Ein gutes Leben fast ohne Treibhausgase

Eigentlich sagen wir, dass wir uns um die konkreten Technologien oder Lebensweisen ohne Treibhausgase gar nicht so intensiv kümmern brauchen, wenn die Preise die ökologische Wahrheit sagen. Klimaschutz rechnet sich dann privatwirtschaftlich und auch die öffentlichen Investitionen werden in die richtige Richtung gehen, weil dann der entsprechende politische Druck da ist. Aber uns Menschen fällt es nun einmal schwer, einfach einen Großteil der Verantwortung an Marktmechanismen abzugeben; ohne ungefähr zu wissen, wo die Reise dann hingeht. Wie sieht mein Leben in 10, 20 oder 30 Jahren aus? Deshalb wollen wir hier stichpunktartig Szenarien entwerfen, die verdeutlichen, dass ein gutes Leben fast ohne Treibhausgase möglich ist. Aber bitte kein Missverständnis: Wir wollen nur das breite Spektrum an Technologien und Lebensstilen aufzeigen. Am grünen Tisch ist eine Entscheidung über kosteneffiziente Lösungen nicht möglich. Auch fehlen in unseren Szenarien Tausende von heute schon bekannten technischen Möglichkeiten und erst recht natürlich die heute noch unbekannten ;). Lassen wir die Details Marktmechanismen entscheiden. Aus der Geschichte wissen wir, dass Märkte am effizientesten Knappheitsprobleme lösen und innovative Lösungen hervorbringen. Der Markt versagt an vielen Stellen. Das was er kann, sollte man ihn aber auch machen lassen.

Mit einem wirksamen CO2-Preis werden unsere CO2-Emissionen sinken und Alternativen werden sich nachhaltig und aus eigener Kraft durchsetzen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass es dann politisch nichts mehr zu entscheiden gibt. Wir müssen dann trotzdem darüber weiter streiten, wie viel Geld wir für die Bahn, den Straßenverkehr oder Radwege ausgeben. Welche Abstände wir bei Windenergieanlagen zur Wohnbebauung haben wollen. Etc. pp. Allerdings wird dieser "Streit" mit einem wirksamen CO2-Preis vor völlig veränderten Vorzeichen geführt werden. Das ist der entscheidende Punkt.

1. Die Energiequellen der Zukunft

Es gibt nur drei Möglichkeiten, die Emission von CO2 langfristig auf nahezu null zu reduzieren:

1.1 Erneuerbare Energien

Erneuerbare Energien sind die Energieträger der Zukunft: Windenergie, solare Strahlung, Wasserkraft, Erdwärme und nachwachsende Rohstoffe als Ersatz für Kohle, Öl und Erdgas.

Es wird auch von erneuerbaren synthetischen Treibstoffen bzw. Brennstoffen gesprochen, wenn der dazu z.B. notwendige Wasserstoff mit Strom aus erneuerbaren Quellen erzeugt wurde (andere Begriffe dafür: Windgas, Power-to-Gas; Power-to-Liquid, synthetisches Methan bzw. Methanol). Mehr dazu siehe unten.

Zur Vollständigkeit weitere Möglichkeiten, wenn man beim Energieträger ansetzt:

1.2 Effizienzrevolution

Durch den Einsatz produktiverer Technologien wird der Ausstoß von Treibhausgasen bei gleichem Nutzen verringert.

Damit wäre es auch möglich, den Anteil erneuerbarer Energien an der Stromproduktion zu erhöhen. 2017 hatten wir einen Anteil von ca. 35% erneuerbarer Energien. Senken wir den gesamten Stromverbrauch um zum Beispiel 50% und produzieren lediglich genauso viel Strom aus erneuerbaren Energien wie heute, liegt ihr Anteil dann schon bei 70%.

Nun sagen Sie vielleicht: 50% weniger Stromverbrauch sei nicht realistisch. Da unterschätzen Sie jedoch die Findigkeit unserer Ingenieure. Ein Vergleich mit der Arbeitsproduktivität macht dies deutlich: In den letzten Jahrzehnten ist die Arbeitsproduktivität jährlich durchschnittlich um 2,6% gestiegen. Das heißt Jahr für Jahr haben wir aus der gleichen Arbeitsstunde durchschnittlich 2,6% mehr Output herausgeholt. Jetzt werden Sie sagen: 2,6% sind keine 50%. Da unterschätzen Sie nun den Zinseszinseffekt: Nach nur 17 Jahren ist dies eine Gesamtsteigerung der Arbeitsproduktivität um 50%. Also unsere Ingenieure können das. Nur müssen sie in Zukunft eben auch verstärkt die Energieproduktivität steigern. Und was war eine wesentliche Triebkraft für die steigende Arbeitsproduktivität? Erfolgreiche Gewerkschaften. Preise lenken eben! Da wir in Zukunft wahrscheinlich mehr Strom auch bei Mobilität und Wärme einsetzen, werden wir zwar wohl den Stromverbrauch nicht senken können. Trotzdem gilt: Je mehr wir die Effizienz beim Stromverbrauch erhöhen, desto schneller sinken die CO2-Emissionen..

Ohne, dass Preise die ökologische Wahrheit sagen, laufen Effizienzsteigerungen  aufgrund des Reboundeffekts oft ins Leere. Die spezifischen CO2-Emissionen von Gütern und Dienstleistungen sinken zwar und kann zu Kosteneinsparungen führen. Der Rückgang der spezifischen CO2-Emissionen wird aber durch einen höheren Gebrauch, höhere Ansprüche oder Verlagerung des Konsums kompensiert. Eine Paradebeispiel ist das Auto. Den Ingenieuren ist es gelungen, den spezifischen Verbrauch der Motoren drastisch zu reduzieren. Dies wird aber kompensiert durch schwerere Fahrzeuge, mehr energiefressende Funktionen und eine höhere Fahrleistung. Die Effizienzrevolution wird also erst durch ökologische Preise in die richtige Richtung gestoßen.

Den kostenoptimalen Mix zwischen Ausbau der erneuerbaren Energien und Senkung des Energieverbrauchs kann am besten der Markt bestimmen, wenn Preise die ökologische Wahrheit sagen.

1.3 Suffizienz

Suffizienz: Wir reduzieren unsere Ansprüche. Das kann man auch als Verzicht bezeichnen.

Die meisten Politiker suggerieren den Menschen noch, dass alles über Effizienz und Ausbau der erneuerbaren Energien regelbar ist - vielleicht sogar ohne viel Mehrkosten. Die Herausforderung ist jedoch so gewaltig, dass es ohne Suffizienz wohl nicht gehen wird. Arbeiten wir mit Marktmechanismen, können wir jedoch das Ausmaß an Verzicht minimieren, weil sie die Effizienz- und Innovationspotenziale voll ausschöpfen.

Wichtig ist, dass wir Verzicht hauptsächlich im Vergleich zudem wahrnehmen, was sich Menschen in unserer Umgebung "leisten können". Wenn Lebensstile, Infrastruktur und Produkte sich geändert haben, weil Preise die ökologische Wahrheit sagen, leben wir in einem anderen Umfeld und wir nehmen Veränderungen u.U. aus diesem Grund gar nicht als Verzicht war.

Manche preisen Verzicht als Selbstzweck. Das hat aber eigentlich mehr mit der Frage eines glücklichen Lebens zu tun als mit Klimaschutz.

Dabei gibt es die interessante Variante, dass in den Raum gestellt wird: wir wüssten einfach nicht was uns glücklich macht. In einer CO2-freien Welt könnten wir sogar glücklicher sein als heute. Autofahren mache zum Beispiel eigentlich gar keinen Spaß und habe auch sonst keine Vorteile. Vegane Ernährung schmeckt eigentlich besser und ist auch nicht komplizierter als Mischernährung. Das mag alles so sein oder aber auch nicht. Der entscheidende Punkt ist: wir müssen wahrscheinlich weniger Autofahren und weniger Fleisch essen, ob es uns nun glücklicher macht oder nicht.

Mit dem Glück ist es überhaupt so eine Sache: Viele berichten wie glücklich sie sich fühlen, wenn sie in ihrem privaten Bereich etwas zum Klimaschutz beitragen. Dieses Glück speist sich jedoch zu einem großen Teil daraus, dass man sich damit abheben kann von der Masse - etwas Besonders macht. Bei der Dekarbonisierung geht es aber gerade darum, das Besondere zum Gewöhnlichen zu machen. Damit geht aber der Glückskick als Motivation verloren.

