{"id":12145,"date":"2016-11-23T12:16:49","date_gmt":"2016-11-23T11:16:49","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=12145"},"modified":"2016-11-23T12:16:49","modified_gmt":"2016-11-23T11:16:49","slug":"die-energiewende","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2016\/11\/23\/die-energiewende\/","title":{"rendered":"Die Energiewende"},"content":{"rendered":"<p class=\"western\">Die Energiewende ist beschlossene Sache. Bis 2050 will die Bundesregierung die BRD vollst&auml;ndig auf regenerative Energien umgestellt haben. Ich empfand das Vorhaben als ambitioniert. Und es liefert mit die Vorlage zu diesem Blog: ist das schaffen und was wird es kosten?<\/p>\n<h3 class=\"western\">Der Status bei der &#8222;Energiewende&#8220;<\/h3>\n<p>Wenn wir heute von erneuerbaren Energien reden, dann denkt fast jeder erst mal an den Strom. Das ist auch augenf&auml;llig. In Norddeutschland sind die Windkraftr&auml;der allenthalben zu sehen und hier im S&uuml;den sind es die Photovoltaikanlagen auf den Hausd&auml;chern und im Allg&auml;u habe ich ganze Wiesen gesehen, die zur Solarfarm umfunktioniert wurden. Dazu kommt die Diskussion &uuml;ber die Elektroautos bzw. warum die nicht in die G&auml;nge kommen.<\/p>\n<p>Was man aber vergisst: der Strom macht beim Gesamtenergieverbrauch in Deutschland nur einen kleinen Teil aus. Jeder kann sich das selbst ausrechnen. 10 kWh entspricht in etwa dem Energiegehalt von 1 l Benzin oder Heiz&ouml;l. Nun muss jeder nur mal seinen Stromverbrauch mit dem Heiz&ouml;lverbrauch und Benzinverbrauch des Wagens vergleichen, dann wird klar, das der Strom auf den bisher der Gro&szlig;teil der Anstrengungen beim Umstieg entf&auml;llt, nur ein kleiner Teil des Energieverbrauchs darstellt. Nach einem <a href=\"https:\/\/www.bmwi.de\/BMWi\/Redaktion\/Binaer\/Energiedaten\/energiegewinnung-und-energieverbrauch5-eev-nach-anwendungsbereichen,property=blob,bereich=bmwi2012,sprache=de,rwb=true.xlsx\">offiziellen Excel-sheet<\/a> des BMWI sind es 1873 von 8877 PJ Gesamtenergieverbrauch, also weniger als ein F&uuml;nftel. Bei den anderen vier F&uuml;nftel wird aber kaum erneuerbare Energien eingesetzt. Das bedeutet: der Gro&szlig;teil der Energiewende liegt noch vor und w&auml;hrend wir bei Strom zumindest eine Alternative haben sieht es bei den anderen Energietr&auml;gern schlecht aus.<!--more--><\/p>\n<h3 class=\"western\">Was haben wir an Ressourcen?<\/h3>\n<p>Vor allem steht eine Bestandsaufnahme welche erneuerbaren Energien wir zur Verf&uuml;gung haben. Es gibt sehr viele Quellen. Doch wenn man an die Energiemenge denkt, die wir verbrauchen, reduziert es sich auf drei gro&szlig;e Quellen: Solarenergie, Windenergie und Biomasse. Mit letzterem fange ich mal an. Biomasse klingt zuerst einmal toll. Man braucht keine teuren Anlagen, sondern kann einfach was Auss&auml;hen und im Herbst ernten. Vor allem entf&auml;llt von unserem Energieverbrauch fast die H&auml;lfte auf W&auml;rmeenergie f&uuml;r die Heizung, in der Industrie vor allem aber auf Prozessw&auml;rme. Die aus Strom zu gewinnen geht, aber w&auml;hrend wir den Strom nur mit geringem Wirkungsgrad aus anderen Energien gewinnen k&ouml;nnen, kann man Biomasse zu fast 100 % in W&auml;rme umsetzen.