Wasserstoff und Brennstoffzellen. Die Technik von morgen


Fachbuch, 2004
298 Seiten

Leseprobe

INHALT

1. EINLEITUNG

2 AKTUELLER STAND BEI FOSSILEN ENERGIETRÄGERN
2.1 Energiebedarf
2.2 Heutige Energiequellen
2.2.1 Primärenergieverbrauch in Deutschland
2.2.2 Stromverbrauch in Deutschland
2.2.3 Welt-Energieversorgung
2.3 Begrenzte zeitliche Verfügbarkeit
2.4 Umweltbelastung
2.4.1 Limitierte Emissionen
2.4.2 Nichtlimitierte Emissionen
2.4.3 Schadstofffreisetzung
2.5 Kohlenstoff-Dioxid
2.6 Ausstieg aus der Atomenergie
2.7 Entwicklung
2.8 Solare Wasserstoffwirtschaft
2.9 Dezentralität
2.10 Förderung
2.10 FÖRDERUNG

3 WASSERSTOFF ALS ENERGIETRÄGER
3.1 Chemische & physikalische Eigenschaften
3.1.1 Knallgas-Probe
3.1.2 Flüchtiger Wasserstoff
3.2 Material-Wechselwirkungen
3.3 Wasserstoff-Konfiguration
3.4 Erfahrung mit Stadtgas
3.5 Wasserdampf-Bildung & Wasserstoff-Emission

4 HERSTELLUNG VON WASSERSTOFF
4.1 Elektrolyse
4.2 Dampfreformer
4.3 Partielle Oxidation
4.4 Autothermer Reformer
4.5 Kvarner-Verfahren
4.6 Vergasung
4.7 Biochemische Herstellung
4.8 Chemische Herstellung
4.9 Dissoziation
4.10 Nachreinigung
4.10.1 Entschwefelung
4.10.2 Ent- oder Befeuchtung
4.10.3 Silizium-Entfernung
4.11 Verflüssigung
4.12 Herstellungskosten

5 GESPEICHERTE ENERGIE
5.1 Druckbehälter
5.1.1 Niederdruck-Tank
5.1.2 Hochdruck-Tank
5.2 Kryogen-Behälter
5.3 Metallhydrid
5.4 Nano-Röhrchen
5.5 MTH-Speicher
5.6 Unterirdische Kavernen

6 TRANSPORT VON ENERGIE
6.1 Gastransport
6.2 Flüssigtransport
6.3 Rohrleitungssystem

7 LEITUNGEN & VENTILE

8 BETANKUNGSVORGANG
8.1 GH2-Betankung
8.2 LH2-Betankung
8.3 Wasserstoff-Tankstellen

9 SICHERHEIT
9.1 Vorsichtsmaßnahmen
9.2 Unfallgefahren
9.2.1 Pkw-Brand
9.2.2 Lkw-Unfall
9.2.3 Lachenbildung

10 DIE BRENNSTOFFZELLE
10.1 Funktionsweise einer BZ
10.2 Hohe Effizienz
10.3 Verschiedene Brennstoffzellen-Arten
10.3.1 AFC
10.3.2 DMFC
10.3.3 PEM-FC
10.3.4 PAFC
10.3.5 MCFC
10.3.6 SOFC
10.3.7 Mikrobielle BZ
10.3.8 Zink/Luft-Brennstoffzelle
10.4 Brennstoffe für Brennstoffzellen
10.4.1 Erdgas
10.4.2 Flüssiggas
10.4.3 Biogas
10.4.4 Methanol
10.5 Kostenfrage
10.6 Brennstoffzellen Vor- & Nachteile
10.6.1 Pro
10.6.2 Kontra
10.7 Entwicklung im BZ-Sektor

11 BRENNSTOFFZELLEN-EINSATZGEBIETE
11.1 Mikro- und Mini-Brennstoffzellen
11.2 Portable Einheiten
11.3 Hausenergie-Versorgung
11.4 Kraftwerksbetrieb
11.5 Fahrzeuge
11.5.1 Pkw
11.5.2 Busse
11.5.3 Lkw
11.6 Luftfahrt
11.7 Raumfahrt
11.8 Schienenfahrzeuge
11.9 Schifffahrt

12 DER WASSERSTOFF-MOTOR
12.1 Äußere Gemischbildung
12.2 Innere Gemischbildung
12.3 H2-Motor Vor- & Nachteile
12.3.1 Umwelt-Verträglichkeit
12.3.2 Abmagerung des Wasserstoff/Luft-Gemisches
12.3.3 Hoher Wirkungsgrad
12.3.4 Gewicht & Kosten
12.3.5 Unregelmäßige Verbrennung
12.3.6 Geringe Leistungsdichte durch Liefergrad-Verluste
12.3.7 Schlechte Schmier-Eigenschaften
12.3.8 Hoher Aufwand
12.4 Stickstoff-Emissionen
12.5 H2-Anreicherung
12.6 Motorische Anwendungen
12.6.1 BMW
12.6.2 Ford
12.6.3 MAN

13 DER KATALYTISCHE BRENNER

14 GEGENÜBERSTELLUNG
14.1 Kraftstoff-Vergleich
14.2 BZ-Verbrennungskraftmaschine
14.3 Schadstoff-Vergleich

15 AUSBLICK
15.1 Die weitere Entwicklung
15.2 Wasserdampf-Bildung
15.3 Klimatische Auswirkungen
15.4 Elektrolyse-Plattform
15.5 Das Wasserstoff-Haus
15.6 Insel-Energieversorgung
15.7 Island-Modell

16 ZUSAMMENFASSUNG

17 ANHANG
17.1 Abkürzungen
17.2 Einheiten/Formelzeichen
17.4 Geschichte
17.5 Chemische Eigenschaften
17.6 H2-Sicherheitsmaßnahmen
17.7 Regenerative Energien

LITERATUR

INDEX

AUTOR

1. EINLEITUNG

Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum. Er verfügt über einen hohen Heizwert und verbrennt mit Sauerstoff zu nichts anderem als Wasser. Er ist leicht und wird bereits seit über 70 Jahren als Industriegas verwendet. Genügen diese Eigenschaften, um Wasserstoff zum so genannten Kraftstoff der Zukunft zu machen, der eventuell die bisherigen Energiespeicher ablösen könnte?

Energiespeicher egal welcher Art sind heutzutage unbedingt notwendig, weil ohne Energie so gut wie gar nichts mehr geht auf diesem Planeten. Wissenschaftler und Techniker arbeiten zwar fortwährend an der weiteren Effizienzsteigerung der bisher gebräuchlichen Energiewandler, aber die Entwicklungsschritte werden immer kleiner. Trotz der fortschreitenden Technisierung und Computerisierung ist bei jeder Technik irgendwann ein Stadium erreicht, an dem es aus thermodynamischen oder mechanischen Gründen nicht mehr weitergeht.

Der Verbrennungsmotor basiert auf einer Technik, die mittlerweile so weit ausgereizt ist, dass kaum noch Wirkungsgrad-Verbesserungen möglich sind. Nach 120 Jahren Entwicklung mit Otto- und Diesel-Motoren ist die Frage berechtigt, ob es nicht andere Techniken gibt, die den heutigen Anforderungen besser genügen können.

Die Brennstoffzelle ist so eine Technik. Sie ist zwar keine wirklich neue Erfindung, aber manchmal lohnt es sich auch, alte Patente wieder zu reaktivieren. Die Brennstoffzelle basiert auf einem Prinzip, das bereits vor über 160 Jahren entdeckt, aber dann nicht mit sonderlich viel Vehemenz weiterentwickelt wurde. Dass nicht bereits früher auf diese Technik zurückgegriffen wurde, lässt sich durch die dominante Stellung des Verbrennungsmotors erklären, der bisher nie ernsthaft in Frage gestellt worden ist.

Im Zuge der Industrialisierung mit dem anschließenden Wechsel von der Kohle zum Öl war die Verbrennungskraftmaschine für über 100 Jahre ein durchaus geeignetes Medium. Die Brennstoffzelle bietet im direkten Vergleich jedoch eine wesentliche Effizienzsteigerung bei gleichzeitig sauberem und leisem Betrieb. Dies hat sie bereits in den sechziger Jahren bei zahlreichen Einsätzen in der Raumfahrt bewiesen.

In den achtziger Jahren wurde zum ersten Mal ernsthaft in Erwägung gezogen, Wasserstoff als Energieträger zu verwenden. Entscheidend war damals in Zeiten des aufkeimenden Umweltschutzes speziell der ökologische Aspekt. Einige der damaligen Projekte wurden mittlerweile eingestellt, andere sind bereits verwirklicht worden. Betrachtet man den geschichtlichen Verlauf (s. Kap. 17.4), wird deutlich, dass an der Wasserstoff-Technik schon seit über 200 Jahren mehr oder minder intensiv geforscht wird.

Nach so langer Zeit ist jetzt quasi der zweite Frühling ausgebrochen. Schlagwörter wie „Wasserstoff-Wirtschaft“ und „Brennstoffzellen-Auto“ sind bereits in vieler Munde, auch wenn häufig das Hintergrundwissen noch eher dünn ist. Die Frage stellt sich deswegen, warum gerade jetzt so viel davon geredet wird. Ist die Wasserstoff-Technik geeignet, heutige Probleme zu lösen, und können Brennstoffzellen eine aussichtsreiche Alternative für die Zukunft bieten?

Wasserstoff bietet auf vielen Gebieten Vorteile gegenüber konventionellen Kraftstoffen, so dass er, beispielsweise eingesetzt in einer Brennstoffzelle, der Energiespeicher sein könnte, der den Weg in eine schadstofffreie Zukunft weist.

Das Ausgangsprodukt Wasser ist in ausreichendem Maße vorhanden, bei der Verbrennung von Wasserstoff entstehen kaum Schadstoffe und natürliche Erdöl-Ressourcen können geschont werden. Natürlich gibt es auch Probleme mit diesem Element: Wasserstoff und Sauerstoff sind unter bestimmten Voraussetzungen leicht brennbar, die umweltschonende Erzeugung von Wasserstoff ist noch nicht ausgereift und die für die Nutzung notwendige Infrastruktur ist noch nicht vorhanden. Aber Erfahrungen aus den letzten Jahren zeigen, dass diese Schwierigkeiten bewältigt werden können. Die WasserstoffTechnik ist insbesondere in den letzten Jahren weit vorangekommen und es existieren bereits vielerlei Anwendungsbeispiele, in denen die Alltagstauglichkeit unter Beweis gestellt wird.

