Kitabı oku: «Wasserstoff und Brennstoffzellen», sayfa 4
2.3.2 DIE ENDLICHKEIT FOSSILER BRENNSTOFFE
In den Wirtschaftswunderjahren der Nachkriegszeit schien ein permanentes Wirtschaftswachstum fast eine Art Naturgesetz zu sein. Doch Anfang der 1970er kamen die ersten Schocks: 1972 veröffentlichte der Club of Rome seinen Bericht „Die Grenzen des Wachstums“ und wies mahnend auf die Endlichkeit der fossilen Reserven hin. In den Jahren 1973 und 1979 schnellte der Ölpreis nach oben und machte allen klar: Fossile Brennstoffe sind begrenzt und machen Volkswirtschaften abhängig von den Ländern, die im Besitz dieser Ressourcen sind.
Damals, in den 1970er Jahren, erlebten die erneuerbaren Energien ihren ersten Aufschwung. Viele Sonnenkollektoren entstanden im Eigenbau. In den 1980ern entstand das erste große Windenergieprojekt „Growian“ in Deutschland. In den späten 1990ern und frühen 2000ern schien sich das Szenario vom stetig steigenden Preis für fossile Energien zu bestätigen, was als Treiber für die Erforschung und Nutzung alternativer Energien wirkte.
Der Begriff „Peak Oil“ stand hoch im Kurs: Viele Rechenmodelle zeigten auf, wann die aktuellen Ölfelder ihr Fördermaximum (Peak) erreichen würden, und bilanzierten die neu entdeckten Vorkommen, die im Vergleich zu den bisherigen immer kleiner erschienen.
2004 korrigierte der Ölkonzern Shell die Größenangabe seiner Reserven um rund 30 Prozent nach unten. Im Jahr 2007 wies die Energy Watch Group darauf hin, dass der sogenannte Mid Depletion Point (Punkt des größten Ölfördervolumens) im Jahr 2006 überschritten worden sei. Das Magazin „Brennstoffspiegel“ der deutschen Mineralölwirtschaft schrieb 2007, dass die Mitglieder der OPEC „auf Teufel komm raus schwindeln“, wenn sie nach ihren Ölreserven gefragt würden. Sie gäben diese zu hoch an. [Ottlik, 2007] Der Grund: Je höher die Reserven eines Landes, desto höher ist die Exportmenge, die ihm die Organisation der erdölexportierenden Länder (OPEC) zubilligt.
Die Internationale Energieagentur (IEA) änderte ihren Kurs mit dem World Energy Outlook 2008 und räumte ein: „Ohne umfassende Investitionen in neue Fördervorhaben könnte es schon bald zu bedenklichen Engpässen kommen.“ Angesichts der drohenden Verknappung der Ölressourcen und des gleichzeitig steigenden Bedarfs schien ein nicht endendes Steigen der Preise unausweichlich. Da konnte auch der jähe Ölpreissturz, bedingt durch die Wirtschaftskrise 2008, diese Entwicklung kaum nachhaltig dämpfen.
Dann kam es doch noch anders: In den 2010er Jahren sanken die Preise für fossile Primärenergieträger wieder. Mit Fracking wurden vor allem in den USA zusätzliche Gasressourcen erschlossen. Als 2020 noch die Corona-Pandemie hinzukam, gab es teilweise sogar negative Ölpreise. Öltanker blieben auf See, weil die Lager gefüllt waren und niemand ihre „wertlose“ Fracht annehmen wollte.
Neben dem Beobachten von Angebot und Nachfrage hat sich mittlerweile noch eine andere Betrachtungsweise für fossile Rohstoffe etabliert, vorgelegt im Jahr 2015 von den Wissenschaftlern Christophe McGlade und Paul Ekins vom University College London. Sie hatten sich den Bericht des Weltklimarates vorgenommen, der besagt, dass die Menschheit bis 2050 noch allerhöchstens 870 bis 1.240 Gigatonnen CO2 ausstoßen dürfe, um zumindest eine Chance zu haben, das in Paris vereinbarte Maximum von zwei Grad Erderwärmung bis 2100 einzuhalten. Für die Rohstoffe bedeutet das: 30 Prozent der Ölreserven, 50 Prozent der Gasreserven und sogar 80 Prozent aller Kohlereserven müssen dort bleiben, wo sie sind – im Boden. Damit ist der Klimaschutz der bei weitem stärkste Treiber für die Energiewende geworden. Eine weitere Diskussion darum, wie viele fossile Ressourcen man noch erschließen könnte, ist damit im Grunde hinfällig.
