Home | Impressum | Sitemap | KIT

Klima und Energie

1. Hintergrund

 

Energie wird vor allem für Heizung, Nahrungszubereitung und den Betrieb von Einrichtungen und Maschinen in Industrie und Alltag benötigt. In diesem Kontext spielen Fortbewegung (Mobilität) und der Energieverbrauch in Fahrzeugen eine besondere Rolle. Der Energiebedarf ist weltweit sehr unterschiedlich; in Industrieländern ist dieser um ein Vielfaches höher als in Entwicklungs- und Schwellenländern. Im Jahr 2008 verursachte die Energiewirtschaft mit 46% den größten Anteil der CO2-Emissionen, es folgen Verkehr (20%), Haushalte (14%) und verarbeitendes Gewerbe (13%).

Der Klimawandel und die Energiewende stellen große Herausforderungen für die Gesellschaft dar und betreffen die unterschiedlichsten Bereiche des Lebens.


Erneuerbare Energien

Zu den erneuerbaren Energien gehören Solarenergie, Windenergie, Wasserkraft, Geothermie und Bioenergie. Erneuerbar heißt, dass die zur Energiegewinnung genutzten Ressourcen bei der Energieerzeugung nicht verbraucht werden, sondern entweder kontinuierlich zur Verfügung stehen (Wind, Sonne), nachwachsen können (Biomasse) oder langsam regeneriert werden (Erdwärme).    


Anteil der erneuerbaren Energien am Endenergieverbrauch in Deutschland. Quelle: BMU 2011.

 


Entwicklung des Anteils erneuerbarer Energien am Primärenergieverbrauch 1990-2009, aufgeteilt nach Energietypen. Quelle: BMWI 2010.

 


Anteile der einzelnen erneuerbaren Energien am Endenergieverbrauch 2009/2010 für Strom, Wärme und Kraftstoff in den Jahren 2009 und 2010. Quelle: BMU 2011.

 


Entwicklung der Anteile erneuerbarer Energien am Stromverbrauch in Deutschland, 1990-2010. Quelle: BMU 2011.

 


          Solarenergie
Die Nutzung der Sonnenenergie ist auf zwei Arten möglich. Mithilfe von Photovoltaikanlagen kann aus Sonnenlicht direkt Strom gewonnen werden. Mithilfe von solarthermischen Anlagen (Solarkollektoren) wird Wasser erwärmt, das dann direkt als Warmwasser oder in der Gebäudeheizung genutzt werden kann. So können auch Privatgebäude sowohl zum Klimaschutz beitragen,
indem sie Energie nicht erneuerbaren Ursprungs in geringerem Maße verbrauchen, als auch Energiekosten sparen und von Energiepreissteigerungen unabhängiger werden. Über das Marktanreizprogramm können diesbezügliche Investitionen gefördert werden. Photovoltaikanlagen speisen Strom ins öffentliche Stromnetz ein, wobei für den Zeitraum von 20 Jahren feste Einspeisevergütungen durch den Netzbetreiber garantiert werden (www.erneuerbare-energien.de). 


          Windenergie
Windenergieanlagen entziehen dem Wind Bewegungsenergie. Beim Vorbeiströmen des Windes wird ein Auftrieb an den Rotorblättern erzeugt, die Flügel der Windenergieanlage beginnen sich zu drehen. Mithilfe dieser Bewegung wird Storm erzeugt. Dieser Strom wird ins Stromnetz eingespeist und vergütet.
Im Jahr 2009 wurden deutschlandweit in 21164 Windenergieanlagen Strom erzeugt, insgesamt 25777 MWh. Die Gemeinden, in denen Windenergieanlagen Strom produzieren, profitieren wirtschaftlich von den Standorten über die Gewerbesteuer, die Betreiber und Grundstückseigentümer erhalten Gewinnbeteiligungen. So wird die Wirtschaftskraft vor allem im ländlichen Raum gestärkt. 
Aktuell werden viele ältere Anlagen mit geringer Leistung durch neuere, verbesserte, leistungsstärkere Anlagen ersetzt (Repowering). Ein weiterer Schwerpunkt der Forschung und Entwicklung ist der Ausbau der Windenergienutzung auf dem Meer (Offshore) (www.erneuerbare-energien.de).


          Wasserkraft
Die Wasserkraft ist eine sehr traditionsreiche Energiequelle, die schon in Mühlen und Sägewerken genutzt wurde. Heute werden
über Turbinen die Wasserströmungen in Strom umgewandelt. Da die Wasserkraft schon sehr lange genutzt wird, sind die Kraftwerke technisch sehr weit entwickelt. Besonders im Voralpenraum gibt es viele Wasserkraftwerke und dieser Raum zeigt auch für die Zukunft das meiste Potential, da dort das Relief schon ein natürliches Gefälle sorgt, dass genutzt werden kann (www.erneuerbare-energien.de).
Aus ökologischer Hinsicht gibt es einige Punkte zu beachten: Bei der Planung und dem Neubau von Wasserkraftwerken ist die Gewässerökologie zu berücksichtigen und negative Einwirkungen sind zu vermeiden. Außerdem ist zu gewährleisten, dass eine Mindestwasserführung im weiteren Flussverlauf erhalten bleibt. Zusätzlich ist der Flächenverbrauch durch Speicherseen und die damit verbundene Flutung großer Flächen (Lebensräume) kritisch zu bewerten.
          

