Energie. Wende. Jetzt.

Anlagen

Das gezeigte Material dient der punktuellen Erläuterung von Aussagen im Text. Keinesfalls ist beabsichtigt, eine zusammenfassende Darstellung der behandelten Sachverhalte zu liefern.

Anlage1

Relative Bodentemperaturverteilung in der Welt und in Europa Anfang 2019. Die Karten geben lediglich Momentaufnahmen wieder. Sie beschreiben das „Wetter“ und nicht das Klima. Sie belegen aber klar, wie weit die Erderwärmung (am Boden) bereits zugenommen hat. Man erkennt weiter die großen Unterschiede und den daraus resultierenden „kleinen“ globalen Mittelwert.

Anlage 2

Ziele des Klimaschutzgesetzes – Homepage des BMU: bmu.de/themen/klima-energie/klimaschutz/nationale-klimapolitik/klimaschutzgesetz/: „Das BMU hat im Februar 2019 den Entwurf eines Klimaschutzgesetzes zur Information und frühzeitigen Stellungnahme an das Bundeskanzleramt übersandt. Oberstes Ziel ist es, die gemeinsam vereinbarten Klimaschutzziele einzuhalten. Außerdem sollen die Verantwortlichkeiten eindeutig geregelt, Verlässlichkeit für alle Beteiligten geschaffen und Kompensationszahlungen bei Nichterreichung der Ziele vermieden werden. Der Gesetzentwurf sieht vor, dass alle Bereiche (zum Beispiel Verkehr, Industrie, Landwirtschaft, Energie, Gebäude) ein festes Einsparziel und jährlich sinkende Jahresemissionsmengen zugewiesen bekommen. Jedes Ministerium entscheidet in eigener Verantwortung, welche Maßnahmen es vorschlagen wird, um die erforderlichen Einsparungen zu erreichen. Wird das Ziel verfehlt soll mit einem Sofortprogramm umgesteuert werden. Das Klimaschutzgesetz soll in einem zweiten Schritt durch ein Maßnahmenprogramm ergänzt werden. Bereits vereinbart ist, dass die zuständigen Ministerien Vorschläge für Klimaschutzmaßnahmen in ihrem jeweiligen Bereich vorlegen. Zusätzlich wird ein eigenes Klimakabinett eingesetzt, in dem die rechtlich verbindliche Umsetzung der Klimaschutzziele für 2030 vorbereitet wird.“

Anlage 3

Zur Effizienzbetrachtung in der e-Mobilität. Wählt man das Fahrzeug als Referenzrahmen, ist die e-Mobilität klar das günstigste System, wenn man den spezifischen Energieeinsatz allein betrachtet. Außer Acht gelassen werden dabei die Effekte der Herstellung des Fahrzeugs und die Pfade zu dieser neuen Technologie. Betrachtet man aber die e-Mobilität im Energiesystem als Ganzes schlagen die Verluste für die Bereitstellung der Energie erheblich zu Buche.

Energieaufwand für einen Pkw mit unterschiedlichen Antriebssträngen. Blau: Effizienz im Fahrzeug, rot: Effizienz im europäischen Energiesystem. Nach (18)

Regulatorisch ist die Anerkennung der e-Mobilität als Nullemissionstechnologie sicher unzutreffend, da in Europa selbst im Jahre 2050 derzeit von einem Kohlenstoff-Fußabdruck des Stromsystems von 220 g CO2 pro kWh ausgegangen (15) wird, was zu systemischen Emissionen von ca. 150 g/km Fahrleistung führt.

Anlage 4

Es gibt viele Vorschläge für synthetische Kraftstoffe. Sie sollten nach den folgenden Kriterien ausgewählt werden:

  • Kompatibilität mit heutigen Infrastrukturen
  • Kompatibilität mit Motorsystemen
  • Machbarkeit mit heutigen Kraftstoffen (als Einführungshilfe)
  • Unterdrückung lokaler regulierter Emissionen (Stickoxide, Staub, VOC)
  • Energiedichte je nach Anwendungsfall.

Mögliche Strukturen sind im Schaubild angegeben.