<\/p>\n<p>Das Hauptproblem von Biomasse ist die Effizienz von Pflanzen. <a href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Riesen-Chinaschilf\">Riesen-Chinaschilf<\/a> ist in unseren Breiten die effizienteste Pflanze. Sie bildet 15-25 t Biomasse pro Hektar mit einem Heizwert von 18-18,4 MJ\/kg. Das klingt nach viel sind pro Quadratmeter aber gerade einmal 45 MJ. Ein Quadratmeter polykristalline Solarzellen liefert etwa 120 kWh pro Jahr, das entspricht 432 MJ. Pro MJ Sonnenstrahlung bildet Chinaschilf 2,5 g Trockenmasse das entspricht einer Effizienz von 4,5% bezogen auf die einfallende Strahlung. Solarzellen liegen deutlich dr&uuml;ber und sie liefern auch Strom wenn Chinaschilf nicht mehr w&auml;chst weil es zu kalt ist. W&uuml;rde man nur den W&auml;rmeenergiebedarf Deutschlands durch Chinaschilf decken, man br&auml;uchte eine Fl&auml;che von 117.000 km\u00b2 bei 20 t ertrag pro Jahr, das w&auml;re ein Gro&szlig;teil der landwirtschaftlich genutzten Fl&auml;che Deutschlands oder etwa ein Drittel der Gesamtfl&auml;che.So kann Biomasse nur ein kleiner Bestandteil des Mixes sein.<\/p>\n<h3 class=\"western\">Windenergie<\/h3>\n<p>Windkraftanlagen sind schwer abzusch&auml;tzen. An Land sind die guten Standorte weitestgehend ausgereizt und es gibt auch immer mehr Widerstand gegen immer mehr Windkraftanlagen. Auf See ist das Potenzial gr&ouml;&szlig;er. Nach Untersuchungen gro&szlig;er Parks aber auch begrenzt. Bei einer 100.000 km\u00b2 gro&szlig;en Region kamen <a href=\"http:\/\/www.pnas.org\/content\/112\/36\/11169\">Forscher<\/a> auf eine Leistung von 1,1 W\/m\u00b2. W&uuml;rde man ganz Deutschland so zupflastern dann w&auml;ren das 371,7 GW Peakleistung. In Deutschland ist die tats&auml;chliche Durchschnittsleistung aber nur <a href=\"http:\/\/gegenwind-weinheim.de\/wordpress\/tatsachliche-leistung-von-windkraftanlagen-nur-5-der-nennleistung-in-baden-wurttemberg\/\">16% der installierten Leistung<\/a>. Dann sind das 61 GW im Mittel.<\/p>\n<p>&Uuml;ber das Jahr hochgerechnet ergibt das 1925 PJ oder 21,7 % des Gesamtenergieverbrauchs. Ich vermute aber es wird weniger sein, denn wie schon geschrieben an Land sind die besten Pl&auml;tze bereits weg und so viel Platz gibt es auf der See auch nicht, zumindest nicht innerhalb der zu der BRD geh&ouml;renden K&uuml;stenzone. Was den Wind attraktiv im Energiemix macht ist das er zumindest auf See dauernd weht und auch sonst unabh&auml;ngiger von der Sonne als Biomasse und Solarzellen ist. Wind gibt es auch bei Nacht und im Winter. Daher wird er wohl, wenn man den Umstieg schafft die Grundlast abdecken.<\/p>\n<h3 class=\"western\">Sonnenenergie?