Diese Betrachtung machte auch die Begriffe der „Carbon Bubble“ (Kohlenstoffblase) und des „Divestment“ bekannt. Wenn die Rohstoffe nicht genutzt werden dürfen, verlieren sowohl sie selbst als auch die entsprechenden Unternehmen an Wert – sie sind quasi eine Investitionsblase, ähnlich wie im Zuge der Bankenkrise die überbewerteten Immobilien. Eine Reihe von öffentlichen und privaten Investoren, darunter große Versicherungsgesellschaften und Pensionsfonds, hat seither ihr Geld aus der fossilen Rohstoffwirtschaft abgezogen.
Trotzdem wird der Markt allein nicht dafür sorgen können, die Verbrennung fossiler Rohstoffe so unattraktiv zu machen, dass die Klimaziele erreicht werden können. Eine weltweite CO2-Abgabe ist daher unumgänglich. Die EU hat mit dem EHS (Emissionshandelssystem, engl. ETS: Emissions Trading System) einen Anfang gemacht. Dies zeigt langsam Wirkung. Zu hoffen ist, dass die Wirkung mit weiter steigendem CO2-Preis signifikant zunimmt.
2.3.3 SCHADSTOFFE UND ANDERE UMWELTBELASTUNGEN
Während die ersten Klimaveränderungen für viele Jahrzehnte nur mit entsprechendem Hintergrundwissen analysierbar waren, zeigen sich Schadstoffemissionen und andere Umweltbelastungen heute teils unmittelbar in unserem Alltag. In Industriegebieten wurde schon im 19. Jahrhundert von saurem Regen berichtet. In den 1970ern sorgte dieser für ein weithin sichtbares Waldsterben. Auch der Abbau von Kohle über und unter Tage hatte und hat sowohl sofort als auch langfristig sichtbare Veränderungen zur Folge: Die Schäden des Tagebaus in der Landschaft sind offensichtlich. Auch für die Menschen hat der Braunkohleabbau drastische Auswirkungen, zum Beispiel in der Form, dass ganze Siedlungen umgesetzt werden mussten. Allein für Garzweiler II mussten zwölf Dörfer mit 8.000 Einwohnern umgesiedelt werden. Außerdem kommt es in Förderregionen immer wieder zu Bodenabsenkungen und Erdstößen, wodurch Gebäude und auch Menschen ernsthaft gefährdet werden. So beschlossen unterdessen auch die Niederlande, aus der Gasförderung auszusteigen, als Beschädigungen von Immobilien dort überhandgenommen hatten. Hinzu kommen unter anderem großräumige Grundwasserabsenkungen, die die Trinkwassergewinnung erschweren.
Auch der Untertagebau verursacht immer wieder Bodenabsenkungen. Nichtsdestoweniger halten oft gerade die Menschen in Bergbauregionen an der Kohle fest. Über Generationen hinweg stand der fossile Energieträger nicht nur für ein sicheres Einkommen, sondern prägte vielmehr auch das Selbstverständnis der Regionen, eine unverzichtbare Säule im Wirtschaftssystem des ganzen Landes zu sein. Diese Faktoren müssen bei einem Umstieg auf erneuerbare Energien zwingend mitbedacht werden.
Die Emissionen von Luftschadstoffen haben sich in den letzten Jahrzehnten dank Fortschritten in der Filter- und Verbrennungstechnik deutlich reduziert. Ein besonders prominentes Beispiel sind die Entschwefelungsanlagen für Industrieabgase, die das Waldsterben so weit gebremst haben, dass es auch heute noch Wälder gibt, die vielen Laien grün und gesund erscheinen. Auch für andere Schadstoffe wurden die Grenzwerte mit fortschreitender Technik immer wieder gesenkt.