Beim aktuellen Kostenvergleich mit konventionellen Systemen schneidet die Wasserstoff-Technik erwartungsgemäß nicht gut ab. Viele Komponenten sind noch zu teuer und die Wasserstoff-Herstellung ist noch nicht in ausreichendem Maße auf ökologische Weise möglich. Nimmt man jedoch die Entwicklung der letzten Jahre als Maßstab, so ist absehbar, dass in den nächsten Jahren die ersten Kleinaggregate, Hausenergie-Versorgungssysteme und Brenn- stoffzellen-Fahrzeuge auf den Markt drängen werden. Die Preise werden zwar zu Anfang noch nicht unbedingt günstig sein, mit steigenden Absatzzahlen wird sich jedoch bald eine konkurrenzfähige Alternative zu den herkömmlichen Systemen etablieren.

Alles läuft daher auf eine Umstrukturierung des Energiesektors hinaus. Dabei muss insgesamt die Effizienz aller Energiesysteme gesteigert werden. Und außerdem muss ein Wechsel stattfinden, sowohl bei den Energieträgern (von fossilen zu erneuerbaren Energien) als auch bei den Energiewandlern (vom Verbrennungsmotor zur Brennstoffzelle).

Dieses Buch soll über die Möglichkeiten informieren, die Wasserstoff als Kraftstoff der Zukunft eröffnen kann. Dazu wird zunächst aus europäischer Sicht über die derzeitige Situation im Energiesektor aufgeklärt, so dass die Notwendigkeit eines neuen, alternativen Energieträgers deutlich wird. Der neue Kraftstoff wird im Weiteren mit seinen Eigenschaften sowie Vor- und Nachteilen vorgestellt. Dieses umfasst sowohl die chemischen und physikalischen Merkmale als auch unterschiedliche Herstellungsverfahren. Die anschließende Energiewandlung in verschiedenen Brennstoffzellen-Arten wird ebenso dargelegt wie die Verbrennung im herkömmlichen Hubkolbenmotor. Darüber hinaus werden Fragen zur Speicherung, zum Transport und zur Betankung beantwortet. Zudem werden in einem ausführlichen Vergleich die Vor- und Nachteile verschiedener Kraftstoffe aufgezeigt. Auf das etwa vorhandene Gefahrenpotential von Wasserstoff wird ebenso eingegangen wie auf das vorhandene Entwicklungspotential.

Zum Schluss wird festzuhalten bleiben, dass Wasserstoff mit Sicherheit nicht gefährlicher ist als andere Energieträger, sondern durchaus mit Recht den Titel „Kraftstoff der Zukunft“ tragen darf. Und die Brennstoffzellen-Techno- logie wird die Technik sein, die uns in Zukunft bewegt.

2 AKTUELLER STAND BEI FOSSILEN ENERGIETRÄGERN

Im Laufe der Jahrhunderte und Jahrtausende haben sich die Energiequellen der Menschheit stetig gewandelt. Es hat sich die Art der Energieträger und außerdem deren Nutzungsdauer verändert. Zunächst wurde über Jahrtausende hinweg Holz verwendet. Aus Baumstämmen und Ästen wurde im zweiten Schritt in der Alt-Steinzeit Holzkohle hergestellt, die über bessere Brenneigenschaften verfügte. Im Altertum wurden dann Braun- und Steinkohle entdeckt.

Der Vorteil der Kohle lag in einem höheren Brennwert bedingt durch ihre Entstehungsgeschichte. Kohle ist ein aus tierischen und pflanzlichen Substanzen entstandenes komprimiertes Gemisch aus verschiedenen Kohlenwasserstoff-Verbindungen. Ähnlich ist es beim Erdöl sowie beim Erdgas. Deren Vorteil gegenüber der Kohle ist die leichtere Handhabung, da beide Stoffe einen höheren Energieinhalt bei geringerem Gewicht aufweisen.

All diese fossilen Energieträger benötigen besondere Voraussetzungen für ihre Entstehung (Temperatur, Druck, katalytische Wirkungsmechanismen). Kohle, Öl und Gas entstammen längst vergangenen Zeiten und haben Jahrmillionen benötigt, bis sie ihre derzeitige Konfiguration erhalten haben.

Bei der Suche nach weiteren Energiequellen entdeckte die Menschheit schließlich im 20. Jahrhundert die Kernenergie und wähnte sich zukünftiger Energieprobleme entledigt. Den beeindruckend großen Energiemengen, die aus relativ geringen Mengen Kernbrennstoff erzeugt werden können, stehen jedoch zurzeit nicht lösbare Entsorgungs- und Gesundheitsprobleme gegenüber, die nicht nur unsere Generation, sondern auch noch zahlreiche zukünftige Generationen belasten werden. Dieser Ausflug in die Kerntechnik entpuppte sich folglich als Sackgasse, so dass die Energiefrage vorerst noch nicht geklärt erscheint.

Die zurzeit vorwiegend verwendeten fossilen Energieträger Erdöl und Erdgas weisen zwei gravierende Nachteile auf:

1. Ihr Verbrauch ist umweltschädlich.
2. Die Ressourcen sind begrenzt.

Auch wenn immer wieder neue Erdölquellen und Erdgasfelder entdeckt werden, ist offensichtlich, dass diese Vorkommen endlich sind und in einiger Zeit erschöpft sein werden. Produkte der Erdgeschichte, die Hunderte von Menschengenerationen bis zur Entstehung benötigt haben, werden innerhalb kürzester Zeit vernichtet, ohne dass die Chance besteht diesen Vorgang jemals wieder rückgängig machen zu können. Der ehemals unter der Erde gebundene Kohlenstoff wird somit vorrangig in den Industrieländern in die Atmosphäre entlassen und beeinflusst dadurch in wesentlichem Maße die Umwelt weltweit und das gesamte Erdklima.

Hinzu kommt, dass mitunter die Emissionen, die in den Industrieländern verursacht werden, in den Entwicklungsländern erhebliche Schäden verursachen: Abgas-Schadstoffe verunreinigen über Grenzen hinweg die Luft, undichte Öl- und Gaspipelines verseuchen Grundwasser und Böden, gekenterte Tankschiffe verdrecken Meere und Meeresbewohner. In vielen Fällen bezahlen damit unschuldige Lebewesen mit ihrer Gesundheit für die Annehmlichkeiten der Industrienationen.

Genau wie bei der Diskussion über die Kernenergie müssen wir uns fragen, ob wir diese teilweise gravierenden Auswirkungen gegenüber den Mitmenschen und nachfolgenden Generationen rechtfertigen können und wollen.

2.1 Energiebedarf

Es stellt sich die Frage, wie in den folgenden Jahren und Jahrzehnten der gesamte Energiebedarf der Erde gedeckt werden kann.

Ein entscheidender Faktor, der sehr eng mit dem Energiebedarf verknüpft ist, ist das Bevölkerungswachstum. Die Weltpopulation nimmt seit den ersten Schritten des Homo sapiens stetig zu. Bis zum Jahr 2050 soll die Weltpopulation bei fast 9 Mrd. Menschen liegen. Das ist dreimal so viel wie noch vor 100 Jahren.

In gleichem Maße, wie die Anzahl der Menschen auf diesem Planeten zunimmt, steigt auch die benötigte Energiemenge. Allein mit Holz können sich aber schon lange nicht mehr alle Menschen versorgen. Immer mehr Energie in vielen unterschiedlichen Erscheinungsformen ist daher notwendig, um in der heutigen Zeit überleben zu können.

Darüber hinaus nimmt auch der Energiebedarf pro Person stetig zu. Speziell in Zeiten der Globalisierung, in denen der Wunsch nach mehr Mobilität die Kilometerleistung aller Fahrzeuge in die Höhe treibt, wird immer mehr Energie von jedem Einzelnen benötigt.

Diese beiden Aspekte gehen einher mit der weltweit fortschreitenden Industrialisierung. Die Millionenbevölkerungen Indiens und Chinas fordern ebenso ihr Recht auf mehr Mobilität und bessere Energieversorgung wie die Bewohner der Industriestaaten. Mit dem gleichen Recht, das Amerikaner und Europäer für sich in Anspruch nehmen frei und unabhängig zu sein, steht auch jedem anderen Menschen das Recht auf Mobilität und damit auf ein Fortbewegungsmittel inklusive der benötigten Energie zu.

Zurzeit ist es so, dass der gesamte Verkehrssektor (inklusive Gütertransport sowie Flugz]eug- und Schiffsverkehr) fast die Hälfte des weltweit geförderten Erdöls verbraucht. Es wird geschätzt, dass sich die Gesamtzahl aller Kraftfahrzeuge von derzeit rund 800 Mio. bis zum Jahr 2030 mehr als verdoppelt. Dies bedeutet, dass die globale Autoflotte derzeit prozentual doppelt so schnell wächst wie die Weltbevölkerung. Im Flugsektor wird mit einer Steigerungsrate von jährlich 5 Prozent gerechnet. Das entspricht einer Verdopplung der zurückgelegten Flugmeilen innerhalb von 15 Jahren.

Diese weltweit anwachsenden Fahrzeugzahlen und steigenden Kilometerleistungen werden den Energiebedarf weiter erhöhen. Darüber hinaus werden derzeit so viele großmotorige Autos gekauft wie nie zuvor. Da hilft es auch nichts, dass der Kraftstoffverbrauch pro zurückgelegtem Kilometer bei einigen wenigen neuen Kleinwagen gesenkt werden konnte. Die in der Vergangenheit in einzelnen Bereichen erzielten Effizienzsteigerungen werden sofort wieder von einer immer umfassender werdenden Kfz-Sonderausstattung (z. B. Klima-Anlage, Navigationssystem usw.) aufgefressen.

Über die Jahre gesehen hat sich der gesamte Mineralölverbrauch dadurch von 1960 bis zum Jahr 2000 in den USA mehr als verdoppelt, in Europa mehr als vervierfacht, im pazifischen Raum versechsfacht.

