik-Panel vorstellte, konzentrierte sich die technische Entwicklung darauf, den Wirkungsgrads von Solarzellen zu erhöhen und die Kosten zu senken. Nach diesen Maßstäben haben die Forscher große Fortschritte gemacht. Der Wirkungsgrad von Solarzellen stieg von weniger als 5 % in den 1950er Jahren auf heute über 20 %, während die Kosten von 30 Dollar pro “Watt Peak” (Nennleistung unter Standard-Testbedingungen) im Jahr 1980 auf weniger als 0,2 Dollar pro Watt Peak im Jahr 2020 sanken. Niedrigere Kosten - zu denen höhere Wirkungsgrade beitragen - werden als besonders wichtig angesehen, da sie es den PV-Paneelen ermöglichen, auf dem Markt mit der aus fossilen Brennstoffen erzeugten Elektrizität zu konkurrieren.

Im Hinblick auf die Nachhaltigkeit wurden jedoch nur geringe Fortschritte erzielt. Der größte Mangel besteht darin, dass Solarmodule seit den 1950er Jahren für das Recycling ungeeignet sind. Das führt zu Abfall, der auf den Mülldeponien landet. Die Abfallmenge wird in den kommenden Jahren noch erheblich zunehmen. Solarmodule werden erst nach mindestens 25 bis 30 Jahren entsorgt, und die meisten wurden erst in den letzten Jahren installiert. Forscher gehen davon aus, dass bis 2050 fast 80 Millionen Tonnen Solarmodule das Ende ihrer Lebensdauer erreichen. ¹²³ Das ist eine erhebliche Verschwendung von Ressourcen und eine Gefahr für die Umwelt - ausrangierte PV-Solarmodule enthalten giftige Elemente und stellen eine Brandgefahr dar.

Der Bedarf an kapitalintensiver Technologie sowie lange Lieferwege verhindern, dass Solarmodule durch weniger wohlhabende Gesellschaften oder Heimwerkergemeinschaften lokal produziert werden.

Die Herstellung von PV-Solarmodulen ist ebenso problematisch. Sie produziert giftige Abfälle und erfordert eine globale Lieferkette mit dem Abbau von Materialien, kapitalintensiven Fabriken, komplexen Maschinen und einem ständigen Input an fossilen Brennstoffen. In Lebenszyklusanalysen von Solarmodulen berechnen Wissenschaftler wie viel Energie und Materialien für den Bau eines Solarmoduls benötigt werden. Sie ignorieren jedoch den enormen Energie- und Materialaufwand, der für den Aufbau und die Instandhaltung der PV-Lieferkette selbst erforderlich ist. ⁴⁵⁶⁷⁸⁹¹⁰¹¹ Folglich geben diese Studien keinen Aufschluss über die tatsächlichen Kosten von Solarmodulen etwa in Bezug auf die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen, Emissionen oder andere Umweltbelastungen. Darüber hinaus verhindern der Bedarf an kapitalintensiver Technologie und die langen Lieferwege die lokale Produktion von Solarmodulen durch weniger wohlhabende Gesellschaften oder Heimwerkergemeinschaften.

Inspiration in der Geschichte finden

Sind PV-Solarmodule von Natur aus nicht nachhaltig, nicht recycelbar und abhängig von Hochtechnologie und kapitalintensiven Herstellungsverfahren? Oder ist es möglich, sie mit lokalen, recycelbaren und weniger energieintensiven Materialien und Produktionsmethoden herzustellen? Mit anderen Worten: Können wir Low-Tech-Solarzellen bauen? Und wenn ja, was würde das für die Kosten und die Effizienz bedeuten?

Bevor wir versuchen, diese Frage zu beantworten, ist es wichtig festzustellen, dass die beste Low-Tech-Alternative zu einem High-Tech-Solarpanel oft nicht ein Low-Tech-Solarpanel ist, sondern die direkte Nutzung der Sonnenenergie. Das heißt: die Nutzung der Sonnenenergie ohne sie vorher in Strom umzuwandeln. So sind zum Beispiel eine Wäscheleine und ein solarthermischer Warmwasserboiler viel effizienter, nachhaltiger und wirtschaftlicher als ein elektrischer Wäschetrockner und ein mit Solarmodulen betriebener Warmwasserboiler. Die direkte Nutzung von Solarenergie kann mit lokalen Materialien, relativ einfachen Fertigungstechnologien und kurzen Lieferwegen erfolgen.

In diesem Artikel nehme ich die Frage jedoch wörtlich: Können wir Low-Tech-Photovoltaikanlagen bauen, die Sonnenlicht in Strom umwandeln? In einem früheren Artikel haben wir gesehen, dass die Geschichte Inspiration für den Bau nachhaltigerer Windturbinen bietet. Kann uns die Geschichte auch dazu inspirieren, nachhaltigere Solarzellen zu bauen?

Die Frühgeschichte der Solarzelle

Das 1954 von den Bell Labs vorgestellte PV-Panel entstand nicht aus dem Nichts. Die Silizium-Solarzelle hatte ihre Wurzeln in weniger komplexen Systemen, die Strom entweder aus Licht oder aus Wärme erzeugen konnten.

Thomas Seebeck stellte 1821 fest, dass in einem Stromkreis aus zwei ungleichen Metallen, deren Verbindungsstellen unterschiedliche Temperaturen haben, ein elektrischer Strom fließt. Dieser “thermoelektrische Effekt” bildete die Grundlage für den “thermoelektrischen Generator”, der Wärme (z. B. von einem Holzofen) direkt in Elektrizität wandelt. Im Jahr 1839 entdeckte Antoine Becquerel, dass auch Licht in Elektrizität umgewandelt werden kann, und in den 1870er Jahren wiesen mehrere Wissenschaftler diesen Effekt in Festkörpern nach, vor allem in Selen. Dieser “photoelektrische Effekt” bildete die Grundlage für den “photoelektrischen Generator”, den wir heute als “photovoltaischen” Generator oder PV-Solarzelle bezeichnen. Im Jahr 1883 konstruierte Charles Fritts das erste jemals hergestellte photovoltaische Modul, bei dem er Selen auf eine dünne Goldschicht aufbrachte. ¹²¹³¹⁴

Von damals bis in die 1950er Jahre waren die praktischen Einsatzmöglichkeiten von thermoelektrischen und photoelektrischen Systemen begrenzt. Erfinder bauten zahlreiche experimentelle thermoelektrische Generatoren, die in der Regel mit einer Gasflamme betrieben wurden, deren Wirkungsgrad jedoch nicht über 1 % lag. Auch das Solarpanel von Charles Fritts und die danach hergestellten Selen-Solarzellen erreichten nur einen Wirkungsgrad von 1-2 % bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Strom. ¹⁵ Kurz gesagt, die Zeit vor den 1950er Jahren scheint nicht viel Inspiration für den Bau nachhaltigerer PV-Solarzellen zu bieten.

Ein vergessener Pionier der Solarenergie

Die Frühgeschichte des Solarpanels könnte jedoch unvollständig sein. Im Jahr 2019 erhielt ich eine E-Mail von Philip Pesavento, einem Leser des Low-tech Magazine:

“Ich beschäftige mich seit Anfang der 1990er Jahre mit einem frühen Pionier der Solarzellentechnologie aus der Vorkriegszeit. Ich werde zu alt, um mich weiter damit zu beschäftigen, und obwohl es ein oder zwei wissenschaftliche Artikel über Herrn Cove gab, haben sie seine Leistungen völlig außer Acht gelassen. Ich füge eine PDF-Version einer Präsentation bei, die ich 2015 erstellt und noch nie jemandem vorgestellt habe. Wenn Sie daran interessiert sind, selbst einen Artikel zu schreiben, kann ich Ihnen einen USB-Stick mit dem gesamten Hintergrundmaterial schicken, das ich gesammelt habe.”

Wenn die historische Darstellung und die Hypothesen von Philip Pesavento richtig sind, wollte George Cove einen thermoelektrischen Generator bauen, hat aber versehentlich einen photovoltaischen Generator - eine PV-Solarzelle - hergestellt. Obwohl dies in den frühen 1900er Jahren geschah, erreichte Cove eine vergleichbare Leistung und Effizienz wie die Wissenschaftler der Bell Labs 1954. Sein Entwurf war auch wesentlich leistungsfähiger als die Selen-Solarzellen, die zwischen den 1880er und 1940er Jahren gebaut wurden. ¹⁶ Philip Pesavento dazu:

“Es wäre ziemlich spannend zu beweisen, dass relativ hocheffiziente Solarzellen 40 Jahre vor der Entwicklung von Siliziumzellen erfunden wurden. Noch wichtiger ist, dass, wenn sich herausstellt, dass es bereits vor dem Ersten Weltkrieg Solarzellen und -paneele gab, dies auch einige Vorteile in Bezug auf die Billigkeit der Rohstoffe, die geringe graue Energie für die Umwandlung der Erze in metallische Werkstoffe, den Wirkungsgrad der fertigen Solarzellen und die einfache Herstellung mit sich bringen könnte.” (Graue Energie: Energie für Herstellung, Transport, Lagerung, Verkauf und Entsorgung.)

