Ein Fünftel für Strom, ein Drittel für den Verkehr

Allein der Stromverbrauch in Deutschland beträgt rund 500 Mrd. kWh im Jahr, macht aber gerade einmal ein Fünftel des gesamten Endenergieverbrauchs aus. In der öffentlichen Wahrnehmung hingegen spielt die elektrische Energie eine viel größere Rolle; Strom wird als das Symbol für Energie empfunden und daher beschränkt sich die Energiedebatte häufig auf die Elektrizität, obwohl in anderen Bereichen noch viel größere Beiträge zu leisten sind. Zum Beispiel für Transport und Verkehr (PKW, LKW, Eisenbahnen, Flugzeuge und Schiffe). Auf dieses Konto geht etwa ein Drittel der gesamten Endenergie, wobei der Treibstoffs als "Endenergie" gezählt wird, obwohl ein großer Teil bei der Umwandlung mit Motoren verloren geht.

Fast die Hälfte der verbrauchten Energie wird für Wärme benötigt

"Prozesswärme" bezeichnet alle Anwendungen, bei denen Temperaturen über 200° C erforderlich sind. 97 % der Verfahren benötigen sogar mehr als 500° C. Beispiele sind die Glasherstellung, Metall-Schmelzen, aber auch das Backen. Hier wird ein deutlicher Teil in Form elektrischer Energie verwendet. Etwa die Hälfte der verbrauchten Energie wird für Wärme mit Temperaturen unter 200° C verwendet, der weitaus größte Teil hiervon wiederum für die Hauswärme, gefolgt von der Warmwasserbereitung und industriellen Anwendungen. Schon deshalb lohnt es sich besonders bei der Wärmeversorgung, fossile Energieträger zu reduzieren oder ganz zu ersetzen.

Enorme Einsparmöglichkeiten bei der Wärmeversorgung,
im Verkehr und im Alltag

Rund 40 % des Endenergieverbrauchs in Deutschland können laut Waffenschmidt eingespart werden, ohne auf Komfort zu verzichten. Dafür müssen alle Häuser nach dem Stand der Technik isoliert und Autos gebaut werden, die durchschnittlich nur 3.3 Liter auf 100 Kilometer verbrauchen. Außerdem müssen zwei Drittel der Güter im Fernverkehr auf der Schiene transportiert werden, dürfen "Stand-by"-Schaltungen keinen Strom mehr verbrauchen und herkömmliche Lampen müssen durch Energie sparende Technologien ersetzt und intelligent geregelt werden.

Wärmedämmung kann fast ein Viertel des Endenergieverbrauchs einsparen

Waffenschmidt verweist auf mehrere Studien und Beispiele, die im Bericht der Enquetekommission des Bundestages beschrieben werden. Diese kommen zu dem Schluss, dass bei Altbauten insgesamt rund 70 % der Heizenergie eingespart werden können. Das sind mindestens 550 Milliarden Kilowattstunden Wärmeenergie pro Jahr beziehungsweise fast ein Viertel des gesamten Endenergieverbrauchs. Damit ist die Wärmedämmung einer der größten Einzelposten im Maßnahmenkatalog - und sie ist zugleich eine der am leichtesten zu realisierenden Möglichkeiten, fossile Energie zu vermeiden. Die eingesparte Wärmemenge entspreche drei Mal der Energie, die derzeit mit Kernkraftwerken erzeugt wird, errechnete Waffenschmidt.

Durchaus beachtlich sind die Möglichkeiten, im Verkehr zu sparen: Mit dem technisch machbaren "3-Liter-Auto" können der Verbrauch für den Personen-Autoverkehr halbiert und pro Jahr 200 Mrd. kWh eingespart werden. Werden zwei Drittel des Straßen-Fernverkehrs auf die Bahn verlagert, sind weitere 180 Mrd. kWh pro Jahr einzusparen. Mit dem Verzicht auf die stromfressenden Stand-By-Schaltungen und durch energiesparende Beleuchtung können zusätzlich 55 Mrd. kWh gespart werden, etwas mehr als ein Zehntel des Stromverbrauchs. Insgesamt sparen die genannten Maßnahmen rund 1.000 Mrd. kWh Strom pro Jahr. Das ist mehr als doppelt soviel als der jährliche Stromverbrauch und entspricht etwa 40 % des gesamten Endenergieverbrauchs in Deutschland.