<\/h3>\n<p>Das Gr&ouml;&szlig;te Potenzial hat sie Sonnenenergie. Im Sommer f&auml;llt &uuml;ber 1 KW Leistung auf einen Quadratmeter. Handels&uuml;bliche polykristalline Solarzellen gewinnen 120 kWh &uuml;bers Jahr gerechnet, aber mit gro&szlig;en Schwankungen. Immerhin: um den gesamten heutigen Prim&auml;renergieverbrauch durch Solarzellen zu decken br&auml;uchte man eine Fl&auml;che von rund 21.000 km\u00b2. Das klingt nach viel, doch die Fl&auml;che haben wir ohne Probleme zur Verf&uuml;gung. Nach Wikipedia ist unser <a href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Stra%C3%9Fennetz\">Stra&szlig;ennetz<\/a> 644.000 km lang. Ein Streifen muss mindestens 2,75 m breit sein, es k&ouml;nnen bis zu 3,75 m sein. Dazu kommen noch Randstreifen und bei Autobahnen auch Mittelstreifen.<\/p>\n<p>Nimmt man zwei Spuren an, also eine einfache Stra&szlig;e und eine Breite von 7 m, so sind das insgesamt 4.600 km\u00b2. Dazu kommen die ganzen H&auml;user. W&uuml;rde man einfach nur die sowieso schon bebaute Fl&auml;che (8 % nach EU-Statistik) mit Solarzellen belegen, so h&auml;tte man mit 28.500 km\u00b2 mehr Fl&auml;che als man br&auml;uchte und es gibt ja noch den Strom aus Wind.<\/p>\n<h3 class=\"western\">Problem Variabilit&auml;t<\/h3>\n<p>Sowohl Wind wie Sonnenenergie sind leider zeitlich variabel. Bei der Sonnenenergie kommt noch hinzu das sie im Winter am geringsten ist, wir dann aber wegen der Heizung den gr&ouml;&szlig;ten Energieverbrauch haben. Leider k&ouml;nnen wir Deutschland nicht an den &Auml;quator verschieben, das w&uuml;rde das Problem l&ouml;sen und w&auml;re auch sonst sehr angenehm. Daher wird man die Energie speichern m&uuml;ssen. Wenn man tats&auml;chlich alle Autos auf Elektroautos umstellt dann hat man zumindest ein Problem gel&ouml;st: das des Kurzzeitspeichers. Ein Elektroauto hat eine Batterie mit einer Kapazit&auml;t von 50-100 kWh, nehmen wir mal 75 kWh an. Es gibt <a href=\"https:\/\/de.statista.com\/statistik\/daten\/studie\/12131\/umfrage\/pkw-bestand-in-deutschland\/\">44 Millionen PKW in Deutschland<\/a>, wenn man es hinbekommt das zwei Drittel (alle werden es nie sein) Elektroautos sind, dann entsprechen die 30 Millionen PKW zusammengenommen einer Batteriekapazit&auml;t von 8.1 PJ oder 1 Promille des Gesamtenergiebedarfs.<\/p>\n<p>Das klingt nach wenig. Doch es geht auch nicht darum die gesamte Energie aufzunehmen, sondern Spitzen abzupuffern. Da Autos meistens nur rumstehen k&ouml;nnte man sie als Kurzzeitspeicher nutzen. Zudem sind sie ein Speicher der t&auml;glich aufgeladen wird und der dann teilweise wieder entleert wird indem gefahren wird. Sie sind so ohne Problem ein Speicher f&uuml;r die t&auml;glichen &Uuml;bersch&uuml;sse.<\/p>\n<p>Trotzdem wird man im Sommer dreimal so viel Solarstrom erzeugen wie im Winter und genau dann wird man Energie zum Heizen brauchen. Das bedeutet man muss noch andere Speicherm&ouml;glichkeiten haben. Denkbar w&auml;re es den &Uuml;berschuss als W&auml;rme zu speichern. Doch ich sehe dem kritisch gegen&uuml;ber. Nach dem <a href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Zweiter_Hauptsatz_der_Thermodynamik\">zweiten Hauptsatz der Thermodynamik<\/a> ist der maximale Wirkungsgrad beschr&auml;nkt auf 1-T<sub>kalt<\/sub>\/T<sub>warm<\/sub>. Da T<sub>kalt<\/sub> immer mindestens Umgebungstemperatur ist, wird man bei 298 K (25\u00b0 C) bei einer Erhitzung auf 596 K (323 \u00b0C) also einer recht hohen Temperatur nur einen Wirkungsgrad von 50 % erreichen. F&uuml;r 80 % m&uuml;ssten es 1217 \u00b0C sein, eine Temperatur bei der viele Metalle schmelzen. Das Problem: Je h&ouml;her die Temperatur, um so schneller geben Substanzen Energie ab.