Deutschlands Energiezukunft E-Book

Manfred Popp

• Herausgeber: Wiley-VCH
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2014

Seitenzahl: 404

Beschreibung

Der Autor beschreibt die Entwicklung des Energiebedarfs der Welt, die Möglichkeiten zur Deckung und die Optionen, die Deutschland dafür zur Verfügung stehen. Das Buch will niemanden von einem bestimmten Weg überzeugen, sondern dem Leser ein eigenes Urteil erleichtern.

Leseprobe

Contents

Vorwort

1 Prolog

1.1 Energie als Teil der Geschichte der Menschheit

1.2 Ein bisschen Physik muss sein

1.3 Der Energiesektor und seine Besonderheiten

2 Weltenergiebedarf und Klimaschutz

2.1 Der Energiebedarf der Welt

2.2 Folgen für das Klima auf der Erde

2.3 Mögliche Maßnahmen des Klimaschutzes

2.4 Die wahrscheinliche Entwicklung der Weltenergieversorgung

3 Perspektiven der konventionellen Energiequellen, weltweit und in Deutschland

3.1 Kohle

3.2 Erdöl

3.3 Erdgas

3.4 Kernenergie

4 Erneuerbare Energien

4.1 Segen und Fluch

4.2 Perspektiven der erneuerbaren Energien – international und in Deutschland

4.3 Vergleichende Betrachtungen

5 Energieumwandlung, Transport, Speicherung und Effektivität

5.1 Elektrische Energie

5.2 Flüssige und gasförmige Energieträger

5.3 Energiespeicherung

5.4 Energieeffizienz

6 Welch Erfolgschance hat die deutsche Energiewende?

6.1 Die Energieprogramme 1973–1991

6.2 Die Energieforschungsprogramme

6.3 Das Energiekonzept der Bundesregierung 2010

6.4 Die Energiewende

6.5 Chancen und Risiken der Energiewende

6.6 Gibt es neue Perspektiven für Deutschlands Energiezukunft?

7 Epilog

Bildquellenverzeichnis

Literaturverzeichnis

Verzeichnis der Abkürzungen

Weitere Titel zu diesem Thema:

Synwoldt, C.

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Clevere Lösungen für die Energiezukunft

2013

ca. 250 Seiten mit 58 Abbildungen, Hardcover,

ISBN: 978-3-527-33392-9

Ganteför, G.

Klima – Der Weltuntergang findet nicht statt

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Bührke, T., Wengenmayr, R. (Hrsg.)

Erneuerbare Energie

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Synwoldt, C.

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2009

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Helmers, E.

Bitte wenden Sie jetzt

Das Auto der Zukunft

2010

219 Seiten, Hardcover,

ISBN: 978-3-527-32648-8

Autor

Manfred Popp

Karlsruher Institut für Technologie Karlsruhe, Germany

Titelbild

J. M. William Turner, The Fighting Temeraire tugged to her last Berth to be broken up, 1838, mit freundlicher Genehmigung der National Gallery, London

Offshore-Windpark, SHUTTERSTOCK, INC.

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PrintISBN 978-3-527-41218-1

ePDF ISBN 978-3-527-67577-7

ePub ISBN 978-3-527-67576-0

Mobi ISBN 978-3-527-67575-3

oBook ISBN 978-3-527-67571-5

Umschlaggestaltung Simone Benjamin,

McLeese Lake, Kanada

Satz le-tex Publishing Services GmbH

Druck und Bindung CPI Ebner & Spiegel,

Ulm

Gedruckt auf säurefreiem Papier.

Vorwort

Deutschlands Energiezukunft – wie wird sie aussehen? Mit der Energiewende hat sich Deutschland das neue und ehrgeizige Ziel gesetzt, bis zum Jahr 2050 eine klimaneutrale Energieversorgung zu verwirklichen. Kann das gelingen?