Emissionen sind Einflüsse auf die Umwelt, egal ob negativer oder positiver Natur. Dabei kann es sich um stoffliche Emissionen handeln, also um die Freisetzung bestimmter Substanzen, es können aber auch Geräuschemissionen (z. B. Lärm), Licht oder Wärme sein.
Schadstoffe hingegen sind per Definition negativ. Für die meisten Schadstoffe gibt der Gesetzgeber Grenzwerte an (limitiert sie), was Häufigkeit und Menge ihres Auftretens betrifft.
Das ist zwar ein großer Erfolg, gelöst sind die Probleme aber noch lange nicht. Der Zustand des Waldes hat sich über die Jahrzehnte nicht verbessert, sondern weiter verschlechtert. Zu den Schadstoffen ist vor allem Stress durch Trockenheit und Schädlinge hinzugekommen. Mitte der 1980er hatten immerhin noch rund 40 Prozent der Bäume eine intakte Krone, bei der letzten Erfassung 2019 waren es nur noch 22 Prozent. Und auch der menschlichen Gesundheit sind Luftschadstoffe nach wie vor alles andere als zuträglich.
ABB. 5: Riesige Bagger beackern riesige Braunkohlefelder
Quelle: obs/Kabel 1
Im Idealfall könnte ein Kohlenwasserstoff schadstofffrei verbrennen: Solange eine vollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen stattfindet (s. Formel), werden theoretisch nur Reaktionsprodukte erzeugt, die für die direkte Umwelt unbedenklich sind: Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O). Inwieweit Kohlendioxid als schädlich oder unschädlich bezeichnet werden kann, wird im nachfolgenden Kapitel behandelt.
| CnHm + (n + m/4) O2 | n CO2 + m/2 H2O |
Weil in der Realität aber nicht nur die Kohlenwasserstoffe als Reaktionspartner für Sauerstoff (O2) zur Verfügung stehen, sondern auch große Mengen Stickstoff (79 Prozent der Umgebungsluft ist N2), bilden sich auch Stickoxide (NOx). Noch problematischer wird es, wenn es zu einer unvollständigen Verbrennung infolge von Sauerstoffmangel kommt, wodurch Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe (CnHm) und beim Dieselmotor auch Ruß entstehen. In der Regel stecken in den Brennstoffen auch noch weitere Stoffe, zum Beispiel Schwefel, die ebenfalls reagieren (s. Schwefeldioxid, Seite 41).
In der Praxis findet nie eine vollständige Verbrennung statt. Demzufolge entstehen tatsächlich bei jedem Verbrennungsprozess, an dem fossile Energieträger beteiligt sind, Schadstoffe. Art und Menge der Schadstoffe hängen von den eingesetzten Brennstoffen und Verbrennungsprozessen ab. Im Weiteren sind einige wichtige Schadstoffe, ihre Wirkung und Entstehung beschrieben:
Kohlenwasserstoffe (CnHm): Allgemeine Bezeichnung für organische Verbindungen, die aus verschiedenen Anteilen Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen. Treten Kohlenwasserstoffe im Abgas auf, ist dies ein Zeichen für eine unvollständige Verbrennung mit entsprechend geringerem Wirkungsgrad. Aromatischen Kohlenwasserstoffverbindungen werden krebserregende Eigenschaften zugeschrieben (s. unten). Benzin- und Dieselkraftstoffe besitzen einen relativ hohen C-Anteil und erzeugen dementsprechend viele gesundheitsschädliche Kohlenstoffverbindungen. Darüber hinaus verbrennen sie bei relativ hohen Temperaturen, so dass unerwünschte NOx-Emissionen freigesetzt werden.
Kohlenmonoxid (CO): Reiz-, farb- und geruchloses Gas, das bei der unvollständigen Verbrennung von organischen Verbindungen entsteht. Es wirkt gesundheitsgefährdend, da es die Sauerstoffaufnahme des Blutes behindert.