Mit anderen Worten: Wenn Philip Pesaventos historische Darstellung und seine Hypothesen richtig sind, könnte es möglich sein, Low-Tech-Solarzellen zu bauen.

Der “Solar Electric Generator” von George Cove

George Cove präsentierte seinen ersten “Solargenerator” 1905 im Metropole Building in Halifax, Nova Scotia, Kanada. Abgesehen von einem Bild gibt es keine Daten über diese Anlage. ¹⁷ Seine Leistung und Effizienz waren jedoch so bemerkenswert, dass amerikanische Investoren einen Experten nach Halifax schickten. Auf der Grundlage der Untersuchung der Maschine durch diesen Experten holten sie Cove in die USA (nach Sommerville, Massachusetts), um die Entwicklung seines Geräts fortzusetzen.

Cove stellte dort 1909 seinen zweiten Solargenerator vor. Diese 1,5 m2 große Platte konnte 45 Watt Leistung erzeugen und hatte einen Wirkungsgrad von 2,75 % bei der Umwandlung von Sonnenenergie in Strom. Mitte 1909 war Cove nach New York City umgezogen, wo er seinen dritten Prototyp vorstellte, eine Solaranlage, die aus vier Solarzellen mit je 60 Watt Spitzenleistung bestand und insgesamt fünf Blei-Säure-Batterien auflud. Die Gesamtoberfläche betrug 4,5 m2, die maximale Leistung 240 Watt, und der Wirkungsgrad stieg auf 5 % - ähnlich wie bei dem ersten von Bell Labs vorgestellten Solarpanel. ¹⁸

Oben: George Coves erstes Solarpanel, 1905 der Öffentlichkeit vorgestellt. Quelle: Technical World Magazine 11, nr.4, June 1909.

Oben: Coves zweites Solarpanel; ein Modul fehlt. Quelle: Technical World Magazine 11, nr.4, June 1909.

Oben: George Coves drittes Solarpanel. Quelle: \"Harnessing sunlight\", René Homer, Modern Electrics, Vol. II, No.6, September 1909.

Oben: George Coves drittes Solarpanel. Die Paneele sind nun in einem definierten Winkel geneigt und liegen nicht mehr waagrecht. Quelle: Literary Digest 1909, pp. 1153.

Oben: Ein Modul aus Coves drittem Solarpanel. Die Glasabdeckung ist abgenommen. Quelle: \"Harnessing sunlight\", René Homer, Modern Electrics, Vol. II, No.6, September 1909.

Obwohl George Cove in den meisten historischen Berichten über Solarenergie nicht vorkommt, beeindruckte sein solarer Stromgenerator einige populäre technische Medien der damaligen Zeit. So schrieb das Technical World Magazine 1909, dass “eine solche Maschine billig und unzerstörbar wie ein Küchenherd ist. Selbst in ihrem derzeitigen, etwas groben und experimentellen Zustand speichert sie bei zwei Tagen Sonne genügend elektrische Energie, um ein normales Haus eine Woche lang zu beleuchten. Der Erfinder hat dies nun schon seit Monaten in seinem Betrieb bewiesen”. ¹⁹

Metallstopfen in Asphalt gesetzt

Wie ist es George Cove gelungen, ein Solarpanel zu bauen, das seiner Zeit 40 Jahre voraus war? Laut Philip Pesavento, der einen Ausbildung in Halbleitertechnik hat, wollte Cove einen besseren thermoelektrischen Generator (TEG) bauen. Er setzte seinen Generator der Wärme eines Holzofens und direkter Sonnenenergie aus - Edward Weston hatte 1888 den ersten experimentellen thermoelektrischen Solargenerator (oder STEG) gebaut. Die Absichten von Cove werden auch aus der Beschreibung seines Geräts deutlich:

“Der Rahmen enthält eine Reihe von Scheiben aus violettem Glas, hinter denen, gehalten von einer Asphaltmischung, viele kleine Metallstopfen angebracht sind. Ein Ende der Stopfen ist immer dem Sonnenlicht ausgesetzt, während das andere Ende kühl und geschützt ist.”

Eine möglichst große Temperaturdifferenz zu erzeugen ist der Schlüssel zur thermoelektrischen Stromerzeugung, daher ist Cove’s Entwurf sinnvoll. Das Problem besteht darin, dass sein Generator bei der Messung der Leistungsabgabe nicht auf Wärme reagierte, wie es bei einem thermoelektrischen Generator der Fall sein sollte. Zunächst stellt Cove fest, dass seine Erfindung sowohl Wärme als auch Licht zur Stromerzeugung nutzt, wenn sie der Sonnenenergie ausgesetzt ist:

“Der Hauptbestandteil meiner Erfindung ist die besondere Zusammensetzung der Metallstopfen, auf die die Sonne so einwirkt, dass der Strom nicht nur durch die Wärmestrahlung, sondern auch durch die Sonnenstrahlen erzeugt wird”.

Nach weiteren Experimenten sowohl mit dem Holzofen als auch mit Sonnenenergie stellt Cove jedoch fest:

“Wenn die Maschine verschiedenen künstlichen Wärmequellen ausgesetzt wird, gibt sie keinerlei Strom ab. Außer den Wärmestrahlen der Sonne (kurzwelliges Infrarot) sind vielleicht die violetten oder ultravioletten Strahlen aktiv, um den elektrischen Strom zu erzeugen”.

Die Primärzelle des PV-Panels von Cove war ein drei Zoll langer Stecker oder Stab aus einer metallischen Zusammensetzung, einer Legierung aus mehreren gängigen Metallen. Das 1,5 m2 große Paneel hatte 976 Stäbe, während die 4,5 m2 große Anlage 4 x 1804 Stäbe hatte. Dass die Stäbe auf der einen Seite kühl und auf der anderen heiß waren - getrennt durch eine Asphaltschicht -, spielte keine Rolle. Entscheidend war, dass Cove unwissentlich einen Metall-Halbleiter-Kontakt hergestellt hatte.

Die Bandlücke bei Halbleitern

George Cove verstand nicht wie sein Solargenerator funktionierte, und auch sonst niemand zu jener Zeit. Erst mit Einsteins Arbeit über den photoelektrischen Effekt (1905) und späteren Arbeiten in der Quantenmechanik (ab den 1930er Jahren) wurde das Konzept einer Halbleiterbandlücke erkannt. Die Elektronen umkreisen den Kern eines Atoms in verschiedenen “Zuständen” und halten sich in Bereichen auf, die man “Bänder” nennt. Bei gleichbleibenden Bedingungen bleiben die Elektronen in diesen Bändern. Zwischen diesen Bändern liegen “Bandlücken” - Bereiche, in denen sich kein Elektron aufhalten kann.

George Cove verstand nicht, wie sein Solargenerator funktionierte, und auch sonst niemand zu jener Zeit.

Leiter haben keine Bandlücken, so dass Elektronen durch sie hindurchfließen. Aus diesem Grund leitet beispielsweise ein Kupferdraht Strom. In Isolatoren (wie Holz, Glas, Kunststoff oder Keramik) gibt es eine sehr große Bandlücke, die den Stromfluss blockiert. Bei Halbleitern schließlich ist die Bandlücke relativ schmal. Deshalb können sie als Isolator oder als Leiter wirken. Halbleiter können zu Leitern werden, wenn sie ein “Photon” (ein Elementarteilchen des Lichts) mit einem Energiepotenzial absorbieren, das gleich oder größer ist als die Bandlücke des Halbleitermaterials. ²⁰

Das Verständnis von Halbleitern führte in den 1950er Jahren zur Geburt der modernen Solarzelle. Es verbesserte auch die Leistung thermoelektrischer Generatoren - wenn auch aus anderen Gründen. Thermoelektrische Generatoren nutzen den Vorteil der Halbleiter-Bandlücke nicht aus. Halbleiter haben jedoch höhere Thermospannungen und geringere Wärmeleitfähigkeiten als Metalle und Metalllegierungen ohne Bandlücke, was thermoelektrische Generatoren effizienter macht.

Der Schottky-Kontakt

Um einen photovoltaischen Effekt zu erzielen, muss eine Inhomogenität im System vorhanden sein. In den 1950er Jahren gelang den Wissenschaftlern der Bell Labs die Herstellung einer Inhomogenität mit dem so genannten p-n-Übergang, der eine Grenze zwischen einem positiv geladenen und einem negativ geladenen Halbleiter bildet. P-Typ-Halbleiter haben Elektronenlücken, so genannte “Löcher” (die Elektronen anziehen), während N-Typ-Halbleiter zusätzliche Elektronen haben. An der Grenzfläche zwischen beiden entsteht ein elektrisches Potenzial.

