Problem und Lösung

Erneuerbare Energien

In sonnenreichen Gegenden nähert sich die Produktion grünen Stroms einer Utopie aus den Sechzigerjahren an: die Energie so zu verbilligen, dass es sich nicht mehr lohnt, sie abzurechnen. Der Preisverfall sowohl bei Solar- als auch bei Windenergie könnte der vielleicht mächtigste Hebel bei der ökologischen Transformation sein. Bei beiden sorgen Skaleneffekte und technische Verbesserungen für sinkende Herstellungskosten, am stärksten bei Solarmodulen. Zurzeit kostet Windstrom an gut geeigneten Positionen rund vier Cent pro Kilowattstunde – und damit ebenfalls deutlich weniger als Kohlestrom. Eine Studie von Bloomberg kam im März zu dem Ergebnis, dass erneuerbare Energien heute an 85 Prozent aller Standorte weltweit die billigste Möglichkeit sind, Strom zu produzieren.

Ein großes Problem bleibt allerdings: Woher kommt die Energie, wenn die Sonne nicht scheint und Flaute herrscht?

Energiespeicher

Die Grundrechnung der Energiewende ist einfach: Grüner Strom plus Speicherung muss deutlich billiger werden als die fossilen Alternativen. Dieses Ziel ist noch nicht erreicht, aber für kleinere Strommengen in Reichweite. Im Februar dieses Jahres fielen die Kosten für einen Lithium-Ionen-Akku-Pack mit einer Kilowattstunde erstmals kurzzeitig unter 100 Dollar. Weil die Batterie einen großen Teil der Kosten eines E-Autos ausmacht, können solche Fahrzeuge nun theoretisch zum gleichen Preis mit gleicher Marge produziert werden wie Verbrenner. 100 Dollar bei durchschnittlich 1000 Ladezyklen bedeuten allerdings immer noch 10 US-Cent Kosten für jede gespeicherte Kilowattstunde, Kapital und Wartungskosten nicht eingerechnet. Diese lassen sich zwar schrittweise senken, aber das ist mühsam.

Forscher aus aller Welt suchen daher nach effizienteren Speichern. Dazu zählen Feststoff-, Magnesium-Luft- und Natrium-Ionen-Batterien. Die Entwicklungen sind ermutigend, aber es gibt noch keine Durchbrüche. Zudem gilt bei den heute gängigen Lithium-Ionen-Akkus die gleiche Pfadabhängigkeit wie bei Verbrennungsmotoren: Sind die großen Fabriken für sie erst einmal gebaut, fällt eine Umstellung auf andere Techniken schwer.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler arbeiten nicht nur an Batterien, sondern auch daran, dass Solar- und Windkraftwerke mehr Strom speichern können. Die Lösungen sind oft verblüffend einfach und haben großes Potenzial, die Kosten radikal zu senken.

Das Schweizer Start-up Vault arbeitet mit Kränen: Wenn grüne Energie im Überfluss vorhanden ist, zieht ein Elektromotor schwere Gewichte an Stahlseilen hoch. Wird im Netz Strom gebraucht, lässt der Kran die Blöcke runter und verwandelt Schwerkraft in Strom. Auch Druckluft-Kavernen werden erforscht: Bei starkem Wind wird mit Ökostrom Luft in Schächte gepresst. Bei Bedarf wird mit dieser Druckluft Strom erzeugt. Eine Alphabet-Tochter speichert Energie in Form von Wärme in geschmolzenem Salz. Deutschland und Norwegen versorgen sich gegenseitig über das Unterseekabel Nordlink mit überschüssigem Wind- beziehungsweise Wasserstrom und gleichen so Schwankungen aus.

Deutlich schwieriger allerdings gestaltet sich die Energiewende, wo fossile Energie die Produktion anfeuert – wie in der Stahl- oder der Zementindustrie – oder Gebäude wärmt. Zwei Optionen: die Verwandlung von grünem Strom in Wasserstoff oder synthetische Brennstoffe. Außerdem müsste die Geothermie – also die Nutzung von Erdwärme – konsequent ausgebaut und Gebäude gedämmt werden. Hier Lösungen zu finden ist wichtig, denn Eisen- und Stahl-Produktion, Zement-Herstellung und Petrochemische Industrie sind für knapp ein Sechstel der weltweiten Emissionen verantwortlich. Weitere zehn Prozent verursachen die Menschen durch das Heizen. Eine bessere Dämmung der Gebäude kommt aber selbst dort nicht gut voran, wo sie politisch erwünscht ist und subventioniert wird – wie zum Beispiel in Deutschland.