Stickoxide (NOx): NOx umfasst Stickoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2). Stickoxide entstehen insbesondere bei hohen Verbrennungstemperaturen. NO greift die Schleimhäute der Atmungsorgane an und begünstigt Atemwegserkrankungen. In Luft reagieren die Oxide in Verbindung mit Wasser zu Salpetersäure (HNO3) und sind für den sauren Regen mitverantwortlich. Stickoxide tragen außerdem zur Smogbildung bei.
Ruß (C): Reiner, unverbrannter Kohlenstoff. Er wird vornehmlich in Dieselaggregaten erzeugt. An den Kohlenstoffpartikeln können sogenannte polyzyklische, aromatische Kohlenwasserstoffe angelagert sein (s. u.). Die Rußpartikel heutiger Motoren sind zwar relativ klein, so dass man sie nicht mehr so deutlich sieht (keine Rußwolke), aber dadurch sind sie leichter lungengängig. Die kleinen Partikel können somit weiter in die Lunge eindringen und sich dort festsetzen.
Schwefeldioxid (SO2): Farbloses, stechend riechendes Gas. Es entsteht überwiegend als unerwünschtes Nebenprodukt bei der Verbrennung schwefelhaltiger, fossiler Energieträger wie beispielsweise Kohle oder Öl. Reaktionsprodukte von Schwefeldioxid, vermischt mit Wasser und Salpetersäure, führen zur Bildung sauren Regens, der für das Waldsterben mitverantwortlich ist. Aufgrund strikter Grenzwerte sind die Schwefelemissionen gegenüber 1990 um etwa 95 Prozent zurückgegangen. Im maritimen Bereich, wo Schweröl immer noch nennenswerte Mengen Schwefel enthalten kann, sind sie weiterhin relevant.
Polyzyklische, aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK): Einige besitzen karzinogene und auch mutagene Eigenschaften (Krebs und Mutationen auslösend). Die Ringverbindungen aus Kohlenstoffen sind besonders langlebig. Da sie fettlöslich sind, können sie sich im Körper anreichern. Sie entstehen bei unvollständiger Verbrennung, besonders bei der Pyrolyse, also unter anderem bei der Gewinnung von Koks und Gas aus Kohle.
Benzol, Toluol, Xylol (BTX): Leicht flüchtige, aromatische Einzelkohlenwasserstoffe in ringförmiger chemischer Anordnung; Benzinbestandteile. Benzol gilt als krebserzeugend. Toluol kann in erhöhter Konzentration Schleimhautreizungen, Störungen des Nervensystems sowie Schädigungen an Leber, Niere und Gehirnzellen verursachen.
Formaldehyd (HCHO oder CH2O): Wasserlösliches, sehr reaktionsfreudiges, säuerlich stechend riechendes, farbloses Gas, karzinogen. Es entsteht als Nebenprodukt bei fast allen Verbrennungsprozessen. Es gehört zur Gruppe der Aldehyde und kommt meist in 35-prozentiger wässriger Lösung als Formalin in den Handel.
Kohlendioxid (CO2): Farbloses, nicht brennbares, geruchloses und ungiftiges Gas, das mit ca. 0,03 Prozent natürlicher Bestandteil der Erdatmosphäre ist (s. Seite 28: Gutes Treibhaus, schlechtes Treibhaus).
Neben der Entstehung von Schadstoffen bei der Verbrennung birgt auch der Umgang mit Kraftstoffen Gefahren, die im Alltag häufig vergessen werden: Dämpfe, die man zum Beispiel beim Tanken einatmet, sind gesundheitsschädlich. Große Mengen können sogar tödlich sein. Auch die Entzündlichkeit der Dämpfe, gerade in Bodennähe über Bezinlachen, wird teils unterschätzt.
