Die Energiewende gestalten

Will die Menschscheit die schlimmsten Folgen des Klimawandels noch verhindern, muss bis spätestens Mitte dieses Jahrhunderts die Energieversorgung ganz ohne Erdöl, Erdgas und Kohle auskommen. Die Politik schafft es derzeit nicht, bei der Energiewende das dafür nötige Tempo vorzulegen. Dabei sind die dafür notwendigen Techniken bereits heute bekannt. Nun tragen die Bürger selbst die Verantwortung, deren Einsatz zu beschleunigen.

Globale Auswirkungen des Klimawandels
Das Jahr 2014 ging als Klimarekordjahr in die Geschichte ein. Noch nie wurde in Deutschland seit Beginn der Wetteraufzeichnungen eine höhere Durchschnittstemperatur gemessen und auch international ist das Jahr 2014 auf der Lis­te der wärmsten Jahre ganz vorne mit dabei. Rund 1 °C ist die weltweite Temperatur im Vergleich zum langjährigen Mittel angestiegen.
Bislang halten sich die Auswirkungen des Klimawandels für Deutschland noch in Grenzen. Doch das Jahr 2014 wird nicht das letzte Rekordjahr bleiben. Schafft die Menschheit es nicht, eine Kehrtwende beim maßlosen Ausstoß von Treibhausgasen zu erreichen, gehen Klimaforscher von einem Temperaturanstieg um 4 bis 5 °C bis zum Jahr 2100 aus (Bild 1). Bis zum Jahr 2300 sind sogar 8 bis 12 °C möglich.
Die globalen Folgen wären katastrophal. Jedes Grad Celsius lässt den Meeresspiegel um gut 2 m steigen. In den nächsten Jahrhunderten würden dann ganze Küstenregionen im Meer versinken. Die Folge würden Klimaflüchtlingsströme sein, die das heutige Maß um ein Vielfaches überschreiten. Wenn man sieht, wie die Gesellschaft schon jetzt mit den aktuellen Flüchtlingszahlen überfordert ist, lässt sich nur erahnen, was auf sie zurollt.
Noch lassen sich aber die schlimms­ten Klimafolgen vermeiden. Dazu darf der globale Temperaturanstieg allerdings 2 °C nicht überschreiten. Das zu erreichen, ist eine Herkulesaufgabe. Die Kohlendioxid­emissionen müssten dazu bereits bis Mitte des Jahrhunderts auf null zurückgefahren werden. Deutschland als Vorreiter der Ener­giewende müsste dieses Ziel noch früher anpeilen.
Die aktuelle deutsche Klimaschutzpolitik und das Tempo der Energiewende sind dafür allerdings alles andere als ausreichend. Immerhin hat die jetzige Bundesregierung angekündigt, die deutschen Treibhausgasemissionen bis 2020 um 40 % gegenüber 1990 zu senken. Früher waren aber auch schon einmal bis zu 50 % anvisiert.
Die bisherigen Erfolge sind zu rund 60 % auf die Rückgänge der Treibhausgasemissionen infolge der wirtschaftlichen Umbrüche in den neuen Bundesländern nach der Wiedervereinigung zurückzuführen (Bild 2). Ohne neue Wirtschaftskrisen dürften die von der Politik beschlossenen Maßnahmen nicht ausreichen, um die selbst gesetzten Ziele auch zu erreichen. So ist zu erwarten, dass Deutschland sein Klimaschutzziel für das Jahr 2020 reißen wird. Doch da das Ereignis in die nächste Legislaturperiode fallen wird, kann die jetzige Regierung recht ungeniert langfristige Versprechungen machen, ohne dafür die nötigen politischen Maßnahmen einzuleiten.