Die umfangreiche Statistik des SFV über die Erträge von Photovoltaikanlagen mit über 3.000 Teilnehmern aus ganz Deutschland zeigt, dass ein Quadratmeter Solarzellen heutzutage mindestens 100 kWh Strom pro Jahr erzeugen kann. Sollte der gesamte Endenergieverbrauch in Deutschland mit Photovoltaik gedeckt werden, wäre dafür allerdings eine Fläche von 25.693 Quadratkilometern erforderlich, was einem Quadrat mit einer Kantenlänge von 160 km entspricht. Dies entspräche wiederum der Fläche eines Bundeslandes von der Größe Hessens - und lässt eine derartige Lösung ziemlich unwahrscheinlich erscheinen.

190 Milliarden Kilowattstunden jährlich aus Solarzellen auf Dächern und an Fassaden

Andererseits entspricht die Fläche in etwa der gesamten Siedlungsfläche in Deutschland von 23.938 km² (Gebäude und zugehörige Freiflächen). Sie ist auch nicht sehr viel größer als die gesamte Fläche für den Verkehr von (17.446 km².) In jedem Fall könnten laut SFV vorhandene Dächer und Fassaden mit einer Gesamtfläche von rund 2.100 km² mit Solarstrommodulen belegt werden. Wenn davon 90 % zur Stromerzeugung genutzt werden, ließen sich dort 190 Mrd. kWh pro Jahr erzeugen, was knapp 40% des heutigen Stromverbrauchs entspricht. Die restlichen 10 % der Flächen können nach dem im SFV-Konzept für die Solarwärme-Produktion genutzt werden.

Solarthermische Kraftwerke statt Braunkohle-Tagebau

Als weitere Möglichkeiten für die Solarenergienutzung nennt Waffenschmidt die Braunkohle-Tagebau-Areale mit insgesamt rund 600 km² Betriebsflächen. Auf einer Fläche dieser Größe könnten mit solar-thermischen Kraftwerken (konzentrierte Sonnenenergie plus Dampfturbinen) 30 Mrd. kWh pro Jahr produziert werden. Überdachte Verkehrsflächen sind zahlenmäßig nicht in die Studie eingegangen, zum Beispiel die deutschen Autobahnen die allein 300 km² ausmachen könnten.

Windenergie: Repowering, Zubau an Land und Windparks auf See

Ende 2005 drehten sich in Deutschland knapp 18.000 Windräder mit einer durchschnittlichen Generatorgröße von einem Megawatt (MW) und einer installierten Gesamtleistung von Gigawatt (GW). Die Windräder im Binnenland liefern ähnliche Beiträge zur Stromerzeugung wie die Windenergieanlagen an der Küste, wenn sie an die dortigen Windverhältnisse angepasst sind. Würden alle bestehenden Windräder durch leistungsfähige Generatoren mit 3 MW ersetzt (Repowering), wie bei neuen Windrädern üblich, könnten diese 100 Mrd. kWh Strom pro Jahr erzeugen.

Der SFV und Waffenschmidt halten es für durchaus akzeptabel, alle Binnenländer so weit aufzurüsten, wie dies bei den mit Windenergieanlagen gut bestückten Bundesländern im Binnenland bereits der Fall ist. Besonders südlich der Main-Linie ist die Windkraft derzeit nur wenig ausgebaut. Mit etwas größeren Rotoren oder Nabenhöhen lasse sich allerdings auch dort die Windenergie sinnvoll nutzen. Vorbild für den Ausbau der Windenergie könnte zum Beispiel Nordrhein-Westfalen sein.