Wir sagen:

Die Begrenzung des Klimawandels wird immer noch viel zu oft auf der Ebene individueller Verhaltensänderungen diskutiert: "Klimaschutz, was jeder tun kann". Auf dieser Ebene stumpft ein Großteil der Menschen einfach ab, weil sie intuitiv mitnehmen: "Ich soll aufs Autofahren verzichten und mein Nachbar fährt munter weiter. Das mache ich nicht mit. Sollen erstmal die Anderen anfangen". Oder man pickt sich eine symbolische umweltbewusste Handlung heraus, um sein Gewisssen zu beruhigen und sich gut zu fühlen. Das ist eine kontraproduktive Verzichtsdebatte. Der menschengemachte Klimawandel ist ein systemisches Problem und braucht eine systemische Antwort. Wir brauchen in erster Linie auf gesellschaftlicher Ebene Regeln, die zur Dekarbonisierung führen. Diese Regeln müssen die Bürger als gerecht empfinden, damit sie sie bei Wahlen auch legitimieren.

2. Stromerzeugung

Ungefähr die Hälfte des CO2-Ausstoßes in Industrieländern resultiert aus der Stromerzeugung. Zurzeit zeichnet sich zudem ab, dass individuelle Mobilität und auch zunehmend Wärme, womöglich in Zukunft auch über Strom läuft. Der Anteil ist damit tendenziell steigend. Daher ist es besonders wichtig CO2-freien Strom zu erzeugen. Leider kostet die kWh aus einem alten Braunkohlekraftwerk mit Tagebau nebenan an nur 3,5 ct/kWh und auch ein neues Kohlekraftwerk schneidet mit ca. 5 ct/kWh noch "gut" ab. Diese Preise enthalten aber nicht die Folgekosten des verursachten Klimawandels. Dafür müssen Preise die ökologische Wahrheit sagen.

Welche technischen Möglichkeiten der CO2-freien Stromproduktion haben wir?

2.1 Sonne

Das technische Potenzial der Sonneneinstrahlung ist riesig. Die jährliche Sonneneinstrahlung auf die Erde entspricht ungefähr dem 10.000-fachen des weltweiten Primärenergiebedarfs. Theoretisch reicht ein Teil der nordafrikanischen Steinwüsten (ca. die Größe Österreichs), um den weltweiten Stromverbrauch zu decken.

Für die direkte Nutzung der Sonneneinstrahlung zur Stromerzeugung stehen grundsätzlich zwei Wege zur Verfügung: Photovoltaik oder solarthermische Anlagen.

Bei solarthermischen Anlagen zur Stromerzeugung gibt es wieder zwei Möglichkeiten: (1) Über Spiegel wir die Sonneneinstrahlung auf einen Punkt in einem Turm konzentriert und dort eine Flüssigkeit zum Verdampfen gebracht. (2) Über Parabolrinnen wird ein Trägermittel erhitzt, mit dessen Hilfe wieder Dampf erzeugt wird. Dieser Dampf treibt dann wieder eine Turbine an, wie wir es auch aus den konventionellen Kraftwerken kennen. Diese Anlagen sind natürlich besonders sinnvoll in sonnenreichen Gegenden. Von dort könnte der Strom mit Hochspannungs-Gleichstrom-Leitungen mit vertretbaren Verlusten zu uns transportiert werden. Grundsätzlich könnte aus Wüstenstrom über Elektrolyse auch Wasserstoff hergestellt werden, der dann in die Industrieländer über Pipelines oder mit Tankschiffen transportiert wird. Eine Wasserstoffwirtschaft könnte prinzipiell Erdgas und Öl ersetzen.

Bei der Photovoltaik (direkte Umwandlung von Licht in Strom) haben wir in den letzten Jahren eine erstaunliche Kostendegression erlebt. Die Einspeisevergütungen für Dachanlagen sind z.B. von über 50 ct auf unter 12 ct je kWh gesunken.

2.2 Wind

Theoretisch könnten wir unseren gesamten derzeitigen Strombedarf auch durch Windenergie decken – durch Windräder auf dem Meer (Off-Shore) und auf dem Land (On-Shore). On-Shore Windstrom ist zurzeit an guten Standorten und mit hohen Windrädern die kostengünstigste erneuerbare Energiequelle.

Durch Repowering, also Ersatz alter Anlagen durch höhere und leistungsfähigere Windturbinen, können wir die Windenergie weiter ausbauen ohne viele neue Standorte. Warum hohe Windräder? Die doppelte Windgeschwindigkeit bedeutet achtfache Energieerzeugung. Nach einer Faustregel nimmt der Ertrag je m Nabenhöhe um 1% zu.

Es wird aber auch an Flugdrachen gearbeitet, die in hohen Höhen den dort stetiger und stärker wehenden Wind ausbeuten können. Dabei kann der Drache entweder selbst Propeller besitzen oder durch die Zugkraft des Halteseils wird Strom erzeugt. Das kalifornische Start-Up-Unternehmen Makani Power, das 2013 von Google gekauft wurde, will einen marktreifen Drachen mit 35 Meter Spannweite und einem Megawatt Leistung entwickeln. Die Drachen sollen sich auch zu Windfarmen kombinieren lassen.


2.3 Infrastruktur für Sonne und Wind

Wenn die Sonne nicht scheint und der Wind nicht weht... oder

zu viel Sonne scheint und zu viel Wind weht ...

Bei einem hohen Anteil von Wind- und Sonnenstrom brauchen wir eine spezifische Infrastruktur für die Versorgungssicherheit: Passende Kraftwerke, Speicher, Regelenergie und Leitungen.

Passende Kraftwerke

Sonne und Wind brauchen schnell regelbare Kraftwerke, wie Gaskraftwerke, Biogasanlagen (durch Gasspeicher ist eine Pufferung möglich) oder Virtuelle Kraftwerke (auch Kombi- oder Schwamkraftwerk genannt), die (dezentrale) Erzeugungsanlagen, Speicher und abschaltbare Lasten bündeln. Gerade wenn in den kommenden Jahren viele Photovoltaikanlagen aus den garantierten Einspeisevergütungen herausfallen, könnte Virtuelle Kraftwerksbetreiber attraktive Angebote machen.

Speicher

Power-to-X (siehe auch unten: Alternative Brennstoffe)

Für die Speicherung bzw. sinnvolle Verwendung überschüssigen Stroms aus erneuerbaren Energien (z.B. Windkraft in der Nacht oder Sonnenstrom am Mittag) werden folgende Möglichkeiten diskutiert:

Eine Möglichkeit ist: über Elektrolyse Wasserstoff zu erzeugen und zu speichern und bei Bedarf über Brennstoffzellen wieder Strom zu erzeugen.

Unter dem Begriff Power-to-Gas (bei Windenergie auch Windgas genannt) wird diskutiert, den Wasserstoff in das bestehende Erdgasnetz einzuspeisen. Bis zu 5 % Wasserstoffanteil wäre möglich. Oder man wandelt den Wasserstoff durch Reaktion mit CO2 in synthetisches Methan (Methanisierung) um und könnte dieses damit ohne Begrenzung in das Erdgasnetz einspeisen. Damit könnte EE-Gas auch als Brennstoff für Gaskraftwerke, KWK-Anlagen, Heizungen oder als Treibstoff für Fahrzeuge verwendet werden. Auch ist es möglich, durch einen weiteren Prozessschritt das EE-Gas zu verflüssigen zu Methanol (Power-to-Liquid).

Prof. Bernhard Rieger, Inhaber des Wacker-Lehrstuhls für Makromolekulare Chemie der TU München: „Wir können weder so viele Batterien herstellen noch so viele Pumpspeicherkraftwerke bauen, um die zukünftig zu erwartenden Differenzen zwischen Stromproduktion und Stromverbrauch auszugleichen. Der einzige Weg so große Energiemengen zu speichern, führt über die chemische Speicherung.“ (Link mehr Informationen).

Unter dem Begriff Power-to-Heat versteht man die Möglichkeit mit überschüssigem Strom aus erneuerbaren Quellen Warmwasserspeicher aufzuheizen.