Versetzt man sich um die gleiche Zeitspanne, rund 40 Jahre, zurück, so findet man sich in einer Zeit wieder, in der – außer einigen Wissenschaftlern – noch niemand etwas von der drohenden Klimaveränderung auf der Erde durch die Nutzung der fossilen Energiequellen ahnte und die Kernenergie, so wie heute die erneuerbaren Energien, als glänzende Energiezukunft erschien. Im Rückblick auf 40 Jahre Energiepolitik und Technikentwicklung sieht man, dass die erdachte Zukunft, wenn sie zur Gegenwart wurde, immer eine andere Gestalt annahm. Man kann sich langfristige Ziele setzen, muss sich aber bewusst sein, dass man in jeder Gegenwart nur in die Richtung dieser Ziele aufbrechen kann. Wenn mit der Zeit die Kenntnisse wachsen und sich die Problemsicht wandelt, werden auch die Ziele verändert und die Richtungen korrigiert.

Eine fertige Antwort auf die Frage nach Deutschlands Energiezukunft kann und will dieses Buch nicht geben. Es will vielmehr dem Leser helfen, sich ein eigenes Urteil zu bilden über die Größe der Herausforderung, die Probleme, mit denen wir konfrontiert sind, und die Lösungswege, die uns offenstehen. Die Gelegenheit ist günstig: Lange hat der erbitterte Streit um die Kernenergie die Energiewelt in Deutschland gespalten, und jeder Versuch einer Darstellung des Energieproblems wäre sofort in den Verdacht der Parteinahme für eine der beiden Seiten geraten. Nach dem Beschluss, die deutschen Kernkraftwerke bis 2022 abzuschalten und auf der Grundlage eines breiten Konsenses, den Aufbruch in das Zeitalter der »neuen« erneuerbaren Energien zu wagen, ist diese Konfrontation obsolet geworden.

Seit die Menschen sich vor fast einer Million Jahren das Feuer dienstbar machten, ist jede Nutzung von Energie mit Segen und Fluch verbunden. Die Geschichte der Energietechnik ist bis heute beherrscht von dem Bemühen, den Nutzen für den Menschen zu mehren und die Risiken für Mensch und Natur zu begrenzen. Auch bei der Umsetzung der Energiewende wird dieses Ringen um den richtigen Fortschritt weitergehen. Was dabei zu bedenken ist, will dieses Buch mit einem Überblick über das gesamte große Energiethema vermitteln.

Groß ist das Energiethema wahrlich. Allein die Größenordnungen, die es überspannt, sind gewaltig: Zwischen der größten und der kleinsten Energiemenge, die in diesem Buch erwähnt werden, dem Weltenergieverbrauch in einem Jahr und der Energie eines einzelnen Lichtquants, liegt ein Faktor mit 40 Nullen. Wenn man sich mit einzelnen Technologien befasst, ist es wichtig, sich zu orientieren, wo man sich auf dieser weit gespannten Skala befindet. Und etwas Physik braucht man auch, um sich in der Welt der Energie zurechtzufinden.

Groß ist auch die Herausforderung der Energiewende, denn sie will das Zeitalter der fossilen Energiequellen Kohle, Erdöl und Erdgas beenden, die seit 200 Jahren die Welt verändern und die Handlungsmöglichkeiten der Menschen erweitern. Das Titelbild »The Fighting Temeraire tugged to her last Berth to be broken up« malte William Turner 1838 am Beginn dieser ersten großen Energiewende der Menschheit als Allegorie des Siegeszuges der mit Kohle befeuerten Dampfschiffe über die Segelschiffe. Heute soll die Energiewende diese Entwicklung rückgängig machen und eine neue Zeit einläuten, in der die von den fossilen Energien abgelösten erneuerbaren Energien in anderer Gestalt wieder die Hauptlast der Energieversorgung übernehmen – wenn sie gelingt, wahrhaftig ein Schritt von historischer Dimension.

