Grüne Energie
Kategorie: Natur
Fossile Energieträger sollen nach und nach durch erneuerbare Energien ersetzt werden. Photovoltaikanlagen, Windräder und Elektroautos sind dabei wichtige Komponenten. Doch die grünen Energien haben ihre Schattenseiten.
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Eine wichtige Komponente der Energiewende ist, den Verkehr von den fossilen Brennstoffen zu entkoppeln, um den CO2-Ausstoss zu verringern. Dabei wird seit einigen Jahren vor allem die Elektrifizierung der Mobilität angestrebt. Auf den ersten Blick scheinen Elektroautos die perfekte Lösung für die Energiewende zu sein. Denn im Betrieb verbrauchen sie keine fossilen Brennstoffe; deshalb stossen sie auch keine Abgase aus, was vor allem in Grossstädten willkommen ist. Zudem ist der Wirkungsgrad bei Elektrofahrzeugen höher als bei Autos, die mit Benzin oder Diesel betrieben werden. CO2-neutral sind Elektrofahrzeuge allerdings nur, wenn deren Produktion und Betrieb mit Ökostrom erfolgen.
In der Schweiz ist der Strommix relativ umweltfreundlich, da 75 Prozent des Stroms aus erneuerbaren Energien, vor allem Wasserkraft, stammt. In Deutschland kommt rund die Hälfte des Stroms aus erneuerbaren Energien; etwas mehr als ein Drittel wird von Kohle- und Kernkraftwerken produziert. Das Problem: Solange der Strom aus Kohlekraftwerken generiert wird, sind elektrische Fahrzeuge nicht umweltfreundlich.
Bevölkerung will die Energiewende
Die Energiewende stösst auf breite Akzeptanz: 96 Prozent der Schweizer Bevölkerung wollen laut einer von der Schweizerischen Energiestiftung (SES) in Auftrag gegebenen Umfrage, dass die Schweiz ihren Strombedarf künftig mit erneuerbaren Energien deckt. Die Energiewende darf auch etwas kosten, finden vier von fünf Befragten: Sie wären bereit, pro Jahr durchschnittlich 95 Franken mehr zu bezahlen, um den Ausbau einheimischer erneuerbarer Energien voranzubringen. Derzeit bezahlt ein durchschnittlicher Vier-Personen-Haushalt über den Netzzuschlag 40 Franken pro Jahr für den Ausbau erneuerbarer Energien. Um das Ziel der Schweiz zu erreichen – die Kohlendioxid-Emissionen bis 2050 auf Null zu senken –, dürfte das nicht reichen. Forscher des Paul Scherrer Instituts (PSI) haben in einer Studie nachgewiesen, dass man dafür etwa 330 Franken pro Kopf und Jahr aufwenden muss. Die Jungen Grünliberalen (JGLP) haben einen Rechner programmiert, mit dessen Hilfe man die finanziellen Folgen des CO2- Gesetzes (Abstimmung am 13. Juni 2021) für sich berechnen kann: www.co2-rechner.jglp.ch krea
«Am meisten CO2-Einsparung bringt eine Abschaltung eines Kohlekraftwerkes.»
Gefragt: Christopher Onder*
Ein mit Kohlestrom betriebenes Elektrofahrzeug emittiert letztlich mehr CO2 als ein Auto mit effizientem Verbrennungsmotor, sagt Christopher Onder von der ETH Zürich. Er erklärt, worauf es ankommt, wenn man den CO2-Ausstoss effektiv reduzieren will und wie «grüne Energie» noch sauberer werden kann. Interview: Andreas Walker Sind Elektroautos der Schlüssel zur Reduktion des CO2-Ausstosses? Christopher Onder: Das kann man so nicht sagen. Elektroautos tragen nur zur Reduktion des CO2-Ausstosses bei, wenn sie mit «grünem», also nicht-fossilem Strom betrieben werden. Sie dürfen aber auch keinem anderen Stromverbraucher den grünen Strom wegnehmen. Zusätzlich ist der Individualverkehr nur ein Sektor, der zum CO2-Ausstoss beiträgt. Güterverkehr, Gebäudeheizungen, Industrie und Kraftwerke sind weitere. Diese weisen aber deutlich längere Lebenszyklen in ihren energietechnischen Anlagen auf. Ein Auto ist nach zehn bis 15 Jahren am Ende seiner Betriebszeit. Ein Kraftwerk, das heute in Betrieb geht, wird voraussichtlich die nächsten 50 Jahre laufen. Es ist deshalb sehr