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Milch ohne Kuh (MoK)
Eine „Grand Challenge“ für die Informatik
und auch für andere Disziplinen

Otto Spaniol
Informatik 4 (Kommunikation und verteilte Systeme)
RWTH Aachen, 52056 Aachen

spaniol@i4.de oder sogar: s@i4.de
Das berühmteste Beispiel
einer „Grand Challenge“:

NASA History Office
The Decision to Go to the Moon:
President John F. Kennedy's May 25, 1961 Speech
before a Joint Session of Congress

MAN ON THE MOON
Eine „Grand Challenge“ hat
folgende Eigenschaften:
•

Es geht um ein grundsätzliches (fundamentales) Problem

•

Das Problem ist schwierig, aber nicht unlösbar.

•

Ein Lösungsweg muss nicht angegeben werden.

•

Es darf keine Utopie sein.

•

Der Gegenbeweis darf noch nicht erbracht sein.

•

Die Lösung erfordert große, oft auch trans- oder
interdisziplinäre Anstrengungen
(und sollte auch "erlebbar" sein;
Zeithorizont ein bis zwei Generationen).

•

Das Anwendungsfeld / die Wirkung der Lösung ist breit
und ökonomisch, sozial bzw. gesellschaftlich relevant.

•

Das Problem bzw. die Herausforderung
ist allgemeinverständlich und griffig,
d.h. auch leicht kommunizierbar.

•

Die Wirkung lässt sich mit einem allgemeinverständlichen Szenario veranschaulichen.

On May 25, 1961, President John F. Kennedy announced before a special joint session of
Congress the dramatic and ambitious goal of sending an American safely to the Moon before
the end of the decade. A number of political factors affected Kennedy's decision and the
timing of it. In general, Kennedy felt great pressure to have the United States "catch up to and
overtake" the Soviet Union in the "space race." Four years after the Sputnik shock of 1957,
the cosmonaut Yur i Gagarin had become the first human in space on April 12, 1961, greatly
embarrassing the U.S. While Alan Shepard became the first American in space on May 5, he
only flew on a short suborbital flight instead of orbiting the Earth, as Gagarin had done. In
addition, the Bay of Pigs fiasco in mid-April put unquantifiable pressure on Kennedy. He
wanted to announce a program that the U.S. had a strong chance at achieving before the
Soviet Union. After consulting with Vice President Johnson, NASA Administrator James
Webb, and other officials, he concluded that landing an American on the Moon would be a
very challenging technological feat, but an area of space exploration in which the U.S.
actually had a potential lead. Thus the cold war is the primary contextual lens through which
many historians now view Kennedy's speech.

John F. Kennedys „Grand Challenge“: am 25. Mai 1961

Mondlandung (if any!): am 21. Juli 1969
Die allermeisten „Grand Challenges“ der Informatik sind:
•
•
•

viel zu kleinteilig
fachidiotisch (Nerd-Charakter) und unverständlich
zu kurzfristig angelegt (nicht visionär genug)

Daher eine bessere (viel griffigere) Grand Challenge:

Milch ohne Kuh (MoK)
Vision:
Erzeugung von Milch
(sowie darauf aufbauend
auch von Käse etc.)
ohne die drei “Um´s“,
nämlich ohne den
- umständlichen
- umweltschädlichen
- Umweg über die Milchkuh,
der eigentlich
„um“-vernünftig
genannt werden muss.
Begründung des Bedarfs für eine solche Maßnahme:
Milch, insbesondere Kuhmilch, ist von größter gesellschaftlicher
und ökonomischer Bedeutung. Aber eine durchschnittliche Kuh
erzeugt mehr CO2 als ein Mittelklassewagen, weil sie soviel furzt!
Die Menschheit wird sich die konventionelle Erzeugung von Milch
nicht mehr sehr lange leisten können.
Zu den nackten Furz-Zahlen:
Bei 15.000 gefahrenen Kilometern
im Jahr bläst ein
Mittelklassewagen rund zwei
Tonnen CO2 in die Atmosphäre.
Die jährliche Luftverschmutzung
durch das Methan der Kuh
entspricht aber einer CO2 -Menge
von drei Tonnen.
Die Kuh ist im Vergleich zum Auto
also der größere Klimakiller.
Es ist allerdings zu beachten,
dass es mehr Autos als Kühe gibt.
In Deutschland gibt es 43,4 Mio PKW,
die 609 Milliarden km pro Jahr
zurücklegen (also im Mittel ca. 14.000
km pro Jahr) und dabei jeweils zwei
Tonnen CO2 ausstoßen.
Mittlere Fahrleistung, CO2-Ausstoß
und Zahl der PKW sinken langsamer
als erhofft, aber permanent (wegen
CarSharing, verbesserter Motoren,
leistungsfähigerer Vernetzung,...).

