Können moderne Stromspeicher die Energiewende retten?

Sammeln wir mal zuerst ein paar nackte Daten zur Beantwortung der Frage. So ist es erst einmal ganz wichtig zu wissen, wieviel elektrische Energie benötigt Deutschland pro Tag: Laut Wikipedia (https://de.wikipedia.org/wiki/Bedarf_an_elektrischer_Energie) lag der Bruttostromverbrauch 2014 bei 592,2 TWh. Dividiert durch 365 Tage ergibt sich ein täglicher Bedarf von 1,62 TWh an elektrischer Energie.
Da elektrische Energie nur in anderen Energieformen gespeichert werden kann benötigen wir die Speicherdichte (Energiedichte) konventioneller Materialien. Wikipedia liefert dazu ebenfalls eine Übersicht (https://de.wikipedia.org/wiki/Energiedichte). Für die Modellrechnung benutze ich Wasserstoff unter Normaldruck. Die Energiedichte beträgt 120MJ/kg. Das sind dann umgerechnet 0,0333 MWh/kg. 1,62TWh sind 1620GWh bzw. 1620000MWh! Dividieren wir diesen Bedarf nun durch 0,0333MWh/kg kommen wir zu einem Wasserstoffbedarf von 48648648,6 kg Wasserstoff. Abgerundet also 4,8 Millionen Kilogramm Wasserstoff ( oder der Einfachheit halber 48000 Tonnen Wasserstoff). Das Molgewicht beträgt 2g je Mol. Und das molare Volumen eines idealen Gases unter Raumbedingungen sind 22,4 Liter.  4,8 Millionen Kilogramm Wasserstoff entsprechen 4,8 Milliarden Gramm und das sind wiederum 2,4 Milliarden Mol Wasserstoff. Diese würden ein Volumen von 52,76 Milliarden Litern einnehmen. 1000 Liter entsprechen einen Kubikmeter. Das heißt wir benötigen 52,76 Millionen Kubikmeter Wasserstoff- das ist immerhin ein Würfel mit einer Kantenlänge von 375 Metern (der Berliner Fernsehturm hat eine Höhe von 368 Metern).

Diese Menge an Wasserstoff würden wir formal benötigen um Deutschland einen Tag mit elektrischer Energie zu versorgen. Klingt machbar. Aber die Rechnung berücksichtigt nicht den energetischen Aufwand zur Speicherung (um den gering zu halten wurde mit Normaldruck gerechnet). Den Wirkungsgrad bei der Umwandlung der chemischen Energie in elektrische Energie sowie Transportverluste. Es wird auch nicht berücksichtigt wie schnell und effektiv elektrische Energie zur Erzeugung von Wasserstoff eingesetzt werden kann. Schlußendlich reicht bei Dunkelflauten (https://www.welt.de/wirtschaft/article161831272/Die-Dunkelflaute-bringt-Deutschlands-Stromversorgung-ans-Limit.html)  ein Tag Reserve nicht aus. Auch zukünftige Entwicklungen wie Elektromobilität oder SmartHome sind nicht berücksichtigt. Auch nicht die Tatsache das der Tagesbedarf im Winter deutlich höher liegt als im Sommer.

Übrigens ein Li-Ionen Akku hat eine Energiedichte von 0,65 MJ/kg oder anders gesagt ist der Li-Ionen Akku um den Faktor 185 schlechter. Oder anders gesagt würden sie 888 Millionen Kilogramm Li-Ionen Akkus benötigen um den Energiebedarf von einem Tag zu speichern.

Auch habe ich die Frage ausgeblendet, wie schnell man den verbrauchten Speicher wieder füllen kann und muß und wo die dazu benötigte überschüssige Energie herkommen soll. Ebenso die Frage der fehlenden Infrastruktur.

 

Der Ökotraum- Ein Herbstmärchen

In „Der Freitag“ ist mir mal wieder ein Artikel über den Weg gelaufen, den ich für reine Propaganda ansehe, auch wenn er sich auf eine Studie des Umweltbundesamtes (Treibhausgasneutrales Deutschland 2050) stützt. Es ist mir daher ein inneres Bedürfniss diesen Artikel „Eine Ökonomie ohne Brennstoff“ mal näher zu beleuchten.

