Klimawende E-Book

Jürgen Karl

• Herausgeber: neobooks
• Kategorie: Geisteswissenschaft
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 315

Veröffentlichungsjahr: 2018

Beschreibung

Energiewende. Nur wenige Themen provozieren so viele Widersprüche, Emotionen und Kontroversen wie die Suche nach einer nachhaltigen, sicheren und bezahlbaren Energieversorgung für morgen. Wind, Photovoltaik und Bioenergie ersetzen zunehmend Kohle- und Kernkraftwerke, Strom wird an der Börse immer billiger. Dennoch steigen Stromrechnungen privater Verbraucher, Arbeitsplätze sind in Gefahr, das Gespenst der Dunkelflaute geht um. Ist Klimaschutz bezahlbar oder ist der Klimawandel tatsächlich eine Erfindung der Chinesen? Sind erneuerbare Energien überhaupt in der Lage, unseren Strom- und Wärmebedarf zu decken? Kann die Klimawende gelingen? Die Antworten gibt die Geschichte. Genauer, die Geschichte der Energiewirtschaft. Innovation war in der Energietechnik schon immer besonders schwer – mit konservativen Investoren, skeptischen Kunden und schwierigen Märkten. Mit dem richtigen Businesskonzept funktioniert sie aber am Ende doch. Am einfachsten mit Hilfe ihres Nachbarn…

Leseprobe

Jürgen Karl

Klimawende

Eine Energiebilanz für morgen

Impressum

1. Auflage November 2018

Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung bedarf der vorherigen Zustimmung des Autors.

Lektorat: Christiane Lober, Halle (Saale)

Texte und Umschlag: © Copyright 2018 Jürgen Karl

Verlag:Jürgen Karl, Schwabach, [email protected]

Siehst du den Wind, so wende das Ruder!

Chinesisches Sprichwort nach Shi, Puji, aus Wu Deng Hui Yuan, dem „Buch der fünf Laternen“, 1252

für Luisa

und hoffentlich noch viele weitere Enkelkinder

Inhalt

Prolog

Kapitel 1: Achthunderttausend Jahre Energiewirtschaft

Am Anfang war (und ist) das Feuer

Die Erfindung der Arbeit

Ein echt antikes Businesskonzept

Ein Businesskonzept für die industrielle Revolution

Bedürfnis und Bedarf

Gespeicherte Energie

Die Königsdisziplin der Energiewirtschaft

Vergessene Revolutionen

Dampfkraftwerke für die Grundlast

Flexible Gasturbinen-Kraftwerke für die Spitzenlast

Hocheffiziente Gaskraftwerke für die Mittellast

Bertha und der Verbrennungsmotor

Das Credo der Energiewirtschaft

Wie fatal ist dezentral?

Ein bisschen von den theoretischen Grundlagen

Je größer das Gefälle, desto mehr bewegt sich

Kraft-Wärme-Kopplung oder entkoppelte Erzeugung?

Die Economy of Downscale

2. Kapitel: Worum es für uns geht

Von der Jahrtausendwende in die Energiewende

Brennpunkt Umweltschutz

Brennpunkt Versorgungssicherheit

Brennpunkt Energiekosten

Brennpunkt Verfügbarkeit und Weltfrieden

Brennpunkt Weltklima

Die Zukunft unserer Kinder

3. Kapitel: Die technischen Lösungen …

Fossile Kraftwerke und altes Eisen

Windenergie – Champion der erneuerbaren Energien

Ein Platz an der Sonne – die Photovoltaik

Kein Platz an der Sonne? Die Solarthermie

Der Klassiker – Wasserkraft

Die „gute“ und die „schlechte“ Bioenergie

Noch im Untergrund: Geothermie

Wasserstoff für Brennstoffzellen

Speichertechnologien

Erneuerbare Gase und mehr

Die richtigen Speicher

Erneuerbare Vielfalt

CO2-freie Kraftwerke

Der Irrweg - „unkonventionelle“ Energieträger

Methan – die ignorierte Gefahr

Oder doch wieder Kernenergie?

4. Kapitel: … und wie sie sich verkaufen lassen

Die Betroffenheit gesellschaftlicher Eliten

Ein Businesskonzept, das immer funktioniert

Ein leider nur abstraktes Bedürfnis

Wie aus Bedürfnissen Bedarf wird

Aber „Not in my back yard“!