Klimaneutrale Stromversorgung
Im Strombereich ist die versprochene Energiewende in den Verteilungskämpfen mit den Marktgiganten stecken geblieben. Für viel Geld wurde in der Vergangenheit der Ausbau Erneuerbarer Energien vorangetrieben. Immerhin wurde damit auch viel erreicht. Mehr als ein Viertel unseres Stroms wird inzwischen klimaverträglich mit Erneuerbaren Energien erzeugt. Solar- und Windstrom sind inzwischen in vielen Bereichen auch ohne Förderung konkurrenzfähig. Ein weiterer schneller Ausbau würde darum kostenmäßig nicht mehr besonders stark ins Gewicht fallen.
Doch statt auf einen anhaltend schnellen, klimaverträglichen Umbau der Elektrizitätswirtschaft zu setzen, wurde die deutsche Solarenergiebranche geradezu abgewickelt. Nachdem im Jahr 2012 noch Solaranlagen mit über 7500 MW in Deutschland errichtet wurden, reichte es 2014 nicht einmal mehr für 2000 MW. Als Konsequenz wurden über 60 000 Arbeitsplätze in der Zukunftsbranche vernichtet. Statt die Früchte der bisherigen Energiewende zu ernten, übergibt die deutsche Politik die Marktführerschaft bei den Zukunftstechnologien lieber anderen Ländern. Denn international boomt die Solarenergie mit Wachstumsraten im zweistelligen Prozentbereich nach wie vor.
Ein Hauptgrund für das Ausbremsen der Energiewende bei der Stromversorgung liegt in der Rolle der großen Energiekonzerne. Diese haben sich beim Aufbau von Kraftwerken mit Erneuerbaren Energien vornehm zurückgehalten und stattdessen weiter auf klimaschädliche Kohlekraftwerke gesetzt. Rund 50 % der Erneuerbaren Energieanlagen wurden von Privatleuten errichtet. Gerade einmal 12 % der installierten Kraftwerksleistung aus Erneuerbaren Energien gehörten 2012 den Energiekonzernen. Die neue regenerative Konkurrenz erreicht inzwischen für einige Konzerne existenzbedrohliche Ausmaße. Die Politik versucht nun, den Unternehmen die nötige Zeit für Umstrukturierungen zu schaffen und den Ausbau Erneuerbarer Energien durch Maßnahmen wie die Ausschreibung von Anlagen wieder vermehrt in die Hand großer Player zu legen. Als Preis dafür wird auch das Scheitern des Klimaschutzes bewusst in Kauf genommen.
Die deutsche Gesellschaft neigt gerne dazu, politische Gegebenheiten und Fehlentwicklungen nörgelnd zur Kenntnis zu nehmen oder das Problem zu verdrängen. Dabei hat jeder Einzelne erheblich mehr Handlungsmöglichkeiten als er sich gerne eingesteht. Die einfachste Möglichkeit ist der Wechsel des Stromversorgers. Ein unabhängiger Stromversorger, der den gesamten Strom klimaneutral aus Erneuerbaren Energien liefert, ist einfach gewählt und meist nur unwesentlich teurer als die konventionelle Konkurrenz. Allein durch diesen Schritt lassen sich im Mittel pro Haushalt rund 2 t Kohlendioxid pro Jahr vermeiden.

Öl- und Gaskessel: Sanierungstempo erhöhen
Noch dramatischer sieht die Situation im Wärmebereich aus. Verläuft die Energiewende hier weiter so langsam wie bisher, wird Deutschland rund 200 Jahre brauchen, um auch in diesem Bereich klimaneutral zu werden. Das Umbautempo müsste für eine echte Energiewende vervielfacht werden. Doch seit Jahrzehnten schreckt die Politik vor den nötigen Eingriffen zurück. Hierzu müsste man entweder starke ordnungspolitische Vorgaben machen oder den Wandel mit viel öffentlichem Geld unterstützen. Beides wollen die Politiker ihren Wählern offenbar nicht zumuten und setzen stattdessen auf Trippelschritte und gute Worte. Ein zeitnahes Aufhalten des Klimawandels kann damit aber nicht einmal ansatzweise gelingen.
Für wirkliche Erfolge muss zum einen durch eine erhöhte Sanierungsrate und deutlich schärfere Vorgaben bei der Gebäudedämmung im Neubau der Wärmebedarf der Gebäude deutlich verringert werden. Zum anderen dürfen bei der Heizungsmodernisierung und im Neubau nur noch klimaneutrale Systeme auf Basis Erneuerbarer Energien eingesetzt werden. Hier könnte man sich ein Beispiel an Dänemark nehmen. Dort wurde in vielen Gebieten die Installation von öl- und gasbefeuerten Heizsystemen in Neubauten verboten. Doch solche Schritte scheinen in Deutschland jenseits des Vorstellungsvermögens.
Ein weiterer wesentlicher Schritt ist eine optimale Gebäudedämmung. Der Heizenergiebedarf zwischen einem unsanierten Altbau und einem Haus, das Passivhausstandard erreicht, kann leicht um den Faktor 10 auseinander liegen. Zu Unrecht ist in jüngster Zeit die Gebäudedämmung in die Kritik geraten. Wichtig ist dabei, dass Dämmmaßnahmen nicht nur auf die Fassade begrenzt, sondern die gesamte Gebäudehülle und die Fenster in die Maßnahme mit einbezogen werden. Eine kontrollierte Be- und Entlüftung kann die Wärmeverluste weiter reduzieren und vor allem den Wohnkomfort deutlich erhöhen.

