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Wo soll künftig unsere Energie herkommen?

Wie müsste sich unsere Energienutzung in Summe ändern? Grafik: Heiko Jacobs, aus Daten des Videos von Olaf Goebel (Anklicken für doppelte Größe)
Energieflussbild aus 2019 = ungestört von Corona-Effekten
Original unter ag-energiebilanzen.de für nicht-kommerzielle Zwecke frei verwendbar, lokale Kopie. Aufgetrennt und leicht verändert für die Wiedergabe im u&v: Heiko Jacobs, oben Anlicken für fünffache Größe dieser Version.

Dies ist eine zentrale Frage von Klima-, Verkehrs-, Energie- und anderen Wenden und des Umweltschutzes allgemein. Bei der Suche nach einer Antwort auf diese Frage wird viel rumlamentiert: Wir brauchen dringend Flüssiggas! Nein, Atomstrom! Nein, Photovoltaik! Nein, Kohle! Nein, Windkraft! Aber die armen Vögel!!1 Oder anders ausgedrückt: Jeder will die Wende, allerdings will jeder woandershin wenden und dabei ja nix an den alten Gewohnheiten ändern.

Anlässlich eines guten Videos bei youtube mit einem längeren Vortrag zu diesem Thema will ich diese Frage hier aufgreifen, zusammenfassen und ergänzen.

Als erster Einstieg empfiehlt sich aber ein sieben Jahre altes Video von Harald Lesch:
youtube.com/watch?v=dd5HNYr9sRQ
„Energie: Die Grenzen des Wachstums!“ Sind erneuerbare Energien unerschöpflich? Plakativ nimmt er an, unser durchschnittlicher Welt-Energieverbrauch würde jedes Jahr um 4 Prozent steigen. Klingt nach fast nichts (oder nach dem Traum der Wirtschaft, nach denen für den Wohlstand solche Raten unerlässlich sein sollen), in den letzten Jahrzehnten lag die Rate bei ca. der Hälfte. Wann würden wir bei 4 % so viel Energie umsetzen wie unsere Sonne, also auf gut deutsch so hell strahlen wie diese? Noch ewig hin? Pustekuchen: In 800 Jahren schon! Nach dem Muster rechnet er durch, wie lange es dauert, bis bei dieser Rate die Erde komplett zugekachelt wäre, würden wir alle unsere Energie durch Photovoltaik (PV) gewinnen: 239 Jahre! Ähnlich für andere regenerative Energien, für die es noch schlechter aussähe. Seine Schlussfolgerung: „Die möglicherweise wichtigste Energiequelle im gesamten Universum“, wohl die einzige unerschöpfliche: Energie sparen!

Und ich füge mal hinzu: Wir sollten uns auch Gedanken über eine andere Grundlage des Wohlstands überlegen. Eine, die nur auf Wirtschaftswachstum beruht, ist nicht zukunftsfähig. Mit höheren Raten nennt man es auch Schneeballsystem, Herzkreis o. ä., die verboten sind. „Weniger ist mehr“ bzw. qualitative Verbesserungen statt quantitatives Wachstum sollte die Devise werden. Man kann sich auch sparen, nur etwas die 4 % runter zu schrauben: Das Ende wird nicht durchgreifend später erreicht.

Das umfassendere Video, ca. 1:40 Std., ist:
youtube.com/watch?v=VvnmBOLuvGw
„Die Energiewende zu Ende gedacht — Was wird sich für uns ändern?“ von Olaf Goebel, Nov. 2022, Lehrgebiet „Energietechnik“ an der Hochschule Hamm-Lippstadt, vorher u. a. im Kraftwerkbau tätig.

Im Kern geht es darum, dass wir bis 2045 klimaneutral sein wollen, das ist nicht mehr lange hin, 23 Jahre nur, kann das klappen?

2019 wurden in Deutschland 3.557 TWh Primärenergie (Kohle, Öl, Uran, Sonne, ...) umgewandelt in nur noch 1.370 TWh Nutzenergie (Licht, Wärme, Bewegung bspw. des Autos, chemische Prozesse, ...), das sind nur noch 38,5 % der Primärenergie.

Die drei größten Energieschlucker (zusammen 67 %) sind die Prozessenergie in der Industrie, die Raumheizungen im Privatbereich (21 % 1995) und die Mobilität. Autos setzen aber nur rund 25 % der Energie im Benzin in Bewegung um, der Rest geht aus dem Auspuff raus: Aus 718 TWh werden beim Verbrenner 180 TWh Bewegung. Bei der E-Mobilität braucht man aber für 180 TWh kinetische Energie nur noch 224 TWh Strom wegen 80 % Wirkungsgrad des E-Motors: 494 TWh gespart!

