ARPA-E: Wie die US-Energieforschungsbehörde an der Zukunft arbeitet

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Forscher, die von der US-Regierung bezahlt wurden, waren an der Entwicklung einiger der wichtigsten Erfindungen der letzten 100 Jahre beteiligt – vom Personal Computer über das Internet bis zur Satellitennavigationstechnik GPS. Jetzt versucht das Land einen ähnlichen Vorstoß in Sachen Energie.

Die Agentur, die hinter vielen der Durchbrüche der letzten Jahrzehnte steckt, ist die Defense Advanced Research Projects Agency, kurz DARPA. Die 1958 als Teil des US-Verteidigungsministeriums gegründete Forschungsbehörde finanzierte Wissenschaft und begleitete verteidigungsrelevante Technologien von der Idee bis zur Umsetzung. Sie gilt weltweit als Vorbild für Regierungen, die Spitzenforschung unterstützen wollen.

Nach dem Vorbild der DARPA wurde 2007 dann die ARPA-E als Teil des US-Energieministeriums gegründet, um ähnliche Innovationen im Energiebereich zu fördern. Seitdem hat die ARPA-E über drei Milliarden US-Dollar an Fördermitteln für mehr als 1.400 Projekte im Bereich der Energieforschung vergeben und damit dazu beigetragen, neue Technologien auf den Markt zu bringen. Die US-Energieministerin Jennifer Granholm sieht in der ARPA-E eine "Moonshot-Fabrik" für die Regierung, was an die Aktivitäten der NASA zur Mondlandung erinnern soll.

Welche Technologien im Energiesektor wichtig werden

Nun soll das alles noch viel schneller gehen. Die ARPA-E hat im Januar ihre neue Direktorin, Evelyn Wang, vereidigt. Wang lässt sich von ihrer Position als Leiterin des Instituts für Maschinenbau am Massachusetts Institute of Technology (MIT) beurlauben, um die Agentur zu leiten. Im Gespräch mit MIT Technology Review spricht sie darüber, was als Nächstes auf die Energietechnologie zukommt, welche Herausforderungen vor ihr liegen und wie man Fortschritte in der Frühphasenforschung wirklich messen kann.

Welche Rolle spielt die ARPA-E Ihrer Meinung nach heute bei der Förderung von Energietechnologie? In welchem Verhältnis steht sie zum US-Energieministerium?

Bei Energietechnologien dauert es manchmal ein Jahrzehnt, bis sie wirklich sinnvoll und wirkungsvoll eingesetzt werden können. Ich denke, dass ein Großteil der Arbeit, auf die sich das reguläre Energieministerium konzentriert, mit einem Fahrplan ausgestattet ist und sich auf kurzfristige Erfolge konzentriert.

Wir hingegen konzentrieren uns auf die risikoreichen, potenziell lukrativen und transformativen Verfahren. Ich denke, dass wir einen ziemlich großen Bereich abdecken, wenn es darum geht, etwas Neues von der Grundlagenforschung bis zur praktischen Umsetzung eines Prototyps zu bringen, der in Zukunft kommerziell genutzt werden kann.

Es gibt also komplementäre Aspekte. Oft weichen wir voneinander ab, weil wir an diesen wirklich riskanten, längerfristigen technologischen Innovationen arbeiten. Hier ist ARPA-E eine große Kraft, denn wir nehmen Dinge in Angriff, von denen wir nicht wissen, ob sie funktionieren oder nicht, die aber möglicherweise die Energielandschaft verändern könnten. Ich glaube, das ist etwas, was viele andere Einrichtungen nicht tun.

Halbleitermaterialien und Ozean-Projekte

Welche Bereiche im Energiesektor sind reif für Innovationen?

Kurzfristig denken wir viel darüber nach, wie wir zum Beispiel Halbleitermaterialien verbessern können, um ein leistungsfähigeres Stromnetz zu schaffen. Außerdem arbeiten wir daran, die Netze verstärkt unter der Erde zu verlegen – solche unterirdischen Kabel sind bei vielen unserer jüngsten Projekte von großer Bedeutung.

