Klimaneutralität – was kostet es?

Noch sind wir nicht klimaneutral, nicht mal annähernd, aber was kein Politiker sagt, ist was das mal kosten könnte. Um es klar zu sagen – ich weiß es auch nicht, aber man kann eine Prognose auf Basis der heutigen Kosten anstellen.

Ich fange mal an mit der Definition von „klimaneutral“. Das bedeutet nicht das wir kein Kohlendioxid emittiert wird – zumindest nicht nach Ansicht der EU. Klimaneutralität heißt es in dieser Definition, dass es ein Gleichgewicht zwischen Kohlendioxidemissionen und senken gibt. Denn ein Teil des von uns emittierten Kohlendioxids trägt auch dazu bei das Pflanzen besser wachsen und so mehr Kohlendioxid binden. Nach einer Studie beträgt das Potenzial dieser Kohlendioxidsenken zwischen 9,6 und 11 GT Kohlendioxid pro Jahr. Bis 2050, besser früher, wollen wir Klimaneutralität erreichen, dann werden 9,74 Mrd Menschen auf der Welt leben, zumindest nach der Prognose. Das bedeutet, wenn alle Menschen gleichberechtigt bei den Emissionen sind. darf jeder rund 1 t Kohlendioxid emittieren – in Deutschland betragen die Emissionen derzeit das 11-fache. Diese 1 t Restemission werden wir auch brauchen, dazu später mehr.

Strom Strom, Strom

Ich gebe zu, ich habe einige Jahre gebraucht, bis ich mich mit dem Weg angefreundet habe, der der offizielle der Politik ist, nämlich das wir erneuerbare Energie primär über Strom erzeugen. Als Naturwissenschaftler weiß ich, dass wenn man Strom aus fossilen Brennstoffen erzeugen, das mit großem Verlust verbunden ist, während man die chemische Energie bei der Verbrennung schon mit einer Uraltheizung zu 90 % ausnutzen kann. Aber es ist die einzige Energieform, die wir in großem Maßstab erzeugen können – entweder durch Photovoltaik oder Windkraft. Beide Energieformen ergänzen sich übrigens bestens, weil Windkraft im Winter mehr Strom produziert und Photovoltaik im Sommer. Im Mix 60-70 % Windkraft und 30-40 % Photovoltaik erzeugt man (im Monatsmittel) übers Jahr hinweg einen weitestgehend konstante Leistung, natürlich immer noch mit kleinen Fluktuationen durch Tageszeit oder Wetter.

Jede andere Energieform, die wir benötigen, müssen wir dann aus Strom herstellen, und das wird umständlich. Das wird klar beim nächsten Punkt:

Verwendung fossiler Energieträger heute

Wofür verwenden wir heute fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdgas oder Erdöl?

Nun wir gewinnen daraus Strom, das können wir ja heute schon regenerativ. Den Strom setzt nicht nur jeder Verbraucher ein, sondern auch die Industrie für Maschinen, Klimaanlagen, Roboter etc. Diesen Strom vollständig regenerativ zu erzeugen ist relativ leicht möglich, wenn man den politischen Willen dafür hat. Für die 40 Mrd., die man für den Kohleausstieg ausgibt, kann man wenn ich den Kosten von meinen PV-Anlagen ausgehen, könnte man rund 27 GW PV installieren, ziemlich genau die Hälfte der 2020 installierten Leistung. Dabei ist das eine Rechnung basierend auf dem Preis einer kleinen Anlage, nicht einer PV-Farm oder einer Windkraftanlage, die beide Strom günstiger produzieren können. Wir werden aber erheblich mehr Strom brauchen, denn Strom ist wie schon gesagt die einzige Energieform die wir heute regenerativ direkt gewinnen können. Klar ist dies bei der Elektromobilität, doch es muss der Strom auch alle anderen Formen der Verwendung fossiler Energie ersetzen, als da wären:

Wärmeerzeugung

Wir müssen mit fossilen Brennstoffen heizen. In jedem Falle im Winter, für Warmwasser aber ganzjährig. Wir nutzen auch fossile Brennstoffe um Prozesstemperaturen zu erzeugen. Zement oder Eisen kann man nun mal nicht bei Zimmertemperaturen erzeugen, auch Reaktionen in der chemischen Industrie laufen oft bei höheren Temperaturen ab, um das Gleichgewicht in die Richtung der Produkte zu verschieben. Geht es nur um die Wärme, so kann man die auch mit Strom erzeugen. Wir kennen das über Radiatoren oder IR-Strahler, die man an die Steckdose anschließt, wenn es mal kalt ist und man die Heizung noch nicht in Betrieb nehmen wollen. Ja es könnte sogar eine Renaissance geben, und zwar die der Speicheröfen. Ich schreibe diesen Artikel in meinem Ferienhaus in Nesselwang. Das wird über Nachtspeicheröfen geheizt. Früher als umweltschädlich gebrandmarkt, sind sie mit der Umstellung des Stroms auf regenerative Energieformen heute die umweltfreundlichste Energieform. Ja Speicheröfen (nun ohne „Nacht“) sind sogar in der kalten Jahreszeit ein möglicher Speicher für eine kurzzeitig hohe Stromerzeugung durch Windkraft. Man würde dann, da es Speicheröfen sind, dann heizen wenn Windkraftwerke gerade viel Strom liefern. Analog kann man Warmwasser für den ganzen Tag erzeugen und in einem Tank lagern, sofern dies nicht schon direkt durch Solarkollektoren erfolgt. Heizen ist mit Strom möglich, direkt oder über Speicherung. Aber wenn die Politik von Alternativen redet, dann meint sie meist das Dämmen. Das Problem dabei: Dämmen bringt viel, wenn das Haus so konzipiert ist, das es wenig Energie verbraucht. In dieser Konzeption ist es eine Säule, um den Energiebedarf zu verringern, aber nicht die einzige. Richtig effektiv ist Dämmen daher bei Neubauten. Bei bestehenden Häusern kann man durch Dämmen zwar den Energieverbrauch reduzieren um wie viel, hängt davon ab, wie weit man geht – es gibt die Möglichkeiten Außenfassade zu dämmen, Fenster auszutauschen, das Dach zu dämmen und das Kellergeschoss zu dämmen. Je nach Haus ist die eine Maßnahme sinnvoll, die andere weniger. Vor allem hängt es aber vom Alter des Hauses und seiner Bausubstanz ab. Die Verwendung von regenerativen Stoffen für die Heizung, wie Pellets, oder Zumischung von „Bioheizöl“ hat Grenzen. Ganz Deutschland kann man so niemals mit Wärme versorgen und wenn, dann werden diese Stoffe durch die dann steigende Nachfrage sehr teuer.

Mobilität

Alle fossilen Stoffe haben einen Vorteil: sie haben eine hohe Energiespeicherkapazität. 1 l Benzin hat in etwa den Energiegehalt von knapp 10 kWh. Ein Akku mit derselben Kapazität wiegt dagegen 50 kg. Elektroautos erreichen so nicht die Reichweite von normalen PKW, trotz höherem Wirkungsgrads des Elektromotors und einer sehr großen und schweren Batterie. Für Lastkraftwagen, die in der Regel viel längere Strecken am Stück zurückgehen, Schiffe oder gar Flugzeuge ist die E-Mobilität überhaupt keine Alternative. Immerhin: bei den Transporten per LKW kann man wieder zurück auf die Schiene gehen, die zudem weniger Energie pro Tonen transportiertem Gut verbraucht, als der Straßenverkehr und mit Lastwagen dann nur noch die letzten Meilen zurücklegen. Aber für den Schiffsverkehr und Flugzeuge muss es eine andere Alternative geben.

