So nach kleiner Pause wieder ein Blog. Ich war nicht untätig, habe z.B. in der Website eine ganze Sektion neuer Artikel über PC-Geschichte und PC-Technik veröffentlicht, teilweise sind sie auch schon im Blog erschienen. Der heutige Blog geht mir schon lange im Kopf herum und das Fragezeichen deutet an – ich habe auch keine endgültige Antwort.
Worum geht es? Nun die Politik konzentriert sich bei der Klimawende auf die Stromproduktion. Das tun auch die Medien wie man an den Themen Kohleausstieg, Rückgang des Ausbaus der Windkraft sieht. Warum? Weil die Politik hier viel einfacher die Rahmenbedingungen setzen kann, als beispielsweise im Verkehr oder beim Heizen. Vor allem aber ist bei der Stromerzeugung die Wende bisher am weitesten fortgeschritten. Ich habe mich gefragt, ob man eine Klimawende nur durch regenerative Stromerzeugung hinbekommt und was das kosten würde.
Um es vorwegzusagen. Als Naturwissenschaftler halte ich das nicht für sinnvoll. Strom ist in meinen Augen eine relativ wertvolle Energie. Sie aus chemischer Energie zu gewinnen ist aufwendig. Aufgrund des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik ist die Verbrennung mit einem relativ schlechten Wirkungsgrad verknüpft. Selbst wenn man die Wärme als Abfallenergie nutzen kann oder ohne Verbrennung den Strom direkt aus chemischer Energie, wie bei Brennstoffzellen gewinnt, gibt es hohe Verluste.
Bestandaufnahme
Gemäß dem Bundesumweltamt verteilen sich die Kohlendioxidemissionen Deutschlands, gemittelt auf die Anzahl der Einwohner wie folgt:
| Zweck | Kohlendioxid (t) |
|---|---|
| Strom und Heizung | 2,40 |
| Mobilität | 2,18 |
| Ernährung | 1,74 |
| Öffentliche Emissionen | 0,73 |
| Sonstiger Konsum | 4,56 |
Schlüsselt man das nach Energieträgern auf, die ja ersetzt werden müssen so sind es folgende Anteile:
| Energieträger | Anteil |
|---|---|
| Mineralöle | 34,6 |
| Erdgas | 23,8 |
| Steinkohle | 10,9 |
| Braunkohle | 11,1 |
| Kernenergie | 6,1 |
| Brennstoffe aus erneuerbaren Quellen | 8,7 |
| Fotovoltaik, Wind-, Wasserkraft | 4,4 |
| Sonstiges | 1,8 |
Das ist eine gute Nachricht: Wenn man Strom schon aus regenerativen Quellen erzeugen kann, und heute viel davon verbraucht wird, dann kann man damit die relativ hohen Emissionen durch Kohle ersetzen.
Wenn wir von regenerativen Quellen reden, kommt Strom auch deswegen ins Spiel, weil man am wenigsten Fläche braucht. Unter einer Windkraftanlage kann man weiter Landwirtschaft betrieben, Solaranlagen kann man auf sowieso versiegelten Flächen installieren. Vor allem aber: sie sind viel effizienter als die Fotosynthese. So liefert Riesen-Chinaschilf als eine effiziente nachwachsende Pflanze 10 bis 20 t Trockenmasse bei 18, 3 MJ /kg also etwa 27,6 MJ/m² und Jahr. 1 m² einer optimal ausgerichteten Solaranlage 720 MJ, und das direkt als Strom. Selbst bei Rekordernten und Vergleich mit einem in Ost-West Richtung ausgerichteten Dach liefert eine Solaranlage pro Fläche die vielfache Leistung als der nachwachsende Rohstoff. Der zweite Punkt ist, dass wir Erdölprodukte, aber auch Erdgas nicht nur benötigen, um Energie zu gewinnen, sondern auch aus ihnen Kunststoffe, Medikamente, Tenside etc. produzieren, eben die gesamte Palette, die heute die chemische Industrie herstellt. Dafür benötigen wir dieses organische Material, denn aus ihnen kann man viel einfacher die Rohstoffe gewinnen, als wenn man dies aus Kohlendioxid und Wasserstoff (gewonnen durch Elektrolyse) tun würde.
