Die Knappheit der Rohstoffe
Die bisherigen Energie- und Rohstoffquellen werden in absehbarer Zeit zur Neige gehen. Bei der absoluten Erschöpfung sind sämtliche Reserven verbraucht, bei der relativen Erschöpfung können die Bedürfnisse nicht mehr auf breiter Basis befriedigt werden. Nach dem amerikanischen Geologen M. King Hubbert (1903–1989) geht die Erdölförderung unumkehrbar zurück, sobald die Hälfte der Reserven gefördert wurde [Lit www.hubbertpeak.com]. Dieser Zeitpunkt wird als Peak Oil bezeichnet. Hubbert glaubte, dass dies um das Jahr 2008 erreicht wird. Studien der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) setzten im Jahr 2009 diesen Punkt zwischen 2030 und 2040 an [Literatur Bundeszentrale für politische Bildung 2009]. Einige Wissenschaftler meinen aber bereits im Jahr 2012, dass der Peak Oil erreicht ist [Lit Murray 2012, Bojanowski 2012]. Der Peak Oil wird von Wirtschaftsexperten gefürchtet, da danach ein massiver Preisanstieg folgen kann. Der steigende Preis kann aber auch dazu führen, dass bisher ungenutzte Ressourcen rentabel werden. Nach Schätzungen aus den 1980er-Jahren sollte ein Teil der metallischen Rohstoffe wie Gold, Silber, Kupfer, Zinn, Blei bis in das Jahr 2050 den Zeitpunkt der relativen Erschöpfung erreicht haben. Heute sieht man dies nicht mehr so pessimistisch. Um 1980 wurde nicht berücksichtigt, dass durch technische Verbesserungen die weltweiten Reserven immer besser ausgebeutet werden können. Durch das Recycling ist eine erhebliche Menge der metallischen Rohstoffe wieder nutzbar. Neuere Studien kommen zum Schluss, dass die relative Erschöpfung später anzusetzen ist [Lit Frondel/Schmidt 2007]. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass einige Studien interessengeleitet sind. So warnt die Industrie, die weiterhin auf fossile Energieträger setzt, vor übertriebener Panikmache, während andere Studien eine baldige Rohstoffknappheit in den nächsten Jahren prognostizieren. Einigkeit herrscht wohl darüber, dass die meisten Rohstoffe im 21. Jahrhundert knapp werden. Die Menschen verbrauchen jedes Jahr so viel Erdöl wie sich in einer halben bis einer Million Jahre auf der Erde gebildet hat [Lit Bundeszentrale für politische Bildung 2009]. Zu den sich erschöpfenden Rohstoffen gehört übrigens auch das Uran. Ökobilanz der Atomkraftwerke
Es wird häufig betont, dass die Kernkraftwerke in Westeuropa nach technischem Verständnis als sicher gelten und dass sie klimafreundlich seien. Ist das wirklich so? Für einige Länder wie Frankreich erscheint die Kernkraft unverzichtbar, da bis jetzt zu wenige alternative Versorgungssysteme zur Verfügung stehen. Ein Druckwasserreaktor in Deutschland käme (bezogen auf das Jahr 2020) auf den scheinbar günstigen Wert von 10,5 Tonnen Kohlenstoffdioxid pro Billion Joule erzeugter Energie (Lit Gemis Version 5.1. siehe Diagramm weiter unten). Nicht berücksichtigt ist aber der Aufwand für Zwischen- und Endlagerung, sowie für den Abbau der Anlagen. Fritsche hat aufgezeigt, dass es ein erheblicher Unterschied ist, ob man nur den erzeugten elektrischen Strom betrachtet oder ob man Strom und Wärme gekoppelt betrachtet, beispielsweise in einem Blockheizkraftwerk. Wenn man die Bruttobilanz von Strom und Wärme berücksichtigt, schneidet ein Atomkraftwerk in Deutschland nur wenig besser ab als ein Blockheizkraftwerk (Lit Fritsche 2007). Die Zahlen für ein Druckwasserreaktor weichen je nach Land stark ab, in Russland oder in den USA sind die CO2-Emissionen der Gesamtbilanz deutlich höher, in Frankreich sind sie niedriger als für Deutschland. Je mehr Aufwand in einem Land für den Abbau der Uranerze betrieben wird, umso mehr Kohlenstoffdioxid wird erzeugt. Es ist ganz entscheidend, woher das Uran kommt und wie viele Rest-Ressourcen weltweit noch zur Verfügung stehen. Prinzipiell wird die Ökobilanz für alle Energieformen ungünstiger, wenn die dafür benötigten Rohstoffe knapper werden. Die Katastrophen 1986 in Tschernobyl und 2011 in Fukushima haben in Deutschland und auch in der Schweiz ein Umdenken ausgelöst. 