Warum führen gut gemeinte Maßnahmen in Stromnetzen oder Verkehrssystemen manchmal nicht zum gewünschten Ergebnis oder verschlechtern die Situation sogar? Eine neue Studie von Forschenden der TU Dresden und des Fraunhofer SCAI zeigt, dass nachhaltige Infrastrukturen oft anders reagieren als intuitiv erwartet.
Ein Überblicksartikel, veröffentlicht am 23. April 2026 in Nature Computational Science, macht deutlich: Zentrale Eigenschaften von Energie- und Mobilitätssystemen werden erst sichtbar, wenn man sie als komplexe, dynamische Gesamtsysteme betrachtet.
Prof. Marc Timme (TUD) und Dr. Mehrnaz Anvari (Fraunhofer SCAI) haben aktuelle Erkenntnisse zur Dynamik vernetzter Infrastrukturen zusammengetragen. Im Fokus steht, wie Stromnetze und Verkehrssysteme auf Veränderungen reagieren und warum auch kleine und scheinbar unwichtige Veränderungen oft größere und unerwartete Folgen haben.
Viele dieser Infrastrukturen bestehen aus einer Vielzahl miteinander verbundener Komponenten. Ihre Funktion, zum Beispiel die Versorgung mit elektrischer Energie, entsteht erst im Zusammenspiel dieser Teile und ihrer Wechselwirkungen. Fachleute sprechen von „kollektiver Dynamik“. Genau hier liegt eine zentrale Herausforderung für Nachhaltigkeit. Systeme wie Stromnetze oder Verkehr reagieren empfindlich und oft schwer vorhersagbar auf Änderungen, Schwankungen und äußere Einflüsse.
Ein Beispiel ist die elektrische Energieversorgung. Mit dem wachsenden Anteil erneuerbarer Energien wird die Stromproduktion ungleichmäßiger und schwerer vorhersehbar. Gleichzeitig verändern digitale Technologien und neue Nutzungsformen die Mobilität. Beide Entwicklungen erhöhen die Anforderungen an Planung und Betrieb der zugrunde liegenden Systeme.
Die Studie zeigt zudem, dass scheinbar naheliegende Lösungen nicht immer greifen und warum das der Fall ist. So können zusätzliche Verbindungen in einem Netzwerk dessen Leistungsfähigkeit sogar verschlechtern. Ein Effekt, der als Braess-Paradox bekannt ist und der sowohl in Verkehrsnetzen als auch in Stromnetzen auftreten kann.
Um solche Dynamiken besser zu verstehen, kombinieren die Forschenden Datenanalyse, Simulationen und theoretische Modelle. Ziel ist es, das Verhalten komplexer Systeme zuverlässiger vorhersagen und sie robuster gegen Störungen zu gestalten.
„Wir müssen lernen, Infrastrukturen als dynamische Gesamtsysteme zu denken“, sagt Marc Timme. „Nur so können wir ihre Stabilität sichern und sie nachhaltig weiterentwickeln.“
Die Ergebnisse sind relevant für viele Bereiche des Alltags. Sie betreffen die Versorgung mit Energie, den Verkehr in Städten und den Umgang mit neuen Technologien. Die Arbeit liefert eine wissenschaftliche Grundlage, um nachhaltige Infrastrukturen künftig resilienter zu gestalten.
Das Paper ist online verfügbar unter https://doi.org/10.1038/s43588-026-00971-5.
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