 Zeitschriften        Pictures of the Future Frühjahr 2004      Â
Mit der Weltbevölkerung wächst auch der Bedarf an Energie, die heute überwiegend aus Kohle, Öl oder Gas gewonnen wird. Aber die Vorräte an fossilen Brennstoffen sind endlich, und Treibhausgase wie Kohlendioxid bedrohen das Klima. Wie lassen sich nicht nur der Energiehunger stillen, sondern zugleich auch Rohstoffe sparen und die Emissionen senken?
Beste Energie-Effizienz: Moderne GuD-Kraftwerke schaffen elektrische Wirkungsgrade von knapp 60 %, mit Kraft-Wärme-Kopplung wird der Brennstoff sogar bis zu 85 % ausgenutzt – ein Vielfaches der Effizienz, die ältere Kraftwerke erreichen. Rechts die Überprüfung einer Gasturbine im GuD-Kraftwerk Paka in Malaysia, das Siemens 1994 schlüsselfertig errichtete. Seitdem ist es fast ununterbrochen am Netz
Wohl kaum ein Thema ist derzeit so umstritten wie die Frage, wie wir den weltweit wachsenden Energiebedarf in den kommenden Jahrzehnten decken sollen. Als sicher gilt, dass die Erdbevölkerung bis zum Jahr 2030 auf rund acht Milliarden Menschen anwachsen wird. Auch aufgrund des starken Wirtschaftswachstums in Asien und in den Schwellenländern wird der Energieverbrauch, insbesondere der Stromverbrauch, deutlich zunehmen. Neue Rohstoffquellen und -regionen müssen erschlossen werden. Die Versorgung der Welt mit Strom, Wärme oder Kälte ist eine gigantische Herausforderung – insbesondere wenn sie zugleich ökonomisch, ökologisch und sozial verträglich sein soll.
Die EU-Kommission schreibt in ihrem "World Energy, Technology and ClimatePolicy Outlook" (WETO) vom Mai 2003, dass der Primärenergieverbrauch bis zum Jahr 2020 um etwa 70 % steigen wird. Laut "World Energy Outlook 2002" der Internationalen Energieagentur (IEA) in Paris wird vor allem die Stromproduktion mit jährlich 2,4 % deutlich schneller wachsen als die Weltbevölkerung mit etwa 1 %. Das World Energy Council in London und die IEA gehen davon aus, dass bis zum Jahr 2020 der Ausstoß von Kohlendioxid (CO2) weltweit um knapp 50 % steigen wird, wenn keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Andere Gutachten legen unterschiedliche Voraussetzungen zugrunde und berücksichtigen etwa effizientere Kraftwerkstechnologien oder den verstärkten Einsatzregenerativer Energien, kommen aber zu ähnlichen Schlüssen. Einig sind sich alle darin, dass der Energieverbrauch und die CO2-Emissionen deutlich zunehmen werden, wenn sich Wirtschafts- und Bevölkerungswachstum nicht weltweit vom Energieverbrauch abkoppeln lassen.
Fossile Energien weiterhin dominant. Noch decken laut einer Energiestudie der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover nicht-erneuerbare Energieträger etwa 90 % des Welt-Primärenergiebedarfs. "Trotz enormer Steigerungsraten bei erneuerbaren Energien werden in den kommenden Jahrzehnten die Nicht-Erneuerbaren dominieren", sagt Thomas Thielemann, Wissenschaftler im BGR-Referat Energierohstoffe. "Einfach deshalb, weil regenerative Energien nach wie vor zu teuer sind und in den kommenden Jahren nicht die nötige Menge an Strom liefern können."
So setzt unter anderem auch China mit seinem atemberaubenden Wachstum des Bruttoinlandsprodukts, das seit Jahren zwischen sieben und 9 % liegt, vielfach auf Strom aus billiger Steinkohle. Das Land ist, gefolgt von den USA, der weltgrößte Steinkohleproduzent. Eine Milliarde von weltweit 3,5 Mrd t Steinkohle bauen die Chinesen jährlich ab. Trotz des hohen Verbrauchs rechnet die BGR damit, dass Steinkohle gemessen am heutigen Bedarf noch gut 200 Jahre in ausreichendem Maße zur Verfügung steht. "Im langjährigen Mittel wird der Steinkohlehandel kontinuierlich um ein bis 2 % steigen", sagt Thielemann.
