Frühjahr 2010Editorial
Energien des 21. Jahrhunderts
Die heutige Weltenergieversorgung basiert zu 80 Prozent auf fossilen Energieträgern, also Gas, Öl, Kohle. Der Rest sind Kernenergie, Wasserkraft, Sonne und Wind. Zwei Drittel des weltweiten Energieverbrauchs entfällt auf nur ein Drittel der Menschen in den Industrieländern.
Steigender Energieverbrauch
Zur Begrenzung des Klimawandels fordert die Politik, weniger kohlenstoffhaltige Energieträger zu verbrennen. Aber ganz unabhängig von der Klimadebatte sind fossile Energieträger, wie alle Rohstoffe, endlich. Auch wenn das Öl noch nicht in 40 Jahren erschöpft ist, in spätestens 200 Jahren haben wir aber nach heutiger Erkenntnis die letzte Öllagerstätte, die uns technisch zugänglich ist, geleert. Der Ölverbrauch ist immerhin so hoch, dass wir in den nächsten 30 Jahren genauso viel Öl verbrauchen werden wie die gesamte Menschheit in den 130 Jahren seit sie Öl nutzt. Klar ist auch: Das billige Öl geht in den nächsten Jahrzehnten zu Ende. Dafür sorgt alleine schon die zunehmende Nachfrage aus Ländern wie China und Indien. Notwendig ist also der Übergang in eine zukünftige Energieversorgung, die weniger von den Energievorräten als vielmehr von sich erneuernden Energien lebt.
Es stellt sich die Frage, welche Möglichkeiten es dazu gibt. Es existieren verschiedene detaillierte Vorstellungen über die langfristige Struktur der Energieversorgung, z. B. bis zum Jahr 2050. Es ist aber nicht möglich, über so lange Zeiträume hinweg technik- und zahlscharf einen Energiemix als Ziel vorzugeben. Zu viele weltweite Rahmenbedingungen, technische Innovationen, gesellschaftliche Entwicklungen und weitere übergeordnete Gesichtspunkte sind über Jahrzehnte nicht vorhersehbar. Sinn macht es deshalb nicht, Szenarien zu beschreiben, sondern einige Beiträge, aus denen eine zukünftige Energieversorgung zusammen gesetzt sein könnte, zu betrachten.
Schlüsselrolle Energiesparen
Ein wichtiger Beitrag ist, weniger Energie zu verbrauchen. Dies kann dadurch geschehen, dass wir weniger Wohnfläche beheizen, weniger Geräte betreiben und mehr zu Fuß gehen. Es hat sich aber gezeigt, dass alles dies nicht besonders beliebt ist. Wir haben in der Vergangenheit vielmehr auf den Weg der effizienten Nutzung von Energie gesetzt. Die verbesserte Technik hat dazu geführt, dass das Auto pro Kilometer weniger Benzin, die Heizung pro Quadratmeter Wohnfläche weniger Öl oder Gas und der Kühlschrank weniger Strom verbraucht. Kompensiert wurden diese geringeren Verbräuche jedoch bisher weitestgehend durch unser Verhalten. Wir haben heute mehr Kühlschränke denn je, beheizen größere Wohnungen und das Auto verbraucht durch die Ausstattung mit mehr Komfort und mehr Sicherheit wieder mehr Treibstoff.
Einsparpotenziale bestehen auch bei den Gebäuden. Bei Neubauten lässt sich der Wärmebedarf zum Heizen bis auf ein 3-Liter-Haus reduzieren. Dies meint, dass man nur etwa 3 Liter Heizöl oder 3 m³ Erdgas pro Jahr und Quadratmeter braucht. Altbauten gleicher Größe ohne Wärmedämmung können bis zum zehnfachen verbrauchen. Das Einsparpotenzial ist auch im Altbaubereich groß, auch wenn man dort wohl nicht bis zum 3-Liter-Haus herunter gehen kann.
In der Industrie wird nach Kostengesichtspunkten gehandelt. Allerdings führt kurzfristiges wirtschaftliches Renditedenken dazu, dass nur die Einsparmaßnahmen realisiert werden, die sich in kurzen Amortisationszeiten rechnen.
