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Mehr zum Thema / Anna Riedler, Stefan Thaler / Mittwoch 01.12.21

Inno­va­ti­on plus Ver­än­de­rung: Umsteu­ern wird kein Kinderspiel

Neue Antriebs­tech­no­lo­gien, erneu­er­ba­re Ener­gie­trä­ger und res­sour­cen­scho­nen­de Bau­wei­sen: Span­nen­de Ansät­ze, um CO2 zu ver­mei­den, zu redu­zie­ren oder zu „ver­gra­ben“ gibt es der­zeit vie­le. Was davon tat­säch­lich ziel­füh­rend ist und war­um man trotz aller Inno­va­tio­nen letzt­lich nicht dar­an vor­bei­kom­men wird, täg­li­che Rou­ti­nen und tra­di­tio­nel­le Ansät­ze zu ver­än­dern, erklä­ren Exper­ten im Gespräch mit APA-Science.

„Ein Groß­teil der Gebäu­de wird fos­sil beheizt, ein Groß­teil der Mobi­li­tät wird mit fos­sil befeu­er­ten Autos und Lkws bewerk­stel­ligt und im Pro­duk­ti­ons­be­reich gibt es ganz har­te Nüs­se wie Beton und Stahl“, skiz­ziert Hel­mut Haberl vom Insti­tut für Sozia­le Öko­lo­gie der Uni­ver­si­tät für Boden­kul­tur (Boku) die gro­ßen CO2-Pro­blem­fel­der. Natür­lich gebe es in die­sen Berei­chen viel ver­spre­chen­de Tech­no­lo­gien. Letzt­end­lich bedür­fe es aber einer Gesamt­um­stel­lung, wie unse­re Gesell­schaft funk­tio­niert: „Die Vor­stel­lung, dass die Inge­nieu­re irgend­et­was machen und dann leben wir nach­hal­tig wei­ter als wäre nichts gewe­sen, hal­te ich für höchst naiv“, so Haberl.

„Wir brau­chen jede Reduk­ti­on, die wir krie­gen können.” Sozi­al­öko­lo­ge Hel­mut Haberl 

Tech­no­lo­gi­sche Inno­va­ti­on und die Reduk­ti­on des Res­sour­cen­be­darfs sei­en nicht von­ein­an­der zu tren­nen. „Wir brau­chen jede Reduk­ti­on, die wir krie­gen kön­nen. Den Rest, bei dem das nur sehr schwer mög­lich ist, durch erneu­er­ba­re Ener­gie zu decken, wird schwie­rig genug“, ver­weist der Exper­te bei­spiels­wei­se auf das The­ma Was­ser­stoff. Allei­ne für die Stahl­in­dus­trie bräuch­te es gigan­ti­sche Men­gen, die man öko­lo­gisch ver­träg­lich der­zeit nicht zur Ver­fü­gung habe. „Was­ser­stoff ist bekannt­lich kein Pri­mär­ener­gie­trä­ger. Den kann man in kei­nem Berg­werk abbau­en. Man muss ihn erzeu­gen, indem man eine Men­ge Ener­gie inves­tiert“, erläu­tert Haberl.

Methan­py­ro­ly­se aus Erd­gas bei der ele­men­ta­rer Koh­len­stoff und Was­ser­stoff ent­ste­hen, könn­te even­tu­ell eine Brü­cken­tech­no­lo­gie sein. Aber auch das wer­de in quan­ti­ta­ti­ver Hin­sicht kei­ne Lösung sein, durch die man den heu­ti­gen fos­si­len Ener­gie­be­darf erset­zen könn­te. Natür­lich las­se sich Was­ser­stoff durch Elek­tro­ly­se kli­ma­freund­lich erzeu­gen, wenn der Strom aus Pho­to­vol­ta­ik (PV) stammt – aller­dings brau­che es dann gro­ße Men­gen Roh­stof­fe für die Anla­gen und Land für die PV-Panee­le, also sei auch das nicht unbegrenzt.