Deutschland beansprucht mit einem Anteil von 3% nur einen kleinen Teil des Energieverbrauchs der Welt, aber als Exportland von Hochtechnologie ist es stark mit internationalen Entwicklungen vernetzt. Wie entwickelt sich der Energieverbrauch der Welt, wie soll er gedeckt werden? Welche Auswirkungen auf das Klima sind zu befürchten und welche Möglichkeiten gibt es, diese Gefahr zu vermindern? Was sind die Perspektiven der verschiedenen Energiequellen, der konventionellen wie der erneuerbaren, international und für Deutschland? Wie kann man die Anwendung der Energie verbessern und noch effizienter mit Energie umgehen? Welche Chancen kann die Forschung dabei eröffnen? Wenn diese Themen behandelt sind, mündet der Überblick in die Frage nach der Energiezukunft Deutschlands: Wie ist die Lage entstanden, in der wir uns heute befinden, was sind die Ziele der »Energiewende« und welche Chancen und Risiken liegen in der Richtung, die sie heute vorgibt?

Ich habe dieses Buch in erster Linie als Physiker geschrieben. Deshalb orientiert sich das Buch an wissenschaftlichen Fakten und versucht, ein tieferes Verständnis der Zusammenhänge zu vermitteln. Ich möchte den Leser einladen, gemeinsam genauer hinzuschauen und auch einmal nachzurechnen, was einzelne Möglichkeiten bedeuten, über die sonst eher oberflächlich berichtet wird. Dabei kann man, auch als Autor, Überraschungen erleben und veranlasst werden, bisherige Einschätzungen zu korrigieren. Meine Erfahrungen als Wissenschaftsmanager sind in die Darstellung der Potentiale der Forschung, die als Leiter einer Genehmigungsbehörde in die Beschreibung der Schattenseiten der Energietechnik eingeflossen.

Auf die detaillierte Beschreibung einzelner Technologien oder Instrumente der Energietechnik habe ich verzichtet, denn dazu finden sich sehr gute Erläuterungen im Internet, zu denen das Buch zahlreiche Links enthält, die in der E-Book-Version unmittelbar angeklickt werden können, und für die Leser der Print-Ausgabe als Download-Liste auf der Homepage des Verlages bereitstehen.

Ein Buch mit einem so breiten inhaltlichen Spektrum kann man nicht allein schreiben. Als Ehrenbürger des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) habe ich den Sachverstand dieser Einrichtung genutzt, die zu den größten Forschungseinrichtungen der Energieforschung in Europa zählt, und zu vielen Themen konkrete Beispiele aus der Arbeit des KIT geschildert. Vielen Wissenschaftlern des KIT habe ich für die fachlich-kritische Durchsicht einzelner Kapitel zu danken: Prof. Dr. C. Kottmeier für den Bereich Atmosphäre und Klima, Dr. J. Knebel und Dr. T. W. Tromm für die Aussagen zur Kernenergie, W. Raskop und Dr. V. List zu Ablauf und Folgen des Unfalls im Kernkraftwerk Fukushima, Dr. V. List auch zu den Aussagen über die Wirkung radioaktiver Strahlung, Dr. K. Gompper zu Fragen der nuklearen Entsorgung, Prof. Dr. R. Maschuw zum Kapitel Kernfusion und Dr. A. Gutsch für den Bereich Mobilität. J. Oesterlink (EnBW) danke ich für wichtige Hinweise zu den Themen Energiehandel und Kohle. Für die fachnahe kritische Durchsicht des gesamten Manuskripts danke ich meinem Freund Dr. H.-F. Wagner, der mir auch viele Bilder zur Verfügung gestellt hat, und für die fachferne Korrektur-Lesung meiner Tochter Dr. J. Popp. Beiden verdanke ich wichtige Anregungen zur Korrektheit und Verständlichkeit der Aussagen. Schließlich muss noch Frau Ulrike Fuchs vom Wiley-Verlag erwähnt werden, der ich die Anregung verdanke, dieses Buch zu schreiben.

Und nun folgen Sie mir bitte in die Welt der Energie, die in Deutschland in den letzten Jahrzehnten so viele Kontroversen ausgelöst und so vielen Menschen Sorgen bereitet hat, und entdecken Sie die Faszination dieses Themas und seine Bedeutung für unser Leben.

Karlsruhe, den 07. April 2013

Prof. Dr. Manfred Popp

1

Prolog

Im Prolog geht es um das Grundsätzliche und das Besondere: Welche Bedeutung hat Energie für den Menschen? Was ist Energie und in welchen Formen tritt sie auf? Welche Besonderheiten kennzeichnen den Energiesektor?

