Alternative Kraftstoffe

Erdgas & Flüssiggas – Biodiesel & Pflanzenöl – Wasserstoff & Strom - Womit fahre ich am besten?


Fachbuch, 2010
214 Seiten

Leseprobe

INHALT

1 Einleitung

2 Energieversorgung
2.1 Energiebedarf
2.2 Energieverbrauch
2.2.1 Primärenergieverbrauch in Deutschland
2.2.2 Weltweite Energieversorgung
2.3 Zeitliche Verfügbarkeit
2.4 Umweltbelastung
2.4.1 Limitierte Emissionen
2.4.2 Nichtlimitierte Emissionen
2.4.3 CO2-Problematik
2.4.4 Schadstofffreisetzung
2.5 Förderung & Besteuerung
2.6 Entwicklung
2.6.1 Wirtschaftliche Betrachtung
2.6.2 Technische Betrachtung
2.6.3 Thermodynamische Betrachtung

3 Diesel-Alternativen
3.1 Biodiesel
3.1.1 Eigenschaften
3.1.2 Herstellung
3.1.3 Absatz
3.1.4 Kosten
3.1.5 Technik
3.1.6 Umwelt
3.2 Pflanzenöl
3.2.1 Eigenschaften
3.2.2 Herstellung
3.2.3 Absatz
3.2.4 Kosten
3.2.5 Technik
3.2.6 Umwelt
3.2.7 Andere Pflanzenöle

4 Benzin-Alternativen
4.1 Bioethanol
4.1.1 Eigenschaften
4.1.2 Herstellung
4.1.3 Technik
4.1.4 Umwelt
4.1.5 Kosten
4.2 Biogas
4.2.1 Eigenschaften
4.2.2 Herstellung
4.2.3 Technik
4.2.4 Umwelt
4.2.5 Kosten
4.3 Flüssiggas
4.3.1 Eigenschaften
4.3.2 Herstellung
4.3.3 Technik
4.3.4 Speicherung
4.3.5 Umrüstsysteme
4.3.6 Umrüstung
4.3.7 Kosten
4.3.8 Fahrzeuge
4.3.9 Sicherheit
4.3.10 Umwelt
4.4 Erdgas
4.4.1 Eigenschaften
4.4.2 Technik
4.4.3 Speicherung
4.4.4 Betankung
4.4.5 Umrüstung
4.4.6 Fahrzeuge
4.4.7 Kosten
4.4.8 Umwelt
4.5 Wasserstoff - Ottomotor
4.5.1 Eigenschaften
4.5.2 Herstellung
4.5.3 Kosten
4.5.4 Technik

5 Synthetische Alternativen
5.1 Biomass to Liquid (BtL)
5.2 Gas to Liquid (GtL)
5.3 Coal to Liquid (CtL)

6 Elektrische Alternativen
6.1 Strom
6.1.1 Batteriebetrieb
6.1.2 Hybridbetrieb
6.2 Wasserstoff - Brennstoffzelle
6.3 Methanol

7 Energie sparen

8 Zusammenfassung

9 Anhang
9.1 Erfahrungen
9.1.1 Fahrbericht Rapsöl
9.1.2 Fahrbericht Flüssiggas
9.1.3 Fahrbericht Erdgas
9.1.4 Fahrbericht Wasserstoff
9.2 Tabellen
9.3 Abkürzungen
9.4 Einheiten
9.5 Elemente

Literatur

Index

Autor

Verlagsprogramm

EINLEITUNG

1 EINLEITUNG

Der Energiesektor befindet sich in einem Wandlungsprozess. Die bestehenden Strukturen, basierend auf einer zentralistischen Energieversorgung mit fossilen Energieträgern, werden nicht nur von wissenschaftlicher Seite in Frage gestellt. Mittlerweile meldet sich auch verstärkt die politische Seite zu Wort, und sogar die Verbraucher mischen sich zunehmend in die Diskussion mit ein. Grund- legende Veränderungen in der Energiewirtschaft zeichnen sich ab: Mineral- ölkonzerne engagieren sich mehr denn je im Bereich alternativer Kraftstoffe, Energieversorger werben offensiv mit Energiesparmaßnahmen, und selbst die Autokonzerne, die lange gebremst haben, müssen sich mit Kohlendioxidredu- zierung und Hybridlösungen auseinander setzen und angesichts der weltweiten Automobilkrise ihren gesamten Fuhrpark auf sparsamere Modelle umstellen. Auch auf der Verbraucherseite reift das Bewusstsein, dass ein nachhaltiger Umgang mit Energie nicht nur die Umwelt, sondern auch den eigenen Geld- beutel schont.

Dieser Umorientierungsprozess betrifft nicht nur Deutschland. Weltweit ist in den vergangenen Jahren die Erkenntnis gereift, dass die Energiepolitik der führenden Industrienationen aus unterschiedlichen Gründen nicht zukunftsfähig ist und daher abgelöst werden muss von einer auf Nachhaltigkeit basierenden Politik. Der zunehmende weltweite Energiebedarf, hervorgerufen durch Bevölkerungswachstum, Industrialisierung und Globalisierung, kann allein mit Mineralöl langfristig nicht gedeckt werden. Die Ausbeutung der natürlichen Erdöl- und Erdgas-Vorkommen verursacht erhebliche Umweltprobleme, während die fossilen Ressourcen immer weiter dahinschmelzen. Hinzu kommt, dass die Abhängigkeit der ölimportierenden Länder von den Fördernationen ein zunehmendes politisches Konfliktpotential birgt.

Eine Abkehr von diesen Strukturen ist daher unvermeidlich. An ihre Stelle treten zunehmend neue Strukturen basierend auf erneuerbaren Energieträgern und alternativen Techniken. Das Schlagwort für diese neue energiepolitische Ära lautet: Nachhaltigkeit.

Eine nachhaltige Politik verlangt einen im Hinblick auf kommende Generationen verantwortungsbewussten Umgang mit Energie und Umwelt. Es geht um den effizienten Einsatz erneuerbarer Energieressourcen, die innerhalb der Nutzungs- dauer wieder regeneriert werden können und bei der Verbrennung nur so viel Kohlendioxid freisetzen, wie zuvor bei der Erzeugung gebunden wurde.

Eine Ablösung der heutigen konventionellen Energiepolitik, die auf fossilen Primärenergieträgern und Kernbrennstoffen basiert, durch eine nachhaltige Politik ist jedoch nicht ohne weiteres von heut auf morgen realisierbar. Das Potential der erneuerbaren Energien ist zwar beträchtlich, steht aber nicht so- fort in vollem Umfang zur Verfügung. Umso wichtiger ist es daher, den Anteil alternativer Energietechniken zügig zu vergrößern und umweltschonendere Antriebstechniken dort einzusetzen, wo es heute bereits möglich ist.

Einen wesentlichen Teil der Übergangsstrategie vom fossilen zum regenera- tiven Energiemanagement bildet - neben der zukünftig zunehmenden Nutzung von Elektro- und Hybrid-Fahrzeugen - der verstärkte Einsatz von alternativen Kraftstoffen wie zum Beispiel Biodiesel, Pflanzenöl und Ethanol. Diese Energie- träger können entscheidend dazu beitragen, dass die Mineralölreserven ge- schont werden, die Autarkie gefördert und gleichzeitig die Umweltbelastung durch Schadstoffemissionen vermindert wird. Auch Flüssiggas und Erdgas werden zu diesen Alternativlösungen gerechnet, obwohl es sich bei ihnen um fossile Energieträger handelt, deren Nutzung Umweltprobleme verursacht und die Ressourcen dezimiert. Als kurz- und mittelfristige Übergangslösung sind sie aber dennoch durchaus geeignet, vorausgesetzt, dass ihr Einsatz zeitlich befris- tet bleibt. Langfristig muss jedoch nach anderen Alternativen gesucht werden.