Andere Speichertechnologien

Eine andere Möglichkeit sind unterirdische Druckluftspeicher. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt experimentiert mit Betonspeichern. Siemens hat mit Partnern in Hamburg einen Vulkansteinespeicher gebaut. Im andalusischen La Calahorra, wo das mit 150 Megawatt Gesamtleistung weltgrößte solarthermische Kraftwerk Andasol beheimatet ist, wird mit Salzspeichern gearbeitet.

Aber auch die altmodisch anmutenden Pumpspeicherkraftwerke sind eine kostengünstige Möglichkeit. Eine weitere Möglichkeit ist ein Lageenergiespeicher (Hubspeicherkraftwerke), dessen Grundkonzept beruht auf dem hydraulischen Anheben einer sehr großen Gesteinsmasse mit Wasserpumpen. Dabei nimmt die Gesteinsmasse potentielle Energie auf und kann diese wieder abgeben, wenn das unter Druck stehende Wasser über eine Turbine wieder abgeleitet wird. Statt Wasserpumpen können auch Kräne eingesetzt werden.

Die genannten Speicher können sich gegenseitig ergänzen. Wichtig ist nämlich für welchen Zeitraum die Speicherung notwendig ist. Man unterscheidet grob, ob es um Primärregelung (Sekunden bis Minuten), Stunden, Tage oder Wochen handelt. Im Sekunden und Minutenbereich können auch Batterien eine wichtige Rolle spielen. Heute müssen Kohlekraftwerke oft weiterlaufen, obwohl eigentlich genug EE-Strom vorhanden ist, der aber fluktuiert. Hier können große Lithium-Ionen- oder Natrium-Schwefel-Batterien helfen. Auch könnte man viele bestehende Notstrombatterien, bei zum Beispiel Telefonnetzanbietern oder auch private Batteriespeicher von Photovoltaikanlagen zu einer virtuellen Batterie vernetzen. Auch die Batterien von Elektroautos könnten einmal einen riesigen virtuellen Speicher abgeben. Außerdem können die Batterien von E-Autos zur Bereitstellung von Regelenergie ein zweites Leben bekommen.

Super- bzw. Ultrakondensatoren können die Lücke zwischen klassischen Kondensatoren und Batterien füllen.

Diese Speichertechnologien bzw. die Erzeugung von EE-Brennstoffen ist mit Umwandlungsverlusten verbunden. Dies kann sich jedoch trotzdem rechnen, wenn den fossilen Energieträgern ihre vollen ökologischen Kosten zugerechnet werden. Außerdem wird in der Regel überschüssiger EE-Strom verwendet.

Interessante Radiosendungen zum Thema:

Leitungsausbau

Durch den Ausbau der erneuerbaren Energien kann es notwendig sein, neue Leitungen zu bauen oder bestehende zu verstärken. Dies kann örtliche Verteilnetze betreffen, die noch nicht für eine entsprechende dezentrale Einspeisung ausgelegt sind und Übertragungsnetze.

Zusatzkosten

Unter dem Strich kosten die zusätzlichen Speicher, Ersatzkapazitäten, neue Leitungen und der höhere Bedarf an Regelenergie Geld. Daher ist es fraglich, ob eine Stromerzeugung auf Basis erneuerbarer Energien sich so schnell betriebswirtschaftlich rechnet, dass wir unser Klima noch retten können. Wir denken, den fossilen Brennstoffen müssen schrittweise ihre vollen volkswirtschaftlichen Kosten zugerechnet werden - auch die Klimafolgekosten - damit die erneuerbaren Energien und die dazu notwendige Infrastruktur sich schnell durchsetzen und sich selbständig auf dem Markt rechnen.


2.4 Biomasse

Auch Biomasse ist Sonnenenergie. Bei der Verbrennung von Biomasse wird zwar CO2 frei; wächst die gleiche Menge Biomasse wieder nach, wird das CO2 jedoch wieder gebunden.

Neben Holz aus einer nachhaltigen Forstwirtschaft zählen zur verwendbaren Biomasse Energiepflanzen, Ernterückstände (Stroh, Restholz) sowie organische Reste (organischer Anteil im Müll, Gülle, Industrierestholz, Klärschlamm).

Energiepflanzen konkurrieren grundsätzlich mit der Nahrungsmittelproduktion und können diese verteuern. Wir verfüttern jedoch ca. 40 % der Getreideernte für die Fleischproduktion mit steigender Tendenz. Wenn wir unseren Fleischkonsum senken, könnte daher mehr Raum für Energiepflanzen entstehen. Außerdem trägt die Viehwirtschaft rund 1/5 an den menschengemachten Treibhausgasen bei.

Wenn die Preise die ökologische Wahrheit sagen, wird Fleisch gegenüber Getreide und Gemüse teurer werden, da mit der Fleischproduktion ein wesentlich höherer Energieaufwand verbunden ist.

2.5 Geothermie

Die Temperatur dicht unter der Erdoberfläche beträgt im Mittel etwa 10 °C und nimmt zum Erdinneren hin um etwa 3°C pro 100 m Tiefe zu. Das technische Potenzial der Erdwärme umfasst ein Mehrfaches des derzeitigen Primärenergiebedarfs der Welt.

Stromerzeugung durch Erdwärme ist im Verhältnis zur Wärmeversorgung noch nicht lange verbreitet, obwohl das Kalina-Verfahren heute schon eine Nutzung von Temperaturen ab ca. 90°C ermöglicht. Hierzu wird die Wärme des Wassers an ein Ammoniak-Wasser-Gemisch abgegeben. Da dieses schon bei wesentlich niedrigeren Temperaturen als Wasser verdampft, kann der Prozess bereits bei niedrigen Temperaturen eingesetzt werden. Mit dem entstandenen Dampf kann genauso wie üblicherweise mit Dampfturbinen Strom erzeugt werden. Ein Vorteil der Geothermie gegenüber anderen erneuerbaren Energieträgern ist die Grundlastfähigkeit.

2.6 Wasserkraft

Mit Wasserkraftwerken werden knapp 16% der weltweit erzeugten elektrischen Energie gewonnen. In einigen Ländern dürfte es noch ein hohes Wachstumspotenzial für Wasserkraft geben.

In Deutschland wird ca. 5% der erzeugten elektrischen Energie aus Wasserkraft gewonnen. In Deutschland sollen die Potenziale allerdings schon sehr ausgereizt sein. Über Hochspannung-Gleichstromtrassen könnten wir jedoch aus der Produktion in anderen Ländern profitieren. Es wird auch darüber nachgedacht mit überschüssigem Strom aus erneuerbaren Energien bei uns, Pumpspeicher-kraftwerke in Skandinavien zu beliefern.

2.7 CCS

Technisch lässt sich bei der Verbrennung von Kohle in Kraftwerken (auch bei Industrieprozessen, bei denen CO2 entsteht) ein Teil des entstehenden CO2 abscheiden. Dieses könnte dann im Untergrund verpresst werden. Die Abscheidung und Verpressung (CCS) ist jedoch mit einem hohen Energieaufwand verbunden, so dass der Wirkungsgrad von Kohlekraftwerken um 10–15 Prozentpunkte sinkt. Das erhöht einerseits die Kosten und anderseits den Rohstoffeinsatz. Damit werden nach derzeitigem technischen Stand lediglich 70% der CO2-Emissionen am Ende vermieden.

Bei den Prozessemissionen in der Stahl-, Zement- und Kalkproduktion könnte CCS unter Umständen die einzige Möglichkeit sein, um zu verhindern, dass CO2 frei gesetzt wird. Es wird aber auch an Prozesssubstitutionen geforscht.

Würde man bei der Verbrennung von Biomasse zur Stromerzeugung CCS anwenden (BECCS), wäre es damit möglich, CO2 aus der Atmosphäre wieder zurück zu holen (Negativemissionen).

2.8 Kernenergie

Kernenergie in Form der Kernspaltung ist unserer Meinung nach nicht verantwortbar. Sie ist außerdem unbezahlbar. Dies würde allein schon dadurch deutlich, wenn man die Deckelung der Betriebshaftpflicht auf einen realistischen Wert angehoben oder besser ganz aufgehoben würde.

Ob uns einmal die Kernfusion zur Verfügung steht, ist noch sehr unsicher und wird auf jeden Fall noch lange dauern.