Was­ser­stoff ist kein Wunderwuzzi

Was­ser­stoff soll­te Anwen­dun­gen vor­be­hal­ten blei­ben, bei denen eine direk­te Elek­tri­fi­zie­rung mit grü­nem Strom nicht mög­lich ist – etwa in der Indus­trie, bei Fern­flü­gen und im Schiffs­ver­kehr, strei­chen auch Exper­ten aus sechs deut­schen Insti­tu­ten in einem Papier für das von Ber­lin geför­der­te Koper­ni­kus-Pro­jekt Ari­ad­ne her­vor. Um bis 2030 auch nur ein Pro­zent der End­ener­gie­nach­fra­ge in der EU mit hei­mi­schem grü­nem Was­ser­stoff zu decken, müs­se des­sen Pro­duk­ti­on um rund 70 Pro­zent pro Jahr von 2023 bis 2030 stei­gen, sagt Fal­ko Ueckerdt vom Pots­dam-Insti­tut für Kli­ma­fol­gen­for­schung. Dem Poten­zi­al von Was­ser­stoff hat sich APA-Sci­ence im Vor­jahr aus­führ­lich in einem The­men­schwer­punkt gewidmet.

„In der Schiff­fahrt wird ver­sucht, auf Was­ser­stoff und Brenn­stoff­zel­le umzu­rüs­ten. Das passt, weil das Betriebs­ver­hal­ten von Brenn­stoff­zel­len dar­auf aus­ge­legt ist, eine kon­stan­te Leis­tung über einen kon­stan­ten Zeit­raum abzu­ge­ben“, erklärt Chris­tof Sume­re­der vom Insti­tut für Energie‑, Ver­kehrs- und Umwelt­ma­nage­ment an der FH Joan­ne­um. Das eig­ne sich auch gut für Züge, LKW, Bus­se – also gro­ße Ein­hei­ten, die lan­ge kon­stant und weit fah­ren. Für Autos im Stadt­ver­kehr brau­che es hin­ge­gen einen Puf­fer­spei­cher für die über­schüs­si­ge Ener­gie. „Mei­nes Erach­tens kann man mit Was­ser­stoff­ahr­zeu­gen zei­gen, was tech­nisch alles mög­lich ist, aber ich glau­be nicht, dass sie sich gegen Elek­tro­au­tos durch­set­zen wer­den“, so Sume­re­der, der gleich­zei­tig auf das der­zei­ti­ge Pro­blem mit dem Bat­te­rie­re­cy­cling hin­weist. Hier gebe es aber bereits Pro­jek­te, um den Bat­te­rie­zy­klus durch den ander­wei­ti­gen Ein­satz als Strom­spei­cher zu verlängern.

HyMe­thShip: Emis­si­ons­freie Schifffahrt

 

Auf die Schiff­fahrt ent­fal­len rund 80 Pro­zent des glo­ba­len Waren­ver­kehrs. Das Mari­ne­for­schungs­pro­jekt HyMe­thShip vom Lar­ge Engi­nes Com­pe­tence Cen­ter (LEC) und der TU Graz sowie wei­te­ren Part­nern aus sechs EU-Län­dern hat sich das Ziel gesetzt, die Treib­haus­gas­emis­sio­nen in die­sem Bereich stark zu redu­zie­ren und gleich­zei­tig die Ener­gie­ef­fi­zi­enz zu stei­gern. Dafür wer­den meh­re­re Tech­no­lo­gien kom­bi­niert: ein Mem­bran­re­ak­tor, ein Sys­tem zur CO2 ‑Abschei­dung, ein Spei­cher­sys­tem für CO2 und Metha­nol und ein Was­ser­stoff­ver­bren­nungs­mo­tor. Der Was­ser­stoff dafür wird direkt an Bord des Schif­fes her­ge­stellt. Damit sol­len CO2-Emis­sio­nen um 97 Pro­zent und Stick­oxi­de um 80 Pro­zent redu­ziert und gleich­zei­tig die Ener­gie­ef­fi­zi­enz um 45 Pro­zent gestei­gert werden.