Große Fortschritte bei der Energieeffizienz haben sich im Bereich der Stromerzeugung aufgetan. Verbesserte Techniken ermöglichen es heutzutage, 45 Prozent des Energieinhaltes der Kohle in elektrische Energie umzuwandeln; während der weltweite Durchschnitt bei nur 32 Prozent liegt. Der Export von moderner Kraftwerkstechnik, bei der Deutschland führend ist, eröffnet deswegen auch ein großes CO2-Minderungspotenzial weltweit und könnte zugleich für Wertschöpfung in der deutschen Industrie sorgen. Würden theoretisch alle Kraftwerke der Welt den mittleren deutschen Energieeffizienzstandard haben, wären damit bezogen auf die heutigen 32 Mrd. Tonnen CO2-Ausstoß Minderungen von zehn Prozent pro Jahr verbunden – das Dreifache der gesamten jährlichen deutschen Emissionen.
Hoffnungsträger erneuerbare Energien
Die größten Hoffnungen ruhen auf erneuerbaren Energien. Wasserkraft, Sonnenenergie und Windenergie haben den Vorteil, dass sie kein CO2 und keine Luftschadstoffe bei ihrer Nutzung freisetzen. Weltweit ist das Wasserkraftpotenzial bei weitem noch nicht ausgereizt, in Deutschland aber so gut wie. Große Beiträge erwartet man bei der Stromerzeugung aus der Windenergie. Bereits 21 000 Windenergieanlagen laufen an Land. Große Windparks werden in der Nord- und Ostsee europaweit errichtet. Die Stromerzeugung aus Windenergie an Land kostet heute zwischen sechs und neun Cent pro Kilowattstunde, das ist das 1,5 bis 2-fache der konventionellen Erzeugung. Für Offshore-Anlagen müssen weitere Kosten in Kauf genommen werden. Die Bundesregierung hat die Einspeisevergütung deswegen bis 2015 auf 15 Cent pro kWh hochgesetzt. Auch wenn mit zunehmenden Kosten für die CO2-Zertifikate die Stromerzeugungskosten aus Kohlekraftwerken steigen, werden Windenergieanlagen aber noch über längere Zeit hinweg den Strom teurer erzeugen. Bei Photovoltaikanlagen fallen die Kosten, liegen aber immer noch weit höher: Anlagen auf Hausdächern produzieren die Kilowattstunde für 35 Cent, die Tendenz geht aber mittelfristig wohl in Richtung 25 Cent.
Die volkswirtschaftliche Sinnhaftigkeit der Photovoltaikförderung wird in der öffentlichen Diskussion hinterfragt, da an anderer Stelle CO2-Emissionen billiger gesenkt werden könnten.
Windenergie und Photovoltaik können nur dann Strom produzieren, wenn der Wind oder die Sonne verfügbar sind. Sie sparen zwar Kohle und Erdgas ein, ersetzen aber keine Kohlekraftwerke und keine Erdgaskraftwerke.
Denkt man über mehrere Jahrzehnte hinaus, ergeben sich die Möglichkeiten, Wellenenergie und Osmoseanlagen zu nutzen.
Erforderlich ist auch der Ausbau des elektrischen Netzes. In der Vergangenheit wurden die Kraftwerke so nah wie möglich an die Verbrauchszentren gestellt, die Netze wurden dementsprechend dimensioniert. Seit etwa zehn Jahren hat sich europaweit alles verändert. Seit der Liberalisierung des Strommarktes können wir unsere elektrische Energie dort einkaufen, wo wir es am günstigsten ansehen. Entsprechend werden große Mengen Elektrizität in Europa verschoben. Von Norden sollen in Zukunft große Mengen Windstrom zusätzlich in das deutsche Netz eingespeist werden. Das Hochspannungsnetz muss flächendeckend in Deutschland und in ganz Europa ausgebaut werden.
Vision Desertec
Eine interessante Vision der langfristigen Stromversorgung ist die Nutzung der recht konstanten Sonnenenergieeinstrahlung nördlich und insbesondere südlich des Mittelmeeres durch Solarkraftwerke. Über Speicher – Tanks mit Öl- oder Salzschmelzen, die tagsüber aufgewärmt werden und nachts abkühlen – wird Wärme vom Tag in die Nacht verschoben, um auch dann Elektrizität zu erzeugen. Diese Solarkraftwerke können somit auch konventionelle Kraftwerke ersetzen. Solarkraftwerke in Kalifornien und Spanien laufen technisch gesehen zufriedenstellend. Die Stromerzeugungskosten liegen bei etwa 20 Cent pro Kilowattstunde, man erwartet aber, dass sie auf 15 Cent gesenkt werden können. Man käme damit in die Größenordnung der Stromerzeugungskosten für die Windenergie auf dem Meer, hätte allerdings eine Speichermöglichkeit für die Nacht. Um diese Option nutzen zu können, ist es erforderlich, das europäische elektrische Netz entsprechend auszubauen und die politischen Rahmenbedingungen für eine sichere Lieferung zu schaffen.
