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12.12.2017 14:57 Alter: 315 days

Das Energiesystem ganzheitlich und zügig umbauen

Sektorkopplung kann der Schlüssel für ein klimafreundliches Energiesystem sein. Zu diesem Ergebnis kommt das Akademienprojekt „Energiesysteme der Zukunft“ (ESYS), eine Initiative der deutschen Wissenschaftsakademien. In ihrer Stellungnahme »Sektorkopplung« – Optionen für die nächste Phase der Energiewende fordern acatech, Leopoldina und Akademienunion einen klaren Kurswechsel in der Energiepolitik.


Prof. Dr. Eberhard Umbach, Mitglied des acatech Präsidiums und Co-Leiter der ESYS-Arbeitsgruppe „Sektorkopplung“, verweist im Gespräch mit THEMEN|:magazin darauf, dass die Klimaschutzziele nur erreicht werden können, wenn wir umdenken und das Energiesystem ganzheitlich über alle Sektoren hinweg verbessern. Foto: acatech/D. Ausserhofer

Herr Prof. Umbach, das Akademienprojekt „Energiesysteme der Zukunft“ (ESYS) hat die Stellungnahme „Sektorkopplung“ veröffentlicht. Aus welchem Anlass?

Deutschland galt in den letzten Jahren als „Vorreiter“ in der Energiewende. Wir haben die Erneuerbaren stark ausgebaut und den Grundstein für die Entwicklung klimafreundlicher Technologien gelegt. Aktuell ist es hierzulande um die Energiewende aber nicht gut bestellt. Denn trotz der bundesweit knapp 30.000 Windräder und 1,6 Millionen Photovoltaikanlagen basiert unsere Energieversorgung immer noch zu 80 Prozent auf fossilen Energieträgern. Eine Folge: Die Treibhausgasemissionen verharren seit Jahren auf hohem Niveau, das Erreichen der Klimaziele rückt in weite Ferne. Mit diesen Entwicklungen haben wir uns in unserer Arbeitsgruppe intensiv auseinandergesetzt. In einem interdisziplinären Team mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Technik-, Natur-, Wirtschafts- und Sozialwissenschaften haben wir Lösungsvorschläge erarbeitet, um die Energieversorgung langfristig klimafreundlich, sicher und bezahlbar zu gestalten. Auf Basis unserer Ergebnisse fordern wir ein Umdenken in der Klimapolitik – anders können wir die Energiewende nicht stemmen. Eines ist dabei klar geworden: Wenn wir heute nicht anfangen, drastisch umzusteuern, werden wir bereits in 10, ganz sicher aber in 30 Jahren die Scherben der Klimaschutzpolitik zusammenkehren müssen – oder es wird extrem teuer.

Wie sind Sie genau in Ihrer Arbeitsgruppe vorgegangen?

Zunächst haben wir untersucht, wie die Energieversorgung heute aufgestellt ist: welche Energieträger werden wo verwendet, wo wird am meisten CO2 ausgestoßen, welche Ineffizienzen gibt es? Und was passiert, wenn wir die Entwicklungen der letzten Jahrzehnte fortschreiben? Daraus wurde klar: Wenn wir so weitermachen wie bisher, werden wir alle Klima- und Umbauziele sehr deutlich verfehlen! Um aufzuzeigen, wie wir diese Ziele noch erreichen können, haben wir mögliche Technologien für die Energieversorgung der Zukunft identifiziert und bewertet. Dazu haben wir Expertendiskussionen geführt und Energieszenarien aus anderen Studien miteinander verglichen. Zusätzlich haben wir in eigenen Modellrechnungen Abhängigkeiten und Zusammenhänge wichtiger Parameter untersucht. Denn je nachdem, welches CO2-Minderungsziel man zugrunde legt und welche Technologien eingesetzt werden, ergeben sich andere Anforderungen an die Energieversorgung. Diese Ergebnisse haben wir in der Analyse »Sektorkopplung« – Untersuchungen und Überlegungen zur Entwicklung eines integrierten Energiesystems veröffentlicht.

Die Stellungnahme »Sektorkopplung« – Optionen für die nächste Phase der Energiewende baut darauf auf. Darin skizzieren wir konkrete Entwicklungspfade für ein Energiesystem, das die bestehenden Klimaschutzziele mit möglichst geringen Kosten erreicht und zugleich versorgungssicher bleibt. Unseren Betrachtungen liegt ein Zeithorizont bis 2050 zugrunde, das heißt wir zeigen langfristige Perspektiven für die Energieversorgung auf.