wichtig, dass wir bei diesen langfristigen Projekten auf CO2-Neutralität hinzielen. Deutschland fördert stark die Elektromobilität. Ein Teil des Stromes wird jedoch aus Kohlekraftwerken erzeugt. Ist das eine Mogelpackung? Ein mit Kohlestrom betriebenes Elektrofahrzeug emittiert letztlich mehr CO2 als ein effizientes verbrennungsmotorisches Fahrzeug. Die Investition, die am meisten CO2-Einsparung bringt, ist die Nicht-Inbetriebnahme oder das Abschalten eines Kohlekraftwerkes. Neben dem hohen CO2-Ausstoss pro Energieeinheit kommt bei Kohlekraftwerken noch dazu, dass sie nur schlecht regelbar sind. Das führt dazu, dass sie auch weiterlaufen, wenn im Sommer die Photovoltaikanlagen und die Windturbinen viel Strom liefern. Zurückgefahren werden leider die effizienteren und weniger CO2 emittierenden Gaskraftwerke. Was sind derzeit noch die grössten Schwachstellen des Elektroautos? Aus meiner Sicht immer noch die knappe Reichweite, die für eine vollständige Batterieladung benötigte Zeit und natürlich auch der Preis. An allen diesen Punkten wird aber gearbeitet und es sind Verbesserungen absehbar. In Norwegen haben viele Familien für die Stadt ein Elektroauto als Zweitwagen angeschafft. Für lange Fahrten wird ein herkömmliches Auto genutzt. Wird da, wenn man die Herstellung mit einbezieht, letztendlich nicht mehr Energie verbraucht, als wenn ein Haushalt nur ein Auto mit Verbrennungsmotor fahren würde? Da sehe ich jetzt kein Problem, wenn man es sich leisten kann. In dieser Konstellation wird das Elektroauto den Löwenanteil sämtlicher Fahrten übernehmen und nur in Ausnahmefällen wird mit Verbrennungsmotor gefahren. Das gibt immer noch einen guten CO2-Mix, da Norwegen sehr viel grünen Strom hat. Das Verbrennungsmotorauto wird auch länger in Betrieb sein, sodass die für die Herstellung benötigte Energie und der entsprechende CO2-Ausstoss weniger stark ins Gewicht fallen. Ist das Recycling der Batterien von Elektroautos heute gewährleistet? Das läuft sicher noch nicht problemlos, aber man ist auf gutem Weg. Es ist ein technologisches Problem und deshalb bei genügend Nachfrage und entsprechenden Investitionen lösbar. Generell bin ich bei technologischen Problemen optimistisch, dass bei Bedarf eine Lösung durch Forschung und Entwicklung gefunden wird. Bei einem energetischen Problem hingegen stösst man schnell an die Grenzen der Physik, die sich eben nicht austricksen lassen. Neodym ist ein Rohstoff, der in Elektromotoren verbaut wird und heute fast ausschliesslich in China gefördert wird. China hat jahrzehntelang die Weltmarktpreise unterboten und so alle Konkurrenten aus dem Geschäft getrieben. Heute nutzt China die Monopolstellung und setzt seine Ressourcen gezielt als Argument bei seinen Handelskonflikten ein. Ist da in Bezug auf erneuerbare Energien eine gefährliche Abhängigkeit entstanden? Diese Abhängigkeiten bestehen nahezu überall, denken wir nur an Erdöl und Erdgas. Im Fall des Neodyms handelt es sich aber letztlich wieder um ein technologisches Problem, das mit entsprechendem Aufwand lösbar ist. Man konnte dies gut beim Kobalt beobachten. Sobald die Verwendung von unter schlechten Bedingungen gefördertem Kobalt in das Bewusstsein der Kunden gelangte, wurden Anstrengungen zur Reduktion des Verbrauchs unternommen. Sobald es kostenmässig oder reputationsmässig interessant ist, Materialien zu rezyklieren, wird auch die entsprechende Technologie dazu entwickelt werden. * Prof. Dr. Christopher Onder ist Professor am Institut für Dynamische Systeme und Regelungstechnik im Departement Maschinenbau und Verfahrenstechnik an der ETH Zürich.
«Sobald es kostenmässig interessant ist, Materialien zu rezyklieren, wird auch die Technologie dazu entwickelt.»