Es ist jedoch auch möglich, eine PV-Zelle aus einem so genannten Schottky-Übergang herzustellen, der einen Halbleiter mit einem Metall verbindet. In diesem Fall fungiert das Metall als n-Typ-Halbleiter. Philip Pesavento:

“Meine Hypothese ist, dass George Cove auf eine photovoltaische Zelle mit Schottky-Kontakt gestoßen ist, Jahrzehnte bevor sie von Walter Schottky beschrieben wurde. ²¹ Es besteht die Möglichkeit, dass eine solche Zelle sowohl (vorwiegend) photovoltaische als auch thermoelektrische Effekte hervorruft. Der Stecker war eine Legierung aus Zink und Antimon, von der wir heute wissen, dass sie ein Halbleiter ist. Er wurde abwechselnd mit Neusilber (einer Nickel-, Kupfer- und Zinklegierung) und Kupfer an den gegenüberliegenden Enden bedeckt. So entstand ein ohmscher Kontakt bzw. ein Schottky-Kontakt. Das ergibt ein photovoltaisches Bauteil.

Eine zufällige Entdeckung

Laut Philip Pesavento begann George Cove wahrscheinlich mit Neusilber als negativem Material an beiden Enden der Stecker und einer Antimon-Zink-Legierung (ZnSb) als positivem Material. Dies waren die besten verfügbaren thermoelektrischen Materialien zu dieser Zeit:

“Wahrscheinlich ging ihm das Neusilber aus und er ersetzte es durch Kupfer, um eine Reihe von Steckern fertigzustellen. Die Thermospannung von Kupfer und Neusilber unterscheidet sich nur wenig. Beim Testen stellte Cove dann fest, dass diese Stecker (mit einer Neusilberkappe an einem Ende und einer Kupferkappe am anderen Ende) eine viel höhere Spannung lieferten: Hunderte von mV gegenüber den üblichen einigen 10 mV für einen thermoelektrischen Generator.”

Was war geschehen? Durch die Verwendung von Kupfer hatte Cove unwissentlich einen Schottky-Übergang gebaut. Dadurch verwandelte sich sein thermoelektrischer Generator in einen “thermophotovoltaischen Generator”. Eine solche Anordnung funktioniert genauso wie eine photovoltaische Solarzelle, nur mit einer anderen Wellenlänge. Das Sonnenspektrum umfasst einen Bereich von etwa 0,5 bis 2,9 Elektronenvolt (eV), von Infrarot bis Ultraviolett. Ein Halbleiter mit einer Bandlücke zwischen 1 und 1,7 eV wandelt sichtbares Licht effizient in Elektrizität um (ein photovoltaischer Generator), während ein Halbleiter mit einer Bandlücke zwischen 0,4 und 0,7 eV kurzwellige infrarote Sonnenenergie effizient in Elektrizität umwandelt (ein thermophotovoltaischer Generator).

Oben: Diese Zeichnung aus [Coves Patent von 1906](https://patentimages.storage.googleapis.com/bc/bb/50/6683e8b44edd4c/US824684.pdf) zeigt die Antimon-Zink-Legierung “b”; die Kappe aus Neusilber (ohmscher Leiter) “c”; und die Kappe aus Kupfer oder Zinn (Schottky-Übergang) “f”. Überall werden Pressverbindungen verwendet, da Lötverbindungen den Wirkungsgrad verringern.

Heute wissen wir, dass ZnSb - das negative Material in Coves Steckern - ein Halbleiter mit einer Bandlücke von 0,5 eV ist. Das erklärt weitgehend, warum der Erfinder zunächst feststellte, dass sein Solargenerator sowohl Wärme als auch Licht in Strom umwandelt. Ein thermophotovoltaischer Generator deckt nicht nur den infraroten Teil des Sonnenspektrums ab - er passt auch zum direkten Spektrum einer brennenden Flamme oder einer rotglühenden Oberfläche, die durch brennendes Holz oder Erdgas erhitzt wird. Er wandelt auch den unteren Teil des sichtbaren Spektrums in Strom um, wenn auch sehr ineffizient.

Laut Philip Pesavento gelang es Cove dann, die Zusammensetzung der Legierung bis auf Zn4Sb3 zu verfeinern - eine Zink-Antimon-Legierung mit einem Verhältnis von 4 Teilen Zink zu 6 Teilen Antimon. Wie wir heute wissen, ist dies ebenfalls ein Halbleiter. Allerdings hat diese Legierung eine Bandlücke von 1,2 eV - sehr nahe an der Bandlücke von Silizium (1,1 eV). Folglich wurde aus dem thermophotovoltaischen Generator ein rein photovoltaischer Generator:

“In seinem Enthusiasmus hat Cove wahrscheinlich eine größere Anzahl von Steckern hergestellt und bei einer Charge irgendwie die Proportionen “falsch” bemessen. Er hat dann eine noch größere Spannung gemessen. Schließlich untersuchte er sorgfältig die Zink-Antimon-Legierungen und stellte fest, dass die Zinklegierung mit einem Anteil von 40-42 % die höchste Spannung ergab (im Vergleich zu 35 % Zink in ZnSb). Nachdem er - zufällig - Zn4Sb3 entdeckt hatte, führte die höhere Bandlücke dieses Halbleiters dazu, dass er nicht mehr funktionierte, wenn er der Hitze eines Holzofens ausgesetzt war. Er funktionierte jedoch umso besser, wenn er der Sonnenenergie ausgesetzt war, da er nun einen viel größeren Teil des sichtbaren Spektrums des Sonnenlichts effizient in Strom umwandelte.

Mit Hilfe von Farbglasfiltern stellte George Cove fest, dass der größte Teil der Reaktion auf das violette Ende des Spektrums entfiel und nur wenig auf die so genannten Wärmestrahlen. Seine früheren PV-Stecker hatten gleich gut auf Wärmestrahlen und violette Strahlen reagiert, während die älteren thermoelektrischen Generatoren (Neusilber an beiden Seiten) überhaupt nicht auf die violetten Strahlen reagierten.

Zurück zur Schottky Solarzelle?

Solarzellen mit Schottky-Übergang haben bei Forschern und Unternehmen nur wenig Aufmerksamkeit erregt - nur wenige Entwürfe für Solarzellen verwenden Metalle im aktiven Bereich, außer für Kontakte. ²² Philip Pesavento ist jedoch der Ansicht, dass es sich lohnen würde, auch Schottky-Solarzellen nach dem Entwurf von Cove herzustellen:

“Wenn nachgewiesen werden kann, dass Zn4Sb3 (Bandlücke 1,2 eV) in einer photovoltaischen Zelle verwendet werden kann, besteht eine gute Chance, dass eine solche Solarzellenkonstruktion nachhaltig ist. Sie wäre ein guter Kandidat für einen hohen Erntefaktor (Energy Returned on Energy Invested - EROI) und hätte eine akzeptabel lange Lebensdauer mit einem Energieüberschuss von mehreren Jahrzehnten. Es ist erstaunlich, dass alle dieses Material und seine Anwendung in Photovoltaikzellen übersehen zu haben scheinen und dass keine Entwicklung stattgefunden hat - selbst nachdem Forscher es Anfang bis Mitte der 1980er Jahre kurz als mögliche Option erkannt hatten. Insofern passt es in die Kategorie einer verfrühten Entdeckung, was auch bedeuten sollte, dass es in der heutigen Zeit sehr schnell entwickelt werden könnte.”

Abgesehen von der Photovoltaik sieht Philip Pesavento ein Potenzial in der Thermophotovoltaik für Holzöfen, in der Solarthermie oder in Tandemanwendungen mit zwei Anschlüssen, bei denen ZnSb anstelle von Zn4Sb3 verwendet wird. Wenn sich die Plug-Type-Solarzellen als wirksam erweisen, könnten seiner Meinung nach auch Solarkollektoren mit Linienkonzentratoren - wie Parabolrinnen oder Compound Parabolic-Konzentratoren - zu deutlich geringeren Kosten gebaut werden.

Low-tech-Herstellung

Der Hauptvorteil des Designs von Cove liegt in der einfachen Herstellung. In den 1970er und 1980er Jahren untersuchten Wissenschaftler Zn4Sb3 für den Einsatz in der Photovoltaik und kamen zum Schluss, dass die “offensichtlichen Vorteile des Materials in der offensichtlichen Einfachheit und der relativ niedrigen Temperatur des Herstellungsverfahrens liegen.” ²³ Der Schmelzpunkt von Zn4Sb3 liegt bei 570 Grad Celsius, während er bei Silizium 1.400 Grad beträgt.