Es wird weltweit mit einem weiter wachsenden Energiebedarf gerechnet. In der Zeit von 2000 bis 2010 wird die jährliche Steigerungsrate voraussichtlich bei 1,2 Prozent liegen, in den Jahren 2010 bis 2030 bei 0,7 Prozent [Höhlein, 2004].

Dabei muss berücksichtigt werden, dass zwischen den Industrie- und den Entwicklungsländern ein krasses Missverhältnis besteht bezüglich Energieverbrauch und Bevölkerungsanteil (s. Abb. 1).

Die westliche Welt verbraucht mehr als die Hälfte der weltweiten Energievorkommen, wobei sie lediglich ein Siebtel der Weltbevölkerung repräsentiert. Die USA stellen beispielsweise lediglich 5 Prozent der Weltbevölkerung, konsumieren aber 26 Prozent des Rohöls. [Rifkin, 2002]

ABB. 1: UNTERSCHIED ZWISCHEN INDUSTRIE- UND ENTWICKLUNGSLÄNDERN

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft

Umso erschreckender ist es, dass die Effizienz im Energiesektor auf der gesamten Erde gerade mal bei 10 Prozent liegt. 90 Prozent der eingesetzten Energie geht demnach größtenteils in Form von Abwärme verloren. Selbst in technologisch hoch entwickelten Nationen wie Deutschland liegt der durchschnittliche Nutzungsgrad bei gerade mal 30 Prozent. Ein wesentlicher Teil der zukünftigen Energiepolitik wird deswegen der unbedingt notwendigen Effizienzsteigerung zukommen.

2.2 Heutige Energiequellen

Wie soll der stetig zunehmende Energiebedarf zukünftig gedeckt werden? Die Beantwortung dieser Frage wird von Tag zu Tag schwieriger, weil allein eine Steigerung des Wirkungsgrades noch nicht ausreicht.

Bei der Betrachtung der heutigen Energieversorgung, wie sie im Folgenden dargelegt werden soll, muss zunächst darauf hingewiesen werden, dass beim Energieverbrauch generell unterschieden werden muss zwischen dem gesamten Primärenergieverbrauch und dem Stromverbrauch.

2.2.1 Primärenergieverbrauch in Deutschland

Zurzeit nehmen in Deutschland die fossilen Energieträger den größten Anteil bei den Energiequellen ein (s. Tab. 1). Deren Anteil am gesamten Energieverbrauch liegt bei insgesamt 85 Prozent.

Der größte prozentuale Anteil am Primärenergieverbrauch wird in Form von Mineralöl (fast 40 Prozent) bereitgestellt. An zweiter Stelle folgt Kohle (Braun- und Steinkohle zusammen) und dahinter Erdgas sowie Kernenergie.

In den vergangenen Jahren hat es deutliche Veränderungen beim Energiemix gegeben. Erdgas konnte seinen Anteil innerhalb von 12 Jahren um rund 35 Prozent vergrößern, während der Anteil von Braunkohle fast um die Hälfte abgenommen hat. Entgegen dem langfristigen Negativtrend konnte jedoch die deutsche Braunkohle-Industrie in den letzten 2 Jahren wieder einen leichten Zuwachs verzeichnen. [Debriv, 2003]

Die Bereiche Mineralöl und Kernenergie haben zwar von 1990 bis 2000 jeweils gut 3 Prozent gewonnen, in den Jahren 2001 und 2002 ging deren Anteil aber wieder leicht zurück.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Insgesamt kann festgehalten werden, dass in Deutschland zunehmend mehr gasförmige und weniger feste Energieträger eingesetzt werden. Diese Entwicklung ist vor allem durch die weiter voranschreitende Substitution der Kohle durch Erdgas zu erklären, die unter anderem auf den fortschreitenden Umbau der Industrie in den neuen Bundesländern zurückzuführen ist.

TAB. 1: PRIMÄRENERGIEVERBRAUCH IN DEUTSCHLAND [in %]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen

ABB. 2: ENTWICKLUNG DER ENERGIEBEREITSTELLUNG AUS ERNEUERBAREN ENERGIEN UND DES ANTEILS AM PRIMÄRENERGIEVERBRAUCH (PEV) IN DEUTSCHLAND

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: F. Staiß, Jahrbuch Erneuerbare Energie 2002/03

Während der Gesamt-Energieverbrauch stagniert beziehungsweise geringfügig zurückgeht, nimmt der Anteil von erneuerbaren Energien (EE) am gesamten Primärenergieverbrauch (PEV) seit mehreren Jahren auf niedrigem Niveau weiter zu (s. weiss gestrichelte Linie in Abb. 2).

Der stetige Aufwärtstrend, der lediglich im Jahr 1996 (Liberalisierung des deutschen Strommarktes) einen Aussetzer verbuchen musste, dauert mittlerweile über 10 Jahre an. Zunächst verlief dieser Anstieg infolge der Einführung des Stromeinspeisegesetzes (im Jahr 1991) eher langsam, seit 1999 jedoch recht zügig. Dies lag unter anderem an der Einführung des 100.000-Dächer- Solarstromprogramms (1999) und des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG, 2000).

Die erneuerbaren Energien machten im Jahr 2002 etwa 2,9 Prozent am Primärenergieverbrauch aus. Bis 2010 sollen daraus gemäß der Novelle des Er- neuerbare-Energien-Gesetzes 4,2 Prozent, bis 2020 etwa 10 Prozent werden.

2.2.2 Stromverbrauch in Deutschland

Der Hauptanteil der Stromproduktion wird in Deutschland von den 18 inländischen Kernkraftwerken übernommen (Stade wurde im Herbst 2003 abgeschaltet). Sie liefern rund ein Drittel der insgesamt benötigten Elektrizität. Insgesamt lieferten die deutschen Stromversorger im Jahr 2002 rund 504 Milliarden Kilowattstunden Strom (inkl. der Einspeisung von privater Seite). Davon exportierten die Stromerzeuger rund 45,5 Milliarden Kilowattstunden, während sie 46,2 Milliarden Kilowattstunden importierten.

Auf die erneuerbaren Energien entfielen bei der Stromversorgung im Jahr 1990 erst rund 3,5 Prozent, während es im Jahr 2002 bereits fast 9 Prozent waren und bis 2010 nach Willen der Bundesregierung 12,5 Prozent werden sollen. Allein der Anteil von Windkraft an den erneuerbaren Energien lag 2002 bei rund 35 Prozent (s. Tab. 3).

Der Anteil von Solarstrom (Photovoltaik, Abk.: PV) ist nach wie vor relativ gering, obwohl in den letzten 10 Jahren aufgrund der hohen Wachstumsrate in diesem Sektor (etwa 50 Prozent) beträchtliche Flächen mit PV-Modulen bestückt werden konnten. Dieser Anstieg ist jedoch vornehmlich ein Wachstum auf niedrigem Niveau, so dass der Anteil am Gesamtverbrauch gering bleibt.

Windkraft konnte in den letzten Jahren zulegen, während der Anteil der Bioenergie leicht abgenommen hat. Auch im Bereich der Wasserkraft ging es im Jahr 2003 geringfügig zurück. Dies lag unter anderem an Ausfällen von überalterten Anlagen, die nur vereinzelt durch neuere ersetzt wurden.

Wasserkraft ist derzeit der wichtigste regenerative Stromlieferant mit einem Anteil von über 50 Prozent. Da die große Wasserkraft (> 5 Megawatt installierter Leistung) in der ursprünglichen Version des Erneuerbare-Energien- Gesetzes (EEG) unberücksichtigt geblieben ist, war hier kein entsprechender Anstieg wie bei den anderen nachhaltigen Energietechniken zu verzeichnen. Dieses Manko ist allerdings in der Novellierung des EEG behoben worden.

Als weiterer einschränkender Faktor kommt für diesen Sektor hinzu, dass die Standortpotentiale weitestgehend ausgeschöpft sind, so dass zukünftig der Schwerpunkt auf kleinen Wasserkraftwerken (z. B. Laufräder) liegen wird.

TAB. 2: ANTEILE AN DER STROMERZEUGUNG 2002

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: VDEW

TAB. 3: ZUSAMMENSETZUNG DES EE-ANTEILS AM GESAMTEN STROMVERBRAUCH

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: VDEW

Bis zum Jahr 2010 kann damit gerechnet werden, dass der Windanteil am grünen Strom 50 Prozent betragen wird. Dies würde bedeuten, dass die Spitzenposition der Wasserkraft bis dahin von der Windkraft übernommen wird. Obwohl die Wachstumsrate bei den Windrädern nicht mehr wie bisher (1990 bis 2001) 60 Prozent beträgt, wird sie voraussichtlich noch bei 10 bis 20 Prozent liegen. Ein ebenfalls großes Potential wird der Bioenergie zukommen, deren Anteil von heute 8 Prozent (ohne Müll) an der regenerativen Energie voraussichtlich auf rund 22 Prozent im Jahr 2010 anwachsen wird. [Husemann, 2003]

Einen maßgeblichen Anteil am Zuwachs des nachhaltig hergestellten Stroms könnte die Nutzung dieses so genannten Ökostroms darstellen, wenn er auch in privaten Haushalten vermehrt eingesetzt werden würde. Die Akzeptanz ist zwar bereits heute durchaus gegeben (60 bis 70 Prozent der Haushalte wären Umfragen zufolge theoretisch bereit, mehr für Strom aus erneuerbaren Energien zu zahlen.), es hapert jedoch noch an der praktischen Umsetzung. Der Marktanteil von Ökostrom liegt heute lediglich bei einem Prozent, weil viele Kunden immer noch den tatsächlichen Wechsel scheuen. Würde jedoch der Ökostromanteil zunehmen, würde auch mehr Geld in den Bau neuer Anlagen investiert werden können.

Nach der Liberalisierung des Strommarktes war ursprünglich mit deutlich höheren Quoten gerechnet worden. Die langfristigen Prognosen gehen aber auch weiterhin trotz dieser trägen Entwicklung von bis zu 20 Prozent bei Haushaltskunden aus.

Die Energieversorger hoffen dabei auf die Unterstützung des Bundes, der seinerseits künftig vermehrt öko-zertifizierten Strom nutzen will und dies auch bereits bei der Versorgung des Bundesumweltministeriums realisiert hat.