Bei der Berichterstattung gibt es dafür zwei Lösungen. Zum einen grüner Wasserstoff. Er kann durch Elektrolyse aus Wasser gewonnen werden. Schon dieser Schritt hat nur einen Wirkungsgrad von 40 bis 70 %, also rund die Hälfte der Energie, die im Strom steckt, geht verloren. Der Wasserstoff selbst hat als Gas und Flüssigkeit eine niedrige Dichte – als Gas nur rund 0,08 kg/m³ unter 1 bar Druck, als Flüssigkeit 0,068 kg/l. So muss man den gasförmigen Wasserstoff stark komprimieren, was Energie kostet. Trotzdem transportiert ein Fahrzeug so wenig Wasserstoff aber viel Tankmasse. Die Verflüssigung ist auch nicht unproblematisch, da Wasserstoff nur bei extrem tiefen Temperaturen flüssig ist und das nur in einem kleinen Temperaturbereich. Auch hier braucht man viel Energie und eine extrem gute Isolation. Selbst dann wird es Verdampfungsverluste geben. Beim Einsatz im Auto kann immerhin eine Brennstoffzelle den Wasserstoff wieder in Strom umwandeln, auch wenn man ihn direkt verbrennen könnte. Die Brennstoffzelle mit Elektromotor ist etwas effizienter als die Verbrennung. Trotzdem landen bei den besten Verfahren nur noch 40 % der Energie, die im Strom steckt in Antriebsenergie („Well to Wheel“). Gegenüber der Nutzung eines Akkus ist das also um den Faktor 2 bis 2,5 teurer.

Die zweite Alternative ist es synthetische Kraftstoffe zu produzieren. Das würde es erlauben die alten Verbrennungsmotoren weiter zu nutzen. Es gibt mehrere Verfahrenstechnologien, aber alle basieren auf Wasserstoff und Kohlendioxid. Den Wasserstoff wird man aus Elektrolyse gewinnen, das Kohlendioxid wird man aus der Luft anreichern müssen, denn Luft kann man nicht direkt einsetzen, dazu ist der Sauerstoff zu reaktiv. Er würde alleine mit dem Wasserstoff reagieren. Ein mögliches Verfahren ist es beide Gase durch Solarthermiekraftwerke im Brennpunkt der Spiegel hoch zu erhitzen, sodass sie zu Methan und Wasser reagieren. Hat man erst Methan, so kann man dieses leicht zu höheren Kohlenwasserstoffen weiter reagieren lassen. Das Problem ist, das Wirkungsgrad dieses Verfahrens noch geringer ist als die er Erzuegung von Wasserstoff ist. Man rechnet mit „Well to Wheel“ von 13 %, also weniger als ein Siebtel der Energie im Strom steckt dann im synthetischen Benzin oder Diesel, „reFuels“ genannt. Für die Luftfahrt wird wegen der Problematik der Lagerung von flüssigem Wasserstoff aber es keine Alternative zu diesem Ersatz geben, für Schiffe wäre Wasserstoff die bessere Alternative, man müsste dann eben öfters Häfen zum Auftanken anlaufen.

Chemische Eigenschaften

Zuletzt setzen wir fossile Stoffe auch deswegen ein, weil wir sie nicht energetisch verwerten, sondern sie benötigen aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften. Das ist offensichtlich bei der ganzen Petrolchemie. Aus Erdöl gewinnen wir Kunststoffe, Arzneimittel, Lösungsmittel, Kunstfasern etc. und ich denke dafür werden wir einen großen Teil der Kohlendioxidmenge verbrauchen die wir emittieren dürfen, denn man wird nicht alle diese Stoffe aus regenerativen Quellen gewinnen können oder dies wird sehr teuer werden, siehe reFuels.