2.9 Steigerung des Wirkungsgrades

Auch bei der Stromerzeugung selbst sind wesentliche Effizienzsteigerungen möglich, indem zum Beispiel der Wirkungsgrad erhöht wird. Moderne Steinkohlekraftwerke erreichen einen elektrischen Wirkungsgrad von 45% gegenüber 38% bei alten Kraftwerken. Einer weiteren Steigerung sind physikalisch allerdings Grenzen gesetzt. So gehen 55% der in der Steinkohle enthaltenen Energie in einem konventionellen Kohlekraftwerk als Abwärme verloren. Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (KWK-Anlagen) erreichen dagegen Wirkungsgrade bis zu 95%, weil sie die Abwärme bei der Stromerzeugung zum Beispiel zum Heizen oder als Prozesswärme nutzen. Damit kann mit KWK-Anlagen grundsätzlich Strom und nutzbare Abwärme mit wesentlich weniger CO2 produziert werden als Strom mit großen Kohlekraftwerken. Noch besser ist es natürlich, wenn als Brennstoff in KWK-Anlagen Biomasse eingesetzt wird. Solange die Preise nicht die ökologische Wahrheit sagen, rechnen sich KWK-Anlagen jedoch oft nicht.

Technisch wäre es sogar möglich, aus Hunderten von kleinen KWK-Anlagen – auch Mikro-KWK-Anlagen in Kellern von Ein- und Mehrfamilienhäusern – , die dort stehen, wo auch Wärme gebraucht wird, durch Vernetzung ein virtuelles Großkraftwerk entstehen zu lassen, das zentral gesteuert wird. Damit könnten KWK-Anlagen intelligent in die Stromproduktion eingebaut werden. Insbesondere könnten sie auch Spitzenlaststrom und Regelenergie produzieren, da die kurzfristig überschüssige Wärme in vielen dezentralen Warmwasserspeichern gepuffert werden könnte.

Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke (GuD-Kraftwerke) arbeiten mit Erdgas (Bio- oder Windgas wäre natürlich auch möglich) und erreichen aufgrund ihrer spezifischen Technologie Wirkungsgrade bis zu 58%. Zudem wird beim Verbrennen von Erdgas weniger CO2 freigesetzt als bei Kohle.

2.10 Intelligentes Stromnetz (smart grid)

Unser heutiges Stromnetz ist ziemlich dumm, weil Otto-Normal-Verbraucher, wenn er Strom aus dem Netz zieht, keine Rückmeldung erhält, wie ausgelastet das Stromnetz im Moment ist. Die Netzauslastung hat aber eine enorme wirtschaftliche Bedeutung, da besonders die Spitzenlasten hohe Kosten verursachen. Die Netze müssen nämlich so ausgelegt sein, dass sie die Spitzenlast aushalten, auch wenn diese nur wenige Minuten am Tag erreicht wird. Zu Spitzenzeiten müssen außerdem für nur kurze Zeit schnell Kraftwerke angeworfen werden, die den Spitzenlaststrom produzieren. In der Vergangenheit hat es sich nur bei Großabnehmern gelohnt, laufend den Stromverbrauch zu messen (Leistungsmessung). Diese Großabnehmer können dann Geld sparen, wenn sie es vermeiden, gerade zu Spitzenzeiten ebenfalls viel Strom aus der Leitung zu ziehen. Beim Normalabnehmer wird nur einmal im Jahr der Zähler manuell abgelesen – wie viel der Einzelne an der Spitzenlast beteiligt war, blieb unbekannt. Heute sind erschwingliche Messgeräte – sogenannte smart-meter (intelligente Zähler) – verfügbar, die es ermöglichen, den Stromverbrauch kontinuierlich zu messen und die Ergebnisse sofort dem Netzbetreiber und dem Kunden verfügbar zu machen. Damit ist auch hier mehr Kostenwahrheit möglich. Es sind Tarife möglich, die einen Anreiz bieten, in den Spitzenlastzeiten auf übermäßigen Stromverbrauch zu verzichten. Wenn es damit gelingt, den Lastverlauf zu glätten, können wir alle sehr viel Geld sparen. Das könnte kompensierend wirken zu aus Klimaschutzgründen tendenziell steigenden Strompreisen. Steigende Strompreise sind kein Selbstzweck. Durch funktionierenden Wettbewerb und technische Innovationen kann der Anstieg der Strompreise begrenz werden.

Aber ein intelligentes Stromnetz könnte noch viel mehr. Erneuerbare Energien wie Photovoltaik und Wind haben die unschöne Eigenschaft, dass sie nicht grundlastfähig sind. Leider richtet sich die Windstärke und die Sonneneinstrahlung nicht nach dem Strombedarf. Grundsätzlich ist das kein Problem: Es müssen eben nur genügend andere Kapazitäten bereit stehen, die einspringen können. Bei kurzfristigen Flauten müssen zum Beispiel Gasturbinenkraftwerke sogenannte Regelenergie zur Verfügung stellen, die schnell angefahren werde können. Aber das kostet natürlich. Falls sich die Entwicklung beim Auto in Richtung Elektroantrieb entwickeln sollte, böte sich jedoch die Möglichkeit, mit einem intelligenten Stromnetz die Batterien der Elektroautos als Zwischenspeicher zu nutzen (Vehicle to Grid genannt). Überall müssten Steckdosen verfügbar sein, die auch erkennen, wer angesteckt ist. Habe ich meine Einwilligung erteilt, wird in Spitzenlastzeiten Strom entnommen und ich werde dafür angemessen entlohnt. In Zeiten mit wenig Stromabnahme, aber zur Verfügung stehender Windenergie, werden die Batterien kostengünstig geladen. In Zukunft werden auch viele Photovoltaikanlagenbetreiber mit dem Auslaufen der Einspeisevergütungen vermehrt Batteriespeicher installieren. Auch diese könnten sich Betreiber von virtuellen Kraftwerken zunutze machen, um Speicher, abschaltbare Lasten und dezentrale Erzeugung zu bündeln.

Dieses System könnte man noch weiter denken: Im Haushalt könnten Geräte, wie der Kühlschrank oder der Backofen, durch den Netzbetreiber abgeschaltet werden, wenn für wenige Minuten eine Spitzenlast droht. Auch damit könnten die Stromerzeugungs- und -verteilungskosten insgesamt sinken. Spitzenlaststrom kann schnell mal mehrere Euro pro kWh kosten. Der Durchschnittsendpreis für Grundlaststrom liegt dagegen bei ca. 4 ct pro kWh. Hier besteht also ein großes Kosteneinsparpotenzial und auf Regelenergiekraftwerke, die mit fossilen Brennstoffen arbeiten, könnte weitgehend verzichtet werden. Für Friedman, ein bekannter amerikanischer Journalist, vereinigen sich damit zwei gewaltige Ströme: Die Revolution der Informationstechnologie und die der Energietechnologie.

Aber damit ist die Geschichte für ein intelligentes Stromnetz noch nicht zu Ende. Über die oben schon erwähnten Hochspannungs-Gleichstromleitungen könnte ein weltweites Netz (super-grid) gespannt werden, für das die Sonne nicht mehr untergeht. Neun europäische Staaten planen bereits ein super-grid für die Nordsee, »North Seas Countries' Offshore Grid Initiative«. Damit sollen Windkraft und Gezeitenkraftwerke in der Nordsee mit den Puffermöglichkeiten der Wasserkraft in Norwegen verbunden werden. Natürlich könnte man dieses Netz, wenn es ökonomisch sinnvoll ist, auch mit dem Wüstenstrom aus Afrika verbinden.

Interessante Radiosendung des DLF vom 20.11.19 zum Thema: Interkontinentale Stromleitungen - Neue Wege für die globale Energiewende - mp3

3. Warmwasser, Raumwärme, Kühlung

Rund 40% der Endenergie und etwa ein Drittel der CO2-Emissionen in Deutschland werden für Warmwasser und Raumwärme verbraucht. Welche technischen Potenziale gibt es, um hier die Effizienz zu erhöhen?

Hier gilt der Dreisprung: Dämmen – erneuerbare Energien – moderne Technik.

Auch in unseren Breiten lässt sich der Warmwasserbedarf im Sommer und in der Übergangszeit aus technischer Sicht problemlos zu 100% durch Sonnenkollektoren (thermische Solarenergie) decken. Bei guter Dämmung und Flächenheizung (Fuß- oder Wandheizung) können bei einer größer dimensionierten Kollektorfläche und Warmwasserspeicher sogar zusätzlich bis zu 40 % der Heizenergie geliefert werden.

