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Die Energiewende

Mich beschäftigte schon lange die Frage ob eine Energiewende so, wie sie überall propagiert wird, überhaupt möglich ist und so sammelte ich verschiedene Informationen um die Sache zu berechnen. Solche Berechnungen sind nicht sehr genau denn sie basieren meist auf Mittelwerte, in Wirklichkeit hängen genaue Berechnungen natürlich auf genaue Einzelwerte. Genaue Werte sind kaum in Erfahrung zu bringen, nicht nur, weil sie oft versteckt oder verfälscht werden, sondern auch weil sich noch niemand darüber ernsthafte Gedanken darübermachte. Dann gibt es natürlich die unterschiedlichsten Techniken die alle ganz eigene Werte und Effizienzen mitbringen. Nehmen wir zum Beispiel einmal ein Windrad, bei meinen Berechnungen gehe ich von den aktuell neusten Windrädern mit einer Leistung von etwa 10 Megawatt aus, es kann durchaus sein, dass es in zehn Jahren Windräder mit einer Leistung von 15 Megawatt gibt die dann aber auch andere Räume benötigen würden, dann müssten eventuelle Berechnungen natürlich neu erfolgen. Dennoch zeigen die jetzigen Berechnungen gewisse Grenzen und auch eine klare Richtung auf, eine klare Richtung für ein weiter so ohne Rücksicht auf die Folgen dieses Handelns. Aber schauen wir uns doch einmal die Ergebnisse diverser Berechnungen genauer an:

Alleine nur die privaten PKWs in Deutschland benötigten circa 2500 kWh Strom, pro Fahrzeug, pro Jahr. Multipliziert mit den ca. 44.000.000 PKWs sind das ~ 110 TWh zusätzlicher Bedarf. Also in etwa 22% zusätzlicher Strombedarf, oder 11 neue Kraftwerke a 10 Terawattstunden pro Jahr, mit ca. 1 Gigawatt Leistung, oder auch ~ 12.500 neue Windräder, wenn tatsächlich morgen alle PKWs elektrisch unterwegs wären und das wäre dann bei Windräder ein Platzbedarf von runden 100 km². Wie gesagt nur für die privaten PKWs… Nicht in der Rechnung drin sind die 3,8 Millionen LKWs und 2,5 Millionen Zugmaschinen. Ein LKW verbraucht im Schnitt 114.000 kWh pro Jahr das wären dann noch einmal ~ 706,8 TWh, böse, das wären dann noch einmal ~ 81.000 Windräder, die dann ~ 648 km² benötigen würden. Die Umstellung der privaten Haushalte von Erdöl, Kohle, Holzpellets und Erdgas auf elektrische Heizmethoden wird ein weiteres Thema.  Der Energieverbrauch für Wohnen liegt im Durchschnitt bei etwa 17.644 Kilowattstunden im Jahr, pro Haushalt. Bei 41 Millionen Privathaushalten sind das weitere ~ 723 TWh, wären dann weitere ~82000 Windräder mit einem Platzbedarf von ~ 656 km². Die deutsche Industrie verbrauchte 2023 = 911.11 TWh, weitere ~ 103.000 Windräder mit einem Platzbedarf von ~ 824 km².  Wir müssten also einen Jahresverbrauch von über den Daumen ~ 2.450 TWh mit elektrischer Energie abdecken bis 2050, denn da wollen wir ja Klimaneutral sein. Sicherlich können wir einen Teil mit Photovoltaik versorgen aber auch hier wäre der Platzbedarf e

xtrem. Ein Quadratkilometer Photovoltaik bringt nur 0,18 TWh im Jahr. Für die Hälfte des Bedarfs kämen satte ~ 6.800 km² zusammen. Oder es würden 245 konventionelle Kraftwerke a 1 Gigawatt zusätzlich zu bauen sein. Ein 1GW – Gaskraftwerk braucht, mit Betriebsgebäuden, ca. 2 – 3 km² Fläche, pro Jahr benötigen Gaskraftwerke 530 Mio. m³ Wasser, Kohlekraftwerke brauchen zwar nur eine Fläche von 0,5 – 1 km³, aber für den Abbau der Kohle werden 4 – 5 km² Fläche beansprucht und sie verbrauchen 1,54 Mrd. m³ Wasser und Atomkraftwerke benötigen 1,5 – 2km² Fläche und 2,44 Mrd. m³ Wasser. Alleine beim Aufbau von Gaskraftwerken würde ein Platzbedarf von ~ 500 km² benötigt und ~ 130 Milliarden m³ Wasser würden verbraucht. Nur für ein Land, Deutschland, ein relativ kleines Land.