Im Fokus einer nachhaltigen Energiepolitik stehen derzeit die biogenen Kraft- stoffe der ersten (Biodiesel, Pflanzenöl, Bioethanol) sowie der zweiten Gene- ration (synthetische Kraftstoffe), obwohl auch hier noch einige Fragen offen sind. Hat der Anbau von Bioenergiepflanzen Sinn, wenn dafür riesige Urwald- flächen gerodet werden müssen? Ist es wirklich zielführend, große Mengen an Raps und Mais mit viel Dünger- und Pestizideinsatz erwirtschaften zu wollen, nur um anschließend einen „sauberen Kraftstoff “ einsetzen zu können? Lässt es sich verantworten, Getreide in Form von Bioethanol zu verbrennen, wenn in vielen Regionen der Welt Hunger herrscht? Nein. Hier muss sehr genau auf die gesamte Umwandlungskette der jeweiligen Kraftstoffe geachtet werden, von der Aussaat bis zum Abgas, und darauf, welcher Weg wirklich sinnvoll ist. Nicht alles, was die Vorsilbe „Bio“ trägt, ist auch wirklich nachhaltig.

Außerdem haben Maßnahmen zum Umweltschutz beziehungsweise zur Res- sourcenschonung nur dann wirklich Sinn, wenn damit eine Energiesparpolitik einhergeht. Eine merkliche Effizienzsteigerung ist insbesondere vor dem Hinter- grund des rasant steigenden Energiebedarfs in China, Indien und etlichen wei- teren ehemaligen Entwicklungsländern von überaus großer Bedeutung.

Der derzeitige Gesamtwirkungsgrad bei der Energienutzung innerhalb Deutschlands liegt bei nur 30 %, weltweit liegt er lediglich bei 10 %. Eine derar- tige Verschwendung von insgesamt rund 90 % der nutzbaren Energie kann sich die Menschheit nicht länger leisten. Hier ist noch sehr großes Optimierungs- potential vorhanden, um den Gesamtenergieverbrauch mit sinnvollen Einspar- maßnahmen zu reduzieren und die Effizienz signifikant zu erhöhen.

Dieses Buch soll dabei helfen, auf derartige energiewirtschaftliche Probleme hinzuweisen. Etwaige Verständnislücken sowohl bei Verbrauchern als auch bei Entscheidungsträgern können damit hoffentlich beseitigt werden, um einen be- wussten Umgang mit Energien und eine nachhaltige Handlungsweise zu er- möglichen.

Um dies zu erreichen, wird im Folgenden zunächst über die derzeitige Situa- tion im Energiesektor aufgeklärt. Es werden verschiedene alternative Kraftstoffe mit ihren Eigenschaften sowie Vor- und Nachteilen vorgestellt. Dies umfasst so- wohl ihre chemischen und physikalischen Merkmale als auch ihre unterschied- lichen Herstellungsverfahren und Einsatzgebiete. Im Mittelpunkt steht dabei die Fahrzeugumrüstung, bei der aus ineffizienten Benzinmotoren relativ saube- rere Gasmotoren und aus rußenden Dieselfahrzeugen biologische Allesbrenner gemacht werden. Beide Wege können heute schon auf Verbraucherseite merk- lich zur Kostensenkung beitragen.

Es werden zudem zahlreiche der bereits verfügbaren Pkw-Serienmodelle prä- sentiert, die bereits ab Werk mit alternativer Antriebstechnik ausgestattet sind. Darüber hinaus wirft dieser Ratgeber einen Blick auf die Frage, inwieweit syn- thetische Kraftstoffe beziehungsweise Wasserstoff als Kraftstoffe der Zukunft geeignet sind. Es folgen abschließend eine Auflistung zahlreicher Möglichkeiten der Energieeinsparung im Automobilsektor sowie mehrere Fahrberichte mit unterschiedlichen Fahrzeugtypen.

Nach der Lektüre dieses Buches sollten Sie in der Lage sein, sich ein eigenes, fundiertes Bild von der aktuellen Situation im Kfz-Bereich zu machen. Es sei an dieser Stelle nochmals ausdrücklich darauf hingewiesen, dass Sie hier vergeblich nach allgemein gültigen Tipps zur Auswahl Ihres Traumwagens suchen werden. Bei der Kraftstoff- und Fahrzeugauswahl spielen derart viele verschiedene Fak- toren eine Rolle, dass jeweils ganz individuell nach der besten Lösung gesucht werden muss. Sie werden bei Ihrer Suche aber feststellen, dass es gar nicht so schwierig ist, nachhaltig unterwegs zu sein, und dass die Zukunft schon längst begonnen hat. Nachhaltigkeit ist längst keine utopische Vision mehr.

2 ENERGIEVERSORGUNG

Im Laufe von Jahrhunderten und Jahrtausenden haben sich die Energiequellen der Menschheit in immer kürzeren Abständen gewandelt. In den Frühzeiten der Entwicklung wurde über zig Jahrtausende hinweg Holz als Brennstoff ver- wendet. Dann in der Alt-Steinzeit wurde aus Holz die höherwertige Holzkohle hergestellt. Im Altertum entdeckte man dann Braun- und Steinkohle und mach- te diese nutzbar.

Der Vorteil der Kohle lag gegenüber dem Holz in ihrem höheren Brennwert bedingt durch die höhere Energiedichte, die wiederum ihre Ursache in der Ent- stehungsgeschichte findet. Bei den Ausgangsprodukten von Kohle handelt es sich um ein komprimiertes Gemisch aus tierischen und pflanzlichen Substan- zen. Die Bestandteile sind verschiedenartige Kohlenwasserstoff-Verbindungen, die über einen sehr langen Zeitraum unter der Erdoberfläche eingelagert waren und von den darüber befindlichen Erdschichten zusammengedrückt wurden, weshalb neben der Stoffdichte auch die Energiedichte besonders hoch ist.

Ähnlich sind die Entstehungsgeschichten beim Erdöl und beim Erdgas. Auch diese so genannten fossilen Primärenergieträger bedurften für ihre Entstehung besonderer Voraussetzungen hinsichtlich Temperatur, Druck und katalytischer Wirkungsmechanismen. Erdgas entstand vor ungefähr 600 Mio. Jahren aus ab- gestorbenen Kleinorganismen, Plankton und Algen, die sich auf dem Grund der Ozeane ablagerten und im Laufe der Zeit von Gesteins- und Erdschichten überdeckt wurden. Unter Luftabschluss und bei hohem Druck bildeten sich durch einen chemischen Prozess aus diesen organischen Substanzen Kohlen- wasserstoffe.

Die Nutzung dieser fossilen Stoffe begann in den Jahren 1858/59 fast zeit- gleich in Celle, Deutschland, und in Pennsylvania, USA. Einen Ölboom, wie er in Nordamerika in den Folgejahren ausbrach, konnte Deutschland allerdings nicht verzeichnen. Damals wie heute förderten die Deutschen nur ungefähr drei Prozent ihres Ölbedarfs selbst. 80 % des in Deutschland geförderten Öls kamen in der Zeit von 1910 bis 1963 aus Wietze, seit 1964 auch aus der Nordsee.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

ABB. 1: ÖLPLATTFORM IM GOLF VON MEXIKO

Quelle: obs/Deusche BP

Die Förderung von Erdgas begann erst in den 1970er Jahren. Bis dahin wurde 2 das Gas als störend empfunden und einfach verbrannt (abgefackelt).