Einen weiteren Beitrag können Offshore-Windparks mit 110 Mrd. kWh pro Jahr liefern. Insgesamt lassen sich dann mittels Windkraft (Offshore und ausgebautes Inland) pro Jahr 270 Mrd. kWh Strom pro Jahr erzeugen. Dies entspricht 54 % des jährlichen Stromverbrauchs in Deutschland.

Tiefengeothermie für Ballungsräume, Wärmepumpen auf dem Land

Eine Energiequelle, die in Deutschland erst am Anfang steht, ist die so genannte Tiefengeothermie, die Erdwärme aus über 3.000 Metern Tiefe nutzt. Dort beträgt die Temperatur über 100° C und ist hoch genug, um mit Geothermie-Kraftwerken auch elektrischen Strom zu erzeugen. Erdwärme aus tiefen Schichten ist jedoch nicht beliebig lang verfügbar. Vielmehr ist der Wärmestrom aus dem Erdinnern in die zugänglichen Erdschichten relativ klein, so dass diese auf lange Sicht allmählich auskühlen können. Dennoch ist dort unten genügend Energie vorhanden, um Deutschland 450 Jahre lang komplett mit Strom und Wärme zu versorgen. Dabei würde aus technischen Gründen überhaupt nur 4 % der vorhandenen Wärmeenergie genutzt werden. Die Tiefengeothermie hat also ein enormes, noch ungenutztes Energiepotenzial.

Elektrisch betriebene Wärmepumpen, die Wärme aus oberflächennahen Erdschichten herausziehen, werden in der SFV-Studie nur indirekt berücksichtigt, da sie die Umweltwärme zur Heizung und Kühlung zwar effizient umwandeln, aber nicht als Energiequelle zu betrachten sind. Besonders in ländlichen Gegenden lässt sich auf diese Weise dezentral Wärme gewinnen. Die Erdwärme aus oberflächennahen Schichten steht praktisch unbegrenzt zur Verfügung, da der Boden ausschließlich von der Sonne erwärmt wird.

Da die Erdwärme beschränkt ist, sollte laut SFV jedoch nicht unnötig viel verbraucht werden. Geothermische Kraftwerke haben bei der Stromerzeugung nur einen Wirkungsgrad von rund 10 %. Daher geht der SFV davon aus, dass auch die Abwärme bei der Stromproduktion zum Heizen und für andere Arten der Wärmeerzeugung genutzt wird. Geothermische Kraftwerke sind zentrale Anlagen, deren wirtschaftlicher und technischer Betrieb eine gewisse Größe voraussetzt und mit denen kleinere Siedlungen oder ganze Stadtteile versorgt werden können. Um die Wärme an die Verbraucher zu verteilen, ist ein Fernwärmenetz erforderlich. Demnach sollten geothermische Kraftwerke überwiegend in dicht besiedelten Gegenden errichtet werden, die mit Fernwärmenetzen versorgt werden. Unter diesen Randbedingungen können nach Waffenschmidts Berechnungen 225 Mrd. kWh pro Jahr aus geothermisch erzeugter Wärme verteilt werden, wobei gleichzeitig knapp 25 Mrd. kWh Strom produziert werden. Damit lassen sich etwa die Hälfte des künftigen Wärmebedarfs in Haushalten, Gewerbe und Industrie und etwa 5 % des gegenwärtigen Stromverbrauchs decken.