ABB. 3: STROMERZEUGUNG AUS ERNEUERBAREN ENERGIETRÄGERN

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

[Husemann, 2003]

2.2.3 Welt-Energieversorgung

Aufgrund der unterschiedlichen regionalen Begebenheiten ist die Energieversorgung in den verschiedenen Ländern der Welt sehr stark von den natürlichen Energievorkommen und geographischen Erscheinungsformen geprägt. Island verfügt beispielsweise über Thermalquellen (Geothermie), während in Kanada die Wasserkraft und in Chile die Windenergie entscheidende Rollen übernehmen.

Den größten Beitrag zur gesamten Primärenergieversorgung weltweit trägt nach wie vor das Erdöl bei (etwa 41 Prozent). An zweiter Stelle folgt die Steinkohle, die rund ein Fünftel des Weltenergiebedarfes und etwa ein Drittel des Strombedarfes abdeckt. Bei der Stromversorgung ist damit die Steinkohle der wichtigste Energielieferant. Nach Erdgas und Kernenergie ist die Wasserkraft ein weiterer wichtiger Stromlieferant, der rund ein Fünftel (ca. 19 Prozent) der Energie beisteuert.

Bei den regenerativen Energien ist die Situation derzeit noch etwas verhalten. Der Beitrag zur Deckung der weltweiten Energienachfrage liegt momentan bei rund 13 Prozent bezogen auf den gesamten Primärenergieverbrauch. Außer bei der Wasserkraft, die bereits wesentlich zur Stromerzeugung beiträgt, ist die Bedeutung der anderen erneuerbaren Energielieferanten insgesamt recht niedrig (s. Tab. 4).

TAB. 4: STROMERZEUGUNG WELTWEIT AUS REGENERATIVER ENERGIE

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

[Witt, 2003]

2.3 Begrenzte zeitliche Verfügbarkeit

Da die fossilen Energieträger den größten Anteil am Energieverbrauch haben und der Energieverbrauch stetig zunimmt, ist absehbar, dass die natürlichen Vorkommen dieser Energieträger immer weniger werden. Allein die USA verbrauchen pro Tag rund 24 Mio. Barrel Öl (Importanteil: 9 Mio. Barrel). Deswegen wird immer wieder die Frage aufgebracht: Wie lange halten die Reserven noch?

Die Diskussion über die Bezifferung der zeitlichen Verfügbarkeit dieser Öl-, Gas- und Kohlevorkommen ist ein fortwährender Kampf unterschiedlicher Interessengruppen. Vertreter der Mineralölindustrie behaupten seit Jahren, es seien ausreichend Ressourcen vorhanden und in absehbarer Zukunft (50 Jahre) würde kein Mangel entstehen. Schließlich würden immer wieder neue Vorkommen entdeckt. Hinzu kommt, dass nach und nach auch jene Vorkommen unter wirtschaftlichen Aspekten ausgebeutet werden können, deren Förderung bisher zu aufwändig und damit zu teuer gewesen sind (Beispiel: Ölsande in Kanada). Je höher der Ölpreis, desto eher lohnt sich der Abbau auch dieser Reserven.

Dem halten diverse Umweltverbände und einige Wissenschaftler entgegen, in der nächsten Zeit (10 bis 20 Jahre) würden die Reserven drastisch abnehmen. Das Fördermaximum von Öl soll irgendwann im Zeitraum 2020 bis 2040 erreicht sein. [Rifkin, 2002] Von besonderer Bedeutung war daher zur Jahreswende 2003/2004 die Neubewertung des Mineralölkonzerns Shell, der nach eigenen Aussagen seine Reserven falsch eingeschätzt hatte und die Mengenangabe zunächst um ein Drittel und im Frühjahr 2004 nochmals um mehrere Prozent reduzieren musste.

Wer in dem Streit um die Verfügbarkeit letztlich Recht oder Unrecht hat, ist schwer zu sagen und soll an dieser Stelle nicht erörtert werden. Es bleibt auf jeden Fall eine unbestreitbare Tatsache, dass sich die Menge der natürlichen Energieträger mit jedem Tag verringert, an dem auch nur ein Fahrzeug mit Benzin fährt oder ein Haus mit Kohle geheizt wird.

Die Frage muss demnach nicht lauten, wie lange die Vorkommen tatsächlich noch reichen werden. Statt dessen sollte sich jeder Einzelne fragen, wie die noch existierenden Primärenergieträger im Sinne einer nachhaltigen Handlungsweise verantwortungsvoll und bewusst eingesetzt werden können.

Mineralöl gilt als so genannter „hochwertiger Energieträger“, weil es für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist. Deswegen spielt die Überlegung eine wichtige Rolle, ob es für die Verfeuerung in Heizkesseln oder den Antrieb von Kraftfahrzeugen nicht einfach zu schade ist, gerade weil es nicht endlos viel davon gibt.

Erdgas nebst diversen Folgeprodukten (z. B. Propan, Butan) ist genau wie Mineralöl ein endlicher, fossiler Primärenergie-Träger, wobei er als nicht ganz so hochwertig angesehen wird. Die Vorteile von Gas gegenüber dem so genannten „flüssigen Gold“ sind im Wesentlichen: es ist etwas umweltfreundlicher, die zeitliche Verfügbarkeit ist länger und es kann als Übergangsprodukt fungieren für eine noch zu realisierende Wasserstoffwirtschaft.

Heute gesammelte Erfahrungen mit diesem Gas könnten in einigen Jahren bei der Anwendung von gasförmigem Wasserstoff als Energieträger genutzt werden.

Ungeachtet dieser Diskussion um die begrenzte zeitliche Verfügbarkeit der fossilen Energieträger ist ein Wechsel zu anderen Energieträgern auch ohne dieses Argument sinnvoll. Man kann also sagen, dass die Mineralöl-Zeit ohnehin abgelaufen ist.

2.4 Umweltbelastung

Die Diskussion über den Energieverbrauch sowie die Verfügbarkeit der fossilen Energieträger beinhaltet auch die Diskussion über die Umweltbelastung. Was aber bedeutet eigentlich Umweltbelastung?

Mit der Umwelt ist neben den Mitmenschen auch die gesamte Tier- und Pflanzenwelt gemeint inklusive der Luft, die wir atmen, und des Bodens, auf dem wir gehen. Alle Einflüsse, die diese Umwelt negativ beeinflussen, können als Umweltbelastung bezeichnet werden.

Gemäß dem Motto: „Ob etwas giftig ist, entscheidet allein die Dosierung!“ gibt es Bestimmungen, die Grenzwerte für alle Emissionen festlegen. Die Emissionen, die auf diese Weise in ihrer Häufigkeit und Menge begrenzt (limitiert) sind, werden als „Schadstoffe“ bezeichnet. Wohlgemerkt handelt es sich hierbei lediglich um die gesetzlich reglementierten Emissionen. Andere Substanzen können ebenfalls die Umwelt belasten, unterliegen aber nicht unbedingt einer Reglementierung.

Wenn fossile Energieträger verbrannt werden, verändert sich deren chemische Struktur und es entstehen Verbrennungsprodukte. Bei diesen Produkten muss es sich nicht von vornherein um Schadstoffe handeln. Solange eine vollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen stattfindet (s. Formel), werden lediglich unschädliche Reaktionsprodukte erzeugt. Inwieweit Kohlenstoff-Dioxid als schädlich oder unschädlich bezeichnet werden kann, wird im nachfolgenden Kapitel behandelt.

Vollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Weil jedoch nicht nur die Kohlenwasserstoffe als Reaktionspartner für Sauerstoff zur Verfügung stehen, sondern auch große Mengen Stickstoff (79 % der Umgebungsluft sind Stickstoff), entstehen auch Stickstoff-Oxide, die als Schadstoffe angesehen werden.

Problematischer wird es, wenn es zum Beispiel bei Sauerstoff-Mangel zu einer unvollständigen Verbrennung kommt, so dass außerdem KohlenstoffMonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Schwefeloxid und Ruß entstehen. In der Realität sieht es so aus, dass eigentlich nie eine vollständige Verbrennung stattfindet. Demzufolge entstehen tatsächlich bei jeder Verbrennung von fossilen Energieträgern gewisse Mengen an Schadstoffen, limitierte und nichtlimitierte Emissionen.

2.4.1 Limitierte Emissionen

Kohlenwasserstoffe (CnHm): Bezeichnung für organische Verbindungen, die nur aus verschiedenen Anteilen Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen.

Kohlenstoff-Monoxid (CO): Reiz-, farb- und geruchsloses Gas, das bei der unvollständigen Verbrennung von organischen Verbindungen entsteht. Es wirkt gesundheitsgefährdend, da es die Sauerstoff-Aufnahme des Blutes behindert.

Stickstoff-Oxide (NOx): NOx umfassen Stickstoff-Oxid (NO) und Stickstoff-Dioxid (NO2). Speziell NO greift die Schleimhäute der Atmungsorgane an und begünstigt Atemwegserkrankungen. In der Luft reagieren die Oxide in Verbindung mit Wasser zu Salpeter-Säure und sind für den sauren Regen mitverantwortlich. Stickstoff-Oxide tragen außerdem zur Smog-Bildung bei.

Ruß (C): reiner, unverbrannter Kohlenstoff. Er wird vornehmlich in DieselAggregaten erzeugt. Am Ruß können polyzyklische, aromatische Kohlenwasserstoffe angelagert sein, denen eine karzinogene (krebserzeugende) Wirkung nachgesagt wird.

2.4.2 Nichtlimitierte Emissionen

Schwefel-Dioxid (SO2): SO2 ist ein farbloses, stechend riechendes Gas. Es entsteht überwiegend als unerwünschtes Nebenprodukt bei der Verbrennung schwefelhaltiger, fossiler Energieträger wie Kohle oder Öl. Reagiert SchwefelDioxid mit dem in der Atmosphäre enthaltenen Wasserdampf, entsteht schwefelige Säure (H2SO3), die zur Bildung von saurem Regen führt, der für das Waldsterben mitverantwortlich ist.

Kohlenstoff-Dioxid (CO2): Farbloses, nicht brennbares, geruchloses und ungiftiges Gas, das mit etwa 0,03 Prozent natürlicher Bestandteil der Erdatmosphäre ist.

Polyzyklische, aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH): Einige besitzen karzinogene und auch mutagene Eigenschaften (Krebs und Mutationen auslösend).

