Technology Readiness Level

Die Diskussion rund um die Anpassung und Eindämmung der Klimakatastrophe wird viel über Technologien geredet. Es gibt Parteien, die bestehende Technologien länger nutzen wollen, weil in naher Zukunft Technologien bereitstünden, die die Nachteile bestehender Technik ausmerzen könnten.
Andere wiederum verweisen darauf, dass diese Technologien nicht existieren, noch lange brauchen bis sie tatsächlich einsetzbar sind oder schlicht nicht ökonomisch umsetzbar sind. Gerne werden dann Beispiele von Technologien aus der Presse zitiert oder aus einem Technik-Blog um zu zeigen es gäbe da was Neues oder das Neue ist noch nicht ausgereift.

Um das alles besser zu verstehen und einordnen zu können hilft es sich mit dem Konzept der Technology Readiness Levels (auch Technologie-Reifegrad) vertraut zu machen. Sie können helfen zu verstehen ob eine Technologie ausgereift ist oder nur eine vage Idee.

Hinweis: Bevor wir in die Details gehen, es gibt unterschiedliche Einteilungen in dem Bereich. Manche erweitern die Skala auch um Stufen für die kommerzielle Umsetzung. Andere nutzen dafür eine separate Skala. Das heißt wer weiter sucht wird hier Abweichungen finden. Das Grundprinzip ist aber immer das selbe.

Was sind diese Stufen denn?

Technology Readiness Levels (TRLs) wurden von der NASA eingeführt, weil es immer wieder Probleme gab in der Verständigung über die Reife bestimmter Technologien. Um das besser einschätzen zu können haben sie damals eine Skala mit 7 Stufen eingeführt von Stufe 1 für eine Idee wie etwas funktionieren könnte bis Stufe 7, die Technologie war im Weltraum.

Heute werden meist 9 Stufen genutzt:

1 Grundprinzip beschrieben
2 Technologiekonzept oder Anwendung beschrieben
3 Experimenteller oder analytischer Test des Konzepts
4 Technologie funktioniert im Labor
5 Versuchsaufbau in relevanter Einsatzumgebung
6 Prototyp in Einsatzumgebung
7 Prototyp im Einsatz
8 Qualifiziertes System mit Nachweis der Funktionstüchtigkeit im Einsatzbereich
9 Qualifiziertes System mit Nachweis des erfolgreichen Einsatzes

Stufe 1 beschreibt Ideen wie Weltraumsolarpark, wie sie in den 1960ern angedacht waren und im Grunde nur eine Idee darstellen. So wie z.B. das Hyperloop Whitepaper. Stufe 2 ist dagegen schon ein Beschreibung der Technologie und Anwendung. Stufe 1 und 2 erfordern Grundlagenforschung um zu zeigen ob eine Technologie überhaupt möglich ist. Stufe 3 erfordert, dass die Kernelemente der Idee tatsächlich funktionieren. Fusionsreaktoren erfüllen diese Stufe 3, weil es kann tatsächlich aus
Wasserstoffisotopen Helium erzeugt werden nebst Energieüberschuss. Das Beispiel Fusion zeigt, dass eine Technologie auch sehr lange an dieser Schwelle stehen kann. Auch der immer wieder erwähnte Hyperloop ist im Grunde maximal Stufe 3, weil Teile des Konzepts implementiert und getestet wurde, es aber noch an einem vollständigen Prototypen mangelt.

Stufe 4 beschreibt eine Implementierung die im Labor funktioniert und alle wesentlichen Charakteristika der Technologie aufweist. Und Stufe 5 umfasst Technologien, die bereits in einer realen Einsatzumgebung funktionieren. Ist diese Stufe erreicht ist es meist nur eine Frage des Geldes ob Prototypen und später vollständige System gebaut und betrieben werden können. Allerdings ist hier noch nicht klar ob sich die Technologie kommerziell lohnt. Beispiele für Stufe 4 und 5 Technologien sind Elektro- und Wasserstoffflugzeuge, Eisengewinnung durch Elektrolyse (aus Eisenoxyd) und kleine modulare Atomreaktoren.

Die Stufen 6 und 7 dienen dazu mehr Informationen über die Technologie zu gewinnen. In Stufe 6 wird ein Prototyp in der realen Einsatzumgebung getestet. Das kann ein Wellenenergiekraftwerk sein, welches in einem Wellenbecken für Forschungszwecke getestet wird. Und Stufe 7 dient dazu das Kraftwerk im Ozean zu testen.

In Stufe 8 steht die Technologie als qualifiziertes System zur Verfügung. Dazu gehören u.a. Smart Charging, welches es erlaubt die Autobatterie auf zur Hausversorgung zu nutzen und bei Stromüberschuss aus der Photovoltaik-Anlage oder günstigen Netzpreisen die Batterie wieder zu laden. Ebenso gehört Carbon-Capture & Storage zu diesen Technologien. Unabhängig was man davon hält und ob sie ökonomisch sinnvoll sind und skalieren. Denn Skalierbarkeit gehört nicht in allen Facetten zu den TRLs.

Stufe 9 steht für Technologien, die tatsächlich funktionieren und zu denen überprüfbare Performanzdaten vorliegen. Dazu gehören z.B. batterieelektrische Fahrzeuge aller Art, Wärmepumpen, Windkraftanlagen, Photovoltaik und Pumpspeicherwerke, welche seit Jahren im Einsatz sind in den unterschiedlichsten Einsatzgebieten und dort gut funktionieren.

Fazit

Auch wenn diese Stufen recht abstrakt sind und nicht jede:r unbedingt für jede Technologie zu der selben Einschätzung kommt, kann die Einordnung helfen die Diskussion zu versachlichen. Technologien, die
in Stufe 1 bis 3 sind werden uns in absehbarer Zeit nicht helfen können die Klimakatastrophe abzumildern. Der Zug ist abgefahren. Auch Technologien, wie LKW mit Oberleitung sind eher Stufe 5 bis 6. Es gibt zu O-Busse, die seit Dekaden durch unsere Städte kurven, aber diese nutzen andere Leitungen, andere Stromabnehmer, niedrigere Spannungen und sind darauf ausgelegt Spurwechsel zu erlauben. Während die LKW-Lösung auf kleine Stromabnehmer setzt, die entfernt an Bahnstromabnehmer
erinnern. Das heißt dort muss noch viel investiert werden bis man von funktionierenden Prototypen sprechen kann.