Da sind aber nicht die Rechenzentren und die erwarteten Erweiterungen betreffs Künstliche Intelligenz enthalten. Gemäß den Prognosen wird der weltweite Stromverbrauch von KI-Rechenzentren vom Basisjahr 2023 bis zum Jahr 2030 um das Elffache ansteigen: Von 50 Milliarden Kilowattstunden auf rund 550 Milliarden Kilowattstunden. Zusammen mit den übrigen Rechenzentren werden damit im Jahr 2030 rund 1.400 Terrawattstunden Strom für die zentrale Datenverarbeitung eingesetzt. Das entspricht etwa 56 Prozent des gesamten deutschen Energiebedarfs. Damit verbunden ist ein Anstieg der Treibhausgas-Emissionen von Rechenzentren von 212 Millionen Tonnen im Jahr 2023 auf 355 Millionen Tonnen im Jahr 2030, trotz des angenommenen Ausbaus von erneuerbaren Energien zur Stromproduktion. Quelle: Öko-Institut

Von diversen Smart-City-Projekten wollen wir deshalb auch nicht sprechen, ich denke ohnehin nicht, dass es zu so etwas kommen wird, genau wie zu Phantasien betreffs CO₂ Capture.

Der Trend zeichnet sich derart ab, dass sich der zukünftige Strombedarf bis 2030 mit den immer wieder beworbenen „Erneuerbaren Energien“ die im weltweiten Energiemix gerade einmal ~ 10% einnehmen gar nicht decken lässt. Man legt immer wieder Zahlen auf den Tisch aus denen hervorgeht, dass man, auf Deutschland bezogen, nun zum ersten Mal mehr Energie aus erneuerbaren Energiequellen bezog (>50%), als aus fossilen Quellen und das meist im Sommer, was sich aber immer auf den momentanen Bedarf ohne Umstellung der Fahrzeuge, Haushalte, Datenverarbeitung und Industrie bezieht. Bis 2030 will die EU auf 90% Energie aus erneuerbaren Energien kommen und nicht etwa zu 90% Klimaneutral sein wie man sich vielleicht denken möchte, denn das ist so nicht möglich und ich denke das wissen die Verantwortlichen auch. Auch eine Klimaneutralität bis 2050 halte ich so für nicht möglich.

Außerdem enthalten all diese Gerätschaften: Windräder, Photovoltaik und die Unmengen an Elektronik die zum Betrieb nötig sind große Mengen an Seltenen Erden und kritischen Metalle. Nach bestenfalls 25-30 Jahren, dann müssen diese Anlagen erneuert werden, würden Billiarden von Tonnen an Müll und Schrott Weltweit anfallen die bis jetzt überhaupt noch nicht hinreichend recycelt werden können.

Darüber hinaus gibt es jetzt schon Studien die hinreichend belegen, dass die Seltenen Erden und kritischen Metalle gar nicht für eine so geartete Weltweite Energiewende via Windräder und/oder Photovoltaik ausreichen können. Nur einige Metalle sind ausreichend vorhanden und auch das nicht vorhandene Recycling, es gibt noch nicht einmal eine Infrastruktur für den ersten Müllschub, kann nicht helfen, weil ja erst einmal jedes Land mit Material versorgt werden müsste bis man in der Lage wäre die ständig nötige Erneuerung der Anlagen aus recycelten Materialien bestreiten zu können.

Berichten zufolge wird bis 2050 in China mit 13,5 Mio. Tonnen der größte Teil der Photovoltaik-Abfälle anfallen. Die USA folgen mit 7,5 Mio. Tonnen, Japan mit 6,5 Mio. und Indien und 4,5 Mio. Tonnen. Deutschland landet auf Platz fünf und könnte bis 2050 etwa 4,4 Millionen Tonnen ausgediente PV-Module anhäufen. Europas größtes Solarmodul-Recycling-Werk recycelt gerade einmal etwa 4.000 Tonnen pro Jahr.

Die für die Produktion und das Recycling verwendete Energie wird aktuell noch aus bis zu 90% fossilen Energien hergestellt. Auch die dazu nötige Logistik funktioniert immer noch fast nur via fossiler Brennstoffe. Der ganze Recycling-Prozess verursacht zunächst einmal mehr Umweltschäden denn Nutzen. Kritische Metalle wie Silber, Indium, Cadmium, Blei, Selen, Zinn, (je nach Typ) können immer noch nicht zurückgewonnen werden, sie landen nach wie vor auf Sondermülldeponien.