Alle fossilen Energieträger entstammen längst vergangenen Zeiten und haben Jahrmillionen bis zu ihrer Entstehung in der heute vorliegenden Form benö- tigt. Der ursprünglich in der Atmo- sphäre vorhandene Kohlenstoff wurde zunächst in Pflanzen und Tieren ge- bunden und im Laufe der Zeit in tiefer gelegenen Erdschichten eingeschlos- sen. Ursprünglich ist der atmosphäri- sche Kohlenstoffanteil um einiges höher als heute gewesen, aber da mehr und mehr Kohlenstoffverbindungen unter Tage weggesperrt wurden, verringerte sich der CO2-Anteil in der Atmosphäre, da Kohlenstoff zunehmend dem oberirdischen Kreislauf entzogen wurde. Da dieser Prozess nur sehr langsam ablief, hatte die Natur damals Zeit genug, um sich auf diese Veränderung einzustellen.

Seit der industriellen Revolution Ende des 18. Jahrhunderts werden diese Kohlenwasserstoffverbindungen wieder aus ihren Verstecken hervorgeholt und durch ihre Verbrennung zurück in die Atmosphäre entlassen. Im ursprüngli- chen Sinne ist dieser Vorgang also ganz natürlich. Das Problem ist allerdings, dass sich die heutigen Lebensformen auf der Erde nicht in einem angemessenen Zeitraum an die veränderten Lebensbedingungen mit einem höheren Kohlen- stoffanteil anpassen können, weil diese Rückführung zu schnell abläuft. Dass es tatsächlich zu Veränderungen kommt, ist nicht schwer nachzuvollziehen, wenn man sich überlegt, dass ein maßgeblicher Anteil des Kohlenstoffes, der über Jahrmillionen unterirdisch gespeichert war, innerhalb von 100 Jahren wieder freigesetzt wird. Es ist mehr als verständlich, dass das komplizierte natürliche Gleichgewicht dabei schnell aus der Balance geraten kann.

Der unbändige Energiehunger der Menschheit ist indes auch trotz dieser Ausbeutung längst noch nicht befrie- digt. Als weitere Option wurde daher die Kernenergie ins Spiel gebracht, die Anfang des 20. Jahrhunderts entdeckt wurde. Mit dieser Technik können zwar beeindruckend große Energie- mengen aus relativ kleinen Mengen Kernbrennstoff gewonnen werden, dafür treten aber bei deren Nutzung schwer wiegende Entsorgungs- und Gesundheitsprobleme auf, die nicht nur unsere Generation, sondern auch noch zahlreiche zukünftige Generati- onen in erheblichem Maße belasten werden. Dieser Ausflug in die Kern-

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

ABB. 2: SANGACHAL-PIPELINE BEI BAKU, ASERBAIDSCHAN

Quelle: obs/Deusche BP

technik entpuppte sich folglich als Holzweg, zumindest für die Bundesrepublik Deutschland. Hier ist der Ausstieg aus der Kernenergie beschlossene Sache, obwohl einige Politiker dies regelmäßig wieder in Frage stellen.

Die Suche nach einer geeigneten Energieform ist demnach immer noch nicht zufrieden stellend geklärt, weshalb vorerst an den vorhandenen Energieträgern festgehalten wird. Die ungehemmte weitere Nutzung fossiler Energieträger (Kohle, Erdöl, Erdgas) beinhaltet allerdings zwei gravierende Nachteile:

1. Die natürlichen Ressourcen sind begrenzt (s. Kap. 2.3).
2. Die Verbrennungsprodukte sind umweltschädlich (s. Kap. 2.4).

Es werden zwar immer wieder neue Erdölquellen und Erdgasfelder entdeckt, aber es ist nicht zu leugnen, dass die Gesamtvorkommen endlich sind und in unbestimmter Zeit erschöpft sein werden. Hinzu kommt, dass die Emissionen, die in den Industrieländern verursacht werden, auch anderswo erhebliche Schäden verursachen: Abgasemissionen verunreinigen über Grenzen hinweg die Luft, undichte Öl- und Gas-Pipelines verseuchen Grundwasser und Böden, gekenterte Tankschiffe verdrecken Ozeane und Meeresbewohner. In vielen 2 Fällen bezahlen unschuldige Lebewesen mit ihrer Gesundheit für die Annehmlichkeiten der Industrienationen.

Ebenso wie bei der Diskussion über die Kernenergie müssen wir uns daher fragen, ob wir unsere Handlungsweise gegenüber diesen Lebewesen - Mensch wie Tier - sowie nachfolgenden Generationen rechtfertigen können.

2.1 Energiebedarf

Ein entscheidender Faktor, der sehr eng mit dem zunehmenden Energiebedarf verknüpft ist, ist das weltweite Bevölkerungswachstum. Die Weltpopulation nimmt seit den ersten Schritten des Homo sapiens auf der Erde stetig weiter zu. Derzeit sind wir bei 6,6 Mrd. Menschen. Momentan wächst die Population pro Jahr um 80 Mio. Erdenbewohner an. Bis zum Jahr 2050 wird die Weltbevölkerung voraussichtlich bei neun Milliarden Menschen liegen.

In gleichem Maße, wie die Population auf diesem Planeten zunimmt, steigt auch die benötigte Energiemenge. Allein mit Holz können sich die Menschen schon lange nicht mehr versorgen, auch, wenn Holz in vielen Regionen heute immer noch der Energieträger Nummer eins ist. Neue Energiequellen sind daher notwendig, damit das Leben und Überleben in der heutigen Zeit möglich bleibt.

Darüber hinaus nimmt der Energiebedarf pro Person immer weiter zu. Spe- ziell in Zeiten der Globalisierung, in denen der Wunsch nach mehr Mobilität die Kilometerleistung der Fahrzeuge in die Höhe treibt und den Bewegungsradius jedes Einzelnen erweitert, wird immer mehr Energie von jeder Person benötigt. Weltweit schreitet die Industrialisierung immer weiter voran. Die Milliarden- bevölkerung Indiens und Chinas fordert ebenso ihr Recht auf mehr Mobilität ein wie die Bewohner der Industriestaaten.Mit der gleichen Selbstverständlichkeit, mit der Amerikaner und Europäer für sich in Anspruch nehmen, frei und un- abhängig zu sein, steht auch jedem anderen Erdbewohner das Recht auf Mobilität und damit auf ein Fortbewegungsmittel seiner Wahl inklusive der be- nötigten Energie zu.

Aktuelle Lage:

- Der gesamte Verkehrssektor (inkl. Gütertransport, Flugzeug- und Schiffsverkehr) verbraucht fast die Hälfte des weltweit geförderten Erdöls; Tendenz steigend.
- Die Gesamtzahl aller Kraftfahrzeuge weltweit wird sich voraussichtlich von derzeit über 900 Mio. bis zum Jahr 2030 mehr als verdoppeln (BRD, 2009: 49,6 Mio. Kfz).
- Die globale Autoflotte wächst doppelt so schnell wie die Weltbevölkerung.

