Path:

Full text: Informationen zum Thema "Erneuerbare Energien"

Informationen zum Thema „Erneuerbare Energien“:
Hintergründe, Fakten und Perspektiven.

Statt eines Vorwortes.
Im Dezember 2015 haben sich auf der Klimakonferenz in
Paris über 190 Staaten auf ein Abkommen zum Schutz des
Weltklimas geeinigt. Danach bekennt sich die Weltgemeinschaft völkerrechtlich verbindlich zu dem Ziel, die Erderwärmung bis 2100 auf unter 2 °C zu begrenzen. Weiterhin
wurde vereinbart, dass die Welt in der zweiten Hälfte des
Jahrhunderts treibhausgasneutral werden soll.
Diese ambitionierten Ziele haben zur Folge, dass ein Abschied
von den fossilen Energieträgern Kohle, Öl und Gas unausweichlich wird. Sonne, Wind und Wasser werden bei der Energieversorgung zukünftig eine noch größere Rolle spielen als
bisher. Doch ist eine Umstellung auf erneuerbare Quellen
realistisch? Welche Energieformen kommen dafür in Frage?
Und können sie eine ausreichende Energieversorgung gewährleisten?
Mit dieser Broschüre will die Allianz Umweltstiftung Antworten
auf diese und zahlreiche andere Fragen geben. Dazu wird
zunächst der aktuelle Stand der weltweiten Energieversorgung dargestellt. Welche erneuerbaren Energiequellen zu
einem Umsteuern zur Verfügung stehen, wie sie genutzt werden
und welche Potenziale sie jeweils besitzen, stellt einen weiteren
Schwerpunkt dieser Broschüre dar. Schließlich zeigen wir
auf, wie Experten die Energiewende in Deutschland umsetzen
wollen.
Die Allianz Umweltstiftung möchte mit dieser Broschüre zu
einem besseren Verständnis der Energiewende beitragen und
wünscht Ihnen eine bereichernde Lektüre.

Inhalt.
Informationen zum Thema „Erneuerbare Energien“:
Hintergründe, Fakten und Perspektiven.

2

Energie bewegt unsere Welt.

4

Energie aus der Vergangenheit.

6

Fossil in die Zukunft?

10

Unerschöpfliche Energie.

12

Energie aus der Sonne.

16

Energie aus Wasser.

18

Energie aus Wind.

20

Energie aus Biomasse.

22

Energie aus der Tiefe.

24

Regenerativ in die Zukunft?

28

Energiesparen als Energiequelle.

30

Eine neue Energieversorgung.

36

Hundert Prozent erneuerbar?

38

Glossar.

42

Literatur und Internet.

44

Allianz Umweltstiftung.
Folien.
Impressum.
Zahlen und Daten.

Energie bewegt unsere Welt.
„Wohltätig ist des Feuers Macht und was er (der Mensch) bildet, was er schafft,
das dankt er dieser Himmelskraft.“ (Das Lied an die Glocke, Friedrich Schiller, 1759–1805)

Dieses Kapitel beleuchtet
• die Bedeutung von Energie für das menschliche Leben
• den Energiebedarf der Welt und Deutschlands
• die Herausforderungen für die Energieversorgung von morgen.

verbrauch beim Verbraucher. Dort kommt es, z. B.
in technischen Geräten, zu weiteren Umwandlungen und Verlusten, sodass dem Verbraucher dann
für die eigentliche Energiedienstleistung nur noch
die so genannte Nutzenergie zur Verfügung steht.

Ohne Energie geht nichts.

Energieversorgung I.
Folie 1

Strom, Wärme, Mobilität:
ohne ausreichend Energie
ist unser heutiges Leben
nicht denkbar.

Wie selbstverständlich kommt für uns Strom aus
der Steckdose, heißes Wasser aus der Leitung
und Treibstoff aus der Zapfsäule. Wir benötigen
Energie zum Heizen und Kühlen, wir erzeugen
mit ihr Licht, transportieren Personen und Güter
und betreiben Geräte und Maschinen. Eine
zuverlässige und ausreichende Energieversorgung
ist Grundlage unseres Lebensstandards und unseres
Alltagslebens.
Der Pro-Kopf-Energieverbrauch in Deutschland
ist dabei um einiges höher als in den meisten
anderen Weltregionen (Abb. 1.1). In diese statistische Größe fließt nicht nur der direkte Energieverbrauch ein, z. B. durch Heizen oder Auto
fahren, sondern auch der indirekte Verbrauch.
Denn jedes Produkt, das wir konsumieren,
wurde unter Energieaufwand hergestellt und
transportiert – und muss meist auch unter
Energieaufwand entsorgt werden. Auch Dienstleistungen, die wir in Anspruch nehmen, sind
mit Energie verbunden. Ebenso integriert in den
indirekten Verbrauch sind allgemeine energierelevante Leistungen des Staates, die anteilig auf
jeden Bundesbürger verteilt werden.

Was ist Energie?
Energie wird bei der Nutzung im physikalischen
Sinne allerdings nicht verbraucht, sondern nur in
eine andere Form umgewandelt, so z. B. bei der
Verbrennung von Kohle deren Energieinhalt in
Wärme. Verbraucht wird „nur“ die Kohle selbst,
also der Energieträger. Energie, die durch einen
Energieträger wie Kohle, Erdöl oder auch Wind
und Sonne bereitgestellt wird, bezeichnet man
als Primärenergie. Primäre Energieträger können
in sekundäre Energieträger – z. B. Strom, Fernwärme oder Kraftstoffe wie Benzin und Diesel –
umgewandelt werden. Dabei geht allerdings
Energie im o. g. Sinn „verloren“, weitere
Umwandlungsverluste entstehen bei der Energieübertragung. Damit liegt der Primärenergie ver brauch meist deutlich über dem Endenergie 2

i

Mehr Wärme als Licht
Als klassisches Beispiel für Energie-„verluste“
gilt die alte Glühbirne. Vom ursprünglichen
Energiegehalt der Kohle, die im Kraftwerk verfeuert wird, verbleiben durch Verluste bei der
Umwandlung in Strom, bei der Leitungsübertragung und dann selbst in der Glühbirne nur
noch ca. 3 % für die eigentliche Energiedienstleistung, die Beleuchtung. Der Rest verpufft als
Wärme.

Immer mehr Energie.
Die Geschichte der Menschheit ist eng verbunden
mit einer immer intensiveren Energienutzung.
Anfangs stand dem Menschen nur seine eigene
Muskelkraft zur Verfügung. In der Steinzeit spendeten Holzfeuer Wärme, beim Übergang zur
Bronzezeit wurde Feuer zur Metallgewinnung
eingesetzt. Die Kraft der Tiere erleichterte schon
früh Feldarbeit, Fortbewegung und Transport.
Wind und Wasser trieben Schöpfanlagen und
Mühlen an, jahrhundertelang gründete sich der
Welthandel auf windbewegte Segelschiffe.
Einer der wichtigsten Energieträger weltweit war
(und ist) Holz – mit entsprechenden Folgen für
die Wälder. In Mitteleuropa konnten diese schon
im Mittelalter den enormen Bedarf z. B. für
Salzgewinnung (Salinen) oder Eisenherstellung
nicht mehr decken. Entlastung brachte erst die
großmaßstäbliche Nutzung von Kohle (und später
Erdöl), die gleichzeitig die industrielle Revolution
einleitete. Dampfmaschine, Verbrennungsmotor,
elektrischer Strom sowie viele weitere technische Neuerungen verdrängten ab Mitte des
19. Jahrhunderts zunehmend Handarbeit,
Wind- sowie Wasserkraft und ermöglichten eine
beispiellose technische und wirtschaftliche Entwicklung. Damit erhöhte sich wiederum die Nachfrage
nach Energie und neuen Brennstoffen, sodass
im 20. Jahrhundert zusammen mit einer stark
wachsenden Weltbevölkerung der weltweite
Energieverbrauch drastisch anstieg (Abb. 1.2).

Noch nicht am Höhepunkt.
Die Internationale Energieagentur (IEA) rechnet
bis 2040 mit einem weiteren Anstieg des Weltenergieverbrauchs um 37 % (im Vgl. zu 2014).
Grund ist neben der weiter wachsenden Weltbevölkerung auf dann vermutlich 9 Milliarden
Menschen (2014: 7,3 Mrd.) der enorme Aufholbedarf in den Entwicklungs- sowie v. a. den
Schwellenländern wie China und Indien. Denn
weltweit bestehen beim Energieverbrauch sehr
große Unterschiede. 18 % der Weltbevölkerung
leben in den Industriestaaten und sind für 40 %
des weltweiten Primärenergieverbrauchs verantwortlich. Bewohner der ärmsten Länder wie
Eritrea oder Bangladesch kommen mit einem
Bruchteil der Energie aus, die Bewohner der
westlichen Industriestaaten verbrauchen (Abb.
1.1). Circa 1,2 Milliarden Menschen haben
keinen direkten Zugang zu Elektrizität.

Energieverbrauch in Deutschland (Abb. 1.3):
Stabilisierung auf hohem Niveau.

Kraftstoffe gegliedert werden. Dabei macht der
Wärmebereich über die Hälfte des gesamten
Endenergieverbrauchs aus, bei den privaten
Haushalten sogar 90 % (Abb. 1.4).

Wie weiter?

Wir brauchen Energie – Tag für Tag!
Der Primärenergieverbrauch Deutschlands pro
Tag würde, umgerechnet in den Energiegehalt
von Superbenzin, fast 30.000 Tanklastzüge
füllen. Die Sattelzüge aneinandergereiht ergäben
einen Stau auf der A9 vom Kreuz München
Nord bis zum Autobahndreieck Potsdam kurz
vor Berlin, das sind ca. 540 km.

Der überwältigende Teil der weltweiten Energieversorgung beruht auf den fossilen Energieträgern
Kohle, Erdöl und Erdgas sowie Kernenergie. Auch
in Deutschland decken sie über 80 % des Primärenergieverbrauchs. Doch hat diese Form der
Energieversorgung auf Dauer eine Zukunft?
• Fossile Energieträger sind prinzipiell endlich,
ihre Förderung wird zunehmend aufwändiger
und teurer.
• Bei der Verbrennung fossiler Energieträger
entstehen Treibhausgase, die zum Klimawandel
beitragen. So ist die Energiewirtschaft weltweit
zu 80 % an den CO2-Emissionen beteiligt (in
Deutschland zu 83,5 %).

In den meisten Industrieländern hat sich der
Energieverbrauch in den letzten Jahren stabilisiert, allerdings auf hohem Niveau. In Deutschland ist der Primärenergieverbrauch bei nahezu
stagnierender Bevölkerungszahl, aber wachsender Wirtschaftsleistung seit Jahren fast unverändert, 2014 lag er bei 13.132 PJ.
Nach Abzug der Umwandlungsverluste verteilt
sich der Großteil des Endenergieverbrauchs
in nahezu gleichen Anteilen auf die Sektoren
Verkehr, Industrie und Haushalte (Abb. 1.3). Der
Energieverbauch kann auch in sekundäre
Anwendungsbereiche wie Wärme, Strom und

Um die Folgen des Klimawandels einigermaßen
beherrschbar zu halten, hat sich die Weltgemeinschaft auf das Ziel verständigt, die Jahresmitteltemperatur der Erde bis 2100 nicht über 2 °C im
Vergleich zum vorindustriellen Niveau ansteigen
zu lassen. Als Ergebnis des Klimagipfels 2015 in
Paris wird sogar ein Zielwert von 1,5 °C angestrebt.
Dieses Ziel ist mit dem aktuellen, v. a. auf fossile
Energien beruhenden Energiesystem nicht zu
schaffen. Doch welche Alternativen gibt es? Ist
die von Experten geforderte „große Transformation“ hin zu regenerativen Energieträgern möglich?
Und wenn ja, wie schnell? Mit diesen Fragen
befasst sich die vorliegende Broschüre.

i

Energieverbrauch weltweit
(Abb. 1.1): extrem ungleich.

Weltbevölkerung und
Energieverbrauch (Abb. 1.2):
Tendenz steigend.
Angaben in %

Das Wichtigste in Kürze:
• Wohlstand und Energieverfügbarkeit hängen eng zusammen. Das Bevölkerungswachstum und das
Streben nach wirtschaftlichem Aufschwung in den Schwellen- und Entwicklungsländern werden den
Energiebedarf weiter steigen lassen.
• In Deutschland stagniert der Energieverbrauch auf relativ hohem Niveau. Er verteilt sich annähernd
gleich auf die Sektoren Verkehr, Industrie und private Haushalte.
• Der überwiegende Teil der Energieversorgung beruht auf fossilen Energieträgern (Öl, Kohle, Gas),
deren Verbrennung zum Klimawandel beiträgt.

Energie und Anwendungsbereiche in Deutschland
(Abb. 1.4): Ein großer Teil
für Wärme.
3

Energie aus der Vergangenheit.
„Schwarzes Gold“ – damit umschrieb man einst die Bedeutung der Kohle, später die des Erdöls.
Beide haben die Entwicklung der Menschheit geprägt und prägen sie noch heute. Aber beide liefern
buchstäblich Energie von gestern.
Dieses Kapitel behandelt
• die Entstehung fossiler Energieträger
• ihre Nutzung und weltweite Bedeutung.

Eine lange Geschichte.
Unser bestehendes Energiesystem beruht v. a.
auf fossilen bzw. nicht erneuerbaren Energie trägern. Kohle, Erdöl und Erdgas gehen dabei auf
Biomasse zurück, die in früheren Erdzeitaltern in
großer Menge gebildet, abgelagert und umgewandelt wurde. Sie enthalten letztlich „gespeicherte Sonnenenergie“. Eine Neubildung findet in
für den Menschen relevanten Zeiträumen nicht
statt. Ihre Entstehung stellt man sich nach dem
gegenwärtigen Stand des Wissens wie folgt vor:
Kohle ist aus Landpflanzen entstanden. Der
Ursprung vieler der heutigen Steinkohlenlager
wird in das Karbon-Zeitalter (lat. carbo: Kohle)
vor 350 bis 280 Millionen Jahren datiert. In
feuchtwarmem Klima entwickelten sich damals
üppige Sumpfwälder, in deren moorigem Untergrund sich unter Luftabschluss aus abgestorbenem Pflanzenmaterial zunächst Torf bildete.
Im Lauf der Erdgeschichte lagerten sich weitere,
insgesamt viele hundert Meter dicke Schichten
auf dem Torf ab. Dadurch und durch Senkungsprozesse gelangte der Torf in immer größere
Tiefe, wo er durch Druck und der mit der Tiefe
zunehmenden Temperatur zunächst in Braunkohle und schließlich in Steinkohle umgewandelt
wurde. Dabei steigt der Kohlenstoffgehalt und
damit der Heizwert der Kohle. Steinkohle enthält
über dreimal so viel Energie wie Braunkohle.
Ein zweiter Höhepunkt der Kohlebildung lag im
Tertiär vor 65 bis 2 Millionen Jahren. Aus dieser
Zeit stammen die heutigen Braunkohlelager.
Im Gegensatz zu den älteren Steinkohlelagern
sind sie nur von einer dünnen Schicht überlagert.

Fossile Energieträger:
Sie veränderten unsere
Welt und bestimmen
sie bis heute.
4

Erdöl entstand vermutlich vor 225 bis 65
Millionen Jahren aus Ablagerungen auf dem
Meeresboden, die überwiegend aus toten tierischen und pflanzlichen Kleinstorganismen
bestanden. Wie bei der Kohle waren Zersetzung
unter Luftabschluss, Überlagerung, hoher Druck
und hohe Temperaturen Faktoren, die zur Umwandlung führten.

Erdgas besteht überwiegend aus Methan. Ein
Teil der heutigen Vorräte spaltete sich in großer
Tiefe unter der Einwirkung hoher Temperaturen
(ca. 150 °C) aus Kohle und Erdöl ab. Ein anderer
Teil wurde in wesentlich geringerer Tiefe durch
Bakterien direkt aus abgestorbenem organischen
Material gebildet.
Uran, ein Metall, hat eine völlig andere Herkunft,
die in die Entstehungszeit der Erde zurückreicht.
Uran ist kein fossiler Energieträger. Auch hier
findet keine Neubildung statt.
Die fossilen Energieträger Kohle, Erdöl und Erdgas
sind seit alters her bekannt. Erdölhaltige Substanzen fanden vor über zehntausend Jahren in
Vorderasien als Dichtungsmaterial, später auch
als Brennstoff für Fackeln Verwendung. Vor
5.000 Jahren wurde von aus der Erde strömendem Gas berichtet, das sich entzündet hatte.
Und schon die Römer nutzten Kohle in geringem
Umfang zum Heizen. Uran dagegen wurde erst
Ende des 18. Jahrhunderts entdeckt.

Brennender Stein.
Kohle gewann im frühen 17. Jahrhundert an
Bedeutung, nachdem Holz, bis dahin der wichtigste Brennstoff, knapp geworden war. Im
Rahmen der industriellen Revolution spielte Kohle
eine entscheidende Rolle – als Brennstoff für
Dampfmaschinen und bei der Eisenherstellung.
Es entstanden Industrielandschaften mit Fördertürmen, Halden, Hochöfen und Fabrikschloten
wie z. B. das Ruhrgebiet. Auch wenn die Dampfmaschine Anfang des 20. Jahrhunderts durch den
Verbrennungsmotor abgelöst wurde, nahm die
Bedeutung der Kohle nicht ab. Denn gleichzeitig
stieg der Bedarf an Energie in Form von Elektrizität, die durch eine zunehmende Zahl an Kohlekraftwerken erzeugt wurde. In diesen Kraftwerken wird durch die Verbrennung von Kohle
zunächst Wasser verdampft. Der Wasserdampf
treibt dann Turbinen an, die über Generatoren
elektrischen Strom erzeugen (Dampfkraftwerke).

Da Kohle ein vergleichsweise billiger Energieträger und weltweit verfügbar ist, bilden Kohlekraftwerke bis heute das Rückgrat der globalen
Stromerzeugung.
Auch in Deutschland hat Kohle traditionell einen
hohen Stellenwert. Bei der Entstehung der
Industrielandschaften an Saar und Ruhr war der
Steinkohlenbergbau prägend. Heute ist er im
internationalen Vergleich nicht mehr rentabel,
über 80 % des Bedarfs werden inzwischen durch
billigere Importkohle gedeckt, die z. B. in Nordamerika oder Australien im Tagebau gewonnen
wird. Die letzten Zechen in Deutschland werden
bis 2018 schließen, auch wenn noch erhebliche
Reserven im Boden liegen.
Ganz anders die Braunkohle: Sie ist der einzige
fossile Energieträger, über den Deutschland in
großen Mengen verfügt und der hier zu wettbewerbsfähigen Preisen gewonnen werden kann –
z. B. im rheinischen Revier bei Köln und im
Osten Deutschlands, wo die Braunkohle zu DDRZeiten Energieträger Nr. 1 war. Deutschland ist
weltweit der mit Abstand größte BraunkohleProduzent. Im deutschen Strommix spielt sie eine
tragende Rolle, auch wenn diese sukzessive
abnimmt.

in Russland. In jüngster Zeit werden v. a. in
Kanada und den USA zunehmend so genannte
unkonventionelle Lagerstätten (Ölsande und
Ölschiefer) erschlossen. Deutschland muss sein
Erdöl zu 98% importieren – vorwiegend aus
Russland, Norwegen und Großbritannien.

Spätzünder.
Erdgas wurde bei der Erdölförderung lange Zeit
als unerwünschtes Nebenprodukt abgefackelt.
Erst in den 1960er Jahren fand es zunehmend
Verwendung als Energieträger. Gegenüber Kohle
und Erdöl verbrennt Erdgas vergleichsweise
„sauber“. Da es direkt als Brennstoff verwendet
werden kann, entstehen keine Energieverluste
wie etwa bei der Umwandlung von Erdöl in
Benzin oder Heizöl. In Deutschland wird rund
die Hälfte der Wohnungen mit Erdgas beheizt –
Tendenz steigend. Auch in modernen und effizienten Gas- und Dampfturbinenkraftwerken findet
Erdgas zunehmend Verwendung.
Ähnlich wie bei Erdöl sind die konventionell
förderbaren Lagerstätten auf wenige Hauptförderländer konzentriert. Deutschland, dessen
eigene Vorkommen den Bedarf zu 10 % decken,
bezieht 38 % aus Russland, 26 % aus den Niederlanden und 22 % aus Norwegen.

Ein „Barrel“ (Fass) – die
Fördereinheit von Erdöl:
Der Name geht zurück auf
Pechelbronn im Elsaß, wo
1735 erstmals Erdöl im
größeren Stil gefördert
und in Weinfässer abgefüllt wurde.

Schwarzes Gold.
Der erste große Ölrausch der Geschichte wurde
1859 in den USA durch den Bedarf an Brennstoff
für Petroleumlampen ausgelöst. Die Erfindung des
Verbrennungsmotors, der nach und nach die „klassische“ Dampfmaschine verdrängte, zunehmender
Verkehr und die Verbreitung von Ölheizungen
ließen den Verbrauch im 20. Jahrhundert weiter
ansteigen. Heute ist Erdöl weltweit der wichtigste
Energieträger und Rohstoff. In Raffinerien wird
Erdöl durch Destillation zunächst in seine
Bestandteile zerlegt. Weiter aufbereitet, entstehen
dann Treibstoffe und Heizöle sowie Grundstoffe
für die Produktion von Kunststoffen, Textilien,
Düngern, Farbstoffen, Waschmitteln und Medikamenten.
Bedeutende Förderregionen liegen im Nahen
Osten mit Saudi-Arabien an der Spitze, aber auch

Radioaktiv.
Die jüngste Nutzungsgeschichte der nicht erneuerbaren Energieträger hat Uran. Nach Abtrennung
aus Uranerz und Anreicherung wird es in einem
Kernreaktor gespalten. Mit der bei der Kernspaltung entstehenden Hitze wird Wasserdampf
erzeugt, der dann Turbinen für die Stromerzeugung antreibt. Das erste Kernkraftwerk ging
1956 in England ans Netz.
Aufgrund ihrer potenziellen Risiken im laufenden
Betrieb und der weltweit ungelösten Endlagerung
ausgebrannter Brennstäbe ist die Kernenergie umstritten. In Deutschland nimmt ihr Anteil an der
Stromversorgung mit dem Ausstiegsbeschluss im
Zuge des Reaktorunfalls in Fukushima (Japan) sukzessive ab (2010: 22,2%; 2013: 15,8%; 2022: 0%).

Ausgangsstoff: Erdöl.

Das Wichtigste in Kürze:
• Kohle, Erdöl, Erdgas und Uran sind vor langer Zeit und über lange Zeiträume hinweg entstanden.
Sie sind nicht erneuerbar.
• Fossile Energieträger hatten einen entscheidenden Anteil an der Industrialisierung und bilden zusammen
mit Uran nach wie vor das Rückgrat der weltweiten Energieversorgung. Der wichtigste fossile Energieträger ist dabei Erdöl, das gleichzeitig als unverzichtbarer Rohstoff zahlreicher Erzeugnisse dient.

Erdgas: früher ein
Nebenprodukt der
Erdölförderung, heute ein
Energieträger mit wachsender Bedeutung.
5

Fossil in die Zukunft?
Nachhaltigkeit bezeichnet das Prinzip, nach dem von einem Gut nicht mehr verbraucht wird, als jeweils
nachwachsen, sich regenerieren oder künftig wieder bereitgestellt werden kann. Wie nachhaltig ist nach
dieser Definition unser gegenwärtiges Energiesystem?
Dieses Kapitel zeigt
• die weltweite Abhängigkeit von nicht erneuerbaren Energieträgern
• die damit verbundenen Probleme.

Ein eingespieltes System.

Energieversorgung II.
Folie 2

Die Bedeutung fossiler Energieträger als Grundpfeiler der Energieversorgung ist weltweit ungebrochen (Abb. 2.1). Gegenwärtig ist dabei eine
Renaissance der Kohle zu beobachten. V. a. aufstrebende Schwellenländer wie China und Indien
verfügen über große Lagerstätten und setzen
deshalb verstärkt auf diesen vergleichsweise
kostengünstigen Energieträger. Auch beim
Ölverbrauch rechnet die IEA mit einem weiter
wachsenden Bedarf, der v. a. von Asien ausgeht.
Weltweit wurden 2013 ca. 90 Mio. Barrel/Tag
(1 Barrel = 159 l = 14,3 Mrd. Liter) gefördert.

i

Energieträger – Anteile am
Primärenergieverbrauch
Welt 2012).
2013
(Welt

Deutschland 2014
Energieversorgung weltweit
und in Deutschland
(Abb. 2.1): Fossil dominiert.