Strom, Wärme und Kraftstoffe aus Biomasse

Würden die deutschen Wälder nachhaltig genutzt, auf überschüssigen Flächen "Energiepflanzen" angebaut und auch alle organischen Reststoffe wie Stroh, Restholz und nachhaltiges Brennholz sowie Bio,- Klär- und Deponiegas werden effektiv verwendet, kann damit knapp die Hälfte der Energiemenge gewonnen werden, die heute im Verkehr verbraucht wird. Biomasse hat den enormen Vorteil, dass sie sich hervorragend lagern lässt und damit die enthaltene Energie gespeichert werden kann. Sie steht damit das ganze Jahr Tag und Nacht zur Verfügung. Aus Biomasse lassen sich mit Kraft-Wärme-Kopplung Strom und Wärme in konventionellen Kraftwerken gewinnen. Sie kann und wird auch direkt verbrannt, um Wärme zu erhalten. Weiter lässt sich aus Biomasse Treibstoff gewinnen.

Bei der Verwendung von Biomasse zur Energieerzeugung entsteht klimaschädliches Kohlendioxid. Doch wenn nur so viel Biomasse verbraucht wird, wie im selben Zeitraum nachwächst, wird die gleiche Menge Kohlendioxid aus der Luft gebunden und die Kohlendioxid-Bilanz ausgeglichen. Dies setzt jedoch zwingend voraus, dass die Verwendung der Biomasse nachhaltig geschieht, und nicht mehr verwendet wird, als nachwachsen kann.

Energie aus dem Wald und vom Acker

In Deutschland gibt es im Wesentlichen drei Bioenergie-Quellen: Holz aus den Wäldern, eigens angebaute Energiepflanzen und Reststoffe verschiedenster Art. Der Bioenergieträger Rohholz, spielt heute nur eine untergeordnete Rolle, hat allerdings noch ein großes Potenzial, das noch im Jahr 2000 nur zu 6 % genutzt wurde. Das Potenzial von Holz zur nachhaltigen energetischen Nutzung wird mit 24,9 Millionen Tonnen pro Jahr angegeben, was einem Energiegehalt von 126 Mrd. kWh pro Jahr entspricht.

Die Europäische Union hat beschlossen, 10% der landwirtschaftlichen Nutzfläche stillzulegen, diese dürfen aber laut EU-Beschluss dennoch zum Anbau von Energiepflanzen genutzt werden. Damit sind in Deutschland jetzt schon 19.100 km² Landfläche zum Anbau nachwachsender Energierohstoffe verfügbar. Eine weitere Studie im Auftrag des Bundesumweltministeriums (BMU) kommt auf verfügbare Flächen von bis zu 44.400 km² (23 % der Anbaufläche), die mittelfristig unter Berücksichtigung ökologischer und wirtschaftlicher Aspekte sowie unter Beibehaltung eines ausreichenden Selbstversorgungsgrades (Nahrungsmittel) auch für Energiepflanzen genutzt werden können. Waffenschmidt geht in der Studie von 38.000 km² aus, die 20 % der Anbaufläche entsprechen.

Biogas- und Treibstoffproduktion aus Energiepflanzen

Eine Möglichkeit, diese Fläche zu nutzen, wäre der Anbau von Raps, aus dessen Öl Treibstoff zu gewinnen ist. Damit ließe sich auf den angenommenen Flächen eine Energiemenge von 60 Mrd. kWh in Deutschland ernten, womit rund 8 % des Kraftstoffverbrauchs für den heutigen Verkehr gedeckt werden können. Eine deutlich größere Energiemenge lässt sich erzielen, wenn nicht nur der Ölanteil in den Samen genutzt wird, sondern die gesamte Biomasse der Pflanzen. Dann können schnell wachsende Energiepflanzen angebaut werden, wie zum Beispiel Miscanthus (Chinagras oder Elefantengras), Pappeln, Weiden oder Tritikale, aber auch Mais kommt in Frage.