Es gibt 12,6 Mio Kühe,
die jeweils 3 Tonnen CO2 pro Jahr erzeugen,
auch wenn nicht alle (sondern nur etwa ein Drittel) Milchkühe sind.
Kühe „liefern“ daher fast 44% des CO2 aller PKW - mit steigender Tendenz.
Für den Ablauf des Prozesses
„Produktion von Milch“ sind
keine Komponenten bekannt,
die über Gras, Wasser,
ein wenig Erde und ggf. Luft,
Wärme und Sonnenlicht
hinausgehen,
wobei Luft, Wasser, Wärme und
Licht zu verschiedenen Zeiten
ggf. in unterschiedlichen
Formen und Intensitäten
benötigt werden.
Als Zwischenglied der
Produktionskette wird seit
Jahrtausenden das Element
„Milchkuh“ eingesetzt.
Aber: Warum eigentlich????
Das ist völlig unverständlich!
Konkreter Lösungsansatz
Ausgangsgleichungen:
Kuh = g(Gras, Erde, Luft, Wasser, Licht, Wärme, Startkuh)
und
Milch = u(Kuh, Luft´, Wasser´, Licht´, Wärme´).
Erzeugung einer „Startkuh“:
Es gilt:
Kuh = h(Kuh,Bulle) = h(Kuh);
der Verzicht auf einen Bullen wird durch
Einsatz einer Samenbank erreicht.
Aus Nostalgie- oder Backup-Gründen wird
man trotzdem einige Bullen behalten können.
Die CO2-Bilanz würde sich dadurch nicht
wesentlich verschlechtern.
Es folgt:
Kuh = h(Kuh) = h(h(Kuh))
= h(h(h(Kuh))) = …. = h(h(h(…h(Kuh)…))) = h n(Kuh).
Also lassen sich die Startkühe aus dem
genetischen Material einer einzigen Kuh erzeugen.
Daher wird „kuhfrei“ umgerechnet:
Milch = u(Kuh, Luft´, Wasser´, Licht´, Wärme´).
= u(g(Gras, Erde, Luft, Wasser, Licht, Wärme), Luft´, Wasser´, Licht´, Wärme´)
= f(Gras, Erde, Luft, Luft´, Wasser, Wasser´, Licht, Licht´, Wärme, Wärme´).

Ein willkommenes Folgeprodukt dieser „Kuhelimination“ wird
künftig auch die Erzeugung von Rindersteaks oder von Leder sein,
ohne dass dafür Kühe benötigt werden.
MoK ist keine Utopie; siehe Aachener Zeitung vom 1. August 2013

Forscher entwickelt Burger aus Stammzellen:
Maastricht:
Dieses Interesse ist so ganz nach dem Geschmack des Wissenschaftlers: Der
niederländische Gefäßmediziner Mark Post hat offenbar einen Burger
entwickelt, ohne dass ein Tier dafür sterben musste. Am Montag will er das im
Labor aus Stammzellen von Rindermuskeln gezüchtete Produkt braten und
servieren.
Finanziert wird der Mediziner der Universität Maastricht von einem anonymen
Spender, der dann am Montag neben dem Burger vorgestellt werden soll. Die
Neugier ist weltweit derart groß, dass der genaue Ort, an dem Post braten will,
ein wohl gehütetes Geheimnis ist. Auf der Internetseite der Universität
Maastricht wird die Kochstunde live übertragen.
Zum Zeithorizont der Lösung:
Kommt auf die Intensität an, mit der die Informatik Fortschritte macht
und mit der sich die internationale Community diesem für das Überleben
der Menschheit zentralen Problem zuwendet.
Wenn man eine Extrapolation aus den bisherigen Erfahrungen mit der
Entwicklung der Rechnertechnologie wagt,
dann ist ein Zeitraum von ca. 60 Jahren bis zur Lösung durchaus realistisch.
Wir hoffen auf einen intensiven und produktiven Wettbewerb zwischen
- Landwirtschaft, Automobilproduktion, Verkehrsplanung,Chemie.
Lebenswissenschaften, Bioökonomie,Logistik, ….
mit dem Ziel, die CO2-Bilanz so weit wie möglich zu verbessern.
Dieser Wettbewerb muss von der Informatik/Informationstechnik koordiniert
werden.
Rolle der Informatik bei MoK:
Die Informatik
....

stellt die Algorithmen zur Lösung
von MoK bereit

....

liefert Werkzeuge zur Simulation
der Abläufe

....

beteiligt sich an den
Implementierungsvorgängen

....

steuert Verfahren zur Verifikation,

....

zur Bewertung der erarbeiteten
Zwischenschritte

....

und erstellt Tests zur Beurteilung
der Langzeitwirkung der MoK-Umstellung
Also:
Auf ans Werk! Packen wir´s an!