Gibt es die Möglichkeit für eine große Kollektorflächen (60 - 80 qm für ein Einfamilienhaus) und einem großen Wasserspeicher (gut 35.000 Liter), einem Latentwärmespeicher oder eines thermochemischen Wärmespeichers kann die Sonne auch zu 100% das Heizen übernehmen. Wikipedia: "Der Vorteil von thermochemischen Wärmespeichern gegenüber konventionellen Wärmespeichern in Form eines Wassertanks liegt in ihrer höheren Speicherdichte von 200 bis 300 kWh/m³ gegenüber nur etwa 60 kWh/m³ bei Wasser. Außerdem kann die Energie über Jahre verlustfrei gespeichert werden."

Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz von Biomasse (z.B.: Pellets, Hackschnitzel, Biogas oder Rapsöl) oder synthetischer Brennstoffe (siehe unten: alternative Brennstoffe).

Auch heizen mit Strom mit Hilfe einer Wärmepumpe, die durch den umgekehrten Kühlschrankeffekt aus Umgebungswärme (z.B. Erdsonden, Grundwasser, Umgebungsluft, Warmwasserspeicher) nutzbare Wärme für Heizungen macht, ist möglich. Allerdings ist für einen sinnvollen Einsatz eine geringe Vorlauftemperatur Voraussetzung, wie sie bei Flächenheizungen zum Einsatz kommt. Außerdem sollte natürlich der Strom aus erneuerbaren Quellen stammen, damit wirklich ein Vorteil für die Umwelt entsteht. Ein wirksamer CO2-Preis regelt das ... . Will man "eigenen" Strom nutzen, kann es sinnvoll sein, selbsterzeugten Fotovoltaikstrom zu speichern in einer Batterie oder als Wasserstoff (Rückverwandlung zu Strom mit einer Brennstoffzelle).

Fernwärmenetze können an vielen Orten auch mit Wärme aus Tiefengeothermie betrieben werden.

Auf die Spitze treiben es Passivhäuser und Nullenergiehäuser. Die Grundprinzipien eines Passivhauses sind eine extrem gute Dämmung der Gebäudehülle, Dreifach-Wärmeschutz-Verglasung, Luftdichtigkeit des Hauses und ein Lüftungssystem, das mindestens ¾ der Energie aus der Abluft wieder zurückgewinnt.

Auch manche Altbauten kann man zu einem Nullenergie- oder sogar Passivhaus machen. Bei denkmalgeschützten Gebäude kann eine Innen- statt Außendämmung infrage kommen. Altbauten, bei denen aus verschiedenen Gründen eine signifikante Energieeinsparung oder solare Versorgung nicht möglich ist bzw. sich nicht rechnet, bleibt langfristig der Einsatz von Biomasse zum Beispiel in Verbindung mit Mini- bzw. Mikro-BHKWs, Einsatz von synthetischen Brennstoffen (Power-to-X) oder direktes Heizen mit Strom aus erneuerbaren Quellen. Für eine Übergangszeit kann der Einbau einer modernen Gastherme oder eines Ölbrenners mit Brennwerttechnologie, welche die Kondensationswärme des Wasserdampfs im Abgas nutzen, sinnvoll sein, die später auch mit synthetischen Brennstoffen weiter betrieben werden können.

Mit einem Mikro-Blockheizkraftwerk (Kraft-Wärme-Kopplung) im Keller auf der Basis von Biomasse kann man auch zu einem effektiven Stromproduzenten werden. Insbesondere wenn, wie zuvor beschrieben, viele Mikro-Blockheizkraftwerke zu einem virtuellen Kraftwerk vernetzt werden. Vielleicht ist es aber auch sinnvoller, auf etwas größere Anlagen und Nah- bzw. Fernwärme zu setzen. Lassen wir es den richtig regulierten Markt entscheiden.

Welche technischen Potenziale gibt es bei der Klimatisierung?

Allein durch eine konsequente Außenbeschattung der Fenster und einen nächtlichen Luftaustausch, kann in vielen Fällen auf eine Klimaanlage völlig verzichtet werden. Es wird auch an Fenstern geforscht, die sich auf Knopfdruck tönen und damit weniger Sonne herein lassen.

Eine andere Lösung sind Luft-Erdwärmetauscher. Sie machen es sich zu Nutze, dass die Erde sich im Sommer viel weniger erwärmt als die Luft. Der Luft-Erdwärmetauscher holt über ein in der Erde vergrabenes Rohrnetz durch die Erde gekühlte Luft in die Räume. Im Winter funktioniert es anders herum. Die Luft aus dem Rohrnetz aus der Erde ist vorgewärmt.

Möglich ist auch das umweltfreundliche Kühlen und Heizen mit Grundwasserspeicher.

4. Energieintensive Prozesse in der Industrie

(Teilweise Zitate aus der Untersuchung des Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung: Energieverbrauch und CO2-Emissionen industrieller Prozesstechnologien – Einsparpotenziale, Hemmnisse und Instrumente; beachten Sie bitte, dass in dieser Studie u.a. noch nicht bekannte Prozessinnovationen, substanzielle Prozesssubstitutionen und die Verringerung des Verbrauchs der Produkte nicht betrachtet wurde, wie dies die Autoren auch angeben; wenn die Preise die ökologische Wahrheit sagen, dürften die Einsparpotentiale daher wesentlich höher liegen als in der Studie ausgewiesen)

Auf folgende Branchen entfielen im Jahr 2007 ein Anteil von rund 70% des industriellen Endenergieverbrauchs: Grundstoffchemie, Eisen- und Stahlerzeugung, Nichteisen- Metalle und -gießereien, Papiergewerbe, Verarbeitung von Steinen und Erden, Glas und Keramik und das Ernährungsgewerbe.

Ansatzpunkte für die Reduzierung von Treibhausgasen:

Beispiele:

Bei der Stahl- und Zementherstellung entsteht CO2 auch durch chemische Reaktionen (nicht nur durch die Verbrennung von fossilen Brennstoffen). Es gibt Möglichkeiten, den CO2-Ausstoß dabei weiter zu reduzieren. Es könnte aber auch sein, dass die CO2-Abscheidung und - Speicherung (CCS) eine sinnvolle Option ist. Als substanzielle Porzesssubstitutionen käme laut oben genannter Studie bei der Zementherstellung celimente infrage und bei der Stahlherstellung z.B. die Direktreduktion (dazu eine Radiosendung "Europas Stahl soll grün werden" des DLF vom 04.03.2020 - mp3).

Wenn Preise die ökologische Wahrheit sagen, werden sich die kostengünstigeren Optionen durchsetzen.

5. Verkehr

Die Schlüssel zur Mobilität ohne Treibhausgase:

Weniger Verkehr – Verlagerung – effizientere Fahrzeuge - erneuerbare Energien.

Ungefähr 20% der CO2-Emissionen stammen in Industrieländern aus dem Verkehrsbereich. Meistens denkt man dabei gleich an das geliebte Auto. Aber es geht auch um den CO2-Ausstoß der Brummis, des Luftverkehrs, von Schiffen und natürlich auch des öffentlichen Verkehrs. Auch Züge und Busse fahren nicht ohne Energie.

Überblick Technologien

Überblick Technologien Antriebe

5.1 Gütertransport

Die Transportleistung gemessen in Tonnenkilometern ist in den letzten zehn Jahren um rund ein Drittel gewachsen − Tendenz weiter steigend. Der Straßenverkehr hat einen Anteil von 70% an dieser Transportleistung, die Eisenbahnen übernehmen gut 16% und die Binnenschifffahrt rund 12%. Laut einem Gutachten für das Bundesverkehrsministerium sollen sich die Tonnenkilometer bis 2050 noch einmal verdoppeln!

Ursache für diesen Anstieg ist das allgemeine Wirtschaftswachstum mit immer weiter zunehmender internationaler Arbeitsteilung, ebenso die Tendenz zur Just-in-time-Produktion und das Outsourcing. Die Zunahme des Güterverkehrs ist dabei kein Naturgesetz. Wenn die Preise die ökologische Wahrheit sagen, wird manche Outsourcingentscheidung nochmals durchkalkuliert. Manche internationale Arbeitsteilung rechnet sich nur, weil die Klimafolgekosten nicht in die Kalkulation einfließen. Viele wundern sich, dass es sich rechnet, bayerische Milch nach Italien zu verfrachten, dort Mozzarella daraus zu machen und dann über den Brenner wieder zurück nach Bayern zu karren. Das sollte man nicht von Anfang an verdammen – vielleicht ist das sogar sinnvoll. Beurteilen kann man das jedenfalls erst, wenn alle Folgekosten im betriebswirtschaftlichen Kalkül auftauchen.