Das Ideal des Second Mover

The Taxpayer Perspective

Kernproblem Investitionsrisiko

Die Regulierung deregulierter Märkte

„Energy only“ oder Kapazitätsmärkte

Das Prinzip der Merit Order

Das Ende einer falschen Legende…

5. Kapitel: Der Plan fürs Klima

Executive Summary

Produkte und Dienstleistungen

Ideeller und finanzieller Kundennutzen

Markt und Wettbewerb

Das richtige Marketing…

Realisierungsfahrplan

Geschäftssystem und Organisation

Chancen und Risiken

Finanzplanung und Finanzierung

6. Kapitel: …und wie’s nun weitergeht

Warum Deutschland (fast) alles richtig macht…

… und an der Energiewende nicht zugrunde gehen wird

Was jetzt zu tun ist

Stichwort- und Personenverzeichnis

Prolog

Es ist Montag, der 14. Februar. Seit letzter Woche herrscht wieder Dunkelflaute. Es ist windstill, neblig und kalt. Am Wochenende feierte Lisa noch ihren 38. Geburtstag. Als sie im Jahr 1990 kurz vor der Wiedervereinigung zur Welt kam, war die Energiewelt in Deutschland noch in Ordnung. Stromausfälle kannte man nur aus dem Fernsehen. Die kalifornische Energiekrise, die großen Blackouts des Jahres 2003 in New York und in Italien lagen noch in ferner Zukunft. Zwei Jahre zuvor, im Jahr 1988 gründeten die Vereinten Nationen den Weltklimarat – das International Panel of Climate Change, IPCC. Als Lisa im Alter von drei Monaten eher zufällig ihre erste Rolle seitwärts vollzog, also am 24. Mai 1990, stellte die Enquete-Kommission des Deutschen Bundestags zum „Schutz der Erdatmosphäre“ ihren dritten Bericht unter das Motto „Eine Chance für die Erde“.

Darin heißt es

„Die Enquete-Kommission hält es daher angesichts des aktuellen wissenschaftlichen Kenntnisstandes und nach dem Vorsorgeprinzip für notwendig, geeignete Maßnahmen zur Eindämmung des zusätzlichen Treibhauseffektes auch im nationalen Rahmen unverzüglich einzuleiten.“

Unverzüglich! Das war vor 38 Jahren.

Seither berichtete das IPCC alle paar Jahre über den fortschreitenden Klimawandel; zunächst warnend, später eher resignierend. Schon im Fünften Sachstandsbericht im Jahr 2014 widmete der Weltklimarat einen von drei Teilberichten nur noch den Themen „Impacts, Adaptation, and Vulnerability“ – Folgen, Anpassung und Verwundbarkeit. Diskutiert wurden Maßnahmen zur Anpassung der Menschheit und der Umwelt an den nun wohl unvermeidbaren Klimawandel.

Heute, im Jahr 2028, sind die Folgen des Klimawandels auch in Deutschland allgegenwärtig. Wälder sterben, Gewässer kippen, und Wirtschaftsflüchtlinge spielen angesichts der stetig steigenden Ströme von Klimaflüchtlingen aus aller Welt nahezu keine Rolle mehr. Den Hitzewellen und Trockenperioden im Sommer mit immer zahlreicher und intensiver werdenden Starkregen-Ereignissen folgen zerstörerische Herbststürme und immer extremere Temperaturwechsel in den Wintermonaten.

Aber gerade heute würde sich Lisa über einen Wetterumschwung, etwas Wind und sogar stürmisches Regenwetter mit Hagel, Blitz und Donner freuen. Für die Mittagsstunden hatten die örtlichen Stadtwerke die nächsten Stromabschaltungen angekündigt. Mit diesen Rolling Blackouts wird versucht, einem flächenweiten und unkontrollierten Stromausfall vorzubeugen. Zweimal täglich für jeweils 90 Minuten wird die Stromversorgung ganzer Stadtteile abgeschaltet, um die fehlende Einspeisung der Windkraftanlagen und der mittlerweile so weit verbreiteten Photovoltaikanlagen auszugleichen.