In den 1970er Jahren untersuchten Forscher Metall-Halbleiter-Solarzellen auf der Grundlage anderer Halbleitertypen als Zn4Sb3. Auch hier war ihre Motivation das einfache und kostengünstige Herstellungsverfahren im Vergleich zu den Silizium-Solarzellen mit p-n-Übergang der damaligen Zeit. ²⁴ ²⁵ Schottky-Zellen erfordern keinen Hochtemperatur-Phosphor-Diffusionsschritt, durch den die n-Schicht des p-n-Übergangs in Silizium heute üblicherweise erzeugt wird. Allein dadurch wird der Energieaufwand für die Herstellung von Solarzellen um 35 % reduziert. ²²

In den 1980er Jahren erzielten die Forscher wichtige Fortschritte bei den p-n-Übergängen aus Silizium, und das Interesse an alternativen Lösungen ließ nach. In den letzten Jahren ist dieses Interesse jedoch wieder erwacht. So kommen beispielsweise Forschungen zu Graphen/Silizium-Schottky-Solarzellen zu dem Schluss, dass “die einfache und kostengünstige Herstellung der Geräte, die keine hohen Temperaturen erfordert, einer der Vorteile ist.” ²⁶ In anderen neueren Studien kommen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass “Selen-Bauelemente vom Schottky-Typ … extrem einfach und kostengünstig herzustellen sind”. ²⁷²⁸²⁹³⁰

Einfachere Wiederverwertung

Ein weiterer Vorteil von Schottky-Solarzellen könnte das einfachere Recycling sein. Siliziummodule sind zwischen zwei laminierten Verkapselungsschichten eingebettet (in der Regel EVA, ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer). Diese Schichten sind entscheidend für die Lebensdauer der Module. ¹ ² ³ Um das Silizium - den wertvollsten Bestandteil eines Solarmoduls - zu recyceln, müssen diese Schichten abgetrennt werden, aber wenn man sie verbrennt werden die Module ebenfalls zerstört. Siliziumzellen können nur durch eine Kombination aus thermischen, chemischen und metallurgischen Schritten recycelt werden. Das ist ein teurer Prozess mit Auswirkungen auf die Umwelt. Es gibt zwar Angaben, wonach etwa 10 % der Solarmodule “recycelt” werden, doch handelt es sich dabei eher um ein “Downcycling”. Die Module werden zerkleinert, und das dabei entstehende Material wird als Füllstoff in der Asphalt- und Zementindustrie verwendet.

Die von George Cove gebauten Solarzellen waren dagegen vollständig recycelbar. Sie benötigten keine Schutzschicht und enthielten nicht einmal Lötzinn. Philip Pesavento:

“Wenn man die Zellen genau so bauen würde wie Cove, indem man die Kappen einpresst und sie dann mit Draht umwickelt, um sie dicht zu halten, wären sie auch einfacher zu recyceln, da es sich um einen rein mechanischen Vorgang handelt, bei dem keine Chemikalien eingesetzt werden müssen. Es wäre zwar arbeitsintensiv, sie zusammenzusetzen und wieder zu zerlegen, aber es könnte auch automatisiert werden.”

Pesavento glaubt, dass es auch möglich ist, flache Solarzellen aus dem Cove-Material herzustellen. Ob diese jedoch eine Schutzschicht benötigen, die das Recycling behindert, bleibt abzuwarten. In den 1970er Jahren benötigten Schottky-Solarzellen aus anderen Materialien, um eine Lebensdauer von über 20 Jahren zu erreichen, nicht immer eine Schutzschicht. ²⁴

Effizienz

Wenn wir mehr Low-Tech-Solarzellen bauen könnten, wie effizient könnten wir sie dann machen? Laut Philip Pesavento sind Schottky-Zellen bei gleichem Material etwas weniger effizient als p-n-Übergänge, da p-n-Übergänge eine höhere Spannung erzeugen - sie erhalten mehr Energie aus den Photonen, die sie absorbieren.

“Wenn jedes Quäntchen Effizienz zählt, macht man das. Wenn es darum geht, die Herstellung von Solarzellen mit manuellen oder handwerklichen Methoden zu erleichtern, wäre die Schottky-Diode die logischere Wahl.”

Andererseits könnte es möglich sein, Schottky-Zellen dünner als Silizium-Solarzellen zu bauen - und das würde ihre Effizienz erhöhen. Philip Pesavento:

“Ich habe die spezifischen Zahlen für die Parameter - Ladungsträgergeschwindigkeit, Rekombinationslebensdauer, Absorptionskoeffizient - nicht gefunden, um dies eindeutig sagen zu können. Aber die Tatsache, dass Cove so lange, dünne Zellen hergestellt und so hohe Wirkungsgrade erzielt hat, ist ein gutes Zeichen dafür, dass sich dünnere Zellen herstellen lassen.

Jüngste Forschungsarbeiten zu Schottky-Zellen aus anderen Materialien scheinen dies zu bestätigen. So konnte bei jüngsten Experimenten mit Schottky-Selen-Zellen die Schichtdicke auf nur 100 µm reduziert werden, während sie bei Siliziumzellen zwischen 200 und 500 µm beträgt. ²⁷ ³¹ Die Wissenschaftler erreichten auch einen experimentellen Wirkungsgrad von 17 % für eine Graphen/Silizium-Schottky-Zelle, der zehn Jahre zuvor noch bei 1,5 % lag. ²⁶

Wir können auch die derzeitige Besessenheit von höheren Wirkungsgraden in Frage stellen. Viele werden argumentieren, dass wir mehr Solarmodule benötigen würden, um die gleiche Leistung zu erzielen, wenn die Low-Tech-Solarmodule weniger effizient sind. Folglich würden die durch Low-Tech-Produktionsmethoden eingesparten Ressourcen durch die zusätzlichen Ressourcen für den Bau von mehr Solarzellen kompensiert. Die Effizienz ist jedoch nur dann entscheidend, wenn wir den Energiebedarf als gegeben ansehen. Ein Rückgang der Effizienz kann ebenso gut durch eine Senkung der Energienachfrage kompensiert werden, insbesondere wenn dies zu mehr Nachhaltigkeit und einem geringeren Ressourcenverbrauch in der gesamten Lieferkette führt. Wie bei den Windturbinen kann der Verzicht auf ein gewisses Maß an Effizienz einen großen Gewinn an Nachhaltigkeit bedeuten.

Was geschah mit George Cove?

Wenn das Solarpanel von Cove so revolutionär war, warum wurde es dann vergessen? Zu dieser Frage liest sich das Forschungsmaterial von Philip Pesavento wie ein Kriminalroman. Cove’s Versuch, sein Solarenergiegerät zu produzieren und zu vermarkten, scheiterte auf mysteriöse Weise.

Der Erfinder ließ sich mit einem Aktienmanipulator ein, Elmer Burlingame, der in den Jahren 1909 und 1910 Aktien von Unternehmen ausgab, die ihm nicht gehörten, darunter auch die von Cove gegründete Sun Electric Generator Company. Im Oktober 1909 wurde Cove angeblich entführt und es wurde ihm mit dem Tod gedroht, falls er die Entwicklung seiner Solarerfindung nicht einstellen würde. Die Polizei hielt die Entführung von Cove jedoch für einen Scherz. Im Jahr 1911 wurden sowohl Cove als auch Burlingame wegen Aktienbetrugs verhaftet und

Erfindungen arbeitete, hatte keine davon etwas mit Solarenergie zu tun. ³²

Im Oktober 1909 wurde Cove angeblich entführt und es wurde ihm mit dem Tod gedroht, falls er die Entwicklung seiner Solarerfindung nicht einstellen würde.

War George Cove ein Scharlatan? War er das Opfer eines solchen? Oder wurde sein Ruf zerstört, weil der Solarstromgenerator die Interessen anderer Unternehmen bedrohte? Es gibt viele historische Beispiele für die Unterdrückung technologischer Innovationen durch große US-Konzerne. George Cove war im gleichen Zeitraum wie die Edison Electric Illuminating Company of New York tätig, deren skrupellose Praktiken gegen Konkurrenten gut dokumentiert sind. Wenn Cove’s Solarstromgenerator funktioniert hätte, hätte das die wachsende Nachfrage nach Edisons Kohle- und Ölkraftwerken verringern können. [Zuvor, in den 1880er Jahren, hatte Edison das Unternehmen gekauft, das den damals besten thermoelektrischen Generator herstellte - Clamonds’s Improved Thermopile - und anschließend die Entwicklung der Maschinen eingestellt. ³³

Noch mehr Rätsel

Es ist zwar verlockend, George Cove als Opfer zu sehen, aber wir können nur spekulieren. Philip Pesaventos Archivmaterial enthält weitere Rätsel, wie etwa Cove’s Patent - 1905 beantragt, 1906 erteilt. In seinem Patent beschreibt der Erfinder die Herstellung seiner Zn4Sb3-Stecker im Detail, was Pesavento half, die Leistung und den Wirkungsgrad der Solarzellen zu berechnen. Allerdings beschreibt Cove diese Stecker für die Umwandlung von Wärme aus einem Holzofen in Elektrizität, was mit seiner Materialwahl nicht vereinbar ist. Damit der Ofengenerator funktioniert, benötigt er ZnSb-Stecker mit einer Bandlücke von 0,5 eV. Philip Pesavento:

“War dies eine Irreführung seitens Cove, um zu verhindern, dass Leute sein Herdpatent kopieren und es zum Laufen bringen? Ich weiß es nicht.”

