Dieser Energiebedarf unterscheidet
sich von Land zu Land. Momentan sieht es noch so aus, dass es einen
enormen Unterschied zwischen den Industriel�ndern und sogenannten
Entwicklungsl�ndern gibt.
Abb.
1
Quelle: Bayerisches Staatsministerium
füt Wirtschaft, Verkehr und Technologie, 1993
Die
westliche Welt verbraucht mehr als die H�lfte der weltweiten Energievorkommen,
dabei stellt sie lediglich ein Siebtel der Weltbev�lkerung.
Mit der voranschreitenden Industrialisierung der dritten Welt wird deren
Energiebedarf drastisch steigen, so dass insgesamt eine weitere Zunahme
der Verbrauchszahlen zu erwarten ist.
Der Energiebedarf selbst
unterscheidet sich ebenfalls je nach Lage und Industrialisierungsgrad.
Allgemein gilt, dass es folgende energieverbrauchende Sektoren gibt,
die 1993 den in Prozenten angegebenen Anteil am Endenergieverbrauch hatten:
Industrie: 24,9%
Haushalt: 30,5%
Verkehr: 27,0%
Gewerbe, Handel, Dienstleistungen:
17,3%
milit�rische Dienststellen:
0,3%
W�hlt man den füt
den Normalb�rger interessantesten Bereich heraus, die privaten Haushalte,
zeigt sich dort folgende Aufteilung (s. Abb. 2):
Abb.
2
Quelle: Arbeitsgemeinschaft
Energiebilanzen (1993)
Rund ein Drittel der Endenergie
in Deutschland wird in den privaten Haushalten verbraucht. Wiederum ein
Drittel davon wird im Schnitt füt die individuelle Fortbewegung eingesetzt
in Form von Benzin oder Diesel füt Autos. Bezieht man den Transport
per Lastwagen, Eisenbahn, Flugzeug und Schiff noch mit ein, wird deutlich,
dass der Sektor Transport und Verkehr ein zentraler Aspekt ist in
Hinsicht des Energieverbrauchs. Greenpeace nennt Zahlen, denen zufolge
der Verkehr mittlerweile füt 60% des Endverbrauchs an �lprodukten
verantwortlich ist, Tendenz steigend. [Worm, 1995]
Dazu gilt, es eine Vielzahl
von Randbedingungen zu ber�cksichtigen, wie z.B.:
- den Anstieg der Bev�lkerungszahlen,
- die weltweite Zunahme
der Fahrzeugzahlen,
- die steigende Umweltbelastung
durch den Verkehr,
- die zunehmenden Entfernungen
im Transportwesen,
- usw.
Verbrauch:
Es stellt sich die Frage,
wie diese Energie zur Zeit erzeugt wird bzw. in Zukunft erzeugt werden
soll. In der Vergangenheit zeigte sich folgendes Bild:
Abb.
3
Quelle: Bundesministerium
füt Wirtschaft, Energiepolitik, Bonn, März 1992
Im Vergleich zeigt Abbildung
4 die Zahlen von 1997.
Abb.
4
Quelle: Bundesministerium
füt Wirtschaft, Energiedaten 97/98, S.6
Es gab eine Steigerung in
der Kernenergie um 3% und beim Mineral�l sowie beim Naturgas um 5%.
Abgenommen hat der Kohleanteil am Prim�renergieverbrauch: bei Steinkohle
um 2% und bei Braunkohle um 10%. Die Zahlen bei Wasser- und Windkraft sowie
bei "sonstigem" sind relativ unpr�zise. Es l�sst sich jedoch
sagen, dass die regenerativen Energien von 1990 bis 1997 von 1,4%
auf 2,0% zugenommen haben.
Der Mineral�labsatz
in Deutschland verzeichnet insgesamt einen Anstieg (s. Tab. 1). Der Prim�renergieverbrauch
lag bei knapp 500 Mio. t SKE, was 39,5% Anteil am Gesamtverbrauch entspricht.
Die absoluten Zahlen sind demnach in den letzten Jahren (seit 1994) gestiegen,
wenn auch der prozentuale Anteil von Mineral�l leicht abgenommen hat.