Zwar hat sich Lisa wie die meisten ihrer Nachbarn längst einen Notstromgenerator im Baumarkt um die Ecke besorgt. Der hatte aber bereits letzte Woche den Dienst quittiert. Für die Reparatur müsste er eingeschickt werden. Über den Reparaturservice des chinesischen Herstellers hört man nicht viel Gutes, und ein Ersatzgerät ist momentan nicht zu bekommen. Stromgeneratoren sind wie bei jeder Dunkelflaute innerhalb kürzester Zeit ausverkauft. Angesichts des Lärms, der Abgase und vor allem der hohen Verbrauchskosten ist Lisa darüber nicht wirklich unglücklich. Zwölf Liter Benzin verbraucht der Generator täglich und produziert dabei gerade einmal so viel Strom, dass der Kühlschrank, ein paar Energiesparlampen und die Steuerung und Umwälzpumpe der Heizungsanlage versorgt werden können. Am teuersten ist der erstaunlich hohe Ölverbrauch des Motors. Die milchigweißen Rauchfahnen am Auspuff lassen erahnen, wohin sich das teure Motoröl so schnell verflüchtigt. Immerhin reicht der Strom meistens noch für den WLAN-Router und dazu, die Handys der Kinder wieder aufzuladen. Das wird aber heute Mittag nicht möglich sein. Auf Kochen, Staubsaugen, Wäschewaschen und Fernsehen mit dem neuen 72-Zoll-Flachbildschirm muss bei Strommangel ohnehin verzichtet werden. Richtig gut findet Lisas Partner den neuen Dresscode im Büro bei Strommangel: Ungebügelte Hemden sind heute, im dunkelflautengeplagten Büroalltag, ein Muss – auch und gerade in leitenden Positionen.

YouTuber diskutieren auf allen Kanälen, wie es so weit kommen konnte in einem hochindustrialisierten Land wie Deutschland, in dem die sichere Versorgung mit Strom, Wärme und Benzin schon seit Mitte des letzten Jahrhunderts eine Selbstverständlichkeit gewesen war. War es ein Fehler, die Hälfte der deutschen Braunkohlekraftwerke stillzulegen? Natürlich ist Klimaschutz wichtig, aber solange China und Indien noch immer neue Kohlekraftwerke bauen, wär’s auf die paar deutschen Kraftwerke vielleicht auch nicht angekommen? Oder waren die wirklich schon so alt, dass sie nicht doch noch ein paar Jahre länger hätten betrieben werden können?

Immerhin – dessen ist sich Lisa sicher – war es richtig, die deutschen Kernkraftwerke nun endgültig stillzulegen. Spätestens nach dem Störfall im französischem Kernkraftwerk Fessenheim im Herbst des Jahres 2024 setzte auch im Nachbarland eine Diskussion um die Altersstruktur des dortigen Kraftwerksparks ein. Fast 70 % des Stroms wird in Frankreich noch heute aus Kernenergie erzeugt. Der Druckwasserreaktor in Fessenheim war zum Zeitpunkt des Störfalls bereits seit 46 Jahren im Betrieb. Die eigentlich für 2019 geplante Stilllegung des Kraftwerks war nach langen Verhandlungen mit den französischen Aufsichtsbehörden noch einmal vertagt worden, um Versorgungsengpässen vorzubeugen.