Ersetzen können wir aber fossile Verbrennungsträger in zwei der großen Kohlendioxidemittenten. Das sind die Stahlindustrie und die Zementindustrie. In der Stahlindustrie dient Kohle als Reduktionsmittel, die das Eisenoxid zu Eisen reduziert und dabei zu Kohlendioxid oxidiert wird. Dabei wird auch Wärme frei, die benötigt wird um das Gestein zu schmelzen, doch dies ist nicht die Hauptfunktion der Kohle. Bei der Zementindustrie wird Kalk so hoch erhitzt das er Kohlendioxid abspaltet. Weitere Energie benötigt man, um die dafür nötige Temperaturen in den Brennöfen zu generieren. Immerhin arbeitet man an Lösungen. Eisen kann man auch mit Wasserstoff reduzieren. Erste Pilotanlagen werden gerade gebaut. Ganz so einfach ist es aber nicht, denn ein Teil des Kohlenstoffs löst sich auch im Eisen und dieser Kohlenstoffgehalt beeinflusst die Eigenschaften. Wenn man den Prozess aber anpasst, erzeugt man einen Eisenschwamm anstatt flüssigem Eisen, der dann direkt zu Stahl weiterverarbeitet werden kann. Niederwertiges, kohlenstoffhaltiges Eisen wie Gusseisen geht so nicht, aber das macht auch nur einen kleinen Teil der Produktion aus. Das Einsparpotential ist in der Stahlherstellung größer als bei der Zementproduktion, da man dort auf die Kohle komplett verzichten kann, Bei der Zementherstellung wird aber Kohlendioxid aus dem Kalk freigesetzt, das ist unvermeidlich. Man kann nur die Menge reduzieren, indem man andere Ausgangsstoffe nimmt und die Öfen mit grünem Strom heizt. Die Zementindustrie ist alleine für 6 bis 9 % der menschlichen Kohlendioxidemissionen verantwortlich und anders als bei Stahl ist Beton nicht recycelbar. Da hilft nur weniger Bauen, nicht nur Gebäude sondern auch Straßen, was dann wiederum zu der Forderung führt, dass man weniger mit dem PKW unterwegs ist.

Landwirtschaft

Dann gibt es noch einen Sektor, der Treibhausgase emittiert, aber kein Kohlendioxid. Das ist die Landwirtschaft. Das sind vor allem der Nassreisanbau bei dem Methan frei wird und die Rinderhaltung, die ebenso Methan freisetzt. Beim Reisanbau gibt es immerhin noch den nicht ganz so ertragreichen Trockenanbau als Alternative, bei Rindern hilft nur Verzicht – nicht nur auf Rindfleisch, sondern auch auf Milchprodukte, da beides gekoppelt ist – eine Kuh gibt nur dann Milch, wenn sie ein Kalb säugt. So müssen dauernd neue Kälber geboren werden die dann meist in der Fleischmast enden.

Die Kosten

Davon redet die Politik nicht, das sind die Kosten. Den Strom ist eine teure Energiequelle. Bei uns kosten 10 kWh Strom, in etwa die Strommenge die in einem Liter Heizöl, Diesel oder Benzin stecken, rund 3 Euro, mindestens doppelt so viel wie die Benzinpreise und mehr als viermal so viel wie die Heizölpreise. Zugegeben, ist bei uns auch der Strom sehr teuer. Der Staat kann die Koten für den Verbaucher wenn Strom andere Energieformen ersetzt, mindern indem er die vielen Abgaben auf den Strom senkt. Aber das alleine reicht nicht, denn ein großer Teil des Strompreises entfällt auch auf die Netzentgelte. Selbst Strom aus PV-Kleinanlagen, der teuerste Ökostrom, wird heute nur mit 8 ct/kWh vergütet, das heißt der reine Stromgestehungspreis ist heute schon so günstig, dass man damit heizen könnte und Fahren ist damit sogar billiger als mit Benzin.

Ich glaube, wenn man mehr Strom ökologisch erzeugt und das geschieht ja durch viele Anlagen, die über die ganze BRD verteilt sind, dann müsste man die Netzentgelte deutlich senken, denn die Wege sind dann ja kürzer. Netze zu bauen ist so lukrativ, das E-on das Geschäft mit der Stromerzeugung ganz aufgegeben hat. Gerade für das Heizen denke ich würde man einen Boom für PV-Kleinanlagen auslösen, wenn es ein Modell gäbe bei der man im Winter Strom zu vergünstigten Konditionen beziehen kann, den man im Sommer als Überschussenergie eingespeist hat, z.B. ohne Steuern (man bezieht ja nur seine Überschussenergie wieder) und mit reduzieren Netzkosten. Dann wäre es lukrativ so große Solaranlagen zu bauen, dass sie auch für das Heizen lohnen und nicht nur zur Absenkung des eigenen Stromverbrauchs.

