Machbar und notwendig – Wie die Energiewende funktioniert

Veröffentlicht am 07.06.2013 in Energie

Die Energiewende ist ebenso notwendig, wie der Klimawandel real ist. Häufig werden Zweifel laut, dass ein Industrieland wie die Bundesrepublik sich tatsächlich weitgehend oder vollständig von erneuerbaren Energien abhängig machen sollte. Dabei zeigt sich, dass die Energiewende machbar ist - wenn der politische Wille besteht.

Folgen und Kosten des Klimawandels

Der Klimawandel kommt nicht nur, er ist schon da. Eine aktuelle Studie im Fachblatt „Nature Geoscience“ schätzt den mittelfristigen Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur auf 1.2 bis 3.9 Grad. Beeinflussbar ist noch, wo in diesem Bereich wir „landen“. Die überwältigende Mehrheit der Klimawissenschaftler, auch die der Industriestaaten, sind sich über die Rolle der Klimagase und die des Menschen als Verursacher einig. Gegenüber der vorindustriellen Zeit hat sich die CO2-Konzentration der Atmosphäre um rund 40% erhöht, die von Methan mehr als verdoppelt. Ein vielfach zitierter Vergleich der Temperaturentwicklung der Nordhalbkugel, teils aus Baumringen und Eisbohrkernen gemessen, ist der mit einem Hockeyschläger, mit einem wackeligen, aber horizontalen Griff bis 1900 und einem starken Temperaturanstieg danach. Laut der NASA war 2012 eines der wärmsten Jahre seit Beginn der systematischen globalen Temperaturaufzeichnungen, und neun der zehn wärmsten Jahre fallen in die Zeit seit 2000.

Erste Folgen sind bereits spürbar. Nicht nur die USA sind von zunehmenden Dürreperioden betroffen. 2012 bewirkte dort eine Rekorddürre, von der 63 Prozent des Festlandes betroffen war, wirtschaftliche Schäden von hunderten Millionen Dollar sowie steigende Lebensmittelpreise. Auch Europa litt 2003 unter einer Hitzewelle mit Waldbränden und über 50 000 Todesfällen etwa unter älteren Menschen, und seither scheint ein Rekordsommer den nächsten zu jagen. Die einzige realistische Möglichkeit, diese Entwicklung zu stoppen, ist das Reduzieren der Klimagase in der Atmosphäre.

Steigende Preise fossiler Energie

Gleichzeitig steigen die Preise für Energie. Grund ist unter anderem der wirtschaftliche Aufstieg Chinas und anderer Staaten und der wachsende Energiebedarf der Industriestaaten. Besonders seit 2000 gab es massive Steigerungen des Ölpreises. 2003 kostete ein Barrel Rohöl um 40 Dollar, 2005, nach dem Sturm „Katrina“, bereits rd. 70, im Januar 2008 erstmals 100 Dollar. Nur die weltweite Wirtschaftskrise drückte den Preis zeitweilig wieder, aber 2009 stieg der Ölpreis bereits wieder auf über 80 Dollar, und 2012 wurden über 120 Dollar erreicht. Mit den Gaspreisen verhält es sich ähnlich: Seit 1990 hat sich der Gaspreis in etwa verdoppelt (Quelle: BDEW). Die Benzinpreisentwicklung kann jedermann selbst mit verfolgen. Eingeführte Kohle war 2008 (Quelle: Umweltbundesamt) fast 150% teurer als noch 1991, und hier wie auch beim Gas bewirkte nur die Wirtschaftskrise einen vorübergehenden Preisverfall. Zu den unmittelbaren und mittelbaren Kosten der Kernenergie müssen wir uns alle selbst unsere Meinung bilden. Rund 50% des Stroms aus unseren Steckdosen stammten 2000 aus Kohle, ca. 30 aus Kernenergie, 10% aus Gas (Quelle: u.a. www.unendlich-viel-energie.de). Seit 2000 ist der Strompreis für deutsche Privathaushalte um über 60% gestiegen, während er während der Neunziger in etwa konstant geblieben war. Dies beinhaltet zwar auch Kosten der Energiewende, jedoch lag das 90er- Niveau bereits rund doppelt so hoch wie etwa Mitte der Siebziger in Westdeutschland (Quelle: www.was-war-wann.de). In den USA, die keine bundesweise Energiewendegesetzgebung haben, stieg der Preis von 8.58 cent/kWh in 2001 auf 11.72 cent 2011. Fazit: Von Unterbrechungen und Krisen abgesehen, kennen alle herkömmlichen Energiepreise nur eine Richtung – unaufhaltsam nach oben. Selbst wenn man nicht an den Klimawandel glauben will, sind diese Preise Grund genug zum Schluss zu gelangen, dass es so nicht weitergehen kann.