An einem heißen Sommertag vor vier Jahren musste die Leistung des Reaktors wieder auf Mindestlast abgesenkt werden. Die hohe Photovoltaikleistung in Deutschland und Spanien führte zu einem Überangebot an Strom in Europa. Gleichzeitig führte der Rhein nach einer langandauernden Hitzeperiode Niedrigwasser, und es stand nicht ausreichend Kühlwasser zur Verfügung. Die ständigen Lastwechsel verursachten im Primärsystem des Kraftwerks schließlich den Ausfall eines Druckhalteventils und einen Kühlmittelverlust-Störfall. Der führte zum Druckverlust und ließ den Wasserstand im Reaktordruckbehälter absinken. Als planmäßig die Notkühl-Einspeisung aus den Druckspeichern des Primärsystems in den teilentleerten Reaktordruckbehälter einsetzte, wurden die heißen Reaktorwände mit kaltem Notkühlwasser geflutet. Am Übergang einer Hauptkühlmittelleitung in den Reaktordruckbehälter kam es daraufhin zum Thermoschock; eine Hauptkühlmittelleitung brach. Lisa hatte gehört, dass dieser katastrophale Schaden vor allem dadurch zustande kam, dass die Lebensdauer des Druckbehälters eigentlich schon längst überschritten war. Dadurch, dass die Stahlwände des Reaktordruckbehälters über 46 Jahre permanent mit Neutronen bestrahlt wurden, versprödete der Stahl. Eines der wichtigsten Sicherheitskriterien eines Druckwasserreaktors – das Prinzip „Riss vor Bruch“ – war nicht mehr gewährleistet. Der Abriss der Hauptkühlmittelleitung vollzog sich nicht mit einem langsam fortschreitenden Riss, sondern durch einen plötzlichen Sprödbruch. Dass der Bruch im Inneren des Containments nicht noch größere Schäden auslöste und das Containment dem in der Folge eigentlich viel zu hohen Innendruck so lange standhielt, grenzte nach Einschätzung vieler Experten an ein Wunder. Immerhin gelang es nach wenigen Tagen durch die kontinuierliche Notkühlung über das Hochdruckeinspeisesystem so viel Nachzerfallswärme abzuführen, dass keine unmittelbare Gefahr einer Kernschmelze mehr bestand.

Für die Mehrheit der deutschen Anlieger auf der anderen Seite des Rheins, im benachbarten Freiburg bis ins Ruhrgebiet, stand nach dem Störfall fest, dass der nach Fukushima im Jahr 2011 beschlossene deutsche Atomausstieg richtig gewesen sei – trotz steigender Strompreise und der sich bereits abzeichnenden Stromknappheit.

Heute, vier Jahre später, im Jahre 2028, herrscht Strommangel in Deutschland. In den Jahren 2021 und 2022 wurden kurz nacheinander die letzten sechs verbliebenen deutschen Kernkraftwerke vom Netz genommen: die Kernkraftwerke Grohnde, Brockdorf und Gundremmingen Block C am 31. Dezember 2021 und die Kraftwerke Isar II, Emsland und Neckarwestheim II zwölf Monate später am 31. Dezember 2022. Die Produktion von etwa 64 Terrawattstunden, also ungefähr 10 % der gesamtdeutschen Stromerzeugung, war innerhalb nur eines Jahres nicht mehr da. Konventionelle Ersatzkraftwerke waren davor nicht gebaut worden. Um den Klimaschutzzielen der Bundesregierung gerecht zu werden, wurde in den letzten Jahren zusätzlich die Hälfte der deutschen Kohlekraftwerke stillgelegt. Deren Durchschnittsalter lag zum Zeitpunkt ihrer Stilllegung bei 48,3 Jahren.

Nicht nur in Deutschland, auch in allen west- und südeuropäischen Nachbarländern ist die Versorgungssituation prekär. Nachdem sich der Störfall des Kraftwerks in Fessenheim nur wenig später im belgischen Kernkraftwerk Tihange 1 nahezu identisch wiederholte, wird nun auch in Frankreich und Belgien um die Abschaltung zumindest der ältesten Kernkraftwerke heftig gerungen. Tihange 1 war zum Zeitpunkt der Havarie bereits 50 Jahre alt und sollte nach der in Belgien im Jahr 2012 beschlossenen Laufzeitverlängerung zum Ende des Jahres 2025 ohnehin stillgelegt werden.

Wind und Photovoltaik wurden auch in den letzten Jahren kräftig ausgebaut – nicht nur in Deutschland, sondern in ganz Europa, sogar in Frankreich. Aber Sonne und Wind helfen eben nicht bei Dunkelflaute.

Lisa fragt sich, ob das alles nicht auch vorhersehbar und vielleicht sogar vermeidbar gewesen wäre …

***

Nein, liebe Leserinnen und Leser! So apokalyptisch geht’s nicht weiter! Sie können also gerne weiterlesen.

Schließlich ist es gar nicht so kompliziert nachzuvollziehen, wie genau ein solches Szenario zu vermeiden ist. Eine Vielzahl neuer Ideen, Technologien und Strategien steht bereit, um den Umstieg auf eine weitgehend CO2-freie Energiewirtschaft zu erreichen – zu vertretbaren Kosten und ohne Blackouts.