Moderne Heizungen setzen ca. 100 % der gelieferten Energie von 505 TWh in Raumwärme um, Wärmepumpen mit Jahresarbeitszahl 2,5 bräuchten dafür nur 202 TWh: 303 TWh gespart. Ohne Nutzeinschränkung (weniger Auto, Häuser nicht isoliert), nur mit modernerer Technik rund 800 TWh Endenergie (=Strom, Heizöl, ...) gespart!

Dann rechnet er mit einer Reduzierung bei der Nutzenergie von 25 % weiter (bspw. etwas weniger Verkehr, aber vor allem Gebäude isolieren) unter Nutzung besserer Technik (E-Mobilität, Wärmepumpen) und weniger Energieerzeugung mit thermischen Kraftwerken (große Energieverluste) zurück, dass nur noch die Hälfte der Primärenergie von 2019 gebraucht würde.

Diese nur noch rund 1.800 TWh müssten regenerativ erzeugt werden: Bei der Stromerzeugung sind wir schon nahe der Hälfte aus Erneuerbaren, Strom ist aber nur ein Drittel des Primärenergieverbrauchs, beim Verkehr liegen die Erneuerbaren nur bei 7 % (Biodiesel etc., elektr. Schienenverkehr), bei der Wärme bei 15 % (Holz etc.).

Für die erneuerbare Energieerzeugung kommen hauptsächlich Wind und Sonne in Frage, Umstellung auf E-Mobilität und Wärmepumpen wäre also zwingend. Wasserkraft ist aus Umweltgründen kaum noch ausbaubar. Für Biomasse werden heute schon 20 % der Fläche bei uns benötigt, was in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion steht, die in Zeiten des Klimawandels immer schwieriger werden wird und zudem unter dem Druck der immer noch wachsenden Flächenversiegelung steht.

Um den Strom für die Durchschnitts-Auto- Fahrleistung (14.000 km) eines E-Autos zu erzeugen, braucht man bei 60 % Flächenabdeckung gut 23 m2 „Acker“. Um den Biosprit eines Verbrenners für diese Strecke zu erzeugen, braucht man aber 1.260 m2 Acker! Schon deswegen sollte man umstellen.

Überschussstrom, bspw. aus Windkraft an der Küste, kann man per „Tauchsieder“ in Fermwärmenetze einspeisen. Oder in Wasserstoff umwandeln. Wären Wasserstoffautos eine Alternative zum E-Auto? Nicht wirklich: H2Autos sind im Kern sowieso E-Autos, die ihren Strom in Brennstoffzellen produzieren. Vom ursprünglichen Windstrom kommen so nur 40 % als Mobilität an, der Effizienzvorteil des E-Autos wäre futsch ... Dito beim Heizen mit H2

Wasserstoff wird gebraucht, wo schwere Batterien unpraktisch sind (Hochseeschiffe, Fernflüge, evtl. LKW im Fernverkehr) und vor allem als Prozessenergie (bspw. Stahlerzeugung) und als Rohstoff (bspw. Chemie- und Düngerproduktion etc.). Heute schon werden 57 TWh erzeugt, zumeist aus Erdgas, das muss „grün“ werden, s. o. Einsetzen könnte man H2in E-Bussen auch als Backup (bspw. wenn Strom in Dunkelflauten teuer ist) und zur Reichweitenerhöhung, letztere könnte man auch mit Biokraftstoff oder E-Fuels betreiben. E-Fuels sind eigentlich noch ineffizienter (mehr Verluste), aber leichter zu handhaben als Wasserstoff, aus dem man sie herstellen würde. Wer drauf wartet, seinen Lieblingsverbrenner damit „technologieoffen“ fahren zu können, wird aber an den Kosten verzweifeln! Überschussstrom wird es zwangsläufig geben, wenn man Sonne und Wind ausbaut. Den sollte man nicht vergeuden, sondern für die genannten Zwecke vorrangig verwenden, bevor man an private Wasserstoff-Pkw und -Heizungen denkt. Und Wasserstoff ist eine Möglichkeit der Energiespeicherung im großen Maßstab, eine zentrale Frage bei Erneuerbaren: Das Gaskraftwerk, heute schon oft „wasserstoff-ready“ gebaut, verbrennt dann Wasserstoff. Gespeichert wird dann, wie bei Erdgas, unterirdisch. Heutige Gasspeicher haben schon eine Kapazität von 270 TWh, mit Wasserstoff gefüllt hätten sie nur 90 TWh, das wären aber schon 5 % der künftigen 1.800 TWh Primärenergiebedarfs. 5 % wäre ungefähr das, was saisonal gespeichert werden müsste, wenn eher auf Wind als Sonne gesetzt würde. Außerdem kann man weitere Untergrund-Speicher relativ leicht bauen. „Private“ Speicherung von Wasserstoff in Tanks ist dagegen in der Regel viel zu teuer. Noch mehr Ideen zum Speichern gesucht? Harald Leschs „Voll geladen: neue Speicher für die Energiewende“ schauen:
youtube.com/watch?v=ReXgSAs65QA