Teuer wird es, wenn man Wasserstoff oder gar synthetische Treibstoffe erzeugen will. Aufgrund des geringen Wirkungsgrades bei der Umwandlung würde grüner Wasserstoff und reFuels sehr teuer sein. Bei uns sehe ich hier nur eine Möglichkeit, die Kosten zu senken. Man könnte in großen Windparks Elektrolyseanlagen anschließen. So muss man weniger Strom transportieren, vor allem kann man so Ertragsspitzen, die man vorher nicht nutzen konnte, in Treibstoffe umwandeln. Der Vorteil ist das man hier mit dem Strompreis arbeiten kann, den man sonst für die Einspeisung bekommt oder wenn diese nicht erfolgen kann, sogar mit Kosten von 0 ct.

Daimler Benz, die sich nicht so ganz vom Verbrenner verabschieden wollen, planen eine Pilotanlage für synthetisches Benzin in Chile. Da gibt es bei der Magellanstraße bei Feuerland eine Zone, in der konstanter starker Wind weht, viel stärker als bei uns. Dort soll eine Pilotanlage entstehen die den benötigten Wasserstoff aus Windenergie erzeugt. Derzeit sind reFuels noch sechsmal teurer als Erdölprodukte. Szenarien kommen unter optimalen Umständen wie billigem Strom aus solchen Quellen zu dem Schluss, dass man sie für 1,10 bis 1,50 €/l erzeugen könnte, aber das ist der Erzeugerpreis, nicht der Preis den man an der Tankstelle zahlt.

Was aber in jedem Falle gelten wird, auch wenn das in der Politik niemand zugeben wird, denn das vergrault ja Wähler, ist das es teurer wird. Das ist eigentlich eine Selbstverständlichkeit. Es war immer teurer etwas Beständiges, nachhaltiges zu produzieren als etwas was kurzlebig ist oder sogar nur einmal verwendbar. Jeder kennt das vom täglichen Leben beim Einkauf. Was wir jetzt machen, wäre verglichen mit der Land- und Forstwirtschaft so, als würden wir eine Kuh von der Weide holen und Schlachten, uns aber nicht darum kümmern, neue Kühe aufzuziehen oder einen Wald abholzen, ohne ihn wieder aufzuforsten (und auch das geschieht noch überall auf der Welt). Alleine an der Tatsache, dass heute Refuels sechsmal teurer sind als Benzin, das man aus Erdöl gewinnt, zeigt die Dimension um die es geht. Die Politik will die Einnahmen durch Kohlendioxidsteuer ja wieder an die Verbraucher zurückgeben. Mein Vorschlag wäre, dass man zuerst die EEG-Umlage reduziert, damit auch Verbraucher gleichwertig mit der Industrie sind, die diese Umlage ja nicht zahlt. Weitere Maßnahmen könnten kommen, wie Zuschüsse für Wärmedämmung oder andere energetisch wirksame Maßnahmen.

Aber das Leben zu verteuern ist unbeliebt, genauso wie höhere Steuern. Das grundsätzliche Problem ist aber das man dies nicht mal positiv verkaufen kann. Wissenschaftlich abgesichert – und nach den Starkregenereignissen, für die gerade ein 30 Mrd. Euro Fond zum Wiederaufbau beschlossen wurde, ahnen dies auch viele – Klimaveränderungen werden für uns alle teuer werden. Stürme, Unwetter, Dürren bedeuten nicht nur finanzielle Einbußen oder Ausgaben, sie kosten auch Menschenleben. Das Dumme nur – selbst wenn wir alle klimaneutral werden, wird das an der Klimaveränderung nichts ändern. Zum einen reagiert das System so langsam, das selbst bei Erreichen des Ziels, das Klima noch Jahre bis Jahrzehnte so sein wird, bis dann langsam wieder ein Umschwung eintritt. Vor allem sollten wir uns aber nichts vormachen: gemessen an den Treibhausemissionen ist der Hebel China. Wir sind für 2 % der globalen Emissionen verantwortlich, China für 29,7 %. Oder anders ausgedrückt, würde China seinen Ausstoß um nur 6 % senken, dann entspricht dies genau gleich viel als wenn Deutschland Klimaneutral würde. Begleitend werden die fossilen Energieträger teurer werden müssen. Sonst wird niemand umsteigen. Die Kohlendioxidsteuer ist meiner Ansicht nach der richtige weg. Nach Ansicht der UN sollte sie 2020 zwischen 40 und 80 Dollar pro Tonne freigesetztem Kohlendioxid betragen und bis 2030 auf 100 Dollar ansteigen. Das bedeutet für jeden Bundesbürger im Mittel 1.000 Euro mehr pro Jahr (bei 100 $/t CO₂). Aber nur so werden die Alternativen konkurrenzfähig bzw. denken Menschen über Energiesparmaßnahmen nach, die für sie sonst zu unwirtschaftlich wären.

