01.07.2021, Dresden

Unsere Energiewende

Photovoltaikanlage auf Freifläche

Das Bundesverfassungsgericht verlangt Nachbesserungen am deutschen Klimaschutzgesetz. Die internationale Energieagentur schlägt in ihrem aktuellen „Net Zero by 2050“ Bericht ein weltweites rasches Ende der Erschließung neuer Lagerstätten fossiler Energieträger vor. Vertreter großer deutscher Automobilkonzerne haben angekündigt, die Weiterentwicklung des Verbrennungsmotors für PKW schon in wenigen Jahren einzustellen*.

Manche Menschen sind angesichts solcher Pläne in Sorge, ob dies technisch überhaupt umsetzbar ist, ob Energie und unsere bisherige Lebensart so eigentlich noch für alle bezahlbar bleiben kann und welche Nachteile dadurch womöglich entstehen könnten.

Zentraler Punkt der Energiewende ist der Umbau der Stromerzeugung weg von fossilen Energieträgern und Kernenergie hin zu erneuerbaren Energien. In Sachsen bestehen überwiegend bei Sonne und Wind noch Ausbaupotenziale. Dieser Strom soll dann künftig mittels Wärmepumpen und Elektroautos auch in anderen Sektoren fossile Energieträger direkt ersetzen können. Für Industrieprozesse und heute nicht sinnvoll elektrifizierbare Anwendungen wie z.B. Flugzeuge und Schiffe werden wir Wasserstoff aus Elektrolyse und langfristig auch treibhausgasneutral erzeugte Kohlenwasserstoffe benötigen. Für manche Anwendungen wie z.B. den Schwerlastverkehr sind aus heutiger Sicht verschiedene technologische Pfade vorstellbar (Infolink).

Ein so rascher Umbau der Stromerzeugung erscheint vielen heute noch technisch unmöglich. Die Stromerzeugung aus Solaranlagen und Windkraftwerken folgt natürlich dem Wetter und nicht dem Strombedarf. Was ist mit der Grundlast? Womit erzeugen wir unseren Strom während der Dunkelflauten?

Auch wenn die Situation nicht exakt vergleichbar ist, lohnt ein Blick nach Großbritannien. Die Einführung eines CO2-Mindestpreises von ca. 21 €/t führte dort dazu, dass in nur 5 Jahren die Stromerzeugung aus Kohle von 25 % Anteil im Jahr 2015 auf 1,6 % Anteil im Jahr 2020 nahezu vernachlässigbar geworden ist (Infolink). In Großbritannien wird heute im Vergleich zu vor 100 Jahren weniger als 1 % der Kohlemenge eingesetzt, bei weiterhin stabiler Energieversorgung (Infolink).

Auch Deutschland wird die Kapazitäten an Wind-, Solar- und Gaskraftwerken ausbauen und damit eine zuverlässige Stromversorgung mit erheblich geringerem CO2-Ausstoß erreichen können. Die Vergütungen für die Stromerzeugung aus neu gebauten größeren Wind- und Solarkraftwerken liegen mittlerweile bei rund 5 bis 6 ct/kWh (Infolink). Einige sehr große Photovoltaikanlagen an günstigen Standorten in Deutschland können Strom sogar noch preiswerter produzieren.

In Sachsen werden derzeit wieder neue Produktionsanlagen für hoch effiziente Solarmodule in Betrieb genommen. Auch diese Technologie hat sich stetig weiter entwickelt, manche Module erreichen mittlerweile Wirkungsgrade über 20 %, so dass auf weniger Fläche mehr Solarstrom erzeugt werden kann. Moderne Zelltechnologien benötigen weniger Rohstoffe als bisher und werden voraussichtlich viele Jahrzehnte einsatzfähig bleiben.

Der Ausbau von Photovoltaikanlagen auf Freiflächen ist auch in Sachsen sinnvoll. Klug umgesetzt können solche Solarparks durch den Bewuchs unter und zwischen den Modulreihen einen sehr positiven Beitrag zum Artenschutz bringen und erzeugen um Größenordnungen mehr Energie als beispielsweise der Anbau von Energiepflanzen auf vergleichbarer Fläche (Infolink). Die gleichzeitige Nutzung von Pflanzenanbau und Solarstromerzeugung auf gemeinsamer Fläche (Agri-PV) wird künftig auch in Sachsen erprobt. Die gleichzeitige Nutzung von Pflanzenanbau und Solarstromerzeugung auf gemeinsamer Fläche (Agri-PV) wird künftig auch in Sachsen erprobt.

Der aktuelle Preis im EU weiten Handel von CO2-Zertifikaten ist auf über 50 €/t gestiegen (Infolink). Gaskraftwerke mit ihrem geringeren CO2-Ausstoß werden somit als Brückentechnologie gegenüber der Kohleverstromung konkurrenzfähig. Bestehende und neue Kraftwerke optimiert man auf die erhöhten Flexibilitätsanforderungen, die durch die stark schwankende Stromerzeugung aus Sonne und Wind entstehen. In einem finalen Schritt hin zur treibhausgasneutralen Stromversorgung wird man Erdgas dann in Zukunft zunehmend durch Biogase, synthetische Gase und Wasserstoff ersetzen. Diese Gase sind gut und in ausreichender Menge speicherbar und werden die Stromversorgung dann übernehmen, wenn erneuerbare Energien nicht ausreichend zur Verfügung stehen.