Noch überraschender ist, dass ein Bild, das Cove neben einem seiner Solarmodule zeigt, auch in John Perlins 2013 erschienenem historischen Überblick über die Solarenergie Let It Shine: The 6,000-Year Story of Solar Energy zu finden ist. Das Solarpanel auf dem Bild wird jedoch Charles Fritts zugeschrieben, dem Erfinder der Selen-Solarzelle. Außerdem ist George Cove selbst nicht mehr auf dem Bild zu sehen. Auszüge aus dem Buch sowie das Foto sind auf mehreren Websites erschienen (https://www.smithsonianmag.com/sponsored/brief-history-solar-panels-180972006/). Philip Pesavento war nicht überrascht, als ich mich wieder meldete:

“Ich habe diese Entdeckung vor einigen Jahren gemacht. Ich vermute, dass jemand dringend ein Bild der Fritts’schen Solarpaneele brauchte, dieses Bild fand und dann George Cove mit einer Fotobearbeitung daraus entfernte. Schließlich ist Cove völlig unbekannt, und wenn er überhaupt Einigen bekannt ist, soll er einen thermoelektrischen Solargenerator erfunden haben, keine PV-Solarzellen. Wenn man sich die beiden Fotos genau ansieht, erkennt man, dass der obere Teil des rechten Säulengangs hinter ihm ausgeschnitten und an die Stelle geklebt wurde, an der Cove gestanden hatte, und dass die Perspektive nicht ganz stimmt.”

Update: Bellingcat hat das Geheimnis des Bildes gelüftet.

Weckend, Stephanie, Andreas Wade, and Garvin A. Heath. End of life management: solar photovoltaic panels. No. NREL/TP-6A20-73852. National Renewable Energy Lab.(NREL), Golden, CO (United States), 2016. ↩︎ ↩︎
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Perlin, John. Let it shine: the 6,000-year story of solar energy. New World Library, 2013. ↩︎
Selenium Cells, Thomas William Benson, 1919. ↩︎
Extrapolating from the performance of the next panel, we can guess that this one had a power output of about 25W and just under 3% efficiency. ↩︎
Cove claimed to have built an even larger panel of 9 m2, but no image has survived. It was said to have had a power output of 768 watt at 8% efficiency assuming 100 W/ft2 solar insolation. This array consisted of 8 panels with a total of 14,432 plugs. ↩︎
Winthrop Packard, Technical World Magazine 11, nr.4, June 1909. ↩︎
Why don’t we use conductors for solar panels? When light hits a conductor surface it mostly reflects, and little or no energy is absorbed. Furthermore, in conductors, the free electrons move randomly, there is no flow of current, no directional capacity. ↩︎
Cove was not the first, though. Charles Fritts’ solar cell was also based on a Schottky junction. ↩︎
Byrnes, Steve. “Schottky junction solar cells.” (2008). ↩︎ ↩︎
Tapiero, M., et al. “Preparation and characterization of Zn4Sb4.” Solar Energy Materials 12.4 (1985): 257-274. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0165163385900516. See also: Mozharivskyj, Yurij, et al. “A promising thermoelectric material: Zn4Sb3 or Zn6-δSb5. Its composition, structure, stability, and polymorphs. Structure and stability of Zn1-δSb.” Chemistry of Materials 16.8 (2004): 1580-1589. https://lib.dr.iastate.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1787&context=chem_pubs ↩︎
Rothwarf, A., and K. W. Böer. “Direct conversion of solar energy through photovoltaic cells.” Progress in Solid State Chemistry 10 (1975): 71-102.. ↩︎ ↩︎
Anderson, W. A., A. E. Delahoy, and R. A. Milano. “An 8% efficient layered Schottky‐barrier solar cell.” Journal of Applied Physics 45.9 (1974): 3913-3915. ↩︎
Yavuz, Serdar. Graphene/Silicon Schottky Junction Based Solar Cells. University of California, San Diego, 2018. ↩︎ ↩︎
Todorov, Teodor K., et al. “Ultrathin high band gap solar cells with improved efficiencies from the world’s oldest photovoltaic material.” Nature communications 8.1 (2017): 1-8. ↩︎ ↩︎
Selenium can be deposited by thermal evaporation at only 200°C. This temperature is within easy reach of solar thermal technologies, which means that in principle these processes could be run by direct use of solar energy. ↩︎
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More details in “George Cove’s solar energy device”, Dennis Bartels, 1997. ↩︎
Polozine, Alexandre, Susanna Sirotinskaya, and Lírio Schaeffer. “History of development of thermoelectric materials for electric power generation and criteria of their quality.” Materials Research 17 (2014): 1260-1267. ↩︎

Wie und warum ich keine neuen Laptops mehr kaufe

Sun, 20 Dec 2020 00:00:00 +0000

Bild: Das Low-tech Magazin wird jetzt auf einem 2006er ThinkPad X60s geschrieben und veröffentlicht.

Als unabhängiger Journalist – oder als Büroangestellter, wenn Sie so wollen – war ich immer überzeugt, dass ich einen ordentlichen Computer brauche und dass ich für Qualität bezahlen muss. Zwischen 2000 und 2017 habe ich drei Laptops verbraucht, die ich im Neuzustand gekauft habe und die mich insgesamt etwa 5.000 Euro gekostet haben - etwa 300 Euro pro Jahr über den gesamten Zeitraum. Die durchschnittliche Nutzungsdauer meiner drei Laptops betrug 5,7 Jahre.

Im Jahr 2017, irgendwann nachdem ich mein Büro, habe ich beschlossen, keine neuen Laptops mehr zu kaufen. Stattdessen bin ich auf ein gebrauchtes Gerät aus dem Jahr 2006 umgestiegen, das ich online für 50 Euro gekauft habe und das alles tut, was ich will und brauche. Dazu kamen noch ein neuer Akku und ein einfaches Hardware-Upgrade, so dass ich insgesamt weniger als 150 Euro ausgegeben habe.

Wenn mein Laptop aus dem Jahr 2006 so lange hält wie meine anderen Geräte - wenn er also noch 1,7 Jahre läuft - dann hat er mich nur 26 Euro pro Jahr gekostet. Das ist gut zehnmal weniger als die Kosten für meine vorherigen Laptops. In diesem Artikel erkläre ich meine Beweggründe, keine neuen Laptops zu kaufen und wie Sie das auch tun könnten.

Energie- und Materialverbrauch eines Laptops

Der Verzicht auf einen neuen Laptop spart viel Geld und bedeutet weniger Ressourcenverbrauch und Umweltzerstörung. Laut der neuesten Lebenszyklusanalyse werden für die Herstellung eines Laptops 3.010 bis 4.340 Megajoule Primärenergie benötigt - dazu gehören der Abbau der Materialien, die Herstellung des Geräts und die Markteinführung. ¹

Jedes Jahr kaufen wir zwischen 160 und 200 Millionen Laptops. Unter Verwendung der oben genannten Daten bedeutet dies, dass die Herstellung von Laptops einen jährlichen Energieverbrauch von 480 bis 868 Petajoule erfordert, was zwischen einem Viertel und fast der Hälfte der gesamten 2018 weltweit produzierten PV-Solarenergie (2.023 Petajoule) entspricht. ² Die Herstellung eines Laptops ist auch mit einem hohen Materialverbrauch verbunden, der eine Vielzahl von Mineralien umfasst, die aufgrund verschiedener Arten von Einschränkungen als knapp eingeschätzt werden können: wirtschaftlich, sozial, geochemisch und geopolitisch. ³ ⁴

Die Herstellung von Mikrochips ist ein sehr energie- und materialintensiver Prozess, aber das ist nicht das einzige Problem. Der hohe Ressourcenverbrauch von Laptops entsteht auch durch die sehr kurze Lebensdauer. Die meisten der 160-200 Millionen Laptops, die jedes Jahr verkauft werden, sind Ersatzkäufe. Der durchschnittliche Laptop wird alle 3 Jahre (in Unternehmen) bis fünf Jahre (anderswo) ersetzt. ³ Meine Erfahrung mit 5,7 Jahren pro Laptop ist hier keine Ausnahme.

Laptops ändern sich nicht

Die zitierte Studie stammt aus dem Jahr 2011 und bezieht sich auf ein Gerät aus dem Jahr 2001: ein Dell Inspiron 2500. Es sei Ihnen verziehen, wenn Sie denken, dass diese “neueste Lebenszyklusanalyse eines Laptops” veraltet ist, aber das ist sie nicht. Eine Forschungsarbeit aus dem Jahr 2015 fand heraus, dass die graue Energie von Laptops im Laufe der Zeit statisch ist. ⁵

Die Wissenschaftler zerlegten elf Laptops ähnlicher Größe, hergestellt zwischen 1999 und 2008, und wogen die verschiedenen Bestandteile. Außerdem maßen sie die Silizium-Chip-Fläche für alle Hauptplatinen und 30 DRAM-Karten, die in etwa demselben Zeitraum (bis 2011) hergestellt wurden. Sie fanden heraus, dass sich die Masse und die Materialzusammensetzung aller wichtigen Bestandteile - Akku, Hauptplatine, Festplatte, Speicher - nicht bedeutend verändert haben, obwohl die Herstellungsprozesse hinsichtlich Energie- und Materialverbrauch effizienter wurden.