Der Ozean ist ein Gebiet, das wir im Energiebereich zu erforschen begonnen haben – und ich denke, dass dies ein ungenutzter Raum ist, was die finanzielle Unterstützung innerhalb des Energieministeriums angeht. Wir haben etwa viel über Techniken zur Speicherung von Kohlendioxid im Meer nachgedacht – die Validierung und Messung ist wirklich entscheidend, um zu verstehen, wie viel CO₂ dort tatsächlich gebunden wird. Und ich denke, es gibt noch andere Möglichkeiten in Bezug auf Rohstoffe und wie wir möglicherweise solche kritischen Mineralien aus dem Meer nutzbar machen können.

"Der erste Indikator für Erfolg"

Woher wissen Sie, dass die ARPA-E erfolgreich ist, wenn Sie sich mit solchen langfristigen Technologieprojekten befassen?

Wir haben Wirkungsmetriken, die wir betrachten. Wir schauen uns zum Beispiel den Bereich der Schaffung geistigen Eigentums [wie Patente, Anm. d. Red.] an. Wir beobachten auch die Zahl der neu gegründeten Unternehmen, und wie viele Börsengänge, Fusionen und Übernahmen es in diesem Bereich gibt.

Aber ich denke, ein Indikator für den Erfolg, der über solche Zahlen hinausgeht, ist der Erfolg einiger der von uns finanzierten Unternehmen. Ein sehr überzeugendes Beispiel ist die Methangas-Sensortechnologie. In der Öl- und Gasbranche musste normalerweise eine Person mit einem Gerät herumgehen, um manuell [Methan-]Lecks in Rohren zu finden.

Ein Unternehmen namens Bridger hat sich nun eine Technologie zunutze gemacht, die auf Lidar basiert. Damit können sie mit einer Drohne über die Rohre fliegen und haben die nötige Empfindlichkeit, um genau zu erkennen, wo die Lecks wirklich sind.

Als wir mit diesem Programm begannen, wusste die Öl- und Gasindustrie noch nicht einmal, dass dies möglich ist, obwohl sie damit eine Menge Geld sparen kann. Und die Tatsache, dass Bridger jetzt über diese Technologie verfügt, ist eine große Chance für die Öl- und Gasindustrie. Inzwischen macht das Unternehmen Gewinn. Das ist also der erste Indikator für den Erfolg, aber auch die Geschichte und der Weg dorthin sind sehr wertvoll.

"Wahrscheinlich der kritischste Zeitpunkt überhaupt"

Wie sieht die Zukunft der Energieinnovation aus?

Gerade jetzt befinden wir uns in einer kritischen Phase im Energiebereich, für unsere Energiesicherheit und für das Klima. Und wenn wir darüber nachdenken, was bis 2050 geschehen muss, um unsere Emissionsziele zu erreichen, ist dies wahrscheinlich der kritischste Zeitpunkt überhaupt.

Energietechnologien – insbesondere unkonventionelle Innovationen und transformative Innovationen – brauchen Zeit. Wenn wir darüber nachdenken, haben wir nicht mehr viel Zeit, und wir müssen den Fortschritt beschleunigen. Und ich denke, da wir eine Ideenfabrik, eine "Moonshot Factory" sind, müssen wir noch kühner denken und weiterhin ehrgeiziger werden und die Zeitskalen, in denen wir etwas bewirken können, verkleinern.

Wir sind nur ein Teil des gesamten Ökosystems, wenn es um Energie geht, und wir brauchen alle, die sich mit diesen Problemen beschäftigt. Wir brauchen Innovatoren, wir brauchen Investoren, wir brauchen Forscher an den Unis, wir brauchen Regierungslabors, wir brauchen alles zusammen. Damit wir so vorankommen, dass wir die Welt retten können, brauchen wir "all hands on deck". Denn unsere Zukunft hängt davon ab.

(jle)