Damit lässt sich auf den genannten 38.000 km² Biomasse mit einem Brennwert von 420 Mrd. kWh anbauen, welche in der SFV-Studie anstelle des Raps-Anbaus berücksichtigt werden. Die schnell wachsenden Energiepflanzen lassen sich entweder in Biogas oder in flüssige Treibstoffe umwandeln. Biogas besteht zum größten Teil aus Methan. Aufbereitet kann es in das Erdgasnetz eingespeist werden und dann wie Erdgas als Treibstoff für Fahrzeuge dienen, Biomethan ist aber auch zur Erzeugung von Prozesswärme oder in KWK zum Heizen und zur Erzeugung von Strom geeignet. In heutigen Biogasanlagen kann etwa die Hälfte des Brennwertes von Energie-Pflanzen genutzt werden, so dass typischerweise etwa 55.000 kWh nutzbares Methangas aus der Ernte eines Hektars erzeugt werden können. Biogasanlagen können dezentral betrieben werden, was einen geringen Transportaufwand bedeutet und die Nutzung der Abwärme ermöglicht. Die Reststoffe sind hervorragender Dünger, der noch alle wesentlichen Nährstoffe des Pflanzen enthält, so dass auf im wesentlichen auf Kunstdünger verzichtet werden kann und eine nachhaltige Bewirtschaftung der Anbauflächen möglich erscheint.

Die Umwandlung von Biomasse in flüssige Treibstoffe ist ebenfalls möglich, besonders mit dem "Biomass to Liquid" (BtL)-Verfahren. Die Angaben über die energetische Effizienz des Verfahrens schwanken zwischen 10 % und 50 %. Rund 25% scheinen Waffenschmidt realistisch und gehen in die Studie ein, so dass damit nur halb so viel nutzbarer Kraftstoff wie mit Biogasanlagen erzeugt werden kann, denen der SFV den Vorzug gibt. Das BtL-Verfahren erfordere zentrale großtechnische Anlagen, die einen hohen Transportaufwand bedingen und die Nutzung der Abwärme erschweren. Die Reststoffe müssen in Deponien entsorgt werden. Daher müssen die Anbauflächen mit energieaufwändigem Kunstdünger gedüngt werden, was eine nachhaltige Bewirtschaftung der Böden unwahrscheinlich macht und die Energiebilanz zusätzlich verschlechtert.Das Energiepotenzial aus Reststoffen (z.B. Deponiegasgewinnung oder Rückstände aus der Bierherstellung) beträgt rund 140 Mrd. kWh.

Bei der Umwandlung in Endenergie, also den Strom aus der Steckdose, für die Wärme im Haushalt und den Biokraftstoff im KFZ, geht zwar Energie verloren, aber insgesamt bleiben rund 330 Mrd. kWh als nutzbare Endenergie aus Biomasse übrig. Sie entsprechen 46 % der Energie, die heute im Verkehr benötigt wird. Allerdings ist nicht die gesamte Energie unmittelbar als Treibstoff zu verwenden; besonders die festen Reststoffe sind nur zum Teil als Treibstoff geeignet.

Wasserkraft-Potenzial fast erschöpft

Die Nutzung der Wasserkraft ist in Deutschland weitgehend ausgeschöpft. Eine deutliche Steigerung würde große Stauseeprojekte notwendig machen, die in der Gesellschaft nicht akzeptiert werden. Durch die Reaktivierung alter Wasserkraftwerke und die Errichtung einiger Laufwasserkraftwerke lässt sich die Stromerzeugung aus Wasserkraft allerdings noch auf bis auf 33 Mrd. kWh pro Jahr ausbauen, dann hätte sie einen Anteil von 6.6 % an der heutigen Stromerzeugung.

Bedarfsgerechter Erneuerbare-Energien-Mix

Die folgende Übersichtsgrafik zeigt die Summe aller erneuerbaren Energiequellen als Balken (ganz oben) im Vergleich zum gesamten Energiebedarf (ganz unten). Es wird ersichtlich, dass insgesamt deutlich mehr erneuerbare Energie zur Verfügung steht, als in Zukunft benötigt wird. Allerdings liegt diese nicht immer in der Form vor, in der sie den Bedarf decken kann. Der zweite Balken von oben zeigt daher das Energieangebot, das sich aus den Energiequellen erzeugen lässt.