2023 wurden die letzten drei deutschen Atomkraftwerke abgeschaltet. Nach dem Tohoku-Erdbeben 2011 in Japan mit der Stärke 9,0 nach Richter, dem dadurch ausgelösten Tsunami und den darauf folgenden Reaktor-Explosionen im Atomkraftwerk Fukushima Daiichi kamen Zweifel an der angeblich sicheren Kernkraft auf. War es nur Schlamperei oder sind die Sicherheitsanalysen doch nicht so zuverlässig, wenn beispielsweise unvorhergesehene Ereignisse eintreten? Nach der Katastrophe in Tschernobyl 1986 war dies der zweite Unfall der höchsten Stufe INES 7 für Mensch und Umwelt. Aufgrund der Kernschmelzen in mehreren Reaktoren und den dadurch verursachten Explosionen und Bränden traten erhebliche Mengen radioaktives Material aus den Reaktoren und den Abklingbecken aus. Es kam zu einer massiven radioaktiven Verseuchung der Luft, des Wassers und des Bodens in mehreren Bezirken Japans. Ganze Städte mussten evakuiert werden, die langfristigen Folgen sind nicht abschätzbar. So können noch Jahrzehnte danach Schilddrüsenkrebs, Leukämie oder Lymphdrüsenkrebs, sowie eine Vielzahl anderer Erkrankungen auftreten. In den Jahren 2011 bis 2015 starben in Japan etwa 2000 Menschen an den Folgen der Katastrophe und der damit verbundenen 160000 Evakuierungen (Lit Fairlie 2015). Schilddrüsenkrebs kommt bei Kindern nur extrem selten vor, bei Kindern aus Nordjapan tritt diese Erkrankung seither plötzlich gehäuft auf. Für alle Anwohner der betroffenen Bezirke ist die Katastrophe von Fukushima eine Tragödie. Die Einwirkung erhöhter Radioaktivität und das Einatmen der Hotpartikel haben massive Auswirkungen auf die Gesundheit. Der Autor selbst hatte ein paar Wochen nach Tschernobyl mit täglichem Nasenbluten und wochenlangem Durchfall deutliche Symptome einer Strahlenkrankheit. Für die ein Jahr später auftretende (und bis heute bestehende) Autoimmunkrankheit ist die Ursache nicht belegbar. Sicher ist aber, dass es eindeutig eine zeitliche Verbindung gibt und dass Tschernobyl nicht nur massiv die Gesundheit des Autors beschädigt, sondern auch sein Weltbild verändert hat. Sein Vater erkrankte danach an Lymphdrüsenkrebs und starb später an den Langzeitfolgen der Behandlung. Die Wut auf die Verharmloser hat der Autor daher nie abgelegt. Was würde eigentlich passieren, wenn bei einer großen Sonneneruption weltweit alle Stromkabel durchschmelzen? Sind entsprechende Schutzmaßnahmen überhaupt eingebaut? Ein Ereignis dieser Art könnte schlimmstenfalls alle Atomkraftwerke weltweit zur Explosion bringen, wenn die Kühlung nicht mehr gewährleistet ist. Das Carrington-Ereignis fand im Jahr 1859 statt – dort schmolzen die Telegraphendrähte durch – und man kann ziemlich sicher davon ausgehen, dass etwas Vergleichbares auf der Sonne irgendwann wieder passieren wird. Ein weiterer Nachteil der Atomenergie besteht darin, dass Abfälle mit Uran und Plutonium aufgrund ihrer langen Halbwertszeit mindestens 100'000 Jahre lang sicher in einem Endlager gelagert und betreut werden müssen. Eine entscheidende Frage ist auch, ob die Informationen für die Standorte so