Der Grund dafür ist einfach: Verbesserungen in der Funktionsfähigkeit gleichen die verbesserte Wirtschaftlichkeit im Herstellungsprozess wieder aus. Die Masse des Akkus, des Arbeitsspeichers und des Festplattenlaufwerks wurden pro Funktionseinheit geringer, die insgesamte Masse pro Jahr blieb aber in etwa gleich. Diese Entwicklung erklärt auch warum neuere Laptops im Vergleich zu älteren Laptops keinen geringeren Stromverbrauch im Betrieb aufweisen. Eine einzelne Rechenoperation eines neuen Laptops hat zwar einen geringeren Energieverbrauch, aber diese Gewinne werden durch mehr Rechenoperationen wieder ausgeglichen. Jevons Paradoxon ist nirgendwo so offensichtlich wie in der Informatik.

Die Herausforderung

All dies bedeutet, dass es weder umweltfreundlich ist noch einen finanziellen Vorteil bringt, einen alten Laptop durch einen neuen zu ersetzen. Im Gegenteil ist das Einzige, was ein Verbraucher tun kann, um die Umweltfreundlichkeit und Wirtschaftlichkeit seines Laptops zu verbessern, ihn so lange wie möglich zu nutzen. Dies wird durch die Tatsache erleichtert, dass Laptops mittlerweile eine ausgereifte Technologie sind und mehr als genug Rechenleistung besitzen. Allerdings gibt es ein Problem. Verbraucher, die versuchen, mit ihren alten Laptops weiterzuarbeiten, werden am Ende wahrscheinlich frustriert aufgeben. Ich erkläre im Folgenden kurz meine enttäuschenden Erlebnisse, und ich bin mir ziemlich sicher, dass sie keine Ausnahme sind.

Bild: Die drei Laptops, die ich von 2000 bis 2017 verwendet habe.

Mein erster Laptop: ein Apple iBook (2000-2005)

Im Jahr 2000, als ich als freier Wissenschafts- und Technikjournalist in Belgien arbeitete, kaufte ich meinen ersten Laptop, ein Apple iBook. Nach nicht viel mehr als zwei oder drei Jahren funktionierte das Ladegerät nicht mehr. Als ich über den Preis für ein neues Ladegerät informiert wurde, war ich von Apples Verkaufspraktiken so angewidert - Ladegeräte sind sehr billig in der Herstellung, aber Apple verkauft sie für viel Geld - dass ich mich weigerte, es zu kaufen. Stattdessen schaffte ich es, das Ladegerät noch ein paar Jahre lang funktionsfähig zu halten, indem ich es mit Büchern und Möbeln beschwerte, und als das nicht mehr funktionierte, es mit einer fest angezogenen Klemme zusammenhielt.

Mein zweiter Laptop: ein IBM ThinkPad R52 (2005-2013)

Als das Ladegerät 2005 schließlich ganz kaputt ging, beschloss ich, mich nach einem neuen Laptop umzusehen. Ich hatte nur eine Bedingung: Er sollte ein Ladegerät haben, das lange hält oder zumindest günstig zu ersetzen ist. Ich fand mehr als das. Ich kaufte ein IBM Thinkpad R52, und es war Liebe auf den ersten Gebrauch. Mein Laptop von IBM war das Gegenstück zum iBook von Apple, nicht nur in Bezug auf das Design (ein rechteckiger Kasten, der in allen Farben erhältlich ist, solange er schwarz ist). Viel wichtiger war, dass das gesamte Gerät dazu gebaut war haltbar, zuverlässig und reparierbar zu sein.

Zirkuläre und modulare Produkte sind derzeit in aller Munde, könnte ihre Lebensdauer endlos verlängert werden, indem man nach und nach alle Teile, aus denen sie besteht, repariert und ersetzt. Die Frage ist nicht, wie wir uns in Richtung einer Kreislaufwirtschaft entwickeln können, sondern warum wir uns immer weiter davon wegentwickeln.

Die Frage ist nicht, wie wir uns zu einer Kreislaufwirtschaft entwickeln können, sondern warum wir uns immer weiter davon wegentwickeln.

Mein Thinkpad war in der Anschaffung teurer als mein iBook, aber wenigstens habe ich nicht so viel Geld für ein niedliches Design, sondern für einen anständigen Computer ausgegeben. Das Ladegerät machte keine Probleme, und als ich es während einer Reise verlor und ein neues kaufen musste, konnte ich dies zu einem fairen Preis tun. Ich ahnte nicht, dass mein glücklicher Kauf ein einmaliges Erlebnis werden würde.

Bild: der IBM ThinkPad R52 aus dem Jahr 2005.

Mein dritter Laptop: der Lenovo Thinkpad T430 (2013-2017)

Schneller Vorlauf ins Jahr 2013. Ich lebe jetzt in Spanien und betreibe das Low-tech Magazine. Ich arbeite immer noch an meinem IBM Thinkpad R52, aber in der Ferne zeichnen sich einige Probleme ab. Erstens wird mich Microsoft bald dazu zwingen, mein Betriebssystem zu aktualisieren, weil der Support für Windows XP 2014 endet. Ich habe keine Lust, ein paar hundert Euro für ein neues Betriebssystem auszugeben, das meinen alten Laptop ohnehin überfordern würde. Außerdem war der Laptop etwas langsam geworden, auch nachdem er auf die Werkseinstellungen zurückgesetzt worden war. Kurzum, ich beging den Fehler in die Falle zu tappen, die uns die Hard- und Softwareindustrie gestellt hat: ich dachte ich brauche einen neuen Laptop.

Da ich mein Thinkpad so sehr mochte, war es nur logisch, dass ich mir ein neues zulegte. Hier ist das Problem: 2005, kurz nachdem ich mein erstes Thinkpad gekauft hatte, kaufte Lenovo, ein chinesischer Hersteller, der jetzt der größte Computerhersteller der Welt ist, das PC-Geschäft von IBM. Chinesische Firmen haben nicht den Ruf, Qualitätsprodukte zu bauen, schon gar nicht zu dieser Zeit. Da Lenovo jedoch immer noch Thinkpads verkaufte, die fast identisch wie die von IBM gebauten aussahen, beschloss ich mein Glück zu versuchen und kaufte im April 2013 ein Lenovo Thinkpad T430. Der Preis war happig, aber ich nahm an, dass Qualität bezahlt werden muss.

Schnell stellte sich mein Irrtum heraus. Ich musste den neuen Laptop zweimal zurückschicken, weil sein Gehäuse verformt war. Als ich endlich einen bekam, der nicht auf meinem Schreibtisch wackelte, hatte ich schnell ein weiteres Problem: Die Tasten brachen ab. Ich kann mich noch gut daran erinnern, wie fassungslos ich war, als es zum ersten Mal passierte. Das IBM Thinkpad ist für seine robuste Tastatur bekannt. Wenn man sie kaputt machen will, braucht man einen Hammer. Lenovo fand das offensichtlich nicht so wichtig und hatte die Tastatur still und heimlich durch eine minderwertige ersetzt. Wohlgemerkt, ich kann ein aggressiver Tipper sein, aber ich habe davor und danach niemals eine Tastatur kaputt gemacht.

Mürrisch bestellte ich eine Ersatztaste für 15 Euro. Ab da nahmen Ersatztasten einen festen Platz in meinen monatlichen Ausgaben ein. Nachdem ich mehr als 100 Euro für Kunststofftasten ausgegeben hatte, die bald wieder kaputt gehen würden, rechnete ich aus, dass meine Tastatur 90 Tasten hatte und dass es mich 1.350 Euro kosten würde, sie alle nur einmal zu ersetzen. Ich hörte auf, die Tastatur zu benutzen und fand vorübergehend eine Lösung mit einer externen Tastatur. Das war aber unpraktisch, vor allem für die Arbeit außer Haus - und warum sollte ich sonst einen Laptop wollen?

Es führte kein Weg mehr daran vorbei: Ich brauchte einen neuen Laptop. Schon wieder. Aber welchen? Sicherlich würde es nicht einer von Lenovo oder Apple sein.

Bild: alle Tasten auf dem Lenovo T430 zu ersetzen hätte mich 1.350 Euro gekostet.

