Astronomy and Society

Die erste quantitative Bewertung des CO2-Fußabdrucks professioneller Teleskope zeigt, dass sie mehr Emissionen verursachen als alle anderen astronomischen Forschungsaktivitäten zusammen.

Ein Nachtfoto, aufgenommen von der Internationalen Raumstation ESA / NASA

Ein internationales Team von Astronomen hat ermittelt, wie viel astronomische Einrichtungen – nämlich die Teleskope auf der Erde und im Weltraum, mit denen Astronomen den Himmel untersuchen – zum Klimawandel beitragen. Das Team, das in Nature Astronomy berichtet, schätzt, dass dieser Fußabdruck alle anderen forschungsbezogenen Aktivitäten überwiegt, eine Erkenntnis, die große Auswirkungen auf die Zukunft des Feldes hat.

Zur Durchführung der Studie fühlten sich die Forscher durch aktuelle Ereignisse angespornt: „Die Menschheit steht vor einem Klimanotstand“, sagt Teammitglied Annie Hughes (Max-Planck-Institut für Astronomie, Deutschland). „Der wissenschaftliche Beweis ist eindeutig, dass menschliche Aktivitäten für die Veränderung des Klimas verantwortlich sind. Die wissenschaftlichen Beweise sind ebenso klar, dass wir unsere Aktivitäten im nächsten Jahrzehnt ändern müssen.“

Berechnung des CO2-Fußabdrucks von Teleskopen

Astronomen haben, wie alle anderen auch, einen CO2-Fußabdruck. Dieser oft verwendete Begriff kann subtil unterschiedliche Definitionen haben; Jürgen Knödlseder (Universität Toulouse, Frankreich) und Kollegen definieren ihn in diesem Fall als die gesamten Treibhausgasemissionen einer Anlage über ihren Lebenszyklus. Emissionen bestehen hauptsächlich aus Kohlendioxid und Methan, enthalten aber auch eine Reihe anderer wärmespeichernder Gase.

Ein allgemeiner Mangel an Daten macht es schwierig zu bestimmen, wie viel Astronomen zu den Treibhausgasemissionen beitragen. Frühere Studien konzentrierten sich auf forschungsbezogene Aktivitäten wie das Fliegen zu Konferenzen und die Verwendung von Supercomputern. Aber die größte Quelle für den CO2-Fußabdruck der Astronomie ist laut der neuen Studie der Bau und Betrieb von immer größeren Teleskopen.

Da genaue Daten fehlen, oft aufgrund von Vertraulichkeitsproblemen, kam das Team zu diesem Schluss, indem es eine Technik namens ökonomische Input-Output-Analyse verwendete. Es bestimmt im Wesentlichen die CO2-Emissionen nach Kosten und/oder Gewicht. Knödlseder vergleicht den Vorgang mit dem Betanken eines Autos: Wird ein Tank voll statt halb vollgetankt, verdoppelt sich sein Gewicht. Die Verdoppelung des Kraftstoffverbrauchs kostet doppelt so viel und verursacht doppelt so viele Emissionen.

Anhand dieser Input-Output-Analyse errechnete das Team, dass aktuelle astronomische Einrichtungen im Laufe ihres Lebenszyklus das Äquivalent von 20 Millionen Tonnen Kohlendioxid produzieren, mit einer jährlichen Emission von mehr als 1 Million Tonnen Kohlendioxidäquivalent.

„Zur Orientierung“, sagt Knödlseder, „ist dies der jährliche CO2-Fußabdruck von Ländern wie Estland, Kroatien oder Bulgarien.“ Noch ein Blickwinkel: Die USA haben 2019 Emissionen in Höhe von mehr als 6,5 Milliarden Tonnen Kohlendioxid verursacht.

Es ist ein Anfang

Kosten-/Gewichtsdaten haben den Vorteil, dass sie öffentlich verfügbar sind, obwohl sie manchmal immer noch schwer zu finden sind, sagt Knödlseder. Das macht überhaupt jede Art von Berechnung möglich. Aber Andrew Ross Wilson (University of Strathclyde, UK), der einen begleitenden Perspektivbeitrag für Nature Astronomy geschrieben hat, sagt, dass die Methode bei der Kohlenstoffbilanzierung, insbesondere bei Weltraumaktivitäten, nicht häufig verwendet wird.

„Es wurde festgestellt, dass die Verwendung wirtschaftlicher Input-Output-Methoden . . . die gesamten Umweltauswirkungen deutlich überschätzt“, sagt Wilson. Die Gründe dafür sind vielfältig: Zum einen ist die oft staatlich finanzierte Raumfahrtindustrie kein wirklich freier Markt. Außerdem kosten die maßgefertigten Materialien, die in Weltraummissionen verwendet werden, aufgrund ihrer Forschung und Entwicklung oft mehr als aufgrund ihrer Herstellung.