Diese alarmierenden Zahlen belegen den unweigerlichen weiteren Anstieg des weltweiten Energiebedarfes. Im Jahr 2030 wird er voraussichtlich um 50 % über dem Wert von 2007 liegen. Noch ist es zwar so, dass ein Inder im Durchschnitt nur ein Zehntel der CO2-Emissionen eines Deutschen verursacht. Mit fortschreitender Industrialisierung und Mobilität wird die persönliche Bilanz aber bald auch dort auf westlichem Niveau angekommen sein.

Diesem Trend wirkt - zumindest teilweise - die technische Weiterentwicklung entgegen. Indem die Wirkungsgrade der Energieverbraucher verbessert werden, können beträchtliche Energie- mengen eingespart werden. Hier an- zusetzen ist ein lohnenswertes Unter- fangen, da die Gesamteffizienz im Ener- giesektor noch nicht sonderlich hoch liegt. Weltweit gehen rund neun von zehn Kohlen ungenutzt zum Schorn- stein hinaus. In Deutschland ist die Effizienz zwar etwas höher, aber auch hier gehen sieben von zehn Litern Öl in Form von heißer Luft verloren.

Aber trotz Wirkungsgradanhebun- gen steigt der Gesamtenergiebedarf weltweit drastisch weiter an. Über die vergangenen Jahre gesehen hat sich der gesamte Mineralölverbrauch seit 1960

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

ABB. 3: FRÜHESTE GEWÖHNUNG ANS AUTOMOBIL

Quelle: Ravensburger Buchverlag

(Bildquelle: obs/Ravensburger Buchverlag GmbH)

- in den USA mehr als verdoppelt,
- in Europa mehr als vervierfacht,
- im pazifischen Raum versechsfacht.

Dabei gibt es ein krasses Missverhältnis zwischen den Industrie- und den Ent- wicklungsländern bezüglich des Energieverbrauches und des Anteils der Welt- bevölkerung (s. Abb. 4).

Die westliche Welt verbraucht mehr als die Hälfte der weltweiten Energievor- kommen, obwohl sie lediglich ein Siebtel der Weltbevölkerung stellt. In den USA leben lediglich fünf Prozent der Weltbevölkerung. Diese konsumieren aber rund 26 % des gesamten Rohöls. Beim gesamten Energieverbrauch sind die USA ebenfalls mit 21,4 % führend. Auf Platz 2 steht mit 15,6 % mittlerweile China.

Es stellt sich daher die entscheidende Frage, wie heute und auch in den kom- menden Jahren der Weltenergiebedarf auf eine nachhaltige Art gedeckt werden kann. Zunächst aber noch einige weitere Details zum aktuellen Stand bei der Energieversorgung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

ABB. 4: UNTERSCHIED ZWISCHEN INDUSTRIE- & ENTWICKLUNGSLÄNDERN

Quelle: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft

2.2 Energieverbrauch

Bei der Betrachtung des heutigen Energieverbrauches muss zunächst darauf hingewiesen werden, dass sich der Primärenergieverbrauch zusammensetzt aus den Bereichen Strom-, Wärme- und Kraftstoffbedarf.

2.2.1 Primärenergieverbrauch in Deutschland

In Deutschland nehmen die fossilen Primärenergieträger den größten Teil bei der Deckung des Energiebedarfes ein (s. Abb. 5). Im Jahr 1990 lag ihr An- teil bei rund 88 %, 2009 waren es noch 79 %. Der größte prozentuale Anteil am Primärenergieverbrauch wird in Form von Mineralöl bereitgestellt. An Der Begriff Primärenergie bezeichnet die Ener- gie, die noch keiner technischen Umwandlung unterzogen wurde. In diesem Sinne zählen zu den Primärenergieträgern sowohl die fossilen Brenn- stoffe und Kernbrennstoffe als auch erneuerbare Energien (Wasser- und Windkraft, Solarenergie, Erdwärme und Bioenergie).

ABB. 5: ENTWICKLUNG DES PRIMÄRENERGIEVERBRAUCHS IN DEUTSCHLAND (IN %)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen

zweiter Stelle folgt Kohle (Braun- und Steinkohle zusammen 22,5 %), dicht dahinter kommt Erdgas und mit wei- terem Abstand die Kernenergie.

In den vergangenen Jahren hat es deut- liche Veränderungen beim Energiemix gegeben. Erdgas konnte seinen Anteil innerhalb von 15 Jahren um mehr als 40 % vergrößern, während der Anteil von Steinkohle um über 20 % abge- nommen hat. Braunkohle bleibt nach einem 50%igen Einbruch im vorigen Jahrzehnt bei etwa 11 %. Die Bereiche Mineralöl und Kernenergie haben von

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

ABB. 6: AUFTEILUNG DER ERNEUERBAREN ENERGIEN 2007

Quelle: Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz

1990 bis 2000 einige Prozentpunkte gewonnen, mittlerweile ist ihr Anteil aber wieder auf das Niveau von 1990 zurückgegangen.

Insgesamt werden in Deutschland zunehmend gasförmige Energieträger eingesetzt. Diese Entwicklung ist vor allem durch die voranschreitende Substitution der Kohle durch Erdgas zu erklären, die unter anderem auf den fortschreitenden Umbau der Industrie und modernere Heiztechnik in den neuen Bundesländern zurückzuführen ist.

Trotz eines geringfügig reduzierten Gesamtprimärenergieverbrauchs (PEV) nimmt der Anteil erneuerbarer Energien (EE) seit mehreren Jahren zu. Dieser stetige Aufwärtstrend, der lediglich im Jahr 1996 (Liberalisierung des deutschen Strommarktes) einen Aussetzer verbuchen musste, dauert mittlerweile über 20 Jahre an. Zunächst verlief dieser Anstieg infolge der Einführung des Strom- einspeisegesetzes (im Jahr 1991) eher langsam, seit 1999 jedoch recht zügig. Dies liegt unter anderem an der Einführung des 100.000-Dächer-Solarstrom- programms (1999) sowie des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG, 2000).

Ursprünglich hatte sich die Bundesregierung zum Ziel gesetzt, den Anteil der erneuerbaren Energien am Primärenergieverbrauch von 2,1 % im Jahr 2000 auf 4,2 % 2010 zu verdoppeln. Diese Marke wurde aber bereits 2004 (4,5 %) überschritten. 2009 lag der Anteil der erneuerbaren Energien über alle Sparten hinweg bei rund 9 %.

2.2.2 Weltweite Energieversorgung

Der gesamte Weltenergiebedarf nahm in den vergangenen Jahren stetig zu, ins- besondere durch das rasante Wirtschaftswachstum in bevölkerungsstarken Re- gionen. Der größte Beitrag zur weltweiten Primärenergieversorgung wird nach wie vor vom Erdöl geleistet (2005: 36 %), auch wenn einzelne Länder wie bei- spielsweise China rund 72 % mit Kohle und Frankreich 41 % mit Kernenergie abdecken. An zweiter Stelle folgt Kohle, deren weltweiter Anteil bedingt durch das Wirtschaftswachstum in Asien mittlerweile auf mehr als ein Viertel des Weltenergieverbrauchs angewachsen ist. Nach Erdgas (25 % am PEV) folgt Wasserkraft, die die Kernenergie auf Platz 5 abgedrängt hat.