Schwankungen
Betrachten wir unseren Energieverbrauch, so gibt es Schwankungen. Da sind zum einen tägliche Schwankungen. Die gibt es natürlich bei den Energiequellen – der Wind schwankt, aber vor allem scheint die Sonne nur tagsüber. Aber sie gibt es auch beim Verbrauch – der ist eben hoch, wenn die Leute arbeiten, was die Situation wieder etwas mildert. Schwankungen innerhalb eines Tages, bedingt auch über mehrere Tage, kann man schon heute durch Pumpspeicherkraftwerke abfangen. Wenn es wirklich mal viele Elektroautos geben sollte, dann sind die mit ihren großen Batterien ideale Speicher, selbst wenn sie nur zum Teil aufgeladen werden können. Mit sinkenden Preisen für Speicherbatterien werden aber auch Haushalte die eine Solaranlage (dasselbe gilt für Fabriken mit Solarzellen auf dem Dach) Speicherbatterien installieren. Denn man bekommt 10 bis 11 ct für eingespeisten Strom, bezahlt aber rund das Dreifache für bezogenen. Solche Speichersysteme sind heute noch extrem teuer 1.000 bis 2.000 €/kWh. (Würde das für die Batterie eines Tesla gelten, die Batterie wäre teurer als das komplette Auto). Daher tippe ich drauf das die Prise hier noch kräftig sinken. Die reinen Produktionskosten für die Batterie liegen in der Automobilindustrie z. B. bei nur 200 €/kWh. Eine Netzunabhängigkeit von 70 bis 80 % ist möglich, wenn ein Privathaushalt nur 1/1000 seines Jahresenergieverbrauchs als Speicherkapazität (typisch dann 2 bis 5 kWh) installiert.
Die Lösung ist zuerst mal einen Mix der Stromerzeugung, der der Jahresverteilung am ehesten entspricht. Ich habe hier mal für 2016 die Windenergieerzeugung und Einstrahlung für Stuttgart gegenübergestellt:
In diesem Jahr war der Juni etwas untypisch für die Sonneneinstrahlung, aber man sieht den Zusammenhang: Windenergie gibt es vor allem im Winter, Sonnenenergie vor allem im Sommer. Die Variabilität (bester zu schlechtester Monat) ist bei Sonnenenergie mit dem Faktor 4,2 höher als bei der Windenergie mit Faktor 2,7. Wenn man nun ein Verhältnis von 70 % Wind und 30 % Sonnenenergie hat, so bekommt man die gleichmäßigste Stromerzeugung über das Jahr die aber in einzelnen Monaten immer noch bis zu 45 % höher ist. Das Szenario wäre dann so anzupassen das man auch den höheren Verbrauch im Winter abdeckt, ich bin von einem zeitlich unabhängigen Verbrauch ausgegangen. Das dürfte den Windkraftanteil noch weiter erhöhen. In diesem Szenario wäre der Monat mit der geringsten Bilanz der Juni. Im Jahresmittel werden 25 % mehr produziert als im Juni, dem Monat mit der kleinsten Produktion. Das wäre vor allem im Sommer der Fall. Diese 25 % mehr kann man nutzen, um den Strom langfristig zu speichern. Die Technologie heißt Power to Gas. Man nutzt den Überschussstrom, um zuerst Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Wasserstoff kann man aber schlecht lagern. Er diffundiert leicht durch Metalle. Es liefert pro Kubikmeter relativ wenig Energie (12 MJ bei Normalbedingungen (20°C , 1 Bar) Methan hat eine höhere Energiedichte 35,8 MJ/m³) und ist mit wenig Aufwand verflüssigbar, wodurch die Energiedichte nochmals ansteigt. Dabei gibt es allerdings weitere Verluste. Ich misstraue ein bischen der Tabelle in der Wikipedia zu Power to Gas, die