„Als solche“, sagt Wilson, „haben die Europäische Weltraumorganisation (und andere) eine neue Prozessdatenbank erstellt, um diese Lücken genauer zu schließen, und empfehlen nicht, ökonomische Input-Output-Datenbanken auf Lebenszyklusbewertungen der Raumfahrt anzuwenden.“

Knödlseders Team erkennt diese Vorbehalte an, argumentiert jedoch, dass die Bereitstellung dieser Schätzungen erster Ordnung ein entscheidender erster Schritt ist. Der nächste Schritt besteht darin, dass die Einrichtungen ihre eigenen, detaillierteren Analysen durchführen – und dann Maßnahmen ergreifen.

„Ich denke, Knödlseders Einschätzung ist aufgrund des Mangels an Daten, die ihm und seinem Team zur Verfügung standen, eine ziemlich anständige Annäherung erster Ordnung“, stimmt Wilson zu. „Es ist sicherlich ein guter erster Schritt für detailliertere Bewertungen.“

Aber er warnt: „Ich bin nicht davon überzeugt, dass irgendein Praktiker von Weltraum-Lebenszyklusanalysen dieses Ergebnis besonders nutzen würde, um seine eigenen Analysen zu untermauern. Die ESA würde sich diese Schätzung sicherlich nicht zweimal ansehen.“

Langsame Wissenschaft

Dennoch argumentiert Knödlseders Team, dass selbst die groben Zahlen Grundlage zum Handeln sind: „Die Lösungen liegen in unserer Hand, wir müssen sie nur ergreifen können“, sagt Teammitglied Luigi Tibaldo (Forschungsinstitut für Astrophysik und Planetologie, Frankreich).

Der erste Schritt ist die vielerorts bereits begonnene Umstellung bestehender Anlagen von fossilen auf erneuerbare Energiequellen. Für Teleskope an abgelegenen Orten bleiben jedoch Schwierigkeiten, da sie normalerweise nicht an das lokale Stromnetz angeschlossen sind. Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array in Chile beispielsweise wird von dieselbetriebenen Generatoren angetrieben. Andere Einrichtungen lassen sich möglicherweise leichter in laufende systematische Änderungen integrieren.

Aber diese Aktionen werden nicht ausreichen, argumentiert das Team. Astronomen müssen auch das Tempo verlangsamen, mit dem wir neue Einrichtungen bauen. Die Vorteile gehen über die Reduzierung von Emissionen hinaus, da uns „langsame Wissenschaft“ mehr Zeit geben würde, um die bereits vorhandenen Daten vollständig zu nutzen. Sicherlich wurden Recherchen für ganze Dissertationen ausschließlich anhand von archivierten Beobachtungen durchgeführt.

European Extremely Large Telescope (Künstlerkonzept)Die Europäische Südsternwarte baut das Extremely Large Telescope am Cerro Armazones in Chile, eines von mehreren laufenden großen Astronomieprojekten. Das Teleskop wird einen Durchmesser von 39 Metern haben. ESO / L. Calçada

Jennifer Wiseman, leitende Projektwissenschaftlerin des Hubble-Weltraumteleskops, stimmt dem Wert von Archivdaten zu. „Wir haben das Archiv der Hubble-Daten so robust gemacht, dass heutzutage mindestens so viele wissenschaftliche Abhandlungen auf der Grundlage von Archivdaten wie auf neuen Beobachtungen veröffentlicht werden“, sagt sie. „Das bedeutet eine gute, mehrfache Nutzung von Daten, die noch viele Jahre verfügbar sein werden.“

Aber viele Astronomen haben Probleme mit der Verlangsamung. Tatsächlich stießen einige Mitglieder bereits vor der Veröffentlichung des Papiers auf Widerstand von Kollegen.

„Es gibt nichts, was besagt, dass die Astronomie nicht zusammen mit dem Rest der Wirtschaft auf erneuerbare Energiequellen umsteigen kann oder will“, sagt John Mather (NASA Goddard Space Flight Center), der Projektwissenschaftler des James Webb Space Telescope. „Die berechneten CO2-Fußabdrücke sind keine Naturkonstanten, sondern nur Schätzungen eines Teils eines Systems, das von Rückkopplungsschleifen gesteuert wird.“

Mather erhebt auch ein Gegenargument gegen die Verlangsamung der Wissenschaft: „Einige Arten von Astronomie werden aufgrund von Lichtverschmutzung, Funkstörungen und Satellitenkonstellationen bereits jetzt schwierig oder unmöglich“, sagt er. „Man kann argumentieren, dass wir unsere Bemühungen verstärken sollten, so schnell wie möglich alles zu lernen, was wir können, bevor wir es nicht können.“

Dennoch bleibt das Team standhaft in seiner Position: „Der Kampf gegen den Klimawandel ist eine kollektive Herausforderung, und jeder, jeder Tätigkeitsbereich und jedes Land, muss dazu beitragen, dieser Herausforderung zu begegnen“, sagt Knödlseder. „Bei der Bekämpfung des Klimawandels gibt es keine vorrangigen Lösungen; Wir müssen alle möglichen Hebelarme aktivieren, um unsere Emissionen zu senken. Natürlich werden einige Maßnahmen effizienter sein als andere, aber wir brauchen sie alle, um erfolgreich zu sein.“


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