CO₂-Abtrennung und Speicherung

So wünschenswert es wäre, Kohle, Gas und Öl unter der Erde zu lassen: Realistisch ist es nicht. Allein China hat im Jahr 2019 mit dem Bau von mehr neuen Kohlekraftwerken begonnen, als in Deutschland noch laufen und damit abgeschaltet werden können. Was tun, um dennoch die Erderwärmung zu begrenzen?

Knapp 60 Dollar kostet es laut US-Energieministerium, bei fossilen Kraftwerken eine Tonne Kohlenstoffdioxid (CO₂) während des Verbrennungsprozesses abzutrennen und zu speichern. Dazu wird das abgefangene CO₂ in geeigneten Gesteinsschichten tief im Boden gepresst, oft unter dem Meeresboden.

Die Kosten dafür entsprechen in etwa dem CO₂-Preis, den Deutschland ab 2025 für Kohle, Heizöl, Benzin, Diesel und Erdgas erheben wird. Es scheint also technisch und wirtschaftlich möglich, fossile Kraftwerke deutlich umweltfreundlicher zu betreiben. Damit das passiert, müssten die Länder, die viel Kohle verbrennen, allerdings CO₂-Preise wie Deutschland einführen. Und selbst wenn dies der Fall wäre, hätte die sogenannte Carbon Capture & Storage-Technologie (CCS) mehrere Haken. Zwar lassen sich mit ihr bis zu 90 Prozent der Klimagase abscheiden. Aber dieser Prozess benötigt selbst viel Energie, nämlich je nach Verfahren zusätzlich 20 bis 40 Prozent Brennstoff. Außerdem fallen weiterhin Emissionen an, die bei Abbau und Zulieferung von Kohle, Öl und Erdgas zum Kraftwerk entstehen.

Zudem könnte die Speicherung der Klimagase das Grundwasser beeinträchtigen und Leckagen in den Speichern den großen Aufwand im Nachhinein obsolet machen. Würde das CO₂ in großen Teilen wieder entweichen, wäre die Klimabilanz von CCS-Kraftwerken schlechter als herkömmliche.

Kritiker befürchten, dass CCS dazu dienen könnte, das Image von Kohlestrom zu verbessern, um weiter fossile Rohstoffe verbrennen zu können. In Deutschland spielt die Technik keine große Rolle. In Ländern wie Polen und China wird sie hingegen als sogenannte Brückentechnik für den Klimaschutz von Kraftwerksbetreiber und Politikern beworben.

Atomkraft

Ende kommenden Jahres ist mit der Atomkraft in Deutschland endgültig Schluss. Auch Dänemark, Belgien, Italien und Spanien haben den Ausstieg beschlossen. Doch im Rest von Europa und der Welt ist Atomenergie wieder beliebt. So setzt die EU-Kommission in ihrem Clean Energy Package auf Kernkraft. Auch in den USA, in China und Großbritannien ist sie fest eingeplant für das Erreichen der CO₂-Einsparziele gemäß Pariser Abkommen. Russland sieht in der Renaissance der Atomkraft eine große Export-Chance für seine Kraftwerkhersteller. Dabei gibt es allerdings eine große Hürde: den Preis.

Atomkraft aus großen Meilern mit Uran als Brennstoff kostet rund 15 US-Cent pro Kilowattstunde. Die Genehmigungsverfahren für solche Anlagen sind lang, fast überall kam es beim Neubau in den vergangenen Jahren zu Verzögerungen, die Sicherheitsanforderungen steigen nahezu überall auf der Welt immer weiter an. Anhänger der Technik wollen die Kosten, den Aufwand und das Risiko daher erheblich drücken. Zum Beispiel mit sogenannten Small Modular Reactors (SMR). An derartigen Kleinreaktoren arbeiten sowohl Rolls-Royce in Großbritannien als auch amerikanische Unternehmen wie Nuscale oder Terrapower mit dem Großinvestor Bill Gates. In Russland gibt es bereits einen schwimmenden, der Regionen am Nordpolarmeer mit Energie versorgt.