„Super­block“ statt Stau

„Jeden Kilo­me­ter, den man nicht mit dem Auto fährt, muss man nicht dekar­bo­ni­sie­ren“, ortet Haberl in der Tren­nung von Woh­nen und Arbei­ten ein Rie­sen­pro­blem: „Je grö­ßer die Distan­zen sind, die die Men­schen jeden Tag zurück­le­gen müs­sen, des­to grö­ßer sind die Schwie­rig­kei­ten, die­se Wege Koh­len­stoff-neu­tral zu machen.“ Er sieht hier vor allem Infra­struk­tur­po­li­tik, Raum­ord­nung und Sied­lungs­ent­wick­lung gefor­dert und ver­weist auf das „Superblock“-Modell, das bei­spiels­wei­se in Bar­ce­lo­na ange­wen­det wur­de. Hier gehe es um ein­fa­che Lösun­gen, die das Leben im dicht ver­bau­ten Gebiet attrak­ti­ver machen sol­len, etwa durch mehr Grün­flä­chen und Gemein­schafts­plät­ze im Frei­en. „Wir for­schen dar­an, was man tun kann, um das auch in Wien umzu­set­zen“, sagt Haberl.

Der ange­nehms­te Arbeits­weg wäre sei­ner Ansicht nach, wenn man 500 Meter oder einen Kilo­me­ter vom Arbeits­ort ent­fernt woh­nen wür­de und dort gemüt­lich hin­spa­zie­ren oder mit dem Fahr­rad fah­ren könn­te – und das womög­lich in einer ange­neh­men Umge­bung. „Wir müs­sen uns über­le­gen, wozu wir denn die Mobi­li­tät über­haupt brau­chen. Ich habe ein Pro­blem damit, dass das immer als Ver­zichts­de­bat­te geframed wird und man sagt, dass die Men­schen auf tol­le Din­ge, die sie heu­te haben, in Zukunft ver­zich­ten müs­sen. Als ob es so attrak­tiv wäre, mit dem Auto auf der Ein­fahrts­stra­ße im Stau zu ste­hen, wenn man nach Wien pen­delt“, so der Sozi­al­öko­lo­ge, der laut der vom Daten­kon­zern Cla­ri­va­te ver­öf­fent­lich­ten Lis­te der „High­ly Cited Rese­ar­chers 2021” zum „Who is who” der welt­weit ein­fluss­reichs­ten For­scher zählt.

Tiny Power Box: Viel Bat­te­rie­leis­tung auf klei­nem Raum

 

Der Akku ist neben dem Elek­tro­mo­tor das zen­tra­le Bau­teil eines Elek­tro-Autos. Aktu­ell bedeu­tet eine grö­ße­re Bat­te­rie auch eine grö­ße­re Reich­wei­te. Das Pro­jekt Tiny Power Box der Sili­con Aus­tria Labs will das ver­än­dern und eine klei­ne­re Bat­te­rie mit weni­ger Gewicht, weni­ger Bestand­tei­len ent­wi­ckeln, die gleich­zei­tig weni­ger Ener­gie in Form von Wär­me ver­liert und mehr Leis­tung erbringt.

Null­ener­gie-Häu­ser als Standard

Nur zu einem gerin­gen Grad durch Ver­hal­tens­än­de­run­gen beein­flus­sen kön­ne man den Heiz­ener­gie­be­darf im Gebäu­de­be­stand. Im Neu­bau wie­der­um wür­den die tech­ni­schen Mit­tel kaum aus­ge­schöpft. „Man könn­te ja auch Null­ener­gie-Häu­ser, die gar kein akti­ves Heiz­sys­tem brau­chen, bau­en. Wir tun es nicht. Das ist total schi­zo­phren ange­sichts des Ver­spre­chens, dass wir in 18 Jah­ren CO2-neu­tral sein wol­len. Die Heiz­sys­te­me, die da ver­baut wer­den, müs­sen wir dann wie­der dekar­bo­ni­sie­ren“, kri­ti­siert Haberl. Es sei unver­ständ­lich, dass man nicht auf den Null­ener­gie­stan­dard set­ze – „tech­nisch seit 20 Jah­ren mach­bar und auch betriebs­wirt­schaft­lich nicht außer­halb der Reich­wei­te“. Es habe zwar in den ver­gan­ge­nen Jah­ren Ver­bes­se­run­gen gege­ben, aber bei wei­tem nicht genug.