Welche Energieträger werden die Energieversorgung der Zukunft prägen?

Ein zentrales Ergebnis unserer Stellungnahme lautet: Strom, vorwiegend aus Windkraft und Photovoltaikanlagen stammend, wird zum dominierenden Energieträger. Wir empfehlen, ihn wo immer möglich direkt zu nutzen, da Strom aus technischer Sicht sehr effizient und flexibel einsetzbar ist. So kann Strom zum Beispiel Elektroautos oder Wärmepumpen antreiben.

Die Folge: Der Strombedarf aus erneuerbaren Quellen würde enorm steigen, und Windkraftund Photovoltaikanlagen müssten sehr stark ausgebaut werden. Unsere Berechnungen zeigen, dass ihre Kapazität bei gleichem Energieverbrauch gegenüber heute auf ein Fünfbis Siebenfaches anwachsen müsste. In Anbetracht der teils erheblichen Widerstände gegen den Ausbau von Windanlagen oder Stromnetzen stellt dies die Gesellschaft vor große Herausforderungen. Doch wie kann der Ausbau begrenzt werden? Vor allem, wenn es uns gelingt, Energie effizienter zu nutzen als bisher und massiv Energie einzusparen. Zusätzlich müssen wir aber auch die Potenziale der alternativen erneuerbaren Energien heben: Der gezielte Einsatz von Bioenergie, Solarthermie und Geothermie kann dazu beitragen, dass weniger Windkraft- und Solaranlagen errichtet werden.

Langfristig werden wir zudem nicht ohne synthetische Brenn- und Kraftstoffe aus Biomasse oder regenerativ erzeugtem Strom auskommen. Ihre Vorteile: Sie sind gut speicherbar und können zum Beispiel im Schiffund Flugverkehr verwendet werden, wo rein elektrische Lösungen nicht möglich oder unwirtschaftlich sind. Wasserstoff kommt dabei eine besondere Rolle zu, weil er viele Funktionen im Energiesystem einnehmen kann, zum Beispiel in Industrieprozessen, bei der Wärmeversorgung in Gebäuden oder als Kraftstoff im Verkehr. Außerdem kann Wasserstoff wieder in Strom oder in weiteren Schritten in Methan und flüssige Kraftstoffe umgewandelt werden.

Neben Strom wird Gas voraussichtlich zum zweiten zentralen Energieträger der Zukunft. Für die Übergangsphase eignet sich vor allem natürliches Erdgas, langfristig kommen Biogas und synthetisches Gas in Betracht.

Kommen wir zu den einzelnen Sektoren. Welche Entwicklungspotenziale sehen Sie dort?

Wir haben in unserer Stellungnahme Treiber identifiziert, um die Mobilität, Wärmeversorgung und Industrieprozesse klimafreundlicher zu machen. Denn während regenerative Quellen bereits knapp 30 Prozent zur Bruttostromerzeugung in Deutschland beitragen, spielen sie in den anderen Sektoren bisher kaum eine Rolle. Die Herausforderung besteht also darin, nicht nur die Stromversorgung, sondern auch die Wärmebereitstellung und den Verkehr auf erneuerbare Energien umzustellen. Nur dann kann unsere Energieversorgung langfristig klimaneutral werden.

Im Gebäudebereich stehen dafür zwei Hebel: weniger Energie verbrauchen, zum Beispiel durch bessere Wärmedämmung, und emissionsärmere Technologien einsetzen. Wir sehen die Notwendigkeit, bis zum Jahr 2050 fast den gesamten Gebäudebestand zu sanieren. Die bisherigen Sanierungsquoten von etwa 0,8 Prozent pro Jahr reichen dafür bei Weitem nicht aus. Außerdem müssten die spezifischen CO2-Emissionen der Heizungstechnologien auf etwa ein Drittel des heutigen Wertes sinken. Neben Wärmepumpen als Schlüsseltechnologie sind Solarthermie und zentrale Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen dafür geeignet.

In der Industrie kann neben dem Einsatz von Biogas die Elektrifizierung von Wärmeprozessen dazu beitragen, dass weniger CO2 ausgestoßen wird. Wir empfehlen Wärmepumpen für Prozesse mit Temperaturen bis 200 Grad Celsius, bei höheren Temperaturen wird es schwieriger. Eine große Herausforderung für die Industrie ist zudem, ihre Abläufe an die volatile Stromerzeugung anzupassen. Hybridsysteme aus Strom und Gas können helfen, die Stromnutzung zu flexibilisieren.