wiederum aus dieser Fraunehofer Publikation stammt. Denn die Elektrolyse aus Wasser hat schon einen Wirkunsgrad von 40 bis 70 %, und bei der Umsetzung von Wasserstoff mit Kohlendioxid sinkt er nochmals ab. Man würde die Stromversorgung so auslegen, das die Gesamterzeugung, inklusive Umwandlungverluste in P2G und Speicherung ausreicht den jährlichen Energiebedarf zu decken und genügend Methan für Extremwetterlagen aber auch Rohstoff für die chemische Industrie vorhanden ist. Das Methan wird man dann speichern. Es macht aber keinen Sinn nun alle Gasheizungen mit diesem Synthesegas zu versorgen, dafür sind einfach die Umwandlungsverluste zu groß. Stattdessen wird man mit Strom heizen – ja mir ist genauso unbehaglich dabei wie euch. Aber dabei entstehen keine Verluste und man kann die Energie praktisch zu 100 % in Wärme umwandeln. Speicheröfen würden nachts den Strom aufnehmen, den man dann nicht braucht und für die Räume eine Mindesttemperatur garantieren (14 bis 15 Grad) und tagsüber würde man dann mit IR-Heizungen doer Radiatoren ergänzen. Nebenbei wäre das zumindest im Winter eine weitere Speichermöglichkeit. Individuell könnten Hausbesitzer aber auch Gewerbeanlagen dies durch Solarkollektoren ergänzen, die zumindest die Warmwasserversorgung übernehmen können auf die etwa ein Viertel, bis ein Drittel der Heizenergie bei Haushalten entfällt. Als Heizung taugen sie aber nur wenig, denn man benötigt sie dafür nur im Winter und gerade dann ist eben die Sonneneinstrahlung gering. Warmwasser braucht man aber das ganze Jahr.
Verkehr
Wer den Blog öfters besucht weiß – ich halte gar nichts von Autos. Ich bin mein Leben lang ohne Auto ausgekommen und daher zieht bei mir auch nicht das Argument, das man „so was braucht“. Im Durchschnitt bewegt man in einem Auto 1 t, um 0,1 t Nutzlast zu bewegen. Jedes andere Verkehrsmittel, selbst Flugzeuge sind da effizienter. Die Lösung, die ich habe ist, es den öffentlichen Verkehr besser zu machen 2017 nutzten 10,32 Milliarden Kunden den ÖPNV mit 12,78 Mrd. Euro Umsatz. Im Fernverkehr sind es bei der Bahn 4,7 Mrd .
Mine Vision: Jeder bezahlt für ein Jahresticket, unabhängig davon, ob er es benutzt. Dafür ist der öffentliche Verkehr frei und es gibt auch keine Kontrollen, was wiederum Geld spart.. Würde das 300 Euro kosten, so hätte man genug Geld um den ÖPNV auf das doppelte Volumen auszubauen (25 Mrd. € vs 12,78 Mrd. Einnahmen derzeit) und damit zum einen die Pendler die noch Autos fahren zu befördern wie auch das Streckennetz zu verbessern. Als Nebeneffekt würde auch die Taktung und damit Wartezeiten geringer werden. Dazu gehört auch das man dann Nebenstrecken besser bedient, dann eben vielleicht nicht mit einem Bus für 40 Passagiere, sondern nur 20 oder nur 10. Wenn man für den Fernverkehr nochmals so viel der Bahnumsatz für die Konkurrenzunternehmen rechnet, würde man mit weiteren 150 Euro pro Person auch den Fernverkehr mit abdecken. Ein Ticket für jeden halte ich für die beste Lösung, weil so jeder dafür bezahlt – Mobilität ist, schließlich ein Grundrecht genauso, wie das man Zugang zu fließendem Wasser oder Strom hat. Dann dürften viele Autofahrer überlegen ob sie ein Auto wirklich brauchen, wenn sie sonst umsonst fahren könnten.