Es gibt viel zu tun

Man sollte sich nicht von dem erreichten Anteil von erneuerbaren Energien beim Strom blenden lassen – dort liegt er über 50 %. In Zukunft werden wir mit diesem Strom auch Substitute für fossile Energieträger herstellen müssen und Zig Millionen E-Autos und nicht nur 250.000 mit Strom als Ersatz für Benzin/Diesel versorgen müssen, wahrscheinlich auch heizen müssen. Am Gesamtprimärenergieverbrauch haben alle erneuerbaren Energien nach dem Bundesumweltamt 2020 einen Anteil von 17 %. Das heißt selbst wenn wir weiter Energie sparen, muss die Stromerzeugung um ein Vielfaches gegenüber dem derzeitigen Stand ausgebaut werden. Ich glaube nicht, dass dies alleine in Deutschland geht, dafür gibt es einfach zu wenig Fläche bzw. für Windkraft geeignete Standorte. Man wird, wie schon öfters vorgeschlagen, in Gegenden ausweichen müssen, die wenig besiedelt sind, wo es aber zuverlässig erneuerbare Energien gibt, also entweder die Sonne meist scheint und es wenig Bewölkung gibt, oder ein dauerhafter Wind weht, das ist bei den meisten Küsten, aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen Land und Wasser der Fall. Sind die Transportwege zu lang für einen Stromtransport ohne hohe Verluste, wird man dort eben Wasserstoff oder reFuels herstellen, die man leichter transportieren kann.

Ich gehe hier auch nicht Konsens mit den beiden prominenten Vertretern von Fridays for Future. Carla Reetsma sagte in einer Sendung, sie würden dafür kämpfen das die Konzerne klimaneutral werden, da 100 Konzerne für 76 % der Treibhausemissionen verantwortlich wären und die Dinge, die jeder selber tun könne, wären deswegen unwichtig. Luise Neubauer meinte, sie würden nicht den Konsumenten Vorschriften machen, sondern kämpfen gegen Industrien, „Es hat eben nicht jeder in seinem Garten eine Fabrik für Verbrennungsmotoren oder ein Kohlekraftwerk“. Als Erstes kann man diskutieren ob die Zahl von 76 % der Emissionen für 100 Konzerne stimmt. Aber selbst wenn, beeinflusst alles doch unser Leben. Wenn unter den 100 Konzernen z.B. alle sind, die Erdöl oder Erdgas verarbeiten, wie BP, Shell, Gazprom… dann bedeutet es eben für jeden auch das es diese Ressource nicht mehr gibt und wenn es keine Fabrik für Verbrennungsmotoren mehr gibt, dann gibt es auch keine Autos mit diesem Antrieb. Vor allem meine ich, das jeder etwas tun kann und auch muss. Sonst könnte ich es mir auch schenken zur Wahl zu gehen, denn welche Bedeutung hat denn schon meine Stimme bei über 50 Millionen Wahlberechtigten? Aber wenn viele etwas ändern dann, kann dies eben doch so viel sein, dass es Auswirkungen auf die Gesamtheit hat. Worin ich aber mit FFF übereingehe, ist das die Politik der Hebel ist, der am effizientesten ist und wo man mit Druck auch am meisten erreichen kann.