Grundlagen erneuerbarer Energien: Wasser und Wind

Alternative Energiequellen gibt es teilweise seit Jahrhunderten, gar Jahrtausenden, wie etwa die Wind- oder die Wasserkraft. Sie waren noch nicht so effizient wie heute, aber sie funktionierten, und nur wegen der geringen Energiepreise vergangener Jahrzehnte wurden sie zu Museumsstücken.

Für Wasserkraftnutzung braucht man nicht notwendig gewaltige, nicht unproblematische, Staudämme; kleinere Anlagen mit ab einigen kW Leistung lassen sich bereits in Flüssen oder in bestehenden Wasserversorgungssystemen einsetzen, wo ein entsprechend optimiertes Schaufelrad aus dem vorhandenen Wasserstrom Energie „abschöpft“. Flexibler ist Windenergienutzung. Die Blätter moderner Windkraftanlagen sind geformt wie Tragflächen eines Flugzeugs. Eine Seite ist stärker gekrümmt als die andere. Wenn der Wind entlang der Achse dagegen weht, muss die Luft auf der einen Seite einen längeren Umweg machen, und wird darum schneller. Wie beim Flugzeug drückt dies jedes Blatt in Richtung der stärker gekrümmten Seite, und das Rad dreht sich. Die verbreiteten „Windräder“ an Land liefern meist 2-3 MW Leistung, die größeren vor der Küste 3-6 MW. Es gibt auch Modelle mit vertikaler Achse für das Eigenheim, die wenige hundert Watt bis Kilowatt erbringen.

Grundlagen und Möglichkeiten der Solarenergie

Noch breiter einsetzbar sind Solarzellen. Im Grundmaterial gehören zu jedem positiv geladenen Atomkern vier äußere, negativ geladene Elektronen, durch die sich die Atome gegenseitig „festhalten“. In die obere Hälfte einer Schicht davon werden nun Fremdatome eingeschleust, die ein äußeres Elektron mehr haben, in die untere welche mit einem Elektron weniger. Die zusätzlichen, fünften Elektronen der oberen Schicht tragen nicht zum gegenseitigen Festhalten der Atome bei, und sind daher freier beweglich. In der unteren Hälfte hingegen fehlt um die Fremdatome herum je ein Elektron. Ähnlich wie ein Haufen Herbstblätter, die jemand auf eine Hälfte eines Hofes zusammengekehrt, aber nicht weggeräumt hat, und die sich mit der Zeit wieder über den Hof verteilen, wandern nun einige der freien Elektronen in die untere Hälfte. Dies lädt aber die untere Hälfte negativ, die obere positiv auf, und das bewirkt eine Spannung, die irgendwann die Wanderung stoppt. Fallen nun Lichtteilchen ein, so schlagen diese fest eingebundene Elektronen „locker“. Diese sind plötzlich auch beweglich, und folgen nun der Spannung. Daraus entsteht ein elektrischer Strom, der sich nutzen lässt. Zwar haben die derzeitigen Solarmodule nur eine Effizienz zwischen meist 10 und 18% - dafür aber fallen keine Transportverluste in kilometerlangen Stromleitungen an. Und ein mit Kohlestrom betriebener Elektroherd nutzt auch nur 21% der erzeugten Energie (Quelle: Buch „Energie“, T. Schabbach und V. Wesselak, 2012). Bereits 8 qm Solarzellen auf einem Hausdach liefern unter optimalen Bedingungen, und je nach Zelltyp, um 1 kW, und über‘s Jahr rund 1000 kWh – dies entspricht bereits einem Fünftel bis guten Viertel des Stromverbrauchs von vier Personen (je nach Art der Warmwasseraufbereitung). Hat ein Haus z.B. 100 qm Grundfläche und ein Steildach, kann man bis zu 50 qm Dachfläche mit Solarzellen bedecken (Quelle: Martin Lödl et al, TU München). Eine weitere, direktere Möglichkeit, die Sonnenenergie zu nutzen, sind Sonnenkollektoren, die Wasser erwärmen. Selbst auf den Dächern von Mehrfamilienhäusern können sie ein Drittel oder noch mehr der Warmwasserkosten der Wohnpartien einsparen.

