Dieser Energiebedarf unterscheidet
sich von Land zu Land. Momentan sieht es noch so aus, dass es einen
enormen Unterschied zwischen den Industrieländern und sogenannten
Entwicklungsländern gibt.
Abb.
1
Quelle: Bayerisches Staatsministerium
für Wirtschaft, Verkehr und Technologie, 1993
Die
westliche Welt verbraucht mehr als die Hälfte der weltweiten Energievorkommen,
dabei stellt sie lediglich ein Siebtel der Weltbevölkerung.
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%
militärische Dienststellen:
0,3%
Wählt man den für
den Normalbürger 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 für die individuelle Fortbewegung eingesetzt
in Form von Benzin oder Diesel für 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 für 60% des Endverbrauchs an Ölprodukten
verantwortlich ist, Tendenz steigend. [Worm, 1995]
Dazu gilt, es eine Vielzahl
von Randbedingungen zu berücksichtigen, wie z.B.:
- den Anstieg der Bevölkerungszahlen,
- 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
für Wirtschaft, Energiepolitik, Bonn, März 1992
Im Vergleich zeigt Abbildung
4 die Zahlen von 1997.
Abb.
4
Quelle: Bundesministerium
für Wirtschaft, Energiedaten 97/98, S.6
Es gab eine Steigerung in
der Kernenergie um 3% und beim Mineralöl sowie beim Naturgas um 5%.
Abgenommen hat der Kohleanteil am Primärenergieverbrauch: bei Steinkohle
um 2% und bei Braunkohle um 10%. Die Zahlen bei Wasser- und Windkraft sowie
bei "sonstigem" sind relativ unpräzise. Es lässt sich jedoch
sagen, dass die regenerativen Energien von 1990 bis 1997 von 1,4%
auf 2,0% zugenommen haben.
Der Mineralölabsatz
in Deutschland verzeichnet insgesamt einen Anstieg (s. Tab. 1). Der Primärenergieverbrauch
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 Mineralöl leicht abgenommen hat.
Dies geht jedoch hauptsächlich auf den witterungsbedingten Heizölanstieg
zurück. In Zukunft (bis zum Jahr 2020) steht in Deutschland im Kraftstoffsektor
ein Rückgang des Mineralölanteils bevor. Der Pkw-Bestand steigt
zwar weiter, aber die gesamte Fahrleistung ist rückläufig. Ausschlaggebend
für 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 Heizöl |
43,5 |
42,5 |
45,4 |
| Mio. t Ges. Inlandsabsatz |
126,1 |
126,2 |
128,4 |
| Mio. t SKE Primärenergieverbrauch |
479,0 |
485,6 |
499,6 |
| % Mineralölanteil |
41,0 |
40,0 |
39,5 |
Quelle: Fakten und Argumente,
Deutsche Shell AG, Hamburg, Nov. 1997
über die Jahre gesehen,
hat sich der Ölverbrauch seit 1960 in den USA verdoppelt und in Europa
vervierfacht und im pazifischen Raum versechsfacht. Nach heutigen Berechnungen
reichen das Erdöl und das Erdgas noch für 100 Jahre. Selbst wenn
noch weitere neue Ölquellen 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 Jülich
hat eine Abschätzung vorgelegt, die den Nutzungsgrad von Primärenergie
darstellt (s. Tab. 2). Es wird deutlich, wo überall Verluste auftreten
und wie hoch ungefähr der Anteil an Primärenergie ist, der bis
zum Verbraucher gelangt. Diese Kette liesse sich noch weiterführen,
da selbst die Endenergie nicht zu 100% genutzt werden kann, da kein Gerät
oder Aggregat einen Wirkungsgrad von 100% aufweisen. [FZJ, 1998]
Tab. 2: Energieverluste
1997
| Primärenergieeinsatz in Form von Kohle, Erdöl, 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, Heizöl, Benzin, Diesel, Fernwärme |
= 63% |
| Umwandlungsverluste |
- 33% |
| Nutzenergie in Form von Prozeß- u. Raumwärme, Antriebskraft, Licht, Warmwasser, Information |
= 4438 PJ = 151 Mio. t SKE
= 30% |
Quelle: Forschungszentrum
Jülich, Forschen, Nr. 1/98, April 1998
Schadstoffe
Der gesamte Verkehrsbereich
benötigt nach unterschiedlichen Angaben 50-60% der Welt-Erdölproduktion.
Verkehrsexperten schätzen, 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 wächst derzeit prozentual doppelt so schnell wie die Weltbevölkerung.
Das bedeutet z.B. für 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 verständlicherweise 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. [Höhlein,
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
für Wirtschaft, Energiedaten 97/98, S.6
*: Land-, Forst und Bauwirtschaft,
Militär-, Schienen-, Wasser- und Luftverkehr
Im Zuge der Diskussion über
den Treibhauseffekt gibt es eine Aufteilung verschiedener Gase, inwieweit
sie hierfür 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, müssten
bei steigendem Kraftfahrzeugbestand und zunehmendem Individualverkehr deutliche
Senkungen der Emissionen um mehr als 50% erfolgen. Tests in den USA haben
gezeigt, dass die Vorläufersubstanzen um ca. 50% gesenkt werden
müssen, wenn eine Verringerung der Ozon-Spitzenwerte um etwa 20-30%
erzielt werden soll.
Für die Pkw-Fahrzeugtechnik
bedeutet das:
· kurz-
und mittelfristig die Einführung neuer Energieträger wie Erdgas,
Methanol und Wasserstoff für 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 Primärenergieträger
lag vor fünf 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 für Systemtechnik u. Innovationsforschung
Abb.