Dies geht jedoch haupts�chlich auf den witterungsbedingten Heiz�lanstieg
zur�ck. In Zukunft (bis zum Jahr 2020) steht in Deutschland im Kraftstoffsektor
ein R�ckgang des Mineral�lanteils bevor. Der Pkw-Bestand steigt
zwar weiter, aber die gesamte Fahrleistung ist r�ckl�ufig. Ausschlaggebend
füt die Abnahme ist der geringere Verbrauch der sparsameren Neufahrzeuge.
[Deutsche Shell AG, 1996]
Tab. 1
| |
1994 |
1995 |
1996 |
| Mio. t Ottokraftstoff |
29,8 |
30,1 |
30,0 |
| Mio. t Dieselkraftstoff |
25,5 |
26,2 |
26,0 |
| Mio. t Heiz�l |
43,5 |
42,5 |
45,4 |
| Mio. t Ges. Inlandsabsatz |
126,1 |
126,2 |
128,4 |
| Mio. t SKE Prim�renergieverbrauch |
479,0 |
485,6 |
499,6 |
| % Mineral�lanteil |
41,0 |
40,0 |
39,5 |
Quelle: Fakten und Argumente,
Deutsche Shell AG, Hamburg, Nov. 1997
über die Jahre gesehen,
hat sich der �lverbrauch seit 1960 in den USA verdoppelt und in Europa
vervierfacht und im pazifischen Raum versechsfacht. Nach heutigen Berechnungen
reichen das Erd�l und das Erdgas noch füt 100 Jahre. Selbst wenn
noch weitere neue �lquellen gefunden werden sollten, stellt sich die
Frage, ob es zu verantworten ist, diesen Rohstoff bei einem relativ geringen
Wirkungsgrad in Verbrennungskraftmaschinen zu verbrauchen.
Das Forschungszentrum J�lich
hat eine Absch�tzung vorgelegt, die den Nutzungsgrad von Prim�renergie
darstellt (s. Tab. 2). Es wird deutlich, wo überall Verluste auftreten
und wie hoch ungef�hr der Anteil an Prim�renergie ist, der bis
zum Verbraucher gelangt. Diese Kette liesse sich noch weiterf�hren,
da selbst die Endenergie nicht zu 100% genutzt werden kann, da kein Ger�t
oder Aggregat einen Wirkungsgrad von 100% aufweisen. [FZJ, 1998]
Tab. 2: Energieverluste
1997
| Prim�renergieeinsatz in Form von Kohle, Erd�l, Erdgas, Sonne, Wind und Uran |
14.795 PJ = 505 Mio. t SKE
100% |
| Umwandlungsverluste im Energiesektor |
- 25,6% |
| Nichtenergetischer Verbrauch |
- 7% |
| Eigenverbrauch im Energiesektor |
- 4,4% |
| Endenergie in Form von Koks, Strom, Heiz�l, Benzin, Diesel, Fernw�rme |
= 63% |
| Umwandlungsverluste |
- 33% |
| Nutzenergie in Form von Proze�- u. Raumw�rme, Antriebskraft, Licht, Warmwasser, Information |
= 4438 PJ = 151 Mio. t SKE
= 30% |
Quelle: Forschungszentrum
J�lich, Forschen, Nr. 1/98, April 1998
Schadstoffe
Der gesamte Verkehrsbereich
ben�tigt nach unterschiedlichen Angaben 50-60% der Welt-Erd�lproduktion.
Verkehrsexperten sch�tzen, dass die Gesamtzahl aller Kraftfahrzeuge
von 800 Mio. (1997) auf rund 1,6 Mrd. im Jahr 2030 [Daimler Benz, 1996]
bzw. auf 2,0 Mrd. [Greenpeace, 1996] angewachsen sein wird. Die globale
Autoflotte w�chst derzeit prozentual doppelt so schnell wie die Weltbev�lkerung.
Das bedeutet z.B. füt Bangkok, dass dort der Autofahrer inzwischen
durchschnittlich 44 Tage pro Jahr im Stau verbringt.