lange überhaupt zuverlässig gespeichert werden können. Nach Meinung der Kirchen in Deutschland ist es nicht vereinbar mit der Nächstenliebe, wenn 40000 nachfolgende Generationen die Last von einigen wenigen Generationen tragen müssen. Auch das Uran erschöpft sich und die Abfälle können nicht recycelt werden. Das Uran für die Energiegewinnung reicht ungefähr 100 Jahre, die Abfallprodukte daraus müssen 100'000 Jahre sicher gelagert werden, hochradioaktive Abfälle sogar 1 Million Jahre. Angenommen die Sicherheitsbehälter für hochradioaktiven Abfall müssen alle 200 Jahre erneuert werden, das würde bedeuten, dass der Austausch in 1'000'000 Jahren 5000 Mal stattfinden muss. Wie viele Milliarden oder eher Billionen kostet das insgesamt für die nachfolgenden Generationen? Theoretisch könnte man mit einer zukünftigen Technologie durch Portionierung und Transmutation die Isotope zu ungefährlichen Elementen umwandeln. Dadurch lässt sich die Lagerzeit auf ein paar tausend Jahre verkürzen. Ob diese Technologie im großtechnischen Maßstab überhaupt funktioniert, ist bis jetzt ungewiss. [Lit wissenschaft.de 2011] Die Kosten dafür sind mit Sicherheit astronomisch. Nach den neuen Abkommen muss jedes Land in Europa seinen Atommüll im eigenen Land deponieren. Dies erübrigt meiner Meinung nach auch die Diskussion, ob zentral in Europa gelegene Länder mit hoher Bevölkerungsdichte wie Deutschland oder die Schweiz wieder in die Atomkraft einsteigen sollen. Ökobilanz der Heizungen und der Stromversorgung in Haushalten Die fossilen Energieträger wie Erdöl, Erdgas und Kohle tragen aufgrund ihrer Kohlenstoffdioxid-Emissionen den Hauptanteil am anthropogenen Treibhauseffekt. Das Diagramm verdeutlicht, dass die alternativen Energien günstiger abschneiden. Noch besser ist die Bilanz in Ländern, in denen die erneuerbaren Energieformen intensiv genutzt werden. In der Schweiz käme ein großes Wasserkraftwerk sogar auf einen Wert von nur 2,8 Tonnen pro Billion Joule erzeugter Energie. Berücksichtigt ist hierbei immer der gesamte Energieaufwand, der für die Produktion der Anlagen und der Energieträger notwendig ist. Derartige
Vergleichszahlen
sind mit Vorsicht zu bewerten. Es werden Kraftwerke mit
kleineren Verbrauchern gegenübergestellt, die Angaben
beziehen sich nur auf eine bestimmte Energie-Form wie Strom,
Wärme oder Warmwasser, und sie gelten immer nur bezogen
auf ein bestimmtes
Land. Besonders bei der Photovoltaik gibt es
starke Abweichungen: Der Wert von 6,5 Tonnen pro 1 Billion Joule erzeugter Energie im Diagramm bezieht
sich auf einen optimalen Standort mit optimaler Ausnutzung in Deutschland. An einem
Nordhang mit fehlender Wintersonne, bei falscher Ausrichtung des
Hausdachs oder in Gegenden mit weniger Sonnenschein und mit viel
Niederschlag und Hagel kann die Energieausbeute der Photovoltaik sogar
negativ sein. Beim Heizen mit Holzpellets erscheint der Wert
nur deshalb günstig, weil bei der Produktion – nach der Theorie –
Kohlenstoffdioxid verbraucht wird. Beim Verbrennen der Holzpellets
werden Feinstaub und die klassischen Abgase und Giftstoffe der Holzverbrennung produziert. Dann kommt es auch darauf an, wo
die Holzpellets produziert werden. Der oben genannte Wert bezieht sich
auf die Produktion in deutschen Wäldern in der Nähe des Endverbrauchers. Wenn die Pellets durch
halb Europa transportiert werden müssen, ist die Ökobilanz
erheblich schlechter. Die Wärmepumpen werden
zunehmend klimafreundlicher, wenn der dafür notwendige Strom
entsprechend klimaneutral produziert wird, zum Beispiel mit Windkraft