Mit dem weiteren Ausbau der Stromerzeugungskapazität aus Sonne und Wind häufen sich Situationen, in denen der so erzeugte Strom nicht vollständig transportiert oder genutzt werden kann. Neben dem Ausbau von Stromnetzen und den Möglichkeiten solchen Überschussstrom z.B. in der Fernwärme mittels Wärmepumpen u.ä. einzusetzen oder für steuerbare Lasten oder für Elektrolyseure zu nutzen, wird man auch einen Teil der Anlagen geeignet drosseln. Im Vergleich zu anderen Maßnahmen kann dies durchaus die effizienteste und kostengünstigste Variante sein. Die Nutzung von preiswertem Überschussstrom für andere Anwendungen benötigt im Moment weniger neue Technologien, sondern vor allem neue Marktmechanismen (Infolink).

Batteriespeicher spielen schon heute eine wichtige Rolle als Dienstleister für Systemstabilität im Stromnetz. In der Primärregelleistung zur Frequenzstabilisierung dominieren große Batterien der Megawattklasse bereits seit 2019 den Markt gegenüber herkömmlichen Kraftwerken (Infolink). Dieser Wandel geschah von vielen Verbrauchern unbemerkt in nur wenigen Jahren, auch in Sachsen sind solche großen Batteriespeicher am Netz.

Für die Energiewende im Mobilitätssektor ist die technische Entwicklung der Batterietechnologie ebenfalls sehr vielversprechend. Schon heute werden in Deutschland mehr PKW mit Ladestecker neu zugelassen als solche mit Dieselmotor (Infolink). Es ist zu erwarten, dass sich der Trend fortsetzen wird.

Der Ausbau der Ladeinfrastruktur für diese Fahrzeuge ist zwar eine Herausforderung, aber keineswegs unmöglich. Derzeit werden in sächsischen Städten beispielsweise alternative Möglichkeiten getestet, für PKW-Besitzer ohne eigene Steckdose am Parkplatz Lademöglichkeiten in der Nähe zu bereitzustellen und Standorte zu schaffen, an denen von privaten (Elektro-)PKW auf ÖPNV oder Fahrrad gewechselt werden kann. Die notwendigen Kosten für den Ausbau der Stromnetze, um deutschlandweit alle PKW auf batterieelektrische Antriebe umzustellen, schätzen Studien übrigens auf nur ca. 500 € pro Fahrzeug (Infolink).

Batterien für Elektro-PKW wurden bisher überwiegend in Asien produziert. Mit dem Aufbau zahlreicher großer Produktionsstätten wird sich Europa sehr bald mit eigenen Zellen versorgen können und Deutschland kann mit Umsetzung der bisher veröffentlichten Ausbaupläne dabei die führende Rolle einnehmen (Infolink). Für den Bau des Akkus eines durchschnittlichen Elektro-PKW werden aktuell ca. 6 kg Lithium, 8 kg Kobalt und 26 kg Nickel benötigt. Neu entwickelte Batterietechnologien werden den Bedarf an diesen Metallen weiter reduzieren und können außerdem die Lebensdauer auf über 1 Million km erhöhen.

Die Rohstoffe zum Bau einer Traktionsbatterie gehen während der Nutzungsdauer des Fahrzeugs im Gegensatz zum Verbrennen mehrerer Tonnen erdölbasierter Kraftstoffe nicht verloren.
Deutsche Unternehmen sind heute führend bei der Entwicklung neuer Verfahren zum Recycling von Lithium-Ionen Zellen, mit denen nahezu sämtliche Metalle stofflich wiederverwertet werden können (Infolink).

Der Elektro-PKW der nächsten Generation wird daher in der Gesamtbetrachtung nicht nur erheblich energieeffizienter sein als vergleichbare PKW mit Verbrennungsmotoren, sondern darüber hinaus während seines Lebenszyklus auch weniger Ressourcen benötigen.

Neben den sehr stark in der öffentlichen Diskussion stehenden Themen Stromversorgung und PKW-Verkehr wird Sachsen die Energiewende auch in allen anderen Sektoren wie z.B. Gebäude oder Industrie vorantreiben und hat dazu ein neues Energie- und Klimaprogramm 2021 veröffentlicht (Infolink).

Unter anderem soll in Sachsen künftig auch die gesamte Wertschöpfungskette im Bereich Wasserstoff in Zukunft deutlich ausgebaut werden, denn nicht in allen Sektoren lassen sich fossile Energieträger einfach und kostengünstig durch Elektrizität ersetzen.

Ein Flugzeug, das heute in Auftrag gegeben wird, wird sehr wahrscheinlich auch im Jahr 2045 noch fliegen, ein Haus, das heute neu gebaut wird, muss auch im Jahr 2045 noch beheizbar sein, Wärmenetze werden auch 2045 noch viele sächsische Haushalte mit Wärme versorgen.

Auch dies wird bis dahin dann treibhausgasneutral erfolgen, entweder über treibhausgasneutrale Kraftstoffe oder indem man an anderer Stelle diese Menge Kohlendioxid wieder aus der Atmosphäre entnimmt und einlagert.

Die Energiewende ist Transformationsprozess, welcher immer mehr seine Wirkung entfaltet und sich weder umkehren lässt, noch kann. Die Herausforderung ist, sich dabei nicht nur als Getriebene zu fühlen, sondern vor allem Gestalter zu sein. So bieten sich sächsischen Forschern und Unternehmen vielfältige Chancen, die notwendigen Technologien weiter zu entwickeln, einzusetzen und weltweit zu verkaufen und darüber in unserem Land für nachhaltigen Wohlstand zu sorgen.

* Infolinks: 12 - 34

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