Die Debatte über den
Kraftstoffverbrauch beinhaltet auch die Diskussion über die Schadstoffe,
speziell aus dem Verkehrsbereich. In dem Masse, wie der Verbrauch
zunimmt, steigt verst�ndlicherweise der Schadstoffausstoss. Zentraler
Punkt ist die Reduzierung des CO2-Anteils, da hier eine enge Verbindung
mit dem Treibhauseffekt vorliegt.
Der Verkehr gibt über
60% aller auftretenden NOx-Emissionen, über 55% aller CO-Emissionen
und etwa 20% aller CO2-Emissionen ab. Der überragende Anteil wird
im Strassenverkehr - insbesondere von Pkw - freigesetzt. [H�hlein,
1995]
Betrachtet man den Ausstoss
von Schadstoffen, unterteilt in die Bereiche, in denen sie erzeugt werden,
wird die Bedeutung des Verkehrssektors deutlich (Abb. 5).
Abb.
5
Quelle: Bundesministerium
füt Wirtschaft, Energiedaten 97/98, S.6
*: Land-, Forst und Bauwirtschaft,
Milit�r-, Schienen-, Wasser- und Luftverkehr
Im Zuge der Diskussion über
den Treibhauseffekt gibt es eine Aufteilung verschiedener Gase, inwieweit
sie hierfüt als relevant bezeichnet werden können. Kohlendioxid
ist mit 50% hauptverantwortlich (s. Abb. 6). [BMW, 1993]
Abb.
6
Quelle: BMW, Aktuelles
Lexikon: Treibhauseffekt, 1993
Wenn die durch den Treibhauseffekt
hervorgerufenen Ozon-Spitzenwerte merklich gesenkt werden sollen, m�ssten
bei steigendem Kraftfahrzeugbestand und zunehmendem Individualverkehr deutliche
Senkungen der Emissionen um mehr als 50% erfolgen. Tests in den USA haben
gezeigt, dass die Vorl�ufersubstanzen um ca. 50% gesenkt werden
m�ssen, wenn eine Verringerung der Ozon-Spitzenwerte um etwa 20-30%
erzielt werden soll.
füt die Pkw-Fahrzeugtechnik
bedeutet das:
· kurz-
und mittelfristig die Einf�hrung neuer Energieträger wie Erdgas,
Methanol und Wasserstoff füt Verbrennungsmotoren,
· mittel-
bis langfristig (5 bis 10 Jahre) die Entwicklung von Antrieben mit Brennstoffzellen
als Energiewandler auf der Basis von aus Erdgas hergestelltem Methanol
oder auf der Basis von Wasserstoff.
Die Entwicklung
Bei der Analyse der Verbrauchs-
und Schadstoffdaten kommt man nicht umhin zu fragen, wie die weitere Entwicklung
aussehen wird. Dazu hier ein kurzer Ausblick:
Der weltweite Energiebedarf
wird weiter steigen. Wissenschaftler erwarten, dass er von 1995 bis
2015 um über 50% zunehmen wird.
Der Verbrauch von Prim�renergietr�ger
lag vor f�nf Jahren noch bei insgesamt 11 Mrd. t SKE weltweit. Der
Anteil regenerativer Energieträger nahm damals wie heute nur einen
kleinen Teil ein. Wenn keine radikale Trendwende eintritt, wird der Anteil
auch im Jahr 2010 nur unwesentlich angestiegen sein (s. Abb. 7).
Abb.
7
Quelle: PROGNOS AG und
Fraunhofer-Institut füt Systemtechnik u. Innovationsforschung
Abb.
8
Quelle: PROGNOS AG und
Fraunhofer-Institut füt Systemtechnik u. Innovationsforschung
Nach einem VDI-Bericht besteht
zumindest füt Deutschland die Aussicht auf eine andere Entwicklung.
Demnach k�nnten durch eine zielstrebige Energiepolitik im Jahr 2030
etwa 20-25% des deutschen Energieverbrauchs durch erneuerbare Energiequellen
gedeckt werden. [Nitsch, Dienhart, 1997]
Dass dies generell
machbar ist, zeigt die Schweiz, in der bereits 40% des Elektrizit�tsbedarfs
über Wasserkraft gedeckt werden.