Benzol, Toluol, Xylol (BTX): leicht flüchtige, aromatische Einzelkohlenwasserstoffe in ringförmiger chemischer Anordnung, Benzinbestandteile. Benzol gilt als krebserzeugend, Toluol kann in erhöhter Konzentration Schleimhautreizungen, Störungen des Nervensystems sowie Schädigungen an Leber, Niere und Gehirnzellen verursachen.

Formaldehyd (HCHO oder CH2O): wasserlösliches, sehr reaktionsfreudiges, säuerlich-stechend riechendes, farbloses Gas, karzinogen. Es gehört zur Gruppe der Aldehyde und kommt meist in 35%iger wässriger Lösung als Formalin in den Handel. Es entsteht als Nebenprodukt bei fast allen Verbrennungsprozessen.

2.4.3 Schadstofffreisetzung

Je nach Energiewandler und Einsatzgebiet werden unterschiedliche Energieträger verwendet. Folglich unterscheiden sich dementsprechend auch die Menge sowie die Zusammensetzung der Emissionen (Abb. 4).

Für den Straßenverkehr werden vorrangig Otto- und Diesel-Motoren eingesetzt, die Benzin beziehungsweise Dieselöl verbrauchen. In Kraftwerken können je nach Bauart Braun- oder Steinkohle, Erdgas und auch Erdöl in großen Turbinen verfeuert werden. In der Industrie kommt es zu einer Ansammlung verschiedener Energiewandlungsprozesse, während es in privaten

ABB. 4: EMISSIONEN IN UNTERSCHIEDLICHEN WIRTSCHAFTSZWEIGEN

Emissionen unterteilt nach Sektoren in Deutschland.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

*: Land-, Forst und Bauwirtschaft, Militär-, Schienen-, Wasser- und Luftverkehr Quelle: Bundesministerium für Wirtschaft Haushalten entweder Kohleöfen gibt oder Brennkessel, die bisher meist mit Öl und inzwischen zunehmend mehr mit Gas befeuert werden.

Im gesamten Verkehrssektor (Straßen-, Schienen-, Wasser- und Luftverkehr) werden über 60 Prozent der NOx-Emissionen abgegeben. Etwa 20 Prozent werden in Kraftwerken erzeugt und weitere 10 Prozent entstehen durch Industriefeuerung. Der Verkehr ist darüber hinaus für über 55 Prozent der CO-Emissionen verantwortlich.

Etwas mehr als 20 Prozent Kohlen- stoff-Monoxid emittieren die privaten Haushalte und etwas weniger als 20 Prozent die Industrie. Mehr als ein Drittel aller Kohlenstoff-Dioxid- Emissionen wird in Kraftwerken erzeugt und jeweils ein Sechstel im Straßenverkehr, in den Haushalten und durch die Industriefeuerung.

2.5 Kohlenstoff-Dioxid

Beim Thema Kohlenstoff-Dioxid gehen die Meinungen auseinander, ob diese Substanz als Schadstoff angesehen wird, als Treibhaus-Gas oder lediglich als ganz natürliches Umweltgas.

Kohlenstoff-Dioxid (CO2) ist ein ungiftiges Gas und natürlicher Bestandteil der Erd-Atmosphäre. Für die Pflanzenwelt ist es unverzichtbar. Es wird von den Pflanzen bei der Photosynthese in energiereichere Kohlenhydrate umgewandelt, wobei Sauerstoff frei wird. Für diesen Vorgang sind lediglich Sonnenenergie und Wasser notwendig. Der auf diese Weise produzierte Sauerstoff bildet die Lebensgrundlage für alle Säugetiere (inkl. Mensch).

Die außerdem bei der Photosynthese erzeugten Kohlenhydrate werden von tierischen Organismen bei deren Stoffwechsel aufgenommen (Pflanzenfresser essen Grünzeug). Während des Verdauungsvorganges werden die Pflanzen wieder zu CO2 und Wasser abgebaut und anschließend über die Atmung an die Außenluft abgegeben beziehungsweise in Biomasse umgewandelt.

Somit schließt sich ein Kreislauf, in dem Kohlenstoff-Dioxid nichts weiter ist als ein lebensnotwendiges Umweltgas.

Kohlenstoff-Dioxid hat jedoch auch Auswirkungen auf das Klima und wird in diesem Zusammenhang als Klimagas bezeichnet: Die Erd-Atmosphäre ist weitestgehend durchlässig für einfallendes, sichtbares Sonnenlicht. Die Rückstrahlung von langwelliger Infrarot-Strahlung wird hingegen teilweise verhindert. Dafür sind verschiedene Klimagase verantwortlich, von denen Wasserdampf in hohen Luftschichten den größten Einfluss hat.

TAB. 5: WIRKPOTENTIAL VERSCHIEDENER KLIMAGASE

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Damit verhält sich die Atmosphäre ähnlich wie das Glasdach eines Treib - hauses, woher dieses Phänomen auch seinen Namen bekommen hat. Diese natürliche Eigenschaft der Erd-Atmosphäre hebt die durchschnittliche Temperatur der Erdoberfläche um etwa 30 °C. Ohne diese Eigenschaft wäre es also um einiges kälter auf diesem Planeten.

Wird allerdings heute von „Treibhaus-Effekt“ gesprochen, ist eine weitergehende Erwärmung gemeint, die der Konzentrationszunahme von Kohlenstoff-Dioxid, Methan, FCKW, Distickstoff-Oxid sowie anderen Spurengasen zugeschrieben wird. Einige Klimamodelle sagen in den nächsten 50 Jahren eine globale Temperaturerhöhung um 1,5 bis 4,5 °C voraus.

Seit dem Klimagipfel in Rio de Janeiro im Jahr 1992 diskutieren die Teilnehmerstaaten über ein gemeinsames Vorgehen, um eine menschengemachte Temperaturerhöhung und fortschreitende Klimaveränderung einzudämmen. Nachdem es damals neben wichtigen verabschiedeten Dokumenten (Agenda 21) noch keine konkreten Vereinbarungen gegeben hatte, einigten sich im Jahr 1997 insgesamt 160 Staaten in der japanischen Stadt Kyoto auf eine Verringerung ihres Schadstoff-Ausstoßes. Die Industrieländer verpflichteten sich, ihre Emissionen an Kohlenstoff-Dioxid und Treibhaus-Gasen bis zum Zeitraum 2008 bis 2012 um 5 Prozent gegenüber dem Vergleichsjahr 1990 zu senken. Von dieser Vereinbarung distanzierten sich jedoch die Vereinigten Staaten.

Im Sommer 2001 wurde in Bonn ein weiterer Versuch unternommen, das so genannte Kyoto-Protokoll dennoch in Kraft treten zu lassen. Dies gelang unter erheblichen Zugeständnissen, allerdings ohne die Beteiligung der USA.

Die Europäische Union hat im Rahmen dieser Vereinbarung zugesichert, ihre Emissionen zukünftig um 8 Prozent zu reduzieren. Wegen der unterschiedlichen Lastverteilung innerhalb der EU wird die Bundesrepublik 21

ABB. 5: CO2-EMISSIONEN

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

[Born, 2001]

Prozent beisteuern, während anderen europäischen Ländern ein Anstieg ihrer Zahlen zugestanden wurde. Mittelfristig (bis zum Jahr 2020) ist eine Emissionsreduktion von 20 bis 40 Prozent angepeilt, langfristig (bis 2040) von 70 Prozent.

Bis zum Jahr 2001 war es noch so, dass fast alle Länder eher mehr als weniger Kohlenstoff-Dioxid emittierten. Dass Russland scheinbar eine löbliche Ausnahme bildete (s. Abb. 5), lag vorrangig am Zusammenbruch der Industrie nach dem Zerfall der Sowjetunion, von dem sich die dortige Wirtschaft noch nicht wieder erholt hatte. Speziell die Vereinigten Staaten von Amerika, die für einen Großteil des CO2-Ausstoßes verantwortlich sind, steigern sogar ihren Anteil und signalisieren nach wie vor kein Einlenken, aus Angst vor Einbußen für die eigene Wirtschaft.

2.6 Ausstieg aus der Atomenergie

Bei der Atomenergie gibt es zwar keine direkten Schadstoff-Emissionen wie bei fossiler Energie. Demgegenüber ist jedoch die Gefährdung während und nach der Nutzung von Kernbrennstoffen so groß, dass der Bundestag den Ausstieg aus dieser Technologie beschlossen hat.

Die Abwendung von der Atomenergie ist in Europa bereits seit einiger Zeit im Gange. Von den damaligen EU-Mitgliedsländern haben fünf von Anfang an auf Kernenergie verzichtet. Zwei Länder (Österreich und Italien) haben den Einstieg in diese Technologie wieder abgebrochen und in drei Ländern (Niederlande, Belgien und Schweden) ist der Ausstieg beschlossene Sache. [Jänicke, 2002]. Diese Umorientierung hat gute Gründe:

1. Die Wettbewerbsfähigkeit einer nuklear erzeugten Kilowattstunde ist deutlich geringer als lange Zeit angenommen wurde.
2. Die Endlagerung des Atommülls ist nach wie vor ungeklärt.
3. Es besteht eine latente Unfallgefahr speziell von veralteten Anlagen.
4. Es besteht die Gefahr von Attentaten auf Kraftwerke und Castor- Transporte.
5. Es bestehen erhebliche Akzeptanzprobleme in der Bevölkerung.

Trotz dieser gewichtigen Probleme ist bisher geplant, bis zum Jahr 2005 in Deutschland lediglich zwei Atomkraftwerke abzuschalten (nach Stade könnte Obrigheim folgen). Da es jedoch bereits heute erhebliche Schwierigkeiten bei der Lagerung des täglich neu entstehenden Atommülls gibt, sollten so früh wie möglich auch die restlichen Meiler vom Netz genommen werden.