Aber ist das tatsächlich so? Können wir uns Klimaschutz leisten, können erneuerbare Energien wirklich den Beitrag leisten, den wir uns alle wünschen? Wie konnte dieses Dilemma entstehen; ein Dilemma, das für die Gesellschaft darin besteht, sich scheinbar entscheiden zu müssen zwischen Wohlstand und Versorgungssicherheit auf Kosten unserer Kinder und ferner Kulturen einerseits – und einer Energiewende, die lieb gewonnene Gewohnheiten, Arbeitsplätze und Versorgungssicherheit möglicherweise infrage stellt und dazu auch noch Geld kostet?

Im ersten Kapitel stellen wir zunächst die Frage nach der Vergangenheit. Wir werden die Geschichte der Energieversorgung kennenlernen. Wir werden erläutern, welchen physikalischen, thermodynamischen und wirtschaftlichen Zwängen die Energiewirtschaft schon immer unterlag. Wir werden erörtern, welche thermodynamischen Prinzipien bestimmen, welche Energieform mit welchem Aufwand nutzbar gemacht werden kann, und welche technologischen Meilensteine und Herausforderungen gemeistert werden mussten. Wir diskutieren, was denn technisch möglich und wirtschaftlich nötig ist; was notwendig war, um den Wohlstand und den Lebensstandard zu erreichen, den wir heute zumindest in Teilen der Welt genießen.

Dass sich nicht nur die Technologie für die Bereitstellung von Strom und Wärme gewandelt hat, sondern auch die Anforderungen der Gesellschaft und Umwelt an die Energiewirtschaft im Umbruch sind, werden wir im zweiten Kapitel diskutieren. Hier werden die fundamentalen Unterschiede der Welt- und Technologieanschauung in unserer Gesellschaft deutlich. Gräben tun sich auf in der Bewertung des Ist-Zustandes und der Notwendigkeit des Handelns und des Wandelns. Gibt’s denn den Klimawandel? Sind die Thesen der Klimaforscher vielleicht noch gar nicht belegt? Ist’s nicht wichtiger, eine gesicherte Energieversorgung garantieren zu können und zu gewährleisten, dass in unseren Krankenhäusern die Stromversorgung lebenswichtiger Apparate gewährleistet bleibt, Energie bezahlbar bleibt? Arbeitsplätze stehen auf dem Spiel. Blackouts und schwindende Rohstoffreserven drohen Wachstum und Wohlstand infrage zu stellen.

Im dritten Kapitel werden Sie feststellen, dass es eine Menge richtig guter Ideen und technischer Lösungen zur Lösung unseres Energieproblems gibt. Überraschenderweise werden sich die vorgeschlagenen Lösungen gar nicht widersprechen, sondern – im Gegenteil – ideal ergänzen. Sie werden lesen, welche Technologien und Ideen eine weitgehende „Dekarbonisierung“ der Energiewirtschaft erlauben – und das, ohne den Wirtschaftsstandort Deutschland oder Europa zu ruinieren. Sie wird vielleicht überraschen, dass viele erneuerbare Energien teilweise heute schon uneingeschränkt wettbewerbsfähig sind und konventionelle Kraftwerkstechnologien oft gar nicht mehr dazu in der Lage sind, zu ähnlich niedrigen Kosten Strom zu erzeugen.

Die wichtigste Botschaft lautet aber: Wenn ein Glas halb voll ist, ist es zugleich auch noch halb leer. Es gibt tatsächlich noch viel zu tun. So sind Netze, Speicher, dezentrale Strukturen, vielleicht auch neue große – aber CO2-freie – konventionelle Kraftwerke auf- und auszubauen. Schließlich ist die Situation Deutschlands mit der Chinas oder Indiens nur schwer vergleichbar. Ganz bestimmt muss auch über neue Business- und Marktmodelle nachgedacht werden!