<\/p>\n<p>Nach dem <a href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Stefan-Boltzmann-Gesetz\">Stefan Bolzmann Gesetz<\/a> mit der vierten Potenz der Temperatur. Selbst wenn man dann sehr gro&szlig;e speicher baut um die Oberfl&auml;che zu verkleinern und diese gut isoliert taugt das Konzept nicht f&uuml;r die Speicherung von Energie &uuml;ber Monate. Allenfalls f&uuml;r Kurzzeitspeicher. Zumindest bei der Heizung k&ouml;nnte man aber die Sonnenenergie direkt nutzen als Solarkollektoren die Warmwasser herstellen. Das w&auml;re effizienter als erst Strom zu erzeugen und dann diesen zur Heizung zu nutzen. Trotzdem wird man im Winter nicht ohne gespeicherte Energie auskommen, daf&uuml;r ist einfach die Differenz zwischen Energiegewinn und bedarf zu hoch.<\/p>\n<p>Das sinnvollste ist es, die Energie chemisch zu speichern. Schlussendlich nutzen wir heute schon vor allem chemisch gespeicherte Energie. Vorgeschlagen wird die Elektrolyse von Wasser. Den Wasserstoff kann man emissionsarm verbrennen. Der Wirkungsgrad ist mit 60-70 % relativ hoch. Das Hauptproblem ist das gasf&ouml;rmiger Wasserstoff ein gro&szlig;es Volumen braucht, achtmal mehr als Erdgas. Zudem diffundiert er leicht durch Metalle. In der Menge, die man braucht um wirklich jahreszeitliche Schwankungen abzufedern, braucht man extrem gro&szlig;e Mengen. Erdgas wird bei 200 bis 250 bar gespeichert. W&uuml;rde man weil man im Winter am meisten Energie braucht 25 % des Gesamtenergiebedarfs speichern, so br&auml;uchte man bei Wasserstoff und 250 Bar Druck rund 5,8&#215;10<sup>13<\/sup> m\u00b3 Volumen. Das sind rund 2100 kugelf&ouml;rmige Hochdruckbeh&auml;lter von 100 m Durchmesser.<\/p>\n<p>Ich halte zumindest am Anfang die Spaltung von Erdgas f&uuml;r sinnvoller. Aus Erdgas kann man Wasserstoff und Ethylen bilden. Ethylen ist als unges&auml;ttigter Kohlenwasserstoff der ideale Ausgangsstoff f&uuml;r die Petrochemie, die nach wie vor f&uuml;r Kunststoffe braucht. &Uuml;ber Polymerisation kann man aus ihm auch Benzin f&uuml;r die noch verliebenden Fahrzeuge erzeugen. Von Nachteil ist, das das Erdgas endlich ist. Man k&ouml;nnte es wieder regenerieren, indem man mit dem Wasserstoff Kohlendioxid zu Methan reduziert. Doch der Wirkungsgrad sinkt dann stark ab. Ganz verzichten wird man auf diesen Prozess nicht, erzeugt er doch Kohlenwasserstoffe die man nach wie vor braucht. Zum einen f&uuml;r die verbliebenen Fahrzeuge wie eben auch f&uuml;r die gesamte auf Kohlenwasserstoffen basierende Industrie, von Kunststoffen &uuml;ber Farben, bis hin zu Arzneimitteln.