Klimaneutrale Heizungsanlage
Wer auf ein klimaneutrales Heizungssystem setzen möchte, hat die Wahl zwischen verschiedenen Möglichkeiten (Bild 3). Neben Biomasseheizungen, Solarthermie- und Geothermiesystemen stehen Wärmepumpen, Brennstoffzellen und BHKWs zur Auswahl. Wichtig ist bei letzteren, dass der benötigte Brennstoff oder Strom ebenfalls kohlendioxidfrei aus erneuerbaren Energieanlagen gewonnen wird.
Biomasseheizungen sind eine universelle Alternative zu konventionellen Öl- und Gasheizungen. Wird die Biomasse nachhaltig gewonnen, ist deren Nutzung kohlendioxidneutral. Beim Wachsen bindet die Biomasse genauso viel Kohlendioxid wie bei deren Verbrennung wieder frei wird. Moderne Holzpelletheizungen bieten dabei den gleichen Komfort wie die fossilen Alternativen Öl oder Gas.
Die saisonale Wärmespeicherung ist bei der Biomasse anders als bei der Solarthermie keine große Herausforderung, da diese über den Brennstoff erfolgt. Ein Pufferspeicher ist nur für einen gleichmäßigeren Betrieb der Holzheizung erforderlich. Die in Deutschland theoretisch gewinnbaren Biomassebrennstoffe reichen allerdings nicht aus, um alle fossilen Heizungen zu ersetzen. Im Vergleich zu Gasheizungen ist die Zahl der jährlich installierten Pelletheizungen aber immer noch recht überschaubar, sodass momentan einem weiteren, kontinuierlichen Ausbau aber nichts im Wege steht. Langfristig kann die Biomasse allerdings nur den Wärmebedarf eines kleineren Teils der Häuser decken. Standort, Gebäudetyp und Nutzerpräferenzen bestimmen dann die Heizungssys­teme der restlichen Häuser.
Technisch kann es sogar gelingen, Wohnhäuser zu 100 % mit Solarthermie zu beheizen. Einige positive Beispiele wurden dazu in den letzten Jahren bereits realisiert. Dies kann gelingen, indem in einen optimal gedämmten Neubau ein großer saisonaler Wärmespeicher integriert wird. Dieser lässt sich dann im Sommer über das Solarthermiesystem aufheizen und kann die Heizwärme für den Winter zur Verfügung stellen (Bild 4).
Dies gelingt nicht nur im Einfamilienhausbereich, sondern auch bei Mehrfamilienhäusern. Im schweizerischen Burgdorf hat die Firma Jenni Energietechnik AG beispielsweise mehrere rein mit Solarthermie beheizte Mehrfamilienhäuser mit jeweils acht Wohnungen und einer Geschossfläche von 1344 m² aufgebaut. Ein 276 m² großer Solarthermiekollektor in Kombination mit einem 205 m³ großen saisonalen Wärmespeicher, der in das Haus integriert wurde, versorgt jedes Haus vollständig mit Heizwärme und Warmwasser.
Der große Reiz dieser Konzepte ist die absolute Unabhängigkeit von Kapriolen im Brennstoffbereich. Denn über die Lebensdauer der Solarthermieanlage fallen keine Brennstoffkosten mehr an.