Sie werden es schon vermuten: Antworten auf all die offenen Fragen gibt es mehr als eine. Sogar viele richtige Antworten. Und am Ende sind wir uns dann doch wieder einig. Unsere Energieversorgung der Zukunft muss vor allem nachhaltig sein, vor allem sicher und natürlich auch bezahlbar. Vor allem aber muss etwas geschehen. Es muss etwas unternommen werden! Und das schnell! Ein Unternehmen muss gestartet werden – nennen wir es ein „Start-up“ –, mit dem es gelingt, den Folgen eines immer schneller fortschreitenden Klimawandels zu begegnen. Gleichzeitig gilt es, Versorgungssicherheit und Wohlstand aufrechtzuerhalten – und das weltweit. Schließlich sind Sicherheit und Wohlstand, Voraussetzungen für Erziehung und Bildung, für Beschäftigung und ein friedliches Miteinander.

Wir müssen etwas unternehmen! Wir brauchen ein Unternehmen, das unseren Gesellschaften eine „Energiewende fürs Klima“ anbietet. Ein Start-up, das die Ideen einer klimaneutralen Energiewirtschaft und die dazugehörigen Technologien vermarktet, umsetzt und realisiert. Dieses Start-up braucht einen Plan:

einen Businessplan für den Schutz unseres Weltklimas.

Und das unverzüglich!

Kapitel 1:Achthunderttausend Jahre Energiewirtschaft

Am Anfang war (und ist) das Feuer

Technikgeschichte ist immer die Geschichte von Innovationen, neuer Ideen, Erfindungen und Anwendungen. Das gilt auch für die Geschichte der Energietechnik und der Energiewirtschaft. Um aktuelle, teilweise recht kuriose Entwicklungen unserer Energiewirtschaft zu verstehen, hilft der Blick in die Vergangenheit; vor allem ein Blick darauf, wie Innovation für unsere Energieversorgung funktioniert.

Die wohl wichtigste Innovation der Energiewirtschaft reicht weit zurück, sehr weit. Bis in die Anfänge der Menschheit. Als sich vor nahezu 800 000 Jahren in der Altsteinzeit der Homo erectus die Wärme des Feuers nutzbar machte, war dies der Beginn der Evolution hin zum Neandertaler und zum Homo sapiens. Bis heute stillt das Feuer das Grundbedürfnis des Menschen nach Wohlbefinden und Wärme. Noch heute ist die Wärme des Holzfeuers eines häuslichen Kamins der Inbegriff für Behaglichkeit, Wohlstand und Geborgenheit.

Mit der Energie des Feuers begann also alles. Viel gab es danach noch zu erfinden und zu entdecken, liebe Leserinnen und Leser, bis die Versorgung mit Strom und Wärme uns den Wohlstand und Lebensstandard ermöglichte, den wir heute alle so schätzen. Es ist eine Geschichte von Entdeckungen und Erfindern, erfolgreichen und solchen, die heute niemand mehr kennt. Es ist eine Geschichte von Konflikten und Gefahren, von Emotionen und Konfusionen; die hoffentlich auch für Sie spannende Geschichte der Energiewirtschaft.

Aber zunächst zurück an den Anfang. Bleiben wir bei Feuer und Wärme. Feuer entfachte man lange Zeit ausschließlich mit Bioenergie: erneuerbar, zunächst auch nachhaltig und CO2- neutral.

Die wirtschaftliche Bedeutung des Feuers, genauer die wirtschaftliche Bedeutung der für die Wärmeerzeugung verwendeten Brennstoffe, war lange Zeit unerheblich. Holz war in großen Mengen vorhanden und mit geringem Aufwand bereitzustellen. Bis ins späte Mittelalter war Holz nahezu unbegrenzt verfügbar. Erst mit zunehmendem Bevölkerungswachstum und steigendem Energieverbrauch wurden Energiekosten relevant. Als den Wäldern Mitteleuropas durch Bau- und Brauwirtschaft, Schiffbau und Metallerzeugung arg zugesetzt worden war, wurde Holz wertvoll. Nachdem die riesigen Wälder Europas fast schon verschwunden waren, wurden schließlich neue Brennstoffe wie Torf, Kohle und später Öl zum Wirtschaftsfaktor. Die Verfügbarkeit von Brennstoffen wurde zum entscheidenden Faktor für Industrialisierung und Wohlstand. Bis heute bestimmt die Verfügbarkeit von Brennstoffen den Preis unseres Wohlstandes.

