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Nachhaltig nutzbare Energie

Welche Energieträger sind nachhaltig nutzbar?

Es wurde herausgearbeitet, dass eine künftige Energieversorgung nur nachhaltig sein kann, wenn sie in Sinne der Ausführungen in diesem Artikel kohlenstofffrei ist. Damit scheiden alle fossilen Energieträger als nachhaltige Brennstoffe aus, solange das emittierte CO2 nicht umgehend aus der Atmosphäre entfernt bzw. vorher aus dem Abgas abgespalten wird. Über die Möglichkeit der Sequestrierung wurde bereits diskutiert, sie erscheint nicht als adäquate Lösung, sodass die Nutzung fossiler Energieträger tatsächlich global als „nicht nachhaltig“ bezeichnet werden kann. Kernenergie ist laut [GEMIS 6.1] mit einem CO2-Äquivalent von 29 g/kWh die derzeit (abgesehen von Windkraft) sauberste, in großem Maßstab genutzte Energieform (vgl. auch Abbildung 1). Trotzdem kann sie als Hochrisikotechnologie nicht als nachhaltig bezeichnet werden. Geothermische Energie ist streng genommen nicht regenerierbar und erfüllt daher das Kriterium der Nachhaltigkeit nicht. Allerdings kann sie recht gefahrlos als Übergangstechnologie genutzt werden. Es bleibt die durch den Umlauf des Mondes um die Erde freigesetzte Gezeiten- oder Meeresenergie, die als unerschöpflich angenommen werden kann, sowie die Energie welche die Sonne noch für einige Milliarden Jahre auf die Erde strahlt (Windenergie, Wasserkraft, solarthermische und solarelektrische Energie, Biomasse). Diese Energiequellen haben das Potential, nachhaltig zu sein, weil sie prinzipiell CO2-frei und regenerierbar sind. Ob Energie aus diesen Quellen tatsächlich nachhaltig ist, hängt von deren Nutzung ab. Sicher nicht nachhaltig sind beispielsweise Plantagen zur Produktion von Palmöl, für die Urwald gerodet (hierbei wird ein CO2-Speicher „entladen“) und der Boden der Erosion preisgegeben und so in wenigen Jahren unfruchtbar wird. Auch nicht nachhaltig ist die energetische Nutzung von Biomasse, wenn sie in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion tritt.

Spätestens an dieser Stelle wird deutlich, dass es nicht nur auf die Art der Energiequelle, sondern entscheidend auch auf Art und Umfang der Nutzung ankommt. Und auch hier leuchtet abermals ein, dass nicht genutzte Energie die nachhaltigste ist, was das Primat der Effizienz unterstreicht. Trotz einer sich ständig verbessernden Effizienz der Energieumwandlung (z. B. Dampfmaschine anfänglich unter einem Prozent, später bis zu 16 %, Ottomotor ca. 30 %, elektronisch kommutierter Elektromotor größer 90 % Wirkungsgrad) weist die Entwicklung des weltweiten Pro-Kopf-Energiebedarfes steil nach oben. Diese Entwicklung verlief lange Zeit proportional zur Entwicklung des Bruttosozialprodukts, welches als ein Gradmesser für den Wohlstand dient. Erst in jüngster Zeit findet in den hoch entwickelten Ländern Nord- und Mitteleuropas eine Entkopplung von Energieverbrauch und Wohlstand statt. Das Paradigma „höherer Energieverbrauch ist gleich höherer Wohlstand“ beginnt zu bröckeln. In Zukunft wird die Formel „höhere Ressourcenproduktivität ist gleich höherer Wohlstand“ lauten. Mit der menschlichen Existenz ist jedoch unabdingbar ein Energiekonsum verbunden, wir werden immer Energie „verbrauchen“ und müssen uns die Frage stellen, in welchem Umfang das nachhaltig möglich ist.

Zum Mengengerüst nachhaltig verfügbarer Energie

Heutiger Umsatz, Potential und Studien zur Verfügbarkeit

Der derzeitige Primärenergieumsatz der Welt liegt bei etwa 500 EJ/a entsprechend 140 PWh/a oder 140*109 kWh/a. Davon entfällt ca. 1/3 auf den Betrieb von Gebäuden. Folgend wird angenommen, dass dies auch in Zukunft so bleibt. Durch die wachsende Bevölkerungszahl und das Aufholen der Entwicklungs- und Schwellenländer muss zunächst mit einem dramatischen Anstieg des Bedarfes an Energiedienstleistungen gerechnet werden. Die Internationale Energieagentur geht von einem Anstieg des Energiebedarfs auf fast 800 EJ/a im Jahr 2050 aus. Entscheidend zu viel für eine nachhaltige Energieversorgung, wie im Folgenden gezeigt wird.