Für effizientere Kraftwerke und verstärktes Energiesparen spricht sich der Direktor des Berliner Instituts für Zukunftsstudien und Technologiebewertung (IZT), Prof. Dr. Rolf Kreibich, aus: "Der Kraftwerks-Standard in Osteuropa, China oder Indien ist mit einem Wirkungsgrad von etwa 25 % immer noch katastrophal." Moderne Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke (GuD) brächten es auf knapp 60 %. Kombiniert man sie mit Kraft-Wärme-Kopplung, also einem Fernwärmenetz, seien sogar bis zu 85 % erreichbar. "Wenn die genannten Nationen bei den alten Wirkungsgraden stehen bleiben, wird das derzeitige Wirtschaftswachstum nicht zu halten sein", prophezeit Kreibich. Gerade jene Länder mit hohen Wachstumsraten müssten schnell ihre Produktionsanlagen, die Kraftwerke und die Beheizung der Gebäude effizienter gestalten. "Andernfalls ist der hohe Energieeinsatz wirtschaftlich nicht zu verkraften, da er zu schlimmen Umweltschäden führt und die Menschen durch verpestete Luft, verseuchtes Wasser sowie belastete Böden und Nahrungsmittel gesundheitlich extrem beeinträchtigt."
Auch der Westen kann sparen. Ein großes Thema für Kreibich ist aber auch die Energieeffizienz in westlichen Industrienationen (siehe Die Energiespar-Detektive). "Wir haben ermittelt, dass sich allein durch rationellere Verwendung von fossilen Energieträgern der Energieverbrauch in Deutschland drastisch reduzieren lässt", sagt der studierte Soziologe und Physiker und verweist auf Altbausanierungen oder den Umstieg auf energiesparende Niedrigenergie- und Passivhäuser mit regelbarem Wohnklima. "Derzeit werden in Deutschland jährlich durchschnittlich 240 thermische Kilowattstunden pro Quadratmeter verbraucht. Durch gezielte Maßnahmen lässt sich das in den kommenden Jahrzehnten auf 50 bis 60 kWh/m² reduzieren." Der deutsche Primärenergiebedarf würde so um 12 bis 15 % sinken.
Um die Kosten zu ermitteln, wird eine Betriebszeit von 30 Jahren (bei Kernenergie 50 Jahre) angenommen, Abschreibung 15 Jahre, Fremdkapital 70 %, Abzinsung 8 %. Die CO2-Abtrennung (Eingesperrtes Kohlendioxid ) wird ohne Verflüssigung, Transport und Deponierung betrachtet
Mit Verbesserungen bei Energieausbeute und -sparen allein wird sich jedoch der wachsende Endenergiebedarf nicht decken lassen, darin sind sich die Experten einig. Vor allem der Appetit auf Strom nimmt zu, getrieben vom Wunsch der Schwellen- und Entwicklungsländer, am Wohlstand der Industrienationen teilzuhaben. Die IEA rechnet mit einer Verdoppelung der weltweiten Stromproduktion von 15 500 TWh (Milliarden kWh) im Jahr 2000 auf mehr als 31 500 TWh im Jahr 2030 – was nur durch einen klugen Energiemix zu decken ist.
Mehr Strom aus Gas. Experten von Siemens erwarten, dass die Stromproduktion bis zum Jahr 2020 um jährlich 2,6 % steigen wird. Der Kohlestrom wird mit 2,1 % etwas weniger stark zunehmen. Am deutlichsten wachsen wird die Stromproduktion aus Gas – mit 5,6 % pro Jahr –, da nach Einschätzung von Siemens die Mehrheit der neuen effizienten Kraftwerke mit Gas betrieben wird. Der bereits geringe Anteil von Erdöl an der Stromversorgung wird weiter sinken.
Hier steckt noch viel Potenzial: (links) im Energiesparen, wie die Wärmeverluste eines Hauses zeigen, oder auch (Mitte und rechts) in der Wirkungsgrad-Erhöhung, wie sie etwa durch ein neues Design von Turbinenschaufeln erreichbar ist
Die Menge des Stroms aus Kernenergie wird bis 2020 hingegen etwas zunehmen – vor allem weil die USA und Asien verstärkt auf Atomkraftwerke setzen. In den vergangenen zwei Jahren sind in China mehrere AKW ans Netz gegangen. In Finnland baut Framatome, ein Gemeinschaftsunternehmen der französischen Areva und Siemens, für den Energieversorger TVO bis 2009 den ersten Europäischen Druckwasserreaktor mit einer Leistung von etwa 1 600 MW. Der relative Anteil der Kernenergie an der weltweiten Stromerzeugung aber wird geringer, da alte Anlagen abgeschaltet und vergleichsweise wenige neu gebaut werden. Wie sich die Kernenergie langfristig entwickeln wird, ist offen. Eine Rolle spielen nicht nur die Akzeptanz und die sichere Entsorgung abgebrannter Brennelemente, sondern auch wirtschaftliche Erwägungen. Sollte eine CO2-Abgabe zu einer deutlichen Verteuerung von Energie aus Kohle oder Gas führen, könnte Strom aus Kernkraftwerken nach Einschätzung mancher Experten eine Renaissance erleben.