6

Mobilität fossil
Die aus Erdöl gewonnenen Treibstoffe Benzin,
Diesel und Kerosin sind der Motor unserer
Mobilität. Prognosen zufolge wird sich die
Zahl der Pkw weltweit bis 2035 von 1,1 Mrd.
(2014) auf 2,3 Mrd. verdoppeln. 130 von
1.000 Indern werden dann ein Auto besitzen
(heute 20), 360 von 1.000 Chinesen (heute
80). In Deutschland kommen heute knapp
über 500 Pkw auf 1.000 Einwohner. Die Zahl
der Fluggäste soll bis 2035 ebenfalls weltweit
etwa doppelt so hoch liegen wie 2014. Und
auch beim Güterverkehr zeigen die Prognosen
deutlich nach oben: Bis 2050 wird für den
Straßen- und Schienenverkehr – je nach wirtschaftlicher Entwicklung – ein Wachstum von
ca. 200 % bis über 400 % erwartet, bezogen
auf das Jahr 2010.
Auch in Deutschland dominieren die fossilen
Energieträger. Der Wärmebereich, immerhin gut
50 % des gesamten Endenergieverbrauchs, wird
v. a. durch Heizöl und Erdgas getragen. Bei den
Kraftstoffen kommen nahezu ausschließlich
Mineralölprodukte zum Einsatz. Der Strombedarf
wird knapp zur Hälfte durch Braun- und Steinkohle gedeckt. Die Stromversorgung erfolgt dabei
über ein Netz von Großkraftwerken nach folgendem
Muster: Braunkohlekraftwerke stellen zusammen
mit Kernkraftwerken die so genannte Grundlast,

d. h. sie laufen kontinuierlich und erzeugen
relativ gleichmäßig Strom. Steinkohlekraftwerke
sowie Öl- und Gaskraftwerke können auf Bedarfsschwankungen reagieren und bilden die Mittellast.
Für Verbrauchsspitzen stehen Pumpspeicherkraftwerke zur Verfügung.
Für die Energieerzeugung haben fossile Energieträger folgende Vorteile: In großer Menge verfügbar, können sie transportiert, gelagert und je
nach Bedarf eingesetzt werden. Dank ihrer hohen
Energiedichte lassen sie sich gut in zentralen Kraftwerken nutzen, die ganze Regionen versorgen.
Andererseits sind mit fossilen Energieträgern
und der Kernkraft aber auch Nachteile verbunden,
die ihre weitere Nutzung in der heutigen Größenordnung in Frage stellen:

Umweltverträglichkeit zweifelhaft.
Fossile Energieträger und Uran müssen aus den
Tiefen der Erde, z. T. unter Wasser oder im
Tagebau gefördert und meist über weite Strecken
per Schiff, Bahn, Lkw und/oder Pipeline transportiert werden. Erst dann lässt sich aus ihnen
Energie gewinnen. Förderung, Transport und
Weiterverarbeitung sind dabei mit direkten
Einflüssen auf und potenziellen Risiken für die
Umwelt verbunden. So werden z. B. beim
Braunkohletagebau ganze Landschaften „umgegraben“, die aufwändig rekultiviert werden
müssen. Teilweise müssen Siedlungen aufgegeben
werden. Der steigende Bedarf beim Erdöl führt
dazu, dass der Rohstoff in immer entlegeneren
und sensibleren Gebieten wie in der Arktis oder
in großer Meerestiefe unter wachsenden Risiken
gefördert wird. Manche Risiken lassen sich durch
moderne Technik minimieren (neue Bohrtechniken, Öltanker mit Doppelwand), ausgeschlossen
sind sie jedoch nicht.
In jüngster Zeit wird bei Erdöl und Erdgas zunehmend auf unkonventionelle Lagerstätten zugegriffen, deren Ausbeutung sich bislang nicht
lohnte. Dadurch sind die USA und Kanada inzwischen auch zu wichtigen Erdöl- und Erdgasförderländern aufgestiegen. Diese Abbaumethoden

sind aber z. T. mit erheblichen und irreparablen
Eingriffen in die Natur verbunden. Der Abbau
von Ölsanden im Tagebau hinterlässt, wie der
Braunkohletagebau, „Mondlandschaften“.
Zusätzlich entstehen dabei große Mengen chemisch belasteter Abwässer, die entsprechend
nachbehandelt werden müssen. Kontrovers diskutiert werden auch die Umweltauswirkungen
durch Fracking.

i

Fracking
Mithilfe dieses Verfahrens können Öl- und
Erdgas-Lager genutzt werden, die mit der bisherigen Technik nicht erschließbar waren.
Über z. T. horizontale Bohrungen tief im
Untergrund wird ein Gemisch aus Wasser,
Sand und unterschiedlichen Chemikalien mit
hohem Druck in das Gestein gepresst. Dieses
wird dadurch aufgebrochen (engl. „to fracture“), sodass auch in kleinsten Ritzen befindliches Erdgas oder Erdöl freigesetzt und
gefördert werden kann. Das Verfahren ist
umstritten, da die Umweltauswirkungen etwa
auf das Grundwasser noch nicht ausreichend
erforscht sind und langfristige Schäden nicht
ausgeschlossen werden können. Fracking ist
daher in vielen europäischen Staaten, auch in
Deutschland, nicht bzw. nur unter strengen
Auflagen erlaubt.
In den USA dagegen hat Fracking bei der
Erdöl- und Erdgasförderung einen wahren
Boom ausgelöst. Hatten Experten noch vor
zehn Jahren Konflikte mit China um die letzten
Reserven vorausgesagt, kann der amerikanische Bedarf nun vollständig aus eigener
Produktion gedeckt werden.
Bei der Verbrennung fossiler Energieträger entstehen Stäube und Luftschadstoffe wie Schwefeldioxid (SO2, Hauptverursacher des „sauren
Regens“), Stickstoffoxide (NOx) und Kohlenmonoxid (CO). Dank verbesserter Kraftwerks-

und Heizungstechnik, Filteranlagen, Katalysatoren
für Autos und vielen anderen Maßnahmen sind
die Emissionen in den Industrieländern insgesamt
stark zurückgegangen.
Kohlendioxid (CO 2), das als maßgebliches Treibhausgas im Zusammenhang mit dem Klimawandel gilt, lässt sich allerdings derzeit technisch
nicht in großem Maßstab zurückhalten. Dabei
gibt es erhebliche Unterschiede. Braunkohle setzt
bei der Verbrennung pro Energieeinheit fast doppelt so viel CO2 frei wie Erdgas (Abb. 2.2). In
Deutschland trägt die Braunkohle etwa zu einem
Viertel zur Stromerzeugung bei, ist aber für die
Hälfte der CO2-Emissionen verantwortlich. Strom
aus Braunkohle hat aktuell – Subventionen herausgerechnet – die niedrigsten Gestehungskosten
(3,8–5,3 ct/kWh) – aber die mit Abstand höchsten Umweltkosten (10,75 ct).
Insgesamt können 80 % des vom Menschen zusätzlich in die Atmosphäre gebrachten CO2 der
Verbrennung fossiler Energieträger zugeordnet
werden. Und die CO2-Emissionen steigen Jahr für
Jahr weiter an, allein von 1990 bis heute betrug
die Zunahme 40 %. Die Schiefergasgewinnung in
Nordamerika setzt zudem große Mengen Methan
frei, das noch deutlich klimawirksamer ist als
CO2.

Mondlandschaft:
Förderung von Braunkohle
im Tagebau.

Die schmutzige Seite des
schwarzen Goldes: mühsame Reinigungsarbeiten
nach einem Ölunfall.

Das Ende der Fahnenstange.
Fossile Energieträger bilden sich nicht neu. Wie
lange und zu welchen Preisen sie uns noch zur
Verfügung stehen, hängt deshalb von den vorhandenen Lagerstätten ab. Als Reserven bezeichnet
man dabei Vorräte, die bekannt und wirtschaftlich abbaubar sind. Ressourcen dagegen sind
Vorkommen, die noch nicht entdeckt sind,
sondern vermutet werden, sowie Vorkommen,
die bekannt, aber bisher technisch und/oder
wirtschaftlich (noch) nicht abbauwürdig waren.
Dies ändert sich jedoch gerade grundlegend.

Transport mit Risiko:
ein Öltanker.

Der Preis der Mobilität:
hohe Luftbelastung in
Chinas Metropolen.

CO2-Emissionen von
Brennstoffen (Abb. 2.2):
Kohle setzt besonders viel
CO2 frei.
7

Zum einen haben immer mehr der bislang gut
erreichbaren Lagerstätten ihr Fördermaximum
erreicht, sodass auch die bisher nicht genutzten
Ressourcen wirtschaftlich interessant werden.
Zum anderen erschließen neue Fördertechniken
neue Quellen, z. B. in Ölsanden und Ölschiefern,
Erdölquellen in arktischen Regionen oder in der
Tiefsee sowie fest im Gestein gebundenes Erdgas
und Erdöl (Fracking, > S. 7).

Abbau von Ölsanden in
Alberta, Kanada: im
Vordergrund der Tagebau,
hinten Schwefelhalden
und Abwasserseen.

Bis vor wenigen Jahren gingen Schätzungen
davon aus, dass Öl und Erdgas bei gleichbleibendem Verbrauch nur noch wenige Jahrzehnte,
Braunkohle noch ein paar Jahrhunderte zur
Verfügung stehen. Auch wenn diese Schätzungen
zur Reichdauer immer weiter in die Zukunft korrigiert werden – grundsätzlich gilt: Die Vorräte
fossiler Energieträger sind begrenzt. Und, mit
knapper werdenden Vorräten steigen der Aufwand
bei der Förderung und damit die Preise – auch
„Tiefpreisphasen“ wie zuletzt beim Erdöl können
diesen Trend auf Dauer nicht umkehren. Zur
Erinnerung: Im Juli 2008 lag der Preis für ein
Barrel der Rohölsorte Brent bei über 140 Dollar.
Danach fiel er im Zuge der weltweiten Finanzkrise auf unter 50 Dollar, um anschließend von
2011 bis 2014 zwischen 100 und 120 Dollar zu
pendeln.
Über einen langen Zeitraum betrachtet erscheint
das fossile Energiezeitalter ohnehin nur als eine
vergleichsweise kurze Episode der Geschichte
(Abb. 2.3). Außerdem: Aufgrund der ungleichen
Verteilung der Reserven bestehen z. T. bedenkliche Ab hängigkeiten. Viele Lagerstätten befinden
sich in politisch instabilen Regionen.

Fördern verboten.
Mehr Erdgas? Auch hier
gibt es Risiken, aus
Leitungslecks entweicht
Methan, ein hochwirksames Treibhausgas.

Die Endlichkeit fossiler Energieträger ist allerdings nur ein Aspekt. Um das von der Weltgemeinschaft festgelegte Ziel, die Temperaturzunahme der Erdoberfläche auf max. 2 °C bis
2100 zu begrenzen und damit den Klimawandel

Reichweiten von Energieträgern (Abb. 2.3): Das fossile Zeitalter hat ein Ende.
8

noch beherrschbar zu halten, darf nur noch eine
begrenzte Menge fossiler Energieträger „verheizt“
werden. Experten haben errechnet, dass allein
beim Erdöl ca. 30 % der gegenwärtig technisch
und wirtschaftlich förderbaren Reserven in den
nächsten 40 Jahren ungenutzt bleiben müssen.
Bei Gas wäre es die Hälfte, bei Kohle sogar über
80 %. Ein Großteil des fossilen Schatzes muss
also im Boden bleiben!

Alternativen gesucht.
Es gibt gute und wichtige Gründe, den Verbrauch
fossiler Energieträger rasch, deutlich und
dauerhaft zu reduzieren. Doch wie kann das
geschehen, ohne die weltweite Energieversorgung
zu gefährden? Gibt es Alternativen? Und welche
sind dauerhaft und welche eignen sich als Übergangslösung?

Erdgas statt Kohle.
Kohle hat von allen fossilen Energieträgern die
höchsten CO2-Emissionen, Erdgas die geringsten.
Deshalb setzen z. B. die USA verstärkt auf „sauberes“ Erdgas, das dank Fracking üppig und günstig zur Verfügung steht. Allerdings: Auch die
Erdgasvorräte sind begrenzt und dürften bei einer
verstärkten Nutzung schneller zur Neige gehen
als bisher angenommen. Fracking ist wie erwähnt
mit Problemen und Risiken behaftet.
Studienergebnisse lassen inzwischen vermuten,
dass eine verstärke Erdgasnutzung den Treibhausgas-Ausstoß zusätzlich beschleunigt statt bremst.
Denn bei einer Zunahme der Förderung entstehen
zwangsläufig mehr Lecks mit ausströmendem
Methan, einem noch viel wirksameren Treibhausgas als CO2. Sinkende Preise erhöhen zudem den
Energieverbrauch, statt ihn zu verringern.
„Saubere“ Kohle?
Kohle hat unter den fossilen Energieträgern die
längste Reichdauer. Länder mit ergiebigen Lager-

stätten – allen voran China – werden vermutlich
auch weiterhin darauf zurückgreifen. Um Kohle
möglichst klimaschonend nutzen zu können, ist
die so genannte CCS-Technologie (Carbon Capture
and Storage) in der Entwicklung. Dabei – so die
Idee – wird das bei der Verbrennung entstehende
CO2 technisch abgeschieden, zu unterirdischen
Lagerstätten (z. B. ausgebeutete Kohle, Öl- oder
Gaslagerstätten) transportiert und dort dauerhaft
gespeichert.
Aber: Bisher ist die Technik noch nicht über das
Versuchsstadium hinausgekommen. Viele Fragen,
wie z. B. auch die der Kosten, sind offen und das
wirkliche Potenzial dieser Technologie strittig.
Manche Experten halten CCS global gesehen
bestenfalls für eine mittelfristige Übergangslösung.
Kernkraft – ja bitte?
Weil Kernkraftwerke im laufenden Betrieb kein
CO2 emittieren, wird die Atomenergie von ihren
Befürwortern als wichtiger Beitrag zur Lösung des
Klimaproblems gesehen. Derzeit sind weltweit
etwa 440 Atomkraftwerke in Betrieb, die den
Primärenergieverbrauch zu etwa 5 % decken.
Um bis 2050 allein 10 % der fossilen Energieträger ersetzen zu können, müssten 1.000 neue
Atomkraftwerke gebaut werden. Ob dies angesichts der bereits genannten Risiken beim Betrieb
und der Lagerung radioaktiver Abfälle einen
gangbaren Weg darstellt, wird sehr kontrovers
gesehen. Nach der Reaktorkatastrophe von
Fukushima 2011 hat z. B. Deutschland den
schrittweisen Ausstieg aus der Atomenergie
erklärt, das letzte Kraftwerk soll 2022 vom Netz
gehen.
Energiewunder Wasserstoff?
Wasserstoff wird häufig als „die“ Lösung für eine
CO2-freie Energiezukunft bezeichnet. Er kann in
Verbrennungsmotoren, Gasturbinen oder Brennstoffzellen in mechanische Energie, Strom sowie
Wärme umgewandelt werden und hinterlässt als
Abfallprodukt lediglich Wasser. Allerdings ist
Wasserstoff nur ein so genannter sekundärer
Energieträger. Er muss zunächst unter Energieaufwand hergestellt werden und ist damit nur so
„sauber“ und effektiv wie der Prozess, bei dem er

hergestellt und genutzt wird. Wasserstoff ist also
nur dann eine Alternative zu fossilen Energieträgern, wenn er aus regenerativen Energiequellen wie z. B. Wind und Sonne erzeugt wird
(> Seite 33).
Energie sparen.
Energie, die nicht benötigt wird, muss auch nicht
erzeugt werden und verursacht keine Treibhausgase oder Kosten. In einem sparsamen und effizienten Umgang mit Energie stecken deshalb große
Potenziale, besonders in den Industriestaaten mit
ihren hohen Verbrauchszahlen. Doch Energie
sparen allein wird nicht reichen. Die IEA rechnet
damit, dass allein die aufstrebenden Wirtschaftsregionen (China, Indien u. a.) den weltweiten
Energieverbrauch bis 2035 um über 30% erhöhen
werden. Denn auch dort haben die Menschen
ein legitimes Interesse an wirtschaftlichem Aufschwung und Wohlstand.
Erneuerbare Energien.
Auf Dauer kann unser Energieproblem nur von
Energieträgern gelöst werden, die erneuerbar sind
und deren Betrieb keine nennenswerten Auswirkungen auf unser Klima hat. Doch das erfordert
ein Umsteuern hin zu einem ganz neuen Energiesystem. Mehr dazu in den folgenden Kapiteln.

Das Wichtigste in Kürze:
• Die Bedeutung fossiler Energieträger ist global ungebrochen. Der Bedarf wird in Zukunft weiter
zunehmen und damit auch der Druck auf die weltweiten Lagerstätten.
• Förderung, Transport und Nutzung fossiler Energieträger sowie von Uran sind z. T. mit erheblichen
Umweltbelastungen und Risiken verbunden.
• Um den Klimawandel noch einigermaßen beherrschbar zu halten, müsste der größte Teil der Vorräte,
insbesondere bei Kohle und Öl, im Boden bleiben und darf nicht genutzt werden.

Wind und Sonne:
Gehört den Erneuerbaren
die Zukunft?

Atomkraft:
hoch umstritten.

ĪĨ

Standpunkte

Ī Ĩ Wir können den Menschen
im ärmeren Teil der Welt nicht
einen Lebensstandard verbieten,
den wir selbst in Anspruch
nehmen. Ohne Kohle, Öl, Gas
und Kernkraft wird es auch in
Zukunft nicht gehen.

Ī Ĩ Die Energieversorgung
ist eine Schlüsselfrage. Um
den Klimawandel einigermaßen
beherrschbar zu halten, ist
eine Umstellung des gesamten
Systems alternativlos.

9

Unerschöpfliche Energie.
Über Jahrtausende stützte sich die Energieversorgung der Menschheit auf Sonne, Wind und Wasser.
Dann folgte das fossile Energiezeitalter. Stehen die erneuerbaren Quellen nun vor einem Comeback?

Dieses Kapitel gibt einen Überblick über
• die verschiedenen erneuerbaren Energieträger
• Stärken und Schwächen erneuerbarer Energien
• den aktuellen Beitrag erneuerbarer Quellen zur Energieversorgung.

Energie im Überfluss.

Unerschöpfliche
Energiequelle: die Sonne.

Erneuerbare Energien.
Folie 3

Potenziale erneuerbarer
Energien (Abb. 3.1): Allein
das derzeit technisch nutzbare Potenzial übersteigt
den weltweiten Bedarf um
ein Vielfaches.
10

Die wichtigste Quelle erneuerbarer Energie ist
die Sonne. In ihrem 15 Mio. °C heißen Inneren
verschmilzt Wasserstoff zu Helium (Kernfusion),
dabei wird energiereiche Strahlung frei und in
den Weltraum abgestrahlt. Die davon auf der
Erdoberfläche eintreffende Strahlung ist immer
noch so groß, dass sie den menschlichen Bedarf
bei Weitem übersteigt. Theoretisch – denn aktuell
wird nur ein Bruchteil an Energie direkt aus der
Sonnenenergie gewonnen, Experten sprechen
von 2,5 % des technisch verfügbaren Potenzials
(Abb. 3.1). Die Sonne wärmt nicht nur die Erde,
sie treibt den Wasserkreislauf an, bewegt die
Atmosphäre (Wind) und ist Motor der Fotosynthese. Damit beruhen nicht nur Fotovoltaik
und Solarthermie auf der Kraft der Sonne, sondern
auch Wasser- und Windkraft sowie die Nutzung
von Biomasse (Bioenergie). Eine nicht solare
Energiequelle kommt aus dem mehrere 1.000 °C
heißen Erdinneren. Hier ist, isoliert durch die
Erdkruste, Energie aus der Erdentstehung gespeichert. Zusätzlich wird laufend Energie aus dem
Zerfall radioaktiver Stoffe freigesetzt. Diese Energiequellen nutzt die Geothermie. Auch aus den
Anziehungskräften zwischen Erde, Mond und
Sonne lässt sich Energie gewinnen (Gezeitenenergie). Folie 3 gibt einen Überblick über die
verschiedenen regenerativen Energien, ihre Quellen
und ihren möglichen Einsatz in den Anwendungsbereichen Wärme, Strom und Kraftstoffe.

Sonne, Wasser, Wind und Biomasse – gehört ihnen die
Zukunft?

Stärken und Schwächen.
In der Diskussion um regenerative Energien
werden gegenüber fossilen Energieträgern folgende
Vorteile genannt:
• kaum CO2-Emissionen bzw. klimaneutral
• prinzipiell unbegrenzt vorhanden bzw. erneuerbar
• lassen sich vergleichsweise gefahrlos nutzen
und transportieren
• können auch im Inland gewonnen werden,
sorgen für Wertschöpfung und Arbeitsplätze
• reduzieren Abhängigkeiten von fossilen
Energieträgern und deren Förderländern.
Auf der anderen Seite werden häufig diese
Nachteile vorgebracht:
• beschränkte zeitliche und räumliche Verfügbarkeit mit z. T. starken Schwankungen (v. a.
bei Wind- und Sonnenenergie)
• flächenintensiv, i. d. R. geringere Energiedichte
als bei fossilen Brennstoffen. Konkurrenz zu
anderen Flächenansprüchen oder Interessen der
Bevölkerung vor Ort
• nicht per se naturverträglich (z. B. Konflikte
mit dem Natur- und Artenschutz, Feinstaubbelastungen bei unsachgemäßer Holzverbrennung u. a.).

Besonders die Wirtschaftlichkeit regenerativer
Energien wird oft in Frage gestellt. Zwar haben
Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien
gemessen an ihrer Leistung meist hohe
Investitionskosten. Dafür fallen – mit Ausnahme
der Bioenergie – keine Brennstoff- und damit
geringe Betriebskosten an. So ist z. B. mit dem
Bau einer Windkraftanlage der Strom für ca. 20-30
Jahre weitgehend bezahlt. Auch ist die energetische Amortisationszeit in der Regel kurz, d. h. die
für den Bau der Anlagen eingesetzte Energie wird
schnell wieder eingespielt. Fossile Kraftwerke
dagegen haben hohe Brennstoff- und Betriebskosten und amortisieren sich energetisch gesehen
nie. Die genannten Stärken und Schwächen sind
nicht bei allen erneuerbaren Energieträgern gleich
ausgeprägt. Auch die Beiträge, die die verschiedenen erneuerbaren Energieträger zukünftig zur
weltweiten Energieversorgung leisten könnten,
unterscheiden sich. Näheres dazu werden die folgenden Kapitel beleuchten.

Erneuerbare Energien aktuell.
2013 wurden laut IEA über 12% des Welt-Primärenergiebedarfs durch erneuerbare Energien gedeckt,
davon fast 80 % durch Biomasse und knapp über
17 % durch Wasserkraft. Zur Stromerzeugung
trugen die Erneuerbaren 2013 weltweit mit 22 %
bei, allein Wasserkraft ca. 16%. Hier stehen Länder
wie Norwegen (97 % Wasserkraftanteil am Strom)
und Brasilien (75 %) an der Spitze.
In Afrika ist die Nutzung regenerativer Energien
zwar stark verbreitet, beruht aber meist auf einer
nicht nachhaltigen Nutzung von Brennholz und
Holzkohle. Zudem kommt es beim Verbrennen
von Holz oder Viehdung an einfachen Feuerstellen zu gesundheitlichen Belastungen durch
Feinstaub.
In Deutschland spielten regenerative Energien
in den vergangenen Jahrzehnten kaum eine Rolle.
Das hat sich zunächst mit dem ErneuerbareEnergien-Gesetz (EEG) ab dem Jahr 2000 und
schließlich mit dem Reaktorunglück von
Fukushima deutlich geändert. Als wichtiges

Industrieland hat sich Deutschland bei der
Nutzung erneuerbarer Energien ambitionierte
Ziele gesetzt, deren Umsetzung von anderen
Staaten sehr genau beobachtet wird.
2014 lieferten die erneuerbaren Energien hierzulande folgende Beiträge (BMWi 2015):
• 11,1 % des Primärenergieverbrauchs
• 27,8 % des Stromverbrauchs
• 9,9 % des Endenergieverbrauchs für Wärme
• 5,4 % des Kraftstoffverbrauchs.
Dank erneuerbarer Energien konnte Deutschland
2014 Treibhausgas-Emissionen in Höhe von 148
Mio. t CO2-Äquivalenten vermeiden und fossile
Importe in Höhe von 8,7 Mrd. Euro einsparen.
Darüber hinaus hingen 371.000 Arbeitsplätze mit
den erneuerbaren Energien zusammen.
Den mit Abstand größten Anteil an der regenerativen Energieerzeugung in Deutschland trägt die
Bioenergie (Abb. 3.3). Den regenerativen Wärmebereich dominiert sie sogar mit knapp 90 %. Bei
der Stromerzeugung wird sie nur von der Windenergie übertroffen. Hier hat die Fotovoltaik in
den vergangenen Jahren den größten Sprung nach
vorne gemacht.

Doch wie geht es weiter? Ist eine 100%ige erneuerbare Energieversorgung in Zukunft möglich?
In allen relevanten Bereichen, also Wärme, Strom
und Kraftstoffen? Welche Beiträge können dazu
die einzelnen erneuerbaren Energieträger leisten?
Details dazu auf den folgenden Seiten.

Das Wichtigste in Kürze:
• Erneuerbare Energien sind prinzipiell unerschöpflich.
• Die wichtigste erneuerbare Energiequelle ist die Sonne, die sich direkt (Fotovoltaik, Solarthermie)
und indirekt (Wasserkraft, Wind, Biomasse) nutzen lässt. Erdwärme und Gezeitenenergie sind weitere
erneuerbare Energiequellen.
• Erneuerbare Energien emittieren wenig Treibhausgase bzw. sind klimaneutral.
• Der Anteil der erneuerbaren Energien am Primärenergieverbrauch der Welt liegt derzeit bei ca. 12 %,
ebenso in Deutschland – Tendenz steigend.

Holz und Holzkohle leisten
den größten Beitrag aller
erneuerbaren Energieträger
zum Weltenergieverbrauch –
nicht immer nachhaltig.

Erneuerbare Energiequellen in Deutschland
(Abb. 3.3): klein, aber fein.

ĪĨ

Standpunkte

Ī Ĩ Das Potenzial erneuerbarer Energien ist riesengroß
und unerschöpflich. Man muss
es nur anzapfen.

Ī Ĩ Das ist blanke Theorie.
Technisch und v. a. wirtschaftlich nutzbar ist nur ein
geringer Anteil. Er kann den
wachsenden Energiehunger
der Welt nicht stillen

11

Energie aus der Sonne.
Die Sonne ist ein riesiges Energiereservoir. Pro Sekunde strahlt sie mehr Energie ab, als der
Mensch seit Beginn der Zivilisation verbraucht hat. Doch das, was auf der Erde ankommt, wird
nur zu einem Bruchteil genutzt – noch ...
Dieses Kapitel erklärt
• Fotovoltaik und Solarthermie
• aktive und passive Solarnutzung
• die Funktionsweisen großer Solarkraftwerke.

Energiespender Sonne.
Bei der Solarenergienutzung unterscheidet man
zwischen Fotovoltaik und Solarthermie. Fotovoltaikanlagen wandeln Sonnenenergie direkt in
elektrischen Strom um. Bei der Solarthermie
wird die Sonnenstrahlung genutzt, um zu heizen
oder in Solarkraftwerken über Dampfturbinen
Strom zu erzeugen.

Halbleitermaterialien wird experimentiert.
Solarzellen können die solare Direkt-, aber
auch die Diffusstrahlung nutzen. Einen relativ
hohen Wirkungsgrad bis zu etwa 20 % haben
monokristalline Siliziumzellen. Sie sind dafür
aber aufwändiger und teurer in der Herstellung
als polykristalline Zellen oder Dünnschichtzellen
mit Wirkungsgraden zwischen 15 und 20 %.
Die Lebensdauer einer Solarzelle wird auf ca.
20–30 Jahre geschätzt. Je nach Standort und
eingesetzter Technologie haben sie sich nach
ein bis vier Jahren energetisch amortisiert.

Als Insel oder am Netz.
Fotovoltaik – Strom aus Sonnenkraft.
Unter Strom:
Fotovoltaikzellen wandeln
Licht direkt in Strom um.

Energie aus der Sonne I.
Folie 4

Aufbau einer FotovoltaikZelle (Abb. 4.1): Der
Fotoeffekt ist Grundlage
der Fotovoltaik – zwei
Halbleiter + Licht = Strom.

Strom fließt, wenn sich winzige, negativ geladene
Teilchen – die Elektronen – von einem Minus- zu
einem Pluspol bewegen. Nicht in allen Materialien
kann Strom fließen. In Nicht-Leitern (Isolatoren)
wie Glas oder Gummi sind die Elektronen fest
„eingebaut“. Leiter (z. B. Kupfer) dagegen verfügen über „frei bewegliche“ Elektronen.
Halbleiter weisen nur unter bestimmten Bedingungen „freie“ Elektronen auf. Licht z. B. führt
den „locker“ eingebauten Elektronen Energie zu,
sie werden beschleunigt und gelöst. Man spricht
in diesem Fall vom Fotoeffekt – je intensiver das
Licht, desto stärker ist der Effekt. In einer Solarzelle
sind zwei unterschiedliche Halbleiter kombiniert.
Bei Lichteinwirkung beginnen sich die Elektronen
zu bewegen, der untere Halbleiter wird zum
Plus-, der obere zum Minus-Pol. Wie bei einer
Batterie kann nun Strom fließen (Abb. 4.1).
Das derzeit wichtigste Halbleitermaterial ist
Silizium. Es ist zwar das zweithäufigste Element
der Erdrinde, um es aber in Reinform, z. B.
aus Sand oder Quarz, zu gewinnen, ist ein aufwändiges Schmelzverfahren mit Temperaturen
von mehr als 1.000 °C notwendig. Mit anderen

In den Anfangsjahren der Technik wurden Solarzellen v. a. an Orten fernab eines öffentlichen
Stromnetzes eingesetzt, wie zum Beispiel für
Leuchtbojen, Notrufsäulen oder Berghütten – ausgestattet mit Batteriespeichern für sonnenarme
Zeiten. Heute sind größere Fotovoltaikanlagen
i. d. R. an das öffentliche Stromnetz angeschlossen.
Die Leistungen von Anlagen für Privathäuser
liegen zwischen 2 und 5 kW (= 20–50 m2 Anlagenfläche). Strom wird auch in Fotovoltaik-Kraftwerken
produziert, die Leistungen von über 1 MW
erbringen.
Vorteile:
• Strom kann dort erzeugt werden, wo er
benötigt wird
• Solarzellen arbeiten nahezu verschleißfrei,
lautlos und ohne Emissionen.
Nachteile:
• tageszeit- und wetterabhängig, starke
Fluktuation in der Energieausbeute
• energieaufwändig in der Herstellung
• hoher Flächenbedarf bei vergleichsweise
geringem Energiegewinn.