Alle auf CO2 basierenden Molekülstrukturen und reiner Wasserstoff lassen sich in heutigen Verbrennungsmotoren nach geringfügigen Anpassungen einsetzen.

Kompatibilitäten mit Motorkonzepten und die massive Minderung lokaler Emissionen wurden eindeutig (19-24) nachgewiesen.

Anlage 5

Die Kombination von elektrischem Antrieb und vielen Optionen zur Energieversorgung jenseits einer relativ kleinen Batterie für Mittelstreckenfahrten verspricht einen sehr energiegünstigen Antriebsstrang, der „multimodal“ mit Energie versorgt werden kann.

Die Indikatoren „local“ und „remote“ beziehen sich auf die Quelle der Erneuerbaren Energie relativ zum Ort der Nutzung des Fahrzeuges (auf einer globalen Skala). Eine Realisation und ihre Verbrauchswerte findet man zum Beispiel bei Obrist.

Anlage 6

Die Internationale Energieagentur erstellte einen Bericht, aus dem das Potenzial Erneuerbarer Energien als Funktion des Ortes auf der Erde dargestellt ist. Die Maßeinheit ist in der folgenden Karte die Anzahl von Volllaststunden mit der Energiegewinnung aus Sonne und Wind zusammen genommen.

Aus: (25)

Lohnend vor allem für die Herstellung stofflicher Energieträger sind vor allem Regionen mit kumulativ mehr als 5000 Volllaststunden pro Jahr.

Anlage 7:

Der Deutsche Wetterdienst hat kumulativ für Europa die Sammeleffizienz von Wind und Sonnenkraftwerken ermittelt. Aus den Faktoren ergibt sich in Übereinstimmung mit Anlage 6, dass es in Deutschland mäßig gute Sammelstandorte gibt, die ungleichmäßig über das Land verteilt sind und nicht den Bedarfszentren entsprechen. Man versucht, dies durch den Netzausbau auszugleichen mit dem Leitbild der „Kupferplatte Deutschland“. Eine europäische Version dürfte viel zu aufwändig sein. Die Wandlung in Wärme und stoffliche Träger, also die „Sektorenkopplung“ als Alternative und als Transportform (siehe Abbildung 2) ist bisher nicht wesentlich in die Planung eingegangen.

Anlage 8

Deutschland unternimmt zahlreiche Ansätze einer europäischen Energiepolitik. In Summe scheint es aber, dass die Positionen, die Deutschland in Europa vertritt, eher retardierend und industriell-protektionistisch denn innovativ sind. Dies ist allerdings leider auch bei einigen anderen Nationen zu beobachten.

Aus: 6. Monitoringbericht zur Energiewende (BMWi 2018)

Anlage 9

Etwas detailliertere Version eines Kreislaufs für Erneuerbare Energie, der in Europa (und global) etabliert werden könnte. Alle nötigen Technologien sind prinzipiell, wenn auch mit sub-optimalen Prozesseffizienzen, verfügbar. Es sollte unbedingt vermieden werden, eine technische Monokultur zu schaffen. Vielmehr haben alle angegebenen Verfahren Vor-und Nachteile, die sich am besten in der gemeinsamen Nutzung ausgleichen lassen.

Die farbigen Pfeile deuten den Kreislauf des Kohlenstoffes an. „RES remote“ bezeichnet vom Nutzer entfernte Erneuerbare Energie, wobei „entfernt“ eine Distanz bedeutet, die sich mit Stromleitungen nicht ökonomisch überbrücken lässt. Ist die Entfernung geeignet für Stromtransport, gilt die Ressource als „lokal“. CCSS bezeichnet mit „carbon capture and solid storage“ das Verfahren der Mineralisation und Lagerung von ehemals biogenem Kohlenstoff.

Eine Projektion der Größe chemischer Speicher findet sich in der  ESYS-Stellungnahme „Sektorkopplung“ (2017) – siehe: solarify.eu/esys-sektorkopplung-optionen-fuer-naechste-phase-der-energiewende

 

Basierend auf: BMWi 2017-3 (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi): Energiedaten: Gesamtausgabe. Stand Mai 2017). In der Grafik sind die Primärenergiewerte für 2016 dargestellt. Für Biomasse ist hier der Energiegehalt der Ausgangsstoffe angegeben, während in den Modellrechnungen der Energiegehalt der hergestellten Energieträger angegeben ist.