Die solare Einstrahlung auf die Erdoberfläche beträgt mit etwa 1,5 EWh/a oder 150*1013 kWh/a, das etwa 10.000-fache des heutigen Primärenergieumsatzes. Grundsätzlich ist also genug Energie verfügbar. Wie viel dieser Energie jedoch schadlos und in einem ökonomisch sinnvollen Rahmen genutzt werden kann, darüber gehen die Meinungen weit auseinander. In den letzten Jahren sind zu diesem Thema zahlreiche Studien entstanden. Dieser Beitrag konzentriert sich auf die im Auftrag von Greenpeace und dem European Renewable Energy Council erstellte Studie „Greenpeace energy [r]evolution 2010“ [e[r]e 2010]. Gründe für diese Entscheidung sind folgende Merkmale der Studie:

  • Naturschutz und Biodiversität haben Vorrang
  • Keine Atomkraft und kein CSS
  • Dezentrale Versorgung steht im Vordergrund
  • Basiert auf heute verfügbaren Technologien
  • Betrachtet nur Optionen, die wirtschaftlich sinnvoll erscheinen
  • Ambitionierte Steigerungen der Energieeffizienz
  • Bezüglich der Verfügbarkeit „Erneuerbarer“ eher konservativ
  • Greenpeace ist eine international anerkannte NGO, der allgemein großes Vertrauen entgegengebracht wird. Das ist positiv für die Akzeptanz der Studie.


Die Studie unterscheidet die Szenarien „energy [r]evolution“ (e[r]e) mit dem Ziel den CO2-Ausstoß bis 2050 auf 10 Gt/a zu reduzieren, um den Anstieg der globalen Jahresdurschnittstemperatur auf 2 °C zu begrenzen, und „advanced energy [r]evolution“ (ae[r]e) mit einer Reduktion des CO2-Ausstoßes auf 3,3 Gt im Jahr 2050 durch einen beschleunigten Ausbau erneuerbarer Energieträger. Beide Studien umfassen einen Zeitraum bis 2050 (siehe dazu auch den Artikel „Nachhaltige Energieversorgung: Lösungsansätze für den Sektor der privaten Haushalte in Deutschland bis 2050“ von Rainer Vallentin im Protokollband Nr. 46 des Arbeitskreises kostengünstige Passivhäuser).

Zur Biomasseverfügbarkeit

Beide Szenarien der „Greenpeace energy [r]evolution 2010“ lassen einen Energiepflanzenanbau und damit die Gewinnung von Energie aus Biomasse (ausgenommen Bioenergie aus Rest- und Abfallstoffen, welche allerdings einen hohen Anteil ausmachen) außer Acht. Nach Meinung des Passivhaus Instituts ist diese Annahme zu pessimistisch, weshalb die Szenarien um einen nachhaltig vertretbaren Anteil Biomasse erweitert wurden. Die Grundlage dieser Erweiterung bildet eine Studie des Deutschen BiomasseForschungsZentrums (DBFZ) in Leipzig [DBFZ 2008], die für eben diese Greenpeace-Studie erstellt wurde. Klar ist jedoch, dass das Biomassepotential aufgrund der Nahrungsmittelkonkurrenz und unter der Prämisse einer nachhaltigen Landwirtschaft stark begrenzt ist. Zudem ist die Verfügbarkeit in den Regionen der Welt stark divers. Auf der kompletten Südhalbkugel wird de facto alle verfügbare Anbaufläche zur Nahrungsmittelproduktion benötigt, während lediglich auf der Nordhalbkugel Biomasse zur energetischen Nutzung in nennenswertem Umfang zur Verfügung steht (vgl. Abbildung 5). Allerdings passt das solarelektrische Angebot und der Energiebedarf auf der Südhalbkugel deutlich besser zusammen, als auf der Nordhalbkugel, sodass der Bedarf an (speicherbarer) Bioenergie dort auch geringer ist, als auf der Nordhalbkugel (vgl. Abschnitt Energieerzeugung in Zusammenhang mit dem Gebäude, Teilabschnitt Photovoltaik versus thermische Solaranlage zur Warmwasserbereitung).