Der Ausstieg aus der Atomenergie und die gleichzeitige Verwirklichung der Klimaschutzziele ist dabei kein Widerspruch, wenngleich Atomenergie-Befürworter den Nuklearstrom als schadstofffreie Energie propagieren, ohne die das Kyoto-Protokoll nicht erfüllt werden könne. Angesichts erheblicher Überkapazitäten und wachsender Anteile der erneuerbaren Energien sind Kapazitätsengpässe auf dem Strommarkt nicht zu erwarten. Es ist demnach nicht zu befürchten, dass beim Verzicht auf Atomstrom stattdessen veraltete Kohlekraftwerke die Luft verpesten oder die Lichter ausgehen könnten. [Jänicke, 2002]

Mitte der 1960er Jahre konnte die Kernenergie-Branche einen großen Aufschwung verzeichnen. Der damalige Anstieg des Jahresenergieertrages war jedoch nicht so hoch wie bei der Windenergie, die in den 1990er Jahren ihre

ABB. 6: QUALITATIVER VERGLEICH DER ERSTEN 11 JAHRE KOMMERZIELLER NUTZUNG

Vergleich: Atomstrom - Windenergie

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Enercon

Anfänge hatte (s. Abb. 6). Trotz relativ windarmer Jahre kann die Windbranche in ihren ersten 11 Jahren eine bessere Entwicklung vorweisen als die Atomindustrie.

2.7 Entwicklung

Bei der Analyse der vorweggegangenen Verbrauchs- und Schadstoff-Daten kommt man nicht umhin zu fragen, wie die weitere energiewirtschaftliche Entwicklung aussehen wird. Dazu hier ein kurzer Ausblick.

Der weltweite Energiebedarf wird weiter steigen. Wissenschaftler erwarten, dass er bis 2015 gegenüber dem Referenzjahr 1995 um über 50 Prozent zunehmen wird. Wenn keine radikale Trendwende eintritt, wird der überwiegende Anteil davon nach wie vor durch die Verbrennung fossiler Energieträger gedeckt werden.

Damit verbunden wäre:

- eine weitere Reduzierung der natürlichen Vorkommen fossiler Energieträger,
- eine weitere Zunahme der Umweltbelastung und
- eine weitere globale Klimaerwärmung.

Um diese Entwicklung zu umgehen oder zumindest zu verzögern hat sich die Bundesregierung zum Ziel gesetzt, den Anteil der erneuerbaren Energien am Primärenergieverbrauch zu steigern. Von 2,1 Prozent im Jahr 2000 soll deren Anteil auf 4,2 Prozent im Jahr 2010 verdoppelt werden. Bei der Stromproduktion soll der Anteil von 6,25 Prozent (2000) auf 12,5 Prozent (2010) und bis 2020 auf mehr als 20 Prozent erhöht werden. Nach den heute vorliegenden Zahlen kann dieses Vorhaben durchaus als ein realistisches eingeschätzt werden.

In einem Zukunftsszenario, das „Die Grünen“ im Jahr 2002 vorstellten, würde der Windenergie im Jahr 2020 mit etwa 45 Prozent der größte Anteil unter den erneuerbaren Energien zukommen. An zweiter Stelle könnte dann Biomasse liegen. Von 4 Prozent im Jahr 2002 wird sie nach dieser Einschätzung auf rund 26 Prozent ansteigen. Wasserkraft würde auf die dritte Stelle zurückfallen (von 62 Prozent auf 21 Prozent). Demgegenüber könnte der Anteil von Photovoltaik von 0,2 Prozent auf 3,4 Prozent zunehmen.

Im Wärmebereich werden sich dieser Einschätzung nach die erneuerbaren Energien etwas langsamer durchsetzen. Bis 2020 ist hier ein Anteil von rund 12 Prozent zu erwarten. Davon wird die Biomasse rund drei Viertel ausmachen, den Rest werden Solarkollektoren liefern. [Trittin, 2002]

Eine etwas nüchternere Sichtweise hat die von der bundesdeutschen Regierung beauftragte Enquete-Kommission in ihrem Energiebericht festgehalten, ohne allerdings konkrete Zahlen zu nennen:

„Die regenerativen Energiequellen mit ihren direkten und indirekten Nutzungsmöglichkeiten sind aus technischer Sicht grundsätzlich in der Lage, alle heute und in Zukunft benötigten Sekundärenergieträger beziehungsweise Nutzenergieformen bereitzustellen. Von den 3 regenerativen Energiequellen solare Strahlung, Geothermie und Gezeitenkraft weist die Sonnenenergie bei weitem das größte Potenzial auf. “ [Enquete-Kommission, 2002]

Die Bedeutung der regenerativen Energieerzeugung für die Zukunft ist demnach sowohl auf deutscher als auch auf europäischer Ebene erkannt worden. Das liegt nicht zuletzt daran, dass mittlerweile auch die Wirtschaft maßgeblich von dieser Entwicklung profitiert. Um 20 Prozent ist der Gesamtumsatz dieser Branche allein von 2000 auf 2001 gewachsen, und zwar auf rund 8,2 Mrd. Euro. Die einzelnen Sparten haben dabei Anteile wie in Tabelle 6 zu sehen sind.

Auch die Zahl der Arbeitsplätze im Bereich der erneuerbaren Energien ist deutlich gestiegen. Heute sind etwa 135.000 Menschen in diesem Wirtschaftszweig beschäftigt (Stand: Frühjahr 2004).

Diese Beschäftigungszahlen (s. Abb. 7) umfassen direkte und indirekte Arbeitsplätze einschließlich vorgelagerter Produktionsketten, Planung, Wartung usw. Allein im Bereich der Windkraft gibt es rund 40.000 Arbeitsplätze, im

TAB. 6: BRANCHENUMSATZ 2001

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bereich der Biomasse circa 50.000 und bei der Solarenergie (Strom und Wärme) rund 18.000.

Im Weißbuch für Erneuerbare Energien wird von Seiten der EU bis 2010 mit 500.000 bis 900.000 Arbeitsplätzen gerechnet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Jahrbuch EEG 2002/03, u.a

- Diese Entwicklung wird voraussichtlich noch weiter anhalten. Sowohl der Umsatz in diesem Bereich als auch die Anzahl der Arbeitskräfte wird weiter steigen, so dass diese Branche zunehmend mehr an wirtschaftlicher Bedeutung gewinnen wird.

Damit auch die Umweltbilanz möglichst zügig an dieser Entwicklung partizipieren kann, bieten sich bei der Energieversorgungs- und Fahrzeugtechnik für eine kurz- und mittelfristige Schadstoffreduzierung zwei Wege an:

1. Die eine Variante ist die weitere Optimierung bereits vorhandener Techniken. Dies wäre der Versuch, im Prinzip voll ausgereifte Technologien, die mittlerweile über 100 Jahre an Entwicklung hinter sich haben, so zu verbessern, dass die Effizienz noch weiter steigt und im Gegenzug die Emissionen noch weiter sinken. Dies bringt jedoch gewisse Schwierigkeiten mit sich, weil die Potentiale schon weitgehend ausgereizt sind. Die Motoren- und Anlagen-Technik stößt bereits jetzt an Grenzen, so dass eine weitere Anhebung der Wirkungsgrade nur noch geringfügig möglich ist.

2. Die andere Variante ist die verstärkte Nutzung von bisher noch nicht vollständig etablierten Energieträgern wie zum Beispiel Biodiesel, Rapsöl, Erdgas, Flüssiggas und Methanol. Die Technik für derartige Kraftstoffe ist vorhanden, aber noch nicht so weit ausgereift wie bei Benzin und Dieselöl. Es bietet sich aber die Möglichkeit, mit sofortiger Wirkung den Schadstoff-Ausstoß zu verringern, weil selbst Erdgas umweltschonender verbrennt als Erdöl. Darüber hinaus können auf diesem Weg die Mineralölvorkommen geschont werden, damit diese noch möglichst lange für andere (sinnvollere) Zwecke genutzt werden können. Die Europäische Kommission hat in diesem Zusammenhang das Ziel herausgegeben, bis 2020 mindestens 20 Prozent der Brennstoffe im Straßenverkehrssektor durch alternative Kraftstoffe zu substituieren, und von Seiten der Mineralölkonzerne wird bereits in Langzeit-Szenarios eingeplant, dass die erneuerbaren Energien in einigen Jahren etwa ein Drittel des weltweiten Energiebedarfs decken werden. [Köpke a, 2003]

Mittel- bis langfristig (5 bis 10 Jahre) steht die Etablierung einer zukünftig möglichen Wasserstoffwirtschaft zur Diskussion, bei der Wasserstoff als Sekundärenergieträger, also als Energiespeicher dient. Um bereits vorher ausreichend Erfahrungen mit Brennstoffzellen und Wasserstoff-Generatoren sammeln zu können, bieten sich alternative Kraftstoffe wie Methanol, Erdgas oder synthetisches Benzin an. Weil jedoch vorerst Wasserstoff noch nicht in großen Mengen auf ökologische Weise erzeugt werden kann, könnte dieser mit Hilfe jener alternativen Kraftstoffe durch Reformierungsprozesse erzeugt und für stationäre sowie für mobile Anwendungen genutzt werden.

Aus heutiger Sicht erscheint eine Mischung verschiedener Wege im Übergang von der fossilen zur erneuerbaren Energiewirtschaft am wahrscheinlichsten. Es wird zukünftig so aussehen, dass in einigen Bereichen sofort erneuerbare Energien in verstärktem Umfang verwendet werden, während andere Bereiche zunächst auf Erdgas oder Methanol wechseln, um langfristig beispielsweise beim Biogas zu landen (weiteres unter Kap. 15 Ausblick).

Als Zukunftsvision, die mittlerweile in greifbare Nähe gerückt ist, gilt das Modell Islands. Die dortige Regierung hat bereits erklärt, baldmöglichst den Wechsel zu einer Wasserstoffwirtschaft in Angriff nehmen zu wollen. Es sind bereits zahlreiche Projekte zum Beispiel mit Brennstoffzellenbussen im Gange, und langfristig soll die gesamte Fischereiflotte auf Wasserstoffbetrieb umgestellt werden (s. Kap. 15.7 Island-Modell).

2.8 Solare Wasserstoffwirtschaft

Dass dem Wasserstoff beim Thema Energie in den kommenden Jahren eine zunehmende Bedeutung beigemessen werden muss, ist mittlerweile kaum noch zu übersehen, auch wenn die Entwicklung nicht ganz so rasch voranschreitet, wie noch vor wenigen Jahren prognostiziert wurde. Im Zusammenhang mit einer zukünftigen Wasserstoff-Wirtschaft fällt insbesondere der Sonne eine zentrale Bedeutung zu, weswegen häufig von der „solaren Wasserstoff-Wirtschaft“ gesprochen wird. Ein erstes so benanntes Konzept hatte seine Ursprünge bereits in den fünfziger Jahren.