Auch in Zukunft wird Mineralöl weltweit noch lange Zeit der Hauptenergieträger bleiben. Der zwischenzeitlich drastische Anstieg des Rohölpreises sowie die fol- gende weltweite Rezension haben aber zunächst eine Verlangsamung des Ver- brauchsanstiegs bewirkt. In den Jahren 2005 bis 2008 konnte man erstmals eine Stagnation der Ölfördermenge feststellen. Die Raffineriekapazitäten gelangten in dieser Zeit an ihren Grenzen. Außerdem entwickelten sich leicht erreichbare

TAB. 1: WELTWEITE ENTWICKLUNG DES PRIMÄRENERGIEVERBRAUCHS 2005

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

ABB. 7: DER ÖLPREIS STEIGT UND FÄLLT [US$/BARREL]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: www.tecson.de/prohoel.htm

Der anschließende Absturz des Ölpreises war vornehmlich durch die weltweiten Rezensionsängste geprägt. Innerhalb von nur sechs Monaten rutschte der Barrelpreis wieder auf unter 40 US-Dollar hinunter. 2009 und 2010 pendelte er sich dann bei 70 bis 80 US-Dollar ein.

Mittelfristig dürfte der Ölpreis sich nach und nach wieder nach oben orientieren, da der weltweite Energiebedarf weiter steigen wird.

Europa befand sich in diesen Zeiten in der glücklichen Lage, mit dem Euro über eine relativ krisenfeste Währung zu verfügen. Fast parallel zum Ölpreis- anstieg hatte der Euro gegenüber dem US-Dollar an Wert gewonnen. Notierte der Euro nach seiner Einführung Anfang 1999 zunächst am Tiefpunkt bei 0,82 US-Dollar (Ende 2000), so erreichte er Anfang 2008 ein zwischenzeitliches Re- kordhoch von fast 1,60 US-Dollar. Dadurch machte sich der zwischenzeitlich hohe Ölpreis nicht ganz so stark bemerkbar, da Öl in US-Dollar gehandelt wird. Dennoch stieg der Benzinpreis im Mai 2008 bis auf über 1,50 Euro pro Liter. Im Jahr 1998 zahlten Autofahrer lediglich 80 Cent, also noch etwas weniger als Ende 2008 (1,10 Euro).

Innerhalb Europas ist die Bundesrepublik der größte Energieverbraucher mit 3,95 TWh gefolgt von Frankreich (3,21 TWh) und Großbritannien (2,72 TWh). Mit einer Zunahme des Energieverbrauchs wird europaweit derzeit nicht ge- rechnet, da sich die Effizienz bei vielen Prozessen stetig weiter verbessert.

Auf dem Weltmarkt ist die Situation

TAB. 2: ERNEUERBARE ENERGIEN IN DER EU

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

bei den regenerativen Energien derzeit noch etwas verhalten, da die Energie- versorgung mit erneuerbaren Energien aufgrund der unterschiedlichen regio- nalen Begebenheiten weltweit sehr stark von den natürlichen Energievor- kommen und geographischen Erschei- nungsformen geprägt ist. Island verfügt beispielsweise über Thermalquellen (Geothermie), während in Kanada Wasserkraft und in Chile Windenergie maß- gebliche Rollen spielen. Der Beitrag erneuerbarer Energien zur Deckung der 2 globalen Energienachfrage liegt momentan bei rund 13 % 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.

2.3 Zeitliche Verfügbarkeit

„ Das Ende des Ö lzeitalters hat begonnen. Dieser Erkenntnis müssen wir uns stellen. “

Dieses Zitat ist längst keine Forderung allein von Öko-Aktivisten mehr. Es wird mittlerweile auch von deutschen Politikern unterstützt, und auch die USA, die lange Zeit nichts von Klimawandel und erneuerbaren Energien wissen wollten, stimmen dem inzwischen zu.

Es ist allerdings noch so, dass die fossilen Energieträger den weitaus größten Anteil am Energieverbrauch ausmachen und der Gesamtenergiebedarf stetig weiter zunimmt. Daher ist absehbar, dass die natürlichen Vorkommen dieser Primärenergieträger weiter schrumpfen. Durch neue Bohrungen werden zwar immer wieder neue Öl- und Gasvorkommen entdeckt, aber Fakt ist, dass ein Barrel Öl oder eine Tonne Kohle kein zweites Mal verbrannt werden kann. Die Ressourcen schwinden definitiv, denn auch die Funde neuer Vorkommen werden seltener und zudem kleiner.

Als Reserven werden die Vorkommen bezeichnet, die

- durch Bohrungen bestätigt
- mit heutiger Technik förderbar
- bei heutigen Preisen wirtschaftlich gewinnbar sind.

Ressourcen all die Vorkommen, die zwar noch irgendwo lagern, aber derzeit nicht bekannt oder nicht wirtschaftlich för- derbar sind.

Die Diskussion über die genaue Bezifferung der zeitlichen Verfügbar- keit dieser Öl-, Gas- und Kohlevor - Demgegenüber sind diekommen ist ein fortwährender Kampf unterschiedlicher Interessengruppen.Vertreter der Mineralölindustrie er- klären seit Jahren, es seien noch aus- reichend Reserven vorhanden und in absehbarer Zukunft (20 bis 40 Jahre) würde kein Mangel auftreten. Genau die gegenteilige Meinung vertreten Umweltverbände, indem sie sagen, in nächster Zeit (10 Jahre) würden die Reserven drastisch abnehmen.

Ironischerweise steht derzeit so viel Öl wie nie zuvor zur Verfügung. Während sich die weltweiten Reserven gemäß der Studie Oeldorado 2008 von ExxonMobil auf 178 Mrd. t beliefen, waren es 2008 rund 182 Mrd. t. Demgegenüber beliefen sich die Zahlen für das Jahr 1957 lediglich auf einen Bruchteil: 36 Mrd. t. Damals lag sowohl der Verbrauch als auch die Raffineriekapazität nur bei einem Viertel des heutigen Wertes.

Diese wundersame Vermehrung der Reserven hat unterschiedliche Ursachen: − Früher wurde Öl nur in Wassertiefen von bis zu 75 m gefördert. Heute arbei- tet man in bis zu 400 m tiefen Gewässern, mitunter sogar in 3.000 m Tiefe. − Früher wurde nur 35 % des vorhandenen Öls aus den Lagerstätten gefördert. Heute ermöglicht die technische Weiterentwicklung eine Nutzung von bis zu 70 %.

− Früher bei niedrigem Barrelpreis waren viele Lagerstätten nicht wirtschaftlich ausbeutbar. Heute lohnt sich auch der aufwendige Abbau von Ölschiefer und Ölsanden.

Sehr viel kritischer geht die Energy Watch Group an dieses Thema heran. Sie geht davon aus, dass der so genannte Mid Depletion Point (Punkt des größten Ölfördervolumens) bereits im Jahr 2006 überschritten wurde. Im Oktober 2007 gab die Forschungsgruppe der Ludwig-Bölkow-Stiftung bekannt, dass die welt- weiten Ölfördermengen mittlerweile mit einigen Prozentpunkten pro Jahr rück- läufig sind. Laut Industriedatenbank HIS (2006) werden die Weltölreserven zwar auf 1.255 Giga-Barrel geschätzt, aber für die Wissenschaftler gibt es stich- haltige Gründe, diese Zahl für einige Regionen und Schlüsselländer nach unten zu korrigieren. Ihrer Schätzung nach belaufen sich die Reserven nur auf 854 Giga-Barrel.