Vom Dach zur Steckdose.
Weltweit spielt die Fotovoltaik noch eine eher
untergeordnete Rolle. Die größten Potenziale
werden in den sonnenreichen Gebieten der Erde
gesehen. Während in Deutschland je nach
Region zwischen 900 und 1.150 kWh/m2
erreicht werden, kommt Spanien auf Werte bis
12

1.850, in den Wüstengebieten Nordafrikas
werden teilweise über 2.800 kWh/m2 gemessen.
Trotzdem ist die Kapazität in Deutschland in den
vergangenen Jahren stetig gewachsen – auf inzwischen gut 38 GWp (p = peak = max. Leistung).
Der Gesamtbeitrag der ca. 1,4 Mio. FotovoltaikAnlagen zur Stromerzeugung in Deutschland stieg
dadurch auf über 5% bzw. 30 TWh. Die Anlagen
werden überwiegend auf Dächern errichtet. Um
den Flächenverbrauch gering zu halten, werden
Freilandanlagen vorzugsweise entlang von
Autobahnen und Bahnlinien oder auf bereits
anderweitig genutzten Flächen errichtet.
Experten sehen den Fotovoltaik-Boom noch nicht
als beendet. Je nach Studie und Definition der
geeigneten Standorte werden 1.600–2.000 km2 an
zusätzlicher Fläche für Fotovoltaik-Anlagen für
möglich gehalten. Das Umweltbundesamt (UBA)
sieht die Fotovoltaik als einen der zukünftigen
Hauptträger der Stromerzeugung in Deutschland.
Bis 2050 ließe sich die installierte Leistung auf
275 GW erhöhen, bei 900 Volllaststunden/a
entspräche das einer Stromproduktion von 248
TWh/a (z. Vgl.: 2014 betrug die Bruttostromerzeugung in Deutschland 614 TWh).

Solarthermie – Wärme einfangen.
Sonnenlicht besteht aus kurzwelliger Strahlung.
Trifft diese auf Materie, wird sie zum Teil reflektiert, zum Teil aufgenommen – absorbiert. Weiße
Materialien oder Spiegelflächen reflektieren Sonnenlicht, dunkle Materialien dagegen nehmen viel
Strahlung in sich auf. Diese Energie geben sie
dann als langwellige Strahlung, die wir als Wärme
empfinden, wieder ab. Wird diese Energie mit
Hilfe von Sonnenkollektoren für die Warmwasserbereitung, für Heizung oder auch zur Stromproduktion genutzt, spricht man (wie auch bei der
Fotovoltaik) von aktiver Nutzung der Sonnenenergie.
Die Energie der Sonne lässt sich aber auch passiv
über die Bauweise und Ausrichtung von Häusern
nutzen. Die Umwandlung von direkter und diffuser Sonneneinstrahlung in Wärme erfolgt dann
durch das Gebäude selbst, das zu einer Art
Sonnenkollektor wird und weniger oder gar nicht
beheizt werden muss (Abb. 4.2).

Wärmesammler.
Sonnenkollektoren sammeln (lateinisch: colligere
= sammeln) die Strahlung der Sonne über einen
Absorber, der aufgrund seiner dunklen Farbe die
Solarstrahlung aufnimmt und in Wärme umwandelt. Einen Teil dieser Wärme gibt er an eine

Flüssigkeit (z. B. Wasser, Öl) ab, die den Kollektor
durchfließt. Flachkollektoren bestehen aus einem
Kasten mit durchsichtiger Abdeckung (z. B. Glas),
einem Absorberblech (Metalle oder Kunststoffe)
und Röhren, die mit dem Absorber verbunden
sind. Eine in den Röhren zirkulierende Flüssigkeit
leitet die aufgenommene Wärme in einen Warmwasserspeicher (Abb. 4.3). Bei einem Einfamilienhaus können etwa 6 m2 Flachkollektor im Jahresmittel 60 % des jährlichen Bedarfs an warmem
Brauchwasser liefern. Für die Raumheizung auf
solarer Basis rechnet man pro 10 m2 Wohnfläche
mit 1 m2 Flachkollektor.
Vakuumröhrenkollektoren bestehen aus zwei konzentrisch ineinandergebauten Glasröhren, zwischen denen ein Vakuum herrscht. Wärmeverluste
sind dadurch stark verringert, sie sind jedoch
teurer als Flachkollektoren.
Sonnenkollektoren haben sich im Schnitt nach
ein bis zwei Jahren energetisch amortisiert. Sie
nutzen sowohl die direkte als auch die diffuse
Strahlung und funktionieren auch bei bewölktem
Himmel – dann allerdings mit geringerer Leistung.
Nach dem Kollektor-Prinzip lassen sich auch
Warmluftanlagen konstruieren. Luftkollektoren
erwärmen dabei Luft, die dann direkt in einen
Raum geblasen oder durch Hohlräume im
Fußboden geleitet wird.
Im Moment arbeitet man verstärkt daran, Solarthermie in Kombination mit einer Kältemaschine
zur Kühlung – also zur thermischen Klima tisierung – zu nutzen. Denn Kühlung benötigt
man gerade dann, wenn die Sonne vom Himmel
brennt. Ein enormes Potenzial, wenn man an die
heißen Regionen der Erde denkt.
Vorteile:
• arbeiten geräuschlos und ohne Emissionen.
Nachteile:
• starke Schwankungen je nach Jahreszeit und
Wetter
• relativ hoher Flächenbedarf.

Passive
Solarenergienutzung:
Große Fenster und eine
entsprechende
Ausrichtung liefern
kostenlos Wärme.

Aktive und passive
Solarnutzung (Abb. 4.2):
Die Energie der Sonne
lässt sich mit und ohne
Hilfsmittel nutzen.

Heizen mit Sonnenkraft.
Eine vielversprechende Einsatzmöglichkeit von
Solarthermie ist der Aufbau solarer oder solar
unterstützter Nahwärmenetze beim Neubau oder
der Sanierung von Wohngebäuden bzw.
Siedlungen. Dabei sind die großen Kollektorfelder
auf einzelnen Häusern oder einem zentralen
Gebäude installiert und speisen ihre Wärme in
einen gemeinsamen Speicher. Von diesem aus
wird die Energie dann bedarfsgerecht verteilt. Je
nach Auslegung von Anlage und Speicher kann in

Funktion eines Sonnenkollektors (Abb. 4.3):
Bei entsprechender
Dimensionierung lassen
sich 60 % des jährlichen
Warmwasserbedarfs
decken.
13

Parabolrinnenkraftwerk:
Solche Solarkraftwerke
eignen sich für sonnenreiche Gebiete.

derartigen Netzen ein Großteil des sommerlichen
Wärmeüberschusses für die Nutzung im Winter
gespeichert werden.
Deutschland liegt in der Zahl der Anlagen europaweit an der Spitze. Wie bei der Fotovoltaik
lässt sich das große Potenzial von Dach- und
Fassadenflächen nutzen. Gegenwärtig liegt der
Anteil an der Wärmeerzeugung allerdings bei
unter 1 %.

Energie aus der Sonne II.
Folie 5

ĪĨ

Standpunkte

Ī Ĩ Große Potenziale für
Solarenergie liegen auf den
Dächern unserer Siedlungen.
In Süddeutschland trägt die
Fotovoltaik zeitweise schon
heute erheblich zur Deckung
des Strombedarfes bei.

Ī Ĩ Strom aus Fotovoltaik muss
subventioniert werden und ist
starken Fluktuationen unterworfen. Die Beiträge der Solarthermie sind in Mitteleuropa
gering.

Solarthermische
Kraftwerke (Abb. 5.1):
verschiedene Systeme mit
Stärken und Schwächen.

14

1.000 °C und mehr.
Will man höhere Temperaturen erreichen, um
wie bei einem konventionellen Kraftwerk mit
Gas- oder Dampfturbinen Strom zu erzeugen,
reichen einfache Sonnenkollektoren nicht mehr
aus. Dazu muss die Sonnenstrahlung durch
Spiegel oder Linsen konzentriert werden, ehe sie
auf einen Absorber oder Receiver gelenkt wird.
Nach diesem Prinzip arbeiten konzentrierende
solarthermische Kraftwerke. Sie erzeugen Strom,
mit dem dann u. a. Kälte, industrielle Prozesswärme – oder über eine Meerwasserentsalzungsanlage – Trinkwasser bereitgestellt werden kann.
Derzeit sind verschiedene Typen im Einsatz bzw.
in der Entwicklung (Abb. 5.1–5.3):
Solarfarmkraftwerke
Bei einem Parabolrinnen-Kraftwerk erhitzen gebogene Spiegel Thermoöl in einem Absorberrohr,
das sich im Brennpunkt des Spiegels befindet, auf
ca. 400 °C. Über einen Wärmetauscher wird
daraus Wasserdampf erzeugt, der wiederum eine
Turbine antreibt. Die Rinnen sind in der NordSüd-Achse ausgerichtet und können so von Ost
nach West gekippt und dem Sonnenverlauf

nachgeführt werden. Die ersten kommerziellen
Parabolrinnen-Kraftwerke wurden ab 1984 in
Kalifornien errichtet. Im spanischen Andalusien
entstanden zwischen 2008 und 2011 drei
Anlagen von je 50 MW Höchstleistung (Andasol
1-3). Das Besondere dieser Anlagen sind ihre
thermischen Speicher. In riesigen Flüssigsalztanks wird tagsüber Wärme gespeichert, die
nachts oder bei Bewölkung die für die Stromproduktion benötigte Energie bereitstellt.
Dadurch wird im Sommer ein fast 24-stündiger
Betrieb der Kraftwerke möglich.
Beim Fresnel-Rinnen-Kraftwerk wird im Unterschied zum Parabolrinnen-Kraftwerk das Licht
über flache Spiegel und einen Sekundärkonzentrator gebündelt und auf das Absorberrohr
gelenkt. Dabei wird im Rohr Wasser direkt verdampft und zur Stromerzeugung genutzt. Die
Bauweise ist einfacher und kostengünstiger als
beim Parabolrinnen-Kraftwerk, derzeit sind
einige Anlagen in Spanien sowie in Australien
in Betrieb.
Parabolspiegel-Anlagen
Der Absorber liegt im Brennpunkt eines Hohlspiegels, der der Sonne nachgeführt wird und
das Sonnenlicht dadurch optimal bündelt. Im
Absorber wird ein Gas (Helium, Luft) auf über
900 °C erhitzt, das dann eine Kraftmaschine
(Gasturbine, Stirlingmotor) antreibt. Die Spiegelfläche ist wegen der angreifenden Windkräfte auf
etwa 25 m Durchmesser begrenzt. Mit einer
maximalen Leistung bis 50 kW eignen sich diese
Anlagen v. a. zum dezentralen Einsatz in Entwicklungsländern, z. T. auch in Kombination mit
konventionellen Techniken (Biomassefeuerung).
Solarturmkraftwerke
Einzelne, der Sonne nachgeführte Flachspiegel
(Heliostaten) lenken das Sonnenlicht auf eine
Turmspitze mit einem zentralen Receiver. Dort
erhitzt sich der Absorber auf über 1.000 °C. Ein
Wärmeträgermedium – Wasserdampf, spezielle
Salzschmelzen oder auch Luft – führt die Wärme
weiter zu einer Gas- oder Dampfturbine (Abb.
5.2). Weltweit sind mehrere Anlagen in Betrieb
– in Europa in Spanien und als Forschungsanlage
in Jülich/Deutschland. Das bislang größte

Solarturmkraftwerk mit knapp 400 MW Leistung
ging 2014 in Kalifornien ans Netz. Es soll ca.
140.000 US-Haushalte mit Strom versorgen.
Solarthermische Anlagen nutzen die Kombination
von solarer Technologie und konventioneller
Kraftwerkstechnik. Reicht die Sonnenwärme –
z. B. an einem bedeckten Tag – für die Dampferzeugung nicht aus, kann durch fossile Energieträger zugefeuert werden (Hybrid-Betrieb).
Durch Kraft-Wärme-Kopplung ist zudem eine
äußerst effiziente Nutzung der gesammelten
solaren Primärenergie möglich.
Vorteile:
• Speicherung der Wärme über Stunden/Tage
möglich
• mit herkömmlichen Kraftwerken kombinierbar
(Hybridkraftwerke)
• Nutzung zur Wärme- und Stromerzeugung
(Kraft-Wärme-Kopplung).
Nachteile:
• relativ großer Flächenbedarf
• geografische Einschränkung (hohe Globalstrahlungsrate notwendig).

Zukunftsmusik.
Großmaßstäbliche Solarthermie-Kraftwerke sind
v. a. im Sonnengürtel der Erde mit einer entsprechend hohen Globalstrahlungsrate sinnvoll.
Zwischen dem 40. Breitengrad nördlich und südlich des Äquators ist die Sonneneinstrahlung
intensiv genug, um solche Kraftwerke schon
heute wirtschaftlich betreiben zu können (Abb.
5.4). Rein rechnerisch würden vergleichsweise
geringe Flächen der Sahara ausreichen, den
Energiebedarf Europas bzw. der Welt zu decken.
Entsprechende Überlegungen wurden mit dem
Desertec-Projekt bereits vor einigen Jahren angestoßen, in der Praxis scheiterte die Umsetzung
aber aus verschiedenen, z. T. auch politischen
Gründen.

Welt-Gobalstrahlung (Abb. 5.4): Die Karte zeigt, wo die
Nutzung der Sonnenenergie die höchsten Erträge bringt.

Neben den oben genannten Kraftwerkstypen, die
die Direktstrahlung der Sonne mit Reflektoren
bündelt, gibt es verschiedene Überlegungen, die
gesamte Globalstrahlung nutzbar zu machen.
Diese Varianten sind bislang aber nicht über
Versuchsstadien hinausgekommen:
Bei Aufwind- oder Thermikkraftwerken erwärmt
sich die Luft unter einem Kollektordach aus Glas
oder Kunststoff. Die Warmluft steigt in der Mitte
der Fläche über einen Kamin auf und treibt dabei
am Kaminfuß eine oder mehrere Turbinen an
(Abb. 5.3). Weil nur Luft genutzt wird, wäre die
Technik ideal für sonnenreiche, aber wasserarme
Gegenden. Um hohe Leistungen wie bei herkömmlichen Kohle- oder Kernkraftwerken zu
erreichen, müsste der Kamin aber 1.000 m und
höher sein und die Kollektorfläche ca. 12 km im
Durchmesser betragen.
Das Prinzip von Fallwindkraftwerken funktioniert
ebenfalls über den Kamineffekt, nur umgekehrt.
Hier wird an der Spitze eines 1.000 m hohen
Turmes der Umgebungsluft durch Besprühen
mit Wasser Energie entzogen. Durch die
Verdunstungskälte und das Wassergewicht fällt
die Luft nach unten und treibt am Kaminfuß
Turbinen an – eine Idee für sonnenreiche Gebiete
in Meeresnähe.
Derzeit wird auch an so genannten PerowskitSolarzellen geforscht, um Wasserstoff durch
Sonnenenergie direkt aus Wasser zu gewinnen.
Wasserstoff wäre vielseitig einsetzbar und auch
lagerfähig.

Turmkraftwerk (Abb. 5.2):
Im Absorber werden
Temperaturen von über
1.000 °C erreicht.

Aufwindkraftwerk (Abb. 5.3):
Funktioniert auch nachts
und bei Bewölkung.

vĪ Ĩ

Standpunkte

Ī Ĩ Die Idee, mit Wüstenstrom die Welt zu versorgen,
hat sich bisher als Luftblase
erwiesen. Außerdem entstehen neue Abhängigkeiten.

Das Wichtigste in Kürze:
• Bei der direkten (aktiven) Nutzung der Sonnenenergie unterscheidet man zwischen Fotovoltaik und
Solarthermie. Daneben lässt sich die Sonne z. B. durch eine entsprechende Bauweise von Gebäuden
auch indirekt (passiv) nutzen.
• Fotovoltaik bezeichnet die Erzeugung von Strom aus Sonnenlicht durch Solarzellen.
• Unter Solarthermie versteht man die direkte Umwandlung von Sonnenstrahlung in Wärmeenergie.
Diese wird dann entweder zur Erzeugung von Warmwasser und zur Heizungsunterstützung oder
(in solarthermischen Kraftwerken) zur Stromerzeugung eingesetzt.
• Die besten Bedingungen für die Sonnenkraftnutzung finden sich im Sonnengürtel der Erde.

Ī Ĩ Theoretisch würden ca.
80.000 km2 in der Wüste
Sahara reichen, um mittels
Solarkraftwerken den Energiebedarf der Welt zu decken
(das entspricht etwa der Fläche
Österreichs).

15

Energie aus Wasser.
Flüsse sägen sich durch Gebirge und bilden tiefe Schluchten. Felsbrocken werden über weite
Strecken transportiert und enden zerrieben zu feinem Sand. Die Kräfte des Wassers sind gewaltig
und der Mensch nutzt sie seit Langem.
In diesem Kapitel erfahren Sie,
• wie Wasserkräfte Energie erzeugen
• wie nicht nur aus dem Fluss, sondern auch aus dem Meer
Energie gewonnen wird.

Wasserkraft ...

... eine uralte Technik.

Eine uralte Technik.

Wasserkraftwerke hierzulande sind aber kleinere
Anlagen mit max. 1 MW. Die energetische
Amortisationszeit beträgt 9 bis 13 Monate.

Fließendes Wasser wird seit alters her als
Energiequelle genutzt. Im Orient wurden schon
vor mehreren tausend Jahren Schöpfräder mit
Wasserkraft zur Feldbewässerung eingesetzt.
Jahrhundertelang nahmen wassergetriebene
Getreide-, Säge- und Walkmühlen oder auch
Hammerwerke den Menschen körperliche Arbeit
ab. Seit Ende des 19. Jahrhunderts erzeugen
Turbinen elektrischen Strom – heute die wichtigste Form der Wasserkraftnutzung.

Vorteile:
• robuste, ausgereifte und sichere Technik
• wartungsarm mit langer Nutzungsdauer
• hoher Wirkungsgrad
• stetig verfügbar, je nach Kraftwerkstyp vielseitig einsetzbar (Grundlast bis Spitzenlast);
speicherbar
• keine Emissionen im laufenden Betrieb.

Technik im Fluss.

Nachteile:
• anfänglich hohe Investitionskosten
• Barrierewirkung des Kraftwerkes
(Unterbindung des Fischauf- und -abstiegs
sowie des Geschiebetransports).

Wasserkraft nutzt die Fallhöhe und/oder Bewegungsenergie von Wasser. Diese wird über ein
Turbinenrad in mechanische Rotationsenergie
umgewandelt, die dem Antrieb von Maschinen
oder Generatoren zur Stromerzeugung dient.
Technisch ist die Wasserkraft ausgereift. Die einfachen Wasserräder früherer Zeiten sind heute
leistungsstarken Turbinen mit Wirkungsgraden
von über 90 % gewichen. Je nach Einsatzort und
Durchflussmengen werden unterschiedliche
Turbinentypen eingesetzt (Abb. 6.1).
Auch verschiedene Kraftwerkstypen lassen sich
unterscheiden:
Laufwasserkraftwerke an Flüssen erzeugen gleichmäßig Strom und dienen vorwiegend der
Grundlast (Abb. 6.2). Speicherkraftwerke können
durch das schnelle Ablassen von Wasser Stromspitzen (Spitzenlast) abdecken. Eine Sonderform ist dabei das Pumpspeicherkraftwerk, bei
dem in bedarfsschwachen Zeiten Wasser in
ein Oberbecken gefördert wird, um es als
Energiereserve bei plötzlichen Bedarfsspitzen
zu nutzen (Abb. 6.3). Pumpspeicherkraftwerke
sind daher eigentlich keine Kraftwerke, sondern Stromspeicher.

Turbinentypen (Abb. 6.1):
Für jeden Einsatzzweck das
passende Modell.
16

In Deutschland erreichen große Flusskraftwerke,
etwa an Rhein, Inn und Donau, eine Leistung bis
zu 100 MW oder knapp darüber. Die meisten

Mehr Energie aus dem Meer?
Neben den Flüssen werden zunehmend auch die
Meere zur Energiegewinnung genutzt. Wasserkraftwerke im und am Meer arbeiten dabei meist
in Küstennähe. Strömungskraftwerke sind relativ
neue Entwicklungen. Sie nutzen Meeresströmungen und funktionieren wie „Windräder im Wasser“
(Abb. 6.4). Eine geringe Wassertiefe verstärkt die
Düsenwirkung, begrenzt aber die Propellergröße.
Heutige Anlagen weisen eine Leistung von knapp
1 MW auf. Nachteilig wirken sich Strömungsschwankungen aus. Auch das Salzwasser bereitet
Probleme, es lässt Maschinenteile schneller korrodieren.
Wellenkraftwerke nutzen die Kraft der Wellen,
bislang existieren aber nur Versuchsanlagen.
Experimente mit schwimmenden Anlagen zeigten
u. a. wegen Stürmen und Salzwasser erhebliche
Schwächen. Bei speziellen Anlagen an der Küste
werden die Turbinen durch Luftbewegungen
angetrieben, die in Schächten durch das Auf und
Ab der Wellen entstehen (Oscillating Water Column
[OWC]-Prinzip, Abb. 6.5). Diese Anlagen stehen
nicht in direkter Verbindung mit Salzwasser,
Nachteil ist aber eine vergleichsweise niedrige
und zudem sehr schwankende Energieabgabe.

Bei Gezeitenkraftwerken wird z. B. eine Bucht
durch einen Damm abgeriegelt. Die Turbinen
werden dabei durch das aus- und einströmende
Wasser von Ebbe und Flut angetrieben – letztlich
also durch die Anziehungskraft des Mondes. Lange
Zeit war das bereits 1966 gebaute Kraftwerk bei
St. Malo an der französischen Kanalküste mit
240 MW das weltgrößte Gezeitenkraftwerk.
Inzwischen verfügt Südkorea über eine 254 MWstarke Anlage. Insgesamt findet diese Technik
wegen der ungleichmäßigen Energieausbeute, v. a.
aber der ökologischen Auswirkungen, weltweit
kaum Anwendung. Ein neuartiges Gezeitenkraftwerk arbeitet an der nordirischen Küste. Es
funktioniert wie ein Strömungskraftwerk und
nutzt durch einen Unterwasserpropeller die
wechselnde Strömung in einem Meeresarm.

Alles im Fluss: Laufwasserkraftwerke dienen v. a. der Erzeugung von Grundlaststrom.

Fluss- und Speicherkraftwerke (Abb. 6.2/3): Für Grund- oder Spitzenlast geeignet.

Zukunft aus dem Wasser.
Wasserkraft ist weltweit gesehen eine bedeutende
und feste Größe bei der Stromerzeugung, 2013
mit einem Anteil von 16,4% (z. Vgl.: regenerative
Energien insgesamt 22,1 %). Weltweit bestehen
noch erhebliche Potenziale zur Nutzung der
Wasserkraft. Ein massiver Ausbau stößt aber an
Grenzen. V. a. bei Großkraftwerken wie z. B. an
der Drei-Schluchten-Talsperre am Jangtsekiang in
China (Leistung 18.200 MW) sind die ökologischen und sozialen Auswirkungen immens.
In Deutschland liegt der Anteil der Wasserkraft
an der Stromerzeugung bei 3,5 %. Ca. 400
Anlagen mit einer Leistung von über 1 MW erzeugen dabei 92 % des Wasserkraftstroms, den Rest
bestreiten ca. 7.000 Kleinanlagen unter 1 MW –
übrigens zu 90 % in Bayern und Baden-Württemberg. Hierzulande sind die Flüsse inzwischen
weitgehend ausgebaut und große Kraftwerksneubauten nicht mehr durchsetzbar.
Potenzial steckt deshalb v. a. in der Modernisierung vorhandener Anlagen, die i. d. R. dann
auch eine ökologische Aufwertung erfahren. So
wurden z. B. im Wasserkraftwerk Rheinfelden
die 100 Jahre alten Turbinen durch moderne
Aggregate ersetzt. Die installierte Turbinenleistung
vergrößerte sich dabei von 26 auf 100 MW,
die Stromproduktion von 185 auf 600 Mio.
kWh/a. Gleichzeitig entstand ein großes natur-

Meereskraftwerke (Abb. 6.4/5): Ihre Nutzung steht noch am Anfang.

nahes Umgehungsgewässer, das Fischen und
anderen Wasserlebewesen als Aufstiegs- und
Laichgewässer dienen soll. Auch in Kleinanlagen
steckt noch Potenzial: Viele Kleingewässer in
Deutschland sind durch Wehre verbaut, die nur
zu 15 % mit der Stromproduktion zu tun haben.
Diese Querverbauungen könnten für die
Wasserkraft genutzt und dabei durch entsprechende Maßnahmen ökologisch durchgängiger
gestaltet werden.
Trotzdem wird die Wasserkraft wenig zum neuen
Energiesystem beitragen können. Das UBA schätzt
das Potenzial für 2050 auf knapp über 5.000 MW,
das entspricht einer Stromerzeugung von 24 TWh/a.
Die Schätzungen des Sachverständigenrats für Umweltfragen (SRU) liegen knapp darüber. Zum
Vergleich: 2014 wurden in Deutschland mit Hilfe
der Wasserkraft 20,5 TWh Strom erzeugt.

Energie aus Wasser.
Folie 6

ĪĨ

Standpunkte

Ī Ĩ Wasserkraft ist eine zuverlässige und grundlastfähige
Energiequelle. Weltweit sind
die Potenziale groß. Dabei sind
auch neue Ideen gefragt, z. B.
Wellenkraftwerke.

Das Wichtigste in Kürze:
• Wasserkraft ist eine bewährte Technik. Sie dient heute hauptsächlich der Stromerzeugung.
• Wasserkraft gilt zwar als saubere Energiequelle, Wasserkraftwerke stellen aber einen Eingriff in die
Natur dar, der insbesondere bei Großprojekten erheblich sein kann.
• Die Möglichkeiten zum Ausbau der Wasserkraftnutzung sind weltweit sehr unterschiedlich. In
Deutschland ist das Potenzial weitgehend ausgeschöpft.

Ī Ĩ Der Anteil der Wasserkraft
in Deutschland zur Stromgewinnung liegt seit Jahrzehnten
bei 3-5 %. Das lässt sich nicht
mehr nennenswert steigern.

17

Energie aus Wind.
Wenn Bäume wie Streichhölzer umknicken und Dächer abgedeckt werden, wird deutlich,
welche Energie im Wind steckt. Andererseits haben Flauten schon den alten Seefahrern zu
schaffen gemacht. Der Wind ist, wie er ist – unberechenbar.
Das folgende Kapitel informiert Sie über
• moderne Windkraftanlagen und wie sie aus Wind Strom erzeugen
• den Aufstieg der Windkraft zu einem wichtigen Standbein der Stromerzeugung
• die Potenziale der Windkraft und welche Standorte geeignet sind.

Der Wind – das himmlische Kind.

Erst seit Jahrtausenden
genutzt, dann fast vergessen und heute zunehmend gefragt: Windenergie.