Interessantes im Schiffsverkehr: Es werden Flugdrachen und moderne Segel für Hochseeschiffe getestet, die eine Treibstoffeinsparung bis zu 35% bringen können. Auch reine Segler mit innovativer Technik und Werkstoffen sind möglich - insbesondere bei unverderblicher Ware -, die Routen mit passenden Winden nutzen. Daneben können ebenso Routen mit optimaler Meeresströmung zu Kraftstoffeinsparungen führen. Das wird aber sicher erst Realität, wenn es sich aufgrund ökologischer Preise rechnet, den Zeitverlust in Kauf zu nehmen.

Für Gütertransporte, die weiterhin volkswirtschaftlich sinnvoll sind, muss die Effizienz der Fahrzeuge weiter erhöht werden und die Energie muss aus erneuerbaren Quellen stammen (EE-Strom, Power-to-Gas (Wasserstoff oder Methan), Power-to-Liquid (Methanol) oder nachwachsende Rohstoffe; s.a. alternative Kraftstoffe). Wobei beim Schwergüterverkehr bei bateriebetriebenen Elektrofahrzeugen sich Grenzen ergeben dürften, weil das Gewicht der notwendigen Batterien mit Zunahme des zu bewegenden Gewichts zum Problem wird. Eine Lösung könnten bei LKWs auch E-Highways sein, die u.a. Siemens erforscht. Dabei würde die gute alte Oberleitung auf Autobahnen zum Zuge kommen. Die LKWs hätten einen Hybridantrieb, so dass sie auch abseits der Autobahnen fahren können.

5.2 Individualverkehr

Auch bei der individuellen Mobilität müssen die Preise für Fahrzeuge und Treibstoffe die Folgekosten des CO2-Ausstoßes signalisieren. Dabei kann am Schluss herauskommen, dass wir auf das Autofahren trotzdem fast nicht verzichten (wollen), weil es uns eben einen hohen Nutzen stiftet. Dann müssen wir in anderen Bereichen umso mehr CO2 einsparen bzw. mehr dafür ausgeben, dass Mobilität mit fast Null-CO2-Emissionen verbunden ist.

Neben weniger Verkehr bringt auch Verkehrsverlagerung eine Menge CO2-Einsparung. So verursacht eine Bahnfernreise nur 1/3 der Emissionen gegenüber der Fahrt mit einem PKW. Nicht zu vergessen ist das Fahrrad. Mit dem E-Bike können wir ohne verschwitzt zu sein am Arbeitsplatz ankommen oder auch größere Lasten ohne große Anstrengung transportieren. Auch bei der Verkehrsverlagerung gilt: Sie wird erst im erforderlichen Ausmaß stattfinden, wenn CO2 eingepreist ist.

Der Bedarf an individueller Mobilität ist kein Naturgesetz; insbesondere wenn sich Strukturen ändern. Es wird zum Beispiel wieder mehr Einkaufsmöglichkeiten in der Nähe geben und der öffentliche Personenverkehr wird attraktiver sein, weil es sich einfach rechnet. Der Einkaufsmarkt auf der grünen Wiese wird sich gegenüber dem Einkaufen in der Innenstadt dagegen vielleicht weniger rechnen, weil er schlechter an den öffentlichen Personennahverkehr angebunden werden kann.

Neben weniger Verkehr und Verkehrsverlagerung liegt die dritte Einsparquelle von Treibhausgasen in effizienteren Fahrzeugen mit alternativen Antriebstechnologien bzw. alternativen Treibstoffen.

Die Effizienzpotenziale der normalen Diesel- und Benzinmotoren sind demgegenüber schon sehr weit ausgereizt. Fortschritte in diesem Bereich wurden in der Vergangenheit zudem durch Leistungs- und Komfortzuwächse, die sich nicht zuletzt beim Gewicht ausgewirkt haben, aufgezehrt (Reboundeffekt). Der erste Golf wog 800 kg; der Golf VI 1.300 kg. Das Politik-Magazin »Kontraste« hat einen 13 Jahre alten Golf III TDI-Turbodiesel gegen den Golf V TDI-BlueMotion antreten lassen. Das ernüchternde Ergebnis: Golf III 6,43 l und der Golf V 6,63 l auf 100 km. Auch unsere Komfort- und Spaßansprüche an das Autofahren müssen auf den ökonomischen Prüfstand: Sind wir wirklich bereit, den vollen Preis dafür zu zahlen?

Welche Antriebskonzepte gibt es, die CO2 einsparen oder vermeiden?

Eine Möglichkeit sind Elektroantriebe. Die Energie kann dabei aus einer Batterie oder einer Brennstoffzelle stammen. Für das Klima ist es dann entscheidend, dass der Strom bzw. der Wasserstoff für die Brennstoffzelle aus erneuerbaren Quellen stammt. Batterien bieten zudem die Chance, diese als Pufferspeicher in einem intelligenten Stromnetz zu nutzen.

Zwei Prinzipien führen beim Elektroantrieb zur Energieeinsparung:
(1) Elektromotoren können insbesondere beim Beschleunigen die Energie effizienter auf die Straße bringen. Dies liegt u.a. daran, dass sie kein Getriebe brauchen.
(2) Beim Bremsen wird aus einem Elektromotor ein Generator, der einen Teil der Bremsenergie zurückgewinnt und damit die Batterien auflädt. Auch Fahrzeuge mit Brennstoffzelle haben zumindest eine "Transaktionsbatterie".
Insbesondere im Stadtverkehr sind Einsparungen bis zu 40% möglich.

Beim Hybrid (Kombination von Verbrennungs- und Elektroantrieb) kann folgender Effekt hinzutreten: Wird der Verbrennungsmotor nur zum Aufladen der Batterie genutzt, kann er mit seiner energetisch optimalen Drehzahl arbeiten. Der Verbrennungsmotor kann in Hybridautos aber auch noch direkt für den Antrieb verwendet werden in unterschiedlichen Varianten.

Elektromotoren bringen zwar gegenüber Verbrennungsmotoren einen höheren Wirkungsgrad auf die Straße, aber die Verluste bei der Stromproduktion und -verteilung und das Gewicht der Batterien müssen in eine Gesamtbetrachtung einfließen. Nur nebenbei: Sagen die Preise die ökologische Wahrheit, nimmt der Markt diese Gesamtbetrachtung automatisch vor – lassen wir das bitte nicht nur Bürokraten und Politiker machen. Es kan auch sein, dass uns Verbrennungsmotoren betrieben mit synthetischen Treibstoffen zumindest in Teilbereichen erhalten bleiben.

Im Moment haben Batterie-Elektroautos aufgrund der (noch) schweren Batterien ein Reichweitennachteil gegenüber konventionellen Fahrzeuge oder Hybridlösungen. Aber erstens wird daran fieberhaft gearbeitet und zweitens wer hat gesagt, dass wir ein Anrecht auf eine bestimmte Reichweite haben? Vielleicht fährt man in Zukunft lange Strecken grundsätzlich mit öffentlichen Verkehrsmitteln und ein kleines leichtes Auto braucht man nur noch für die kurze Strecke zum Park-and-Ride-Parkplatz, der mit Ladesäulen ausgestattet ist.

Vielleicht wird individuelle Mobilität in Zukunft auch billiger oder zumindest der höhere Anschaffungspreis wird kompensiert, weil wir Autos teilen. Heute stehen unsere Autos die meiste Zeit nur rum. Steigt die Auslastung, sinkt der Preis pro Kilometer. Nachbarschaftsauto, Car-Sharing, Internetportale, Mobilitäts-Apps, autonomes Fahren, etc. Die Möglichkeiten sind vielfältig. Außerdem hätten wir immer das Auto, das wir gerade brauchen. Einen kleinen Stadtflitzer, eine Limousine für den Italienurlaub mit der ganzen Familie usw. Damit das Teilen aber tatsächlich zu CO2-Reduktionen führt, muss CO2 einen wirksamen Preis bekommen. Sonst kann der Schuss auch nach hinten losgehen, wie jüngste Unersuchungen zeigen: viele nutzen Car-Sharing statt den ÖPNV.