Eine posi­ti­ve Ent­wick­lung im Gebäu­de­be­reich, die auf Initia­ti­ven wie „Raus aus dem Öl“, die Instal­la­ti­on von Solar­ther­mie- und Pho­to­vol­ta­ik­an­la­gen, die ther­mi­sche Sanie­rung bezie­hungs­wei­se den Nied­rig­ener­gie­stan­dard im Neu­bau zurück­zu­füh­ren ist, sieht auch Sume­re­der. Finan­zi­el­le Anrei­ze, För­de­run­gen oder schlicht das Bewusst­sein etwas bei­tra­gen zu kön­nen, sei für vie­le Moti­va­ti­on an der Kli­ma­wen­de teil­zu­ha­ben und damit den CO2-Austoß zu redu­zie­ren oder zu ver­hin­dern, ist der Exper­te über­zeugt. Aller­dings gebe es noch immer 600.000 Haus­hal­te in Öster­reich, die mit Öl beheizt wer­den. Durch den Umstieg auf Pho­to­vol­ta­ik und eine Wär­me­pum­pe, lie­ße sich viel CO2 ein­spa­ren, auch weil Trans­port- und Umwand­lungs­ver­lus­te weg­fal­len. Außer­dem wür­den die Net­ze entlastet.

Bio­mas­se aus wei­ter Ferne

Groß im Kom­men sei Bio­mas­se, aller­dings ste­he in Öster­reich davon zum Teil nicht genü­gend zur Ver­fü­gung. „Es ist ja auch schon durch die Pres­se gegan­gen, dass Holz oder Pel­lets von irgend­wo­her tau­sen­de Kilo­me­ter nach Öster­reich ange­lie­fert wur­den. Das ist natür­lich dann auch nicht toll“, so Sume­re­der. Ziel wäre, die hei­mi­schen Res­sour­cen zu nut­zen. „Mit Sor­ge“ sieht hin­ge­gen Haberl Pro­gram­me, wo Ölhei­zun­gen durch Bio­mas­se­kes­sel ersetzt wer­den sol­len: „Das hal­te ich für pro­ble­ma­tisch, weil man die Bio­mas­se nur in einem bestimm­ten Maße Koh­len­stoff-neu­tral bereit­stel­len kann. Bio­mas­se­ver­bren­nung ist nicht per se Kohlenstoff-neutral.“

Abge­se­hen vom Hei­zen gehe es letzt­lich auch um die Fra­ge, wie viel über­haupt neu gebaut wer­den müs­se. „Vie­le Objek­te sind ja nicht unbe­dingt einem drin­gen­den Wohn­be­dürf­nis geschul­det, son­dern dem Inves­ti­ti­ons­be­dürf­nis von Men­schen, die viel Geld haben und die­ses Geld als Beton­gold anle­gen wol­len. Aber je mehr wir bau­en, des­to mehr wer­den wir in Zukunft Res­sour­cen brau­chen, um die­se Gebäu­de zu benut­zen und zu behei­zen, zu beleuch­ten sowie mit Unter­hal­tungs­elek­tro­nik und Kühl­schrän­ken voll zu stel­len“, meint Haberl. Letzt­end­lich wür­den so wie­der ener­gie­in­ten­si­ve Struk­tu­ren geschaffen.

Gebäu­de mal ein­fach recyceln?

Neue Ansät­ze, Gebäu­de zu recy­celn, sei­en zwar gut, wür­den aber sehr schnell an Gren­zen sto­ßen. „Mate­ri­al­ge­mi­sche wie­der zu ent­mi­schen, damit man etwas Sinn­vol­les dar­aus machen kann, braucht zum Teil viel Ener­gie. Wenn ich mein Han­dy anschaue, da ist es das gan­ze Peri­oden­sys­tem der Ele­men­te drin­nen. Wenigs­tens ein paar Kom­po­nen­ten am Ende des Pro­dukt­le­bens, das ja nicht sehr lang ist, wie­der aus­ein­an­der zu bekom­men, scheint eine ziem­li­che Her­aus­for­de­rung zu sein“, kon­sta­tiert der Exper­te. Knack­punkt sei, ob die Umwelt­be­las­tun­gen durch die Tren­nung der Res­sour­cen höher sind als der Gewinn durch die Nicht­ver­wen­dung von Pri­mär­res­sour­cen. Hier müs­se man schon beim Design anset­zen, „damit die Din­ge am Ende zer­leg­bar sind“.