8
Quelle: PROGNOS AG und
Fraunhofer-Institut für Systemtechnik u. Innovationsforschung
Nach einem VDI-Bericht besteht
zumindest für Deutschland die Aussicht auf eine andere Entwicklung.
Demnach könnten 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 Elektrizitätsbedarfs
über Wasserkraft gedeckt werden.
Alternative - fossile
Energien
In Abbildung 8 ist zu sehen,
dass in der Prognose für das Jahr 2010 bei der Aufteilung des
regenerativen Energieanteils die Sonne als Energielieferant aufgeführt
ist. Zwar nicht mit besonders hohem Prozentsatz, aber sie wird eingeplant.
Tatsächlich ist die Sonne die grösste 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 jährlich an Primärenergie verbraucht wird.
Oder anders formuliert:
· Die
Sonne spendet unserem Globus Tag für Tag die zehntausendfache Menge
des Energiebedarfs der gesamten Erdbevölkerung.
So liesse sich z.B.
mit Solarkraftwerken auf einer Fläche von 3% der Sahara der Energiebedarf
Europas und Afrikas decken.
"Solare Wasserstoffwirtschaft"
Die ersten Konzepte von
einer "solaren Wasserstoffwirtschaft" wurden bereits in den fünfziger
Jahren entwickelt. Hinter diesem Begriff verbirgt sich die Idee, dass
die Sonnenenergie nicht genutzt wird, um über Photovoltaik Strom oder
um in Wärmetauschern 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.
Gelänge es, Sonnenenergie
zu konzentrieren, damit eine genügend grosse Energiemenge zusammenkommt,
die notwendig ist, um Wasser zu spalten, wäre dies ein durchweg ökologisches
Verfahren zur Wasserstoffherstellung. Der Wasserstoff könnte transportiert
werden und an anderer Stelle unter Energiefreisetzung wieder verbrannt
werden. Bei der Oxidation entstünde (fast) nur Wasser, so dass
keine Umweltprobleme aufträten.
Das Interessante an dieser
Idee ist, dass die Sonne unbegrenzt vorhanden ist und Wasser lediglich
verwendet, aber nicht verbraucht wird. Damals war dies eine revolutionäre
Idee, mittlerweile erscheint dies durchaus umsetzbar.
In diesem Sinne ist Wasserstoff
keine Energiequelle, sondern ein Energieträger, 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 verfügbar.
Zur Herstellung von Wasserstoff
ist relativ viel Energie notwendig, da dieses Element eine hohe Bindungsenergie
besitzt, der Sauerstoff also nur sehr schwer abtrennbar ist. Würde
man dafür Energie heranziehen, die aus Primärenergieträgern
erzeugt worden wäre, hätte dieses Konzept keinerlei ökologischen
Anspruch. Es wäre ökologisch betrachtet unsinnig, Kohle zur Energiegewinnung
unter Schadstoffausstoss zu verbrennen, um mit der daraus gewonnenen
Energie Wasser aufspalten zu können, damit dann Wasserstoff als "schadstofffreier
Energieträger" genutzt werden kann. Vielmehr müsste bereits
bei der Erzeugung von Wasserstoff ein alternatives Konzept verfolgt werden.
Eine Möglichkeit wäre die solare Wasserstoffwirtschaft.
Eine Speicherung ist notwendig,
weil Wasserstoff nicht immer an Ort und Stelle erzeugt werden kann, wo
er gebraucht wird. Eine Möglichkeiten wäre 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
benötigt 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.
ähnliches gilt für die Windenergie oder andere alternative Konzepte.
Es wird darauf hinauslaufen,
dass der Wasserstoff dort erzeugt wird, wo unter guten ökologischen
Bedingungen ausreichend Energie bereitgestellt werden kann. Von dort muss
er (flüssig oder gasförmig) in die Regionen transportiert werden,
wo er benötigt wird. Dann kann er mobil oder stationär genutzt
werden, indem die Energie wieder freigesetzt wird, die in ihn hineingesteckt
wurde. In diesem Sinne dient er lediglich als Speicher für diese chemisch
gebundene Energie.
Diese Speicherung geschieht
naturgemäss nicht in einem Verhältnis 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
möglichst hohen Wirkungsgrad zu erreichen.
Tab. 3: Übersicht
über Effizienz- und Kostenverhältnisse zwischen solarem Strom
(Erzeugung = 1,0) und solarem Wasserstoff für 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 enthält
gasförmiger Wasserstoff in Mitteleuropa noch 65% der Energie des solaren
Stroms und kostet einschliesslich Transport nahezu das Doppelte des
erzeugten Solarstroms. Bei flüssigem Wasserstoff stehen dem Nutzer
noch etwa 50% der ursprünglichen Energie des Solarstroms zu über
vierfachen Kosten zur Verfügung. [Nitsch, Dienhart, 1997]
Es bieten sich noch eine
Unmenge weiterer Varianten an. In Frage käme u.a. die Nutzung von
Windenergie. In Skandinavien und Nordamerika gibt es bereits riesige Windparks,
wo viele Hunderte Windräder Energie erzeugen. In diesem Zusammenhang
gibt es bereits Projekte, dass Einfamilienhäuser 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 Staudämmen nutzen. Auch die Verbrennung von Biogas oder
Müll wären Möglichkeiten (s. Anhang: Biodiesel).
Selbstverständlich 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 Abschätzung
machen zu können, bedarf es einer ausgiebigen Recherche und Analyse
aller dazugehörigen Faktoren, was sicherlich nicht einfach ist und
niemals den Anspruch auf Vollständigkeit erheben kann, da immer Vereinfachungen
gemacht werden müssen.
Wissen / Erdgas & Flüssiggas