2.4 AUSWEG ATOMENERGIE?
In der Klimadiskussion tauchte in den vergangenen Jahren häufig die Atomenergie als vermeintlich sauberer Ausweg auf. In Kernkraftwerken finden keine klassischen Verbrennungsprozesse statt, auch wenn Begriffe wie „Brennstäbe“ und „Brennkammer“ dies nahelegen. Vielmehr werden die Atomkerne (in der Regel Uran) gespalten. Dabei werden große Energiemengen in Form von Wärme frei. Die Nutzung der Wärme folgt im Grunde dem gleichen Prinzip wie bei fossil befeuerten Kraftwerken, das heißt, die Wärme wird mithilfe von Turbinen in Strom umgewandelt. Auf den ersten Blick scheint die Technologie umweltfreundlich, da direkt in diesem Prozess weder CO2 noch Luftschadstoffe entstehen.
Die Kernenergie hat in Deutschland eine wechselhafte Geschichte. In ihren ersten Jahrzehnten erfuhr sie große politische Unterstützung auf nationaler und europäischer Ebene. Die Vorteile waren greifbar, Nachteile und Gefahren zunächst abstrakt. Der Streit über den Umgang mit dem Atommüll und mehrere große Unfälle leiteten dann Ende des 20. Jahrhunderts den Umschwung ein.
Im Jahr 2000 entschloss sich erstmals eine Bundesregierung, und zwar die rot-grüne unter Bundeskanzler Gerhard Schröder, aus der Kernenergie auszusteigen, was 2002 mit dem sogenannten Atomkonsens festgeschrieben wurde. Die Regierung unter Kanzlerin Angela Merkel verlängerte 2010 zunächst die Laufzeiten der Kernkraftwerke, schwenkte jedoch nach dem Reaktorunglück in Fukushima, Japan, im März 2011 um und bekannte sich zum Atomausstieg. Die Technologie hatte keinen Rückhalt mehr in der Gesellschaft. Anfang der 2020er Jahre waren in Deutschland nur noch sechs Atomkraftwerke in Betrieb (Geplante Abschaltung von Grohnde, Brokdorf und Gundremmingen C Ende 2021, Abschaltung von Isar 2, Neckarwestheim 2, Emsland Ende 2022).
Angesichts der sich verschärfenden Klimakrise sind auch aus der Klimaschutzbewegung immer wieder Stimmen für die Atomenergie als kleineres Übel zu vernehmen. Doch die grundsätzlichen Probleme derselben sind weiterhin nicht gelöst:
1.Die Endlagerung des Atommülls ist nach wie vor offen. Die Kommission „Lagerung hoch radioaktiver Abfallstoffe“ hat von 2014 bis 2016 diskutiert und am Ende eine Kriterienliste vorgelegt. Im Herbst 2017 startete die Suche nach neuen, diesen Kriterien entsprechenden Endlagern, was bis 2031 dauern soll. Für die Kosten haben die Atomkonzerne gut 24 Milliarden Euro in einen Fonds eingezahlt. Für Mehrkosten haftet der Staat.
2.Sicherheitsrisiken sind insbesondere veraltete Anlagen (z. B. das belgische AKW Tihange, das immer wieder mit Zwischenfällen Schlagzeilen macht), aber auch mögliche terroristische Anschläge auf Atomkraftwerke oder Transporte (z. B. von Drohnen ausgehend) und nicht zuletzt einfach menschliche Fehler (die z. B. zur Reaktorkatastrophe von Tschernobyl 1986 führten).
3.Eine Wirtschaftlichkeit ist bei ganzheitlicher Betrachtung nicht gegeben. Das zeigen unter anderem die Verträge für das Kraftwerk Hinkley Point C in Großbritannien. Dem Betreiber EDF wird für 35 Jahre ein Strompreis von 92.50 £/MWh inklusive Inflationsausgleich, bezogen auf 2012, garantiert. Umgerechnet waren das im Bezugsjahr 2012 stattliche 11,4 Cent pro Kilowattstunde.
Viele Jahre gab es am deutschen Strommarkt Überkapazitäten. Mit dem Abschalten der letzten Atomkraftwerke wird sich das ändern. Verschiedene wissenschaftliche Szenarien zeigen, dass der Ausstieg aus der Kernenergie gleichzeitig mit dem Ausstieg aus den fossilen Energien durchaus möglich ist.