Gestützt werden diese Annahmen unter anderem durch die Aussage König Abdullahs von Saudi-Arabien, dem größten Ölproduzenten der Welt, der sagte:

„Der Ölboom ist vorbei und wird

ABB. 8: STETIGES NICKEN DER „PFERDEKÖPFE“

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Ghost, Fotolia

nicht zurückkehren. Wir müssen uns 2 alle an einen anderen Lebensstil ge- wöhnen.“ Ganz anderer Meinung war hingegen lange Zeit die Internationale Energie Agentur (IEA). Sie bestritt bis 2007, dass eine grundlegende Ände- rung der Energieversorgung in naher oder weiterer Zukunft wahrscheinlich sei. Erst im World Energy Outlook 2008 skizzierte sie erstmals ein etwas anderes Bild: Ohne umfassende In- vestitionen in neue Fördervorhaben könnte es schon bald zu bedenklichen Engpässen kommen, warnte die IEA. Wie viel Öl tatsächlich noch vorhan- den ist, ist nur schwer zu sagen. Anfang 2007 war im Brennstoffspiegel, dem deutschen Energiemagazin der Mineralölwirtschaft, zu lesen: „Nicht einmal die Ergiebigkeit der Quellen, aus denen heute Öl gefördert wird, ist wirklich bekannt.“ Weiter hieß es dort, dies läge daran, „dass die Mitglieder der OPEC auf Teufel komm raus schwindeln, wenn sie nach ihren Ölreserven gefragt werden. Sie geben sie zu hoch an.“ [Ottlik, 2007]

Der Hintergrund für eine derartige Verzerrung der Tatsachen ist, dass die Organisation Erdöl exportierender Länder (Organization of the Petroleum Exporting Countries, OPEC) über die jeweils erlaubte Fördermenge ihrer Mit- glieder entscheidet. Für die Bestimmung der Fördermenge gibt es einen Berech- nungsschlüssel, der sich nach der Größe der im Land vorhandenen Reserven bestimmt. „Je größer die Reserve eines Landes, desto höher die ihm zugebilligte Förderquote. Deshalb werden die Zahlen geschönt, um es zurückhaltend zu formulieren.“ [Ottlik, 2007]

In dieses Bild passt auch die Neubewertung des Mineralölkonzerns Shell Anfang 2004, der nach eigenen Aussagen seine Reserven falsch eingeschätzt hatte und die Mengenangabe um ein Drittel reduzieren musste.

Die Summe aller fossilen Energieträger verringert sich währenddessen unweigerlich mit jedem weiteren Tag, an dem auch nur ein Fahrzeug mit Benzin fährt oder ein Haus mit Kohle oder Gas geheizt wird. Die eigentliche Frage muss demnach nicht lauten, wie lange die Vorkommen tatsächlich noch reichen. Stattdessen sollte sich jeder Einzelne fragen, wie die noch existierenden Primärenergieträger im Sinne einer nachhaltigen Handlungsweise verantwortungsvoll und bewusst eingesetzt werden können.

Mineralöl, das so genannte schwarze Gold, gilt als hochwertiger Energieträger, weil es für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist (z. B. chemische Indus- trie, Textil- & Pharmaindustrie). Deswegen spielt die Überlegung eine wichtige Rolle, ob es für die Verfeuerung in Heizkesseln oder den Antrieb von Kraftfahr- zeugen nicht einfach zu schade ist, gerade weil es nicht endlos viel davon gibt.

Erdgas inklusive diverser Folgeprodukte (z. B. Propan, Butan) ist genau wie Mineralöl ein endlicher, fossiler Primärenergieträger, wobei es im direkten Ver-

ABB. 9: DIE OFFIZIELL GRÖSSTEN ÖLLÄNDER 2009 [ Ö LRESERVEN IN Mrd. t]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

gleich als nicht ganz so hochwertig angesehen wird. Die zeitliche Verfügbarkeit von Gas wird hingegen etwas höher angesetzt als bei Öl. Der Vorteil von Gas 2 besteht darin, dass es als Übergangsprodukt fungieren kann für eine allmäh- liche Abkehr vom Mineralöl. Erdgas und auch Flüssiggas verursachen bei der Verbrennung deutlich weniger Schadstoffe und eignen sich daher gut für den Einsatz in Kraftfahrzeugen (s. Kap. 4.4.5 Umrüstung). Außerdem können mit ihnen praktische Erfahrungen im Umgang mit Gasen gesammelt werden, um später einen ebenfalls gasförmigen Kraftstoff einzusetzen: Wasserstoff.

2.4 Umweltbelastung

Die Diskussion über den Einsatz fossiler oder erneuerbarer Energieträger geht weit über deren zeitliche Verfügbarkeit und den globalen Energieverbrauch hinaus. Sie beinhaltet darüber hinaus auch das überaus wichtige Thema der Umweltbelastung. Aber was genau bedeutet eigentlich Umweltbelastung ?

Mit der Umwelt ist neben den Menschen 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.

Am offensichtlichsten sind die Einschnitte in die Natur beim Braunkohleabbau, wie er beispielsweise in der Lausitz oder auch im Ruhrgebiet betrieben wird. Der Obertageabbau von Braunkohle ist zwar finanziell sehr viel günstiger als der Untertageabbau von Steinkohle, hat aber auch beträchtliche Umweltschäden zur Folge:

- großräumige Grundwasserabsenkungen
- Erschwerung der Trinkwassergewinnung
- Bodenabsenkungen
- Schäden an Pflanzen- und Tierwelt

Auch für die Menschen hat dies drastische Auswirkungen, da ganze Siedlungen umgesetzt werden müssen. Allein bei Garzweiler II mussten zwölf Dörfer mit 8.000 Menschen umgesiedelt werden. Im Saarland wurde mittlerweile der

ABB. 10: RIESIGE BAGGER BEACKERN RIESIGE BRAUNKOHLEFELDER

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: obs/Kabel 1

Kohleabbau bis zum Jahr 2012 befristet, da es in der Vergangenheit durch wiederholte und immer häufiger werdende Bodenabsenkungen zu einer ernsthaften Gefährdung von Gebäuden und auch Menschen kam.

Emissionen sind Einflüsse auf die Umwelt, egal ob negativer oder positiver Natur. Dabei kann es sich um stoffliche Emissionen handeln, also um die Frei- setzung bestimmter Substanzen, es können aber auch Geräuschemissionen (z. B. Lärm) sein.

Etwas subtiler und nicht ganz so offen- sichtlich geht es bei den Umweltbeein- trächtigungen zu, die durch die Nut- zung der Primärenergieträger verur- sacht werden. Bei der Verbrennung (Oxidation) fossiler Energieträger wer- den unweigerlich Schadstoffe freige- setzt, weil sich bei dieser Reaktion deren chemische Struktur verändert. In der Theorie muss es sich dabei aller- dings nicht gezwungenermaßen um Schadstoffe hingegen sind per Definition negativ. Die meisten Schadstoffe sind in ihrer Häufigkeit und Menge vom Gesetzgeber durch die Angabe von Grenzwerten begrenzt (limitiert).

