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Umbau des Energiesystems
Beiträge der Chemie
24. Februar 2011 · Berlin

Es ist machbar!
Ab etwa 2038 liegt der seit 2000 kumulierte Wert der insgesamt aufgewandten Differenzkosten (Kostenschere zwischen den EE und der herkömmlichen Energieversorgung) aller EE-Technologien bei Null

• Die positiven volkswirtschaftlichen Wirkungen des EE-Ausbaus zeigen sich vollständig ab etwa 2025.
• Der EE-Anteil betrug 2009 bereits rund 16 % des Bruttostromverbrauchs und über 10 % des gesamten Endenergieverbrauchs.
• Ihr Primärenergieanteil steigt in den Szenarien bis 2050 auf knapp 55 %.
• Strom wird 2050 zu über 85 % aus EE bereitgestellt. Im Wärmebereich wird gut die Hälfte der Nachfrage mit EE gedeckt. Auch im Verkehr ist der Beitrag der Erneuerbaren (ohne Stromanteil) mit 42 % des Kraftstoffbedarfs bereits beträchtlich.

Die Verwendung von Biomasse ist nicht nachhaltig!
(Zumindest heute nicht.)
Leider hat die Vision der Nutzung von „klimaneutralem“ Kohlenstoff als Energieträger eine Schwachstelle: Schon heute greift die Menschheit viel intensiver in den globalen Kohlenstoffkreislauf ein, als es die Energiebilanzen darstellen.

• vor 10000 Jahren C-Verbrauch ca. 1 kg/Tag - heute 60 kg/Tag
• Biomasse ist die bedeutendste Kohlenstoffquelle der Menschheit und ihre Nutzung stößt immer mehr an technische, ökologische und ethische Grenzen.
• Der Weg des Kohlenstoffs von der Photosynthese in der Pflanze bis zum Einsatz beim Verbraucher ist verlustreicher, als die Szenarien suggerieren.
• Dilemma: Aus Gründen der Nachhaltigkeit verbietet sich eine verstärkte Nutzung von biogenem Kohlenstoff. Der Klimaschutz scheint diesen Weg aber zu erfordern.

7 t Holz können 1 t Kraftstoff, aber auch ca. 6 t CO₂ erzeugen!
Thermodynamisch gesehen, ist die Nutzung von Biomasse ein irreversibler Vorgang und nur die Sonne am anderen Ende des Kreislaufs ist mit ihren ungeheuren Energielieferungen im Stande, die irdische Energiedifferenz auszugleichen.

• Kann mit der Biomassenutzung automatisch eine Minderung im CO₂-Gehalt der Atmosphäre erreicht werden?
• Oder ist Biomassenutzung „nur“ eine bessere Ressource zur Streckung der globalen fossilen Energiereserven?
•Ein Teil des Chemie-Beitrages : Biomassewachstum, wie es zu beeinflussen ist.
• Ein zweiter Teil des Chemie-Beitrages : Initiierung und Verbesserung von Prozesstechniken der Biomassenutzung

1 Million Jahre oder nur 1000 Jahre für die die Überbleibsel der Brückentechnolgie?
Partitioning- und Transmutationsstrategie zur Überführung langlebiger Transuranelemente in relativ kurzlebige oder stabile Spaltprodukte - ev. in 20 Jahren verfügbar

• Der Beitrag der Chemie ist unersetzlich bei der Entwicklung neuer Entsorgungstechnologien.
• Voraussetzung für die erfolgreiche Transmutation ist eine hocheffiziente chemische Trennung der Transuranelemente von den störenden Spaltprodukten.
• Nukleare Recylingverfahren können das Radiotoxizitätsinventar signifikant reduzieren und die Gesamtmenge des hochradioaktiven Abfalls um einen Faktor von 10-20 zu verringern.

7 KKWs werden für die Spitzenlast im Netz pro Tag benötigt! Und wenn diese Spitzenlast nicht gebraucht wird?
Methan soll der zukünftige Energiespeicher werden.

• Trennung von Hoch-Energie-Markt und Niedrig-Energie-Markt notwendig
• Physikalische Verfahren (wie Pumpspeicherwerke) sind in Deutschland nicht mehr durchsetzbar

Erneuerbare Energien erzwingen neue Formen der Energiespeicherung!
Die Pb-Technologie wird eine Renaissance erleben.

• Der relativ niedrige durchschnittliche Nutzungsgrad von auf Wind und Photovoltaik basierender Stromerzeugung bedingt, das nominal Überkapazitäten installiert werden müssen.
• Elektrochemische Redoxprozesse sind eine Option für eine zukünftige Speichertechnik.
• Es bedarf aber auch eines gesellschaftlichen Konsenses, die Energiespeicherung im Stromnetz als eine Zukunftschance für unsere Volkswirtschaft wahrzunehmen.

Die Organische Photovoltaik ist als PV der 3. Generation eine kommende Zukunftstechnologie!
Weiterhin hoher Bedarf an Grundlagenforschung, doch schon einige bereits in Spin-off-Firmen am Markt

• Synthetisch hergestellte (durch Rolle-zu-Rolle- oder Druckverfahren) organische Farbstoffe und Polymere mit halbleitenden Eigenschaften für
• Der Wirkungsgrad liegt derzeit bei 8-11%, die Langzeitstabilität ist noch ungenügend.

Das Licht der Zukunft sind die anorganischen Leuchtdioden (Light
Emitting Diodes, LEDs)
Beim Ersatz der Hälfte aller Leuchtmittel weltweit durch die jetzigen LEDs 1,6 Milliarden Tonnen könnten CO₂ eingespart werden.

• Leistung von LEDs bis zu 200 Lumen pro Watt, während die Leistung von Energiesparlampen lediglich 75 Lumen pro Watt und die einer Glühbirne maximal 30 Lumen pro Watt beträgt.
• Langen Lebensdauer von gegenwärtig 60.000 Stunden - Glühbirne: maximal 10.000 Stunden.
• Verbesserungswürdig hinsichtlich der Farbqualität der Lampen und der Produktion der Leuchtstoffe, welche gegenwärtig noch recht energieintensiv ist.