1.1 Energie als Teil der Geschichte der Menschheit

Nur wenn man sich ins Bewusstsein ruft, wie die Menschheit lebte, bevor das Feuer zu ihrem Begleiter wurde, und wie niedrig ihr Lebensstandard sein musste, solange sie für die meisten Arbeiten auf ihre eigene Muskelkraft angewiesen war, kann man die Bedeutung einer sicheren und wirtschaftlichen Energieversorgung in unserer heutigen Zeit ermessen.

1.1.1 Das Feuer

… musst mir meine Hütte doch lassen steh’n

und meinen Herd, um dessen Glut du mich beneidest…

(J. W. v. Goethe: Prometheus)

Wodurch unterscheidet sich der Mensch vom Tier? Nicht durch den aufrechten Gang, der lässt auch die befrackten Pinguine so menschlich erscheinen, nicht durch den Gebrauch von Werkzeugen, denn manche Affen und Vögel können sehr erfindungsreich sein, um an schwer erreichbare Nahrung zu gelangen, auch nicht generell durch die Nutzung externer Energie, diese beherrschen etwa auch Vögel, die sich vom Wind kraftsparend in große Höhen tragen lassen. Aber vor dem Feuer haben alle Tiere Angst, allein der Mensch hat es sich dienstbar gemacht. Das Feuer steht nicht am Anfang der Mensch heitsgeschichte, die vor 3 Mio. Jahren in Afrika beginnt. Der Mensch musste erst eine gewisse Entwicklungsstufe erreicht haben, bis er das Feuer nutzen und kontrollieren konnte. In der Natur kommt Feuer selten vor: Man konnte es nur unter großer Gefahr bei Vulkanausbrüchen und durch Blitzschlag ausgelösten Bränden gewinnen. Bis der Mensch gelernt hatte durch Reiben von Holz, mühsam genug, feines brennbares Material zu entzünden, war das Hüten des Feuers eine wichtige und verantwortungsvolle Aufgabe. Wahrscheinlich begann die Nutzung des Feuers vor etwa 1 Mio. Jahren; die bisher ältesten archäologischen Beweise für eine systematische Nutzung des Feuers sind in einer 790 000 Jahre alten Siedlung des Homo erectus in Israel gefunden worden [1].

Das Feuer hielt wilde Tiere von den Lagern des Menschen fern. Seine Wärme ermöglichte ihm, sich auch in weniger günstigen Klimazonen anzusiedeln und damit größere Teile der Erde in Besitz zu nehmen. Welche neuen Möglichkeiten eröffneten sich den Menschen, als sie ihre Tätigkeiten nicht mehr mit dem Erlöschen des Tageslichtes einstellen mussten? Hat sich im Kreis um das Feuer eine höhere Sprache entwickelt, weil man Erlebnisse aus der Vergangenheit heraufbeschwor, Hoffnungen und Sorgen für die Zukunft miteinander teilte und die ersten Geschichten erfand? Auch die ältesten künstlerischen Darstellungen der Menschen aus der späten Steinzeit, die Höhlenmalereien (Abb. 1.1), können nur im Fackelschein entstanden und betrachtet worden sein.

Kontrolle und Erhalt des Feuers förderten auch die Ausbildung sozialer, arbeitsteiliger Strukturen. Da die zunehmende Größe des Gehirns einen wachsenden Anteil am Grundumsatz des Homo erectus und des Homo sapiens beanspruchte, kam es mehr und mehr auf eine energiereiche Ernährung an. Durch Kochen und Backen wurde die Zerteilung und Verdauung der aus pflanzlichen und tierischen Kohlehydraten sehr erleichtert, so dass sich Kiefer und Verdauungsapparat verkleinerten. Für Aufbewahrung und Zubereitung der Nahrung schuf sich der Mensch mit Hilfe des Feuers, beginnend vor 20 000 Jahren, Gefäße aus Keramik; aus Ton gebrannte Öllämpchen waren über Jahrtausende die wichtigste nächtliche Lichtquelle. Für die Archäologen sind Spuren dieser ersten im Feuer geschaffenen Materialien die wichtigste Informationsquelle zur Datierung von Funden.