Für ein paar Hunderttausend Jahre blieben Feuer und Wärme unsere wichtigsten energietechnischen Errungenschaften. Und noch heute steht Feuer am Beginn nahezu jeder Prozesskette der Energiewirtschaft. Die Nutzenergien Strom, Wärme und Mobilität haben ihren Ursprung fast immer in der Verbrennung. Die Kosten von Strom, Wärme und Mobilität basieren deshalb auf den Kosten unserer Brennstoffe. Sogar die Kosten für Nahrungsmittel und viele Güter des täglichen Bedarfs werden wesentlich durch die Verbrennung – in der Regel fossiler Brennstoffe – bestimmt. Selbst die Prozesskette für unser „täglich Brot“ beginnt mit einer „partiellen Verbrennung“ von Kohle oder Erdgas, um Wasserstoff für die Herstellung von Kunstdünger zu erzeugen. Die Ammoniaksynthese aus Wasserstoff und Stickstoff für die Herstellung von Stickstoffdünger nach dem Haber-Bosch-Verfahren ermöglichte erst das enorme Bevölkerungswachstum des 19. und 20. Jahrhunderts. Fossile Brennstoffe werden eingesetzt, um Getreide zu ernten, zu transportieren, zu verarbeiten und schließlich in großen Backstraßen unsere Grundnahrungsmittel fertigzustellen. Steigende Energiepreise führen also nicht nur zu steigenden Strom- und Treibstoffpreisen – sie führen notwendigerweise auch zu steigenden Lebensmittelpreisen. Ähnlich verhält es sich mit nahezu allen Gütern des täglichen Bedarfs. Auch die Herstellung von Stahl, Zement und anderer Baustoffe belastet unsere Energie- und damit auch unsere CO2-Bilanz. Steigende Energiepreise führen zu steigenden Preisen im Bausektor und für die Produktion von Pkws und Flugzeugen.

Noch heute ist also das Feuer, ist die Verbrennung Grundlage für Wohlstand und Lebensstandard. Noch heute treibt Wärme die Evolution unserer Gesellschaft in immer schnellere Zyklen und Bahnen. Aber dann, vor etwa zehntausend Jahren, trat mit der Entwicklung der ersten Hochkulturen eine weitere Energieform in den Mittelpunkt des gesellschaftlichen Interesses – die mechanische Arbeit.

Die Erfindung der Arbeit

Bald schon genügte Wärme allein den immer stärker werdenden Bedürfnissen des Menschen nach Komfort und einer Vereinfachung des Alltags nicht mehr. Es gab einfach immer schon viel zu viel Arbeit. Und die musste irgendwie verrichtet werden.

Arbeit wurde zuallererst wie die Wärme biogen – von und mit Biomasse – bereitgestellt. Dazu musste erst mal nicht viel erfunden werden. Pferde, Rinder und Sklaven verrichteten mechanische Arbeit auf Feldern, in Manufakturen und auf den ersten holprigen Wegen der sich mobilisierenden Menschheit. Das war nicht hundertprozentig klimaneutral. Gerade tierische (genau genommen auch menschliche) Emissionen des Treibhausgases Methan sind für das Klima nicht vernachlässigbar. Die für den Klimawandel so wichtige Rolle des Methans werden wir später noch genauer diskutieren.

Arbeit biogen bereitzustellen, war für den Durchschnitts-Homo-Sapiens mühsam – zumindest, wenn er keine Sklaven sein Eigen nennen konnte. Mühsam war es beispielsweise, das für Feuer und Wohlbefinden so wichtige Holz verfügbar zu machen. Was mühsam begann, war mit Beginn der Bronzezeit und ehernen Äxten immer effizienter zu bewerkstelligen. Die Innovation des Bronzebeils forcierte und technisierte nicht nur kriegerische Auseinandersetzungen, sondern auch die energetische Nutzung unseres ältesten und seit jeher wichtigsten Primärenergieträgers, des Holzes – und das bis heute. Mitunter galt die Aufbereitung des Primärenergieträgers Holz mit der prähistorischen Technologie des Beils sogar als königliches oder gar kaiserliches Vergnügen. Als sich Kaiser Wilhelm der Zweite nach Ende des ersten Weltkrieges in den kaiserlichen Ruhestand zurückzog, bereitete ihm – nachdem er zuvor bereits Europa nachhaltig gespalten hatte – vor allem das Holzhacken Vergnügen, Freude und Erfüllung.