Die Sonne ist die größte und ergiebigste Energiequelle, die der Menschheit aus heutiger Sicht zur Verfügung steht. Selbst in der Entfernung, in der die Erde um die Sonne kreist (150 Mio. Kilometer), liefert sie ohne Unterlass enorme Energiemengen in Form von Strahlungsenergie.

Die Sonne spendet unserem Globus Tag für Tag die 15.000-fache Menge des täglichen Primärenergie-Bedarfs der gesamten Erdbevölkerung. So ließe sich zum Beispiel mit Solar-Kraftwerken auf einer Fläche von 3 Prozent der Sahara der Energiebedarf Europas und Afrikas decken.

Hinter dem Begriff „solare Wasserstoff-Wirtschaft“ verbirgt sich die Idee, dass die Sonnenenergie nicht nur genutzt wird, um über Photovoltaik Strom oder über Solarthermie warmes Wasser zu erzeugen. Der eigentliche Ansatz ist vielmehr, die Sonnenenergie zur Herstellung von Wasserstoff zu verwenden.

Da Wasserstoff als Element ungebunden in der Natur nicht vorkommt und nur unter Energieeinsatz erzeugt werden kann, stellt sich die Frage, wo die benötigte Energie für die Erzeugung von Wasserstoff herkommen kann. Der beste Weg wäre der Einsatz von Sonnenenergie für die Wasserstoff-Herstellung, da dies ein durchweg ökologisches Verfahren wäre. Der auf diese Weise sauber produzierte Wasserstoff kann nach der Herstellung transportiert werden und an anderer Stelle unter Energiefreisetzung wieder verbrannt werden. Bei der Verbrennung entsteht (fast) nur Wasser, so dass kaum Umweltprobleme auftreten.

Welchen Sinn macht aber dann überhaupt die Erzeugung von Wasserstoff? Dies ist eine häufig gestellte Frage und kann damit beantwortet werden, dass mit Hilfe von Wasserstoff eine relativ effiziente Speicherung von elektrischer Energie möglich ist, woran es bisher mangelt. Strom als edelste Energieform ist nur begrenzt speicher- und transportierbar, so dass beispielsweise Solarstrom nachts nicht zur Verfügung steht. Würde hingegen der tagsüber erzeugte Photovoltaik-Strom zur Wasserstoff-Herstellung herangezogen werden, stünde dieser rund um die Uhr zur Verfügung.

Konkret würde eine solare Wasserstoff-Wirtschaft so aussehen, dass nichtfossile Primärenergie (Sonnenenergie) zuerst umgewandelt wird in Sekundärenergie (Strom). Mithilfe dieser Energie könnte dann Wasserstoff (Elektrolyse) erzeugt werden. Wasserstoff stünde dann als Sekundär-Energieträger zur Verfügung, der entweder direkt genutzt oder über weite Strecken transportiert werden könnte.

Zur Herstellung von Wasserstoff ist relativ viel Energie notwendig, da jedes Wasserstoff-Atom eine hohe chemische Bindungsenergie besitzt. Würde man für die Energie, die für die Auflösung des Molekülverbandes notwendig ist, Sekundärenergie aus fossilen Energieträgern verwenden, hätte dieses Konzept kaum Vorteile gegenüber dem konventionellen System. Es wäre sogar ökologisch betrachtet unsinnig, langfristig Kohle zur Energiegewinnung unter Schadstoff-Ausstoß zu verbrennen, um mit der daraus gewonnenen Energie Wasser aufzuspalten, damit dann Wasserstoff als „schadstofffreier Energieträger“ genutzt werden kann.

Stattdessen muss bereits bei der Erzeugung von Wasserstoff ein alternatives Konzept verfolgt werden, wie es die solare Wasserstoff-Wirtschaft vorsieht. Anstelle der Sonnenenergie kann selbstverständlich auch jede andere erneuerbare Energiequelle genutzt werden (z. B. Windenergie, Wasserkraft, Erdwärme, Bioenergie).

Es gibt bereits seit Jahren Überlegungen, im Sonnengürtel der Erde (z. B. Sahara) große Solaranlagen einzusetzen und den erzeugten Solarstrom für die Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse zu verwenden. Es ist allerdings immer noch nicht klar, ob der direkte Stromtransfer mit Überland- und Unterseekabel durch das Mittelmeer nach Europa günstiger wäre oder der Transport mit Wasserstoff-Tankern. Außerdem ist ein derartiges Vorhaben nur möglich, wenn die politische Lage in den betreffenden Regionen friedlich und stabil ist. Gleiches gilt selbstverständlich auch für Windkraftparks in Argentinien oder Wasserkraftwerke in Kanada.

Eine Studie der TU München aus dem Jahr 2000 besagt allerdings, dass die Wasserstoff-Produktion mit Hilfe von Elektrolyse und Solarstrom aus Nordafrika zumindest die geringsten Kohlenstoffdioxid-Emissionen erzeugt, noch weniger als vergleichsweise in Deutschland erzeugter Wasserstoff, der in dezentralen Biomasseanlagen gewonnen wurde. Bei den Kosten ist es genau umgekehrt, weswegen unter anderem von verschiedener Seite gefordert wird, die Forschung und Entwicklung bei der Biomassevergasung voranzutreiben, da das Verhältnis zwischen Kosten und Nutzen bei dieser Technologie vielversprechend sei. [wiba, 2003]

Dort, wo es möglich ist, sollte selbstverständlich die Sonnenenergie direkt genutzt werden, um somit die Umwandlungsverluste zu minimieren. Eine Zwischenspeicherung der Sonnenenergie in Wasserstoff ist allerdings in vielen Fällen notwendig und hilfreich, um Versorgungslücken zu vermeiden und Lastschwankungen kompensieren zu können.

Es wird deutlich, dass dies ein sehr weites Feld ist, das einiger Zeit für die Umsetzung bedarf. Vorerst wird deswegen noch auf absehbare Zeit ein EnergieMix aus unterschiedlichen Energiequellen die Versorgung sicherstellen.

2.9 Dezentralität

Im Energiebereich ist bereits seit geraumer Zeit ein Trend zur Dezentralisierung zu erkennen. Im Jahr 2000 lag der Anteil von dezentralen Anlagen noch bei 8 Prozent. Im Jahr 2020 soll dieser Anteil bereits bei 40 Prozent liegen.

Das Ziel beim Übergang zu mehr Dezentralität ist der Einsatz von Energieversorgungseinheiten direkt in unmittelbarer Nähe der Verbrauchsstelle, um die Transportwege und damit unnötige Energieverluste zu reduzieren. Außerdem lässt sich so in der Regel auch die bei der Stromerzeugung anfallende Wärme vor Ort nutzen (Kraft-Wärme-Kopplung), wodurch wiederum der Gesamtwirkungsgrad gesteigert wird. Damit die Koordination dieser dezentral installierten Systeme funktionieren kann, ist passend dazu ein dezentrales Energiemanagement-System (DEMS) erforderlich.

Eine Variante auf dem Weg zu mehr Dezentralität ist der Bau von so genannten virtuellen Kraftwerken. Ein virtuelles Kraftwerk ist eine Vernetzung vieler, kleiner, dezentral installierter Stromerzeugungsanlagen. In Frage kommen beispielsweise Brennstoffzellen, aber auch Mikrogasturbinen und Gasmotoren, die von außen über ein zentrales Leitsystem gesteuert werden.

Virtuelle Kraftwerke lassen sich beispielsweise als Ergänzung und Entlastung der zentralen Stromerzeugung in Großkraftwerken zur Abdeckung von Bedarfsspitzen nutzen. Die zentralen Leitsysteme können dafür im Bedarfs Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten fall die dezentralen Anlagen auf Volllast hochfahren, wenn gleichzeitig eine Wärmenutzung möglich ist. Ein maßgeblicher Vorteil der virtuellen Kraftwerke ist die Minimierung der Übertragungs- und Transformationsverluste, die beim konventionellen Stromtransport in Hochspannungsleitungen beziehungsweise bei der Umwandlung für die Mittel- und Niederspannungsnetze zu erheblichen Einbußen führen.

Die ersten Brennstoffzellen-Anlagen wurden bereits zur Jahreswende 2002/03 als virtuelles Kraftwerk installiert und betrieben.

2.10 Förderung

Einen nicht unerheblichen Einfluss auf die Entwicklung im Energiesektor haben die politischen Rahmenbedingungen, die von Seiten der Regierung vorgegeben werden. Ein wichtiges Instrument zur Unterstützung alternativer Energietechniken ist dabei die Förderpolitik. Das Erneuerbare-Energien-Ge- setz (EEG, Einführung 1. April 2000) beispielsweise hat erheblich zum Aufschwung der regenerativen Energien beigetragen.

Im Erneuerbare-Energien-Gesetz wird geregelt, dass Stromerzeuger das Recht erhalten, Strom aus erneuerbaren Energien in das Netz einzuspeisen. Die Netzbetreiber sind dabei verpflichtet, eine festgelegte Mindestvergütung an den Erzeuger zu zahlen. Die Kosten dafür werden auf alle Stromkunden verteilt. Es handelt sich daher also um keine staatliche Beihilfe, keine Subvention. Bei einem jährlichen Stromverbrauch von 3.000 Kilowattstunden sind im Jahr 2003 in einem Durchschnittshaushalt Mehrkosten infolge des EEG in Höhe von 13 Euro angefallen.

Anlässlich der Novellierung des EEG entwickelte sich zum Ende des Jahres 2003 eine lebhafte Diskussion zwischen Politik und Energiewirtschaft über die Weiterführung dieses politischen Instruments. Anfang November kam es schließlich zu einer Einigung zwischen Umwelt- und Wirtschaftsministerium, dass das EEG als Instrument im Kern erhalten bleiben soll. Ziel des neuen Gesetzes ist es nun, den Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromversorgung bis 2010 auf mindestens 12,5 Prozent und bis 2020 auf mindestens 20 Prozent zu erhöhen. Die Details standen allerdings im Mai 2004 noch nicht fest, da im Bundesrat der Vermittlungsausschuss zur Klärung strittiger Punkte angerufen wurde.