oder mit Wasserkraft. Von 2020 bis 2050 könnte der Emissionswert der CO2-Ökobilanz bei Wärmepumpen auf ein Zehntel fallen. Regenerative Energiequellen wie die Solarenergie, die Wind- und Wasserkraft, die Erdwärme, die Bioenergie oder die durch Gezeiten erzeugte Energie erschöpfen sich nicht oder sie erneuern sich in kurzen Zeiträumen von selbst. Die Sonnenenergie weist im Vergleich zu den fossilen Energieträgern bei einigen Parametern eine günstigere Ökobilanz aus. Allerdings werden metallische Rohstoffe wie Kupfer oder Silicium benötigt, die unter erheblichem Energieaufwand gewonnen werden müssen. Bei der Kupfer-Raffination oder bei der Produktion von Halbleitermaterialien fallen giftige Schwermetalle an, die aber weiterverarbeitet werden können. Nicht ganz unproblematisch ist auch das Cadmium, allerdings wird dieses giftige Schwermetall bei Solarzellen nur in stabilen Legierungen in ganz dünnen und versiegelten Schichten eingesetzt. Es ist zu bedenken, dass auch Metalle wie Kupfer oder Tellur einer absehbaren Rohstoff-Erschöpfung unterliegen. Die Metalle können aber in einem Recyclingprozess wiedergewonnen werden. Da Silicium aus Quarzsand hergestellt wird, ist dieser Rohstoff ausreichend vorhanden. Problematischer erscheint dagegen die langfristige Sicherstellung der typischen Halbleitermetalle wie Gallium oder Indium. Die Zuwendung zu den erneuerbaren Energien schafft auch neue Abhängigkeiten bei den Rohstoffen: Bedeutende Erzlagerstätten zur Gewinnung von Platinmetallen und der Seltenen Erden befinden sich in Russland und in China. Diese Metalle sind vor allem für die elektronischen Bauteile und die Computer unverzichtbar. Es können auch Solarmodule
gebaut werden, die nur noch einen geringen Anteil an metallischen Rohstoffen
benötigen. Verwirklicht ist dies beispielsweise in der Farbstoffsolarzelle,
die der deutsch-schweizer Chemiker Michael Grätzel an der EPFL in
Lausanne entwickelte und dafür 1992 ein Patent erhielt [Lit Graetzel 2006]. Auch die Dünnschicht-Solarzellen
mit amorphem Silicium oder mit Cadmiumtellurid zählen dazu.
Jährlich gelangt durch die Sonne eine Energiemenge von 1,08×1018 Kilowattstunden auf die Erdoberfläche [Lit Quaschnig 2009]. Theoretisch würde dies ausreichen, um fast das Zehntausendfache des Weltenergieverbrauchs zu decken. Um den gesamten Energiebedarf Deutschlands durch Solarzellen zu decken, wären riesige Flächen notwendig, die mehrere deutsche Bundesländer zusammen einnehmen würden. Derartige Flächen stehen in Deutschland nicht zur Verfügung. In der Schweiz wäre dies aufgrund der dichten Besiedlung im Flachland noch problematischer. Allerdings könnte ein Anteil durch eine dezentrale Versorgung auf den Hausdächern abgedeckt werden. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass Umwandlungs- und Verteilungsverluste, beispielsweise beim Transport über lange Leitungen, erheblich minimiert werden.
Ein weiterer Nachteil der Sonnenenergie ist
die fehlende Stetigkeit der Sonnenscheindauer und der
Strahlungsintensität. Nachts liefert die Sonne keine Energie.
Die Sonne scheint in unseren Breitengraden nur etwa 1300
bis 1900 Stunden pro Jahr. Im Winter ergeben sich
zusätzlich Probleme,
da die Sonne dann einen flachen Einfallswinkel hat und weniger
Energie
spendet. Durch die tiefen Temperaturen wird mehr Heizenergie
benötigt. Dem vermehrten Energiebedarf im Winter steht
weniger verfügbare Strahlungsenergie durch die Sonne
gegenüber:
Für kleinere Anwendungen in Geräten eignen sich zum Speichern Doppelschicht-Kondensatoren mit hoher Kapazität.