Erstes Zitat aus dem Artikel: „Kohle und Öl haben ausgedient. Sonne, Wind und andere erneuerbare Energieträger sind endgültig an ihre Stelle getreten. Zusammengeschaltet in virtuellen Kraftwerken, vernetzt mit riesigen Speichern sorgen sie für die sichere Energieversorgung eines Landes, in dem 72,2 Millionen Menschen leben.“
OK, wenn Kohle und Öl aus der Energieerzeugung verschwinden kann dies nur gut sein. Denn die Asche aus Kohlekraftwerken enthält u.a. Uran, Thorium und Radium ( https://de.wikipedia.org/wiki/Asche). Soweit so gut, aber woher kommen die riesigen vernetzten Speicher? Schauen wir in die Orginalstudie, so werden wir fündig: Powe-to-Gas ist das Zauberwort, basierend auf regenerativ durch Elektrolyse gewonnenen Wasserstoff. Das ist doch gut oder?
Grundsätzlich schon, da Wirkungsgrade von 80% und mehr erreicht werden und schon Anlagen verschiedenster Art in Betrieb sind. Nur müssten wir natürlich zur Bevorratung und Abdeckung eines Großteils der Stromversorgung ziemlich viele Werke neu bauen. Hinzu kommen Stromtrassen zu den Werken und entsprechende Wasserstofftanks. Und Wasserstoff ist nicht einfach zu handhaben. Es ist brennbar und kann als Knallgas erhebliche Zerstörungen anrichten (denken wir an diee Hindenburg oder an das Reaktorunglück von Fukushima, wo primär Wasserstoffexplosionen zu den Zerstörungen geführt haben). Abgesehen davon bräuchten wir einen enormen Aufwachs an Windkraftanlagen. 20145 lieferten 25.000 Windräder 8% der Jahresstrommenge. Mit zusätzlich weiteren 200.000 Windrädern könnte man (die passende Infrastruktur vorausgesetzt und unter Berücksichtigung eines Wirkungsgrades von 25% bei power-to-gas) lediglich 24% des Strombedarfes decken. für 50% bedarf es der Menge von ca. 400.000 Windrädern (bei einer Gesamtfläche von 360.000 km^2 bedeutet das 0,9km^2 pro Windrad) Weitere Betrachtungen dazu finden sich in der Orginalquelle http://www.derwesten.de/ikz/ikz-start/die-norweger-zeigen-uns-einen-vogel-id10659482.html. Fragt sich eigentlich, warum wird bei der Studie die photokatalytische Erzeugung von Wasserstoff nicht berücksichtigt? Liegt es eventuell daran, das die Technologie noch nicht industriereif ist und eventuell ein noch viel höherer Platzbedarf damit einhergeht?
Erstes Teilfazit: Power-to-Gas kann nicht als Lösung angesehen werden, hier setzt die Studie schon einmal falsch an.

Zweites Zitat, diesmal aus dem Original des UBA (Seite 12):“Wir gehen davon aus, dass im Jahr 2050 der direkt als Endenergie genutzte Strom (466 TWh/Jahr) vor
allem im Inland produziert wird. Die technischen Potenziale den gesamten Strombedarf (rund 3.000 TWh/Jahr) national zu erzeugen, sind zwar vorhanden, da aber zum Beispiel aus ökologischen oder ökonomischen Gründen nur ein Teil dieser Potenziale sinnvoll genutzt werden kann, gehen wir davon aus, dass ein größerer Teil des in Deutschland benötigten Stroms im Ausland erzeugt werden würde.“ Aha, wir werden also nur 15,5% unseres gesamten Strombedarfes in 2050 selber produzieren, den Rest kaufen wir im Ausland ein. Das setzt voraus, das unsere Nachbarländern genug überschüssigen Strom erzeugen. Nur was, wenn die auch nur regenerativ arbeiten wollen? Dann fehlen denen womöglich auch 85% des Strombedarfes, den sie bei ihren Nachbarn einkaufen wollen! Spätestens jetzt sollten aber alle Alarmglocken schrillen, denn derartige Annahmen als Grundlage einer seriösen Zukunftsprognose sind einfach nicht haltbar. Das ist pureres Zurechtbiegen der Studie um zu einem politisch gewünschten Ergebnis zu kommen. Oder aber mit einem anderen Wort: unseriös!

Zurück zum Freitag- Artikel. Der Autor erzählt die Geschichte der Firma Grundgrün, ja die gibt es tatsächlich. Im Prinzip wird dort mit überschüssigem „grünen“ Strom gehandelt, und wenn der nicht ausreicht, dann wird an der Strombörse zugekauft. D. h. ohne Schattenkraftwerke funktioniert das Geschäftsmodell derzeit nicht. „Irgendwann werden wir auch Stromspeicher einbinden müssen.“ – sagt der Geschäftsführer von Grundgrün. Recht hat er, nur woher nehmen? Dazu sagt er nichts. Kann er auch nicht, weil da nichts in Sicht ist. Nicht einmal ansatzweise.