Früher war es vor allem die fossile Energiewirtschaft, die die Angst vor einer „Stromlücke“ in Form eines flächendeckenden Stromausfalls schürte. Nun hat sich der Wind gedreht. Dass es technisch möglich ist, mit einer Kombination aus Energiespeichern und dem Ausbau der erneuerbaren Energien den Strombedarf sicher zu decken, zweifelt kaum noch jemand an. Doch der Ausbau der Wind- und Solarenergie geht seit Jahren nur noch langsam voran. Gleichzeitig steigt im Verkehr und in der Wärmeversorgung der Stromeinsatz. Heute ist es daher die Erneuerbare-Energien-Branche, die vermehrt vor einer Stromlücke warnt.
Man darf eine solche Stromlücke allerdings auf keinen Fall mit einer Black-out-Gefahr verwechseln, auch wenn sich manchmal dieser Eindruck aufdrängt. Die Bundesnetzagentur überwacht ständig die benötigten Kraftwerkskapazitäten und Reserven. Kein Kraftwerk geht ohne eine vorherige Prüfung und Genehmigung durch die Bundesnetzagentur vom Netz. Die Gefahr einer Stromlücke besteht also vor allem darin, dass der Kohleausstieg verzögert wird.
2.5 DAS RICHTIGE TIMING: SPEICHER UND LASTMANAGEMENT
Die Stromerzeugung aus Wind- und Sonnenkraft erfolgt bekanntlich nicht kontinuierlich, sondern ist fluktuierend. Das ist eine große Veränderung, vor allem verglichen mit Kohle- und Atomkraftwerken, die weitgehend auf einen gleichmäßigen Betrieb ausgelegt sind (Grundlast). Wichtig ist dabei zu wissen, dass Erzeugung und Verbrauch im Stromnetz in jeder Sekunde genau austariert werden müssen, um die Stabilität zu gewährleisten und die Netzfrequenz konstant zu halten. Da der Stromverbrauch seit jeher im Tages- und Jahresverlauf schwankt, gehören Mittel- und Spitzenlastkraftwerke schon immer zu unserem Stromsystem und wurden nicht erst durch fluktuierende Erzeugung aus Wind- und Sonnenenergie erforderlich. Um den Verbrauch zu eher nachfrageschwachen (Tages-)Zeiten zu forcieren, bieten Stromversorger und Netzbetreiber darüber hinaus schon seit Jahrzehnten Sonderpreise an, zum Beispiel für Nachtspeicherheizungen und Großabnehmer, die nachts den Überschussstrom aus den Atomkraftwerken abnehmen können.
Auch Pumpspeicherkraftwerke sind nicht neu: Sie pumpen Wasser in ein Staubecken hinauf, wenn mehr Strom erzeugt als abgenommen wird. Übersteigt die Stromnachfrage dann die aktuelle Produktion, wird das Wasser über eine Turbine abgelassen, so dass wie bei einem normalen Wasserkraftwerk Strom erzeugt wird.
Die Herausforderung, ein Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage herzustellen, wächst allerdings deutlich bei einem hohen Anteil von Wind- und Solarstrom. Doch auch wenn diese Energiequellen nicht gezielt gesteuert werden können, ist ihre Nutzung mittlerweile dank verlässlicher Wetterberichte und Prognosesoftware gut planbar. Um die Lücke zwischen Angebot und Nachfrage zu schließen, gibt es verschiedene Möglichkeiten, von denen die meisten bereits heute angewendet werden, aber auch noch ausbaufähig sind.
Regelbare Kraftwerke erzeugen die fehlende Strommenge: Gut regelbar sind derzeit vor allem Gaskraftwerke, da sie am schnellsten reagieren können. Da auf die Dauer ein kompletter Ausstieg aus den fossilen Energien notwendig wird, kann dies aber nur eine Übergangslösung sein. Es gibt auch steuerbare regenerative Energiequellen wie Bioenergie (inkl. biogenes Erdgas) oder Wasserkraft, deren Potenzial allerdings begrenzt ist. Daher sind sie zwar eine wertvolle, aber keine alleinige Option.