Mir ist klar das man so nicht alle Autofahrer von der Straße bekommt. Man wird daher noch zwei weitere Lösungen. Dass eine ist, es die restlichen Autos voll zu bekommen. Hier setze ich auf moderne Technologie – in FDP Manier, nur warte ich nicht auf eine, denn die gibt es schon – und Verbote. Die moderne Technologie: Es ist ja nun nicht so das alle Leute in alle Richtungen fahren. Die meisten pendeln zu den nächsten Großstädten und zurück. Über eine App könnte man es organisieren das jeder Autofahrer einen, besser zwei Anhalter mitnehmen muss die dann kein Auto benötigen. Wenn jemand fahren wohin muss meldet er sich mit seinem Ziel und Startpunkt an und die App informiert Autofahrer die, das gleiche angeben für ihre Fahrtroute und vermittelt so die beiden. In jeder Stadt gäbe es dann in regelmäßigem Abstand Sammelpunkte. Damit das auch genutzt wird, kann man als Verbot erlassen, das nur Autos mit zwei (drei) Insassen in Ballungsgebiete fahren dürfen. Das kann man durch Videokameras auch relativ gut automatisch überwachen. Für den Fernverkehr könnte die Bahn wieder den Transport von Autos anbieten. Das gabs auch schon mal. Als Folge wäre dann auch die begrenzte Reichweite von Elektroautos – zumindest wenn die Batterie nicht Hunderte von Kilos wiegen soll und jeden Effizienzvorteil des Elektroantriebs wieder zunichtemacht – kein Problem mehr. Dasselbe System mit dem Mitnehmen kann man natürlich auch auf den Fernverkehr ausdehnen. Ist eigentlich nichts neues, nur das Prinzip Anhalter mit heutiger Technologie verbunden.
Effizienz
Das alles hat natürlich nur einen Sinn, wenn überall die Effizienz erhöht wird. Das heißt, Energieverluste müssen minimiert werden. Das bedeutet, wo es geht, Dämmen, Geräte, die laufend Strom verbrauchen und letztendlich in Wärme umwandeln, wie Server sollte man als Heizung oder zur Warmwasseraufbereitung nutzen, man könnte mit den Hallen- und Freibädern anfangen. Die einfachste Möglichkeit – und da ist jeder in der Eigenverantwortung – ist es den Konsum zu reduzieren. Wie man an der Aufstellung sieht, entfällt darauf das meiste Kohlendioxid. Das geht zum einen durch langlebigere Produkte, aber auch weniger Kaufen. Angeblich sollen ja ein Drittel der gekauften Kleidung ungetragen in die Altkleidersammlung wandern. Viele haben es sich angewöhnt, mit jedem neuen Vertrag ein neues Smartphone zu kaufen. Zugegeben das ist schwer, vor allem ich bemerke das ich online eher bereit bin mehr zu kaufen als im Laden. Der Gesetzgeber kann das aber auch unterstützen, indem er die Garantiezeiträume ausweitet. Zwei Jahre Garantie auf technische Geräte ist ein Witz. Ich denke fünf Jahre müssten ohne Problem möglich sein. Der wichtigste Effekt dieser Maßnahme: so lange muss man auch Ersatzteile vorrätig halten, damit man etwas reparieren kann. Gerade bei Elektronik ist es ja so das man nach Ablauf der Garantie schon bei einem kleinen Defekt das Gerät nicht mehr reparieren kann, weil das neue Modell irgendetwas anders macht. Dazu gehört dann auch eine Regelung, die verhindert das man für Reparaturen Unsummen verlangt die dann so hoch sind, das die Käufer eher zu einem Neugerät greifen.
