Der jüngste internationale Bericht über den Klimawandel zeichnet ein Bild der Störung der Gesellschaft, es sei denn, die Treibhausgasemissionen werden drastisch und rasch gesenkt.
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Obwohl es noch früh ist, beginnen einige Städte und Gemeinden zu erkennen, dass vergangene Umstände nicht länger als vernünftige Stellvertreter für die Zukunft dienen können.
Dies gilt insbesondere für die Infrastruktur des Landes. Autobahnen, Wasseraufbereitungsanlagen und das Stromnetz sind einem zunehmenden Risiko für extreme Wetterereignisse und andere Auswirkungen eines sich ändernden Klimas ausgesetzt.
Das Problem ist, dass die meisten Infrastrukturprojekte, einschließlich des Infrastruktur-Revitalisierungsplans der Trump-Administration, normalerweise die Risiken des Klimawandels ignorieren.
Bei unserer Arbeit zur Erforschung von Nachhaltigkeit und Infrastruktur fördern wir die Entwicklung künstlicher Infrastruktursysteme unter Berücksichtigung der Anpassungsfähigkeit und beginnen, diese zu entwickeln.
Entwerfen für die Vergangenheit
Infrastruktursysteme sind die vorderste Verteidigungslinie gegen Überschwemmungen, Hitze, Waldbrände, Hurrikane und andere Katastrophen. Stadtplaner und Bürger gehen oft davon aus, dass das, was heute gebaut wird, angesichts dieser Gefahren auch weiterhin funktioniert, sodass die Dienstleistungen so weitergeführt und geschützt werden können, wie sie es in der Vergangenheit getan haben. Diese Systeme basieren jedoch auf der Historie extremer Ereignisse.
Die Größe von Pumpen basiert beispielsweise auf historischen Niederschlagsereignissen. Übertragungsleitungen sind in Grenzen der Leistung ausgelegt, die sie bewegen können, während sichere Betriebsbedingungen im Verhältnis zu Lufttemperaturen eingehalten werden. Brücken sind so konzipiert, dass sie bestimmten Flussraten in den Flüssen standhalten, die sie überqueren. Infrastruktur und Umwelt sind eng miteinander verbunden.
Inzwischen übertrifft das Land diese historischen Bedingungen jedoch häufiger und es wird erwartet, dass es häufiger und intensiver zu extremen Wetterereignissen kommt. Anders gesagt, aufgrund des Klimawandels verändern sich natürliche Systeme jetzt schneller als die Infrastruktur.
Wie können sich Infrastruktursysteme anpassen? Betrachten wir zunächst die Gründe, warum Infrastruktursysteme extrem ausfallen:
- Die Gefahr überschreitet die Konstruktionstoleranzen. Dies war der Fall bei den Überschwemmungen auf der Interstate 10 in Phoenix im Herbst 2014, bei denen die Intensität des Niederschlags die Auslegungsbedingungen überstieg.
- Während dieser Zeiten gibt es weniger zusätzliche Kapazität im gesamten System: Wenn etwas schief geht, gibt es weniger Optionen für das Management des Stressors, z. B. das Umleiten von Flüssen, egal ob es sich um Wasser, Strom oder sogar Verkehr handelt.
- Bei extremen Ereignissen stellen wir häufig die höchsten Anforderungen an unsere Infrastruktur. Dabei werden Systeme zu einem Zeitpunkt ausgelastet, an dem nur wenig zusätzliche Kapazität vorhanden ist.
Allmähliche Veränderungen stellen auch ernste Probleme dar, zum Teil, weil es kein unterscheidendes Ereignis gibt, das einen Aufruf zum Handeln hervorruft. Diese Art von Situation kann besonders problematisch sein im Zusammenhang mit Wartungsrückständen und Budgetengpässen, von denen derzeit viele Infrastruktursysteme betroffen sind. Werden Städte und Gemeinden zur Selbstzufriedenheit gebracht, nur um festzustellen, dass ihre langlebige Infrastruktur nicht mehr so funktioniert, wie sie sollte?
Gegenwärtig scheint der Standard darin zu bestehen, Mittel für den Aufbau eines größeren Teils dessen zu beschaffen, was wir im letzten Jahrhundert hatten. Infrastrukturbetreiber sollten jedoch einen Schritt zurücktreten und sich fragen, was unsere Infrastruktursysteme in Zukunft für uns tun müssen.
Agil und flexibel durch Design
Grundsätzlich sind neue Ansätze erforderlich, um den Herausforderungen nicht nur eines sich wandelnden Klimas, sondern auch disruptiver Technologien zu begegnen.
Dazu gehört die zunehmende Integration von Informations- und Kommunikationstechnologien, wodurch das Risiko von Cyberangriffen steigt. Andere aufkommende Technologien umfassen autonome Fahrzeuge und Drohnen sowie intermittierende erneuerbare Energien und Batteriespeicher anstelle herkömmlicher Stromversorgungssysteme. Digital vernetzte Technologien verändern auch grundlegend die Wahrnehmung der Menschen über die Welt um uns herum: Überlegen Sie, wie unsere Mobilgeräte uns jetzt auf eine Weise umleiten können, die wir aufgrund unseres eigenen Reiseverhaltens und des Verkehrs in einer Region nicht vollständig verstehen.