Schadstoffe handeln. Solange eine vollständige Verbrennung von Kohlenwasser- stoffen stattfindet (s. Formel), werden theoretisch nur Reaktionsprodukte erzeugt, 2 die für die Umwelt unbedenklich sind: Kohlendioxid und Wasser. Inwieweit Kohlendioxid als schädlich oder unschädlich bezeichnet werden kann, wird im nachfolgenden Kapitel behandelt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Weil in der Realität aber nicht nur die Kohlenwasserstoffe als Reaktionspartner für Sauerstoff zur Verfügung stehen, sondern auch große Mengen Stickstoff (79 % der Umgebungsluft sind Stickstoff), entstehen auch Stickoxide (NOx), die als Schadstoffe angesehen werden. Noch problematischer wird es, wenn es zu einer unvollständigen Verbrennung infolge Sauerstoffmangels kommt, so dass Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Schwefeloxid und beim Dieselmotor auch Ruß entstehen.

In der Praxis findet eigentlich nie eine vollständige Verbrennung statt. Demzufolge entstehen tatsächlich bei jedem Verbrennungsprozess, bei dem fossile Energieträger beteiligt sind, gewisse Mengen Schadstoffe: limitierte und nicht limitierte Emissionen.

„ Ob etwas giftig ist, entscheidet allein die Dosierung! “

2.4.1 Limitierte Emissionen

Bei den limitierten Emissionen handelt es sich um die gesetzlich reglementierten Schadstoffe. Dass andere Substanzen ebenfalls die Umwelt belasten können, ist selbstverständlich.

- Kohlenwasserstoffe (CnHm): Allgemeine Bezeichnung für organische Verbin- dungen, die aus verschiedenen Anteilen Kohlenstoff und Wasserstoff beste- hen. Treten Kohlenwasserstoffe im Abgas auf, ist dies ein Zeichen für eine unvollständige Verbrennung mit entsprechend geringerem Wirkungsgrad. Aromatischen Kohlenwasserstoffverbindungen werden krebserregende Eigenschaften zugeschrieben.

- Kohlenmonoxid (CO): Reiz-, farb- und geruchsloses Gas, das bei der unvoll- ständigen Verbrennung von organischen Verbindungen entsteht. Es wirkt gesundheitsgefährdend, da es die Sauerstoffaufnahme des Blutes behindert. · Stickoxide (NOx): NOx umfasst Stickoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2).

Sie entstehen insbesondere bei hohen Verbrennungstemperaturen. NO greift die Schleimhäute der Atmungsorgane an und begünstigt Atemwegserkrankungen. In Luft reagieren die Oxide in Verbindung mit Wasser zu Salpetersäure (HNO3) und sind für den sauren Regen mitverantwortlich. Stickoxide tragen außerdem zur Smogbildung bei.

- Ruß (C): Reiner, unverbrannter Kohlenstoff. Er wird vornehmlich in Diesel- aggregaten erzeugt. An den Kohlenstoffpartikeln können polyzyklische, aromatische Kohlenwasserstoffe angelagert sein, denen eine karzinogene (krebserzeugende) Wirkung nachgesagt wird.

2.4.2 Nichtlimitierte Emissionen

- Schwefeldioxid (SO2): Farbloses, stechend riechendes Gas. Es entsteht über- wiegend als unerwünschtes Nebenprodukt bei der Verbrennung schwefel- haltiger, fossiler Energieträger wie beispielsweise Kohle oder Öl. Reaktions- produkte von Schwefeldioxid führen vermischt mit Wasser und Salpetersäure zur Bildung sauren Regens, der für das Waldsterben mitverantwortlich ist. · Kohlendioxid (CO2): Farbloses, nicht brennbares, geruchloses und ungifti- ges Gas, das mit ca. 0,03 % natürlicher Bestandteil der Erdatmosphäre ist (s. auch Kap. 2.4.3 CO2-Problematik).
- Polyzyklische, aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH): Einige besitzen karzino- gene und auch mutagene Eigenschaften (Krebs und Mutationen auslösend).
- Benzol, Toluol, Xylol (BTX): Leicht flüchtige, aromatische Einzel-Kohlen- wasserstoffe 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 reaktionsfreudi- ges, 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 Ver- brennungsprozessen. 2

2.4.3 CO2-Problematik

Beim Thema Kohlendioxid scheiden sich die Geister, wie diese Substanz am treffendsten tituliert werden kann:

- als Schadstoff
- als Treibhausgas
- als natürliches Umweltgas

Kohlendioxid, chemisch korrekt Kohlenstoff-Dioxid genannt, ist ungiftig und ein natürlicher Bestandteil der Erdatmosphäre. Bei der Photosynthese wird es von Pflanzen mit Hilfe der Sonnenenergie und Wasser in energiereichere Kohlenhydrate überführt, wobei Sauerstoff freigesetzt wird, den wiederum Menschen und Tiere zum Leben und Überleben benötigen. Auch die Kohlenhydrate werden von Mensch und Tier für deren Stoffwechsel aufgenommen, zu CO2 und Wasser abgebaut und durch Atmung an die Außenluft abgegeben beziehungsweise in Biomasse umgewandelt.

Vor Jahren waren sich die Wissenschaftler noch uneins darüber, ob Kohlendioxid tatsächlich einen Einfluss auf das Klima hat. Mittlerweile stimmen weit über 90 % der Wissenschaftler darin überein, dass die vom Menschen verursachte Emission von Treibhausgasen (inklusive Kohlendioxid) einen globalen Klimawandel bewirkt. Bei der Interpretation dieser Aussage, welche Folgen dies also haben könnte, sind sich die Forscher jedoch noch uneins.

Aber worum genau geht es eigentlich bei der CO2-Problematik?

Die Erdatmosphäre ist weitestgehend durchlässig für einfallendes, sichtbares Son- nenlicht. Die Rückstrahlung von langwelliger Infrarotstrahlung ins Weltall wird hin- gegen erschwert, weil bestimmte Substanzen in der Atmosphäre dies teilweise ver- hindern. Damit verhält sich die Atmosphäre ähnlich wie das Glasdach eines Treib- hauses, wovon dieses Phänomen seinen Namen bekommen hat: Treibhauseffekt.

Nach der aktuellen wissenschaftlichen Definition trägt der in hohen Luftschich- ten befindliche Wasserdampf zu zwei Dritteln die Schuld an dieser verminder- ten Rückstrahlung. Zu einem Viertel ist daran Kohlendioxid, zu etwa 2 % sind Methan und zu rund einem Zehntel andere klimawirksame Substanzen betei- ligt. Diese im eigentlichen Sinne natürliche Eigenschaft der Atmosphäre hebt die durchschnittliche Temperatur der Erdoberfläche um etwa 30 °C an. Ohne dieses Phänomen wäre es also um einiges kälter auf unserem Planeten.

Wird heutzutage vom Treibhauseffekt gesprochen, ist damit eine über das na- türliche Maß hinausgehende Erwärmung der Erde gemeint. Einige Klimamodelle sagen in den nächsten 50 Jahren eine globale Temperaturerhöhung um 1,5 bis 4,5 °C voraus. Diese deutliche Erwärmung wird der Konzentrationszunahme von Kohlendioxid, Methan, FCKW, Distickstoff-Oxid sowie anderer Spurengase zugeschrieben, die auf die Industrialisierung der Menschheit zurückgeführt wird.