In der Ernährung – eher ein kleiner Brocken – kann jeder selbst etwas tun, indem er regionale und saisonale Produkte bevorzugt. Das ist zumindest, was Obst und Gemüse angeht, schon etwas das von einem etwas verlangt. Das heißt eben im Winter keine Heidelbeeren, Himbeeren oder Tomaten. Fällt mir persönlich auch schwer, weil mein Lieblingsobst Bananen sind und die gibt es (noch) nicht regional zu kaufen. Der zweite große Brocken ist Fleisch. Da man für die Erzeugung von einem Kilogramm etwa 10 kg Futtermittel braucht, wäre die Reduzierung des Fleischkonsums die wichtigste Maßnahme. Im Mittel isst der Bundesbürger 60 kg Fleisch im Jahr und da sind Vegetarier, Kinder und Alte schon mit eingerechnet. Wenn man Fleisch bewusster geniest und es eben nicht zu jeder Mahlzeit Fleisch oder Wurst gibt denke ich könnte man das halbieren. Positiver Nebeneffekt: bei gleichen Flächen würde sich die Fläche pro Tier verdoppeln, und sich die Haltungsbedingungen verbessern.
Bei der Heizung kann man auch die Effizienz erhöhen – indem man wo es geht Wärmepumpenheizungen verbaut. Deren Hauptnachteil ist ja, das man für den Strom so viel mehr zahlt, das selbst wenn sie nur ein Drittel, bis ein Viertel der Heizenergie in Form von Strom brauchen, das heute selten billiger ist, als mit Gas oder Öl zu heizen. Dieser Technologie haben die rasant angestiegenen Stromkosten wirklich geschadet. Leider gibt es für den Einsatz deutliche Einschränkungen. Neben dem Platz, den man braucht, um aus der Umwelt Energie zu gewinnen, ist vor allem der Hauptnachteil das Wärmepumpenheizungen Wasser nur gelinde erwärmen können, üblicherweise daher mit einer Fußbodenheizung (die große Fläche gleicht dann die geringere Wärmeabgabe pro Liter aus) kombiniert werden müssen und so praktisch nur in Neubauten zum Einsatz kommen.
Kosten
Kommen wir zum unangenehmen Teil den Kosten. Beim Ersatz von Benzin oder Diesel ist Strom ja noch konkurrenzfähig dank des höheren Wirkungsgrads des Elektromotors und den hohen Steuern auf dem Sprit. Anders sieht es aus wenn, man Heizöl oder Erdgas, das nur zur Heizung genutzt wird, ersetzt. 1 l Heizöl hat den Heizwert von 11,3 kWh, 1 m³ Erdgas einen von kWh kwh. Das heißt, dass man bei den aktuellen Strompreisen rund 3 Euro für die Energie zahlen müsste, die in 1 l Heizöl oder 1 m³ Erdgas steckt. Demgegenüber liegt der Preis von Heizöl aktuell bei 0,66 €/l. Kurz: gerade wenn viel Strom zum Heizen benötigt wird – und nimmt man die Energiemenge, die fürs Heizen in Privathaushalten aber auch auch Dienstleistung benötigt wird, dann ist das der Fall: es wird deutlich mehr Energie zum Heizen als Strom verbraucht, dann würde ohne flankierende Maßnahmen das sehr teuer werden. Betrachtet man nur den reinen Produktionspreis, so ist es so das neu zugelassene Windkraftanlagen den Strom billiger als alte Kohlekraftwerke erzuegen, Photovoltaikanlagen sind etwa 2 ct teurer. Damit ist reiner Ökostrom nicht viel teuer als konventioneller Strom. Davon kann sich auch jeder überzeugen – die meisten Stromanbieter haben einen „Grüntarif“ der meist 2 ct, über dem normalen liegt. Die Produktionskosten für den Strom machen aber weniegr als ein Drittel aus. Das zweite Drittel entfällt auf die Netze und das letzte Drittel auf Steuern und Abgaben. Zumindest da würde der größte Brocken, die EEG-Umlage kleiner werden, denn nun fallen 20 Jahre nach Verabschiedung des EEG Gesetzes die alten Anlagen sukzessive raus, man bekommt nach EEG ja eine Garantie auf die Einspeisung über 20 Jahre. Das sind schon mal 7 ct/kwh. Das Zweite ist die Netzabgabe. Ich denke die kann man auch senken. Denn ein Charakteristikum der Photovoltaik ist ja, dass es keine deziderten Großanlagen wie Kraftwerke oder Windanlagen gibt, die viel Strom produzieren, den man dann über lange Strecken zu den Verbrauchern transportieren muss. Der Überschusss von PV-Anlagen dürfte dagegen von den Nachbarhäusern ohne PV-Anlagen verbraucht werden. P2G Anlagen könnte man direkt an den Windkraftanlagen oder Solarfarmen bauen, so benötigt man dafür auch keine Trassen. Das wäre vor allem bei Offshore-Windparks wegen der langen Leitungswege eine Lösung, diese würden dann gar keinen Strom produzieren, sondern nur Erdgas, das man ins Pipelinenetz einspeisen kann. Nordstream 2 verläuft ja netterweise direkt durch die Ostsee.