Räumlicher Ausgleich durch Ausbau der Stromnetze: Wenn in Bayern keine Sonne scheint, weht an der Nordsee häufig ein frischer Wind. Man kann also auf oder an der See den Strom produzieren, der im Süden Deutschlands gebraucht wird. Noch weiter gedacht könnte man sogar Solarstrom aus Spanien oder Afrika nach Mitteleuropa transportieren. In der fossilen Energiewirtschaft war ein solcher räumlicher Ausgleich nur bedingt erforderlich. Kraftwerke und Industriezentren sind gemeinsam entstanden und liegen daher meist eng beisammen. Für die zukünftige Energieversorgung ist also zumindest ein teilweiser Neubau von Gleichstrom-Höchstspannungsleitungen, die von Wind- und Solarstromhotspots in die Verbrauchszentren führen, erforderlich. Zentrale Projekte in Deutschland sind die Leitungen SuedLink (von der Nordsee nach Bayern), SuedOstLink (von Sachsen-Anhalt nach Bayern), A-Nord (Niedersachsen/Nordrhein-Westfalen) und Ultranet (Nordrhein-Westfalen/Rheinland-Pfalz). Der massive Netzausbau ist politisch umstritten, es gibt zahlreiche Bürgerinitiativen dagegen. Auf technischer Ebene hat sich allerdings mit der Weiterentwicklung der Speichertechnik die Diskussion ein Stück von den Netzen weg hin zu den Speichern verschoben.
Zeitlich gesteuerter Verbrauch (Lastmanagement): Mit Nachtspeicherheizungen und Wärmepumpen war das Lastmanagement bereits im alten Energiesystem angelegt. Dieser Ansatz lässt sich heute ausbauen, indem man zeitlich unkritische Stromverbräuche verschiebt. Dafür eignen sich insbesondere die Wärme- bzw. Kälteversorgung beim Aufheizen von Prozessmedien in der Industrie oder in Kühlhäusern. Einen Anreiz hierfür können flexible Stromtarife schaffen, die je nach Energieangebot variieren. Beim Lastmanagement ist die Dauer der Verschiebung ein wesentlicher Faktor: Eine Unterbrechung für einige Sekunden oder Minuten ist auch bei großen Industrieprozessen oft möglich, Wärmepumpen bewegen sich im Stundenbereich. Verschiebungen um mehrere Tage sind dagegen bislang problematisch.
Speicher füllen die Lücken: Stromspeicher können Wind- und Solarstrom aufnehmen, wenn er reichlich zur Verfügung steht, und wieder abgeben, wenn die Nachfrage das Angebot übersteigt. Bisher am Markt etabliert sind im Wesentlichen die oben genannten Pumpspeicherkraftwerke. Grundsätzlich sind sie auch für eine langfristige Speicherung geeignet, aber ihre Kapazität reicht bei weitem nicht aus. Da gut geeignete Standorte bereits weitgehend genutzt sind, ist ein Ausbau in Deutschland praktisch nicht möglich.
Batteriespeicher sind wegen ihrer hohen Effizienz die aussichtsreichste Technologie für die kurzfristige Speicherung von Strom. Sie werden in immer mehr Orten bereits in großem Maßstab eingesetzt, und ihre Preise sinken rasant. Derzeit ist die Lithium-Ionen-Batterie führend. Neue Technologien wie Feststoffbatterien und Lithium-Luft-Batterien sind in Sicht und sollen die Speicherdichten noch erhöhen. Für die langfristige, saisonale Stromspeicherung über Monate hinweg (saisonale Speicherung) sind Batterien jedoch nicht geeignet.
Druckluftspeicherkraftwerke, sogenannte CAES-Kraftwerke (Compressed Air Energy Storage), arbeiten in einem Leistungsbereich und mit Betriebscharakteristiken ähnlich wie bei Pumpspeicherkraftwerken. Aber auch ihre Speicherkapazitäten reichen nur für Entladedauern im Bereich von wenigen Stunden aus. Das Nutzungspotenzial dieser Technik für die Langfristspeicherung ist aufgrund der geringen spezifischen Energiedichte des Speichermediums und der damit verbundenen großen Zahl benötigter Kavernen begrenzt.
