Wann wir endlich … unseren Strom zu 100 Prozent aus erneuerbaren Quellen beziehen

Das ergibt Sinn: Denn wo der direkte Einsatz von Strom möglich ist, wird Energie sehr viel effizienter genutzt als bei der Verbrennung, bei der ein großer Teil der Energie als Abwärme verloren geht. Deshalb gilt: Eine Wärmepumpe ist effizienter als eine Öl- oder Gasheizung, ein E-Auto effizienter als das Pendant mit Verbrennungsmotor. Außerdem wird bald auch die extrem stromhungrige Produktion von Wasserstoff und synthetischen Kraftstoffen anlaufen. Diese sollen überall dort, wo Strom nicht direkt eingesetzt werden kann, nachhaltige Alternativen zu Öl und Gas werden – etwa im Flugverkehr oder der Stahlproduktion.

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Der Stromverbrauch wird steigen – aber wie schnell?

Weil so in den kommenden Jahrzehnten Millionen neuer Anwendungen dazukommen, werden wir nicht nur "grüneren", sondern mittelfristig auch deutlich mehr grünen Strom brauchen. Wie schnell es wie viel davon sein muss, ist Inhalt einer anhaltenden Debatte in Politik und Wissenschaft.

• Das Bundeswirtschaftsministerium geht bislang davon aus, dass der Bruttostromverbrauch bis 2030 steigen dürfte.
• Wissenschaftliche Untersuchungen rechnen ebenfalls mit einem schnell steigenden Strombedarf. Auch eine Expertenkommission, die die Bundesregierung in Energiefragen berät, bezweifelt, dass der geplante Ausbau ausreichen wird, um am Ende den tatsächlichen Strombedarf zu decken.
• Spätestens in der Mitte des Jahrhunderts wird der Strombedarf deutlich gestiegen sein: Statt wie zuletzt im Schnitt von etwa 500 Terawattstunden pro Jahr gehen Studien von einem Strombedarf von mindestens 700 Terawattstunden jährlich, die meisten aber eher von 1000 bis 1500 Terawattstunden aus.

Wind und Sonne liefern Energie im Überfluss

Um diesen riesigen Strombedarf erneuerbar zu decken, müssen vor allem die schlummernden Potenziale von Wind und Sonne aktiviert werden. Das bedeutet, noch mehr Windräder aufzustellen und noch mehr Flächen mit Fotovoltaikanlagen zu bestücken.

Potenzialanalysen gehen davon aus, dass in Deutschland etwa 1200 Terawattstunden Strom aus Wind und Sonne produziert werden könnte – also deutlich mehr, als die 500 Terawattstunden, die wir aktuell in etwa verbrauchen. Nach Berechnungen von Aurora Energy Research könnte dieser Wert durch leistungsstärkere Anlagen bis 2040 auf 1800 Terawattstunden steigen. Alleine mit den beiden Zugpferden der regenerativen Stromerzeugung käme so auf das Jahr gesehen genug Strom zusammen, um den Bedarf des Landes zu decken.

Schade nur, dass die Sache etwas komplizierter ist:

Selbst wenn wir jeden verfügbaren Zentimeter Land mit Windrädern und Fotovoltaikmodulen bedeckten, wäre das alleine noch nicht ausreichend, um eine stabile Stromversorgung an jedem Tag, in jeder Stunde eines Jahres zu gewährleisten. Denn auf heftige Stürme an einem Tag folgen Flauten am nächsten, auf Abschnitte voller Sonnenschein wiederum Schlechtwetterperioden, in denen der Himmel tagelang von Wolken bedeckt ist. Die Jahresleistung der Windkraft- und Fotovoltaikanlagen kommt also nicht durch einen gleichmäßigen und bedarfsgerechten Ertrag, sondern als Ergebnis massiver Schwankungen in der Erzeugung zustande.

Für die Stromerzeugung hieße das: Mal produzieren Wind und Sonne große Überschüsse, die das Netz überlasten; mal so wenig, dass wir vorübergehend zu wenig Strom zur Verfügung hätten.

Es ist das Dilemma dieser Energiewende:

Wir sind zwar in der Lage, uns mit wolkenkratzerhohen Giganten die Bewegungsenergie des Windes nutzbar zu machen und mithilfe von Solarzellen Licht in elektrischen Strom zu verwandeln, bleiben am Ende aber doch ein Spielball der Natur. Wann uns Wind und Sonne genug Strom bereitstellen und wann nicht, liegt nicht in unserer Macht.