Bis Anfang der 20er Jahre ist unter Berücksichtigung von wirtschaftlichen und technischen Aspekten ein Anteil der erneuerbaren Energien von 30 Prozent an der Stromerzeugung realisierbar, wenn alles gut läuft. Das in der politischen Diskussion vorgetragene Ziel, den Strombedarf in Deutschland ganz oder überwiegend durch erneuerbare Energien decken zu können, lässt sich – wenn überhaupt – nicht in wenigen Dekaden realisieren.
Streitpunkt Kernenergie
Eine Reihe von Ländern, wie z. B. Frankreich, China und Indien, setzen auf den Ausbau der Kernenergie. Die USA und Großbritannien lassen ihre Kernkraftwerke länger laufen. In Deutschland ist die Kernenergienutzung umstritten. Ob bis zum Jahre 2020 alle Kernkraftwerke stillgelegt werden oder einige länger laufen sollen, will die Politik bis Jahresende entscheiden. Die Laufzeitverlängerung von Kernkraftwerken hilft die Kosten zur CO2-Minderung gering zu halten. In der Diskussion geäußerte Konflikte zwischen der Nutzung der Kernenergie und dem Ausbau erneuerbarer Energien bestehen nicht, da Strom aus erneuerbaren Energien gesetzlichen Vorrang hat. Kernenergie hat den Vorteil, dass sie Strom frei von Klimagasen erzeugt und bei abgeschriebenen Anlagen auch sehr preiswert ist. Ihr Nachteil: Radioaktive Stoffe müssen über lange Zeit gelagert werden.
Fossile Energien sichern die Versorgung
Trotz aller erneuerbaren Energieoptionen: Die bisherigen Energieträger Öl, Kohle und Gas werden auch in einer zukünftigen Energiewelt vertreten sein. Nicht alle Länder der Welt haben das technische Know-how und das Geld, die teureren erneuerbaren Energieoptionen zu nutzen. Sie werden weiterhin auch auf heimische Energieträger setzen. Da Speichermöglichkeiten für fluktuierende erneuerbare Energien fehlen, wird der fossilen Energie die Rolle der Back-up-Versorgung zukommen, wenn Wind und Sonne nicht da sind. Wie lange sie zur Sicherung der Energieversorgung in welcher Höhe erforderlich sind, ist heute nicht seriös vorherzusagen. Ziel muss es deshalb sein, sie so energieeffizient und CO2-arm wie möglich einzusetzen.
Die Energieversorgung der Welt wird also nachhaltiger werden, sie wird aber in den nächsten 50 Jahren nicht kohlenstofffrei sein.
Sauberer und teurer
Der Umbau der Energieversorgung kostet Geld und Zeit und muss deshalb Schritt für Schritt getan werden. Auch wenn man als Privatperson vielleicht in der Lage ist, mehr für seine Energie zu bezahlen, muss man berücksichtigen, dass Industriebetriebe häufig in globaler Konkurrenz stehen. Hier zählt dann jeder Anstieg der Kosten, auch wenn er vielleicht auf den ersten Blick gering aussieht.
Die zukünftige Energieversorgung ist eine Herausforderung zu mehr Nachhaltigkeit. Sie ist aber auch ein faszinierendes und anspruchsvolles Arbeitsfeld für die kommende Generation von Energieexpertinnen und -experten und eine wichtige Forschungs- und Ausbildungsaufgabe der Universitäten.
Die Voraussetzungen zur Gestaltung der Energieversorgung des 21. Jahrhunderts sind vielversprechend und die Ruhr-Universität ist mit ihrem Forschungs- und Ausbildungsprogramm auf diesem Feld gut aufgestellt.
Prof- Dr.-Ing. Hermann-Josef Wagner,
Lehrstuhl für Energiesysteme und Energiewirtschaft, Fakultät für Maschinenbau an der Ruhr-Universität Bochum