Deswegen bleibt als saisonaler Speicher in fast allen Energieszenarien allein der Wasserstoff. Kritisch ist allerdings der Wirkungsgrad: Die Elektrolyse überführt je nach Verfahren (s. Kap. 4.2.1: Elektrolyse: Hoffnungsträger für grünen Wasserstoff) etwa 65 bis 75 Prozent der Energie aus dem Strom in Wasserstoff. Dieser kann in einem GuD-Kraftwerk mit einem Wirkungsgrad von etwa 60 Prozent wieder in Strom verwandelt werden. Der Gesamtwirkungsgrad liegt dann bei etwa 40 Prozent. Werden noch eine Komprimierung des Gases sowie sein Transport berücksichtigt, sinkt er weiter. Wasserstoff ist also für diejenigen Anwendungen die richtige Wahl, auf die zwei Bedingungen zutreffen: Es gibt bislang keine effizienteren Alternativen, und es ist so viel bezahlbarer Strom aus erneuerbaren Energien vorhanden, dass keine zusätzlichen fossilen Kraftwerke anspringen müssen.
Ein zentraler Aspekt, der über die Betrachtung allein des Stromsektors hinausgeht, ist die sogenannte Sektorenkopplung, die mit dem Fortschreiten der Energiewende immer wichtiger wird. Sie verbindet Strom, Wärme und Mobilität sowie im weiteren Sinne auch stoffliche industrielle Prozesse. Aus Ökostrom erzeugter Wasserstoff muss nämlich nicht zwingend in Strom zurückverwandelt werden. Er kann stattdessen auch in Brennstoffzellenfahrzeugen oder -heizungen eingesetzt werden. Er kann zudem zu synthetischem Erdgas weiterverarbeitet und dann ins Gasnetz eingespeist werden. Auch flüssige Treibstoffe lassen sich aus ihm gewinnen. In der Industrie kann Wasserstoff stofflich eingesetzt werden, um zum Beispiel eine klimaneutrale Stahlproduktion zu ermöglichen. Parallel kann bei den Umwandlungsstufen anfallende Wärme häufig mitgenutzt werden, beispielsweise durch die Einspeisung in Fernwärmenetze.
ABB. 6: Daten zur Energiewende werden immer leichter öffentlich zugänglich. Das „Agorameter“ des Thinktanks Agora Energiewende zeigt zu jedem Zeitpunkt die aktuelle Produktion und den Verbrauch von Strom in Deutschland.
Quelle: Agora Energiewende
So ergeben sich unendlich viele Nutzungspfade. Keiner davon ist grundsätzlich richtig oder falsch. Wichtig ist aber, jeweils den effizientesten verfügbaren Pfad einzuschlagen.
Wichtige Parameter für die Wahl eines Speichers sind:
·Treibhausgasemissionen
·Energetische Gesamteffizienz
·Wirtschaftlichkeit
·Netzauslastung
·Speicherdichte
·Reaktionsgeschwindigkeit
·Langzeitspeicherfähigkeit
In Hochlastzeiten Wasserstoff mithilfe von Windstrom zu erzeugen, ist nur dann sinnvoll, wenn dadurch nicht andernorts ein Gaskraftwerk einspringen muss, um die Stromlücke zu füllen. Dies ginge nämlich ansonsten zulasten der Gesamteffizienz. Wird der Wasserstoff aber dann erzeugt, wenn ausreichend elektrische Energie vorhanden ist, ist das sinnvoll.
Ein Elektroroller, der sich nie mehr als ein paar Kilometer von der nächsten Steckdose entfernt, kann am effizientesten mit einer Batterie betrieben werden. Für ein Seeschiff, das weite Strecken zurücklegen muss, scheint dagegen Wasserstoff auf Dauer geeigneter.
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