Biomasse und Tiefenerdwärme sind nur eine kleine Hilfe

Erschwerend kommt hinzu, dass jene Formen der erneuerbaren Energien, deren Output relativ stabil plan- und steuerbar ist, die deutsche Energiewende – Stand jetzt – nur sehr begrenzt unterstützen können:

• Tiefengeothermie: Die thermische Energie, die in unserer Erde gespeichert ist, kann in Strom umgewandelt werden. Für eine halbwegs wirtschaftliche Stromerzeugung sind hohe Temperaturen von über 100 Grad notwendig, für die man tief in die Erde vordringen muss. Das ist vergleichsweise teuer, weil aufwendige Erkundungen notwendig sind. Auf deutschem Boden eignen sich ohnehin nur relativ wenige Standorte, weil durch Siedlungen und Straßen versiegelte Flächen ebenso ausscheiden wie Wälder oder Wasserschutzgebiete. Eine Studie der TU München geht von einem Potenzial von knapp 9 Terawattstunden pro Jahr aus.
• Biomasse: Hier werden natürliche Rohstoffe wie Raps oder Holz verbrannt. Vor allem das rare Gut Boden ist hier ein limitierender Faktor: Um die Stromerzeugung durch Biomasse erheblich zu erhöhen, müssten landwirtschaftliche Flächen im großen Stil für den Anbau von Energiepflanzen umgenutzt werden. Doch diese umkämpften Flächen können – etwa um die Lebensmittelpreise möglichst stabil zu halten – nur eingeschränkt der Nahrungs- und Futtermittelproduktion entzogen werden. Außerdem entsteht auch bei der Verbrennung von Biomasse CO2 – wenn auch nur so viel, wie die Pflanzen durch die Fotosynthese eingelagert haben.
• Wasserkraft: Der Anteil der teilweise steuerbaren Wasserkraft an der deutschen Stromerzeugung stagniert seit Langem bei rund 20 Terawattstunden und gilt als weitgehend ausgeschöpft. Durch Wellen- und Gezeitenkraftwerke in der Nordsee könnten zwar neue Potenziale entstehen, allerdings sind beide Kraftwerkstypen noch nicht marktreif.

Neben der Frage, wann das Ziel rein technisch erreichbar wäre, stellt sich also die Frage, bis wann sie aus heutiger Sicht – politisch, gesellschaftlich und ökonomisch – tatsächlich realistisch ist.

Studien zur Energiewende untersuchen verschiedene hypothetische Szenarien, in denen die verschiedenen Variablen mit unterschiedlichen Annahmen besetzt werden. Dann wird geprüft, wann wir unter den gegebenen Bedingungen ans Ziel kommen könnten. Oder: Sie nehmen ein Jahr als Zielwert an und prüfen, was geschehen müsste, um bis zu diesem Zeitpunkt Klimaneutralität zu erreichen. Die Prognosen reichen hier von "wir können es bis 2035 schaffen" bis "realistisch schaffen wir es frühestens 2050".

Ein besonders zuversichtliches Szenario hat das Wuppertal-Institut für Klima, Umwelt, Energie im Auftrag von Fridays for Future erarbeitet. Die Studie untersuchte im vergangenen Jahr, ob ein klimaneutrales Deutschland – und damit auch eine zu 100 Prozent auf Ökostrom basierende Stromversorgung – schon 2035 möglich wäre. Gemäß dem von der sogenannten Kohlekommission ausgehandelten Ausstiegspfad aus der Kohleverstromung ist 2035 der – Stand jetzt – früheste realistische Termin, um das letzte Kohlekraftwerk abzuschalten.

Gaskraftwerke geben Sicherheit – doch was wird darin verbrannt?

Die Studie bezeichnet eine vollständig emissionsfreie Stromerzeugung ab diesem Zeitpunkt aus technischer Sicht als "machbar". Während der Kohlekompromiss vorsieht, dass im Anschluss noch Erdgas als fossiler Reserveenergieträger notwendig sein wird, um auf Flauten zu reagieren, argumentiert die Studie, dass diesen Job stattdessen auch eine Kombination aus Biogas und aus erneuerbarem Strom erzeugtem Wasserstoff erfüllen könnte. Gleichzeitig sei es notwendig, jährlich Windräder und Fotovoltaikanlagen mit einer Leistung von 25 bis 30 Gigawatt zuzubauen. Zum Vergleich: Zuletzt wurden jährlich im Schnitt durchschnittlich 6 Gigawatt pro Jahr zugebaut. Selbst die in den meisten anderen Studien anvisierten rund 15 Gigawatt jährlich gelten deshalb schon als große Herausforderung.

Die Klimaökonomin Birgit Knopf vom Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change (MCC) glaubt nicht, dass das 2035-Szenario aus der Studie des Wuppertal-Instituts wirklich realistisch ist, wenn man ökonomische und gesellschaftliche Faktoren berücksichtigt. "Ich bezweifle stark, dass 'alles schneller und mehr davon' wirklich die 'Machbarkeit' aufzeigt", schrieb sie zur Veröffentlichung der Studie auf Twitter. Sie hält die im Szenario angesetzten Veränderungen für zu radikal, um sie in einem so kurzen Zeitraum umzusetzen. "Diese Studie nimmt sich in erster Linie die bekannten Zielwerte, die die restlichen Studien für 2050 anpeilen, und zieht diese auf das Jahr 2035 vor", sagt Knopf.

Tatsächlich bleiben in der Studie wichtige Fragen unbeantwortet:

• Wo und wie soll der radikale Zubau erneuerbarer Stromerzeugung so schnell stattfinden?
• Ist es wirklich realistisch, bis 2035 Wasserstoff in so großen Mengen – die Studie geht von 400 bis 900 Terawattstunden pro Jahr aus – für die Stromerzeugung zur Verfügung zu stellen?