Photovoltaik und Wärmepumpe
Der Wunsch der Kunden nach mehr Unabhängigkeit erstreckt sich neben dem Wärmebereich auch auf den Strombereich. Hier kann die Photovoltaik ihre Stärken ausspielen. Die Kosten für selbst erzeugten Solarstrom sind in den letzten Jahren deutlich unter den Haushaltsstrompreis gefallen. Noch liegt der Wirkungsgrad von vielen Photovoltaikmodulen bei 15 bis 16 %. Erste Serienmodule erreichen aber bereits Wirkungsgrade von über 20 % und die Marke von 25 % wird bereits angepeilt. Weitere Kos­tensenkungen sind damit in den nächsten Jahren bereits vorprogrammiert.
Da die Photovoltaik über das gesamte Jahr stabile Wirkungsgrade aufweisen kann, verschwinden die Vorteile der Solarthermie. Aufgrund der niedrigeren Kos­ten werden Photovoltaikmodule zumindest in Mitteleuropa Solarthermiekollektoren zunehmend verdrängen. Damit wird die Photovoltaik neben der Strom­erzeugung auch verstärkt im Wärmebereich Einzug halten. Der Solarstrom kann dabei über einen Heizstab direkt Wärme erzeugen oder über eine Wärmepumpe noch effizienter genutzt werden. Der Hauptvorteil der Kombination einer Wärmepumpe mit einem Photovoltaiksystem ist die langfris­tige Stabilisierung der Heizkosten durch das Photovoltaiksystem (Bild 5).
Zwar gelingt es bei Wärmepumpensystemen in der Regel nicht, den gesamten Strom zeitgleich durch die Photovoltaikanlage bereitzustellen. Dadurch ergibt sich eine Mischkalkulation aus dem Netzbezugsstrom und dem günstigeren Photovoltaikstrom. In einem optimal gedämmten Gebäude kann ein Photovoltaiksystem in Kombination mit einer Wärmepumpe und einem 500-l-Speicher bereits bis zu 70 % des Wärmebedarfs decken. In diesem Fall liegen die Brennstoffkosten eines PV-Wärmepumpen-Systems unter denen einer Gas- oder Ölheizung, selbst wenn man die stark gefallenen Ölpreise der letzten Monate berücksichtigt.
Ein Batteriespeicher kann die Unabhängigkeit weiter erhöhen (Bild 6). Im Einfamilienhausbereich wurden in Deutschland bislang gut 15 000 Batteriesysteme installiert. Während in der Vergangenheit sowohl Blei- als auch Lithiumspeicher zum Einsatz kamen, werden künftig Lithiumspeicher den Markt dominieren. Hier gibt es eine ähnliche Preisdynamik wie bei der Photovoltaik, sodass eine Halbierung der Batteriepreise in den nächsten Jahren erwartet werden kann.
Kritiker von Wärmepumpenheizungen mahnen, dass bei einem stark steigenden Einsatz von Wärmepumpen auch der Strombedarf im Winter deutlich zunehmen wird, wenn nicht ausreichend Solarstrom zur Verfügung steht. Werden jedoch im gleichen Maße Wärmepumpenheizungen und wärmegeführte Blockheizkraftwerke (BHKW) in Deutschland zugebaut, kann der Mehrbedarf an elektrischem Strom durch den in Heizperioden zusätzlich eingespeisten Strom der BHKWs gedeckt werden. Dient Erdgas als Brennstoff des BHKWs, entsteht allerdings auch das Treibhausgas Kohlendioxid. Mittelfristig ließe sich das Erdgas durch erneuerbares Methan ersetzen, das aus Überschussstrom von Windkraft- und Photovoltaikanlagen gewonnen wird.

Wärme und Strom mit Kraft-Wärme-Kopplung
Brennstoffzellen sind eine moderne Art der Kraft-Wärme-Kopplung. Hier wird der Strom nicht über einen durch eine Wärmekraftmaschine angetriebenen elektrischen Generator erzeugt, sondern direkt aus dem Brennstoff. Als Brennstoffe kommen Wasserstoff, Erdgas oder Methanol infrage. Wegen der guten Verfügbarkeit arbeiten die meisten Brennstoffzellen mit fossilem Erdgas. Aus Sicht des Klimaschutzes schneiden sie damit aber nicht besser ab als konventionelle BHKWs.
Einige Hersteller arbeiten derzeit an Systemen, die dezentral mit regenerativem Strom über eine Elektrolyse Wasserstoff herstellen und saisonal speichern. Wird dieser dann in einer Brennstoffzelle genutzt, stellt sie Strom und Wärme klimaneutral zur Verfügung. Wenn solche Systeme einmal mit hoher Verfügbarkeit arbeiten, wäre sogar eine vollständige Autarkie möglich und es ließe sich damit komplett auf den Gas- und Stromanschluss verzichten.
Wird eine Photovoltaikanlage mit einem BHKW gekoppelt, lässt sich bei der Stromversorgung ebenfalls eine vollständige Autarkie erreichen. Erste Häuser, die komplett auf den Netzanschluss verzichten, wurden in Deutschland bereits errichtet. Ein Beispiel ist das Fabrikgebäude der Firma Endreß und Widmann Solar im baden-württembergischen Neuenstadt mit einer 112 kWp Photovoltaik-Fassadenanlage, einer Batterie, einer 60-kW-Wärmepumpe sowie einem Biogas-BHKW.

Schlussbemerkung
Alle Bürger haben also zahlreiche Möglichkeiten selbst in der Hand, einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten. Sie müssen nicht warten, bis eine zögerliche Politik vermutlich viel zu spät die nötigen Schritte einleitet. Die Bürger können selbst Motor einer nachhaltigen Entwicklung werden, und diese Chance sollten sie nutzen.

Literatur:
[1]    Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC): Climate Change 2013, The Physical Science Basis. Genf: IPCC, 2013, www.ipcc.org
[2]    NASA Goddard Space Flight Center: GIS Surface Temperature Analysis. Internet: data.giss.nasa.gov/gistemp/, 2013
[3]    Quaschning, V.: Regenerative Energiesysteme. München, Hanser Verlag, 8. Auflage 2013

Autor: Prof. Dr. Volker Quaschning, Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW), Berlin

www.volker-quaschning.de