Dezentrale Windenergieanlagen in Europa sichern Teile der Grundlast

Besonders Windräder liefern erstaunlich zuverlässig elektrischen Strom: derzeit gilt knapp die Hälfte der in Deutschland mit Windrädern erzeugten Energie bei den Energieversorgern als "gesicherte Leistung", die mit einer statistischen Wahrscheinlichkeit von 99 % zur Verfügung steht. Grund ist die weite geographische Verbreitung der Windräder, deren Energieerzeugung mit größer werdendem Abstand immer weniger korreliert. Oder vereinfacht gesagt: irgendwo weht immer der Wind. Wenn über ganz Europa verteilte Windräder zusammengeschlossen sind, steht ein noch viel größerer Anteil an Windenergie konstant und verlässlich zur Verfügung. Dies würde jedoch bedeuten, dass die europäischen Stromnetze besser ausgebaut werden müssen. Bei einem Mix von Energieformen sind diese Ausgleichseffekte noch stärker und die großflächige Vernetzung reduziert den Bedarf für Speicherung enorm, argumentiert der SFV.

Erforderliche Speicherkapazität abhängig vom Ausbau der Stromnetze

Eine weitere Möglichkeit, den Bedarf an elektrischer Speicherkapazität im Stunden- und Halbtagesbereich zu senken, ist, den Verbrauch an die Erzeugung anzupassen. Hier eröffnet sich ein nicht vernachlässigbares Potenzial, den Stromverbrauch zeitlich zu verschieben. Wichtige Beispiele sind Kühleinrichtungen oder Heizungen (direkt oder Wärmepumpen).
Dennoch werden in Zukunft weitere Strom-Speicher benötigt. Dazu gibt es eine Vielzahl an Technologien wie beispielsweise Druckluftkavernen, Pumpspeicher, Batterien, Wasserstoff oder thermochemische Speicher. Untersuchungen kommen zu dem Ergebnis, dass Speichermöglichkeiten mit einer Kapazität von etwa 3 % der jährlich erzeugten elektrischen Energie benötigt werden. Diese werden mehrmals pro Jahr genutzt, so dass insgesamt 18 % der jährlich erzeugten elektrischen Energie zwischengespeichert werden können. Welche Speicherkapazität am Ende tatsächlich installiert wird, hänge jedoch auch davon ab, in welchem Maße die Stromnetze ausgebaut würden, so das Fazit der SFV-Studie.

Diskussion über einen Paradigmenwechsel der Energieversorgung

Die SFV-Studie kann und soll Diskussionen in Gang setzen, die weit über den Horizont der auf dem EU-Gipfel ins Auge gefassten Ziele für den Ausbau der Erneuerbaren hinausgehen. Sie soll einen Paradigmenwechsel herbeiführen, eine radikale Neuorientierung hinsichtlich der Grundlagen der Energieversorgung und der Bewertung der technischen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Möglichkeiten, so SFV-Geschäftsführer Wolf von Fabeck. Auf der Grundlage der in der SFV-Studie beschriebenen Voraussetzungen ist ein vollständiger Umstieg auf erneuerbare Energien demnach auch keine prinzipielle Frage: Wenn es möglich ist, zehn, 20 oder 50 Prozent der Energie regenerativ zu erzeugen, sind auch 100 % machbar.

Politik, Verbände und Branche sind zu einem Meinungsaustausch eingeladen, beispielsweise in der Rubik "Standpunkt" auf dem Solarserver. Wir danken Herrn Dr. Waffenschmidt und dem SFV für die Unterstützung und das zur Verfügung gestellte Material.

Der komplette Vortrag kann in der jeweils aktuellen Version von der Homepage des Autors Eberhard Waffenschmidt (http://www.waffenschmidt.homepage.t-online.de/) heruntergeladen werden als Powerpoint Dokument (3.5 MB)

Weitere Informationen zum Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.:
http://www.sfv.de