<\/p>\n<h3>Erzeugung im Ausland<\/h3>\n<p>Immer wieder kommt die Idee das ganze doch zu verlagern. Schon in Europa gibt es in Spanien und Italien weitaus h&ouml;here Ertr&auml;ge und wenn man dann noch weiter in Richtung S&uuml;den geht hat man in der Sahara riesige Fl&auml;chen mit deutlich h&ouml;herer Sonneneinstrahlung und noch wichtiger \u2013 weniger starken jahreszeitlichen Schwankungen. Immer wieder gibt es Vorschl&auml;ge Strom in der Sahara zu erzeugen. Ich sehe hier durchaus Chancen. Aber nicht so sehr darin den Strom aus dieser Entfernung zu uns zu bef&ouml;rdern. Vielmehr k&ouml;nnte man dort einen Gro&szlig;teil der Speicherenergie produzieren die wir im Winter ben&ouml;tigen, also gleich Wasser in Wasserstoff spalten. Dort w&uuml;rde auch Bioenergie mehr Sinn machen.<\/p>\n<p>In der Sahara kann man nichts anbauen, aber an den K&uuml;sten k&ouml;nnte man geschlossene Systeme erreichten in denen man Algen z&uuml;chtet. Die Algen werden geerntet und durch die Sonnenenergie getrocknet und dann zu uns verschifft. Man wird eine Wirtschaftlichkeitsrechnung aufstellen m&uuml;ssen ob es sich lohnt. Denn auf der anderen Seite kommen Kosten f&uuml;r den Transport hinzu, der Aufbau wird teurer und die L&auml;nder dort wollen auch was verdienen . Zudem gibt es neue Risiken. Sand den es in der Sahara in rauen Mengen gibt verkratzt z.B. die Gl&auml;ser &uuml;ber Solarzellen wodurch der Wirkungsgrad absinkt. Dazu braucht man keinen Sandsturm, dazu reicht schon ein kleiner Wind.<\/p>\n<h3 class=\"western\">Was kostet die Energiewende?<\/h3>\n<p>Billig wird es nicht. Schon die Investition in die Solaranlagen wird teuer. Eine kleine Recherche im Internet brachte f&uuml;r 1,6 m\u00b2 einen Preis von 720 Euro. Bei 75 % Deckung des gesamten Prim&auml;renergiebedarfs sind das 9,6 Milliarden dieser Module. Immerhin werden sie dann billiger werden, denn die Produktionszahlen werden dann rapide ansteigen. Ein Preis von 300 Euro bei dieser St&uuml;ckzahl halte ich aufgrund des Gesetzes der Erfahrungskurve f&uuml;r realistisch. Doch das w&auml;re dann immerhin noch eine Investition von fast 3000 Milliarden, wozu dann noch Kosten f&uuml;r die Installation und die speicher k&auml;men. Die kosten kann man nur sch&auml;tzen, doch ich w&uuml;rde den Gesamtkostenbedarf auf 5000 Milliarden Euro beziffern.<\/p>\n<p>Doch eine Gegenrechnung: Bei 15 ct pro kWh (Strom ist relativ teuer, Benzin ebenso, Heiz&ouml;l und Erdgas umgerechnet auf die Energie recht billig). Gibt man in der BRD rund 370 Milliarden Euro pro Jahr f&uuml;r nicht regenerative Energien (rund 4500 Euro pro Person, das enth&auml;lt aber auch Industrie, Dienstleistungen und Verkehr, die den gr&ouml;&szlig;ten Anteil haben) aus. Wir haben 34 Jahre Zeit um auf 0 % zu kommen. Man m&uuml;sste also rund 170 Milliarden pro Jahr oder 50 % dessen was wir heute schon f&uuml;r Energie ausgeben, zus&auml;tzlich aufwenden. Das erscheint mir machbar. Umsonst wird die Energie aber auch dann nicht sein. Solarmodule haben eine Lebensdauer von etwa 25 Jahren, lassen aber auch in der Leistung nach. Der Betrieb von Elektrolyseanlagen kostet Geld. Wahrscheinlich wird Energie nicht billiger sein als heute, eher noch teurer.