          Geothermie
Die Temperatur der Erde steigt ab einer Tiefe von 100m kontinuierlich um 3°C pro 100m Tiefe. Drei verschiedene Verfahren können die Erdwärme nutzen:
1. Bei der oberflächennahen Geothermie wird Erdwärme bis in 400m Tiefe genutzt. Dies geschieht mithilfe von Wärmepumpen, was
auch für Privathaushalten eine Alternative der Energiegewinnung darstellt.
2. Die tiefe Geothermie fördert warmes Wasser aus bis zu 4500m Tiefe.
3. Wärme aus bis zu 5000m Tiefe wird zur Produktion elektrischer Energie genutzt. Für Strom, der in geothermischen Kraftwerken
gewonnen wird, wird genauso wie für die anderen erneuerbaren Energien gemäß des Erneuerbare-Energien-Gesetztes ein fester Vergütungssatz gezahlt, wenn er ins Stromnetz eingespeist wird (www.erneuerbare-energien.de).
Tiefe Geothermie ist mehrfach in die Kritik geraten, als Bohrungen sehr wahrscheinlich Erdbeben hervorriefen.

 

           Bioenergie
Aus Biomasse können Strom, Wärme und Kraftstoffe gewonnen werden. Dazu werden zum einen Wald(rest)holz und zum anderen Energiepflanzen genutzt. In Biogasanlagen werden neben Energiepflanzen auch Rückstände Nebenprodukte und Abfälle der Landwirtschaft eingesetzt. Energiepflanzen (nachwachsende Rohstoffe) sind hier vor allem Mais und Gassilage. In
Blockheizkraftwerken wird Storm aus flüssiger Biomasse produziert, nämlich aus Pflanzölen (Raps-, Soja-, Palmöl). Diese Rohstoffe stammen zum Teil aus deutscher Produktion, zum Teil aus Import. Bioethanol als Biokraftstoff wird auf der Basis von Weizen, Roggen und Zuckerrübe produziert (DBFZ 2011).
Politischen Einfluss auf den Anbau von Energiepflanzen nimmt einerseits die Agrarpolitik, da eine Energiepflanzenprämie den Anbau direkt fördert. Andererseits stellt die Biokraftstoffförderung der Energiepolitik ein Instrument dar, das die Nutzung von Energiepflanzen stark unterstützt. Demnach muss Biokraftstoff bis 2012 einen Anteil von mindestens 10% am Gesamtkraftstoffverbrauch haben.
In der öffentlichen Diskussion tritt oft die Frage auf, inwiefern die Biomasseproduktion im Konflikt zu Ressourcen wie der landwirtschaftlich genutzten Fläche tritt, die ansonsten z.B. zur Nahrungsmittelherstellung genutzt werden könnte, oder inwiefern sie negative Auswirkungen für Umwelt und Naturschutz haben könnte (DBFZ 2011).

 


Nutzungsfelder der Bioenergie und mögliche Konkurrenzfelder. Quelle: DBFZ 2011.


Konkret sind dies z.B. Konflikte zwischen steigendem Nahrungs- und Futtermittelbedarf und der Anbauausweitung für nachwachsende Rohstoffe, zwischen dem Energiepflanzen-Anbau und der Trinkwassergewinnung, wenn durch die Landwirtschaft Grundwasser und Gewässer mit Düngemitteln und Pestiziden verstärkt belastet werden. Hinzu kommen Konflikte durch den Einsatz von Gentechnik und Veränderungen in der Fruchtfolge durch den vermehrten Anbau von z.B. Raps und Mais. In einigen Regionen bildet Mais schon die dominierende Kultur der landwirtschaftlichen Nutzfläche. Der Boden ist bei Maisanbau dabei sehr erosionsgefährdet, der verstärkte Anbau von Mais wird also zur Erosionssteigerung beitragen. Gleichzeitig wird die Struktur- und Artenvielfalt der Landschaft reduziert. Die Gärresteausbringung kann zur Überdüngung und Trinkwasserbelastung in der Umgebung der Anlagen führen. Die Umwandlung von Dauergrünland, Brach- und Stilllegungsflächen zu Ackerflächen zieht einen Verlust von Lebensräumen und der Artenvielfalt nach sich. Dadurch, dass auf landwirtschaftlich genutzten Flächen vermehrt Reste (z.B. Stroh) entnommen werden, um aus ihnen Energie zu gewinnen, werden der Humusaufbau und der Erosionsschutz beschränkt.
Für den Naturschutz entstehen Nachteile, wenn bisher extensiv genutzte Flächen aus bestehendem Vertragsnaturschutz austreten. Die Nutzung von Landschaftspflegeholz aus Hecken kann ökologisch sinnvoll sein, um die Hecken zu pflegen, diese muss allerdings
in angemessenem Umfang erfolgen. Die Entnahme von Restholz oder Totholz in Wäldern kann Nährstoffkreisläufe schwächen, da die Nährstoffe fehlen, die beim Absterben der Bäume durch Zersetzung wieder in den Boden eingebracht worden wären (DBFZ 2011).