Modulare Kleinreaktoren produzieren nur maximal ein Drittel des Stroms herkömmlicher Meiler. Sie werden in Fabriken vorproduziert und vor Ort montiert. Das ist viel billiger als der Bau herkömmlicher AKW, könnte Genehmigungsverfahren vereinfachen und dezentrale Versorgung mit Atomstrom ermöglichen. Die Anbieter werben zudem damit, dass die kleineren Anlagen sicherer seien. Kritiker halten dem entgegen, dass viele kleine AKW die Gefahr von Unfällen insgesamt erhöhten und der Kontrollaufwand größer sei.

Eine Alternative zu SMR könnten die noch kleineren Thorium-Reaktoren sein. Das Konzept wird seit den Fünfzigerjahren erprobt. Statt Uran wird flüssiges Thorium, ein leicht radioaktives Element, gespalten, gekühlt wird nicht mit Wasser, sondern mit Salz. Kernschmelzen sind nicht möglich. Thorium-Reaktoren erzeugen viel weniger Abfall mit viel kürzerer Halbwertszeit als herkömmliche. China erforscht die Technik intensiv und hat angekündigt, bis 2030 die ersten kommerziellen Anlagen dieser Art ans Netz anzuschließen.

Der größte Hoffnungswert ist und bleibt allerdings die Kernfusion. Diese Reaktion sorgt dafür, dass die Sonne und alle leuchtenden Sterne Energie abstrahlen. Das in einem Reaktor gebändigte Sonnenfeuer würde auf einen Schlag alle Energieprobleme lösen, da sicher, billig, immer verfügbar und nahezu CO₂-frei. Bis dato war Kernfusion aber eher ein Kettenwitz der Technikgeschichte. In 30 Jahren ist Fusion kommerziell auf jeden Fall möglich – das behaupteten die Propagandisten der Technik seit den Fünfzigerjahren, um dann die selbst erzeugten Erwartungen zu enttäuschen.

Doch in den vergangenen Jahren hat sich einiges getan. Zum einen wagen sich mit Risikokapital gut versorgte Start-ups an diese Aufgabe. Sie nutzen unter anderem starke Laser, um die Fusionsreaktion auszulösen und zu kontrollieren. Zum anderen ist es im August Forschern in der amerikanischen Militärforschungsanlage National Ignition Facility (NIF) mit einem klassischen Verfahren gelungen, sich nah an das große Ziel des Energieüberschusses heranzuarbeiten. Wenn es jetzt gut läuft, könnte die Menschheit bereits in den 2030er-Jahren Fusionsstrom kommerziell herstellen.

CO₂-Entzug

Der Weltklimarat schätzt: Bis Ende des 21. Jahrhunderts müssen zwischen 100 Milliarden und einer Billion Tonnen CO₂ aus der Atmosphäre wieder herausgesaugt werden, um die Erderwärmung in erträglichen Grenzen zu halten. Massives Aufforsten könnte einen großen Beitrag leisten. Allerdings können Wälder brennen, und sie verrotten irgendwann wieder (siehe auch „Lasst ab vom Ablasshandel, S. 62).

Die technische Alternative heißt Direct Air Capture, kurz DAC. Kohlendioxid wird aus der Luft gefiltert und wie bei CCS möglichst sicher verstaut. Führend hierbei ist zurzeit das Schweizer Unternehmen Climeworks. Es betreibt seit September die größte DAC-Anlage der Welt nahe der isländischen Hauptstadt Reykjavík, denn dort gibt es dank Geothermie die für die Technik notwendige Energie im Überfluss und zudem gute geologische Bedingungen für CO₂-Speicherung.

Die Methode funktioniert so: Ventilatoren pressen Luft in Metallboxen durch Filter. Wenn diese Filter mit CO₂ gesättigt sind, werden sie auf 100 Grad Celsius erhitzt. Das Kohlendioxid löst sich, wird mit Wasser gemischt und in tiefes Basaltgestein gepumpt. Dort versteinert es ohne weiteres Zutun binnen zwei Jahren und ist für immer gebunden.

Leider ist diese Technik bislang ineffizient und sehr teuer. Gerade einmal 4000 Tonnen Kohlendioxid saugt die isländische DAC-Anlage jährlich aus der Luft. Alle Anlagen weltweit schaffen 13 000 Tonnen – ausgestoßen werden allerdings 35 Milliarden Tonnen pro Jahr.