Schließlich steckt die Produktion von Wasserstoff aus Ökostrom noch in den Kinderschuhen. Zwar soll sowohl in Deutschland als auch in anderen Staaten in den kommenden Jahren die industrielle Produktion von grünem Wasserstoff anlaufen. Bis wann die vermeintliche Wunderwaffe aber tatsächlich im derart großen Stil für die Stromerzeugung zur Verfügung gestellt werden kann, steht noch in den Sternen. Selbst wenn die Produktion überraschend schnell anlaufen sollte, konkurriert der Stromsektor immer noch mit anderen Bereichen wie der Stahlindustrie, die ebenfalls einen hohen Bedarf anmeldet.

Das fossile Zeitalter wird vermutlich mit dem Erdgas enden

In den meisten Szenarien werden stattdessen Kraftwerke, die fossiles Erdgas verbrennen, als Reservelösung noch einige Jahre im Einsatz sein, sobald die letzten Kohlekraftwerke abgeschaltet sind. Gaskraftwerke sollten auf dem Weg in eine klimafreundliche Stromversorgung aber tatsächlich nicht mehr als ein Back-up für den Notfall sein: Denn Erdgas ist zwar deutlich weniger CO2-intensiv als Kohle. Weil entlang der Wertschöpfungskette aber viel extrem klimaschädliches Methan frei wird, warnen Wissenschaft und Umweltorganisationen davor, Erdgas als saubere Alternative für die Stromversorgung zu verstehen. Mehr dazu kannst du hier hören.

Am Ende dürfte der Tag, an dem genug Biogas und grüner Wasserstoff zur Verfügung stehen, um in den Gaskraftwerken das Erdgas vollständig zu ersetzen, auch jener sein, an dem die Stromerzeugung erstmals vollständig auf erneuerbaren Energien basiert. Dabei gilt: Je schneller es gelingt, die erneuerbare Stromversorgung durch Speichertechnologien, Stromaustausch und Verbrauchsmanagement umfassend zu flexibilisieren, desto seltener werden die Gaskraftwerke überhaupt benötigt werden.

Anders als in der genannten Studie des Wuppertal-Instituts dauert das in den meisten Szenarien in anderen Untersuchungen noch mindestens bis Mitte des Jahrhunderts, etwa beim Think Tank Agora Energiewende. In der Studie des Bundesverbands der deutschen Industrie (BDI) spielt Erdgas – mit Ausnahme eines Szenarios – sogar darüber hinaus noch eine Rolle als fossile Übergangstechnologie.

Nicht nur auf die Erzeugung achten

So oder so gilt: Um schnellstmöglich den gesamten Strombedarf aus erneuerbaren Quellen zu decken, wird es nicht reichen, einfach immer weiter nur die Erzeugung hochzuschrauben. So offensichtlich es auch sein mag: Je effizienter wir den kostbaren Strom nutzen, desto schneller rückt auch das Ziel in greifbare Nähe, die Stromerzeugung vollständig ohne fossile Energieträger zu bestreiten. Elektrische Wärmepumpen mögen deutlich effizienter sein als eine Ölheizung, doch so richtig spielen sie ihre Stärken auch erst in einem gut gedämmten Haus aus.

"Nur mit ausreichender Steigerung der Energieeffizienz kann die Energiewende im Gesamtsystem möglichst kosteneffizient umgesetzt werden", schreibt die Deutsche Energie-Agentur (dena) dazu in ihrer Leitstudie zur Energiewende. Und der Umweltrat nannte Energieeffizienz in einem Gutachten schon 2011 "die wichtigste Brückentechnologie auf dem Weg zur regenerativen Vollversorgung."

Denn klar ist: Strom zu erzeugen, auch wenn er aus erneuerbaren Quellen kommt, ist nicht ohne Konsequenzen. Ökologisch nicht, weil auch die Ressourcen, die es für den Bau von Windkrafträdern oder Fotovoltaikmodulen braucht, endlich sind. Nicht gesellschaftlich, weil jedes neue Windrad und jede neue Stromtrasse das Risiko von zusätzlichem Protest und Widerstand gegen die Energiewende birgt. Aber auch technisch nicht, weil in einem aufgeblähten Gesamtsystem auch die Anforderungen, etwa an Speicher und Netze, immer weiter steigen. Sparsamkeit und Effizienz lohnen sich also in vielerlei Hinsicht.

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) hat in seiner Studie deshalb ein ganzes Szenario entwickelt, das eine besonders effiziente Energiewende, getrieben von einem veränderten gesellschaftlichen Mindset, beschreibt. Das Ergebnis: Der massive Umbau unseres Energiesystems wäre bei genügsamem Umgang mit Elektrizität erheblich günstiger und schneller umzusetzen – und hätte gleichzeitig deutlich bessere Chancen, von der breiten Gesellschaft akzeptiert zu werden.

Autoren: Jannis Carmesin / Mathias Tertilt