Außer­dem sei Gebäu­de­re­cy­cling meist ein Down­cy­cling. Es wer­de also aus einem Mate­ri­al, das vor­her eine hoch­wer­ti­ge Funk­ti­on hat­te, wie zum Bei­spiel ein Stahl­be­ton­ele­ment, hin­ter­her ein Mate­ri­al, das eine nied­rig­wer­ti­ge Funk­ti­on hat, zum Bei­spiel ein Beschüt­tungs­ele­ment. Trotz­dem sei es in vie­len Berei­chen sinn­voll, die Stadt als Sekun­där-Roh­stoff­la­ger zu betrach­ten und zum Bei­spiel beim Gebäu­de­ab­riss das Kup­fer raus­zu­be­kom­men. „Wenn man das eini­ger­ma­ßen sau­ber macht, dann ist es natür­lich ener­gie­spa­ren­der den Kup­fer­schrott ein­zu­schmel­zen und neue Sachen dar­aus zu machen als Pri­mär-Kup­fer zu erzeu­gen“, erklärt Haberl.

Wachs­tum braucht Primär-Material

Grund­sätz­lich könn­te die Input­sei­te aber nicht 100 Pro­zent zir­ku­lär wer­den, solan­ge immer mehr Gebäu­de und Infra­struk­tu­ren ent­ste­hen. „Wenn die Bestän­de wach­sen, was sie tun, brau­che ich Pri­mär-Mate­ri­al, um zumin­dest die­ses Wachs­tum zu ermög­li­chen. Dazu kommt, dass es umso mehr Erneue­rung und Inves­ti­tio­nen braucht, je älter die­se Bestän­de wer­den. Und umso mehr Res­sour­cen­ver­brauch hat man, um auf dem Level zu blei­ben. Das wird nie per­fekt zir­ku­lär wer­den. Man kann sich dem annä­hern ver­su­chen, aber es gibt ein natür­li­ches Limit.“

Auch ande­re Ansät­ze, wie Koh­len­stoff in Bau­stof­fen zu ver­wen­den („So viel kön­nen wir gar nicht bau­en“) oder Koh­len­stoff abzu­schei­den und irgend­wo zu lagern bezie­hungs­wei­se in die Böden zu brin­gen, sei­en quan­ti­ta­tiv betrach­tet kei­ne Lösung. „Das ist ganz wenig im Ver­gleich zu dem, was man tun müss­te, um die fos­si­le Ener­gie los­zu­wer­den. Da reden wir über kom­plett ande­re Grö­ßen­ord­nun­gen“, so Haberl. Durch Koh­len­stoff­ab­schei­dung, also CO2 aus den Abga­sen raus­ho­len, ver­flüs­si­gen und dann in Erd­gas- und Erd­öl-Lager­stät­ten ver­pres­sen, kön­ne fos­si­le Ener­gie bes­ten­falls Koh­len­stoff-neu­tral wer­den. Bei Bio­en­er­gie mit Koh­len­stoff­ab­schei­dung und ‑spei­che­rung (BECCS) wie­der­um wer­de Koh­len­stoff aus der Atmo­sphä­re gefil­tert und unter­ir­disch gebun­den. „Das kann man schon machen. Aller­dings sind dafür enor­me Inves­ti­tio­nen in die Frei­ma­chung der Flä­chen not­wen­dig, wenn man das in gro­ßem Stil machen will. Dann ist der Net­to-Effekt gleich schon wesent­lich klei­ner“, ver­weist Haberl auf aktu­el­le Publi­ka­tio­nen.

Ers­te CCS-Pilot­an­la­gen sind Energiefresser

An Tech­no­lo­gien wie CCS (Car­bon Cap­tu­re and Sto­rage) wer­de schon län­ger geforscht. Laut Sume­re­der haben die ers­ten Pilot­an­la­gen (Carb­Fix in Island und Clime­works in Hil­wil) gezeigt, dass der Anla­gen­be­trieb unver­hält­nis­mä­ßig viel Ener­gie benö­tigt und zusätz­li­che Emis­sio­nen ver­ur­sacht: Für die Fil­te­rung von einer Ton­ne CO2 wür­den 300 bis 580 Ton­nen CO2-Äqui­va­len­te pro­du­ziert. „Neben den Errich­tungs­kos­ten der Anla­ge selbst darf der Grund­flä­chen­be­darf nicht ver­ges­sen wer­den, es fal­len Betriebs­kos­ten für das not­wen­di­ge Sorp­ti­ons­mit­tel an und auch der Was­ser­be­darf muss gedeckt und die Fein­staub­ent­wick­lung bewäl­tigt wer­den“, streicht der Lei­ter des Ener­gy Ana­ly­tics & Solu­ti­on Lab gegen­über APA-Sci­ence hervor.