Die ersten Segel setzten wahrscheinlich die
Ägypter um 3.000 v. Chr. auf ihren Nilbooten.
Windräder entstanden vermutlich 1.000
v. Chr. im Orient und in Ägypten. Große
Bedeutung erlangte die Windkraft ab dem
Mittelalter mit der klassischen Windmühle.
Aus den einfachen, mit Segeltuch bespannten
Mühlen sind heute moderne, leistungsstarke
Windräder geworden.
In Deutschland dienen Windenergieanlagen
ausschließlich der Stromerzeugung, in anderen
Regionen der Welt z. B. auch zum mechanischen Antrieb von Pumpen. In jüngster Zeit
wird die Windkraft übrigens für die Schifffahrt
wieder interessant: Große, schirmartige Segel
in Form eines Zugdrachens am Bug von
Handelsschiffen können den Treibstoffverbrauch merklich senken.

Windstärken in Europa (Abb. 7.3): Die besten Standorte
finden sich an der Küste und in den Mittelgebirgen.

Windkraftanlagen mit vertikaler Achse wie z. B.
Darrieus-Rotoren haben sich nicht durchgesetzt,
trotzdem wird immer noch an Varianten
geforscht. Auch die gängigen dreiflügeligen
Konverter werden ständig optimiert, z. B. an
den Rotorspitzen zur Geräuschminderung. Es
gibt auch Überlegungen, die Türme statt aus
Beton oder Metall aus Holz zu konstruieren.

Vom Winde bewegt.
Eine schwache Brise reicht ...

Energie aus Wind.
Folie 7

Prinzip einer Windkraftanlage (Abb. 7.1): Auftrieb
wie beim Flugzeugflügel.

18

Die heute allgemein verbreiteten dreiflügligen
Windkraftkonverter arbeiten wie ein Flugzeugflügel nach dem Auftriebsprinzip. Ein Generator
wandelt die Drehbewegung des Rotors dann in
Strom um (Abb. 7.1 und 7.2). Dabei lässt sich
inzwischen ein Wirkungsgrad von bis zu 50 %
erzielen (z. Vgl: Alte Windmühlen, die nach
dem Widerstandsprinzip funktionieren, nutzen
lediglich 12% der Windenergie.). Der Trend geht
zu immer größeren und höheren Konvertern.
Heute werden schon Windkraftanlagen mit mehr
als 60 m langen Flügeln und Nabenhöhen von 150 m
Höhe gebaut – so hoch wie der Kölner Dom.

Ideale Windstandorte an Land (onshore) finden
sich in den Mittelgebirgen und vor allem an der
Küste. Dort liegt der Jahresdurchschnitt der
Windgeschwindigkeit in 10 m Höhe über 4 m/s
(Abb. 7.3). Ab 3 m/s können nennenswerte
Energiemengen in das Stromnetz eingespeist
werden. Bei sehr starkem Wind muss die
Anlage allerdings abgeschaltet werden.
Da der Wind in Bodennähe gebremst wird und
hierbei auch Verwirbelungen entstehen, werden
die Rotoren möglichst hoch installiert. Damit
können auch Standorte weit im Binnenland
genutzt werden. Ab 170 m Nabenhöhe sind
aber technische Grenzen erreicht. Schon
Transport und Aufbau solcher Giganten sind
eine Herausforderung. Bei Offshore-Anlagen sind
die Investitionskosten höher – die Gründung
im Meeresboden und die Verkabelung sind aufwändig, die aggressive Salzluft fordert die
Maschinenteile – dafür ist die Energieausbeute
um bis zu 40 % höher als an Land. Bei Wasser-

tiefen bis ca. 50 m dominieren am Meeresboden
montierte Tragkonstruktionen, bei größeren
Wassertiefen schwimmende Konstruktionen.
Die durchschnittliche Leistung neuer Windkraftanlagen in Deutschland liegt inzwischen bei über
2 MW onshore und bei 3 bis 6 MW offshore.
Eine Windkraftanlage an Land hat sich nach ca.
7-9 Monaten energetisch amortisiert.
Vorteile:
• hoher Erntefaktor
• relativ hoher Wirkungsgrad
• keine Emissionen im Betrieb.
Nachteile:
• Energieausbeute stark schwankend, nicht
grundlastfähig
• Geräuschentwicklung
• ästhetische Aspekte („Verspargelung“ der
Landschaft)
• Einflüsse auf die Tierwelt (Kollisionen mit
Vögeln, Fledermäusen).
Windkraft gilt unter den erneuerbaren Energien
als am wenigsten flächenintensiv. Die tatsächliche
Flächenversiegelung durch die Fundamente ist
gering. Zwar sind Abstandsflächen zwischen den
einzelnen Konvertern nötig, diese können aber
problemlos landwirtschaftlich genutzt werden.
Die immer höheren Anlagen wirken sich allerdings stark auf das Landschaftsbild aus und sind
damit auch aus weiter Entfernung optisch dominant. Hier gehen die Meinungen sehr auseinander. Ebenfalls in der Diskussion ist Infraschall
und der Vorwurf, Windkraftanlagen könnten
dadurch die Gesundheit von Mensch und Tier
schädigen. Bislang liegen dafür keine wissenschaftlich einwandfreien Nachweise vor. Unter
Infraschall versteht man vom Menschen kaum
hörbare Luftschwingungen, die sich aber weit
ausbreiten.
Gegenstand aktueller Untersuchungen sind auch
die möglichen Auswirkungen von Windkraftanlagen auf Tiere wie Vögel und Fledermäuse.
Die Blattspitzen der Windräder erreichen
immerhin Geschwindigkeiten von über 200
km/h. Bei Offshore-Anlagen ergeben sich

Beeinträchtigungen zudem während des Baus.
So können z. B. Schweinswale stark unter dem
Baulärm leiden.

Im Aufwind.
Die Windkraft hat sich in den vergangenen Jahren
rasant entwickelt. Deutschland war lange Zeit
Weltmeister bei der Errichtung von Windenergieanlagen und wurde erst 2008 von den USA
abgelöst. Mit über 38 GW installierter Leistung
(2014) liegt der Anteil an der deutschen Stromerzeugung bei ca. 9 % (56 TWh). Windkraftanlagen „made in Germany“ sind weltweit gefragt
und sichern hierzulande zahlreiche Arbeitsplätze.
Inzwischen kann Windkraft an Land auch ohne
Subventionen mit fossilen Anlagen konkurrieren. An Land sind die Standorte jedoch aus
ökonomischen und ökologischen Gründen
begrenzt. Kontrovers diskutiert wird über
Anlagen in Waldgebieten (Störungen beim Bau)
und Abstände zu Siedlungen (Schattenwurf,
Geräusche). Deshalb wird auch stark auf
Repowering – also die Modernisierung – bestehender Anlagen gesetzt, denn die Anlagen
werden immer leistungsfähiger. Ein Beispiel:
Ein älterer Windpark mit 13 Anlagen (ca. 40 m
Nabenhöhe, installierte Leistung 5,5 MW)
erzeugt im Jahr ca. 14 GWh Strom. Der neue
Windpark an gleicher Stelle kommt mit fünf
Anlagen aus (ca. 120 m Nabenhöhe, installierte
Leistung 15 MW) und erzeugt danach 48 GWh.
Windkraft wird als Hauptträger eines auf erneuerbaren Energien aufgebauten Energiesystems
gesehen. Das UBA schätzt das Gesamtpotenzial
2050 auf ca. 1.000 TWh/a onshore und 180
TWh/a offshore. Dabei genügt es, sich auf die
wirklich geeigneten und weitgehend unproblematischen Standorte zu konzentrieren, die aber
sorgfältig ausgewählt werden müssen und z. B.
Schutzgebiete und sensible Landschaftsräume
ausnehmen. Inklusive eines vollständigen Repowerings bestehender Anlagen schätzen Experten
den Flächenbedarf auf ca. 1,5% der Fläche Deutschlands – inkl. der technisch nötigen Abstandsflächen.

Offshore-Anlage: Liegt die
Zukunft der Windenergie
in Deutschland an der
Küste?

Aufbau einer Windkraftanlage (Abb. 7.2): Die
größten Anlagen sind so
hoch wie der Kölner Dom.

ĪĨ

Standpunkte

Windkraft an Land ist
schon jetzt vielfach konkurrenzfähig. Dank immer
besserer Wettervorhersagen
lassen sich Strombedarf und
Stromverbrauch genauer aufeinander abstimmen.
ĪĨ

Windkraft ist extremen
Fluktuationen unterworfen.
Schon jetzt müssen bei viel
Wind Anlagen abgeregelt
werden, bei Flaute müssen
konventionelle Reservekraftwerke hochgefahren werden.
ĪĨ

Das Wichtigste in Kürze:
• Windkraft dient der Stromerzeugung. Sie wurde in den vergangenen Jahren kontinuierlich ausgebaut.
• Kritiker bemängeln eine Beeinträchtigung des Landschaftsbildes und das schwankende
Energiedargebot. Befürworter sehen in der Windenergie eine Hauptsäule der Energiewende.
• Potenziale für die Windkraft in Deutschland liegen v. a. vor den Küsten (offshore) sowie im Binnenland
im Repowering bestehender Anlagen.

19

Energie aus Biomasse.
Die Landpflanzen der Erde – vor allem die Bäume – bilden durch Fotosynthese jedes Jahr schätzungsweise 150 Milliarden Tonnen Biomasse. In drei Tonnen pflanzlicher Trockenmasse steckt etwa so viel
Energie wie in einer Tonne Erdöl. Genug Energie für alle?
Dieses Kapitel zeigt
• verschiedene Wege, aus Biomasse Energie zu erzeugen
• Potenziale und Grenzen der Bioenergie.

Mehr als nur Verheizen.

Energie aus Biomasse.
Folie 8

Flexibel einsetzbar:
Biomasse kann zur Wärmegewinnung, Stromproduktion oder Herstellung von
Kraftstoffen verwendet
werden.
Energieinhalte (Abb. 8.2):
Die fossilen Energieträger
sind kaum zu schlagen.

Biomasse umfasst das gesamte von Lebewesen
aufgebaute Material einschließlich aller organischen Abfälle und Reststoffe. Sie ist der einzige
erneuerbare Energieträger, der in allen drei
Anwendungsbereichen (Wärme, Strom, Kraftstoffe) in fester, flüssiger und gasförmiger Form
einsetzbar, gut lagerbar und damit speicherbar
ist (grundlastfähig). Bioenergie gilt daher als das
Multitalent unter den Erneuerbaren (Abb. 8.1).
Seit der Steinzeit bekannt ist die direkte Verbrennung von Holz zur Wärmegewinnung.
Heute werden dazu auch Holzreste (Pellets,
Hackschnitzel), Stroh, Getreide oder Energiepflanzen (Chinaschilf) sowie schnellwachsende
Hölzer aus so genannten Kurzumtriebsplantagen
(Weiden, Pappeln) verwendet.
Für die Stromerzeugung wird Biomasse wie in
einem konventionellen Dampfkraftwerk als
Brennstoff eingesetzt (Biomassekraftwerk). Bei
zusätzlicher Nutzung der Wärmeenergie in
einem Nah- oder Fernwärmenetz spricht man
von einem Biomasseheizkraftwerk und KraftWärme-Kopplung (KWK).
Flüssige Bio-Kraftstoffe für Verbrennungsmotoren lassen sich aus ölhaltigen Pflanzen wie
Raps, Ölpalmen oder Sonnenblumen gewinnen
(Pflanzenöl, Biodiesel) oder durch Vergärung
zucker- oder stärkehaltiger Pflanzen wie Mais,
Rüben, Zuckerrohr, Getreide oder Kartoffeln
(Bioalkohol, Bioethanol).
Gasförmige Kraftstoffe entstehen unter Luftabschluss durch Vergärung von Biomasse. Das

Biogas genannte Gemisch mit den Hauptbestandteilen Methan und CO2 kann wie Gas aus
Kläranlagen und Deponien in Blockheizkraftwerken genutzt werden. Aufbereitet und gereinigt entsteht Biomethan, das sich in das Erdgasnetz einspeisen oder als Kraftstoff an Erdgastankstellen einsetzen lässt. Biomethan kann
auch aus Rest- und Abfallstoffen erzeugt werden.
Durch Vergasung und eine anschließende
Verflüssigung kann auch ein synthetischer
Flüssigkraftstoff (BTL-Kraftstoff = Biomass to
Liquid) gewonnen werden.
Vorteile:
• CO2-neutral: Die Menge an CO2, die durch
die Verbrennung der Biomasse freigesetzt
wird, wurde vorher für deren Aufbau gebunden
• jederzeit und bedarfsgerecht einsetzbar;
lagerfähig, grundlastfähig, „Multitalent“
• Stärkung ländlicher Regionen, Nutzung
regionaler Stoffkreisläufe.
Nachteile:
• Energie- und Klimabilanzen nicht immer
optimal
• ökologische Belastungen beim Anbau von
Energiepflanzen
• Emissionen beim Verbrennungsvorgang
(Feinstäube u. a.)
• flächenintensiv, Konkurrenz zu anderen
Flächenansprüchen.
Biomasse gilt als der flächenintensivste erneuerbare Energieträger. Sie konkurriert dadurch
direkt mit der Erzeugung von Nahrungsmitteln
und Rohstoffen sowie mit Anforderungen
für den Natur- und Artenschutz. Auch die
Klimabilanzen stehen in der Diskussion. So
liegen die Energiegehalte hinter denen der
fossilen Energieträger zurück (Abb. 8.2).
Berücksichtigt man alle vom Anbau der Energiepflanzen bis zur Nutzung entstehenden
Emissionen, können im ungünstigen Fall
(z. B. bei langen Transportwegen) auch mehr
klimawirksame Treibhausgase entstehen, als
durch den Ersatz der fossilen Energieträger
vermieden werden.
Aktuell deckt die Bioenergie ca. 20 % des globalen Energieverbrauchs, in ärmeren Ländern
sogar zu 80 % – überwiegend durch traditionelle und wenig effiziente Verfahren

20

(Brennholz, Dung etc.). In Deutschland trug
Bioenergie 2014 innerhalb der erneuerbaren
Energieträger zur Bereitstellung von Wärme zu
87%, von Strom zu 30% und von Kraftstoffen zu
91 % bei. Aktuell ist Biomasse damit der
Hauptträger der Energiewende in Deutschland.

Teller oder Tank?
Gegenwärtig werden in Deutschland ca. 16.000
km2 (= 9,5 % der landwirtschaftlich genutzten
Fläche) für Bioenergie genutzt. Verschiedene
Rechnungen gehen von einem Potenzial bis
max. 40.000 km2 aus. Aber: Bereits heute sind
in Europa 50 % der für eine Selbstversorgung
mit Nahrungs- und Futtermitteln benötigten
Flächen in andere Kontinente „ausgelagert“ –
oft in Entwicklungs- und Schwellenländer.
Ob eine verstärkte Nutzung der Bioenergie vor
diesem Hintergrund und angesichts einer weiter
zunehmenden Weltbevölkerung verantwortbar
ist, wird kontrovers diskutiert.
Zudem ist der Anbau von Energiepflanzen nicht
per se umweltfreundlich, z. B. kann er eine
intensive Nutzung mit hohem Dünger- und
Pestizideinsatz nach sich ziehen. Aktuell wird
in Deutschland vielerorts Grünland durch
Maisanbau für die Biogasgewinnung verdrängt
– verbunden mit entsprechenden Auswirkungen
auf das Landschaftsbild und die Artenvielfalt.
Um dem entgegenzuwirken, versucht man verstärkt, Reststoffe wie Stroh, Erträge extensiv
genutzter Flächen oder Schnittgut aus der
Landschaftspflege zu verwenden. Die Potenziale
sind aber auch hier begrenzt, außerdem fehlen
dem Naturhaushalt dann wichtige Grundstoffe
für die Humusneubildung. Gleiches gilt für Holz,
seit alters her ein klassischer Energieträger. Er
erfährt gegenwärtig eine Renaissance, was
zunächst ökonomische Vorteile für die Waldeigentümer bringt, weil auch minderwertige
Holzsortimente Absatz finden. Aber auch der
Wald ist nur in bestimmten Grenzen belastbar.
Eine weitere Option ist die Kaskadennutzung
von Biomasse, bei der nutzbare Nebenprodukte
zur stofflichen Verwertung entstehen und die

thermische Nutzung erst am Schluss der Kette
steht (Abb. 8.3).

Kaskadennutzung
(Abb. 8.3): Die thermische
Verwertung kommt erst am
Schluss der Kette.

i

Bioenergie verdrängt Natur?
Damit der Energiepflanzenanbau nicht ökologisch wertvolle Gebiete zerstört – z. B. Regenwälder durch Palmölplantagen – hat die EU
für den Bereich Bioenergie konkrete Nachhaltigkeitskriterien festgelegt. Das Problem:
Diese gelten allerdings nicht für den Anbau
von Nahrungsmitteln. So kommt es zu indirekten Verdrängungseffekten: Der Anbau von
Energiepflanzen verdrängt den Nahrungsmittelanbau von Ackerflächen. Dieser weicht
dann auf bisher nicht oder nur extensiv
genutzte Flächen aus.

Von Experten empfohlen:
Die kombinierte Stromund Wärmeerzeugung z. B.
aus Holzhackschnitzeln
oder aus Stroh.

Wie grün ist die Zukunft?
An der Bioenergie scheiden sich die Geister.
Einerseits wird sie für unverzichtbar gehalten,
da sie speicherbar und universell einsetzbar
ist und damit bei der Stromerzeugung das
fluktuierende Dargebot bei Wind und Sonne
ausgleichen könnte. Im Wärmebereich und
v. a. bei den Kraftstoffen scheint es bei den
Erneuerbaren kaum Alternativen zu geben.
Andererseits spielt Biomasse bei den Zukunftsprojektionen des UBA oder des SRU aber
wegen der oben genannten Nachteile nur
eine untergeordnete, allenfalls lokale Rolle.
Vorrang hat für das UBA neben der Nahrungsproduktion die stoffliche Nutzung, um auch
in der Rohstoffversorgung zunehmend nachhaltig agieren zu können. Die energetische
Rolle der Biomasse lässt sich ersetzen, die stoffliche nicht.

Das Wichtigste in Kürze:
• Biomasse gilt als das Multitalent unter den Erneuerbaren: in fester Form für Heizungen und Kraftwerke,
als Biogas ähnlich wie Erdgas oder in flüssiger Form als Treibstoff.
• Die Nutzung von Biomasse ist CO2-neutral, intensive Anbaumethoden und lange Transportwege
können die Klimabilanz allerdings negativ beeinflussen.
• Bioenergie steht in direkter Konkurrenz zu anderen Flächenansprüchen wie für Nahrungsmittelproduktion, stoffliche Verwertung oder Naturschutz. Eine Ausweitung ist daher umstritten.

Gülle und Reststoffe
geschickt genutzt: In
Biogasanlagen wird aus
Abfall Energie.

ĪĨ

Standpunkt

Ī Ĩ Bioenergie braucht viel
Fläche. Jedes Stück Land
wird schon irgendwie genutzt.
Die Gefahr des zunehmenden
Imports aus Ländern mit
geringeren Umweltstandards
steigt.
Ī Ĩ Potenziale sind da: 60 %
der deutschen Ackerfläche
dienen der Futtermittelproduktion. Schon ein reduzierter
Fleischkonsum – ohnehin
aus gesundheitlichen Gründen
empfohlen – könnte hier
Flächen freimachen.

21

Energie aus der Tiefe.
Je tiefer man in die Erdkruste eindringt, desto wärmer wird es. Quelle ist das mehrere
1.000 °C heiße Erdinnere. Aber auch die in den oberen Bodenschichten gespeicherte
Sonnenenergie lässt sich nutzen.
Dieses Kapitel erläutert Ihnen
• die verschiedenen Möglichkeiten geothermischer Nutzung
• wie sich Wärme im Boden und in der Luft nutzen lässt.

Heiße Luft aus heißem Wasser.

Energie aus dem
Erdinneren.
Folie 9

Aufwändig, aber ergiebig:
Die Energie aus dem
Erdinneren liefert Wärme
und Strom.

Bereits die alten Chinesen und die Römer nutzten
Thermalquellen zum Baden und Heizen. Im
14. Jahrhundert entstand in Chaudes-Aigues in
Frankreich ein noch heute existierendes geothermisches Fernwärmenetz und 1904 wurde in
Landorello in der Toskana zum ersten Mal geothermischer Strom erzeugt. Prinzipiell steigt aus
dem Erdinneren täglich die 2,5-fache Energiemenge auf, die weltweit verbraucht wird.
Geothermie wird in zwei Formen unterschieden:
Bei der oberflächennahen Geothermie oberhalb
400 m nutzen z. B. Wärmepumpen die im
Boden oder Grundwasser gespeicherte (Sonnen-)
Wärme. Die Tiefengeothermie aus tiefliegenden
Erdschichten unter 400 m wird vom Erdinneren
aus versorgt, dabei nimmt die Temperatur im
Durchschnitt alle 100 Meter um 3 °C zu, in
„begünstigten“ Gegenden, z. B. in Vulkangebieten, um bis zu 20 °C. Innerhalb der Tiefengeothermie spricht man von Hydrothermie
(Gebiete mit heißem Tiefenwasser, Abb. 9.1)
und Petrothermie (mit warmen Gesteinsformationen im Untergrund).
Hydrothermale System e nutzen heißes Wasser,
das sie über eine Bohrung aus ThermalwasserVorkommen im Untergrund fördern. Mittels

Hydrothermie in Deutschland (Abb. 9.1):
Der Norden, der Oberrheingraben und
das Alpenvorland bieten die besten
Bedingungen.
22

Hydrothermie (Abb. 9.2):
Thermalwasser als Energiequelle.

einer zweiten Bohrung gelangt das abgekühlte
Wasser wieder zurück in die Tiefe (Abb. 9.2).
Beim Hot-Dry-Rock-Verfahren wird Wasser über
eine Injektionsbohrung in tiefe, mindestens 200 °C
heiße, trockene Gesteinsschichten gepresst. Das
Wasser erhitzt sich und wird an anderer Stelle
wieder entnommen (Abb. 9.3).
Tiefe Erdwärmesonden nutzen bereits vorhandene Tiefbohrungen, die z. B. bei der Suche
nach Erdgas entstanden sind (Abb. 9.4). In
einem Doppelrohr wird Wasser in einem
geschlossenen Kreislauf bis zu 4 km tief in das
Bohrloch hinabgeleitet und dabei erwärmt. Das
geförderte heiße bzw. erhitzte Wasser gibt seine
Wärme in einem Wärmetauscher an ein Fernwärmenetz oder an einen zweiten Kreislauf ab,
über den Dampfturbinen zur Stromproduktion
angetrieben werden. Für die Gewinnung von
Strom sind Temperaturen von über 100–150 °C
sowie eine entsprechende Wassermenge nötig.
Bei der ORC-Technik (Organic-Rankine-Cycle)
wird im zweiten Kreislauf nicht mit Wasser, sondern mit Substanzen gearbeitet, die einen niedrigeren Siedepunkt haben (z. B. Ammoniak).
Da Erdwärme ständig zur Verfügung steht, lässt
sich die Stromerzeugung bedarfsgerecht regeln.
Erdwärmekraftwerke sind damit grundlastfähig.
Die Leistungen geothermischer Anlagen reichen
von 6 bis 8 kW bei oberflächennahen Erdwärmesonden, bis zu 1 bis 50 MW bei Anlagen im HotDry-Rock-Verfahren.
Vorteile:
• saubere Energie, keine Emissionen
• ständig verfügbar, unabhängig von Wetter und
Tageszeiten, grundlastfähig.

Hot-Dry-Rock-Verfahren (Abb. 9.3):
Wasser wird in heiße
Gesteinsschichten gepresst.

Tiefe Erdwärmesonden (Abb. 9.4):
Wasser zirkuliert in einem
Doppelrohr.

Funktion einer
Wärmepumpe (Abb. 10.1):
das Kühlschrankprinzip,
nur umgekehrt.

Nachteile:
• nicht überall wirtschaftlich nutzbar, da oft in
zu großer Tiefe
• Probebohrungen nötig, Erfolg ungewiss;
Tiefbohrungen sehr teuer und z. T. umstritten.

Warme Quellen anzapfen.
Ausbaufähig ist die Geothermie v. a. in den
„begünstigten“ Gebieten. Auf Island werden
schon heute ca. 90 % der Heizenergie und
knapp 20 % des Stroms mit heißem Wasser
erzeugt. In Deutschland sind bisher nur wenige
Anlagen in Betrieb, das erste Kraftwerk ent stand 2004 in Neustadt/Glewe in MecklenburgVorpommern. Thermalwasservorkommen für die
Gebäudeheizung und Warmwasseraufbereitung
finden sich hierzulande meist in einer Tiefe
zwischen 1.000 bis 2.500 m. Thermalwasser in
ausreichender Menge und Temperatur für die
Stromerzeugung gibt es erst ab 4.000 m Tiefe –
z. B. im Oberrheingraben, im Voralpenland und
in Norddeutschland (Abb. 9.4). Mit dem HotDry-Rock-Verfahren in kristallinen Gesteinen,
die es in Deutschland nahezu überall gibt,
könnte die gesamte Grundlast des deutschen
Stromverbrauchs gedeckt werden. Dies ist im
Moment aber noch nicht wirtschaftlich, da
die Bohrungen sehr tief und damit teuer sind.
Das UBA schätzt das Potenzial im Jahr 2050
auf 50 TWh/a.

und einem anderen Bereich zugeführt (z. B. der
Heizungsanlage eines Hauses oder beim Kühlschrank über die rückseitigen Rippen der Raumluft, Abb. 10.1). Wärmepumpen benötigen zum
Betrieb Fremdenergie und arbeiten in der Regel
mit einem Gas- oder Elektromotor.
Am häufigsten wird die Energie der Umgebungsluft genutzt (Abb. 10.2). Sie ist immer und überall
verfügbar, allerdings dann am kältesten, wenn am
meisten Wärme benötigt wird. Energetisch günstiger ist die Nutzung des Erdreichs – allerdings
auch teurer: Denn im Boden müssen horizontal
Kollektoren oder oberflächennahe Erdwärme sonden verlegt werden (Abb. 10.3 u. 4). Erdwärmepumpen können den Wärmebedarf
(Heizung, Warmwasser) eines Hauses zu 100 %
decken.
Entscheidend für die Effizienz einer Wärmepumpe
ist die so genannte Jahresarbeitszahl, die das
Verhältnis zwischen eingesetzter Fremdenergie
und gewonnener Nutzenergie kennzeichnet. Sie
ist u. a. abhängig von der Anlagengröße, der Art
der genutzten Außenwärmequelle (Erdreich,
Außenluft) und des Heizsystems.

Temperaturunterschiede nutzen.
Wärmeenergie steckt in jeder Materie mit einer
Temperatur über –273 °C, dem absoluten Nullpunkt. Diese Energie nutzen Wärmepumpen,
indem sie die so genannte Umwelt- oder Umgebungswärme, die im Erdreich, der Luft und
dem Grund- oder Meerwasser gespeichert ist, in
Wärme umwandeln. Wärmepumpen arbeiten
nach dem Prinzip von Kühlschränken: Über eine
Flüssigkeit bzw. ein Gas, das in Röhren zirkuliert,
wird einem Bereich Wärmeenergie entzogen
(z. B. dem Erdreich oder dem Kühlschrankinneren)

Wärmerückgewinnung mit
Wärmepumpe (Abb. 10.2):
Mit der Energie der Abluft
wird die Frischluft erwärmt.

Energie aus Boden und Luft.
Folie 10

Wärmepumpe mit Erdwärmesonde/Erdkollektor
(Abb. 10.3/4):
In 1 bis 2 m Tiefe sinken
auch im Winter die Temperaturen nicht unter 5 °C.