Seit dem ersten Klimagipfel in Rio de Janeiro im Jahr 1992 diskutieren die Teilnehmerstaaten über eine geeignete gemeinsame Vorgehensweise, um diese von den Menschen verursachte Temperaturerhöhung einzudämmen. Zunächst einigte man sich auf die Agenda 21, die keine konkreten Vereinbarungen bein- haltete. Erst im Jahr 1997 verständigten sich insgesamt 160 Staaten in der japa- nischen Stadt Kyoto auf die Verringerung ihres Schadstoffausstoßes. Die Indus- trieländer verpflichteten sich, ihre Emissionen an Kohlendioxid und Treibhaus- gasen bis zum Zeitraum 2008 bis 2012 um durchschnittlich 5,2 % gegenüber dem Vergleichsjahr 1990 zu senken. Offiziell in Kraft getreten ist das Kyoto- Protokoll erst 2005. Die Vereinigten Staaten von Amerika, damals der weltweit größte CO2-Emittent, distanzierten sich jedoch zunächst ebenso wie einige wei- tere Nationen von dieser Vereinbarung.

Die im Protokoll vereinbarten Maßnahmen sollen Anreize schaffen, Emissionen zu reduzieren. Der Beschluss nennt verschiedene Instrumente, mit denen die Emissionsziele erreicht werden können, wie zum Beispiel den internationalen Emissionshandel.

Die Europäische Union (EU) hat im Zuge dieser Vereinbarung zugesichert, ihre CO2-Emissionen um 8 % bis zum Zeitraum 2008 bis 2012 zu reduzieren. Wegen der unterschiedlichen Lastverteilung innerhalb der EU hat die Bundes- republik Deutschland 21 % zugesichert, während anderen europäischen Ländern ein Anstieg ihrer Zahlen zugestanden wurde (z. B. Griechenland: +25 %). Bis zum Jahr 2020 war ursprünglich eine Emissionsreduktion von 30 % und bis 2 2040 von 70 % angepeilt worden. Diese Zielsetzung wurde jedoch in zahllosen Verhandlungen aufgegeben. Ende 2008 stimmte das EU-Parlament stattdessen dafür, 20 % Treibhausgasemissionsverminderung bis 2020 anzupeilen.

Momentan emittieren fast alle Länder eher mehr als weniger Kohlendioxid ge- genüber 1990. Dass Russland gemäß Abbildung 11 zumindest von 1990 zu 2003 eine löbliche Ausnahme bildete, lag vorrangig am Zusammenbruch der Industrie nach dem Zerfall der Sowjetunion, von dem sich die dortige Wirtschaft nur allmählich erholte. Speziell die Vereinigten Staaten von Amerika, die für einen Großteil des weltweiten CO2-Ausstoßes verantwortlich sind, steigerten ihren Anteil in der Vergangenheit deutlich. Mittlerweile gibt es allerdings auch von Seiten der US-Regierung deutliche Signale der Einsicht. Selbst dort wird der

ABB. 11: ENTWICKLUNG DER KOHLENDIOXIDEMISSIONEN WELTWEIT [Mio. t CO2 ]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quellen: UNFCCC, Bundesministerium für Wirtschaft und Technik

Klimawandel inzwischen als ernst zu nehmendes Problem angesehen. 2008 löste China offiziell die USA als Haupt-CO2-Emittent ab.

Deutschland bildet bei der CO2-Reduzierung fast schon eine Ausnahme und verfügt im Bereich der erneuerbaren Energien sowie bei der Klimadebatte über eine gewisse Vorreiterrolle. Die Bundesregierung erklärte 2007 in einer Regie- rungserklärung, der Ausstoß von Kohlendioxid solle in Deutschland bis zum Jahr 2020 gegenüber dem Vergleichsjahr 1990 um 40 % reduziert werden. Diese Vorgabe wird nach einhelliger Meinung als sehr ambitioniert bewertet. 2009 lag die Absenkung bei 28,7 %.

Gemeinsame Schritte zur Eindämmung der Kohlendioxidemissionen speziell im Fahrzeugsektor kommen nur langsam voran. Lange Zeit konnte europaweit keine Einigung bei der Beschränkung des CO2-Ausstoßes von Neuwagen erzielt werden. Eine Festlegung des Kohlendioxidausstoßes auf 120 g/km scheiterte an der Lobbyarbeit insbesondere deutscher Automobilkonzerne, so dass sich der EU-Umweltministerrat 2008 auf einen Grenzwert von 130 Gramm CO2 pro Kilometer verständigte. Ein Grenzwert von 120 g CO2 pro Kilometer soll erst ab 2015 gelten.

2.4.4 Schadstofffreisetzung

Je nach Energiewandlung und Einsatzgebiet werden verschiedene Energieträger verwendet. Dementsprechend unterschiedlich sind die Mengen sowie die Zusammensetzungen der jeweiligen Emissionen (Abb. 12). Für den Straßenverkehr werden vorrangig Otto- und Diesel-Motoren eingesetzt, die Benzin beziehungsweise Dieselöl verbrennen. In Kraftwerken können je nach Bauart Braun- oder Steinkohle, Erdgas und auch Erdöl verfeuert werden.

Im gesamten Verkehrssektor (Straßen-, Schienen-, Wasser- und Luftverkehr) werden über 60 % der insgesamt anfallenden NOx-Emissionen abgegeben. Der Verkehr ist darüber hinaus für über 55 % der CO-Emissionen verantwortlich, wobei der maßgebliche Anteil im Straßenverkehr von Pkw freigesetzt wird. Außerdem kommt mehr als ein Sechstel aller Kohlendioxidemissionen aus dem Fahrzeugsektor.

Staubemissionen sind nicht erst seit der Feinstaubdebatte von 2005 ein Pro- blem. Im Kfz-Sektor wird mittlerweile zwar gegen den weiteren Partikelausstoß vorgegangen, indem beispielsweise einige Städte Umweltzonen eingerichtet haben. Der Hauptemittent von Feinstaub ist jedoch die Industrie mit ihrer Viel- 2 zahl an chemischen und thermodynamischen Prozessen. Staub kann daher die unterschiedlichsten chemischen Zusammensetzungen aufweisen. Er sollte je- doch nicht mit Ruß verwechselt werden, der beispielsweise in Dieselaggregaten freigesetzt wird und an dem karzinogene polyzyklische Kohlenwasserstoffe haf- ten können.

Die im Verkehrssektor seit Jahren gültigen EURO-Abgasnormen (s. Tab. 3) spiegeln recht gut wieder, wie neue Techniken zu einer schrittweisen Ein- dämmung der Emissionen beigetragen haben. Die Regulierung der Schadstoff- grenzwerte, die es seit 1970 gibt, hat entscheidend daran mitgewirkt, dass die meisten Neufahrzeuge heute verglichen mit der Zeit vor der Abgasregulierung deutlich sauberer sind.

ABB. 12: VERGLEICH VERSCHIEDENER SCHADSTOFFQUELLEN

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

*: Land-, Forst und Bauwirtschaft, Militär-, Schienen-, Wasser- und Luftverkehr Quelle: Bundesministerium für Wirtschaft, 1999

[...]

Ende der Leseprobe aus 214 Seiten

Details

Titel
Alternative Kraftstoffe
Untertitel
Erdgas & Flüssiggas – Biodiesel & Pflanzenöl – Wasserstoff & Strom - Womit fahre ich am besten?
Autor
Jahr
2010
Seiten
214
Katalognummer
V193214
ISBN (eBook)
9783656228806
ISBN (Buch)
9783656230007
Dateigröße
112816 KB
Sprache
Deutsch
Anmerkungen
von Dipl.-Ing. Sven Geitmann
Schlagworte
alternative, Kraftstoff, Erdgas, Flüssiggas, Biodiesel, Pflanzenöl, Wasserstoff, Elektromobilität, Mobilität
Arbeit zitieren
Sven Geitmann (Autor), 2010, Alternative Kraftstoffe, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/193214

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