Die Sache mit dem Strom Weltweit sind 2452 Kohlekraftwerke in Betrieb (Quelle: Statista, Stand Juli 2020). Am meisten in China (1077), gefolgt von Indien (281) und den USA (263). Über Tausend neue Kohlekraftwerke sind weltweit geplant. Dabei ist klar: Erst wenn der Strom aus erneuerbaren Energien stammt, werden Elektroautos energieeffizient. Deshalb sollte die Dekarbonisierung der gesamten Stromerzeugung weltweit vor der Elektrifizierung der Mobilität stattfinden. Denn solange Strom aus Kohlekraftwerken für das Laden von Elektroautos benötigt wird, ist dies nur eine Umlagerung der Energiebereitstellung, die nicht den CO2-Ausstoss reduziert. Bis 2019 hat China die Elektromobilität stark gefördert. Derzeit erlebt das Reich der Mitte eine Wende: Bei der Mobilität wird der Fokus vermehrt auf Wasserstoff und Methanol gerichtet. Das wäre an sich eine gute Sache. Allerdings wird Methanol in der Regel aus Kohlevergasung gewonnen, was wiederum nicht nachhaltig ist. Dabei gibt es schon längst Ideen und Projekte, um Methanol aus CO2 und Wasser mit nachhaltig generiertem Strom zu erzeugen. Damit hätte man eine tatsächlich erneuerbare Energiequelle. «Graue Energie» einberechnen Bei einigen Metallen, die zum Bau von Solar- oder Windanlagen gebraucht werden, ist bereits der Abbau problematisch. Um erneuerbare Energien zu gewinnen, müssen sogenannten «Seltene Erden» verwendet werden, die vor allem in China abgebaut werden – zum Teil unter für Mensch und Natur katastrophalen Bedingungen und mit grossem Energieeinsatz. Der Name «Seltene Erden» stammt aus der Zeit der Entdeckung dieser Elemente, denn sie wurden zuerst in seltenen Mineralien gefunden, in Form ihrer Oxide, die früher als «Erden» bezeichnet wurden. Zur Gruppe der «Seltenen Erden» gehören 17 Metalle, die sehr weich und meist silbrig glänzend sind. Für Windräder und Photovoltaikanlagen sind dies vor allem Yttrium, Europium und Neodym, die stark nachgefragt sind. Neodym-Windräder laufen ohne Getriebe, deshalb brauchen sie stärkere Generatoren, die sich besonders gut aus diesem Element herstellen lassen. Bis ein Windrad erneuerbare Energie erzeugen kann, wird also viel Energie verbraucht: Nur schon für die Stahlerzeugung, die Veredelung des Stahlturms und die Armierungen des Fundaments eines Windrades werden etwa 30 Tonnen Kohle verbrannt; für den Aushub des Fundaments und den Transport des Betons sind Hunderte von Lastwagenfahrten notwendig, die viel Treibstoff verbrauchen. Diese sogenannte «Graue Energie» wird bei der Bilanzierung der Windenergie oftmals vernachlässigt.
«Die Umwelt- und Gesundheitsprobleme werden in ferne Länderexportiert, während wir eine vermeintlich saubere Energiequelle haben.»
Sorgenkind «Seltene Erden» Ein weiteres Problem sind die Neodym-Eisen-Bor-Magnete, die zur Energieumwandlung in Windkraftanlagen verwendet werden. Diese Magnete haben in den vergangenen Jahren einen enormen Nachfrageschub erhalten. Denn sie werden für die Herstellung von Elektromotoren von Hybrid- und Elektrofahrzeugen, für E-Bikes, aber auch im Allgemeinen Maschinenbau, in den elektrischen Kleinmotoren konventioneller PKWs oder eben in den Generatoren grosser Windkraftanlagen mit permanentmagnetischem Direktantrieb verbaut. Doch der Abbau von Neodym und anderen Seltenen Erden ist höchst problematisch. Immer strengere Umweltauflagen führten dazu, dass weltweit viele Minen geschlossen wurden und China heute fast den gesamten Weltmarkt dominiert. Bei der Gewinnung werden die aus dem Boden geschürften Mineralien mit Säuren oder Laugen behandelt, um die Metalle herauszulösen. Dabei bleibt eine toxische Schlacke zurück, die oft auch noch radioaktive Stoffe wie Uran und Thorium enthält. Diese Schlacke wird in Seen neben den Minen deponiert und die Gifte gelangen teilweise ins Grundwasser, wo sie schliesslich auch die Gesundheit der Menschen gefährden. Die Umwelt- und Gesundheitsprobleme werden damit in ferne Länder exportiert, während wir eine vermeintlich saubere Energiequelle haben.
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