Mein vierter Laptop: der IBM Thinkpad X60s (2017-jetzt)

Nach vielem, erfolglosem Suchen beschloss ich in der Zeit zurückzugehen. Inzwischen war mir klar geworden, dass neue Laptops im Vergleich zu älteren Laptops von minderer Qualität sind, auch wenn sie einen viel höheren Preis haben. Ich fand heraus, dass Lenovo die Tastaturen um 2011 herum umstellte und begann, auf Auktionsseiten nach Thinkpads zu suchen, die vor diesem Jahr gebaut wurden. Ich hätte zurück zu meinem ThinkPad R52 aus dem Jahr 2005 wechseln können, aber inzwischen hatte ich mich an eine spanische Tastatur gewöhnt, und das R52 hatte eine belgische.

Im April 2017 entschied ich mich für ein gebrauchtes Thinkpad X60s aus dem Jahr 2006. ⁶ Mit Dezember 2020 ist das Gerät fast 4 Jahre in Betrieb und 14 Jahre alt - drei bis fünf Mal älter als der durchschnittliche Laptop. Wenn ich mein Thinkpad R52 aus dem Jahr 2005 geliebt habe, vergöttere ich mein Thinkpad X60s aus dem Jahr 2006. Es ist genauso robust gebaut - es hat schon einen Sturz von einem Tisch auf einen Betonboden überlebt - aber es ist viel kleiner und auch leichter: 1,43 kg vs. 3,2 kg.

Mein 2006er Thinkpad X60s macht alles was ich will. Ich benutze es, um Artikel zu schreiben, zu recherchieren und die Webseiten zu betreiben. Ich habe es auch schon auf der Bühne benutzt, um Vorträge zu halten und Bilder auf einen großen Bildschirm zu projizieren. Es gibt nur eine Sache, die an meinem Laptop fehlt, besonders heutzutage, und das ist eine Webcam. Ich löse das Problem, indem ich den verfluchten 2013er-Laptop mit den kaputten Tasten hochfahre, wann immer ich ihn brauche, weil ich froh bin, ihn auch ohne Tastatur benutzen zu können. Es könnte auch durch einen Wechsel zum Thinkpad X200 aus dem Jahr 2008 gelöst werden, das eine neuere Version des gleichen Modells ist und eine Webcam hat.

Bild: Mein ThinkPad X60s.

Wie man einen alten Laptop so zum Laufen bringt als wäre er neu

Keinen neuen Laptop zu kaufen ist nicht so einfach wie einen gebrauchten Laptop zu kaufen. Es ist ratsam, die Hardware aufzurüsten, und es ist unerlässlich die Software abzuspecken. Es gibt zwei Dinge, die Sie tun müssen:

1. Verwenden Sie Software mit niedrigem Energieverbrauch

Auf meinem Laptop läuft Linux Lite eines von mehreren quelloffenen Betriebssystemen speziell für alte Computer Die Verwendung eines Linux-Betriebssystems ist kein bloßer Vorschlag. Es gibt keine Möglichkeit, einen alten Laptop wieder zum Leben zu erwecken wenn Sie an Microsoft Windows oder Apple OS festhalten, weil das Gerät sofort einfrieren würde. Linux Lite hat zwar nicht die auffällige Optik der neuesten Apple- und Windows-Oberflächen, aber es hat eine vertraute grafische Oberfläche und sieht alles andere als veraltet aus. Es nimmt sehr wenig Platz auf der Festplatte ein und benötigt noch weniger Rechenleistung. Das Ergebnis ist, dass ein alter Laptop trotz seiner eingeschränkten Spezifikationen flüssig läuft. Ich verwende auch verschlankte Browser: Vivaldi und Midori.

Nachdem ich lange Zeit Microsoft Windows verwendet habe, finde ich Linux-Betriebssysteme deutlich besser, vor allem weil sie kostenlos heruntergeladen und installiert werden können. Außerdem stehlen Linux-Betriebssysteme nicht Ihre persönlichen Daten und versuchen nicht, Sie an sich zu binden, wie es die neuesten Betriebssysteme von Microsoft und Apple tun. Dennoch ist auch bei Linux eine Veralterung nicht auszuschließen. Zum Beispiel wird Linux Lite seine Unterstützung für 32-Bit-Computer im Jahr 2021 einstellen, was bedeutet, dass ich mich bald nach einem alternativen Betriebssystem umsehen oder einen etwas jüngeren 64-Bit-Laptop kaufen muss.

2. Ersetzen Sie das Festplattenlaufwerk durch ein Solid-State-Laufwerk

In den letzten Jahren sind Solid-State-Laufwerke (SSD) verfügbar und erschwinglich geworden, und sie sind viel schneller als Festplattenlaufwerke (HDD). Obwohl Sie einen alten Laptop durch den bloßen Wechsel zu einem leichtgewichtigen Betriebssystem wiederbeleben können, haben Sie, wenn Sie auch die Festplatte durch ein Solid-State-Laufwerk ersetzen, eine Maschine die genauso schnell ist wie ein brandneuer Laptop. Je nach gewünschter Speicherkapazität kostet Sie eine SSD zwischen 20 Euro (120 GB) und 100 Euro (960 GB).

Die Installation ist ziemlich einfach und online gut dokumentiert. Solid-State-Laufwerke laufen leise und sind widerstandsfähiger gegen physische Stöße, haben aber eine kürzere Lebenserwartung als Festplattenlaufwerke. Meines arbeitet nun seit fast 4 Jahren. Es scheint, dass sowohl aus ökologischer als auch aus finanzieller Sicht ein alter Laptop mit SSD eine viel bessere Wahl ist als der Kauf eines neuen Laptops, auch wenn das Solid-State-Laufwerk ab und zu ausgetauscht werden muss.

Ersatz-Laptops

Inzwischen hat sich meine Strategie weiterentwickelt. Ich habe zwei identische Modelle zu einem ähnlichen Preis gekauft, 2018 und Anfang 2020, um sie als Ersatz-Laptops zu verwenden. Jetzt plane ich, so lange wie möglich mit diesen Maschinen zu arbeiten, da ich mehr als genug Ersatzteile zur Verfügung habe. Seit ich den Laptop gekauft habe hatte er zwei technische Probleme. Nach etwa einem Jahr Gebrauch starb der Lüfter. Ich ließ ihn über Nacht in einem winzigen und unordentlichen IT-Laden reparieren, der von einem Chinesen in Antwerpen, Belgien, betrieben wurde. Er sagte, dass mein gepatchter Lüfter noch sechs Monate laufen würde, aber er funktioniert auch nach mehr als zwei Jahren.

Dann, im letzten Jahr, weigerte sich mein X60s plötzlich, seinen Akku zu laden, ein Problem, das auch bei meinem verfluchten 2013er Laptop aufgetreten war. Das scheint ein häufiges Problem bei Thinkpads zu sein, aber ich konnte es noch nicht lösen. Das musste ich auch nicht, denn ich hatte einen Ersatzlaptop parat und begann, diesen zu benutzen, wann immer ich draußen arbeiten musste oder wollte.

Bild: Drei identische Laptops aus dem Jahr 2006, alle funktionstüchtig, für weniger als 200 Euro.

Bild: Das Innere des Thinkpad X60s.Quelle: [Hardware-Wartungshandbuch](https://download.lenovo.com/ibmdl/pub/pc/pccbbs/mobiles_pdf/42x3550_04.pdf).

Die magische SD-Karte

Jetzt möchte ich Ihnen meine magische SD-Karte vorstellen, die ein weiteres Hardware-Upgrade ist, das die Nutzung alter (aber auch neuer) Laptops erleichtert. Viele Leute haben ihre persönlichen Dokumente auf der Festplatte ihres Laptops gespeichert und machen dann Backups auf externen Speichermedien, wenn alles gut läuft. Ich mache es andersherum.

Ich habe alle meine Daten auf einer 128 GB SD-Karte, die ich in jeden meiner Thinkpads einstecken kann, die ich besitze. Ich mache dann monatliche Backups der SD-Karte, die ich auf einem externen Speichermedium ablege, sowie regelmäßige Backups der Dokumente, an denen ich arbeite, die ich vorübergehend auf dem Laufwerk des Laptops ablege, den ich gerade nutze. Das hat sich, zumindest für mich, als sehr zuverlässig erwiesen: verlorene Arbeit aufgrund von Computerproblemen und unzureichenden Backups gibt es nicht mehr.

Der andere Vorteil ist, dass ich auf jedem Laptop arbeiten kann, den ich möchte, und dass ich nicht von einer bestimmten Maschine abhängig bin, um auf meine Arbeit zuzugreifen. Man kann ähnliche Vorteile erhalten, wenn man all seine Daten in der Cloud aufbewahrt, aber die SD-Karte ist die nachhaltigere Option und sie funktioniert auch ohne Internetzugang.

Angenommen ich hätte bis zu zwei Festplattenausfälle an einem Tag, könnte ich trotzdem weiterarbeiten als ob nichts passiert wäre. Da ich jetzt beide Laptops abwechselnd benutze - einen mit Akku, den anderen ohne - kann ich sie auch an verschiedenen Orten stehen lassen und zwischen diesen Orten hin- und herwechseln, während ich nur die SD-Karte in meiner Brieftasche mitnehme. Versuchen Sie das mal mit Ihrem brandneuen, teuren Laptop. Ich kann meine Laptops auch zusammen verwenden, wenn ich einen zusätzlichen Bildschirm brauche.