Mit dem autonomen Fahren könnte eine Entwicklung eintreten, dass wir in der Regel kein eigenes Auto mehr besitzen wollen. Damit könnte der Effekt haben, dass wir 80-90% weniger Fahrzeuge brauchen (mit gewaltigen Folgen für die deutsche Automobilindustrie). Damit würden auch die Emissionen bei der Produktion der Fahrzeuge wegfallen und in den Städten bräuchten wir viel weniger oder vielleicht auch gar keinen Parkraum mehr.

5.3 Öffentlicher Personenverkehr / Fliegen

Auch im öffentlichen Personenverkehr (ÖPV) sind Einsparungen möglich und nötig. Bremsenergie kann beim Schienenverkehr konsequent wieder ins Netz eingespeist werden. Das Gewicht der Fahrzeuge kann optimiert werden. Alternative Antriebe und Treibstoffe können auch hier eingesetzt werden. Vielleicht wird man auch auf Höchstgeschwindigkeitszüge verzichten, weil sie sich aufgrund des höheren Energieverbrauchs nicht mehr rechnen. Heute brauchen wir sie, damit die Schiene konkurrenzfähig ist zum Flugzeug. Wenn auch der Kerosinpreis die ökologische Wahrheit sagt, ist dies vielleicht nicht mehr nötig. Dabei schlummern natürlich auch beim Fliegen gewaltige Einsparpotenziale: Das technische Einsparpotenzial von Flugzeugturbinen wird auf 33% geschätzt. Wenn weniger geflogen wird, entfallen Warteschleifen über den Flughäfen. Größere Flugzeuge, wie der A380, brauchen auf Langstrecken weniger Treibstoff pro Fluggast. Natürlich werden irgendwann auch beim Fliegen alternative Treibstoffe ins Spiel kommen (müssen).

Auf dem Land könnte app-gesteuerte Rufbussysteme, die von Tür zu Tür fahren, eine Revolution herbeiführen.

Vielleicht basiert der öffentliche Personennahverkehr eines Tages auf autonom fahrenden kleinen Fahrzeugen. Dann ist die Unterscheidung zwischen ÖPNV und Individualverkehr nicht mehr sinnvoll.

 

Wenn Preise die ökologische Wahrheit sagen, werden sich die kostengünstigsten Optionen einschließlich kostenoptimaler Verkehrsmenge durchsetzen.

Für die, die gerne Informationen hören, hier ein interessanter Übersichtsbeitrag von Bayern 2 IQ-Wissenschaft und Forschung: Autos der Zukunft (leider wird in dem Beitrag der wichtigste Schlüssel für die technologie- und lebensstiloffene Dekarbonisierung der Mobilität, ein wirksamer CO2-Preis, nicht erwähnt; Ingenieure und Ökonomen müssen mehr miteinander reden).

6. Alternative Kraftstoffe / Treibstoffe / Brennstoffe

Alternative Brennstoffe können fünf Funktionen haben:

  1. Speicherung von EE-Strom (Power-to-X)
  2. Bereitstellung von Wärme und Prozessenergie
  3. Kraftstoff in der Mobilität
  4. Alternative Ausgangsstoffe für Kunststoffe
  5. Umwandlung von CO2

Power-to-Gas (PtG); synthetische gasförmige Kraft- bzw. Brennstoffe; strombasierte Brennstoffe

Wasserstoff

Schon in den 80er Jahren galt Wasserstoff als der Treibstoff der Zukunft. Die Konzepte sind relativ ausgereift. Nur betriebswirtschaftlich rechnen sie sich bis heute noch nicht.

Bei Mobilität gibt es zwei Grundkonzepte: Wasserstoff wird direkt in einem Verbrennungsmotor eingesetzt oder für Elektroantriebe wird mit Hilfe von Brennstoffzellen aus Wasserstoff Elektrizität hergestellt. Die Speicherung des Wasserstoffs im Fahrzeug ist eine etwas aufwändige Angelegenheit: Kommt Wasserstoff mit Luft in Verbindung, kann er sich selbst entzünden; aufgrund seiner niedrigen volumenbezogenen Energiedichte, muss er unter hohem Druck gespeichert werden; aufgrund seiner geringen Molekülgröße diffundiert Wasserstoff relativ gut durch verschiedene Materialien. Technisch sind diese Probleme jedoch gelöst. Sie verursachen jedoch Kosten und bewirken ein relativ hohes Gewicht des Tanks.

Der Ausgangsstoff Wasserstoff kann durch Elektrolyse aus Wasser hergestellt werden; besonders sinnvoll, wenn man dafür überschüssigen Strom aus Wind oder Sonne verwendet (grüner Wasserstoff). Grauer Wasserstoff wird aus fossilen Brennstoffen erzeugt. Als "blau" bezeichnet man Wasserstoff, der zwar auch aus fossilen Brennstoffen hergestellt wurde, wobei das entstehende CO2 abgeschieden und z.B. geologisch gespeichert wird (CCS).

Einen Schub könnte das Wasserstoffauto erhalten, wenn sich auch in anderen Bereichen eine Wasserstoffwirtschaft abzeichnet. Zum Beispiel, weil Wasserstoff als Pufferspeicher für erneuerbare Energien herangezogen wird, Wissenschaftlern bei der künstlichen Photosynthese ein Durchbruch gelingt oder Wasserstoff auch beim Heizen zum Einsatz kommt.

Hier (mp3) eine interssange Radiosendung des DLF vom 12.06.2020 zur Wasserstoffstrategie der Bundesregierung im Rahmen des Konjunkturpakets.

Methan (Methanisierung, Synthesegas)

Durch die Reaktion von Wasserstoff mit CO2, kann synthetisches Methan (entspricht Erdgas) erzeugt werden, das als Treibstoff für Fahrzeuge dienen kann. Entweder als CNG (Compressed Natural Gas) oder insbesondere im Schwerlastverkehr auch LNG (Liquefied Natural Gas - auch Flüssiggas genannt). Wobei das "N" in CNG und LNG dann eigentlich nicht mehr passt, wenn der Ausgangsstoff eben Wasserstoff und nicht Erdgas ist. Das CO2 kann z.B. mit Hilfe von Filtern direkt aus der Luft gewonnen werden.

Power-to-Liquid (PtL); power fuels, E-fuels, synthetische flüssige Brenn- bzw. Kraftstoffe, strombasierte Brennstoffe

Nach Verflüssigung kann man aus Methan auch Methanol (allgemein: synthetische Mineralöle) herstellen, das direkt zu Kraftstoffen insbesondere für Flugzeuge, LKWs und Schiffe weiter verarbeitet werden kann. Die bisherigen Betankungssysteme könnten weiter verwendet werden.

Neben dem Weg über Wasserstoff (Elektrolyse) stehen auch biotechnische Methoden zur Herstellung von Synthesegas zur Verfügung, um flüssige EE-Treibstoffe herzustellen.

Synthetische Kraft- bzw. Brennstoffe aus Bio-Solarzellen, künstlicher Photosynthese oder Umwandlung von CO2

Es wird auch daran gearbeitet, dass Bio-Solarzellen direkt mit Hilfe von Bakterien aus Sonnenlicht Wasserstoff bzw. Energieträger auf Kohlenstoffbasis produzieren. Hier eine interessante Sendung vom Deutschlandfunk, die eine gute Übersicht gibt.

Ein anderer Weg ist die Photosynthese künstlich nachzuahmen.

Ein weiterer Weg ist die Umwandlung von CO2 mittels Katalysatoren.

Biogene Brenn- bzw. Kraftstoffe

Der Vorteil biogener Brennstoffe ist, dass bei deren Verbrennung nur so viel CO2 frei wird, wie vorher beim Wachstum gebunden wurde. Vorschnell wird manchmal behauptet, biogene Treibstoffe seien deshalb CO2-neutral. Das gilt aber nur, wenn erstens die gleiche Menge Biomasse auch wieder nachwächst bzw. vorher nicht der Urwald gerodet wurde und zweitens bei der Herstellung kein CO2 entsteht. Wenn der Bauer mit seinem Dieseltraktor übers Feld fährt, ist es mit der CO2-Neutralität schon dahin. Auch Kunstdünger wird sehr energieintensiv hergestellt. Außerdem wird auch bei der Verarbeitung der Biomasse zu Treibstoffen Energie verbraucht, die nicht CO2-neutral sein muss. Die gesamte Ökobilanz ist also entscheidend. Bevor wir es vergessen zu erwähnen: Der Markt macht die beste Ökobilanz, wenn ihm die richtigen Signale gegeben werden. Ökobilanzen am grünen Tisch, greifen meist zu kurz. Verschweigen wollen wir aber auch nicht, dass mit der Einpreisung von Treibhausgasen die Preise nur in Bezug auf Klimaschutz die ökologische Wahrheit sagen. Der verstärkte und intensive Anbau von Energiepflanzen kann jedoch andere negative ökologische Folgen haben, wie Erosion (Maisanbau in Hanglagen) oder Artensterben durch Monokulturen und/oder durch Pestizid- und Herbizideinsatz. Gibt es hier Probleme muss der Staat eingreifen – durchaus auch mit Auflagen. Dies ist übrigens kein originäres Problem von marktbasierten Instrumenten. Auch die Subventionierung von Biogas hat zu einem verstärkten Anbau von Energiepflanzen (Vermaisung der Landschaft) geführt.