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Milch ohne Kuh

  • 1. Milch ohne Kuh (MoK) Eine „Grand Challenge“ für die Informatik und auch für andere Disziplinen Otto Spaniol Informatik 4 (Kommunikation und verteilte Systeme) RWTH Aachen, 52056 Aachen spaniol@i4.de oder sogar: s@i4.de
  • 2. Das berühmteste Beispiel einer „Grand Challenge“: NASA History Office The Decision to Go to the Moon: President John F. Kennedy's May 25, 1961 Speech before a Joint Session of Congress MAN ON THE MOON Eine „Grand Challenge“ hat folgende Eigenschaften: • Es geht um ein grundsätzliches (fundamentales) Problem • Das Problem ist schwierig, aber nicht unlösbar. • Ein Lösungsweg muss nicht angegeben werden. • Es darf keine Utopie sein. • Der Gegenbeweis darf noch nicht erbracht sein. • Die Lösung erfordert große, oft auch trans- oder interdisziplinäre Anstrengungen (und sollte auch "erlebbar" sein; Zeithorizont ein bis zwei Generationen). • Das Anwendungsfeld / die Wirkung der Lösung ist breit und ökonomisch, sozial bzw. gesellschaftlich relevant. • Das Problem bzw. die Herausforderung ist allgemeinverständlich und griffig, d.h. auch leicht kommunizierbar. • Die Wirkung lässt sich mit einem allgemeinverständlichen Szenario veranschaulichen. On May 25, 1961, President John F. Kennedy announced before a special joint session of Congress the dramatic and ambitious goal of sending an American safely to the Moon before the end of the decade. A number of political factors affected Kennedy's decision and the timing of it. In general, Kennedy felt great pressure to have the United States "catch up to and overtake" the Soviet Union in the "space race." Four years after the Sputnik shock of 1957, the cosmonaut Yur i Gagarin had become the first human in space on April 12, 1961, greatly embarrassing the U.S. While Alan Shepard became the first American in space on May 5, he only flew on a short suborbital flight instead of orbiting the Earth, as Gagarin had done. In addition, the Bay of Pigs fiasco in mid-April put unquantifiable pressure on Kennedy. He wanted to announce a program that the U.S. had a strong chance at achieving before the Soviet Union. After consulting with Vice President Johnson, NASA Administrator James Webb, and other officials, he concluded that landing an American on the Moon would be a very challenging technological feat, but an area of space exploration in which the U.S. actually had a potential lead. Thus the cold war is the primary contextual lens through which many historians now view Kennedy's speech. John F. Kennedys „Grand Challenge“: am 25. Mai 1961 Mondlandung (if any!): am 21. Juli 1969
  • 3. Die allermeisten „Grand Challenges“ der Informatik sind: • • • viel zu kleinteilig fachidiotisch (Nerd-Charakter) und unverständlich zu kurzfristig angelegt (nicht visionär genug) Daher eine bessere (viel griffigere) Grand Challenge: Milch ohne Kuh (MoK)
  • 4. Vision: Erzeugung von Milch (sowie darauf aufbauend auch von Käse etc.) ohne die drei “Um´s“, nämlich ohne den - umständlichen - umweltschädlichen - Umweg über die Milchkuh, der eigentlich „um“-vernünftig genannt werden muss.
  • 5. Begründung des Bedarfs für eine solche Maßnahme: Milch, insbesondere Kuhmilch, ist von größter gesellschaftlicher und ökonomischer Bedeutung. Aber eine durchschnittliche Kuh erzeugt mehr CO2 als ein Mittelklassewagen, weil sie soviel furzt! Die Menschheit wird sich die konventionelle Erzeugung von Milch nicht mehr sehr lange leisten können.
  • 6. Zu den nackten Furz-Zahlen: Bei 15.000 gefahrenen Kilometern im Jahr bläst ein Mittelklassewagen rund zwei Tonnen CO2 in die Atmosphäre. Die jährliche Luftverschmutzung durch das Methan der Kuh entspricht aber einer CO2 -Menge von drei Tonnen. Die Kuh ist im Vergleich zum Auto also der größere Klimakiller. Es ist allerdings zu beachten, dass es mehr Autos als Kühe gibt.