„Ich glau­be nicht, dass die Lösung eine tech­ni­sche Inno­va­ti­on sein wird, das kann ich mir nicht vor­stel­len. Ich glau­be eher, die Lösung wird sein, bestehen­de Pro­zes­se zu opti­mie­ren“, meint Sume­re­der. So habe eine Papier­fa­brik in der Nähe von Graz unge­nutz­te Pro­zess­wär­me durch eine mit eige­nem Öko­strom betrie­be­ne Wär­me­pum­pe ther­misch ange­ho­ben und ins Fern­wär­me­netz ein­ge­speist. Am Erz­berg sei wie­der­um der Trans­port des Erzes elek­tri­fi­ziert wor­den. „Die schwe­ren Last­fahr­zeu­ge fah­ren jetzt mit Elek­tro­mo­to­ren, wie eine Stra­ßen­bahn mit Ober­lei­tung. So kommt man auch im Berg­bau zuneh­mend weg vom Ver­bren­nungs­mo­tor“, nennt Sume­re­der Bei­spie­le. Aktu­el­le For­schungs­pro­jekt im Bereich Indus­trie und Ver­kehr sind auch im Gast­bei­trag des Kli­ma- und Ener­gie­fonds angeführt.

„Glau­be nicht mehr an Silberkugeln“

In Öster­reich wür­den der­zeit eini­ge Schrit­te in die rich­ti­ge Rich­tung gemacht, etwa Inves­ti­tio­nen in den Aus­bau des öffent­li­chen Ver­kehrs oder die Über­prü­fung der Infra­struk­tur­pro­jek­te im Bereich des Stra­ßen­baus, so Haberl. Im Gebäu­de­be­reich habe es Ver­bes­se­run­gen des Stan­dards gege­ben, aber bei wei­tem noch nicht genug. „Im Gro­ßen und Gan­zen ver­sucht man zumin­dest umzu­steu­ern. Die Fra­ge ist, ob es gesell­schaft­lich pas­sie­ren wird. Das ist kei­ne tech­ni­sche Fra­ge und es ist gro­tesk so zu tun als ob. Es geht auch nicht um eine Ver­zichts­de­bat­te. Mög­li­cher­wei­se ist es ein ande­res Leben als das heu­ti­ge, aber nicht unbe­dingt schlech­ter. Die Fra­ge ist, ob man es will und ob es gelingt, in den Struk­tu­ren ent­spre­chend umzu­steu­ern. Aber ohne die poli­ti­sche Aus­ein­an­der­set­zung geht es nicht. Ich bin bald 60 und glau­be nicht mehr an Sil­ber­ku­geln“, resü­miert Haberl.

SOLIF­LY: Mul­ti­funk­tio­na­le Flugzeug-Bauteile 

 

Obwohl der Luft­ver­kehr seit Aus­bruch der Coro­na­pan­de­mie abge­nom­men und die davon aus­ge­sto­ße­nen CO2-Emis­sio­nen 2020 im Ver­gleich zu 2019 um rund ein Drit­tel gesun­ken sind, spielt der Flug­ver­kehr den­noch eine gro­ße Rol­le im Kli­ma­wan­del. Seit Früh­ling 2021 forscht das Aus­tri­an Insti­tu­te of Tech­no­lo­gy gemein­sam mit der Uni­ver­si­tät Wien sowie inter­na­tio­na­len For­schungs­part­nern an mul­ti­funk­tio­na­len Bau­tei­len für Flug­zeu­ge, um die Elek­tri­fi­zie­rung der Flug­bran­che voranzutreiben.

 

Die Bau­tei­le sol­len einer­seits ihre regu­lä­re mecha­ni­sche Funk­ti­on erfül­len, ande­rer­seits auch als elek­tri­sche Ener­gie­spei­cher die­nen. Die dafür ein­ge­setz­ten Bat­te­rien sol­len die Ent­wick­lung von hybri­den elek­tri­schen Flug­zeu­gen ermöglichen.

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