Speicherung und stabile Versorgung

Man mag zu Recht einwenden, dass Wind- und Sonnenenergie nicht konstant Strom liefern wie stetig arbeitende Kohlekraftwerke, und dass die Schwankungen das Stromnetz vor neue Herausforderungen stellen. Aber erstens bewirken auch Tornados, Großfeuer sowie Kernschmelzen oft Stromunterbrechungen. Zweitens steht die Technologie bereits weitgehend zur Verfügung, wenngleich ihr Einsatz und Ausbau Investitionen erfordern wird – aber auch Arbeitsplätze schafft. Die Sonne scheint nur tags, aber je nach Zelltyp liefern Solarzellen auch bei bedeckten Tagen Strom – man denke an den Taschenrechner. Nachts und bei bewölktem Wetter weht ferner oft der Wind stärker als an heißen Hochsommertagen – und so ergänzen sich Wind und Sonne im Prinzip hervorragend und können das Netz entlasten. Als Übergangslösung können Gaskraftwerke Bedarfslücken kurzfristig decken – wie die Gasetagenheizung, die auf Knopfdruck anfängt zu arbeiten. Auch Speichertechnik existiert bereits. Überschüssiger Strom kann Turbinen für Pumpspeicherbecken antreiben, die bei Bedarf wiederum für Wasserkraft sorgen. Mit sog. Elektrolyseverfahren kann Strom Wasser in Sauer- und Wasserstoff aufspalten; letzterer wird ins Gasnetz eingeleitet und kann bei Bedarf wieder verbrannt werden. Druckluftspeicher „speichern“ den Strom, indem sie Luft komprimieren; bei Bedarf treibt die Druckluft einen Stromgenerator an. Batterien schließlich kennen wir alle, nicht zuletzt aus Auto und Laptop.

Prinzip der staatlichen Unterstützung und Entstehen von Arbeitsplätzen

Jede Technologie muss zunächst entwickelt werden, ehe sie massenhaft und zuverlässig einsetzbar ist. Das ist bei erneuerbarer Energie nicht anders als es bei Autos und Waschmaschinen war. Als diese eingeführt wurden, war der Klimawandel noch kein Thema, und man konnte dem Markt die Einführung überlassen. Der Energiepreisanstieg, die drohende Klimakatastrophe sowie die bereits geschehenen Atomkraftdesaster machen nun deutlich, dass wir unter Zeitdruck stehen. Daher ist es meines Erachtens gerechtfertigt, wenn die Politik langfristig denkt und die Entwicklung erneuerbarer Energien unterstützt, bis diese marktreif sind. Inzwischen ist die für 20 Jahre garantierte Förderung auf unter 20 Cent pro Kilowattstunde gesunken und sinkt planmäßig weiter, während der Preis für Solarmodule auf unter 1 Euro/Watt gefallen ist. Noch 2012 zahlte ein durchschnittlicher Haushalt (Quelle: BPB) 125 Euro im Jahr für den Ausbau der erneuerbaren Energien, 2013 werden es schon 185 Euro sein, wegen der wachsenden Menge installierter Solarzellen. Aber: Jährlich zahlt ein Haushalt im Mittel 718 Euro für Warmwasser und Heizung, 840 Euro für Strom (Quelle: www.energieverbraucher.de/de). Verglichen etwa mit der Ölkostenexplosion scheint dieser Mehrpreis vertretbar, um mittelfristig weniger fossile Brennstoffe kaufen zu müssen, und obschon Lösungen für einkommensschwache Haushalte vonnöten sind. A propos Einkommen: 2011 arbeiteten bereits rund 382.000 Menschen in Deutschland im Bereich der erneuerbaren Energie (Quelle: BMU) – mehr als doppelt soviele wie noch 2004. Trotz der jüngsten Verluste von Arbeitsplätzen in der Solarbranche funktioniert die Energiewende nicht nur, sie wirkt auch als Jobmaschine.

Erneuerbare Energie im Ausland, Fazit

Die Energiewende, deren Ansätze bereits auf Rot-Grün zurückgehen, ist eines der wichtigsten Projekte unseres Landes, und findet weltweite Beachtung – gerade auch in den USA. In Präsidentenreden und Talkshows ist von unserem Land als positives Beispiel die Rede. Ende 2012 hatten wir 32 GW an Solarenergie montiert – rund zehnmal mehr als zum gleichen Zeitpunkt in den viel größeren USA, und ohne dass es deswegen zu dauernden Stromausfällen gekommen wäre. Aber auch dort ist ein Umdenken längst im Gange – wenn auch nicht auf nationaler Ebene. Aber Bundesstaaten und Kommunen treiben die Entwicklung voran, weniger um des Klimaschutzes willen, als wegen gewünschter Unabhängigkeit von fernen Energieversorgern. Die Menge installierter Solarenergie stieg 2012 im Vergleich zum Vorjahr um 70%, und inzwischen sind Windenergiekapazitäten von 60 GW installiert – übertroffen nur noch von China, das inzwischen an die Spitze bzgl. Investitionen in erneuerbare Energie gerückt ist (Quelle: z.B. REN21-Bericht). Damit hat selbst in zwei der energiehungrigsten Staaten das Umdenken begonnen.

Von Christoph von Friedeburg

 

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