Was muss nun, neben den Speichern, ausgebaut werden? 1.800 TWh brauchen wir, 500 TWh sind schon regenerativ (darunter 130 TWh Wind und 50 TWh Sonne), Lücke also 1300 TWh = Wind verzehnfachen oder 26x Sonne. Sonne ist leichter umzusetzen als Wind. Als Beispiel rechnet er weiter mit Wind verdreifachen und Sonne verachtzehnfachen, Wasser und Biomasse Null aus o .g. Gründen. Nimmt man den Ausbau von 2010 auf 2020 als Maßstab, dauert es 100 Jahre, bis diese Werte erreicht werden. Wir wollen es aber in 23 Jahren schaffen, d. h. das Ausbautempo der letzten 10 Jahre muss „nur“ vervierfacht werden. 18x Sonne wären rund 95 km mal 95 km Landfläche = 2,5 % der Landfläche oder 5 % der landwirtschaftlich genutzten Fläche. Von letzterer werden heute schon 20 % für Biomasse genutzt: Ein Viertel davon für Photovoltaik und das Problem wäre gelöst, mit E-Autos braucht man ja eh weniger Biosprit ... Oder bebaute Fläche mit PV überbauen! Alleine auf Gebäuden sieht eine Studie mehr Potential als bei der obigen Beispielrechnung gebraucht würde, ist aber teurer. Große Parkplätze überdachen brächte 6 %, „Agri-PV“, also gemeinsame Nutzung für Landwirtschaft und PV, brächte das Dreifache des Nötigen und hat für einige schattenliebende- und wind-/regenempfindliche Kulturen (bspw. Beeren und einige Gemüsesorten) weitere Vorteile. Für die Verdreifachung der Windnutzung bräuchte man 3,4 % der Landfläche, die weiterhin land- und forstwirtschaftlich genutzt werden kann oder gemischt mit Photovoltaik.

Fazit: Es ist machbar! Von der Menge her und bezüglich Zeit, wenn man sich ranhält. Und seine Rechnung nach einer Stunde Vortrag bzgl. der Maßnahmen von Politik und Wirtschaft beruht auf Annahmen ohne wirklichen Komfortverlust. Was jeder Einzelne tun kann, folgt dann, inklusive fundamentaler Denkfehler (auch sehr interessant anzuschauen) beim eigenen Verhalten, wie auch bei der Frage, warum wir mit „nur 2 %“ des CO2-Austoßes der Welt was tun müssen, statt auf die anderen zu warten.

„Man kann das, was auf jeden Fall richtig ist, schon tun, bevor man alles zu Ende geplant hat.“ ist seine abschließende Erkenntnis: Ausbautempo von Wind und PV (3x) und Renovierungsrate von Gebäuden (2x) erhöhen, Elektrolyseure für grünen Wasserstoff aus Überschussstrom, schnelle Einführung von E-Mobilität und Wärmepumpen, Nutzerverhalten (Energiesparen), sowie weltweiten Export von Energiewende-Erfahrung und -Technik in Entwicklungs- und Schwellenländer, Anreize für Umkehr des Bevölkerungswachstums, Stopp der Entwaldung.

Drei Fakten statt Fake stehen am Ende des Vortrags: Führen alle E-Autos, bräuchte man übrigens nur 20 % mehr Strom als heute, statt 360 TWh verbraucht man aber nur noch 120 TWh Primärenergie. Der Mehrverbrauch entsteht aber nicht von heute auf morgen. Würden alle E-Autos mit 22 kW gleichzeitig komplett geladen, würde zwar das Stromnetz zusammenbrechen, wäre aber genauso wahrscheinlich und folgenschwer, als wenn alle Leute gleichzeitig ihren Verbrenner tanken wollten, das gäbe 15 km Stau vor jeder Tankstelle! Normales Nachladen des Tagesverbrauchs ist bei E-Autos genausowenig ein Problem wie bei Verbrennern. Seine Fakten zu AKW gefallen uns nicht ganz so gut ...