Diese sogenannten Goldcaps können relativ schnell geladen werden [Literatur
und Experimente dazu: Stempel 2010]. Große Einheiten mit
Lithiumionen-Akkus können die produzierte Strommenge vom Hausdach eines
ganzen Tages speichern. Sie haben einen hohen Anschaffungspreis im fünfstelligen Bereich. Eine
andere Speichermöglichkeit besteht darin, Wasser
aufzuheizen
und dieses in einem Wärmespeicher aufzubewahren. Der
aus Solarzellen
gewonnene elektrische Strom kann auch zur elektrolytischen
Herstellung
von Wasserstoff verwendet werden. Brennstoffzellen sind für die Wasserstofftechnologie
von
Bedeutung. Allerdings wäre es eine Illusion zu
glauben, dass man mit den Solarzellen auf dem Hausdach die komplette Heizung im
Winter betreiben kann. Dafür liefern die Solarzellen in Mitteleuropa auf dem Hausdach
einfach zu wenige Kilowattstunden im Winter. Die heute neu gebauten
Häuser sind hervorragend gedämmt. Bei einem neu gebauten Haus
können Solarzellen zur Ergänzung des täglichen
Strombedarfs sinnvoll sein.
Bei einem unsanierten Altbau sind Solarzellen in den meisten Fällen
nicht wirklich effizient. Hier wären Dämm-Maßnahmen
viel wirksamer.
Für die praktische Nutzung der Sonnenenergie gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten. Bei der Solarthermie dient absorbierte Wärme zum Heizen der Raumluft oder des Wassers. Bei der Photovoltaik wird mit Hilfe einer Solarzelle elektrischer Strom erzeugt. Alternative Energiekonzepte für die Zukunft setzen auf einen kombinierten Ausbau der Solarenergie, der Wasserkraft, der Windkraft, der Bioenergie und der Geothermie, bei der die Energie aus Erdwärme gewonnen wird [Lit Greenpeace 2011]. Dies könnte die Situation in der Zukunft erheblich entschärfen. Jeder Konzern und jeder Kleinbetrieb kann vom Aufbau dieser neuen Technologien profitieren. Es ist also nicht eine Frage der Ideologie, sondern eine Entscheidung der Vernunft im Hinblick auf die eigene Zukunft. Ökobilanz der Fortbewegungsmittel Betrachtet man die Ökobilanzen der Kohlenstoffdioxid-Emissionen für den nationalen Durchschnitt bei einem Mittelklasse-PKW, zeigt sich, dass das Elektroauto günstiger als ein Benziner abschneidet, da der Strom aus einem Energiemix erzeugt wird, bei dem die regenerativen Energien einen bedeutenden Anteil haben. Allerdings hat das Elektroauto einen Pferdefuß: Die Produktion der Batterien und vor allem der Abbau der dafür notwendigen Lithiumerze in Bolivien, Chile und Argentinien belastet die Ökobilanz des Elektroautos erheblich. Für das Elektroauto spricht aber ganz klar die Verringerung der Abgasemissionen in den Städten. Total emissionsfrei ist es auch nicht: Bei einem Elektroauto erzeugt die Reibung der Reifen auf dem Asphalt mehr Feinstaub als die Reifen des Autos mit Verbrennungsmotor. Diese Feinstaubmenge ist erheblich.
Interessant ist auch, dass ein Nahverkehrsbus, der mit einem
Ottomotor (und Katalysator) betrieben wird, mit dem elektrisch betriebenen PKW konkurrieren kann. Dies liegt vor allem daran, dass im Bus viele Personen auf einmal mitfahren. Der PKW schneidet auch deshalb so schlecht ab, weil oft nur eine Person darin fährt. Die mit
Abstand beste Ökobilanz weist die elektrifizierte Bahn im
Fernverkehr auf. Der Strom
für die Fernzüge wird überwiegend aus regenerativen Energiequellen
gewonnen. Deshalb jeden Bürger zum Fahren mit der Bahn zu
verpflichten und das Auto zu verbieten wäre auch nicht richtig. Die Corona-Pandemie hat
aufgezeigt, dass das Reisen in Verkehrsmitteln mit vielen Personen
aufeinmal besonders für ältere Menschen und für bestimmte
Risikogruppen gefährlich sein kann. In den ländlichen Gebieten ist das Auto unverzichtbar und Mobilität ist ein persönliches Grundrecht in einem demokratischen Staat.