Abbildung 5 zeigt die weltweite Verfügbarkeit von Bioenergie aus Energiepflanzenanbau in zwei unterschiedlichen Szenarien. Im ersten sind die Potentiale bei streng ökologischer Bewirtschaftungsweise abgebildet. Hier ist das zum Betrieb von Gebäuden verfügbare Potential mit ca. 1 kWh pro Quadratmeter Energiebezugsfläche und Jahr tatsächlich marginal (zur Ermittlung dieses Wertes wurde eine Weltbevölkerung von 11 Milliarden Menschen angenommen und der heutige durchschnittliche Bedarf an temperierter Fläche in Deutschland auf die Welt übertragen). Das zweite Szenario geht von etwas weniger strengen Anforderungen an die ökologische Landwirtschaft aus (jedoch wird auch hier von einem Abholzungsstopp und von einer „sanfteren“ Landwirtschaft ausgegangen. In der Studie wird diese Variante Basic-Scenario genannt), der weitaus größere Teil der auf ca. 6,7 kWh/(m²a) erhöhten Verfügbarkeit geht jedoch auf eine Ernährungsumstellung hin zu einem geringeren Fleischkonsum zurück. Dieser orientiert sich an den Vorschlägen der Welt-Gesundheitsorganisation für eine gesunde Ernährungsweise. Auch in diesem Szenario zeigt sich, dass auf der kompletten Südhalbkugel (mit Ausnahme Neuseelands) keine Flächen für den Biomasseanbau zur Energiegewinnung verfügbar sind.

Zur Situation in Deutschland wird auf den Arbeitskreis kostengünstige Passivhäuser Nr. 36 zum Thema „Heizung mit Biobrennstoffen für Passivhäuser“ [AkkP 36], und dort auf den Beitrag von Joachim Nitsch [Nitsch 2007] verwiesen, der ein Gesamt-Primärenergiepotential für Biomasse ca. 1600 PJ/a im Jahr 2050 angibt. Dies entspricht einem Anteil ca. 33 kWh/(m²a) für den Gebäudebetrieb.

Abbildung 5:
Verfügbare Energie aus Biomasse durch Energiepflanzenanbau (MJ/Person pro Jahr)
in unterschiedlichen Szenarien.


Quelle: [DBFZ 2008]


Nachhaltig verfügbare Primärenergie

Wie aus Abbildung 6 ersichtlich, stehen nach obigen Annahmen im Jahr 2050 zwischen 220 EJ/a (Szenario e[r]e) und 340 EJ/a (Szenario ae[r]e mit sanfter Landwirtschaft und Ernährungsumstellung) Primärenergie, entsprechend 42 - 67 kWh/(m²a) für den Betrieb von Gebäuden zur Verfügung. Das ist selbst für Passivhäuser und unter der Prämisse, dass sich der Primärenergiefaktor bzw. KEV-Faktor von Strom bis 2050 erheblich reduziert, sehr anspruchsvoll.

Eine vollständig dekarbonisierte Energieversorgung ist bis ins Jahr 2050 jedoch gar nicht notwendig (und auch ökonomisch nicht sinnvoll). Die vollständige Umstellung auf erneuerbare Energien kann länger dauern. Daher hat das PHI die Studie auf der Basis des in der Publikation der Studie verfügbaren Datenmaterials bis in das Jahr 2120 interpoliert (vgl. Abbildung 7). Demzufolge sind zwischen 69 und 87 kWh/(m²a) nachhaltig verfügbar. Das ist bereits heute mit Passivhäusern erreichbar und vor dem Hintergrund sinkender KEV-Faktoren zukünftig kein Problem. Hieraus kann geschlossen werden, dass eine nachhaltige Energieversorgung mit Gebäuden, basierend auf dem Passivhaus-Konzept, möglich ist.

Abbildung 6:
Weltweit nachhaltig verfügbare Energie im Jahr 2050.


Quellen: [e[r]e 2010], [DBFZ 2008], PHI


Abbildung 7:
Weltweit nachhaltig verfügbare Energie zwischen 2000 und 2120.


Quellen: [e[r]e 2010], [DBFZ 2008], PHI


Siehe auch

Vorhergehende Abschnitte

Zur künftigen Bewertung des Energiebedarfs von Passivhäusern - Die CO2-Problematik, Forschungs- und Entwicklungsbedarf / Fazit, Literaturangaben

Primärenergie, kumulierter Energieverbrauch (KEV)

Nachfolgende Abschnitte

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