Anlage 10

Die europäischen Energieziele in naher Zukunft scheinen nach Beurteilung der Bundesregierung (6. Monitoringbericht, 2018) gut erreichbar. Die Datenlage lässt diese Interpretation zu, gibt aber wenig Anlass zur Hoffnung, dass so die gewünschten ambitionierten weiteren Ziele erreichbar sein werden. Hier ist ein erheblicher „Aufbruch“ notwendig.

Anlage 11

Die Monitoring-Kommission für die Energiewende hat die folgenden Kriterien für die Feststellung des Fortschrittes der Energiewende in Deutschland in verschieden Zielkategorien festgelegt. (Quelle 6. Monitoring-Bericht zur Energiewende BMWi 2018)

Anlage 12

Zielsysteme für die Energieversorgung. In Deutschland wird folgender hierarchischer Ansatz verfolgt:

Neben dieser Hierarchie hat man eine Kategorie weiterer Ziele geschaffen, die neben den obigen Zielen stehen.

Eine zugehörige Liste der quantitativen Ziele hat man ebenfalls geschaffen.

Anlage 13:

Die Aufwendungen für Energieforschung sind in Europa erheblich. Deutschland nimmt hier eine führende Stellung ein. Auch im nationalen Forschungsprogramm wird viel für Energieforschung getan.

 

 

Quelle: Bericht zum 6. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung (BMWi, 2018)

Anlage 14

Strompreise sind trotz ihrer Spitzenwerte in der EU der relativ geringste Anteil im Energiebudget deutscher Privathaushalte. In der Summe geben die Privathaushalte etwas mehr als 100 Milliarden Euro jährlich für hauptsächlich fossile Energie aus. Stromkosten für Industrieunternehmen setzen sich anders zusammen. Je nach Ausnahmeregelung bezahlen sie zwischen ca. 6 und 15 Cent/kWh. Der Anteil der Stromkosten an den Produktionskosten variiert sehr stark von Branche zu Branche in der Spanne von 0,5 % bis etwa 6 % mit einem Mittelwert von etwa 3 % (Quelle BMWi Daten 2018).

Anlage 15

Die Gesamtkosten des Umbaus des Energiesystems hängen stark von den politisch angestrebten Zielen ab (hier als CO2-Einsparziel definiert). Sie steigen stark überproportional mit ambitionierten Zielen, die eventuell zweifelhaft in ihrer nachhaltigen Wirkung sein können. Man beachte den Referenzwert für die nötigen kumulierten Investitionen der ohnehin fällig wird, selbst wenn keine weiteren Maßnahmen zum Umbau des Energiesystems ergriffen werden.

(Quelle; esys: Stellungnahme „Sektorenkopplung (2017))

Anlage 16

Beispielhafte Vorschläge für „Vorabmaßnahmen“, die das Klimakabinett zusätzlich zu existierenden Aktionen ergreifen könnte. Sie sind so konzipiert, dass sie deutlich sichtbar werden und als Teile einer dauerhafteren Strategie dienen. Sie testen die Bereitschaft der Akteure auch „schmerzhafte“ Maßnahmen mitzutragen. Die folgenden Stichpunkte müssten zu ausgearbeiteten Optionen entwickelt werden. Sie sind weder nach Priorität noch zeitlicher Reihenfolge geordnet.