Spannungsfelder bei der Umsetzung der Energiewende Problematisch sind staatlich verordnete Zwangsmaßnahmen, die zu gesellschaftlichen Konflikten führen und soziale Ungerechtigkeiten erzeugen. Viele Ein- oder Zweifamilienhäuser sind mit Krediten finanziert. Die meisten Rentner haben zwar ein abbezahltes Haus, aber dafür keine finanziellen Reserven, um eine Wärmepumpe einzubauen. In Deutschland heizten im Jahr 2022 noch rund die Hälfte aller Haushalte mit Gas und ein Viertel mit Öl. Ein Verbot dieser Heizungen oder eine damit verbundene Sanierungspflicht mit Dämm-Maßnahmen ist sehr teuer und kann von vielen Hausbesitzern nicht finanziert werden. Dies führt unweigerlich dazu, dass die Eigenheime aus dem Familienbesitz verkauft werden müssen und das Eigentum sich zunehmend bei den großen Immobilienfirmen konzentriert. Die Mieten steigen, die Schere zwischen arm und reich vergrößert sich immer mehr. Der Entscheid des EU-Parlaments für ein Verbot von Otto- und Dieselmotoren in Kraftfahrzeugen ist fragwürdig. Es kann für bestimmte Anwendungen absolut notwendig sein, dass ein Motor mit Benzin oder Gas betrieben wird. Dies gilt vor allem für wichtige Transporte von Personen und Gütern oder für Fahrzeuge mit Spezialanwendungen, vor allem aber auch für Rettungsfahrzeuge im Krisen- oder Kriegsfall, wenn zum Beispiel die Stromnetze beschädigt sind. Der größte Nachteil der erneuerbaren Energien ist die totale Abhängigkeit von einer zentralen Stromversorgung. Wenn in allen Haushalten Wärmepumpen installiert sind und alle PKWs mit Elektromotoren angetrieben werden, hätte ein weitreichender Stromausfall verheerende Folgen. Eine einzige große Sonneneruption würde zu einem Totalschaden führen. Auch der Krieg in der Ukraine ab 2022 hat aufgezeigt, wie verletzlich die Energieversorgung sein kann. Nach der Abhängigkeit vom russischen Gas stürzt man sich in neue Abhängigkeiten: Mit relativ wenig Aufwand können die zentralen Stromnetze im Kriegsfall oder bei einem Angriff sabotiert oder zerstört werden und viele der benötigten Rohstoffe für die Energiewende gibt es nicht in Europa. Leider wird oft auch nicht berücksichtigt, welche wirtschaftlichen Effekte ein länderspezifisches Verbot der fossilen Energieträger global auslöst. Durch die geringere Nachfrage sinken die Öl- und Gaspreise, was wiederum dazu führt, dass Länder, die weiterhin diese Energieträger nutzen, vermehrt die Rohstoffe dafür einkaufen. Das Problem dabei ist, dass alle mitmachen müssten und Alleingänge eher kontraproduktiv sind. Die Energiewende kann in einem demokratischen Staat nur gelingen:
Weitere Informationen Erneuerbare Energien Leinöl und nachwachsende Rohstoffe Treibhauseffekt Vom Quarz zum Mikrochip Literaturquellen Literaturverzeichnis Weitere Infos im Internet Desertec (Solarprojekt europäischer Konzerne in Afrika) Der Solarserver – Forum für Solarenergie Energiekonzepte bei Greenpeace Intersolar – die bedeutendste Solarmesse in Europa Internetseite von Volker Quaschnig Wasserstoff-Seite des Deutschen Wasserstoff-Verbandes |