Eine elektrisch betriebene Wärmepumpe mit
einer Arbeitszahl von 3 erzeugt z. B. mit 1 kWh
Strom 3 kWh nutzbare Wärme. Da bei Erzeugung
und Transport von Strom immer Verluste entstehen, sollte die Arbeitszahl höher als 3 liegen.
Optimale Bilanzen lassen sich dann erreichen,
wenn die Stromversorgung auf regenerativen
Energien beruht.

Das Wichtigste in Kürze:
• Geothermie nutzt die Energie im Erdinneren zur Erzeugung von Wärme und Strom. Man unterscheidet oberflächennahe Geothermie und Tiefengeothermie im Gestein unterhalb von 400 m.
• Tiefengeothermie nutzt entweder heißes Tiefenwasser (Hydrothermie) oder warme Gesteinsformationen (Petrothermie) im Untergrund. Bei beiden Verfahren sind teure Tiefbohrungen nötig.
• Bei der oberflächennahen Geothermie sammeln Wärmepumpen die in Boden und Wasser gespeicherte Sonnenenergie und führen sie z. B. einem Heizsystem zu. Auch der Luft lässt sich so Wärme
entnehmen.

ĪĨ

Standpunkte

Geothermie in Deutschland hat ein großes Potenzial.
Petrothermische Geothermie
ist nahezu überall in entsprechender Tiefe nutzbar.

ĪĨ

Tiefbohrungen sind teuer
und auch nicht unumstritten.
Bis Energie aus Geothermie
großmaßstäblich genutzt
werden kann, wird noch viel
Zeit vergehen.
ĪĨ

23

Regenerativ in die Zukunft?
Unsere Energieversorgung mit Kohle, Öl, Gas und Kernkraft ist über Jahrzehnte eingespielt und
aufeinander abgestimmt. Nun kommen neue Spieler dazu ... und nicht alles passt zusammen.

Dieses Kapitel verdeutlicht
• die Herausforderungen, denen sich erneuerbare Energieträger stellen müssen
• welche Hindernisse zu überwinden sind
• welche politische Unterstützung sie erfahren.

Ziele und Hindernisse.
Folie 11.

Vision oder Illusion?

Versorgungssicherheit.

Noch vor wenigen Jahren wurde die Zukunft
der erneuerbaren Energien kontrovers diskutiert.
Inzwischen haben sie das Nischendasein der vergangenen Jahrzehnte verlassen und sich etabliert, in einigen Ländern leisten sie bereits
einen bedeutenden Beitrag zur Energieversorgung.
In Deutschland sind sie bei der Stromerzeugung
bereits die wichtigste Energiequelle. Und sie
legen weiter zu, in vielen Teilen der Welt.

Im Strombereich scheinen die erneuerbaren
Energien derzeit die besten Chancen zu haben,
fossile Energieträger schnell und umfassend zu
ersetzen. Das Wachstum war hier in den letzten
Jahren oft höher und schneller als prognostiziert.
Über entsprechend ausreichende Potenziale verfügen in erster Linie Windkraft und Fotovoltaik.
Allerdings weisen gerade diese Energiequellen
hohe Fluktuationen mit starken jahreszeitlichen
sowie Tagesschwankungen auf und liefern mal

Dabei herrschen unterschiedlichste gesellschaftliche, finanzielle und politische Rahmenbedingungen sowie verschiedenste geografische
und klimatische Voraussetzungen. In Deutschland wird das aktuelle wie auch das zukünftige
Energiesystem vor allem daran gemessen, ob
und wie es die Faktoren des so genannten
Energiedreiecks berücksichtigt:
• Versorgungssicherheit bedeutet eine kontinuierliche und ausreichende Energieversorgung
• Wirtschaftlichkeit meint, dass die Energieversorgung für Staat, Wirtschaft und Privatpersonen nicht zu teuer wird
• Umweltverträglichkeit betrachtet die Umweltauswirkungen sowohl im Inland wie auch in
den Produktionsländern der verschiedenen
Energieträger.

Kontinuierlich Strom: Braunkohlekraftwerke decken bislang die Grundlast bei der Stromversorgung.

zu viel, mal zu wenig Strom. Angebot und Bedarf
passen deshalb oft nicht zusammen. Damit
lassen sie sich nicht so leicht in das bisherige
System unserer Stromerzeugung mit Grund-,
Mittel- und Spitzenlastkraftwerken integrieren
(Abb. 11.1).

Stromerzeugung (Abb. 11.1): Bei Wind und Sonne passen Angebot und Nachfrage oft nicht
zusammen – eine Herausforderung für das etablierte Energiesystem.
24

Der Wärmebereich ist derzeit noch stark von fossilen Energieträgern dominiert. Als Alternativen
bieten sich Wärmepumpen sowie Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstützung auf solarer
Basis an, ebenso Nah- und Fernwärmenetze mit
Kraft-Wärme-Kopplung auf Biomassebasis. Einem
starken Ausbau der Bioenergie sind, wie auf
S. 20ff dargelegt, allerdings Grenzen gesetzt.

Am schwersten haben es die Erneuerbaren bei
den Kraftstoffen. Weltweit ist der Verkehrssektor
von fossilen Energieträgern geprägt. Infrastruktur,
Antriebstechnologien und Verkehrsmittel sind
darauf ausgerichtet und werden sich nur langsam
umstellen lassen. Zudem ist bei der einzigen derzeit realistischen regenerativen Alternative, dem
Biokraftstoff, aus den bereits erläuterten Gründen
Ernüchterung eingekehrt.

Insgesamt wird es darauf ankommen, die Bereiche
Strom, Wärme und Kraftstoffe viel stärker miteinander zu verzahnen. Eine verlässliche Energieversorgung auf Basis regenerativer Energien wird
nach Ansicht der meisten Experten eine strombasierte Versorgung sein – mit Wind und Sonne als
Hauptträger.

Wirtschaftlichkeit.
Als „Hemmschuh“ bei der Einführung der erneuerbaren Energien wurde bislang oft auf die
Kosten verwiesen. Die Energieerzeugung aus
Kohle, Öl, Gas oder Uran war lange Zeit die
billigste Lösung. Zukünftig ist aber mit steigenden
Preisen zu rechnen (> S. 6ff). Gerade im Strombereich ist zudem mit zusätzlichen Kosten aus
Emissionshandel, der Berücksichtigung von
Klimafolgeschäden sowie ggf. CO2-Abscheidung
und -lagerung zu rechnen. In der Kostendiskussion wird häufig übersehen, dass sich externe
Kosten für Umweltschäden etwa bei Abbau,
Transport und Lagerung meist nicht in den
Preisen der fossilen Energieträger wiederfinden,
sondern i. d. R. von der Allgemeinheit getragen
werden (Abb. 11.2).
Kritiker bemängeln dagegen, dass erneuerbare
Energien lange Zeit subventioniert wurden und
werden, Hauptgrund der Kritik ist häufig das
Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Ohne das
EEG wäre die Entwicklung der vergangenen
Jahre bei den erneuerbaren Energien aber nicht
möglich gewesen. Außerdem wird es hier auch
in Zukunft weitere Korrekturen und Anpas-

sungen geben. Aber: Auch die fossilen Energien
wurden und werden subventioniert. Die IEA
bemerkt dazu in ihrem Weltenergie-Ausblick
2014, dass fossile Energieträger 2013 weltweit
mit 500 Mrd. US-Dollar subventioniert wurden –
das sei das 4-Fache der Subventionen, die für
erneuerbare Energien zur Verfügung standen.
Laut Agentur für Erneuerbare Energien (AEE)
wurden die regenerativen Energien in Deutschland von 1970 bis 2012 mit 54 Mrd. Euro gefördert, die Steinkohle dagegen mit 177 Mrd.,
die Kernenergie mit 187 Mrd. und selbst die
Braunkohle mit 65 Mrd. Euro. Die Windkraft
z. B. ist inzwischen auch ohne Förderung
konkurrenzfähig.

Kosten der Stromerzeugung (Abb. 11.2):
In den Energiepreisen sind
externe Kosten z. B. für
die Beseitigung von
Umweltschäden meist
nicht eingerechnet.

Umweltverträglichkeit.
Wie in den vorangegangenen Kapiteln dargelegt,
sind auch erneuerbare Energien mit Eingriffen
in die Natur verbunden. Insgesamt gesehen
schneiden sie aber wesentlich besser ab als ihre
fossilen Konkurrenten oder die Kernkraft. Das
gilt auch für den Flächenbedarf, der bei erneuerbaren Energien mit Ausnahme der Bioenergie
mit dem Bau der Anlage abgeschlossen ist. Bei
fossilen und Kernkraftwerken werden dagegen
durch Rohstoffabbau und Förderung ständig neue
Flächen in Anspruch genommen.

i

Seltene Erden
Unter „Seltenen Erden“ versteht man Metalle,
die in der Erdkruste in so geringen Konzentrationen vorkommen, dass sich der Abbau
weltweit nur an wenigen Stellen lohnt. Die
Metalle, wie zum Beispiel Lanthan, Neodym
oder Dysposium, sind heute in nahezu allen
„Hightech-Geräten“ enthalten – auch in der
Technik zur Nutzung der erneuerbaren
Energien (Generatoren, Solartechnik, …).
Der Weltmarkt für Seltene Erden wird derzeit
zu 90 % von China dominiert, wo der Abbau
zum Teil mit hohen Umweltbelastungen verbunden ist. Das Recycling Seltener Erden ist
nur in begrenztem Umfang möglich.

Unberechenbar: Wind und
Sonne liefern mal zu viel –
und mal zu wenig Energie.
25

Aller Anfang ist schwer.

Landschaftsprägend:
Über 100 Meter hohe
Windkraftanlagen lassen
sich nicht einfach „verstecken“.

Aus den Augen, aus dem
Sinn: Umweltschäden bei
der Förderung fossiler
Energieträger sind oft in
andere Länder „ausgelagert“.

Ziele der Energiewende
(Abb. 11.3): Verbrauch
und Emissionen runter,
Erneuerbare Energien rauf.
26

Der Umbau der Energieversorgung stellt die
jeweiligen Länder vor große Herausforderungen.
So erschweren historisch gewachsene Strukturen
die Nutzung der erneuerbaren Energien – z. B.
beim Strom. Diese Strukturen sind weltweit
darauf ausgelegt, Energie zentral in leistungsstarken Kraftwerken aus meist fossilen Energieträgern sowie Uran herzustellen und über entsprechende Leitungsnetze an die Verbraucher zu
verteilen. Die fluktuierende Wind- und Sonnenenergie lässt sich, wie erwähnt, nicht so einfach
in dieses System einpassen.
In der Vergangenheit wurden die großen Kraftwerke meist in der Nähe der Verbrauchszentren
gebaut (z. B. in Deutschland im Ruhrgebiet).
Bei den erneuerbaren Energien dagegen liegen
Erzeugung und Verbrauch geografisch oft weit
auseinander. So sind die Schwerpunkte der
Windkraft in Küstennähe sehr weit von den
Großverbrauchern im Süden und der Mitte
Deutschlands entfernt.
Neben den Strukturen ändern sich mit den
Energiequellen auch die Besitzverhältnisse. Im
bisherigen System war die Energieerzeugung
auf einen überschaubaren Kreis größerer Unternehmen konzentriert. Mit dem Umsteuern
in Richtung der Erneuerbaren kommen nun
zahlreiche neue „Player“ hinzu: Von neu gegründeten Unternehmen über Energie-Genossenschaften bis zu den zahlreichen Privatpersonen, die mit ihren Kleinanlagen zu „EnergieUnternehmern“ werden.
Das bisherige System mit einer Konzentration der
Energieerzeugung – v. a. beim Strom – in zentralen Einheiten hatte den „Vorteil“, dass letztlich nur eine Minderheit der Bevölkerung
„betroffen“ war – v. a. die direkten Anwohner
des Kraftwerkes. Weil die meisten fossilen Energieträger – mit Ausnahme der Braunkohle –
importiert werden, sind die Unannehmlichkeiten
und Risiken der Förderung in andere Länder ausgelagert – getreu dem Motto „Aus den Augen, aus

dem Sinn!“. Bei erneuerbaren Energieträgern,
die einmal aufgrund der geringeren Energiedichte
viel flächenintensiver sind und durch die dezentrale Verteilung auch mehr wahrgenommen
werden, ist das anders. Zwangsläufig kommt
es zu entsprechenden Interessenkonflikten
(Stichwort „Verspargelung“ und „Vermaisung“
der Landschaft > S. 18 bzw. 20).

Und die Politik?
Ein entscheidender Faktor, ob erneuerbare
Energien ausgebaut werden oder ein eher stiefmütterliches Dasein fristen, ist die Politik.

Dicke Luft: Energiegewinnung aus Kohle führt zu immer
höheren Belastungen durch Smog – wie hier in Peking.

Weltweit gesehen gibt es zwar einen Konsens –
nicht zuletzt im Zuge der Klimaverhandlungen –,
erneuerbare Energien zu fördern, die Umsetzung
läuft aber oft sehr schleppend. Das ist selbst in

Staaten der Fall, die wie die USA oder Australien
über große, dünn besiedelte, sonnenreiche Gebiete
und damit ideale Voraussetzungen z. B. für die
Nutzung der Solarenergie verfügen.
In China führen die z. T. massiven Probleme
durch Luftverschmutzung, die ganze Metropolregionen betreffen, zum Umdenken. Zwar bleibt
China laut IEA bis auf Weiteres der Welt größter
Produzent und Verbraucher von Kohle, gleichzeitig stellt kein anderes Land eine größere
Stromerzeugungskapazität aus erneuerbaren
Energien als China.
In den großen Förderländern der fossilen Brennstoffe, wie zum Beispiel Russland mit seinen
großen Gasvorkommen oder die Erdölstaaten des
Nahen Ostens, spielen die erneuerbaren Energien
dagegen kaum eine Rolle.

Klimaschutz mit Energie.
Die im Rahmen der Klimaverhandlungen von der
Weltgemeinschaft beschlossenen Vorgaben sind
aber eindeutig. Um das gemeinsam vereinbarte
2 °C-Ziel zu halten, müssten die Treibhausgasemissionen bis 2050 weltweit um 50 % sinken,
in den Industrieländern sogar um 80–95 %. Die
EU hat 2008 ihre Klimaschutzziele bis 2020 auf
die eingängige Formel 20/20/20 gebracht: 20 %
weniger Emissionen im Vergleich zu 1990, 20%
Anteil erneuerbarer Energien an der Energieversorgung, 20 % mehr Effizienz. 2014 wurden
die Ziele bis 2030 wie folgt erweitert: 40% weniger
Emissionen, 27 % Anteil erneuerbarer Energien.

Mit das ehrgeizigste Ziel hat sich neben Dänemark
(100 % erneuerbare Energieversorgung bis 2050)
Deutschland gesetzt. Mit der Energiewende wurde
nach dem Atomunfall in Fukushima nicht nur
beschlossen, in einem festgelegten Zeitrahmen
aus der Atomkraft auszusteigen, sondern das
gesamte Energiesystem eines Industriestaates
auf ein nachhaltiges, umweltverträgliches System
umzustellen. Mehr dazu in den folgenden
Kapiteln. Übrigens: Auch die Vereinbarungen
des Klimagipfels von Paris Ende 2015 streben
ein weltweites Ende der CO2-Emissionen an –
spätestens ab Mitte des Jahrhunderts.

i

Ungenutztes Potenzial:
Bei der Nutzung der
Sonnenenergie verfügen
Staaten wie die USA oder
Australien über bessere
Voraussetzungen als etwa
Mitteleuropa.

Ziele der Energiewende (BMUB 2014):

• Rückgang der Emissionen bis 2020 um 40%,
bis 2050 um 80–95 %
• Anteil erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch: 18% bis 2020, 30% bis
2030, 60% bis 2050
• Anteil erneuerbarer Energien am Strom:
35% bis 2020, 50% bis 2030, 80% bis 2050
• mehr Effizienz, Verringerung des Primär
energieverbrauch im Vergleich zu 2008 bis
2020 um 20%, bis 2050 um 50%, Reduktion
Wärmebedarf in Gebäuden bis 2050 um 60%
• Ausbau der Netze
• Elektromobilität > 1 Mio. Fahrzeuge bis
2020, 5 Mio. bis 2030

Das Wichtigste in Kürze:
• Ein Umbau der Energieversorgung hin zu einem System auf der Grundlage erneuerbarer Energien
muss Versorgungssicherheit, Wirtschaftlichkeit und Umweltschutz gleichermaßen gewährleisten.
• Der Umbau stellt die einzelnen Staaten vor große Herausforderungen, da ein auf die Erneuerbaren
ausgerichtetes Energiesystem andere Strukturen erfordert als das bestehende.
• In Deutschland ist der Umbau politisch gewollt. Mit der „Energiewende“ sind ambitionierte Ziele
verbunden, deren Umsetzung international beobachtet wird. Um die vereinbarten Klimaschutzziele
erreichen zu können, streben auch andere Länder sowie die EU den Umbau der Energieversorgung an.

ĪĨ

Standpunkte

Ī Ĩ Eine Umstellung der
Energieversorgung auf erneuerbare Energieträger ist mit vielen
Unwägbarkeiten verbunden,
kostet viel Geld und wird international von kaum einem
anderen Land in dieser Form
übernommen werden.

Ī Ĩ Eine Energieversorgung
auf Basis erneuerbarer Quellen
ist möglich. Wer jetzt zügig
umstellt, hat später die Nase
vorn. Und: Bei den Kosten für
fossile Energien und Kernenergie sind viele Kosten nicht
berücksichtigt, die heute die
Allgemeinheit zu tragen hat.

27

Energiesparen als Energiequelle.
Energiesparen wird vielfach als unsere wichtigste und am einfachsten anzuzapfende „Energiequelle“
genannt. Denn Energie, die nicht gebraucht wird, muss auch nicht erzeugt werden.

Dieses Kapitel stellt heraus,
• wie sich Energie effizienter nutzen lässt
• wo man Energie einsparen kann
• was das für die Energiewende bedeutet.

vergleichsweise schnell, unkompliziert und oft sehr
kosteneffizient umsetzen. Die Maßnahmen zur
Effizienzverbesserung amortisieren sich vollständig
oder zumindest teilweise. Die Kosten werden
anschließend durch entsprechende Einsparungen
beim Energieeinkauf wieder ausgeglichen.

Weniger ist mehr.

Energie sparen.
Folie 12.

Kellerkraftwerk: Strom und
Wärme in einem.

In den Szenarien zur Energiewende in Deutschland, die einen hohen Anteil erneuerbarer Energien
am zukünftigen Energiemix beschreiben, wird
gleichzeitig von einem deutlich sparsameren Umgang mit Energie ausgegangen. Denn jede Kilowattstunde, die nicht benötigt wird, muss auch
nicht erzeugt werden. Und je mehr Energie eingespart werden kann, desto höher liegt auch der
Anteil erneuerbarer Energien und desto geringer
fallen die Kosten für den Umbau des Energiesystems aus.
Beim Energiesparen lassen sich zwei „Varianten“
unterscheiden: Zum einen kann der Verbrauch
durch eine Reduzierung der „Energiedienstleistung“,
durch Suffizienz, gesenkt werden – z. B. durch
eine Verringerung der Raumtemperatur in geheizten Gebäuden, weniger Auto fahren, weniger
Konsum oder eine verminderte industrielle Produktion. Zum anderen lässt sich der Energieverbrauch aber auch ohne größere Einschränkungen
durch Effizienz senken: durch bessere Wärmedämmung an Gebäuden, sparsamere Fahrweise
oder Fahrzeuge, bewussten Konsum sowie Energie
sparende Produktionsprozesse. Die in Anspruch
genommenen Energiedienstleistungen Raumtemperatur, Fahrleistung, Konsum oder Produktion
bleiben in diesem Fall gleich – nur der dazu nötige
Energieaufwand wird reduziert. Effizienz und
Suffizienz sind entscheidende Stellschrauben beim
Umbau der Energieversorgung. Beide Maßnahmen
lassen sich innerhalb der bestehenden Strukturen

Energieeinsatz – Energiegewinn (Abb. 12.1): Die Umwandlungsverluste
sind immer noch zu hoch.
28

Wo Energie verpufft.
Die Energieeffizienz ist in vielen Bereichen verbesserbar. Z. B. geht bei der Umwandlung von
Primär- in Endenergie, beim Energietransport und
direkt beim Endverbraucher viel Energie „verloren“ (Abb. 12.1). Experten halten es für technisch möglich, aus jeder Kilowattstunde das
4- bis 5-Fache an Nutzen herauszuholen. Doch
wo soll man den Hebel ansetzen? Ansätze
dazu bieten sich in verschiedenen Bereichen:
Verbesserung der Wirkungsgrade
Höhere Wirkungsgrade bedeuten mehr nutzbare
Energie bei gleichem Energieeinsatz. Auch bei der
Nutzung regenerativer Energien wird kontinuierlich an einer Verbesserung der Wirkungsgrade
gearbeitet.
Kraft-Wärme-Kopplung
Die deutschen Großkraftwerke haben einen
durchschnittlichen Wirkungsgrad von 36%. Das
bedeutet: Über 60 % der Energie gehen als
Abwärme über Kühltürme bzw. Flüsse verloren.
Bei der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) werden
beide Bereiche verbunden (Abb. 12.2). Am sinnvollsten ist die KWK bei konstantem Wärmebedarf, z. B. in der industriellen Produktion oder
bei der Wärmeversorgung von Stadtteilen,
Wohngebieten oder Einzelgebäuden. KWKAnlagen sind deshalb häufig wärmegeführt,
Strom wird zusätzlich erzeugt und in das Netz

Kraft-Wärme-Kopplung (Abb. 12.2): gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme.

Sparpotenziale (Abb. 12.3):
Für die Raumwärme brauchen private Haushalte am
meisten Energie.

abgegeben. Sind sie stromgeführt, steht die
Stromerzeugung im Vordergrund und die
Abwärme ist das Nebenprodukt. KWK-Anlagen
kommen in allen Größenordnungen zum Einsatz:
vom Heizkraftwerk mit mehreren GW Leistung
bis hin zu kleineren Anlagen mit wenigen kW
(„Kellerkraftwerke“). Besonders effektiv sind kleinere, dezentrale Anlagen, so genannte Blockheizkraftwerke. Sie stehen direkt am Ort des
Verbrauchs, übertragen v. a. die Wärme ohne
größere Verluste und erreichen Gesamtwirkungsgrade (Wärme und Strom) von bis zu 90 %.
Verbesserte Energieübertragung
Bei der Energieumwandlung und im Bereich des
Energietransportes, v. a. über größere Strecken,
geht immer noch viel wertvolle Energie verloren.
Experten schätzen den Verlust im deutschen
Stromnetz vom Kraftwerk bis zum Endverbraucher auf bis zu 5%. Deshalb wird an Fernübertragungssystemen gearbeitet, die Strom nahezu verlustfrei vom Kraftwerk zum Verbraucher bringen.
Wärmedämmung
Den mit Abstand größten Anteil am Energieverbrauch in Deutschland hat der Wärmebereich!
40 % des Primärenergieverbrauchs hängen dabei
direkt mit Gebäuden zusammen. In den privaten
Haushalten machen Raumwärme und Warmwasserbereitstellung über 80 % des Energieverbrauchs
aus (Abb. 12.3). Eine gute Wärmedämmung von
Gebäuden, am besten kombiniert mit modernen
Heizungs- und Lüftungsanlagen, zählt deshalb zu
den wichtigsten und effektivsten Möglichkeiten
des Energiesparens. Das beinhaltet zum einen
hohe Dämmstandards für Neubauten. Zum
anderem liegt die eigentliche Herausforderung –
allerdings auch ein riesiges Potenzial – in der
energetischen Bestandssanierung. Denn über 95%
der Gebäude in Deutschland wurden vor 2002
errichtet, ca. 75 % sind älter als 25 Jahre.

Jeder ist gefordert.
Neben Staat, Unternehmen und Immobilienbesitzern ist beim Energiesparen aber jeder Einzelne
gefordert. Allein durch den bewussten Umgang mit

Energie lassen sich ohne Komfortverlust bis zu
10% sparen. Einfache Hilfsmittel wie schaltbare
Steckerleisten, moderne Leuchtmittel wie LEDs,
Thermostatventile etc. erzielen mit geringem
Aufwand nochmals bis zu 10%. Abb. 12.3 zeigt,
wo in privaten Haushalten am meisten Strom verbraucht wird. Werden zusätzlich noch die großen
„Energiefresser“ wie alte Kühlschränke ausgetauscht, kann die Stromrechnung eines durchschnittlichen Haushalts um bis zu 60% gesenkt
werden.
Im Verkehrsbereich sind ebenfalls deutliche
Einsparungen möglich, z. B. durch sparsamere
Fahrzeuge, aber auch durch eine entsprechende
Fahrweise. Ein beachtliches Sparpotenzial bergen
unsere Konsumgewohnheiten, da sie einen großen
Einfluss auf den indirekten Energieverbrauch haben.
Der Becher für den Coffee-to-go, die Verpackung
für das Essen vom Pizza-Service – alles ist Energie
bzw. wird unter Einsatz von Energie hergestellt
und entsorgt. Auch der Warentransport geht in
den indirekten Verbrauch ein. Das Mineralwasser
aus Süditalien, die Tomate aus Spanien, das
Kinderspielzeug aus Fernost – jedes Produkt muss
vor seinem Verbrauch transportiert werden und
enthält damit mehr oder weniger viele Transportkilometer bzw. Energie. Ein bewusster Konsum,
z. B. der Kauf regional erzeugter oder langlebiger
Produkte, trägt deshalb zum Energiesparen bei.
Gerade im privaten Bereich machen allerdings
Rebound-Effekte oft bereits erzielte Einsparungen
wieder zunichte. Beispiele: Neubauten werden
energetisch optimiert, gleichzeitig steigt aber die
Wohnfläche pro Einwohner und damit der
Energieverbrauch. Neuwagen mit geringerem
Verbrauch verleiten dazu, insgesamt mehr zu
fahren – denn „man spart ja pro Kilometer“.
Und mit Car-Sharing-Autos werden oft Wege
zurückgelegt, für die vorher das Fahrrad oder
der öffentliche Nahverkehr genutzt wurden.

Verlustfreie Übertragung:
Der Stromtransport wird
weiter optimiert.

Warm einpacken: In einer
guten Dämmung schlummert ein großes Potenzial.

Einfach abschalten:
Auch kleine Maßnahmen
summieren sich.

Das Wichtigste in Kürze:
• Energie effizienter nutzen und Energie sparen sind „Energiequellen“ mit einem beträchtlichen
Potenzial. Energie, die nicht benötigt wird, muss auch nicht erzeugt und bereitgestellt werden.
• Einsparpotenziale bestehen sowohl an der Quelle (Verbesserung des Wirkungsgrades, Kraft-WärmeKopplung etc.) als auch beim Verbraucher (Wärmedämmung, stromsparende Geräte etc.).
• Mit einfachen Maßnahmen kann jeder Einzelne einen Beitrag zum Energiesparen leisten.

Gewohnheiten überprüfen:
Unser Konsum beeinflusst
den Energieverbrauch.
29

Eine neue Energieversorgung.
Erneuerbare Energien stellen vieles auf den Kopf: Aus zentraler Erzeugung wird eine dezentrale,
der Nutzer selbst wird zum Erzeuger, Stromverbraucher werden gleichzeitig Stromspeicher –
eine echte Herausforderung.
Dieses Kapitel beleuchtet,
• wie in einem neuen Energiesystem viele Elemente ineinandergreifen
• wie sich verschiedene Energieträger an unterschiedlichen Orten vernetzen lassen
• welche Möglichkeiten der Energiespeicherung es gibt.

Unter Strom.