Bei Climeworks in Island kostet die Tonne rund 700 US-Dollar. Für die Firma ist das dennoch ein gutes Geschäft, denn Konzerne wie Microsoft und Swiss Re zahlen ihr 1200 Dollar pro Tonne – um PR-wirksam den eigenen CO₂-Fußabdruck zu reduzieren.

Wenn die Umwelttechnik sich in großem Maßstab durchsetzt und weiterentwickelt, könnte der Preis für CO₂-Entzug in einigen Jahren auf ein Zehntel fallen. Das wären 70 Dollar pro Tonne – jener Preis, der auch bei Carbon Capture & Storage bei fossilen Kraftwerken als magische Grenze gilt. Im Unterschied zu CCS mit all seinen Nachteilen könnte DAC die Erderwärmung tatsächlich reduzieren und womöglich zu einem gigantischen Geschäft werden.

Geo-Engineering

Und was, wenn es die Menschheit nicht schafft, das Kohlendioxid in der Atmosphäre drastisch und schnell zu reduzieren? Wenn zwei, drei oder gar vier Grad Erderwärmung Hunger, Völkerwanderungen und Kriege auslösen? Dann wäre vermutlich die Zeit für Geo-Engineering gekommen.

Als radikalsten Eingriff diskutieren Klimaforscher, die Sonneneinstrahlung auf die Erde zu dimmen. Der Fachbegriff lautet Solar Radiation Management (SRM). Dazu können beispielsweise Wolken mit Eiskristallen aufgehellt werden – sie reflektieren dann Sonnenlicht zurück ins All. Dazu müssten Flugzeuge nur harmloses Wasser versprühen. Allerdings hielte der Effekt nicht lange an.

Wirksamer wäre es, Aerosole wie Sulfat mit Ballons in die Stratosphäre einzubringen. Die Aerosole würden dort nur langsam wieder absinken und die Welt für eine längere Zeit verschatten. Die mit Abstand größte denkbare Lösung wäre es, einen riesigen Sonnenschirm im All aufzuspannen. Der wohl beste Ort hierfür ist der sogenannte L1-Punkt, an dem sich die Anziehungskraft von Erde und Sonne ausgleichen und eine große Folie in stabile Position gebracht werden könnte. Dieser Punkt hat einen Abstand von rund 1,5 Millionen Kilometer zur Erde. Auch Schwärme kleinerer Sonnensegel sind in der Diskussion, mit denen sich die Erde punktuell verschatten ließe – zum Beispiel über den Polarkappen, um deren Abschmelzen zu verhindern.

Geo-Engineering ist aber aus zwei Gründen sehr umstritten. Kritikerinnen und Kritiker fürchten, dass die theoretische Möglichkeit einer bequemen Lösung weit weg im All die Menschheit davon abhält, die nötigen mühsamen Schritte auf der Erde zu gehen. Und: Die Geosphäre und ihr Klima sind ein komplexes System mit vielen unbekannten Wechselwirkungen. Die Auswirkungen von großen Eingriffen lassen sich nicht vorausberechnen. SRM sei daher unverantwortlich, so die Skeptiker.

Diese Einschätzung ist auch unter Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern verbreitet. Sonnen-Management wird deshalb kaum erforscht, und jene, die es versuchen, werden oft daran gehindert. So wurde Harvard-Wissenschaftlern im Frühjahr in Schweden vorerst untersagt, auch nur die Funktionstechnik eines Ballons zu testen, mit dem Sulfate in die Stratosphäre eingebracht werden könnten.

Die Erforschung von SRM durch große und seriöse Forschungsinstitutionen in westlichen Ländern zu unterlassen ist allerdings auch riskant. Sollte die Methode irgendwann als letztes Mittel angewendet werden müssen, sollte dies in einem möglichst breiten globalen Konsens und auf der Basis bestmöglicher wissenschaftlicher Kenntnisse geschehen.

Im Wortsinn katastrophale Folgen könnten hingegen Alleingänge von einzelnen Ländern haben. Die Technik ist billig und einfach umzusetzen. Theoretisch könnte eine Klima-Guerilla Ballons steigen lassen und Sulfat in der Stratosphäre verteilen – mit dem möglichen Ergebnis einer Eiszeit. ---

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