Der Wirkungsgrad einer Photovoltaik-Anlage liegt im Gegensatz zu Windrädern nur bei lächerlichen 15 – 22 % wenn man aber den komplexen und Energieintensiven Produktionsprozess, ein Solarmodul in China hergestellt wird zu 90% via fossiler Energie hergestellt und dann mit Schweröl-Schiffen nach Europa geliefert. Die extrem kurze Lebenszeit von 25-30 Jahre und die Tatsache, dass die Leistung nach 15 Jahren schon um die Hälfte sinkt sowie die aufwendige Elektronik die zum Betrieb nötig ist, ein Wechselrichter hält zum Beispiel nur 15 Jahre mit einberechnet liegt die Effizienz plötzlich nur noch bei 2-3%, denn auch einberechnet werden muss die mangelhafte Zurückgewinnung der verbauten Rohstoffe und die Energie die aufgewendet werden muss um den Müll zu beseitigen und für Jahre end zu lagern.

Bei Windrädern ist die Bilanz noch verheerender. In Windrädern stecken Unmengen an Kupfer und Seltenen Erde, bis zu 25 Tonnen Kupfer und bis zu 3 Tonnen Seltene Erden stecken in einem Windrad. Eine mittlere Windkraftanlage benötigt so, inklusive Infrastruktur, bis zu 400 Tonnen Kupfer und 45 Tonnen Seltenerdmetalle wie Praseodym, Dysprosium, Terbium oder Neodym. Ein Windrad mit zehn Megawatt Leistung benötigt alleine 2 Tonnen Neodym. In den neueren Rotorblättern wird neben GFK auch Balsaholz verbaut, in einem Rotorblatt stecken so circa 50 Bäume. Für ein ganzes Windrad benötigt man demnach in etwa 150 Bäume. Die Einhausung des Maschinenhauses, das Getriebe und der Generator, besteht aus Aluminium oder Aluminiumteilen, hiervon wird noch einmal bis zu 350 Tonnen pro Windrad benötigt. Die Sockel bleiben beim Ableben eines Windrades meist einfach in der Erde, weil ein bergen dieser Klötze finanziell zu aufwendig wäre und verseuchen dort die Umgebung beim Verfall. Der Beton der Röhren taugt nur noch als Füllmaterial im Straßenbau und die Gondel mit den wertvollen Metallen wird meist nur geschreddert und das Metall grob getrennt meist als Mischmetall verkauft.  Auch das Neodym aus den Windrädern kann kaum wiederverwendet werden. Obwohl es technisch möglich ist, Neodym aus alten Produkten zurückzugewinnen, ist es oft unwirtschaftlich oder die Prozesse sind noch nicht ausgereift.

Das größte Problem stellen die Flügel dar Glasfaserkunststoffe (GFK) dürfen nicht auf Deponien gelagert werden, da sie nicht verrotten. Verfeuern kann man sie ebenfalls nicht, da sie kaum brennen. Sie werden also mit Brennförderern umgewandelt zu einem Ersatzbrennstoff und dann mit anderen Materialien verbrannt, was den Wert der Windräder als grüner Energielieferant erheblich mindert.

Die Abgase der bei diesem Prozess entstehen müssen in extrem komplexen Anlagen gereinigt werden und es verbleib bei diesem Prozess hochgiftiger Staub und eine ebenso giftige Flüssigkeit die dann auch Sondermülldeponien gelagert werden muss.

Ein einziges Windrad mit 7 Megawatt Leistung bringt in seinem Leben, also von der Produktion bis zur endgültigen Beseitigung, ~ 4500 Tonnen CO₂ in die Atmosphäre ein, welches dann dort für tausend Jahre verbleibt und spart aber in seinem Leben nur runde 6790 Tonnen  CO₂ ein.

Dann sollten wir, das kommt ja noch obendrauf, mal über Batterien sprechen. Millionen von Tonnen an Batterien sind nötig um eine „Energiewende“ dieser Art zu ermöglichen denn Energie aus Wind und Sonne ist äußerst unzuverlässig über Land und muss gespeichert werden. Wir benötigen also nicht nur die Batterien in den Fahrzeugen, sondern würden sie praktisch überall brauchen wo elektrische Energie erzeugt wird. In 2050 würden gerade von Oktober bis März Speicher im Terrawattbereich nötig sein und zwar viel mehr als bisher vermutet, weil der tatsächliche Bedarf ja noch gar nicht hinreichend kalkuliert wurde. Ich weiß von einigen Quellen im Internet, dass man wohl mit Speicherkapazitäten so um die 40 Terrawattstunden daher rechnet wobei es hier sicher um Bedarfe die vom heutigen Stand ausgehen, ohne Pkw, ohne Lkw, ohne eine Umstellung von Haushalten und Industrie geht. Wollen wir jedoch wirklich bis 2050 Klimaneutral sein dann müssen wir mindestens die oben berechneten 2450 TWh Jahresbedarf beschaffen und einen sehr großen Teil davon auch speichern können und wenn wir das Wirtschaftswachstum weiterhin exponentiell steigern wollen, so wie das ja die Industrie möchte, werden es noch viel mehr sein, mit nur 40 TWh kommen wir da nicht hin, ich gehe wie gesagt mindestens vom fünffachen, also 200 TWh aus.  