Der relative Anteil der Wasserkraft an der weltweiten Stromversorgung wird in etwa gleich bleiben oder geringfügig abnehmen – das jährliche Wachstum wird auf 1,8 % geschätzt. "Die anderen regenerativen Energien wie Windstrom oder Photovoltaik werden mit mehr als 6 % pro Jahr zwar das höchste Wachstum haben", sagt Frank Haffner vom Strategiefeld Energy bei Siemens Corporate Technology in Erlangen. "Aber die Menge ist derzeit weltweit noch so gering, dass sie in der Summe bis 2020 nur mit etwa 3 % zur Stromversorgung beitragen werden."
Synthetische Treibstoffe statt Öl. Laut WETO-Studie wird in allen Verbrauchssektoren zukünftig ein vergleichbarer Anstieg erwartet. Die Industrie trägt etwa 35 % zum Energieverbrauch bei, Verkehr und Transport 25, private Haushalte und übrige Verbraucher 40 %. Gerade im Verkehr bleibt Erdöl die Energiequelle der Wahl. Unter der Voraussetzung, dass der Rohstoffbedarf so groß bleibt wie heute, könnten "die abnehmenden konventionellen Ölreserven eine besorgniserregende Schwelle in der Zeit nach 2030 erreichen", heißt es in der Studie.
Das Oil Depletion Analysis Center in London geht sogar davon aus, dass das Maximum der Ölförderung bereits im Jahr 2010 überschritten sein wird und die Suche nach alternativen Ölquellen, wie etwa die intensive Ausbeutung von Ölsänden oder Lagern in großen Meerestiefen, in naher Zukunft massiv ausgebaut werden muss. Ein Anstieg der Förderkosten sei unvermeidbar. Nach den Siemens-Studien ist zu erwarten, dass neben dem Erdöl mehr und mehr auch synthetische Flüssigtreibstoffe – etwa zunächst aus Erdgas oder später Kohle erzeugt – den Bedarf decken werden (siehe  Schwarzes Gold neu entdeckt).
Wann die Reserven an fossilen Energieträgern zur Neige gehen, ist letztlich irrelevant. Denn die Frage ist nicht, wie lange Kohle, Öl oder Gas noch in ausreichenden Mengen vorhanden sind, sondern wie viel CO2 die Staatengemeinschaft der Atmosphäre zumuten will. Inzwischen setzen Entwickler und Ingenieure deshalb alles daran, neue Kraftwerke zu konstruieren, die bessere Wirkungsgrade haben, Rohstoffe effizienter nutzen und möglichst wenig Kohlendioxid und Schadstoffe in die Luft blasen.
So werden völlig neuartige Kohlekraftwerke konzipiert, die Kohle vor der Stromerzeugung in Gas umwandeln und sich sogar mit einer Gasverflüssigungsanlage kombinieren lassen (siehe Saubere Kohle). Sie müssen annähernd die hohen Wirkungsgrade der heutigen Gas- und Dampfturbinenkraftwerke erreichen, und dazu bedarf es noch einiger Anstrengungen, um die Effizienz zu erhöhen. Der Vorteil: Ein solches Kraftwerk stößt kaum Schadstoffe aus. Zudem ist eine Abtrennung von Kohlendioxid und dessen Speicherung unter Tage technisch relativ leicht realisierbar (siehe  Eingesperrtes Kohlendioxid). Auch bei den regenerativen Energien sind derzeit neue Kraftwerkstypen in Bau: etwa Geothermie-Anlagen, die die Energie des heißen Erdinnern nutzen (siehe Interview Gehrer), oder auch Prototypen von Gezeitenkraftwerken.
In den kommenden 20 Jahren werden allein in Europa rund 200 000 MW an Kraftwerksleistung ersetzt werden müssen (zum Vergleich: ein großes Kohlekraftwerk bringt es auf etwa 1 000 MW). Unabhängig davon, welche Techniken dafür eingesetzt werden, hat das den Vorteil, dass neue, hocheffiziente High-Tech-Anlagen gebaut werden. In ihrem World-Energy-Outlook stellt die EU-Kommission daher auch fest, dass "mehr als die Hälfte des Stroms im Jahr 2030 durch Techniken erzeugt werden wird, die in den 1990er Jahren und später aufkamen" –das Zeitalter der Energieschleudern geht damit endgültig zu Ende, die Zukunft gehört den sparsamen Hochleistungskraftwerken.
Tim Schröder