In Kombination mit einem Festplattenlaufwerk erhöht die SD-Karte auch die Leistung eines alten Laptops und kann eine Alternative zum Einbau eines Solid-State-Laufwerks sein. Mein Ersatzlaptop hat keines und kann beim Besuchen von schwergewichtigen Webseiten langsam sein. Aber dank der SD-Karte geht das Öffnen einer Karte oder eines Dokuments fast augenblicklich, ebenso wie das Blättern in einem Dokument oder das Speichern desselben. Die SD-Karte schont auch die Festplatte, da diese meist leer ist. Ich weiß nicht, wie praktisch die Verwendung einer SD-Karte bei anderen Laptops ist, aber alle meine Thinkpads haben einen Steckplatz dafür.

Die Kosten

Machen wir eine vollständige Kostenkalkulation, einschließlich der Investition in Ersatz-Laptops und SD-Karten, und unter Verwendung der heutigen Preise sowohl für Solid-State-Laufwerke als auch für SD-Karten, die viel billiger geworden sind, seit ich sie gekauft habe:

ThinkPad X60s: 50 Euro ThinkPad X60s Ersatzlaptop: 60 euro
ThinkPad X60 Ersatzlaptop: 75 euro
Zwei Ersatzakkus: 50 Euro
240 GB Solid-State-Drive: 30 Euro
128 GB SD-Karte: 20 Euro
Gesamt: 285 Euro

Selbst wenn Sie das alles kaufen, haben Sie nur 285 Euro ausgegeben. Für diesen Preis können Sie vielleicht den beschissensten neuen Laptop auf dem Markt kaufen, aber dafür bekommen Sie sicher keine zwei Ersatzlaptops. Wenn Sie es schaffen zehn Jahre lang mit dem Zeug zu arbeiten, würden Ihre Laptop-Kosten 28,5 Euro pro Jahr betragen. Sie müssen vielleicht ein paar Solid-State-Laufwerke und SD-Karten ersetzen, aber das macht keinen großen Unterschied. Außerdem ersparen Sie sich den ökologischen Schaden, der durch die Produktion eines neuen Laptops alle 5,7 Jahre verursacht wird.

Bild: Meine Laptop-Bedürfnisse sind für die absehbare Zukunft erfüllt.

Übertreiben Sie es nicht

Obwohl ich mein Thinkpad X60s als Beispiel verwendet habe, funktioniert die gleiche Strategie auch mit anderen Thinkpad-Modellen - hier ist eine Übersicht über alle historischen Modelle - und Laptops anderer Marken (über die ich nichts weiß). Wenn Sie es vorziehen, nicht auf Auktionsseiten zu kaufen, können Sie zum nächstgelegenen Pfandhaus gehen und einen gebrauchten Laptop mit einer Garantie bekommen. Die Chancen stehen gut, dass Sie nicht einmal etwas kaufen müssen, da viele Leute alte Laptops herumliegen haben.

Es gibt keinen Grund zu einem Gerät von 2006 zurückzugehen. Ich hoffe, es ist klar, dass ich hier eine Stellungnahme abgeben möchte und ich bin wahrscheinlich so weit zurück gegangen, wie man es kann, ohne die Dinge zu verkomplizieren. Mein erster Versuch war ein gebrauchtes ThinkPad X30 von 2002, aber das war ein Schritt zu weit. Es verwendet einen anderen Ladetyp, hat keinen SD-Kartenslot, und ich konnte die drahtlose Internetverbindung nicht zum Laufen bringen. Für viele Leute mag es dienlich sein, einen etwas jüngeren Laptop zu wählen. Dann haben Sie eine Webcam und eine 64-Bit-Architektur, was die Sache einfacher macht. Natürlich können Sie auch versuchen, mich zu schlagen und zurück in die 1990er Jahre zu gehen, aber dann müssen Sie auf USB und drahtlose Internetverbindung verzichten.

Die Wahl des Laptops hängt auch davon ab, was Sie damit machen wollen. Wenn Sie ihn hauptsächlich zum Schreiben, Surfen im Web, zur Kommunikation und zur Unterhaltung verwenden, können Sie es so billig machen wie ich. Wenn Sie grafische oder audiovisuelle Arbeiten erledigen, ist es komplizierter, denn in diesem Fall sind Sie wahrscheinlich ein Apple-Nutzer. Die gleiche Strategie ließe sich auch auf einem etwas jüngeren und teureren Laptop anwenden, aber sie würde den Wechsel von einem Mac zu einem Linux-Betriebssystem nahelegen. Wenn es um Office-Anwendungen geht, ist Linux eindeutig besser als seine kommerziellen Alternativen. Ob das auch für andere Software gilt, kann ich mangels Erfahrung nicht sagen.

Dies ist ein Hack, kein neues wirtschaftliches Modell

Obwohl der Kapitalismus uns noch jahrzehntelang mit gebrauchten Laptops versorgen könnte, sollte die oben skizzierte Strategie als ein Hack betrachtet werden, nicht als ein ökonomisches Modell. Es ist ein Weg, mit einem Wirtschaftssystem umzugehen oder ihm zu entkommen, das versucht, Sie und mich zu zwingen, so viel wie möglich zu konsumieren. Es ist ein Versuch, dieses System zu durchbrechen, aber es ist keine Lösung an sich. Wir brauchen ein anderes Wirtschaftsmodell, in dem wir alle Laptops wie die Thinkpads vor 2011 bauen. Die Folge wäre, dass die Laptop-Verkäufe zurückgehen würden, aber genau das brauchen wir. Außerdem könnten wir bei der heutigen Rechenleistung den Betriebs- und Grauenergieverbrauch eines Laptops deutlich reduzieren, wenn wir den Trend zu immer höherer Funktionalität umkehren würden.

Die schnelle Veralterung der Computer wird maßgeblich durch Hardware- und Software-Änderungen vorangetrieben, wobei letztere inzwischen der entscheidende Faktor sind. Ein 15 Jahre alter Computer hat zwar die nötige Hardware, ist aber nicht mit der neuesten (gewinnorientierten) Software kompatibel. Das gilt für Betriebssysteme und jede Art von Software, von Spielen über Büroanwendungen bis hin zu Websites. Um die Nutzung von Laptops nachhaltiger zu gestalten, müsste die Software-Industrie also damit beginnen, jede neue Version ihrer Produkte leichter statt schwerer zu machen. Je leichter die Software ist, desto länger halten unsere Laptops und wir benötigen weniger Energie, um sie zu nutzen und zu produzieren.

Bilder: Jordi Manrique Corominas, Adriana Parra, Roel Roscam Abbing

Deng, Liqiu, Callie W. Babbitt, and Eric D. Williams. “Economic-balance hybrid LCA extended with uncertainty analysis: case study of a laptop computer.” (Wirtschaftlichkeitsbezogene hybride Umweltbilanz um Unsicherheitsanalyse erweitert: Fallstudie zum Laptop.) Journal of Cleaner Production 19.11 (2011): 1198-1206. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959652611000801 ↩︎
Internationale Organisation für erneuerbare Energien (IRENA). https://www.irena.org/solar ↩︎
André, Hampus, Maria Ljunggren Söderman, and Anders Nordelöf. “Resource and environmental impacts of using second-hand laptop computers: A case study of commercial reuse.” (Ressourcen- und Umweltauswirkungen der Verwendung von gebrauchten Laptops: Eine Fallstudie zur kommerziellen Wiederverwendung.) Waste Management 88 (2019): 268-279. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0956053X19301825 ↩︎ ↩︎
Bihouix, Philippe. The Age of Low Tech: Towards a Technologically Sustainable Civilization. (Das Low-Tech-Zeitalter: Auf dem Weg zu einer technologisch nachhaltigen Zivilisation.) Policy Press, 2020. https://bristoluniversitypress.co.uk/the-age-of-low-tech ↩︎
Kasulaitis, Barbara V., et al. “Evolving materials, attributes, and functionality in consumer electronics: Case study of laptop computers.” (Die Entwicklung von Materialien, Eigenschaften und Funktionen in der Unterhaltungselektronik: Fallstudie zu Laptops.) Resources, conservation and recycling 100 (2015): 1-10. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921344915000683 ↩︎
Lenovo hat 2005 das PC-Geschäft von IBM übernommen und daher habe ich streng genommen ein Lenovo Thinkpad X60s gekauft. Allerdings hatte sich die Hardware noch nicht geändert, und der Laptop trägt nur den neuen Markennamen zusammen mit dem von IBM. Mein Ersatz-Laptop, ein fast identisches Modell aus dem gleichen Jahr (X60 statt X60s), hat keinerlei Bezug zu Lenovo. ↩︎