Und alles was uns bisher zur Verfügung steht um Dunkelflauten auszuhalten ist ein so genanntes intelligentes Energiemanagementsystem das Geräte einschaltet, wenn Strom billig ist. Besonders dann nützlich, wenn man morgens um 5°° Uhr auf die Autobahn muss das Gerät das Elektroauto aber erst ab 10°° Uhr lädt, wenn die Sonne scheint und der Strom billiger ist. Also das ist alles unausgegorener Käse und so geht es auch gar nicht. Sehr Wenige lassen sich überhaupt auf so etwas ein und die Beschaffung und Bereitstellung solcher Systeme ist ein langwieriges und aufwendiges Unterfangen. Es braucht natürlich Speicher, Speicher für hunderte Terrawatt von Leistungen.

Wie groß der größte der Batteriespeicher in China mit einer Kapazität von gerade einmal 16 Gigawattstunden werden wird, kann man sich dabei nur schwer vorstellen. Aber würde man diese LFP-Batterien auf Elektroautos verteilen, reichte dies lediglich für etwa 250.000 Fahrzeuge. Dafür würde man aber eine Fläche von schätzungsweise 8 km² benötigen. Jetzt berechnen wir einmal schnell wie viel Fläche wir für unsere benötigten schätzungsweise zweihundert TWh und das wären unschlagbare 100000 km², bedenken Sie nur für Deutschland. Das ist über den größten deutschen Batteriespeicher hoch gerechnet von dem mir die Werte bekannt sind. Aber selbst wenn es bessere Batterien gäbe und/oder die Batterien in die Höhe gestapelt würden, wäre der letztendliche Flächenbedarf einfach gigantisch.

Meine Berechnungen sind auch nicht unbedingt die letztendliche Wahrheit, die Wahrheit hängt von so vielen Faktoren ab, für die man letztendlich sehr präzise Daten benötigt, die meistbietend noch gar nicht vorhanden sind. Dennoch sind die grundlegenden Probleme sichtbar.

Die Kosten für einen solchen Speicher sind ebenfalls sehr hoch und hängen von der Technologie und der Größe ab. Für Industriespeicher liegen die Kosten bei 400 bis 700 Euro pro speicherbarer kWh. Auch bei Umwandlungen anderer Art, nehmen wir einmal Wasserstoff gibt es Verluste und die Kosten gehen in die Höhe. Besonderen Platzbedarf melden Pumpspeicherwerke an und auch hier sind die Verluste erheblich. Abgesehen davon wäre der Materialbedarf für tausende solcher Batterieparks kaum zu realisieren. Denn Batterien haben in der Regel eine Lebensdauer von etwa 8 bis 10 Jahren oder 1.000 vollständigen Ladezyklen, dann müssen sie ausgetauscht bzw. recycelt werden. Hierbei ergeben sich drei – vier Wechselzyklen pro Lebenszeit einer Anlage, der Aufwand wäre erheblich, wahrscheinlich gäbe es deshalb auch keine Arbeitslosen mehr, denn die wären alle in der Wartung dieser Anlagen und der extremen Batterieparks beschäftigt.  

Es ist nicht so, dass man deshalb alle Bemühungen verwerfen sollte, es gibt Regierungen die setzen wieder verstärkt auf Gas oder sogar Nuklearkraftwerke und nennen Atomkraftwerke sogar Emissionsfrei obwohl ja die Müllreste von wenigen Jahren bis zu Millionen von Jahren strahlen und auch eine Strahlung Emission darstellt. So kommen wir auch zu keinem Ziel, denn würden die ganze Welt auf Nuklearen Strom umstellen wären die ohnehin knappen Vorräte an Nuklearen Material bald erschöpft und mit Gas können wir keine Klimaziele erreichen.