Diese Anlagen benötigen dann gar keine Netzabgabe. Bei 1/3 PV-Strom und 2/3 Windstrom könnte man also auch diese Abgabe auf 2/3 senken. Der letzte Punkt wären die Steuern. Hier könnte der Staat auf Steuern verzichten, um den Umstieg zu fördern. Derzeit machen Steuern 23 % des Strompreises aus.
Damit würde Heizen mit Strom nicht wirklich billig werden, aber man könnte sicher die Kosten auf 15 bis 20 ct/kWh senken, was allerdings immer noch einer Verdopplung bis Verdreifachung vergleichen mit Erdgas oder Mineralöl entspricht. Das würde aber dann auch zwangsläufig die Konsumausgaben senken, was wiederum die Kohlendioxidabgabe reduziert.
Natürlich wird nachhaltiger Strom weiter günstiger werden, doch da er heute schon nur einen kleinen Teil des Strompreises ausmacht, wird es nicht ohne Reform gehen. Denkbar wäre in meinen Augen ein Modell in dem PV-Anlagenbesitzer Überschussstrom im Sommer nicht vergütet bekommen, ihn aber im Winter bis zu einem bestimmten Grad wieder umsonst beziehen können.
Fazit
Alleine mit Strom, gewonnen aus regenerativen Quellen könnte man tatsächlich klimaneutral werden, allerdings zu hohen Kosten. Da höre ich dann wieder die Industrie meckern wegen Standortnachteilen. Verbrauchervereinigungen jeder Art wegen der Belastung der Endverbraucher und es tauchen die Mahner, wegen den Härtefällen auf. Ich sehe das entspannter. Es ist normal das sich Ausgaben verlagern. Für Nahrung geben wir immer weniger aus. Das war vor 30 Jahren noch pro Kopf doppelt so viel. Dafür geben die Leute heute für Kommunikation viel mehr Geld aus und für den Konsum. Ebenso haben sie Ausgaben für das Auto rapide erhöht, was man alleine an den Zulassungszahlen sehen kann. Immer wenn die Preise irgendwo anziehen sind die Leute am jammern, wenn sie freiwillig aber mehr Geld für etwas ausgeben dann nicht. Das die Leute aber insgesamt mehr Geld zum Ausgeben haben als vor 30 Jahren geht dabei komplett unter, übrigens auch in anderen Diskussionen wie zur Zeit über die Mieten. Dort wird nur auf die Miete geschaut, aber nicht welchen Anteil sie am Einkommen hat und wie viel es pro Quadratmeter ist. Denn es wird laufend bei uns neu gebaut, die Quadratmeter pro Person nehmen immer mehr zu. Daher denke ich ist es umsetzbar, aber es wird nicht ohne Einschränkungen und Verzicht gehen. Auf der anderen Seite gibt es praktisch keine Alternative zur Umstellung des Energieverbrauchs auf Strom. Pflanzen zur Energiegewinnung anzubauen und Atomenergie sind die einzigen nachhaltigen Alternativen. Bei den Ersten ist klar, das, selbst wenn wir die komplette Fläche der BRD dafür nutzen würden, das nicht ausreichen würde die Energie zu produzieren, die man benötigt und das zweite ist von der Bevölkerung bei uns nicht gewollt. Wir können es natürlich aber auch wie bisher machen – nichts tun und auf ein Wunder oder bei FDP-Sympathisanten „eine neue Technologie“ warten.