<\/p>\n<h3 class=\"western\">Wer macht\u00a0die Energiewende?<\/h3>\n<p>Bisher l&auml;uft die Energiewende so, dass zum einen viele Privatpersonen ihre Solarmodule auf die H&auml;user packen und zum anderen gro&szlig;e Firmen Windr&auml;der oder Windparks bauen. In der Gr&ouml;&szlig;enordnung und vor allem wenn man meinem Vorschlag folgt, die sowieso &uuml;berbauten Fl&auml;chen zu nutzen wird das eine staatliche Aufgabe sein. Die staatliche Lenkung l&auml;uft bei uns aber komplett schief. Beim Strom m&uuml;ssen Verbraucher Zulagen zahlen, die dann den Betreibern von erneuerbaren Energien aus Subvention ausgezahlt werden die Industrie ist aber davon befreit. Warum eigentlich? Das sorgt doch nur daf&uuml;r, das man dort keine Anstrengungen zum Energiesparen unternimmt (das Thema habe ich nicht vergessen, es ist nur nicht Bestandteil des Blogs, er w&auml;re sonst einfach zu lang.<\/p>\n<p>Aber nat&uuml;rlich ist die Senkung des Energieverbrauchs das erste, was man tun sollte bevor man umstellt). Meiner Ansicht nach sollte es anders laufen. Man sollte nichts subventionieren, aber auch keine Steuern erheben. Sprich: beim Strom eben keine Strom- und Mehrwertsteuer f&uuml;r &Ouml;kostrom. F&uuml;r Biosprit keine Mineral&ouml;lsteuer und Mehrwertsteuer. Da die Steuern bei beiden Produkten heute schon den Gro&szlig;teil des Preises ausmachen w&auml;re regenerative Energie mit einem Schlag schon heute konkurrenzf&auml;hig.<\/p>\n<p>Eine Bl&uuml;te haben z. B. seit einigen Jahren kleine Photovoltaikanlagen welche die Grundlast abdecken. Das sind keine gro&szlig;en Module, sondern kleine die man z.B. auf dem Balkon aufstellt. Experten warnen vor Kabelbrandgefahr wegen &Uuml;berlastung des Hausnetzes doch das h&auml;lt viele nicht davon ab, die zu kaufen, denn die Hersteller versprachen das schon nach 7 Jahren eine solche Anlage sich durch den eingesparten Strom rentiert hat. Auch wenn das sicher eine Idealrechnung ist, zeigt es doch, dass wegen der hohen Steuern die heute auf allen Energiearten liegen eigentlich Solarstrom schon konkurrenzf&auml;hig w&auml;re, wenn er von der Steuerlast ausgenommen w&auml;re.<\/p>\n<p>Der Bund m&uuml;sste auf Steuern verzichten, doch ich glaube das dann der finanzielle Anreiz so gro&szlig; w&auml;re, das wir wirklich die Energiewende hinbekommen w&uuml;rden. Es ginge, doch sicher nicht mit dieser Bundesregierung die von der Industrie gekauft ist. Das zeigt sich ja auch dem Plan der Klimawende der von den Ministerien soweit zurechtgestutzt wurde das fast nichts mehr &uuml;brig bleib.<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"http:\/\/vg06.met.vgwort.de\/na\/97fdb51c0c594dda856e41bd713ad381\" width=\"1\" height=\"1\" alt=\"\"\/><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Die Energiewende ist beschlossene Sache. Bis 2050 will die Bundesregierung die BRD vollst&auml;ndig auf regenerative Energien umgestellt haben. Ich empfand das Vorhaben als ambitioniert. Und es liefert mit die Vorlage zu diesem Blog: ist das schaffen und was wird es kosten? 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