Als biogene Treibstoffe werden Kraftstoffe bezeichnet, die aus Biomasse hergestellt werden. Man unterscheidet zwischen folgenden Treibstoffen:

 
1. Generation
2. Generation
Rohstoff
Bio-etha-nol
Bio-diesel
Bio-
gas
Bio-
ethanol aus
Zellu-lose

Synthe-tischer Treibstoff (BtL)

Stärke- und zuckerhaltige Pflanzen (Zuckerrohr, Rüben, Getreide, Kartoffeln, Mais)
Ölhaltige Pflanzen (Raps, Sonnenblumen, Palmöl, Brechnuss, Algen), tierische Fette
Feuchte Biomasse (vor allem Gülle und Mist, organische Abfälle)
Zellulosehaltige Biomasse (Holz, Stroh, Gras,, versch. Pflanzenreste)
besonders geeignet geeignet

Biogene Treibstoffe der 1. Generation haben die technologische Marktreife erreicht und werden heute bereits im Verkehr eingesetzt. Biogene Treibstoffe der 2. Generation sind noch weitgehend in der Phase von Forschung und Entwicklung.

Für die Herstellung von Bioethanol und Biodiesel der 1. Generation werden vorwiegend Rohstoffe verwendet, die auf fruchtbaren, ackerbaufähigen Böden angebaut werden. Es kann eine Konkurrenzsituation mit der Herstellung von Nahrungsmitteln entstehen. Biogas kann aus Reststoffen aus der landwirtschaftlichen Produktion oder aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden. Werden Reststoffe aus der Landwirtschaft (z. B. Gülle und Mist bzw. Hofdünger) und biogene Abfälle aus Haushalten oder Gewerbe verwendet, besteht keine Konkurrenzsituation zur Nahrungsmittelproduktion. Werden keine Reststoffe verwendet ist der Einsatz von biogenen Treibstoffen der 1. Generation wohl nur möglich, wenn wir gleichzeitig unseren Fleischkonsum senken.

Biogene Treibstoffe der 2. Generation sollen primär aus Reststoffen aus der land- und forstwirtschaftlichen Produktion oder Algen hergestellt werden, damit es nicht zur Konkurrenz um Rohstoffe (Teller oder Tank) kommt. Bioethanol aus Zellulose kann aus Holz, Stroh oder Gras gewonnen werden. Für die Produktion von synthetischen Treibstoffen (BtL) lassen sich praktisch alle Biomassefraktionen verwenden. Die Umweltbilanz der neuen Treibstoffe ist dann vermutlich günstiger als jene der 1. Generation, mit Ausnahme von Biogas aus Reststoffen, welches heute bereits gut abschneidet.

7. Kunststoffe

Werden fossile Brennstoffe (vor allem Erdöl) zur Produktion von Kunststoffen herangezogen, wird der enthaltene Kohlenstoff früher oder später als CO2 in die Atmosphäre abgegeben. Besonders schnell geschieht dies in der Müllverbrennung. Gelangt Kunststoff in die Umwelt, macht uns Mikroplastik große Probleme. Dabei gibt es zu fossilen Brennstoffen in der Kunststoffherstellung Alternativen, die auch durch einen kontinuierlich steigenden CO2-Preis ökonomisch attraktiver werden können. Daneben befördert die CO2-Bepreisung fossiler Brennstoffe bei der Verwendung zur Kunststoffherstellung auch das Recycling und deren sparsame Verwendung.

Hier eine Radiosendung von Bayern 2 'IQ - Wissenschaft und Forschung: Chemikalien aus Stroh und Holz - Auf dem Weg zur Rohstoffwende" vom 13.02.18 mit einem sehr guten Überblick. Hier die Sendung als mp3.

8. Tausendundeine Möglichkeit für weniger Treibhausgase

Es gibt tausende von Ansatzpunkten, um die Emission von Treibhausgasen zu verringern und auch zu vermeiden.

Hier eine Auswahl von Ansatzpunkten zum Herunterladen als PDF-Datei Download.

Dabei zeigen wir auch auf, wie diese Möglichkeiten tatsächlich Realität werden können.

9. Die anderen Treibhausgase

Wir haben meist vereinfachend nur das CO2 betrachtet, welches durch Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Energiegewinnung in die Atmosphäre gelangt. Diese CO2-Emissionen machen gut 55% des durch den Menschen verursachten (anthropogenen) Treibhauseffekts aus. Weitere gut 10%-Punkte entstehen durch die Verringerung der Biomasse zum Beispiel durch Regenwaldrodung (Landnutzungsänderung). Rund 5%-Punkte stammen aus der Herstellung von Zement. Ca. 3%-Punkte verursachen brennende Kohleflöze. Knappe 25%-Punkte tragen Methan und Lachgas bei und knapp 2%-Punkte sogenannte F-Gase wie die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW).

Wo entstehen Methan und Lachgas?

Methan entsteht überall dort, wo organisches Material unter anaeroben (ohne Sauerstoff) Bedingungen abgebaut wird. Natürlicherweise geschieht das vor allem in Feuchtgebieten (Sumpfgas), aber auch im Verdauungstrakt von Wiederkäuern (vor allem Kühe). Außerdem entweicht Methan bei der Förderung und Verteilung von Erdöl und insbesondere Erdgas, im Bergbau und bei der anaeroben Verrottung von organischen Abfällen, Papier und Pappe in Mülldeponien.

Aus landwirtschaftlichen Quellen stammen knapp ⅔ der Gesamtemissionen an Methan. Insbesondere schlägt hier der wachsende Viehbestand (zunehmender Fleisch- und Kuhmilchkonsum) und der zunehmende Nassreisanbau zu Buche.

Lachgas entsteht natürlicherweise durch mikrobiologische Umsetzungen von Stickstoffverbindungen in Böden und Gewässern. Dieser Prozess wird durch die Stickstoffdüngung der Böden stark erhöht. Darüber hinaus wird Lachgas auch bei der Verbrennung pflanzlicher Biomasse (Brandrodung in den Tropen) und fossiler Energieträger freigesetzt.

Der Fleischkonsum würde bereits durch einen Preis für CO2 teurer, da die Fleischproduktion mit einem höheren Energieverbrauch verbunden ist als die Produktion von Getreide und Gemüse. Um den Methanausstoß von Wiederkäuern in den Griff zu bekommen, könnte man über eine gesonderte Methanabgabe nachdenken. Allerdings ist diese schwierig zu bemessen, da die Menge an Methan von vielen Einflussfaktoren abhängt. Wenn man die Ernährung einer größeren Weltbevölkerung und den Schutz unseres Grundwassers vor Nitrat miteinbezieht, wäre bei der Fleischproduktion vielleicht ein sinnvoller Grundsatz: "feed no food". Also grundsätzlich kein Futter verwenden, dass wir nicht direkt als Nahrung verwenden können.

Auch die Stickstoffdüngung würde bereits durch einen Preis für CO2 teurer, da die Kunstdüngerherstellung mit einem hohen Energieverbrauch verbunden ist. Aber auch hier müsste man über eine gesonderte Stickstoffabgabe nachdenken.

10. Negativemissionen

Folgende Möglichkeiten gibt es, um CO2 aus der Atmosphäre zurück zu holen:

Die Kosten sind jedoch aus heutiger Sicht hoch und außerdem sind die Verfahren mit unerwünschten Nebenwirkungen behaftet.

Eine interessante Radiosendung vom 19.11.2019 zum Thema:
Einfach wegräumen? Wie Treibhausgase aus der Atmosphäre verschwinden sollen (mp3).