Der Verkehrssektor bildet aktuell das Schlusslicht der Energiewende. Dies ließe sich ändern, wenn mehr effiziente Antriebe und mehr Erneuerbare eingesetzt würden. Unsere Ergebnisse zeigen, dass mit grünem Strom angetriebene Elektrofahrzeuge in Zukunft unverzichtbar werden. Hybrid-Fahrzeuge mit Elektro- und Verbrennungsmotoren können den aktuell noch vorhandenen Nachteil der geringen Reichweite ausgleichen. Für den Schwerlast- und Fernverkehr sehen wir verschiedene Möglichkeiten. Wasserstoff, synthetisches Erdgas, synthetische Kraftstoffe oder elektrische Oberleitungen haben aus heutiger Sicht das Potenzial, die Mobilität klimafreundlicher zu machen.

Wo sehen Sie die größten Herausforderungen für die künftige Energieversorgung?

Die Einspeisung aus Windkraft- und Photovoltaikanlagen ist abhängig vom Wetter und schwankt deshalb stark. Flexibilität wird daher künftig zu einem zentralen Kriterium. Um die volatile Stromerzeugung auszugleichen, brauchen wir Kurz- und Langzeitspeicher. Neben Pumpspeichern und Batterien, die einen Teil der kurzzeitigen Schwankungen abpuffern, werden flexible Elektrolyseanlagen zur Herstellung von Wasserstoff immer wichtiger. Einen idealen Langzeitspeicher gibt es in Deutschland schon: das Erdgasnetz mit den dazugehörigen Kavernen- und Porenspeichern.

Eine weitere große Herausforderung liegt darin, die Versorgungssicherheit langfristig jederzeit garantieren zu können. Zwar ist das deutsche Energiesystem bisher äußerst zuverlässig. Doch was passiert künftig in mehrwöchigen wind- und sonnenarmen Perioden? Für diese Zeiten brauchen wir Reservekapazitäten, um die Versorgung in allen Wetterlagen und zu allen Jahreszeiten abzusichern. Mit voraussichtlich knapp 100 Gigawatt wird deren Umfang etwa dem heutigen konventionellen Kraftwerkspark entsprechen. Aus unserer Sicht eignen sich dafür emissionsarme Gaskraftwerke, flexible Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen oder Brennstoffzellen. Kohlekraftwerke werden hingegen keine Rolle mehr spielen.

In ihrer Studie vergleichen Sie die Energiewende mit der deutschen Wiedervereinigung. Wie teuer wird sie denn, und wie lässt sie sich steuern?

Die Energiewende hat ihren Preis. Wollen wir das Energiesystem von fossilen auf überwiegend klimaschonende Energieträger umstellen, rechnen wir mit Mehrkosten von etwa 60 Milliarden Euro pro Jahr für ein CO2-Reduktionsziel von 80 Prozent – bei ungünstigen Bedingungen sogar mehr. Das entspricht etwa zwei Prozent des heutigen deutschen Bruttoinlandsprodukts.

Um erfolgreich zu sein und unnötige Mehrkosten zu vermeiden, brauchen wir aber unbedingt sehr viel klügere Rahmenbedingungen. Als zentrales Steuerungselement sprechen wir uns für einen einheitlichen, wirksamen CO2-Preis aus. Nur dann kann sich regenerativ erzeugter Strom am Markt gegen fossile Energieträger durchsetzen. Wir schlagen vor, das europäische Emissionshandelssystem auf alle Sektoren auszuweiten und zusätzlich einen Preiskorridor oder zumindest einen Mindestpreis festzulegen. Gelingt dies nicht, könnte eine europaweite oder nationale CO2-Steuer eingeführt werden. Diese Maßnahmen müssten sozial und wirtschaftsfreundlich abgefedert werden und zu einem Abbau des umfangreichen Regelwerks und der Energiesteuern führen. Dann könnten sie dazu beitragen, dass Unternehmen und Verbraucher eher in klimafreundliche Technologien investieren und damit der Sektorkopplung die Tür öffnen.

Link zur Stellungnahme:
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Weitere Informationen: Opens external link in new windowwww.acatech.de; Opens external link in new windowwww.leopoldina.org; Opens external link in new windowwww.akademienunion.de