Im Bereich der Solarenergie war es bereits zuvor zu einer Sonderregelung gekommen. Damit der befürchtete Fadenriss in der Photovoltaik-Branche nach Auslaufen des 100.000-Dächer-Solarstromprogramms Mitte 2003 verhindert wurde, beschloss Ende November der Bundestag mit den Stimmen der Union das „Solarstrom-Vorschaltgesetz“. Das Gesetz konnte somit zum 1. Januar 2004 in Kraft treten. Diese Extralösung für diesen Energiesektor war notwendig geworden, weil Verzögerungen bei der Einigung auf die EEG-No- velle ansonsten zu einer Förderlücke mit argen Problemen im PV-Bereich geführt hätten.

Eine weitere staatliche Maßnahme zur Unterstützung der erneuerbaren Energien ist die Biomasse-Verordnung (BiomasseV), die am 28. Juni 2001 im Rahmen des EEG in Kraft getreten ist. Sie regelt, welche Stoffe als Biomasse anerkannt werden, welche technischen Verfahren zur Anwendung kommen und welche Umweltanforderungen bei der Stromerzeugung aus Biomasse einzuhalten sind.

Bereits im September 1999 war das Marktanreizprogramm zur Nutzung erneuerbarer Energien (MAP) aufgelegt worden und unterstützt seitdem die breite Markteinführung vor allem im Wärmemarkt. Das Programm fördert den stärkeren Einsatz von

- Solarkollektoranlagen,
- Photovoltaikanlagen für Schulen,
- Anlagen zur Verbrennung fester Biomasse,
- Anlagen zur Nutzung der oberflächenfernen Geothermie,
- Biogasanlagen und
- Kleinen Wasserkraftanlagen.

Im KfW-CO2-Gebäudesanierungsprogramm werden vorwiegend Maßnahmen zur Wärmedämmung und zur Modernisierung von Heizungsanlagen in Wohngebäuden des Altbaubestandes gefördert, die zur Energieeinsparung beitragen.

2.10 FÖRDERUNG

Weitere staatliche Maßnahmen zur Förderung erneuerbarer Energien sind:

- die ökologische Steuerreform (ÖSR),
- die Energieeinsparverordnung (EnEV),
- das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWK-Gesetz) und
- das Zukunftsinvestitionsprogramm (ZIP).

Durch die ökologische Steuerreform werden die grundsätzlichen wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für Energieeffizienzsteigerung verbessert. Die Energieeinsparverordnung fördert speziell bei Gebäuden den Einsatz erneuerbarer Energien zur Wärmeerzeugung und Warmwasserbereitung, während das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz insbesondere die gleichzeitige Nutzung von elektrischer und thermischer Energie unterstützt.

Die zunehmende Bedeutung des Bereiches Erneuerbare Energien lässt sich in Deutschland unter anderem auch anhand der Entwicklung der bereitgestellten Finanzmittel in den letzten Jahren ablesen. Bundesumweltminister Jürgen Trittin hatte ursprünglich im Februar 2002 erklärt, er wolle einen neuen Forschungsschwerpunkt zur weiteren Entwicklung der erneuerbaren Energien vorstellen, für den zunächst nur 30 Mio. Euro bereitstünden, die aus dem Zukunftsinvestitionsprogramm der Bundesregierung stammten. Im November 2002 wurde dann verlautbart, dass im Jahr 2003 zusätzlich 12,65 Mio. Euro von der Bundesregierung für Forschung und Markteinführung nachwachsender Rohstoffe ausgegeben würden. Damit erhöhten sich die Haushaltsmittel allein im Forschungsbereich von 26 auf 32 Mio. Euro und für die Markteinführung von 10 auf 16,65 Mio. Euro.

Im Laufe des Jahres 2003 wurde weiterhin deutlich, dass für das 100.000- Dächer-Programm deutlich mehr Mittel als ursprünglich eingeplant notwendig würden. Aus den zuvor vorgesehenen 17,6 Mio. Euro allein für Solarstrom wurden schließlich 27 Mio. Euro.

Rückwirkend betrachtet sind letztlich für Forschung und Entwicklung von erneuerbaren Energien im Jahr 2003 etwa 59 Mio. Euro von staatlicher Seite investiert worden.

Für die weitere Entwicklung ist der Gesamtetat nochmals um über 10 Prozent auf 66 Mio. Euro angehoben worden, allerdings nicht für die Solarenergie. Die PV-Branche muss im Jahr 2004 mit rund 25 Mio. Euro auskommen, die Solarthermie-Branche mit 8 Mio. Euro. Das ergibt einen Rückgang bei der Solarwärme um 20 Prozent nach 10,4 Mio. Euro im Jahr 2003.

Während es vor zwei bis drei Jahren noch so aussah, als wenn Europa eine Führungsrolle in diesem Bereich übernehmen könnte, sind mittlerweile die USA und Japan bei der Brennstoffzellen-Forschung weltweit führend. Dies liegt im Falle der USA hauptsächlich an den ersten Anwendungen im Verteidigungssektor sowie in der Luft- und Raumfahrt.

Die amerikanischen Programme Freedom Car und die Allianz für Keramik-Brennstoffzellen erhielten zum Beispiel 150 Mio. Euro beziehungsweise 30 Mio. Euro an Fördergeldern. Für das Projekt Freedom Car soll insgesamt 1,7 Mrd. Euro bereitgestellt werden.

Auf besondere Aufmerksamkeit stoßen auch die Aktivitäten des ehemaligen Schauspielers und derzeitigen Gouverneurs von Kalifornien, Arnold Schwarzenegger. Er hatte im Wahlkampf von so genannten H2-Korridoren gesprochen und scheint diese auch tatsächlich realisieren zu wollen. An jeder kalifornischen Autobahn soll im Abstand von höchstens 20 Meilen eine Wasserstoff-Tankstelle entstehen. Bei einem Netz von insgesamt 200 Tankstellen, die jeweils 300.000 bis 500.000 $-US kosten, entstünden dadurch Gesamtkosten in Höhe von 100 Mio. $-US, die Schwarzenegger unter anderem mit Hilfe von Wirtschaftsunternehmen aufbringen will.

In Japan sieht es so aus, dass für ein 28-Jahre-Programm (1993 bis 2020) insgesamt 2,4 Mrd. Euro aufgewendet werden.

Die Anstrengungen der Europäischen Union (EU) waren lange Zeit wenig strukturiert und galten eher als unterfinanziert und zersplittert. Im Bereich der Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Technik liegen die staatlichen Investitionen der EU derzeit bei etwa 50 bis 60 Mio. Euro jährlich. Dies ist im Vergleich zu den USA (340 Mio. jährlich) und zu Japan (300 Mio. jährlich) nicht annähernd gleich viel.

2.10 FÖRDERUNG

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten Es gibt jedoch Hinweise, dass sich dies ändern könnte. Im 6. EU-Rahmenpro- gramm sollen die Mittel für Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Forschung im Rahmen der Förderung von Forschung, Entwicklung und Innovation erheblich aufgestockt werden.

Im November 2003 stellte die Europäische Kommission dazu einen umfassenden Aktionsplan vor, in dem es darum geht, mit welchen Mitteln Investitionen in Netze und Wissen in der gesamten Europäischen Union angekurbelt werden müssen. Beabsichtigt ist, die EU bei Innovationen und technologischen Fortschritten an die Spitze zu bringen, und zwar dadurch, dass in den Jahren 2005 bis 2015 gezielt paneuropäische Projekte in diesen Bereichen eingeleitet werden.

Dazu zählt das Projekt Hypogen, das die Errichtung einer großen Testanlage zur Produktion von Wasserstoff und Strom beinhaltet (Budget 1,3 Mrd. Euro), während das Projekt Hycom die Einrichtung einer begrenzten Zahl von „hydrogen communities“ in der EU zum Ziel hat (Budget 1,5 Mrd. Euro). Wasserstoff soll als Quelle für die Strom- und Wärmeproduktion sowie als Fahrzeugkraftstoff dienen. [Altmann, 2003]

Ein weiterer Schritt ist die Gründung einer Wasserstoff-Forschungsplatt- form der Europäischen Kommission, die im Januar 2004 in Brüssel vorgenommen wurde. Kommissionspräsident Romano Prodi nannte das Ereignis einen Meilenstein für alle in Europa, die an Wasserstoff und Brennstoffzellen interessiert seien. Als Triebfeder nannte er sowohl das Problem der steigenden Energienachfrage sowie die Klimaschutzproblematik. In Anbetracht der heutigen Ölimportquote von 50 Prozent (im Jahr 2025 voraussichtlich 70 %), im Verkehrssektor sogar von 90 Prozent, sei sofortiges Handeln angebracht.

Darüber hinaus könnte eine internationale Partnerschaft zahlreicher in diesem Bereich tätiger Nationen für noch etwas mehr Belebung sorgen. Auf Anregung der USA haben sich im November 2003 die Vertreter von insgesamt 15 Staaten (Australien, Brasilien, China, Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Indien, Island, Italien, Japan, Kanada, Norwegen, Russland, Südkorea, USA) und der EU-Kommission in Washington zusammengefunden, um eine Vereinbarung über die zukünftige Kooperation zu unterschreiben (International Partnership for the Hydrogen Economy, IPHE).

Dieser Zusammenschluss soll gemeinsame Forschungsvorhaben unterstützen und Aktivitäten fördern, die zum Fortschritt der Wasserstoff- und Brenn- stoffzellen-Technik beitragen. Außerdem sollen durch eine Bündelung verstreuter Ressourcen die Effektivität erhöht und international gültige Normen erarbeitet werden, alles in Zusammenarbeit mit der International Energy Agency (IEA).

[...]

Ende der Leseprobe aus 298 Seiten

Details

Titel
Wasserstoff und Brennstoffzellen. Die Technik von morgen
Autor
Jahr
2004
Seiten
298
Katalognummer
V163859
ISBN (eBook)
9783640965885
ISBN (Buch)
9783640966431
Dateigröße
1785 KB
Sprache
Deutsch
Anmerkungen
300 Seiten umfassendes Sachbuch mit vielen Abbildungen
Schlagworte
wasserstoff, brennstoffzellen, technik
Arbeit zitieren
Sven Geitmann (Autor), 2004, Wasserstoff und Brennstoffzellen. Die Technik von morgen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/163859

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