Dennoch steht fest, dass man mit Windrädern und Photovoltaik alleine eine Energiewende nicht gestalten kann. Man könnte bestenfalls einen Teil oder sogar den kompletten Anteil des aktuellen Verbrauchs abdecken, PKWs, LKWs, private Haushalte, Handel und Industrie, auch neue Rechenzentren mit Künstlicher Intelligenz könnte man damit nicht umstellen. Dafür wäre nicht genügend Platz vorhanden, es gibt dafür nicht genug Seltene Erden und kritische Metalle um den weltweiten Bedarf abzudecken und um die alle 30 Jahre nötige Auswechslung der Systeme zu gewährleisten müssten wir ein gigantisches Recyclingsystem erschaffen das ein Recycling quasi ohne Verluste gewährleisten könnte, ansonsten würde das ganze Projekt ja schon im ersten Wechselzyklus mangels Material scheitern.    

Mit der Fusionsenergie ließen sich diese ganzen Probleme möglicherweise umgehen, doch ob es eines Tages wirklich einen funktionierenden Reaktor geben wird ist immer noch völlig offen. Auch der letzte sogar zunächst vielversprechende Reaktor der NIF 2009 scheiterte 2024 und wurde wegen einer fehlenden Perspektive auf minimale Forschung gesetzt. Die primäre Mission des NIF war es, das Verhalten von Materialien unter Bedingungen zu testen, wie sie bei einer Kernwaffenexplosion auftreten (Deutscher Bundestag Drucksache 20/14352). Statt in 2025, wird ITER erst in Jahr 2034 für den Testbetrieb fertiggestellt sein. Die ersten echten Fusionsreaktionen mit den Wasserstoffisotopen Deuterium und Tritium als Brennstoff werden sich damit ebenfalls verzögern und nicht vor 2039 starten. Aber auch dieser gigantische Reaktor wird niemals Energie liefern,

Bis tatsächlich ein funktionierender Reaktor ans Netz gehen könnte würden, wenn überhaupt, weiterhin noch mindestens hundert Jahre vergehen. Die aktuellen Klimaprobleme lassen sich mit Fusionsenergie nicht lösen.

 

Ein Lösungsansatz der funktionieren könnte
 

Der erste funktionierende Parabolspiegel mit Stirlingmotor und einem Generator zur Spannungsgeneration wurde schon um 1900 herum gebaut. Die Technik ist bekannt, funktioniert, ist hinreichend effizient und sehr einfach aufgebaut. Anlagen mit Parabolspiegel lassen sie mit herkömmlichen Motoren betreiben, es braucht dazu kein Neodym. Die Steuerung ist denkbar einfach und lässt sich mit einem einzigen Notebook pro Feld realisieren. Solche Anlagen sind extrem langlebig und lassen sich bei guter Wartung und Pflege über hundert Jahre lang betreiben und anschließend zu mindestens 95% recyceln.

Der Aufbau der Anlagen ist technisch einfach und kann schnell realisiert werden die Aufbauzeiten in den Wüsten sind sehr kurz, in der Regel betragen diese nur 3 Jahre und die Anlagen liefern von Anfang an Energie.

Durch eine weltweite Standardisierung der Parabolspiegel in drei oder vier verschiedenen Größen könnten diese oder ihre Teile überall auf der Welt stattfinden und von jedem Techniker überall auf der Welt repariert und/oder gewartet werden, ließen sich die Kosten, gegenüber einer individuellen Fertigung, erheblich senken.

Durch die Verteilung der Anlagen überall in den Wüsten der Welt die für die Energieerzeugung geeignet sind und durch die Kopplung aller Anlagen (auch Wind, Wasserkraft, Geothermie und Photovoltaik) zu einem internationalen Energienetzwerk ließe sich relativ einfach eine 365 Tage und 24 Stunden Energieversorgung realisieren.

Energiespeicherung kann in den Wüsten relativ einfach via Wärmespeicher realisiert werden so, dass die Anlagen auch nachts noch Energie liefern können. Große Batteriespeicher würden so entfallen.

Durch die Kombination mit einem internationalen Wassernetzwerk gespeist aus Salinen-Entsalzungsanlagen an den Küsten, also aus den Ozeanen ließen sich nur diverse notleidenden Grundwasserreservoirs auffüllen, sondern auch Wasserstoff überall auf der Welt in kleineren Anlagen vor Ort erzeugen und in lokalen Niederdruck-Netzwerken zu den Haushalten verteilen. Industrieanlagen könnten je nach Bedarf, ihren eigenen Wasserstoff erzeugen. 

So ließen sich die aktuellen Probleme mit der Erdoberflächenerhitzung wohl auch nicht mehr lösen aber immerhin auf einem hohen Niveau stabilisieren.

 

        
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