  • 7. In Deutschland gibt es 43,4 Mio PKW, die 609 Milliarden km pro Jahr zurücklegen (also im Mittel ca. 14.000 km pro Jahr) und dabei jeweils zwei Tonnen CO2 ausstoßen. Mittlere Fahrleistung, CO2-Ausstoß und Zahl der PKW sinken langsamer als erhofft, aber permanent (wegen CarSharing, verbesserter Motoren, leistungsfähigerer Vernetzung,...). Es gibt 12,6 Mio Kühe, die jeweils 3 Tonnen CO2 pro Jahr erzeugen, auch wenn nicht alle (sondern nur etwa ein Drittel) Milchkühe sind. Kühe „liefern“ daher fast 44% des CO2 aller PKW - mit steigender Tendenz.
  • 8. Für den Ablauf des Prozesses „Produktion von Milch“ sind keine Komponenten bekannt, die über Gras, Wasser, ein wenig Erde und ggf. Luft, Wärme und Sonnenlicht hinausgehen, wobei Luft, Wasser, Wärme und Licht zu verschiedenen Zeiten ggf. in unterschiedlichen Formen und Intensitäten benötigt werden. Als Zwischenglied der Produktionskette wird seit Jahrtausenden das Element „Milchkuh“ eingesetzt. Aber: Warum eigentlich???? Das ist völlig unverständlich!
  • 9. Konkreter Lösungsansatz Ausgangsgleichungen: Kuh = g(Gras, Erde, Luft, Wasser, Licht, Wärme, Startkuh) und Milch = u(Kuh, Luft´, Wasser´, Licht´, Wärme´). Erzeugung einer „Startkuh“: Es gilt: Kuh = h(Kuh,Bulle) = h(Kuh); der Verzicht auf einen Bullen wird durch Einsatz einer Samenbank erreicht. Aus Nostalgie- oder Backup-Gründen wird man trotzdem einige Bullen behalten können. Die CO2-Bilanz würde sich dadurch nicht wesentlich verschlechtern.
  • 10. Es folgt: Kuh = h(Kuh) = h(h(Kuh)) = h(h(h(Kuh))) = …. = h(h(h(…h(Kuh)…))) = h n(Kuh). Also lassen sich die Startkühe aus dem genetischen Material einer einzigen Kuh erzeugen. Daher wird „kuhfrei“ umgerechnet: Milch = u(Kuh, Luft´, Wasser´, Licht´, Wärme´). = u(g(Gras, Erde, Luft, Wasser, Licht, Wärme), Luft´, Wasser´, Licht´, Wärme´) = f(Gras, Erde, Luft, Luft´, Wasser, Wasser´, Licht, Licht´, Wärme, Wärme´). Ein willkommenes Folgeprodukt dieser „Kuhelimination“ wird künftig auch die Erzeugung von Rindersteaks oder von Leder sein, ohne dass dafür Kühe benötigt werden.
  • 11. MoK ist keine Utopie; siehe Aachener Zeitung vom 1. August 2013 Forscher entwickelt Burger aus Stammzellen: Maastricht: Dieses Interesse ist so ganz nach dem Geschmack des Wissenschaftlers: Der niederländische Gefäßmediziner Mark Post hat offenbar einen Burger entwickelt, ohne dass ein Tier dafür sterben musste. Am Montag will er das im Labor aus Stammzellen von Rindermuskeln gezüchtete Produkt braten und servieren. Finanziert wird der Mediziner der Universität Maastricht von einem anonymen Spender, der dann am Montag neben dem Burger vorgestellt werden soll. Die Neugier ist weltweit derart groß, dass der genaue Ort, an dem Post braten will, ein wohl gehütetes Geheimnis ist. Auf der Internetseite der Universität Maastricht wird die Kochstunde live übertragen.
  • 12. Zum Zeithorizont der Lösung: Kommt auf die Intensität an, mit der die Informatik Fortschritte macht und mit der sich die internationale Community diesem für das Überleben der Menschheit zentralen Problem zuwendet. Wenn man eine Extrapolation aus den bisherigen Erfahrungen mit der Entwicklung der Rechnertechnologie wagt, dann ist ein Zeitraum von ca. 60 Jahren bis zur Lösung durchaus realistisch. Wir hoffen auf einen intensiven und produktiven Wettbewerb zwischen - Landwirtschaft, Automobilproduktion, Verkehrsplanung,Chemie. Lebenswissenschaften, Bioökonomie,Logistik, …. mit dem Ziel, die CO2-Bilanz so weit wie möglich zu verbessern. Dieser Wettbewerb muss von der Informatik/Informationstechnik koordiniert werden.
  • 13. Rolle der Informatik bei MoK: Die Informatik .... stellt die Algorithmen zur Lösung von MoK bereit .... liefert Werkzeuge zur Simulation der Abläufe .... beteiligt sich an den Implementierungsvorgängen .... steuert Verfahren zur Verifikation, .... zur Bewertung der erarbeiteten Zwischenschritte .... und erstellt Tests zur Beurteilung der Langzeitwirkung der MoK-Umstellung
  • 14. Also: Auf ans Werk! Packen wir´s an!