Unter Strom.
Folie 13

Neben einer deutlichen Senkung des Energieverbrauchs zählt ein höherer Anteil erneuerbarer Energien zu den Hauptzielen der deutschen Energiewende. Aktuell leistet die Bioenergie hier den größten Anteil. Als „Multitalent“ hat sie zahlreiche Vorteile, aus verschiedenen Gründen aber ein begrenztes Potenzial
(> S. 20/21).
Nach Ansicht der meisten Experten bieten
Windkraft und Fotovoltaik unter den derzeitigen
technologischen Rahmenbedingungen die
besten Voraussetzungen, den Anteil der Erneuerbaren an der Energieversorgung signifikant
zu erhöhen. Da mit ihnen primär nur Strom
erzeugt werden kann, kommt diesem in einem
regenerativen Energiesystem eine Schlüsselstellung zu. Um die bestehenden und vor allem
die zukünftigen Kapazitäten von Wind und
Sonne möglichst optimal nutzen zu können,
wird es darauf ankommen, die Anwendungsbereiche Wärme und Kraftstoffe mit dem Stromsektor zu verknüpfen bzw. mittels Strom Wärme
sowie Brenn- und Kraftstoffe zu erzeugen.
Der Ausbau von Windkraft und Fotovoltaik
sowie die Integration des mit ihnen erzeugten
Stroms in den Wärme- und Verkehrssektor
werden erhebliche Auswirkungen auf das bestehende Versorgungssystem aus Grund-, Mittelund Spitzenlastkraftwerken haben. Klassische
Grundlastkraftwerke werden immer weniger

Rückenwind: In einem
neuen Energiesystem wird
Windkraft zu einem der
Grundpfeiler.

Internationaler Verbund
(Abb. 13.1): Die Voraussetzungen für die verschiedenen regenerativen
Energien sind in Europa
unterschiedlich.
30

benötigt, wenn Wind und Sonne Vorrang haben
und immer mehr Energie bereitstellen.
Allerdings weisen Sonne und Wind eine hohe
Fluktuation auf. 2015 betrug das Verhältnis von
fluktuierendem Wind- und Sonnenstrom zu
steuerbarem Strom (aus fossilen und regenerativen Quellen) 1:1,7. In Zukunft ist hier mit
einer deutlichen Verschiebung in Richtung
„Fluktuation“ zu rechnen. Zwar ergänzen sich
Wind und Sonne oft gut und auch die Wetterprognosen – und damit die Möglichkeiten, sich
auf Schwankungen einzustellen – werden
immer besser. Grundsätzlich wird es im neuen
Stromsystem aber verstärkt Komponenten brauchen, die flexibel einspringen, wenn Wind und
Sonne gerade wenig Strom liefern können (vgl.
Abb. 11.1, S. 24).

Dezentral und doch ein Ganzes.
Ein neues strombasiertes Energiesystem wird
aber auch alle Ansprüche erfüllen müssen, die
für das bestehende gelten. Vor allem um die
Versorgungssicherheit zu gewährleisten, dürften
folgende Aspekte zukünftig an Bedeutung
gewinnen:
• ein größerer geografischer Verbund
• Flexibilität auf der Angebotsseite durch
Kraftwerke, die schnell bei Bedarf Strom
bereitstellen können
• Flexibilität auf der Nachfrageseite durch
Steuerung des Bedarfs (Lastmanagement)
• Stromspeicherung.
Hier sind derzeit eine Reihe von – z. T. auch
gegensätzlichen – Ansätzen in der Diskussion:
Den Rahmen erweitern
Je mehr unterschiedliche erneuerbare Energien
miteinander kombiniert werden, desto besser
lassen sich Schwankungen ausgleichen. Viele
Studien beziehen deshalb einen europaweiten
Verbund in ihre Überlegungen ein, denn die
Bedingungen für die Nutzung regenerativer

Energien sind in Europa sehr unterschiedlich
verteilt. Sonnenenergie lässt sich in Südeuropa
am effektivsten nutzen, Windenergie liefert an
der Küste die besten Erträge und bei Wasserkraft
haben Bergländer wie Norwegen oder Österreich
große Potenziale. Je größer das Gebiet, in dem
die erneuerbaren Energien kombiniert und
genutzt werden, desto sicherer die Versorgung.
Denn irgendwo in Europa wird genug Wind
wehen oder die Sonne scheinen, wenn z. B.
in Mitteleuropa gerade Flaute herrscht und der
Himmel bedeckt ist (Abb. 13.1). Andere Konzepte greifen sogar über die Grenzen Europas
hinaus und beziehen die Wüstengebiete Nordafrikas mit ein.
Ein wichtiger Aspekt einer europaweiten „Energie“Arbeitsteilung sind die Energieverteilung und der
Energietransport. Denn je großräumiger der
Zusammenschluss der Energieerzeuger, desto
größer werden die Strecken, über die der erneuerbare Strom transportiert werden muss. Ein entsprechender Ausbau der Übertragungsnetze, vor
allem der Hochspannungsnetze, wird deshalb als
zentraler Bestandteil der Energiewende gesehen
– unabhängig davon, ob man Deutschland alleine
oder ganz Europa betrachtet.
Sinnvoll kombinieren
Als Alternative oder Ergänzung zu einem großräumigen Verbund mit entsprechendem Ausbau
der Leitungsnetze wird eine stärkere dezentrale
Energieerzeugung diskutiert. Dabei sind viele
Anlagen unterschiedlicher Größe nahezu flächendeckend über das Land verstreut und der Verbraucher wird dabei oft selbst zum Erzeuger. Dazu
gibt es bereits zahlreiche Beispiele, bei denen
vor allem Kommunen im ländlichen Raum weitgehend energieautark sind. Über Betreibergenossenschaften, Bürgerkraftwerke und kommunale
Stadtwerke betreiben sie die Energiewende
„von unten“. Z. B. nutzen Biomassekraftwerke
Material aus der Region (Gülle und feuchte Biomasse in Biogasanlagen; feste, trockene in
Verfeuerungsanlagen), erzeugen Strom oder versorgen über ein Nahwärmenetz die umliegenden
Anwohner mit Wärme. Aber auch jeder einzelne
Haushalt kann zum Erzeuger werden. Z. B. lassen
sich in Klein- und Kleinstkraftwerken aus Biomasse, Biomethan oder auch vergleichsweise
„sauberem“ Erdgas als Übergangsoption Wärme
und Strom erzeugen.
Eine große Herausforderung bei der Umsetzung
dieser dezentralen Konzepte ist, die zahlreichen
Energieerzeuger untereinander zu koordinieren
bzw. entsprechend flexibel zu- und abzuschalten.

Wird dies von einem übergeordneten Steuerzentrum geregelt, spricht man von einem virtuellen oder Kombikraftwerk (Abb. 13.2).

Virtuelles Kraftwerk
(Abb. 13.2): Über eine
zentrale Steuerung werden
die einzelnen Energieerzeuger je nach Bedarf
zu- und abgeschaltet.

i

Schnell und flexibel
Großkraftwerke haben lange Anlaufzeiten, um
auf Bedarfsspitzen zu reagieren. Bei einem
Kohlekraftwerk z. B. funktioniert das am
besten im laufenden Betrieb, das komplette
Hochfahren von „0 auf 100“ benötigt dagegen
bis zu sechs Stunden mit entsprechend hohen
Emissionen eines „Kaltstartes“. Kleinstkraftwerke machen das quasi aus dem Stand.

Bedarf und Angebot anpassen
Ein weiterer wichtiger Baustein eines neuen
Energiesystems ist das so genannte intelligente
Stromnetz. Es setzt durch gezieltes Lastmanagement direkt beim Verbraucher an und passt
dessen Verbrauch dem jeweiligen Angebot der
erneuerbaren Energien an. Solche „intelligenten
Netze“ (Smart Grids) sind derzeit noch in der
Versuchsphase. Dabei werden bestimmte Nutzer
vom Netz genommen, wenn wenig Strom vorhanden ist. Denkbar ist z. B., große Kühlhäuser
bei geringem Stromangebot kurzzeitig abzuschalten und bei einem Überangebot wieder
laufen zu lassen. Weitergedacht könnte das
Prinzip auch auf eine Kühltruhe im Keller eines
Privathauses übertragen werden – oder auf
industrielle Anlagen, Wärmepumpen oder
Elektrofahrzeuge. Wichtig ist, den Verbrauchern
über ein entsprechendes Förder- und Preissystem
Anreize zu bieten und sie dafür zu entlohnen,
wenn ihre Geräte in bedarfsstarken Zeiten abgeschaltet werden.
Grundsätzlich ließe sich so die Differenz zwischen Angebot und Nachfrage ausgleichen, die
bei erneuerbaren Energien zwangsläufig durch
das natürliche Dargebot bestimmt wird.

Energiewende von
„unten“: Besonders im
ländlichen Raum wirken
viele kleine dezentrale
Anlagen an der Energiewende mit.

31

Stromnetz in Deutschland
(Abb. 13.3): Strom fließt
in beide Richtungen. Der
Verbraucher wird auch
zum Erzeuger.

Hochspannung:
Unser Stromnetz
steht vor großen
Herausforderungen.

liche Speicherung. Überschüssige Energie wird
dabei für Zeiten eines Unterangebots „konserviert“. Zum anderen muss aber auch z. B. elektrische Energie in Wasserstoff oder Methan (Powerto-Gas) umgewandelt werden, um sie transportieren oder für andere Bereiche (Wärme, Kraftstoffe) nutzen zu können. Doch jeder Umwandlungsschritt ist aus physikalischen und chemischen Gründen mit Energieverlusten verbunden.
Diese zu minimieren ist derzeit Gegenstand vieler
Forschungsprojekte. Dabei können Umwandlungsverluste allerdings eher in Kauf genommen
werden, wenn für die Energiespeicherung z. B.
überschüssiger Windstrom verwendet wurde statt
fossil erzeugte Energie.

Optimal vernetzt.
Eine der größten Herausforderungen der Energiewende ist also, aus vielen verschiedenen Einheiten ein großes Ganzes zu machen. Besonders
bei der Stromerzeugung besteht sonst die Gefahr
von Über- und Unterkapazitäten.
Die Deutsche Energieagentur (DENA) hält die
Optimierung der großen Stromtrassen (Hochspannungsnetz) deshalb für absolut notwendig.
Aber auch das Nieder- und Mittelspannungsnetz
erfordert zunehmende Beachtung und Modernisierung. Es war bislang darauf ausgelegt, Strom
von den Kraftwerken zum Verbraucher zu leiten.
Heute geht es auch in die andere Richtung, wenn
der Verbraucher mehr und mehr selbst zum
Erzeuger wird (Abb. 13.3).
Optimale Vernetzung bedeutet aber auch die
bereits genannte stärkere Kopplung zwischen den
Bereichen Strom, Wärme und Kraftstoffen. Ein
Beispiel: Noch ist der Verkehrssektor fast ausschließlich auf Kraftstoffe fixiert, die sich durch
erneuerbare Alternativen nur schwer ersetzen
lassen. Ein Umsteuern auf Elektromobilität oder
die Nutzung sekundärer Energieträger wie Wasserstoff oder Methan mithilfe „sauber“ erzeugten
Stromes wären hier mögliche Alternativen. D. h.
Strom würde auch im Verkehrssektor an Bedeutung gewinnen. Dabei wird eine weitere Herausforderung deutlich: erneuerbare Energie, v. a.
Strom, in verschiedenen Formen zu speichern,
um sie zeitversetzt oder für andere Zwecke
nutzen zu können.

Erprobte Technik: Pumpspeicherkraftwerke sind seit Langem
im Einsatz. In der Bildmitte das obere Speicherbecken.

Bei Speichertechniken für Strom unterscheidet
man Kurzzeitspeicher (Schwungrad, Batterie,
Druckluft, Pumpspeicher) und Langzeitspeicher
(Methan, Wasserstoff). Der Bedarf an Stromspeichern wird mit dem Ausbau von Wind- und
Sonnenkraft deutlich zunehmen. Langzeitspeicher
dürften ab einem Anteil von 70 % erneuerbarer
Energien an der Stromversorgung und damit ab
ca. 2030/2040 in den Fokus rücken. Folgende
Systeme sind derzeit technisch verfügbar bzw.
in der Erprobung (Abb. 14.1):

Energie speichern.

Energie speichern.
Folie 14
32

Beim Aufbau eines auf den Erneuerbaren basierenden Energiesystems hat die Speicherung zwei
Hauptaufgaben: Um Fluktuationen besser ausgleichen zu können, geht es zum einen um eine zeit-

Speichersysteme (Abb. 14.1):
je nach Bedarf das passende System.

Pumpspeicher
Pumpspeicherkraftwerke sind eine seit Langem
angewandte und erprobte Technik (> S. 16/17,
Abb. 6.3). Sie dienten bislang v. a. dazu,
Bedarfsspitzen im Stromverbrauch schnell und
effizient auszugleichen. Bei einem Überangebot
von Strom wird Wasser von einem Unterbecken
in ein Oberbecken gepumpt, bei Bedarf schießt
das Wasser zurück und treibt Turbinen an. Der
Wirkungsgrad ist mit 70–80 % relativ hoch. Im
Gebirge können natürliche Zuflüsse den Wirkungsgrad auf ca. 85–90 % erhöhen. Die Technik
ist ausgereift, die Anzahl der Ladezyklen unbegrenzt und die Verluste durch Wasserverdunstung und Versickerung sind gering.
In Deutschland sind bereits zahlreiche Pumpspeicherkraftwerke im Einsatz. Aufgrund ihrer
Größendimensionen stoßen Neubauprojekte derzeit oft auf Widerstand. Deshalb wird auch darüber nachgedacht, Stollensysteme alter Bergwerke für unterirdische Pumpspeicherwerke zu
nutzen. Grundsätzlich könnten durch internationale Kooperationen bereits vorhandene Potenziale
im Ausland genutzt werden, z. B. in den Alpenländern und Skandinavien – z. T. besteht diese
Zusammenarbeit bereits.
Druckluftspeicher
Hierbei wird durch einen mit Strom betriebenen
Kompressor Luft in unterirdische Kavernen
gepresst (ehem. Salzstöcke oder Erdgaslager).
Beim Ausströmen werden wiederum Generatoren
betrieben, die Strom erzeugen (Abb. 14.2). Von
Druckluftspeicherkraftwerken existieren bislang
nur Pilotanlagen, der Wirkungsgrad ist mit
45–50% relativ niedrig. Der Sachverständigenrat
für Umweltfragen (SRU) sieht in seinen
Prognosen für diese Technik erhebliche
Potenziale, in Projektionen des Umweltbundesamtes (UBA) spielen Druckluftspeicher dagegen
kaum eine Rolle, da die Technik für noch nicht
ausgereift gehalten wird.
Chemische Speicher
Batteriespeicher eignen sich nur für vergleichsweise geringe Energiemengen. Derzeit wird mit
verschiedenen Grundstoffen hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit, Wirtschaftlichkeit
und Umweltverträglichkeit geforscht. Bisherige
Batterien enthalten z. T. umweltschädliche Stoffe,
auf die Problematik der Seltenen Erden wurde
bereits hingewiesen. Je nach verwendeten
Materialien entstehen darüber hinaus unterschiedlich hohe Entladungsverluste, die Anzahl
der Ladezyklen ist begrenzt. Große Potenziale für
Batteriespeicher werden im Eigenverbrauch von
Fotovoltaikstrom gesehen. Auch bei der weiteren

Entwicklung der Elektromobilität (> Exkurs S.
34/35) sind die Batterien ein entscheidender
Faktor.
Eine weitere Form chemischer Speicherung
stellen Verfahren dar, die Wasserstoff bzw.
Methan als sekundäre Energieträger nutzen.
Die so mit Strom aus erneuerbaren Energien
erzeugten Gase werden auch als Wind- oder
Solargas bezeichnet, die Technik als Power-to-gas.
Speicherkapazitäten bestehen bei Wasserstoff
z. B. in alten Salzkavernen, bei Methan in ehemaligen Erdgaslagerstätten. Für die Rückverstromung wären hocheffiziente Gas- und Dampfturbinenkraftwerke denkbar. Sie können innerhalb
von 15 Minuten angefahren werden und dann
innerhalb von fünf Minuten beliebig zwischen
Teil- und Vollast variieren. Eine Speicherung ist
über mehrere Monate bis zu einem Jahr möglich.
Wasserstoff
Kernstück des Verfahrens ist die so genannte
Elektrolyse (Abb. 14.3). Dieses Verfahren ist technisch ausgereift, allerdings energieaufwändig.
Der Systemwirkungsgrad der gesamten Kette
(Überschussstrom – Wasserstofferzeugung –
Speicherung – Rückverstromung) liegt bei 42 %.
Wasserstoff kann direkt als Kraftstoff in Verbrennungsmotoren oder als Brennstoff in
Gasturbinen eingesetzt werden. Oder er treibt
mittels Brennstoffzellen Fahrzeuge an, aus dem
Auspuff entweicht dabei lediglich Wasserdampf.

Speichermedium Druckluft
(Abb. 14.2): Noch löst
sich dabei viel Energie
in Luft auf – an einer
Optimierung wird gearbeitet.

Energie aus Wasserstoff:
Bei Brennstoffzellen entsteht als Abfallprodukt nur
Wasser.

Speichermedium Wasserstoff/Methan (Abb. 14.3):
Strom zeitversetzt in allen
Bereichen einsetzbar.

33

Gasturbinenkraftwerk:
In solchen Anlagen könnte
regenerativ erzeugtes
Methan rückverstromt
werden.

Wasserstoff kann dem Erdgasnetz beigemischt
werden, allerdings nur zu 5 %. Er ist aber in entsprechenden Tanks gut lagerbar, auch transportierbar (Schiffe) und daher je nach Bedarf einsatzbereit. Die dafür nötige Infrastruktur müsste aber
erst aufgebaut werden. Theoretisch könnte in den
Wüstengebieten Nordafrikas durch Solartechnik
genug Wasserstoff erzeugt werden, um Europa
mittels Pipeline oder Tankschiffen zu versorgen.
Die Elektrolyse erfordert aber möglichst sauberes
Wasser, das bei der Rückverstromung i. d. R. an
einem anderen Ort anfällt. Dieser „Wasserexport“ kann in Wüstengebieten zu Problemen
führen.

Wärmepumpe: Überschüssiger, regenerativ erzeugter
Strom kann auch in Wärme
„geparkt“ werden.

34

Methan
Das Verfahren ähnelt dem beim Wasserstoff, allerdings ist ein weiterer Schritt zwischengeschaltet,
die Methanisierung (Abb 14.4). Dadurch sind die
Umwandlungsverluste allerdings noch größer als
bei der Wasserstoffgenerierung, der Systemwirkungsgrad der Gesamtkette (Überschussstrom –
Wasserstofferzeugung – Methanisierung – Speicherung – Rückverstromung) liegt bei nur 35 %.
Methan hat andererseits aber eine höhere
Energiedichte. Es kann direkt in das vorhandene
Erdgasnetz eingespeist werden und Erdgas dort zu
100 % ersetzen. Damit steht Methan wie Erdgas
als Kraftstoff, als Wärmeträger für private
Haushalte oder als Brennstoff für Gaskraftwerke
zur Stromerzeugung zur Verfügung. Um eine
möglichst gute Gesamtbilanz zu erhalten, sollte
das beigefügte CO2 zur Methanisierung aus regenerativen Quellen stammen (z. B. Biogasanlagen)
oder zumindest als Abfallstoff aus der Zementund Kalkindustrie.
Ein großer Vorteil dieses Speicherverfahrens: Mit
dem Erdgasnetz steht die benötigte Infrastruktur
in Deutschland bereits flächendeckend zur
Verfügung.

Wärme
Wärme lässt sich über einen kürzeren Zeitraum
besser speichern als Strom. Strom z. B. aus Windkraftanlagen, der gerade nicht gebraucht wird,
kann somit in Wärme „geparkt“ werden (Powerto-heat) – über Kraft-Wärme-Kopplung in Nahund Fernwärmenetzen oder zum Betrieb von
Wärmepumpen. Damit werden fossile Brennstoffe
eingespart, die sonst für die Erzeugung der
Wärme notwendig wären. Bei Kraft-WärmeAnlagen sind thermische Speicher wichtig, da
Stromerzeugung und Wärmebedarf nicht immer
zusammenpassen. Sinn macht Power-to-heat nur
bei einem Überangebot regenerativ erzeugten
Stroms. Mit Strom aus einem fossilen Kraftwerk
Wärme zu erzeugen ist dagegen kontraproduktiv,
hier wäre es energetisch deutlich günstiger, den
fossilen Brennstoff direkt zur Wärmegewinnung
zu verfeuern.
Grundsätzlich ist jedes thermische Kraftwerk
(Dampfkraftwerk, Gasturbinenkraftwerk etc.), das
mit Brennstoffen betrieben wird, auch ein Speicherkraftwerk, da der Brennstoff (in erneuerbarer
Form z. B. Hackschnitzel, Pellets oder Biogas)
vorgehalten und gespeichert werden kann.

Eine Frage des Systems.
Mehr internationale Kooperation in einem europaweiten Verbund? Mehr „Stromautobahnen“?
Mehr kleine, dezentrale Anlagen und regionale
Energieautarkie? Kann so ein Energiesystem
aussehen, das auch die großen Verbrauchszentren
versorgen kann und bezahlbar ist? In Sachen
Energiewende sind noch viele Fragen offen.
Beispiel Netzausbau: Eine Alternative wäre,
regional mehr Leistung zu installieren und
deutlich mehr Speicherkapazitäten aufzubauen.
Beides ist aber teuer. Speichertechnologien
stehen zudem im Falle eines Überangebotes in
Konkurrenz zu anderen Optionen, die z. T.
kostengünstiger sind, z. B. Lastmanagement.
Hier stehen weniger die privaten Haushalte im
Fokus, sondern v. a. industrielle Prozesse, die
viel Strom benötigen, aber oft vergleichsweise
einfach zeitlich verschoben werden können
(z. B. die bereits erwähnten Kühlhäuser).
Experten schätzen, dass 50 % der Last in der
Industrie zeitlich verschiebbar ist. Entsprechende
finanzielle Anreize können hier zu einem wichtigen Steuerungselement werden.
Offene Fragen bestehen auch im Wärmebereich.
Welchen Beitrag können hier elektrisch betriebene Wärmepumpen leisten, welche Einsatz-

bereiche gibt es für Power-to-heat? Experten
sehen in einer stärkeren Förderung von Wärmedämmung sowie der Erneuerung von Heizungsanlagen große Potenziale.
Und die Mobilität? Mehr Elektroautos oder
alternative Kraftstoffe mittels Power-to-gas?
Und vor allem: Ist eine 1:1-Umstellung auf
erneuerbare Systeme die richtige Lösung, oder
müssten stattdessen oder parallel nicht auch
neue Verkehrskonzepte entwickelt und umgesetzt werden?
Exkurs Elektromobilität
Wenn die Treibhausgas-Emissionen bis 2050
um mindestens 80 % fallen sollen, wird auch
der Verkehrssektor seinen Beitrag leisten müssen.
Nach Berechnungen des UBA müssen dazu u. a.
die Emissionen bei PKWs von gegenwärtig
durchschnittlich 221 g CO2/km auf 43 g reduziert werden! Trotz aller Spar- und Verbesserungsbemühungen bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren wird sich dieses Ziel wahrscheinlich nur mit anderen Antriebstechniken
erreichen lassen.
Der Elektromotor ist hocheffizient, er setzt 86 %
der Energie in Bewegung um, zusätzlich lässt
sich die Bremsenergie zurückgewinnen. Zum
Vergleich: Beim herkömmlichen Ottomotor sind
es nur 22 %.
Elektromoblität bedeutet auch: keine Abgase,
kaum Feinstaub und weniger Lärm in den
Städten. Sinnvoll ist sie aber nur, wenn der
Strom regenerativ erzeugt wird und wenn die
Fahrzeuge selbst einem Kreislaufsystem unterliegen, das wertvolle Rohstoffe wieder zurückgewinnt. Prinzipiell lässt sich Elektromobilität
gut in ein System auf der Basis erneuerbarer
Energien integrieren, dem es an reinen
Kraftstoffen fehlt, das aber über Wind und
Fotovoltaik genug Strom bereitstellen kann.
Dann können Elektrofahrzeuge, wenn sie „zum
Tanken“ ans Stromnetz angeschlossen sind,
auch als Speicher fungieren (Abb. 15.1). Denn
ein Pkw wird im Durchschnitt nur 1–2 Stunden
am Tag wirklich bewegt. In Zeiten hohen
Strombedarfs könnte ein Autobesitzer durch das

Stehenlassen des Fahrzeugs sogar gespeicherten
Strom verkaufen. Kraftstoffe würden in diesem
System nur bei den Verkehrsträgern verwendet
werden, bei denen die „Elektrovariante“ aus
technischen Gründen nicht in Frage kommt
(Schwerlastverkehr, Flugverkehr, Schiffe). Aber
auch diese Kraftstoffe werden irgendwann
stromgenerierte, erneuerbare Kraftstoffe sein.

Strom tanken: Auch im
Verkehrsbereich müssen
neue Wege gegangen
werden – Elektromobilität
ist einer.

Es kann gelingen!
Der Umstieg auf ein neues, von den Erneuerbaren bestimmtes Energiesystem erfordert eine
intelligente Kombination aller genannten Bausteine: Vernetzung der unterschiedlichen regenerativen Energieerzeuger, Kopplung der Bereiche
Strom, Wärme und Kraftstoffe, Speicherung auf
unterschiedlichste Weise bis hin zur zeitlichen
und räumlichen Steuerung auf Seiten des Verbrauchers. Das alles mit Unterstützung in den
Bereichen Effizienz und Energiesparen. Ob und
wie das möglich ist, zeigt das abschließende
Kapitel.

100 % erneuerbar.
Folie 15.

Elektromobilität
(Abb. 15.1): E-Fahrzeuge
als Stromspeicher.

Das Wichtigste in Kürze:
• Ein neues Energiesystem auf der Grundlage erneuerbarer Energien wird aller Voraussicht nach ein
strombasiertes sein, bei dem die Bereiche Strom, Wärme und Kraftstoffe eng verzahnt werden.
• Das System wird viele dezentrale Einheiten miteinander verbinden. Lastmanagement sorgt für den
Ausgleich zwischen Angebot und Bedarf.
• Eine stärkere Vernetzung wie auch ein Ausbau der Stromspeicher werden voraussichtlich stark an
Bedeutung gewinnen.
35

Hundert Prozent erneuerbar?
Die Energiewende in Deutschland bedeutet nichts weniger als den vollständigen Umbau des Energiesystems eines der führenden Industrieländer dieser Welt. Kann dieses Mammutprojekt gelingen?

Dieses Kapitel informiert über
• die wichtigsten Bausteine der Energiewende
• die Auswirkungen der Energiewende auf unsere Landschaften.

Herausforderung Klimaschutz.

100 % erneuerbar.
Folie 15

Eines der drängendsten Probleme von Gegenwart
und Zukunft ist der Klimawandel. Er allein macht
bereits einen umfassenden Umbau des Energiesystems erforderlich. Wenn das von der Weltgemeinschaft angestrebte 2 °C-Ziel erreicht werden
soll, müsste ein Großteil der fossilen Reserven im
Boden bleiben (S. 8). Experten haben berechnet,
dass Deutschland dazu bis 2050 weitgehend
treibhausgasneutral sein müsste, also kein CO2
aus fossilen Energieträgern mehr ausstoßen dürfte.
Dass dies einen umfassenden Umbau unseres
Energiesystems erforderlich macht und welche
Maßnahmen man dazu diskutiert, wurde bisher
ausführlich dargestellt. Doch wie realistisch ist
ein derartiger Umbau?