  1. Auftrag an das BMBF, eine Informations- und Kommunikationsstruktur zu realisieren, die eine breite Beteiligung der Bürger ermöglicht. Verantwortungen für Inhalte festlegen. Geeignete Begleitforschung einrichten. Ressourcen hinreichend nachhaltig bereitstellen. Beginn mit Piloten in 2020.
  2. Stilllegungsprämien für Kohlekraftwerke degressiv gestalten. Wenn bis 2022 stillgelegt wird, gibt es die vereinbarte Prämie, danach für jedes Jahr 10 % Abzug. Verpflichtung, die Prämien in nationale Energieinfrastruktur nachweislich zu investieren.
  3. Kohleregionen als industrielle Standorte für die systemische Energieindustrie erhalten und ertüchtigen. Alle Strukturmaßnahmen darauf ausrichten. Tätigkeiten: Ersatzstrom für volatile Erneuerbare, power2X-Produkte wie Kraftstoffe. Dies nicht mehr nur erforschen sondern umsetzen.
  4. Dazu diese Gebiete sofort zu Ausnahmeregionen erklären, in denen der Gebrauch von Erneuerbaren Energien nicht den Regelungen des EEG unterliegt.
  5. Ertüchtigung der Wasserstoff-Infrastruktur durch nationale Vernetzung und Erweiterung um Pipeline-Systeme in den Süden Europas.
  6. Parallel Aufbau einer Wasserstofferzeugung in industriellem Maßstab in Südeuropa (siehe Anlage 7). Schaffung der regulatorisch gesicherten Rahmenbedingungen für diese europäische Kooperation.
  7. Vorantreiben der Konzepte zu Reallaboren mit attraktiven Rahmenbedingungen in ganz Deutschland.
  8. Vorbereitung der Beendigung der EEG-Regelungen in ganz Deutschland. Dies gleichzeitig mit der Einführung einer Bepreisung von CO2. Auftrag an das BMWi dazu mehrere Optionen unter Berücksichtigung der europäischen Dimension zu erarbeiten.
  9. Priorisierung des Umbaus der regulatorischen Bedingungen gemeinsam mit der Wirtschaft, um die Nutzung und die dringend nötigen Zubauten an Erneuerbaren effektiv zu koordinieren.
  10. Erneuerbare Energie ohne EEG-Auflagen in die Wärmeerzeugung einkoppeln.
  11. Einführung des generellen Tempolimits.
  12. Planung plausibilisieren, wie grüner Wasserstoff und grüner Strom in Deutschland für den Verkehr verfügbar gemacht wird, wie diese Ressourcen mit den übrigen Anforderungen geteilt werden, und wer für die Versorgung die Verantwortung (und Kosten) übernimmt.
  13. Europäische Harmonisierung der Einrichtung von Ladeinfrastrukturen und Wasserstofftankstellen, um einen grenzüberschreitenden Verkehr zu garantieren.
  14. Produktion und schrittweise Einführung synthetischer Kraftstoffe in geeigneten Segmenten vor allem des Schwerverkehrs.
  15. Einrichtung einer interministeriellen Koordinierungsstruktur für die Energieforschung mit subsidiären Einheiten. Die existierenden Strukturen stark straffen, arbeitsfähig machen und einen Weg zur Umsetzung der Beschlüsse definieren.