Unsere derzeitigen Paradigmen für das Infrastrukturdesign betonen jedoch große zentralisierte Systeme, die für Jahrzehnte ausgelegt sind und die Umweltgefahren bei einem vorgewählten Risikograd standhalten können. Das Problem ist, dass die Höhe des Risikos jetzt ungewiss ist, weil sich das Klima ändert, manchmal auf eine Weise, die nicht sehr gut verstanden wird. Vorhersagen von Extremereignissen können daher ein wenig oder viel schlechter sein.
Angesichts dieser Unsicherheit sollten Agilität und Flexibilität für unser Infrastrukturdesign von zentraler Bedeutung sein. Bei unseren Untersuchungen haben wir festgestellt, dass eine Reihe von Städten bereits Prinzipien eingeführt haben, um diese Ziele zu verwirklichen, und welche Vorteile sie bieten.
Ein „intelligenter“ Tunnel in Kuala Lumpur soll das Regenwassersystem der Stadt ergänzen. (David Boey, CC BY) In Kuala Lampur können Verkehrstunnel während intensiver Niederschlagsereignisse auf Regenwassermanagement umstellen, ein Beispiel für Multifunktionalität.
In den USA bieten bürgerbasierte Smartphonetechnologien zunehmend Einblicke in Echtzeit. Zum Beispiel verwendet das CrowdHydrology-Projekt Überflutungsdaten von Bürgern, die die begrenzten konventionellen Sensoren nicht erfassen können.
Infrastrukturdesigner und -manager an einer Reihe von Standorten in den USA, darunter New York, Portland, Miami und Südost-Florida sowie Chicago, müssen nun für diese ungewisse Zukunft planen - ein Prozess, der als Roadmapping bezeichnet wird. Beispielsweise hat Miami einen Plan über 500 Millionen US-Dollar zur Modernisierung der Infrastruktur ausgearbeitet, der die Installation neuer Pumpenkapazitäten und die Erhöhung von Straßen zum Schutz gefährdeter Objekte am Meer umfasst.
Diese Kompetenzen stimmen mit dem auf Resilienz basierenden Denken überein und bewegen das Land von unseren Standardansätzen ab, einfach größere, stärkere oder redundantere zu bauen.
Planung für Unsicherheit
Da jetzt mehr Unsicherheit in Bezug auf Gefahren besteht, sollte künftig die Ausfallsicherheit anstelle des Risikos im Mittelpunkt des Infrastrukturdesigns und -betriebs stehen. Widerstandsfähigkeit bedeutet, dass Systeme extremen Wetterereignissen standhalten und schnell wieder in Betrieb gehen können.
Die Microgrid-Technologie ermöglicht den Betrieb einzelner Gebäude bei einem größeren Stromausfall und ist eine Möglichkeit, das Stromsystem widerstandsfähiger zu machen. (Amy Vaughn / US-Energieministerium, CC BY-ND) Dies bedeutet, dass Infrastrukturplaner ihre Entwurfsparameter nicht einfach ändern können - zum Beispiel, um einem 1000-jährigen Ereignis statt einem 100-jährigen Ereignis standzuhalten. Selbst wenn wir genau vorhersagen könnten, wie hoch diese neuen Risiken für das kommende Jahrhundert sein sollten, ist es technisch, finanziell oder politisch machbar, diese robusteren Systeme zu bauen?
Aus diesem Grund sind resilienzbasierte Ansätze erforderlich, die die Anpassungsfähigkeit betonen. Herkömmliche Ansätze legen Wert auf Robustheit, beispielsweise der Bau eines Deichs, der einem gewissen Anstieg des Meeresspiegels standhält. Diese Ansätze sind notwendig, aber angesichts der Risikounsicherheit brauchen wir andere Strategien in unserem Arsenal.
Zum Beispiel die Bereitstellung von Infrastrukturdiensten über alternative Mittel, wenn unsere primäre Infrastruktur ausfällt, z. B. die Bereitstellung von Mikronetzen vor Hurrikanen. Oder Planer können Infrastruktursysteme so konzipieren, dass bei einem Ausfall die Folgen für das menschliche Leben und die Wirtschaft minimiert werden.
Dies ist eine kürzlich in den Niederlanden praktizierte Praxis, bei der die Rheindelta-Flüsse überflutet werden dürfen, die Menschen jedoch nicht in der Überschwemmungsfläche leben dürfen und die Landwirte einen Ausgleich erhalten, wenn ihre Ernte verloren geht.
Unsicherheit ist die neue Norm, und Zuverlässigkeit hängt von der Positionierung der Infrastruktur ab, um in dieser Unsicherheit operieren und sich darauf einstellen zu können. Wenn sich das Land weiterhin für den Aufbau der Infrastruktur des letzten Jahrhunderts einsetzt, können wir weiterhin mit Ausfällen dieser kritischen Systeme und den damit verbundenen Verlusten rechnen.
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation veröffentlicht.
Mikhail Chester, außerordentlicher Professor für Bau-, Umwelt- und Nachhaltigkeitsingenieurwesen, Arizona State University; Braden Allenby, Professor des Präsidenten und Lincoln Professor für Ingenieurwesen und Ethik, Fakultät für nachhaltiges Ingenieurwesen und gebaute Umwelt, Ira A. Fulton Fakultäten für Ingenieurwesen, Arizona State University; und Samuel Markolf, Postdoktorand, Forschungsnetzwerk zur Resilienz für extreme Nachhaltigkeit in Städten, Arizona State University