Wir schaffen das.

Hauptenergieträger Wind:
Die Standorte für den
weiteren Ausbau müssen
sorgfältig ausgewählt
werden.
Energiesystem der Zukunft
(Abb. 15.2): eine intelligente Kombination vieler
Komponenten.

36

In den vergangenen Jahren haben sich zahlreiche
Studien mit der Frage befasst, ob die Energieversorgung in Deutschland bis 2050 vollständig auf
erneuerbare Energien umgestellt werden kann
(u. a. SRU, UBA, AEE). Basis der Projektionen
waren bereits heute verfügbare Techniken. Dabei
wurden verschiedene Konzepte untersucht:
von lokal energieautarken Regionen über einen
Regionenverbund innerhalb Deutschlands bis hin
zu europa- oder weltweiten Zusammenschlüssen.
Die Studien kommen zu dem Ergebnis, dass eine
sichere Versorgung mit der heute bekannten

Technik möglich ist. Dies trifft sogar auf Modelle
zu, die Deutschland als energieautarke „Insel“
sehen, wenngleich internationale Kooperationen
die Kosten deutlich reduzieren würden. Die
genauen Kosten einer Umstellung sowie zum
Betrieb und Erhalt des neuen Energiesystems
sind nur schwer zu beziffern. Langfristig
betrachtet bringt eine Umstellung der Energieversorgung aber sogar volkswirtschaftliche
Vorteile.

Energiewende konkret.
Die Studien kommen mehrheitlich zu folgenden
Schlüssen und Prioritäten:
An erster Stelle stehen Effizienz und Suffizienz
(S. 28/29). Der Primärenergieverbrauch müsste
bis 2050 um etwa 50% sinken. Dies betrifft alle
Anwendungsbereiche (Strom, Wärme und Kraftstoffe) sowie alle Sektoren (Industrie und Gewerbe, Haushalte, Verkehr). Um die entsprechenden
Energiesparpotenziale auszuschöpfen, sind zum
einen neue Konzepte und Ideen gefragt. Zum
anderen müssten lediglich „altbekannte“ Maßnahmen umgesetzt werden. So empfehlen
Experten, im derzeit energieintensivsten Segment, dem Verkehrsbereich, mehr Anstrengungen
zur Verkehrsvermeidung zu unternehmen. Auch
im Wärmesektor, hier vor allem im Bereich der
Raumwärme, können mit „Klassikern“, wie z. B.
der energetischen Gebäudesanierung, wesentliche
Beiträge zur Energiewende geleistet werden.
Da in einem erneuerbaren Energiesystem regenerativ erzeugter Strom die tragende Rolle spielt
(S. 30ff) wird trotz des angestrebten reduzierten
Primärenergieverbrauchs von einem steigenden
Stromverbrauch ausgegangen. Das bedeutet
einen weitereren Ausbau der Kapazitäten bei Wind
und Sonne. V. a. in der Übergangsphase müssen
dabei Unterdeckungen durch schnell regelbare
Kraftwerkseinheiten ausgeglichen werden. Kurzund mittelfristig bedeutet das den Einsatz fossiler
Kraftwerke als „Teilzeit“- oder Reservekraftwerke, so genannte Backup-Kraftwerke (v. a. Gas).

Um Überdeckungen zu vermeiden bzw. überschüssigen Strom speichern und später wieder
einsetzen zu können, ist auf längere Sicht die
Entwicklung von Speichertechnologien voranzutreiben (S. 32ff). Entsprechenden Speicherkapazitäten kommt bei den Projektionen eine entscheidende Rolle zu. Wasserstoff bzw. Methan, die mit
überschüssigem Wind- und Sonnenstrom erzeugt
werden, können Brenn- und Kraftstoffe ersetzen,
wodurch die energetische Nutzung von Biomasse
reduziert wird. Diese Biomasse kann dann im
nächsten Schritt in Backup-Kraftwerken eingesetzt
werden, die die fossilen Reservekraftwerke ersetzen. Wird der biogene Brennstoff nur dann eingesetzt, wenn Wind und Sonne nicht ausreichend
zur Verfügung stehen, sind für die Biomasseerzeugung keine zusätzlichen Flächen nötig. Noch
später könnten die Backup-Kraftwerke auch mit
„Windgas“ betrieben werden.

Energielandschaften.
Ein treibhausgasneutrales Deutschland mit einer
Energieversorgung auf der Grundlage der Erneuerbaren erfordert große Anstrengungen von allen
Teilen der Gesellschaft. Und: Unsere Landschaften
werden sich durch die Energiewende optisch verändern. Windparks, Solaranlagen und Flächen für
Bioenergie werden unsere Kulturlandschaft prägen.
Dabei gilt es, aus den Erfahrungen der vergangenen Jahre zu lernen und ggf. gegenzusteuern.
Bei der Bioenergie muss Mais zum Beispiel nicht
die einzige „Energiequelle“ bleiben: nachhaltige
Fruchtfolgen, Nutzung von Grünlandsilagen,
mehrjährige Kulturen, Wildpflanzenmischungen
u. a. könnten das Landschaftsbild durchaus bereichern, die Landwirtschaft stärken und zudem
Böden, Artenschutz und den Wasserhaushalt
positiv beeinflussen.
Beim Ausbau der Windenergie erfordert die
Standortwahl viel Fingerspitzengefühl. So zeigten
Untersuchungen bestehender Windparks, dass
Windkraftanlagen in Gruppen mit ungeraden
Zahlen als am angenehmsten wahrgenommen
wurden, wobei die Gruppenzahl 7 nicht überschritten werden sollte.

Auch bei dem von den Studien allgemein als vordringlich eingestuften Netzausbau ist sensibel vorzugehen. Eine von Beginn an offene Diskussion
zur Frage Freileitung oder Erdkabel sowie eine
frühzeitige Bürgerbeteiligung können die Akzeptanz erhöhen.
Grundsätzlich sollte uns bewusst sein, dass
Kulturlandschaften in der Vergangenheit immer
auch „Energielandschaften“ und damit dynamische Gebilde waren. Im Lauf der Zeit haben sie
sich unter dem Einfluss der Menschen verändert
und werden dies auch zukünftig tun.

Gemeinschaftswerk Energiewende.
Die Energiewende ist eines der wichtigsten
Zukunftsprojekte Deutschlands und bedeutet
nichts weniger als den vollständigen Umbau des
Energiesystems einer der wichtigsten Industrienationen der Erde. Sie wird sich nur dann erfolgreich umsetzen lassen, wenn alle Beteiligten das
Vorhaben als Gemeinschaftswerk verstehen.
Bund, Länder und Gemeinden sind dabei ebenso
gefordert wie Wirtschaft und Gesellschaft.
Da es sich um ein langfristiges Projekt handelt,
sind von Seiten des Staates klare und verlässliche
Vorgaben nötig. Nur dann werden die Investitionen in eine neue Energieinfrastruktur und -erzeugung erfolgen, die eine der Grundvoraussetzungen der Energiewende sind. Neben Staat und
Gemeinschaft ist bei diesem Gemeinschaftswerk
aber auch jeder Einzelne gefragt: Im Urlaub mit
dem Flugzeug nach Fernost, oder mit der Bahn in
die Berge? Im Winter 26 °C Raumtemperatur,
oder genügen 21 °C? Ganzjährig exotische
Früchte auf dem Teller oder saisonales und regionales Obst? Mit dem Auto zur Arbeit oder mit
Bus, Bahn oder Fahrrad? Den billigsten Stromtarif oder die Ökostrom-Variante? Auch die
täglich von uns getroffenen Entscheidungen
bestimmen, wie viel Energie unser Land verbraucht, wie schnell der vollständige Umstieg
auf erneuerbare Energien erfolgt und ob die
Energiewende „Made in Germany“ ein Erfolgsmodell wird.

Das Wichtigste in Kürze:

Energielandschaften
(Abb. 15.3): Die erneuerbaren Energieträger werden
unsere Kulturlandschaft
verändern.

Es kommt drauf an, wie
man es macht: Flächen
für Bioenergie können
ein Gewinn für Natur und
Landschaft sein.

• Zahlreiche Studien zeigen: Eine Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energien in Deutschland
ist bis Mitte dieses Jahrhunderts mit den heute bekannten Techniken möglich.
• Es bleibt noch viel zu tun. Neben der dringend nötigen Reduktion unseres Energieverbrauchs stellen
sich weitere Herausforderungen – von Speichertechnologien bis zum Umbau des Energiesektors.
• Die Energiewende wird unsere Landschaften verändern. Wir können diese Veränderungen positiv gestalten.
• Die Umsetzung der Energiewende fordert alle Ebenen von Staat, Wirtschaft und Gesellschaft – sie ist
ein Gemeinschaftswerk.
37

Glossar.
Amortisationszeit (energetisch)
Zeitdauer, in der die eingesetzte Energie zum
Bau einer Anlage (z. B. eines Wasserkraftwerkes)
durch die Energieerzeugung der Anlage wieder
ausgeglichen ist. Kraftwerke, die mit > fossilen
Energieträgern betrieben werden, amortisieren
sich aufgrund der > Umwandlungsverluste energetisch gesehen nie.
Biomasse
Gesamtes von Lebewesen aufgebautes Material.

Energie-Dreieck
Das Energie-Dreieck betrachtet bei der Energieversorgung drei Aspekte als gleichwertig
nebeneinander: Wirtschaftlichkeit,
Versorgungssicherheit, Umweltverträglichkeit.
Energiemix
Einsatz unterschiedlicher Energieträger für die
Energieversorgung bzw. die Stromerzeugung
eines Staates bzw. der gesamten Welt.

Blockheizkraftwerk
Meist kleineres, dezentrales Kraftwerk in
Siedlungsnähe, bei dem durch > Kraft-WärmeKopplung neben Strom auch die Wärme in einem
Nahwärmenetz genutzt wird. Damit liegt der >
Wirkungsgrad deutlich höher als bei einem
Kraftwerk, das nur der Stromerzeugung dient.

Energiepflanzen
Pflanzen, die sich ganz oder in Teilen für
eine energetische Nutzung eignen – z. B.
Getreide, Mais, Gräser wie Chinaschilf, Raps,
Sonnenblumen, aber auch schnell wachsende
Hölzer wie Pappeln und Weiden. Manche
Energiepflanzen können auch gleichzeitig als
Futtermittel, Nahrungslieferant oder nachwachsender Rohstoff dienen.

Brennstoffzelle
Die Brennstoffzelle erzeugt in einer kontrollierten
Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff Strom.
Als „Abfallprodukt“ entsteht Wasser. Das Prinzip
der Brennstoffzelle wurde bereits 1838 entdeckt.

Erneuerbare/regenerative Energieträger
Von Quellen gespeist, die nach menschlichen
Zeitmaßstäben unerschöpflich sind (z. B. Sonne).

CCS (Carbon Capture and Storage)
Technologie, die das bei der Verbrennung >
fossiler Energieträger entstehende > CO2
abscheidet und in unterirdischen Speichern lagert.

Erntefaktor
Der Erntefaktor gibt an, wie viel Mal mehr
Energie ein Kraftwerk, eine Wind- oder
Solaranlage während des gesamten Betriebes
liefert, als für Bau, Betrieb und Entsorgung verbraucht wird.

CO2-neutral
Bei der Verbrennung von Biomasse wird > CO2
freigesetzt. Da die Pflanze dieses CO2 zuvor beim
Wachstum der Atmosphäre entzogen hat, ist die
Bilanz ausgeglichen – CO2-neutral.
Effizienz
In Bezug auf die Energieversorgung bedeutet
Effizienz, aus der vorhandenen > Primärenergie
mit möglichst geringen > Umwandlungsverlusten
und bei hohem > Wirkungsgrad möglichst viel >
Endenergie zu erzeugen – und diese wiederum
in entsprechenden Geräten optimal zu nutzen
(Seite 28).
Emission
Abgabe von Substanzen, Gasen u. a. in die
Umwelt (von lat. „emittere“ = aussenden),
z. B. von > Kohlendioxid bei Verbrennungsprozessen.
Endenergie
Der Teil der Energie, der nach Abzug aller
Transport- und > Umwandlungsverluste z. B. in
Form von Strom, Benzin etc. zur Verfügung steht.

38

Fossile Energieträger
Entstanden durch biologische, chemische und
geologische Prozesse im Laufe der Erdgeschichte (Kohle, Erdöl, Erdgas). Sie bilden
sich in überschaubaren Zeiträumen nicht neu.
Fotovoltaik
Direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie (S. 12).
Generator
Maschine, die mechanische Energie in elektrische Energie (Strom) umwandelt. Die mechanische Energie kann z. B. mit einer > Turbine oder
einem Windrad erzeugt und über eine Welle an
den Generator übertragen werden.
Geothermie
Nutzung der im Erdinneren gespeicherten Energie.
Man unterscheidet Tiefengeothermie (unter 400 m)
und oberflächennahe Geothermie (S. 22).
Grundlast
Grundlastfähige Kraftwerke – z. B. Wasser-,
Braunkohle- und Kernkraftwerke – liefern eine

gleichmäßige Strommenge und decken dabei
den Teil des täglichen Stromverbrauchs ab, der
sich nicht verändert.
Heizwert
Er beschreibt den Energiegehalt eines Brennstoffes und ist das Maß für dessen nutzbare
Wärmemenge (ohne Kondensationswärme).
Hydrothermie
Nutzung von heißem Wasser aus tieferen
Erdschichten.
Industrielle Revolution
Periode Ende des 18./Anfang des 19. Jahrhunderts, in der bahnbrechende Erfindungen
(z. B. Dampfmaschine) die industrielle Massenfertigung von Gütern einleiteten. Basis war
die Nutzung fossiler Energiequellen (Kohle,
später Erdöl) in großem Stil.
Joule (J)
Einheit, in der Energie gemessen wird (benannt
nach dem engl. Physiker James Prescott Joule).
1 Kilojoule (kJ) = 1.000 J, 1 Petajoule (PJ) =
1015 (= 1 Billiarde) J, 1 Exajoule (EJ) = 1018
(= 1 Trillion) J.
Kohlendioxid (CO2)
Spurengas der Atmosphäre, wichtiges > Treibhausgas. Wird v. a. mit dem zusätzlichen >
Treibhauseffekt und mit dem Klimawandel in
Verbindung gebracht.
Kollektor
von lat. collegere = sammeln. Solarkollektoren
sammeln die Wärmeenergie aus der Sonnenstrahlung und geben sie an ein anderes
Wärmemedium, meist eine spezielle Flüssigkeit, weiter.
Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)
Verknüpfung von Strom- und Wärmeerzeugung.
Damit steigt der > Wirkungsgrad einer energietechnischen Anlage, der eingesetzte Energieträger wird effizienter genutzt.
Lastmanagement
Maßnahmen, die Energiebedarf und -erzeugung
aufeinander abstimmen.
Mittellast
Zu den Mittellastkraftwerken zählen Steinkohleund Gaskraftwerke. Sie können ihre
Stromerzeugung dem Bedarf leicht anpassen.

Nachhaltigkeit
Wirtschaftsprinzip, das durch Schonung der
natürlichen Lebensgrundlagen auch künftigen
Generationen ein lebenswertes Dasein garantiert.
Ökobilanz
Berücksichtigt z. B. bei der Bewertung eines
Energieträgers alle Aspekte, von Energiegewinnung über den Energieverbrauch für
Förderung, Aufbereitung, Transport bis zu
sonstigen Beeinträchtigungen der Umwelt
(Wasserverbrauch, -verschmutzung etc.).
Offshore
Bei Windenergieanlagen: Anlagen vor der Küste,
also im Meer (schwimmend oder bei geringen
Wassertiefen im Untergrund verankert). Im
Gegensatz zu Onshore-Anlagen an der Küste
oder im Binnenland.
Primärenergie
Direkter Energieinhalt von Kohle, Rohöl oder
Wind, ohne > Umwandlungsverluste z. B. in
Strom.
Rebound-Effekt
Effekt, der Einsparungen durch Effizienzmaßnahmen wieder zunichtemacht, da diese zu
einer vermehrten Nutzung führen.
Reserven
Vorräte an > fossilen Energieträgern, die bekannt
und wirtschaftlich abbaubar sind.
Ressourcen
Hier: Vorräte an > fossilen Energieträgern, die
nur vermutet werden und/oder derzeit nicht
wirtschaftlich abbaubar sind.
Schwellenland
Länder im Übergang vom Entwicklungsland zum
Industrieland. Z. B. China, Indien, Brasilien.
Solarthermie
Nutzung der Sonnenwärme zur Wärme- oder
Stromerzeugung (S. 13 ff).
Spitzenlast, Spitzenstrom
Der Stromverbrauch pro Tag schwankt und weist
mitunter starke Verbrauchsspitzen auf. Diese
Spitzenlast wird heute v. a. durch Pumpspeicherkraftwerke abgedeckt (S. 16).

39

Glossar.
Treibhauseffekt
Ähnlich wie die Scheiben eines Gewächshauses
wirken in der Atmosphäre bestimmte Gase, z. B.
Wasserdampf, > Kohlendioxid und Methan. Die
mittlere Temperatur der Erde liegt damit nicht
bei –18 °C, sondern bei +14 °C (natürlicher
Treibhauseffekt). Aktivitäten des Menschen, z. B.
die Verbrennung fossiler Energieträger, erhöhen
die Konzentration klimawirksamer Gase und verstärken den Effekt (zusätzlicher oder anthropogener Treibhauseffekt).
Treibhausgase
Gase, die die Wärmerückstrahlung der Erdoberfläche in den Weltraum behindern (wie die
Glasscheibe eines Treibhauses (> Treibhauseffekt). Z. B. Wasserdampf, > Kohlendioxid und
Methan.
Turbine
Maschine zur Energieumwandlung. Strömendes
Wasser, heißer Dampf, Gas oder Wind setzen ein
Laufrad in rotierende Bewegung, die zum
Antrieb von Maschinen oder > Generatoren
genutzt werden kann.
Umwandlungsverluste
Entstehen bei der Umwandlung von > Primärenergieträgern wie Kohle und Erdöl in vom
Verbraucher nutzbare > Endenergie in Form von
Strom oder Benzin.
Wärmepumpe
Anlage, die mit Energiezufuhr – z. B. durch
Strom – Wärme von einem niedrigen auf ein
höheres Temperaturniveau pumpt, z. B. von im
Erdreich oder der Umgebungsluft gespeicherter
Wärme auf Zimmertemperatur.
Watt (Kilowatt, Kilowattstunde)
Einheit, in der die physikalische Leistung gemessen
wird (benannt nach dem engl. Erfinder James
Watt). Watt steht dabei für > Joule pro Sekunde
(1 W = 1 J/s) und drückt aus, wie viel Energie
(J) pro Zeiteinheit z. B. ein Kraftwerk liefert oder
eine Maschine verbraucht.
1 Kilowatt (kW) = 1.000 W, 1 Megawatt (MW)
= 1.000 kW, 1 Gigawatt (GW) = 1.000 MW,
1 Terawatt (TW) = 1.000 GW
Strom- und Wärmemengen werden häufig in
Kilowattstunden (kWh) angegeben. Eine Kilowattstunde entspricht der Energie, welche z. B.
eine Maschine mit einer Leistung von einem
Kilowatt in einer Stunde aufnimmt bzw. abgibt
(1 kWh = 3.600 KJ).

40

Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad bezeichnet das Verhältnis zwischen
der eingesetzten und der abgegebenen, nutzbaren
Leistung. Je höher der Wirkungsgrad einer Anlage zur
Energieerzeugung, desto effektiver arbeitet sie.
Im Text erwähnte Abkürzungen:
AEE (Agentur für erneuerbare Energien)
Gegründet 2008. Kommunikationsagentur zur
Förderung erneuerbarer Energien. Unterstützt durch
Unternehmen und Verbände der erneuerbaren
Energien. Zusammenarbeit mit verschiedenen
Bundesministerien.
BFN (Bundesamt für Naturschutz)
Zentrale Behörde mit Sitz in Bonn, die das Bundesumweltministerium fachlich und wissenschaftlich in
Fragen des Naturschutzes und der Landschaftspflege
unterstützt.
BMUB (Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz,
Bau und Reaktorsicherheit)
BMWi (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie)
EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz)
Regelt die Einspeisung von regenerativ erzeugtem Strom
in das öffentliche Stromnetz zu einem festgelegten
Vergütungssatz.
DENA (Deutsche Energie-Agentur)
Gegründet im Jahr 2000 auf Initiative der damaligen
rot-grünen Bundesregierung. Sieht sich als Schnittstelle zwischen Politik und Wirtschaft und als
Kompetenzzentrum für Energieeffizienz und erneuerbare Energien.
IEA (International Energy Agency)
Internationale Energieagentur mit Sitz in Paris,
gegründet 1973 von damals 16 Industrienationen
im Zusammenhang mit der Ölkrise.
IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change)
Interdisziplinärer Kreis aus Wissenschaftlern, die den
aktuellen Stand der Klimaforschung bündeln und alle
6–7 Jahre in Berichten wiedergeben. Gegründet 1988
in Toronto.
UBA (Umweltbundesamt)
Eigenständige Bundesbehörde mit Sitz in Dessau, die
das Bundesumweltministerium berät.
SRU (Sachverständigenrat für Umweltfragen)
Beratungsgremium der Bundesregierung mit dem
Auftrag, die Umweltsituation und -politik darzustellen
und zu begutachten.

41

Literatur und Internet.
Literatur:
Agentur für Erneuerbare Energien (AEE)
· (2015): Bundesländer mit neuer Energie.
Jahresreport Föderal erneuerbar. Berlin
· (2015): Die neue Stromwelt. Berlin
· (2014): Renews Spezial Nr. 75 – Strom speichern.
Berlin
· (2014): Renews Kompakt – Bioenergie: Fragen
und Antworten. Berlin
· (2014): Fakten – Die wichtigsten Daten zu Erneuerbaren Energien. Schnell und kompakt. Berlin
· (2013): Den Boden bereiten für die Energiewende
– Mit Bioenergie für mehr Klimaschutz und
Nachhaltigkeit. Berlin
· (2010): Kraftwerke für jedermann – Chancen und
Herausforderungen einer dezentralen erneuerbaren
Energieversorgung. Berlin
· (2010): Erneuerbare Energien 2020 – Potenzialatlas Deutschland. Berlin
AG Energiebilanzen e.V.
· (2015): Energieverbrauch in Deutschland im Jahr
2014. Berlin
· (2015): Auswertungstabellen zur Energiebilanz
Deutschland 1990 bis 2014. Berlin
· (2013): Anwendungsbilanzen für die Endenergiesektoren in Deutschland in den Jahren 2011und 2012
mit Zeitreihen von 2008 bis 2012. Berlin
Agora-Energiewende
· (2015): Die Energiewende im Stromsektor.
Stand der Dinge 2014. Analyse. Berlin
· (2012): 12 Thesen zur Energiewende. Impulse. Berlin
· Bayerisches Landesamt für Umwelt / Bayerisches
Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit (2015): UmweltWissen – Klima und
Energie; Windenenergieanlagen – beeinträchtigt
Infraschall die Gesundheit?
· Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe
BGR (2013): Energiestudie 2013 – Reserven,
Ressourcen und Verfügbarkeit von Energierohstoffen.
Hannover
Bundesamt für Naturschutz (Hrsg.)
· (2014): Energielandschaften – Kulturlandschaften
der Zukunft. BfN-Skripten 364. Bonn-Bad Godesberg
· (2013): Energielandschaften – Kulturlandschaften der
Zukunft? Energiewende – Fluch und Segen für
unsere Landschaften? BfN-Skripten 337. Bonn-Bad
Godesberg

42

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
(Hrsg.)
· (2015): Die Energiewende gemeinsam zum Erfolg
führen. Berlin
· (2015): Energiedaten: Gesamtausgabe. Berlin
· (2015): Erneuerbare Energien im Jahr 2014. Berlin
· (2014): Mehr aus Energie machen. Nationaler
Aktionsplan Energieeffizienz. Berlin
· (2013): Energie in Deutschland – Trends und
Hintergründe zur Energieversorgung. Berlin
Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und
Reaktorsicherheit (BMUB)
· (2015): Die Nationale Klimaschutzinitiative. Daten,
Fakten, Erfolge 2015. Berlin
· 2015): Klimaschutz in Zahlen – Fakten, Trends und
Impulse deutscher Klimapolitik. Berlin
· (2015): Erneuerbar mobil – Marktfähige Lösungen
für eine klimafreundliche Elektromobilität. Berlin
· Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft
e.V. (BDEW) (2013): Stromverbrauch im Haushalt.
Berlin
· Bundesverband Erneuerbare Energien e. V. (Hrsg.)
(2015): Die neue Verkehrswelt – Mobilität im
Zeichen des Überflusses: schlau organisiert, effizient,
bequem und nachhaltig unterwegs. Studie. Bochum
· Deutsche Energieagentur (2013):
Die Energiewende – das neue System gestalten.
Das deutsche Energiesystem im Jahr 2050:
klimafreundlich, sicher und wirtschaftlich. Berlin
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme
· (2015): Was kostet die Energiewende? Freiburg
· (2013): Energiesystem Deutschland 2050. Freiburg
· (2013): Stromgestehungskosten erneuerbare
Energien. Studie. Freiburg
· (2012): 100 % erneuerbare Energien für Strom und
Wärme in Deutschland. Freiburg
International Energy Agency (IEA)
· (2015): Key World Energy Statistics 2015. Paris
· (2015): World Energy Outlook 2015.
Zusammenfassung. Paris
· (2014): Energy Technology Perspectives 2014 –
Harnessing Electricity’s Potential –
Zusammenfassung – German translation. Paris
· IPCC (2014): Erneuerbare Energiequellen und die
Minderung des Klimawandels – Zusammenfassung
für politische Entscheidungsträger, Sonderbericht.
Bonn

· Sachverständigenrat für Umweltfragen (2011):
Wege zur 100 % erneuerbaren Stromversorgung.
Sondergutachten. Berlin.
Umweltbundesamt (UBA) (Hrsg.)
· (2015): Postfossile Energieversorgungsoptionen für
einen treibhausgasneutralen Verkehr im Jahr 2050:
Eine verkehrsträgerübergreifende Bewertung. DessauRoßlau
· (2015): Stromsparen. Schlüssel für eine umweltschonende und kostengünstige Energiewende. DessauRoßlau
· (2014): Hintergrundpapier. Fracking zur Schiefergasförderung. Eine energie- und umweltfachliche Einschätzung. Dessau-Roßlau
· (2014): Entwickung der spezifischen KohlendioxidEmissionen des deutschen Strommix in den Jahren
1990 bis 2014. Dessau-Roßlau
· (2014): Globale Landflächen und Biomasse nachhaltig
und ressourcenschonend nutzen. Dessau-Roßlau
· (2014): Position zum UN-Sondergipfel am 23. September 2014 – Ambition lohnt sich: Wir brauchen
ehrgeizige Bekenntnisse zum Klimaschutz. DessauRoßlau
· (2014): Klimaschutz in Zahlen – Fakten, Trends und
Impulse deutscher Klimapolitik. Dessau-Roßlau
· (2014): Treibhausgasneutrales Deutschland im Jahr
2050. Dessau-Roßlau
· (2014): Vollständig auf erneuerbare Energien basierende Stromversorgung Deutschlands im Jahr 2050
auf Basis in Europa großtechnisch leicht erschließbarer Potentiale – Analyse und Bewertung anhand
von Studien. Dessau-Roßlau
· (2013): Ratgeber: Energiesparen im Haushalt. DessauRoßlau
· (2012): Nachhaltige Stromversorgung der Zukunft.
Kosten und Nutzen einer Transformation hin zu
100% erneuerbare Energien. Dessau-Roßlau
· (2012): Studie: Wasserkraftnutzung in Deutschland:
Wasserrechtliche Aspekte, ökologisches Modernisierungspotenzial und Fördermöglichkeiten.
Dessau-Roßlau
· (2011): Hintergrundpapier. Stromerzeugung aus
erneuerbaren Energien – klimafreundlich und ökonomisch sinnvoll. Dessau-Roßlau
· (2011): Umstrukturierung der Stromversorgung in
Deutschland. Dessau-Roßlau
· (2010): Energieziel 2050 – 100% Strom aus erneuerbaren Quellen. Dessau-Roßlau

Internet:
· Agora-Energiewende
www.agora-energiewende.de
· Agentur für Erneuerbare Energien
www.unendlich-viel-energie.de
· Allianz Umweltstiftung
www.allianz-umweltstiftung.de › Publikationen
· Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V.
www.ag-energiebilanzen.de
· Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau
und Reaktorsicherheit
www.bmub.bund.de › Themen › Klima/Energie
· Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
www.bmwi.de › Themen › Energie
www.erneuerbare-energien.de
· Deutsche Energie-Agentur
www.dena.de
· Internationale Energieagentur
www.iea.org › Publications
· Umweltbundesamt
www.umweltbundesamt.de, www.uba.de › Themen
› Energie/Klima

· Wirtschaftsbeirat Bayern (Hrsg.) (2012):
Zahlen und Fakten zur Stromversorgung in
Deutschland. München

43

Allianz Umweltstiftung.
Umweltschutz macht Spaß, wenn er sich nicht nur auf Verbote und den erhobenen Zeigefinger
beschränkt – das zeigt die Allianz Umweltstiftung mit ihren Förderprojekten.