Sein Resumée, ob alles geht: Theoretisch ja! Aus technisch-naturwissenschaftlicher Sicht geht das alles. Rein praktisch hat er Zweifel, weil es national an den nötigen Arbeitskräften mangelt und international zu viele Länder das Problem noch nicht realisiert haben. Der notwendige Wandel wird sich viel zu langsam vollziehen.

Sein Schlusswort passt zu meiner je nach Laune mal scherzhaft, mal ernsthaft gemachten Feststellung, dass es bisher noch jede (Hoch-)Kultur geschafft hat unterzugehen, es gibt derzeit keinen Grund anzunehmen, dass ausgerechnet wir die erste Ausnahme sein sollen ... Die Klimakatastrophe sei kaum noch abzuwenden, die über 60-jährigen wie er und ich werden das Schlimmste aber wohl nicht mehr erleben. Es geht aber noch um das Ausmaß, also kein Grund nichts zu tun!
... sondern weiterhin alles Mögliche.

23 Jahre nur noch, wenn wir bis 2045 klimaneutral werden wollen. Ambitioniert. Wären wir 2045 erst bei 80 % oder 90 %:
Schwamm drüber, das wäre immer noch sehr viel klimafreundlicher als jetzt: Es ist, s. o., immer besser anzufangen, egal ob wir jetzt schon wissen, wann und wie das Ziel wirklich erreicht wird.

Oder schauen wir mal 23 oder 30 Jahre zurück, wie die Welt damals aussah und wie sie sich seitdem verändert hat: Beispiel Internet, damals noch in den Kinderschuhen, heute geht fast nichts mehr ohne Internet: Kehrtwende um 180° gelungen! Dito in vielen anderen Bereichen. 1993 sank der Pkw-Zuwachs unter 1 Mio/Jahr bei knapp 39 Mio. Pkw, 23 Jahre zuvor waren es nur 14 Mio., 33 Jahre zuvor, 1960, nur 5 Mio. Pkw. Umstellung Deutschlands auf „Vollmotorisierung (Kinder, Alte, Kranke, Arme und renitente Autoverweigerer wie uns mal ausgenommen) innerhalb eines ähnlichen Zeitraums „gelungen“. Von 1994 auf 2016 wurden 76 Mio. Pkw neu zugelassen bei einem Bestand 2016 von ca. 45 Mio. Pkw, also könnte man in 23 Jahren den gesamten Bestand mehr als austauschen. In ähnlichen Zeiträumen ist es gelungen, Deutschland zur Fernsehnation zu machen und fast alle Bundesbürger mit Handy, nun Smartphone, Waschmaschine und Kühlschrank auszurüsten. Und jetzt wollen uns gewisse Kreise ernsthaft erzählen, dass es nicht möglich sein soll, wenigstens einen Großteil der Autos und Heizungen umzustellen, wenn sie nicht schon eh mit Wärmepumpe oder Fernwärme laufen? Und keine Ladesäulen o. ä. aufzustellen? Man stelle sich vor, es hätte jemand Bertha Benz vor ihrer ersten Autofernreise nach Pforzheim erzählt, das könne ja gar nicht funktionieren, weil es unterwegs gar keine Tankstelle gäbe ... Umso mehr verwundert es, dass gerade die die größten Bremser sind, die sonst darauf vertrauen, dass der Markt schon alles regelt.

Gut, wir könnten umstellen. Aber China!? Und Indien? USA? Afrika? Umstellungsverweigerer kommen gerne damit ums Eck, weil diese ja noch X Kohlekraftwerke bauen, übersehen aber, dass die beiden ersten massive Anstrengungen zur Umstellung auf Sonne etc. auf den Weg gebracht haben, Indien aus Kostengründen, Importkohle ist zu teuer, China aus Umwelt- und Marktgründen: China zieht dem Rest der Welt gerade die Butter vom Brot bei der Produktion von E-Autos. Bei PV und Wind beherrschen sie bereits die Märkte. Und zumindest einige Länder (Ost-) Afrikas überraschen immer wieder mit positiven Meldungen aus dem Umweltbereich etc., man merkt es hier nur kaum, weil es uns nur selten in unseren Medien erreicht. Auch wenn sie hinterherhinken würden, wäre das keine Ausrede für uns, wo wir pro Person ganz vorne mit dabei sind bei CO2. Eine Rechnung, wie oben im Video beschrieben, könnte man vermutlich mit ähnlichem Ergebnis für alle Länder dieser Welt aufstellen. Viele Ölländer streben ja schon den Export grünen Wasserstoffs aus PV an, Zukunft erkannt.