Alternative - fossile
Energien
In Abbildung 8 ist zu sehen,
dass in der Prognose füt das Jahr 2010 bei der Aufteilung des
regenerativen Energieanteils die Sonne als Energielieferant aufgef�hrt
ist. Zwar nicht mit besonders hohem Prozentsatz, aber sie wird eingeplant.
Tats�chlich ist die Sonne die gr�sste und ergiebigste Energiequelle,
die es gibt. Selbst in der Entfernung, in der die Erde um die Sonne kreist,
liefert sie enorme Energiemengen.
Als Beispiel:
· Die
Sonne strahlt in rund einer halben Stunde die Energiemenge zur Erde, die
weltweit j�hrlich an Prim�renergie verbraucht wird.
Oder anders formuliert:
· Die
Sonne spendet unserem Globus Tag füt Tag die zehntausendfache Menge
des Energiebedarfs der gesamten Erdbev�lkerung.
So liesse sich z.B.
mit Solarkraftwerken auf einer Fl�che von 3% der Sahara der Energiebedarf
Europas und Afrikas decken.
"Solare Wasserstoffwirtschaft"
Die ersten Konzepte von
einer "solaren Wasserstoffwirtschaft" wurden bereits in den f�nfziger
Jahren entwickelt. Hinter diesem Begriff verbirgt sich die Idee, dass
die Sonnenenergie nicht genutzt wird, um über Photovoltaik Strom oder
um in W�rmetauschern warmes Wasser zu erzeugen. Die Idee ist vielmehr,
die Sonnenenergie zur Wasserstoffspaltung zu gebrauchen.
Da Wasserstoff als Element
separat nicht in der Natur vorkommt, sondern nur durch die Aufspaltung
von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, stellt sich die Frage, wie dies
bewerkstelligt werden kann.
Gel�nge es, Sonnenenergie
zu konzentrieren, damit eine gen�gend grosse Energiemenge zusammenkommt,
die notwendig ist, um Wasser zu spalten, w�re dies ein durchweg �kologisches
Verfahren zur Wasserstoffherstellung. Der Wasserstoff k�nnte transportiert
werden und an anderer Stelle unter Energiefreisetzung wieder verbrannt
werden. Bei der Oxidation entst�nde (fast) nur Wasser, so dass
keine Umweltprobleme auftr�ten.
Das Interessante an dieser
Idee ist, dass die Sonne unbegrenzt vorhanden ist und Wasser lediglich
verwendet, aber nicht verbraucht wird. Damals war dies eine revolution�re
Idee, mittlerweile erscheint dies durchaus umsetzbar.
In diesem Sinne ist Wasserstoff
keine Energiequelle, sondern ein Energietr�ger, der unter Verwendung
von Energie erst erzeugt werden muss.
Die Vorteile von Wasserstoff
als Energieträger sind im groben folgende:
Wasserstoff ist:
· speicherbar
(auch grosstechnisch),
· transportierbar,
· umweltneutral,
· vielseitig
anwendbar,
· theoretisch
unbegrenzt verf�gbar.
Zur Herstellung von Wasserstoff
ist relativ viel Energie notwendig, da dieses Element eine hohe Bindungsenergie
besitzt, der Sauerstoff also nur sehr schwer abtrennbar ist. W�rde
man dafüt Energie heranziehen, die aus Prim�renergietr�gern
erzeugt worden w�re, h�tte dieses Konzept keinerlei �kologischen
Anspruch. Es w�re �kologisch betrachtet unsinnig, Kohle zur Energiegewinnung
unter Schadstoffausstoss zu verbrennen, um mit der daraus gewonnenen
Energie Wasser aufspalten zu können, damit dann Wasserstoff als "schadstofffreier
Energietr�ger" genutzt werden kann. Vielmehr m�sste bereits
bei der Erzeugung von Wasserstoff ein alternatives Konzept verfolgt werden.
Eine M�glichkeit w�re die solare Wasserstoffwirtschaft.
Eine Speicherung ist notwendig,
weil Wasserstoff nicht immer an Ort und Stelle erzeugt werden kann, wo
er gebraucht wird. Eine M�glichkeiten w�re z.B. ein mobiler Reformer
zur Umwandlung von Methanol.