„Mitwirken an einem lebenswerten Dasein in der
Zukunft“.
Diese Maxime hat die Allianz Umweltstiftung
in ihrer Satzung verankert. Mit Gründung der
Umweltstiftung im Jahr 1990 setzte die Allianz
ein weiteres Zeichen für die Übernahme gesellschaftlicher Verantwortung.

Wissen.
Um möglichst viele Menschen für ein Engagement
in Sachen Umwelt zu begeistern, erstellt die
Allianz Umweltstiftung in ihrer Publikationsreihe
„Wissen“ Informationsbroschüren. Bisher sind die
Ausgaben Wasser, Tropenwald, Sonnenenergie
für Schulen, Klima, Klimaschutz, Klimaschutz an
Schulen und Hochwasser erhältlich.

Ziele.
Ziel der Stiftungstätigkeit ist, Kreativität zu
fördern, Begeisterung für die Umwelt zu wecken
und Freude an der Natur zu vermitteln. Im
Mittelpunkt der Stiftungsaktivitäten steht deshalb der Mensch – denn seine Aktivitäten
prägen unsere Umwelt und seine Träume und
Visionen bestimmen unsere Zukunft.

Förderbereiche.
Es gibt viele Bereiche, in denen sich ein
Engagement für die Umwelt lohnt. Um hier einer
Beliebigkeit vorzubeugen und ein eigenes Profil
zu entwickeln, hat die Allianz Umweltstiftung
fünf Förderbereiche festgeschrieben:
• Umwelt- und Klimaschutz
• Leben in der Stadt
• Nachhaltige Regionalentwicklung
• Biodiversität
• Umweltkommunikation.
Neben der Fördertätigkeit in diesen Bereichen
werden die Stiftungsaktivitäten durch die
Benediktbeurer Gespräche und die NaturfilmBühne der Allianz Umweltstiftung sowie die
Aktion Blauer Adler abgerundet.

44

Deutscher Klimapreis der Allianz
Umweltstiftung.
Um das aktive Klimaschutz-Engagement von
Schülern und Schulen auszuzeichnen, hat die
Allianz Umweltstiftung den Deutschen Klimapreis
ins Leben gerufen. Er wird jährlich verliehen und
soll Schüler dazu motivieren, sich dem wichtigen
Thema Klimaschutz mit Spaß und positivem
Engagement zu widmen. Der Deutsche Klimapreis
der Allianz Umweltstiftung besteht aus fünf
gleichwertigen Auszeichnungen, die mit jeweils
10.000 Euro dotiert sind. Zusätzlich werden 15
Anerkennungspreise von je 1.000 Euro vergeben.

Folien.

Folie 1
Energieversorgung I.

Folie 2
Energieversorgung II.

Folie 3
Erneuerbare Energien.

Folie 4
Energie aus der Sonne I.

Folie 5
Energie aus der Sonne II.

Folie 6
Energie aus Wasser.

Folie 7
Energie aus Wind.

Folie 8
Energie aus Biomasse.

Folie 9
Energie aus dem Erdinneren.

Folie 10
Energie aus Boden und Luft.

Folie 11
Ziele und Hindernisse.

Folie 12
Energie sparen.

Folie 13
Unter Strom.

Folie 14
Energie speichern.

Folie 15
100 % erneuerbar.

Erneuerbare
Energien
Folie 1

Energieversorgung I.
775

GJ/a

Energieverbrauch

400
300

Weltbevölkerung

200
100
0

1900

1950

2000

USA

10
9
8
7
6
5
4
3
2
1

300
Deutschland

500

Primärenergieverbrauch
pro Kopf
(Stand 2013)

200

100

2050

5

0

79

China

Mrd.

Eritrea

EJ/a

290

162

93

27
Quelle: IEA (2015)

Energieverbrauch Deutschland.
15.000

Katar

Energieverbrauch im Vergleich.

Welt

Quelle: IEA (2015)

Indien

Energieverbrauch Welt.

Quelle: AGEB (2015)

PJ/a
13.132
Umwandlungsverluste
8.648
30,4 %

10.000
Primärenergieverbrauch
0
1990

1995

2000

2005

2010

29,0 %
25,6%
15,0%
2014

2014

Endenergieverbrauch

Verkehr
Industrie
Haushalte
Gewerbe/Handel/Dienstleistung

Energieverbrauch Deutschland nach Sektoren und Anwendungsbereichen 2012.
Angaben in %
100 %
21
31

22
74

20

36

Prozesswärme
64

13

15

54

90

Kraftstoffe
99

Warmwasser
15
Raumwärme
69

93

99

60

61

53

Industrie

Licht
15

Handel/Gewerbe

Private Haushalte

Verkehr

Energieträger:
Strom

Erneuerbare

Fernwärme

fossile Brenn-/Kraftstoffe (Kohle, Öl, Gas)

Sonstige

Anwendungsbereiche:
Wärme

mechanische Energie

Allianz Umweltstiftung ©

Licht, Informations-/Kommunikationstechnik

Quelle: AGEB (2013)

Erneuerbare
Energien
Folie 2

Energieversorgung II.
Energieträger.

Quelle: IEA (2015)
AGEB (2015)

Anteile am Primärenergieverbrauch
Kernenergie 4,8%

Sonstige 1,2%

Erneuerbare
Energien

Kernenergie

Erneuerbare
Energien

Erdöl

12,6%

8,1 %
Erdöl

11,1%

31,1%
Erdgas

Sonstige 0,7%

21,4%

Erdgas

35%

20,5%

28,9%

24,6%

Kohle

Kohle

Welt 2013

Deutschland 2014
Quelle: UBA (2015)
AGEB (2015)

CO2-Emissionen fossiler Brennstoffe.
gCO2 /kWh*
569

600

* zum Vergleich Strommix
in Deutschland pro erzeugter
kWh Strom (2014):

500
404

400

339

300

Strom*

Braunkohle

Steinkohle

0

Erdöl

100

202
Erdgas

200

26,2%
25,4%
17,8%
15,8%
9,5%
4,4%

266

Erneuerbare Energie
Braunkohle
Steinkohle
Kernenergie
Erdgas
Sonstige

*bezogen auf den Brennstoffeinsatz

Quelle: BGR (2013)

Reichweiten von Energieträgern.
aus vorhandenen Reserven bei gleichbleibendem Verbrauch

Quelle: BfN (2013)

Energiegeschichte der Menschheit

Öl

Fossiles Energiezeitalter?

Gas
Erste solare
Zivilisation

Uran

Zweite solare
Zivilisation?

v. Chr.

Steinkohle

n. Chr.

-5000

0

2000

5000

Braunkohle
Jahre
0

Allianz Umweltstiftung ©

100

200

300

400

500

Erneuerbare
Energien
Folie 3

Erneuerbare Energien.
Quelle: BMU (2009)

Potenzial.
Solarstrahlung
davon derzeit
technisch nutzbar
Wind, Biomasse,
Erdwärme,
Meeresenergie,
Wasser

Weltenergieverbrauch

Übersicht.

Solarstrahlung

Wärmepumpe

Wärme

Fotovoltaik

Strom

Solarthermie

Wärme

Strom

Wasserkraftwerk

Strom

Meeresströmungskraftw.

Strom

Wellenkraftwerk

Strom

Windenergieanlage

Strom

Biomasse

Biomassenutzung

Wärme Strom Kraftstoff

Mond

Gezeiten

Gezeitenkraftwerk

Strom

Erde

Geothermie

Geotherm. Kraftw.

Sonne
Wasserkraft

Wind

Wärme

Quelle: AGEB (2015)
BMWi (2015)

Erneuerbare Energiequellen in Deutschland (2014).
Wasser 5,1%

Strom

Geothermie 2,9%
Geothermie < 0,1%

Solarthermie 1,7%
Fotovoltaik 8,6%

27,8%

11,1%
Wind
13,9 %

Strom
gesamt

Anteile am Primärenergieverbrauch

Allianz Umweltstiftung ©

Wind
34,8%

Fotovoltaik
21,8%

Biomasse
67,8 %

Energieverbrauch
gesamt

Wasser
12,8%

Biomasse
30,5 %

Anteile an der Stromerzeugung

Erneuerbare
Energien
Folie 4

Energie aus der Sonne I.
Strom aus Sonnenkraft.

Halbleiter 1

Halbleiter 2

Aufbau einer Fotovoltaik-Zelle

Wärme aus Sonnenkraft.
kurzwellige
Sonnenstrahlung

Glasfassade

kurzwellige
Sonnenstrahlung
Kollektor

Pumpe

Wärmetauscher
Warmwasseraufbereitung

langwellige
Wärmestrahlung

aktiv

passiv

Funktion eines Sonnenkollektors.
Wärmetauscher
Speicher

dünne Rohre

zusätzlicher Heizkessel
Kollektor

Glasscheibe

Wärmedämmung

Absorber

Pumpe

Flüssigkeit
Kreislauf mit
frostgeschützter Flüssigkeit
Schnitt

Allianz Umweltstiftung ©

Wasch-,
Spülmaschine

Erneuerbare
Energien
Folie 5

Energie aus der Sonne II.
Quelle: BMU (2009)

Solarkraftwerke.
Parabolrinnen

Fresnel-Rinnen

Parabolspiegel

Absorber

Absorberrohr
Nachführmechanismus

Nachführmechanismus
gewölbter Spiegel

Turmkraftwerk.

Flachspiegel

Hohlspiegel

Aufwindkraftwerk.
Kamin

Absorber

Glasdach

Flachspiegel (Heliostate)

Globalstrahlung.

Turbine

Luft und Boden als Wärmespeicher
Quelle: meteonorm (2015)

40°

0°
2100
1700
1300

40°

900
Periode: 1991–2010

Allianz Umweltstiftung ©

kWh/m2 pro Jahr

Erneuerbare
Energien
Folie 6

Energie aus Wasser.
Turbinentypen.

Francis

Pelton

Kaplan

mittlere Fallhöhe
mittlere Durchlaufmenge

große Fallhöhe
geringe Durchlaufmenge

geringe Fallhöhe
große Durchlaufmenge

Flusskraftwerke/Speicherkraftwerke.
Speicher
Generator

Staustufe

Turbine

Stromerzeugung
Pumpbetrieb

Fluss

Turbine
Fluss

Pumpe

Generator

Speicher

Laufwasserkraftwerk

Pumpspeicherkraftwerk

Meereskraftwerke.
Windturbine
Luftströmung

Generator

Meeresströmungskraftwerk

Allianz Umweltstiftung ©

Wellenkraftwerk

Erneuerbare
Energien
Folie 7

Energie aus Wind.
Windkraftanlage.

Blattverstellung

Getriebe
Bremsscheibe

Auftrieb
schnelle Luftbewegung

Generator

Rotornabe

Gondel
Rotorblatt

Windrichtungsnachführung

Wind
Turm
langsame Luftbewegung
Netzanschluss

Funktionsprinzip

Fundament

Quelle: Wirtschaftsverband Windkraftwerke

Windstärken.

Mittlere Windgeschwindigkeit
in 10 m Höhe (m/s)

Europa

> 6 bis >11,5
5 bis 11,5
4,5 bis 10,0
3,5 bis 8,5
< 3,5 bis < 7,0
keine Angabe

Deutschland

Hamburg
Berlin

Köln

Frankfurt

München

Mittlere Windgeschwindigkeit in 80 m Höhe (m/s)
4-5
5-6
6-7
>7

Allianz Umweltstiftung ©

Erneuerbare
Energien
Folie 8

Energie aus Biomasse.
Wege der Biomassenutzung.
mech. Verarbeitung

Holz, Stroh,
Schilf, etc.

Festbrennstoffe
(z. B. Holzpellets)

Pyrolyse
Vergasung

Biomasseheizkraftwerk
(Kesselanlage)

Holzgas u. a.
Pflanzenöl

Pflanzenöl
Veresterung

Biodiesel u. a.

Zucker

Alkoholgärung
Fermentierung

Ethanol

Grünmasse
Reststoffe

Vergärung

Biomethan

Methangärung

Biogas

Fahrzeugmotoren

Biomasseheizkraftwerk
(Verbrennungsmotor)

Biomasse

Quelle: Wikipedia
und andere (2015)

Energie-Inhalte.
Heizwerte
4,2

lufttrockenes Holz
Weizenkörner

4,8

Stroh (trocken)

4,8
4,9

Holzpellets
Braunkohlebrikett

5,6

Steinkohle

8,2

Biodiesel (Rapsölbasis)

10,2
10,7

Erdgas
schweres Heizöl

11,0
kWh/kg
0

5

10

15
Quelle: FNR (2006)

Kaskadennutzung – Beispiele.
Verpackungs-Chips
Biobaustoffe

Mais

Kompostierung Brennstoffe

Frittieröl
Kraftstoff

Sonnenblume

Holz

Allianz Umweltstiftung ©

Massivholz-Möbel

Leimholz

Spanplatte

Brennstoff

Brennstoff

Erneuerbare
Energien
Folie 9

Energie aus dem Erdinneren.
Hydrothermisches Verfahren.

Hydrothermie in Deutschland.
Regionen mit Aquiferen, die für eine
hydrothermische Nutzung geeignet wären
Temperaturen: 60 °C–100 °C
(Wärmeerzeugung)

Wärmetauscher
Verdampfer
Fernwärme

Stromerzeugung

Temperaturen: > 100 °C
(Stromerzeugung)

Hamburg
Berlin

Förderung
Rückführung

Köln

Frankfurt

Thermalwasser

2 000–4 000 m

München

Quelle: Geothermisches Informationssystem

Tiefe Erdwärmesonde.

Hot-Dry-Rock-Verfahren.

Wärmetauscher
Verdampfer
Fernwärme

Fernwärme

Stromerzeugung

Wärmetauscher

Pumpe
Einpressung
von kaltem
Wasser

Pumpe
Förderung
von
erhitztem
Wasser

3 000–6 000 m
heißes, trockenes, zerklüftetes Gestein

Allianz Umweltstiftung ©

Einleitung von
kaltem Wasser

Förderung von
erhitztem Wasser
Bohrloch (bis 4000 m tief)

Erneuerbare
Energien
Folie 10

Energie aus Boden und Luft.
Prinzip einer Wärmepumpe.
Arbeitsmittel
flüssig

Entspannung
Verdampfung
Fremdenergie

Kondensation

Umgebungswärme

Raumwärme

Verdichtung

Arbeitsmittel
gasförmig
Umgebung

Wärmepumpe

Wärmerückgewinnung mit Wärmepumpe.
Fortluft
Außenluft
Wärmetauscher

Wärmepumpe

Abluft

Wärmepumpe mit Erdwärmesonde.

Strom

Zuluft

Wärmepumpe mit Erdkollektor.

Strom

Wärme

Wärmepumpe

Wärme
Wärmepumpe
0,8 – 1,6 m
ca. 10 °C
Kollektor

Erdwärmesonde

Allianz Umweltstiftung ©

100 m
ca. 13 °C

Erneuerbare
Energien
Folie 11

Ziele und Hindernisse.
Quelle: SRU (2009)

Stromerzeugung im Tagesverlauf (Beispiel).
Leistung (MW)

Stromnachfrage
im Netz

Spitzenlast

Spitzenlast:
Pumpspeicher
konventionelles
Energiesystem

Mittellast

Grundlast:
Braunkohle,
Kernkraft,
Wasserkraft

Grundlast

0.00

24.00

Erneuerbare
Energie

Uhr

Wind
Solar

Quelle: ISE (2013)
UBA (2012)

Wirtschaftlichkeit.
(externe Kosten Stromerzeugung)
20

Mittellast:
Steinkohle, Gas

ct/kWh

15

Gestehungskosten

10

externe
Kosten

5
Gesamtkosten
Wind
offshore

Wind
onshore

Fotovoltaik
(Kleinanlagen)

Erdgas
GuD

Braunkohle
Quelle: BMUB (2015)

Ziele Energiewende.

Treibhausgas-Emissionen (im Vergleich zu 1990)
Primärenergieverbrauch PEV (im Vergleich zu 2008)

100%
-20%

50%

Anteil Erneuerbare Energie
am Stromverbrauch

-40%

Anteil Erneuerbare Energie
am Endenergieverbrauch

35%

80%
65%

-55%

45%

30%

-70%

Allianz Umweltstiftung ©

2000

2010

2020

-50%

-80–95%

18%

0
1990

60%

50%

2030

2040

2050

Erneuerbare
Energien
Folie 12

Energie sparen.
Quelle: AGEB (2015)

Energieeinsatz – Energiegewinn.
Primärenergie 100 %

Endenergie 66 %

Nutzenergie
ca. 30–35%

nichtenergetischer Verbrauch

7,5 %

Umwandlungsverluste

26,5 %

Verluste beim Verbraucher

ca. 30 –35 %

Kraft-Wärme-Kopplung.
87 %

Strom 36 %
100 %

2%
62 %

Umwandlung

+
–

Nahwärme

51 %

Strom

36 %

100 %
10 %

3%

Umwandlung Übertragung

Übertragung

Großkraftwerk

Dezentrales Blockheizkraftwerk

Quelle: AGEB (2013)
BDEW (2013)

Energieverbrauch in privaten Haushalten.

Information/
Kommunikation

0,5 % Mechanische Energie
1,9 % Beleuchtung
3 ,7 % Information/
Kommunikation
68,5 %
Raumwärme

4,3 % Kühlung
6 % Prozesswärme
(z. B. Herd)

15,2 % Warmwasser
Endenergieverbrauch

Allianz Umweltstiftung ©

im Wesentlichen Strom

Sonstiges
12,5 %

Beleuchtung

25,5 %

8%
Kochen/
Backen

10 %

Waschen/
Trocknen

17 %

12,5 %
15 %

Heizen/
Klima

Kühlen/Gefrieren

Stromverbrauch

Erneuerbare
Energien
Folie 13

Unter Strom.
Quelle: nach IPCC (2007)

Internationaler Verbund.

Wasserkraft
Windkraft
Biomasse
Fotovoltaik
Solarkraftwerk
Geothermie

Virtuelles Kraftwerk.

Steuerzentrale
BiomasseAnlage

Stromnetz
konventionelles
Kraftwerk

Solarenergie
Freiflächenanlage
öffentliches Gebäude
mit eigener
Stromerzeugung

Wohnhäuser
mit Fotovoltaik

Mehrfamilienhaus
mit Blockheizkraftwerk

Energiespeicher
z. B. Elektro-Autos

Windkraftanlage

Quelle: BMWi (2015)

Stromnetz in Deutschland.
Kohle/Atom/
Gas

Gas

Kohle/Gas

große
Windparks
(on-/offshore)

dezentrale
Blockheizkraftwerke

Windparks
PV-Großanlagen

Ausland
Höchstspannung

Hochspannung

Mittelspannung

Niederspannung

Umspannwerk
konventionelle Kraftwerke
Windkraft
Fotovoltaik (PV)
Stromflüsse: bisher
erneuerbar

Allianz Umweltstiftung ©

Biogas

U

stromintensive Stadt
Industrie

U

Industrie Kleinstadt
Gewerbe

U

Gewerbe

Haushalte
kleine PVAnlagen

Erneuerbare
Energien
Folie 14

Energie speichern.
Quelle: AEE (2014)

Speichersysteme – Reichweiten und Kapazitäten.
Ausspeicherzeit
1 Jahr
1 Monat

synthetisches Methan
Wasserstoff

Pumpspeicherwerk

1 Woche
1 Tag

mechanisch
elektro-chemisch
chemisch

Batterie
Druckluftspeicher

1 Std.
1 Min.
Schwungrad

Speicherkapazität

1 Sek.

Quelle: AEE (2014)

Speichermedium Druckluft.
Luft
Überangebot
Windstrom

Turbine

Generator

Kompressor

Rückverstromung

Druckluft
Kaverne

Quelle: AEE (2014)

Speichermedium Wasserstoff/Methan.
Wasser

Kraftstoff
H+
Wasserstoff

Elektrolyse

WasserstoffSpeicher

Wärme
Strom
Blockheizkraftwerk

Überangebot
Wind-/Solarstrom
Biogas

Wasser

CO2
synthetisches
Methan

H+
Elektrolyse

Kraftstoff

Methanisierung

Wärme
Erdgasnetz

Strom
Blockheiz-/
Gaskraftwerk

Allianz Umweltstiftung ©

Erneuerbare
Energien
Folie 15

100 % erneuerbar.
Quelle: nach AEE (2014)

Elektromobilität – E-Fahrzeuge als Stromspeicher.
Überangebot
Wind-/Solarstrom

Stromverbrauch

Defizit
Wind-/
Solarstrom

Quelle: nach AEE (2014)

Energiesystem der Zukunft.
bestehende
Kraftwerke

Speicher v. a. Wasserstoff,
synthetisches Methan

Netze

Lastmanagement
Smart Grids
Wind- und
Solarenergie

neue effiziente
GuD-Kraftwerke

Biomasse
regional
Suffizienz
+ Effizienz

Kraft-WärmeKopplung

Quelle: nach BfN (2014)

Energielandschaften.
durch Siedlungs- und
Verkehrsflächen geprägt

Hamburg

unzerschnitten,
dünn besiedelt
hoher Anteil an
Schutzgebieten
bereits stark durch
Windkraftanlagen geprägt
voraussichtlich hoher
Transformationsdruck
bis 2030 (durch Siedlungs-/
Verkehrs-/Energieflächen)

Allianz Umweltstiftung ©

europäischer
Verbund

Berlin

Köln

Frankfurt

München

Impressum.
Herausgeber
Allianz Umweltstiftung
Pariser Platz 6 · 10117 Berlin
Telefon 030 2067 1595-50
Telefax 030 2067 1595-60
E-Mail: info@allianz-umweltstiftung.de
Internet: www.allianz-umweltstiftung.de
Konzeption, Redaktion und Text
Allianz Umweltstiftung, Peter Wilde
IMAGO 87, Detlef Mueller
Grafiken und Zeichnungen
IMAGO 87, Martin Kirsch, Detlef Mueller
Gestaltung und Realisation
IMAGO 87
Hauptstraße 22
85395 Attenkirchen
E-Mail: info@imago87.de
Internet: www.imago87.de
Redaktionsschluss
Dezember 2015
Druck
Druckhaus Kastner, Wolnzach

Gedruckt auf FSC-zertifiziertem Papier.
Februar 2016
1. Auflage

Fotos
Allianz Umweltstiftung: 44l2, 44l3, 44l4
Biosphärengebiet Schwäbische Alb: 44l1
Creative collections: 10mur
Fotolia: Titel, U2, 2u, 4m, 8u, 9u, 12, 25u, 26 alle,
29mo, 29mu, 29u, 30, 31 beide, 34 lu, 41
Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie: 33
John Foxx Images: 10l
Panthermedia: 13
Pixelio.de: 2o (Blümchen), 2m (Hofschläger), 5o
(Christa Nöhren), 5m (I-vista), 7u (Martina Böhner),
8m (Wolfgang Dirscherl), 10mol (Stephan Bratek),
10mor (virra), 10mul (Sprisi), 11 (moorhenne), 16m
(Paul-Georg Meister, 18 (Tiberius K), 20o (Siepmann
H), 20u (RediSu), 21ol (Stihl024), 21or (Gabi
Schoenemann, 21u (Juwel Top), 24 (Knut F. Domnik),
25l u. 25or (Uschi Dreiucker), 27 (Daniela Daum), 29o
(Uwe Schlick), 32l (Q. pictures), 36 (Rudolpho Duba),
37 (Wolfgang Dirscherl)
Société Électrique de l'Our: 32r
Wikipedia: 4o (Michael Gäbler), 4u (vogone), 5u, 7o
(Haloorange), 7mo (Magnus Manske), 7mu (Eweth),
8o (Tasty Cakes), 9o (Jan Boedeker), 16o, 17, 19
(Hillewaert.Lycaon), 22 (Techhollector), 28l (Andol),
34o (LSDSL), 35o (Tony Webster)

(r: rechts; l: links; o: oben; u: unten; m: mitte;
F: Folie; U: Umschlag)

Zahlen und Daten.
Bevölkerung
- Welt:
- Deutschland:

Leistung (Beispiele)
ca. 7,2 Mrd.
82,1 Mio. (= 1,15 %)

Primärenergieverbrauch
- Welt:
ca. 567.000 EJ
- Deutschland:
ca. 13.700 PJ (= 2,42 %)
pro Kopf:
- Welt:
- USA:
- Deutschland:
- China:

Stromproduktion
- Welt:
- Deutschland:

79
290
162
93

- Drei-Schluchten-Damm China:
18.200 MW
- Kernkraftwerk Isar:
1.485 MW
- Steinkohlekraftwerk Ibbenbüren:
884 MW
- Wasserkraftwerk Jochenstein/Donau 132 MW
- Solarkraftwerk Andasol I (Spanien):
50 MW
- Windkraftanlage (einzelne Anlage): bis 6 MW
ca. 10 kW
- Fotovoltaikanlage (100 m2):
- Mensch:
ca. 100 W

GJ
GJ
GJ
GJ

i
ca. 21.500 TWh
576,5 TWh (2,68 %)

Energiebedingte CO2-Emissionen
- Welt:
ca. 32,2 Mrd. t
- Deutschland:
759,6 Mio. t (= 2,36 %)
pro Kopf (t CO2)
- Welt:
4,5 t
- USA:
16,2 t
- Deutschland:
9,3 t
- China:
6,6 t
Datenquelle IEA 2015 (Daten von 2013)

Watt (physikal. Einheit für Leistung)
1000 W
=
1 kW (Kilowatt)
1000 kW
=
1 MW (Megawatt)
1000 MW
=
1 GW (Gigawatt)
1000 GW
=
1 TW (Terawatt)

i

Joule (abgeleitete Einheit für Energie)
1000 GJ
=
1 TJ (Terajoule)
1000 TJ
=
1 PJ (Petajoule)
1000 PJ
=
1 EJ (Exajoule)

USTWI0005Z0
        
Top of page

Note to user

Dear user,

In response to current developments in the web technology used by the Goobi viewer, the software no longer supports your browser.

Please use one of the following browsers to display this page correctly.

Thank you.