Und wie sieht es bei uns in der Region aus? Im Prinzip gut, denn hier scheint ja oft die Sonne und auf den Bergen weht der Wind. Über BenKA, eine Initiative für Bürgerenergie, haben wir im u&v 1/23 berichtet, im nächsten u&v 3/23 wird voraussichtlich über eine AG zur Wärmewende berichtet. Das neue, leider weichgespülte Gesetz zur Umrüstung der Heizungen setzt ja auch mehr auf Fernwärme, wo wir in der Stadt Karlsruhe schon ein größeres Netz haben. Das wird gerade kräftig ausgebaut, basiert aber bisher hauptsächlich auf Abwärme industrieller Prozesse und Kraftwerke, von denen nicht alle die Energiewende überleben dürften. Die Stadtwerke Bruchsal, Ettlingen und Bretten haben gerade erst beschlossen, eine regionale Wärmeversorgung aufzubauen, natürlich gleich auf der Basis von erneuerbaren Energien.

Wesentlicher Bestandteil dürfte da die Tiefengeothermie werden. Das wird noch spannend, gibt es doch schon lautstarke Bürgerinitiativen dagegen, aus Umweltschutzgründen, aber zumeist wohl eher aus Angst um das eigene Häuschen? Staufen im Breisgau hat da nicht gerade Vertrauen geschaffen, nachdem man dort Anhydrit angebohrt hat, der in Kontakt mit Wasser stets zu Gips aufquillt und seitdem durch Hebungen Schäden verursacht. Dito das Geothermieprojekt Vendenheim bei Strasbourg, das nach wahrscheinlich induzierten und für Geothermie vergleichsweise starken Beben stillgelegt wurde. Zu tief und zu hoher Druck entgegen den Genehmigungen und nicht genug Geduld für den nötigen Spannungsausgleich lauten Analysen. Dabei liegen die Bebenstärken immer noch deutlich unter denen, die hier natürlich vorkommen können. Bei der „Rüppurrer Störung“, einer Geländekante in Karlsruhe von rund 1 m, vermutet man ein bis mehrere Beben der Stärke 6 vor rund 9000 Jahren, also „kurz“ nach der letzten Kaltzeit.

Als „Abfallprodukt“ gewinnt man bei der Geothermie Lithium, den begehrten Akkurohstoff, verdächtig? Ja, kann man viel Geld mit verdienen, aber wäre es besser, für „unsere“ Akkus in fremder Herren Ländern die Umwelt auszubeuten? So wie heute schon die Umweltschäden bei der Ölproduktion und der Abfallentsorgung irgendwo anders bleiben? Keine gute Idee m. E. Apropos Rohstoffe, damit wären wir bei:

Energie ist nicht alles! Nicht umsonst habe ich Leschs Video an den Anfang gestellt mit den Grenzen des Energiewachstums und der Botschaft „Energie sparen“ selbst bei den (eben auch nur begrenzt) erneuerbaren Energien. Viel stärker trifft das dort zu, wo man die „Grenzen des Wachstums“ schon seit den 1970ern vom Club of Rome kennt: Rohstoffe und alle anderen Ressourcen. Jede gesparte TWh spart auch die Ressourcen für die Herstellung von Windrädern, PV-Anlagen und Speicher etc., jedes reparierbare und ggfs gut wiederverwertbare Produkt mit und ohne Stecker statt Wegwerfprodukt und jeder Verzicht auf Konsum spart Ressourcen und schont die Umwelt. Wir Deutschen sind stets ganz vorne mit dabei, den „Erdüberlastungstag“ immer ein wenig früher zu erreichen (In D: Anfang Mai, Welt: Anfang August), wo doch die genau andere Richtung das Ziel sein sollte ... Noch haben wir die Wahl: Den Untergang unserer globalen Kultur dank unserer technischen Möglichkeiten viel fulminanter gestalten als alle Kulturen-Untergänge zuvor oder den Nachweis liefern, dass auch diese Regel endlich eine Ausnahme hat und wir intelligentes Leben nicht mehr im Universum suchen müssen.

Heiko Jacobs

Noch zwei Links:
Warum „Aber China!“ und „Deutschland alleine kann nicht die Welt retten“ keine guten Argumente sind von vor 2 Jahren und ein frisches Update, kurz nach Druck gefunden, dazu:
China on course to hit wind and solar power target five years ahead of time (Das für 2030 gesteckte Ziel zum Wind- und Sonnenausbau wird vmtl. 5 Jahre vorher erreicht). (Nach einem Forumslink hier gefunden)

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