Als nächstes widmet sich der Artikel der Öko-Landwirtschaft: „Das Klima hat es dringend nötig: Konventionelle Landwirtschaft sorgt für erheblich mehr Emissionen als biologischer Landbau. Deshalb sollen Bio-Betriebe 2020 ein Fünftel der landwirtschaftlichen Fläche in Deutschland bewirtschaften, so will es die Bundesregierung.“ Und wenn die Bundesregierung will, das es im Winter wärmer wird, dann wird es wärmer. Nicht wahr?- Nein Spass beiseite. Ökologische Landwirtschaft mag gut für die Umwelt sein, aber es gibt verschiedene Aspekte, die es dabei zhu berücksichtigen gilt:
1. Marktwirtschaft: Solange nicht jeder sich Bio ernähren kann (und das wird angesichts der vielen prekären Arbeitsverhältnisse) wohl noch lange so bleiben und solange jemand preiswerter produzieren und im globalisierten Umfeld auch liefern kann (durch intensive Landwirtschaft), wird es dafür einen Markt geben.
2. Deutschland kann nicht im globalisierten 21. Jahrhundert so tun, als gäbe es den Rest der Welt nicht. Bis 2050 prognostizieren die Vereinten Nationen eine Weltbevölkerung von 9,6 Milliarden (https://de.wikipedia.org/wiki/Weltbev%C3%B6lkerung). Die müssen ernährt werden. Bei konstanter bzw. durch klimatische Veränderungen auch schrumpfender Anbaufläche, werden wir uns den Luxus der Extensivierung nicht leisten können. Der Immigrationsdruck wird entweder weiter zunehmen oder aber wir sorgen davor, das alle Menschen weltweit in ihrer Heimat ein gutes Lebensniveau haben. Und das wird bedeuten, das die vorhandenen Nutzflächen intensiver und nicht extensiver genutzt werden müssen.
Und damit wird klar, das Bio-Landwirtschaft dekadenter Luxus ist.

Im nächsten Abschnitt geht es der Stahlindustrie an den Kragen. Der Autor akzeptiert die Aussage nicht, das man mittlerweile an der Grenze des naturwissenschaftlich machbaren wäre. Nun ist aber sowohl für die Reduktion von Eisenoxid (Rost) als auch für das Schmelzen (Schmelzenthalpie) eine bestimmte Energiemenge notwendig, die man einfach nicht unterschreiten kann. Selbst wenn es gelänge nur noch Stahlschrott zu recyclen und keine Neugewinnung aus Eisenerzen (ebenfalls Oxide) nötig wird, gibt es eine definierte Unterschranken für den Energiebedarf. Und die benötigte elektrische Energie wird nicht in Deutschland erzeugt werden (siehe oben).

Zum Schluß vergreift sich der Autor noch am Thema Verkehr: „Das Privatauto wird es auch im Jahr 2050 noch geben. Aber es ist selten. Sehr selten.“ Nun sagen wir es mal so, das Auto ist Symbol der Individualität. Und der Sozialismus ist am Negieren dieser Individualität mit zugrunde gegangen. Auf die anderen dort skizzierten Dinge will ich dann gar nicht weiter eingehen.

Mein Fazit: Die Studie des UBA auf der der hier kritisierte Artikel beruht ist sicher korrekt, unter der Annahme von 72 Millionen Deutschen, bis zu 85% Stromimport, massiven Effizienzsteigerungen und vor allem keinen Neuentwicklungen (wie Robotertechnik im vernetzten Haushalt…) die Energie benötigen. Diese Annahmen wurden getätigt, um den Ökotraum zu beweisen. Jedoch halten die Annahmen einem Faktencheck nicht stand. Sie sind reine Fantasie. Der Versuch dies umzusetzen würde bedeuten, das wir uns energieparasitär von unseren Nachbarn versorgen lassen müssten und unsere gesamte Volkswirtschaft von stabilen Stromimporten abhängig würde. Man kann nur hoffen, das dieses Szenario nie eintritt. Denn damit würde Deutschland erpressbar werden, politisch wie ökonomisch.
Würde man das Szenario jedoch um eine Grundversorgung mit Großkraftwerken (Fusion und Kernspaltung) ergänzen, könnten zumindest eine Reihe der Ziele erreicht werden, ohne in die Abhängigkeit von anderen Ländern zu geraten.