Eine Speicherung ist ausserdem
notwendig, da in Mitteleuropa das Energieangebot der Sonne nur schlecht
mit dem Energiebedarf übereinstimmt. Im Sommer, wenn weniger Energie
ben�tigt wird, scheint die Sonne stark; im Winter, wenn deutlich mehr
Energie verbraucht wird, scheint sie nur sehr begrenzt. Ausserdem
gibt es starke tageszeitliche und wetterbedingte Schwankungen der Sonneneinstrahlung.
�hnliches gilt füt die Windenergie oder andere alternative Konzepte.
Es wird darauf hinauslaufen,
dass der Wasserstoff dort erzeugt wird, wo unter guten �kologischen
Bedingungen ausreichend Energie bereitgestellt werden kann. Von dort muss
er (fl�ssig oder gasfütmig) in die Regionen transportiert werden,
wo er ben�tigt wird. Dann kann er mobil oder station�r genutzt
werden, indem die Energie wieder freigesetzt wird, die in ihn hineingesteckt
wurde. In diesem Sinne dient er lediglich als Speicher füt diese chemisch
gebundene Energie.
Diese Speicherung geschieht
naturgem�ss nicht in einem Verh�ltnis 1:1. Es treten wie
bei jedem physikalischen oder chemischen Prozess auch in dieser Umwandlungskette
Verluste auf. Ziel der Forschung und Entwicklung ist es nun, hier einen
m�glichst hohen Wirkungsgrad zu erreichen.
Tab. 3: übersicht
über Effizienz- und Kostenverh�ltnisse zwischen solarem Strom
(Erzeugung = 1,0) und solarem Wasserstoff füt fortgeschrittene Technologien.
| |
Wirkungsgrad
nur Produktion |
Wirkungsgrad
einschl. Transport |
Kosten
nur Produktion |
Kosten
einschl. Transport |
| Strom |
100 |
88 |
100 |
150 |
| GH2 |
73 |
65 |
160 |
190 |
| LH2 |
60 |
52 |
250 |
440 |
Quelle: Nitsch, J., Dienhart,
H., u.a., VDI-Bericht (1997), 1321, "Fortschrittliche Energiewandlung und
Anwendung", VDI-Verlag, Stuttgart, S. 767-782
Nach Tabelle 3 enth�lt
gasfütmiger Wasserstoff in Mitteleuropa noch 65% der Energie des solaren
Stroms und kostet einschliesslich Transport nahezu das Doppelte des
erzeugten Solarstroms. Bei fl�ssigem Wasserstoff stehen dem Nutzer
noch etwa 50% der urspr�nglichen Energie des Solarstroms zu über
vierfachen Kosten zur Verf�gung. [Nitsch, Dienhart, 1997]
Es bieten sich noch eine
Unmenge weiterer Varianten an. In Frage k�me u.a. die Nutzung von
Windenergie. In Skandinavien und Nordamerika gibt es bereits riesige Windparks,
wo viele Hunderte Windr�der Energie erzeugen. In diesem Zusammenhang
gibt es bereits Projekte, dass Einfamilienh�user mit einem Windrad
sich selbst versorgen und von der Warmwasseraufbereitung bis hin zum Backofen
alles mit Wasserstoff betrieben wird (s. Ausblick). Des weiteren gibt es bereits Projekte, die die Wasserkraft
von riesigen Staud�mmen nutzen. Auch die Verbrennung von Biogas oder
M�ll w�ren M�glichkeiten (s. Anhang: Biodiesel).
Selbstverst�ndlich darf
nicht verschwiegen werden, dass auch diese Varianten Spuren in der
Natur hinterlassen. Es ist lediglich die Frage, wie signifikant diese Spuren
bzw. deren Auswirkungen sind. Um darüber korrekte Absch�tzung
machen zu können, bedarf es einer ausgiebigen Recherche und Analyse
aller dazugeh�rigen Faktoren, was sicherlich nicht einfach ist und
niemals den Anspruch auf Vollst�ndigkeit erheben kann, da immer Vereinfachungen
gemacht werden m�ssen.
Wissen / Erdgas & Flüssiggas