Literatur und Quellen

  1. Rockstrom J., Gaffney O., Rogelj J., Meinshausen M., Nakicenovic N., Schellnhuber HJ. CLIMATE POLICY A roadmap for rapid decarbonization. Science. 2017;355(6331):1269-71.
  2. Ausfelder F., Beilmann C., Bertau M., Brauninger S., Heinzel A., Hoer R., et al. Energy Storage Technologies as Options to a Secure Energy Supply. Chemie Ingenieur Technik. 2015;87(1-2):17-89.
  3. Schlögl R. Pack die Sonne in den Tank: Zur Weiterentwicklung nachhaltiger Energiesysteme. Angew Chem. 2018;131:349-54.
  4. Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina (2013): Bioenergie – Möglichkeiten und Grenzen. : Leopoldina; 2013.
  5. Abanades JC, Rubin ES, Mazzotti M., Herzog HJ. On the climate change mitigation potential of CO2 conversion to fuels. Energy & Environmental Science. 2017;10(12):2491-9.
  6. Leitner W., Klankermayer J., Pischinger S., Pitsch H., Kohse-Hoinghaus K. Advanced Biofuels and Beyond: Chemistry Solutions for Propulsion and Production. Angewandte Chemie-International Edition. 2017;56(20):5412-52.
  7. Hariharan S., Mazzotti M. Kinetics of flue gas CO2 mineralization processes using partially dehydroxylated lizardite. Chemical Engineering Journal. 2017;324:397-413.
  8. Klankermayer J., Wesselbaum S., Beydoun K., Leitner W. Selective Catalytic Synthesis Using the Combination of Carbon Dioxide and Hydrogen: Catalytic Chess at the Interface of Energy and Chemistry. Angewandte Chemie-International Edition. 2016;55(26):7296-343.
  9. Truffer B., Schippl J., Fleischer T. Decentering technology in technology assessment: prospects for socio-technical transitions in electric mobility in Germany. Technological Forecasting and Social Change. 2017;122:34-48.
  10. Altenburg T., Schamp EW, Chaudhary A. The emergence of electromobility: Comparing technological pathways in France, Germany, China and India. Science and Public Policy. 2016;43(4):464-75.
  11. Gust D., Moore TA, Moore AL. Solar Fuels via Artificial Photosynthesis. Accounts of Chemical Research. 2009;42(12):1890-8.
  12. Palzer A., Henning HM. A Future German Energy System with a Dominating Contribution from Renewable Energies: A Holistic Model Based on Hourly Simulation. Energy Technology. 2014;2(1):13-28.
  13. Reuss M., Grube T., Robinius M., Preuster P., Wasserscheid P., Stolten D. Seasonal storage and alternative carriers: A flexible hydrogen supply chain model. Applied Energy. 2017;200:290-302.
  14. Henning HM, Palzer A. A comprehensive model for the German electricity and heat sector in a future energy system with a dominant contribution from renewable energy technologies Part I: Methodology. Renewable & Sustainable Energy Reviews. 2014;30:1003-18.
  15. Artz J., Muller TE., Thenert K., Kleinekorte J., Meys R., Sternberg A., et al. Sustainable Conversion of Carbon Dioxide: An Integrated Review of Catalysis and Life Cycle Assessment. Chemical Reviews. 2018;118(2):434-504.
  16. Smit B, Graham R., Styring P., Yao J., Clough P., Lee JSM, et al. CCS – A technology for the future: general discussion. Faraday Discussions. 2016;192:303-35.
  17. Schlögl R. Die mobilisierte Energiewende. Angew Chem. 2017;129(37):11164-7.
  18. Lombardi L., Tribioli L., Cozzolino R., Bella G. Comparative environmental assessment of conventional, electric, hybrid, and fuel cell powertrains based on LCA. International Journal of Life Cycle Assessment. 2017;22(12):1989-2006.
  19. Hartl M., Seidenspinner P., Jacob E, Wachtmeister G. Oxygenate screening on a heavy-duty diesel engine and emission characteristics of highly oxygenated oxymethylene ether fuel OME1. Fuel. 2015;153:328-35.
  20. Deutsch D., Oestreich D., Lautenschutz L., Haltenort P., Arnold U., Sauer J. High Purity Oligomeric Oxymethylene Ethers as Diesel Fuels. Chemie Ingenieur Technik. 2017;89(4):486-9.
  21. Iannuzzi SE, Barro C., Boulouchos K., Burger J. Combustion behavior and soot formation/oxidation of oxygenated fuels in a cylindrical constant volume chamber. Fuel. 2016;167:49-59.
  22. Maus W., Jacob E. Future-safe combustion-engined Drives – The Role of sustainable Fuels. Liebl J., Beidl C., editors2015. 283-4 p.
  23. Omari A., Heuser B., Pischinger S. Potential of oxymethylenether-diesel blends for ultra-low emission engines. Fuel. 2017;209:232-7.
  24. Deutz S., Bongartz D., Heuser B., Katelhon A., Langenhorst LS, Omari A., et al. Cleaner production of cleaner fuels: wind-to-wheel – environmental assessment of CO2-based oxymethylene ether as a drop-in fuel. Energy & Environmental Science. 2018;11(2):331-43.
  25. Philibert C. Renewable Energy for Industry. Paris: International Energy Agency; 2017.