Das Bronzebeil war also die zweite wichtige Erfindung der Energiewirtschaft; eine Erfindung, der noch viele weitere folgen sollten. Kriegerische Innovation und technische Meilensteine der Energiewirtschaft gingen schon damals Hand in Hand. Wir werden auch darauf zurückkommen.

Immerhin begann auch unsere zweite Energieform – die Arbeit – häufig CO2-neutral. Die erneuerbaren Energien Wind und vor allem Wasserkraft lieferten mechanische Arbeit schon bald vollkommen ohne CO2 oder Methan-Emissionen. Bald nachdem die ersten biogen betriebenen Wasserräder als Schöpfräder in der Landwirtschaft für die Bewässerung höher gelegener Felder eingesetzt worden waren, erfanden technisch versierte Siedler das Wasserrad. So konnte auch die potenzielle Energie von Wasser in Antriebsenergie für die Bereitstellung mechanischer Arbeit gewandelt werden kann. Das Wasserkraftwerk war erfunden.

Sklaven und Rinder waren teuer, ihr Primärenergiebedarf kostspielig, auch wenn deren Ansprüche an die eingesetzten Primärenergieträger Hafer, Weizen und ausnahmsweise Bioethanol in Form von Met und Bier eher gering waren. Die Nutzung regenerativer Wasserkraft forderte zunächst einen erhöhten Kapitaleinsatz, der sich aber durch vermiedene Primärenergiekosten oft schnell amortisierte. Erst muss investiert werden, dann kann nahezu gratis geerntet werden. Das gilt für die regenerativen Energien Wind, Sonne und Wasser bis heute. So nutzten bereits die Römer die Wasserkraft in Mühlen, im Mittelalter kam die Nutzung der Wasserkraft in Hammerwerken und Schmieden hinzu und ersetzte zunehmend die Arbeitskraft von Mensch und Tier. Der Bedarf an mechanischer Energie prägte ein neues Berufsbild – den Ingenieur, den Tüftler und Genius, dem es gelang, mit innovativen Ideen Maschinen zu finden und zu erfinden, die dem Menschen den Alltag vereinfachen und bereichern sollten.

Geld zu verdienen, war allerdings auch für die ersten Ingenieure schon schwer. Vermutlich verbrachten die meisten Brückenbauer und Erfinder kriegswichtiger Apparate ihr Dasein als Sklaven, Soldaten oder Tagelöhner. Geld verdienten schon damals andere. Kaufleute zum Beispiel – und hin und wieder einflussreiche und beeinflussbare Politiker. Vereinzelt gab es aber auch schon in der Antike Tüftler und Denker, denen es gelang, mit einem geeigneten Businesskonzept aus der Tristesse des antiken Ingenieurtums auszuscheren und zu Wohlstand und Ansehen zu gelangen.

Heron von Alexandria war einer von ihnen. Vielleicht sogar der Erste, der erkannte, dass dem Ingenieur das weniger Nützliche oft mehr nützt als das für die Bewältigung des Alltags wirklich Notwendige. Das ist aber nicht grundsätzlich verwerflich. Bis heute resultiert viel Nützliches aus der Innovation des Unnützen.

Ein echt antikes Businesskonzept

Wer also war Heron von Alexandria? So genau weiß das niemand. Er lebte wohl im Alexandria des ersten Jahrhunderts. Heron schrieb Bücher über die Optik, über Maschinen und ein „Buch der Pneumatik und Hydraulik“. Dies ist wohl sein bedeutendstes Werk. Schließlich gilt Heron bis heute als der Urvater der Strömungsmechanik und Erfinder der allerersten Dampfturbine – des berühmten Heronsballs. Sein Bestseller war aber vermutlich ein anderes Werk, das „Buch der Projektile“. Dieses Buch war für die belesenen Zeitgenossen des ersten Jahrhunderts vermutlich interessanter, weil anwendungsnäher. Ein Katapult, das mehrere Pfeile gleichzeitig abfeuern konnte, eröffnete im antiken Kriegswesen sicherlich völlig neue Möglichkeiten. Wissenschaftlich so richtig bedeutend wurde die Innovation des Heronsballs auch erst viel später, wenngleich dessen antike Nutzung schon höchst lukrativ zu sein schien.

Heron arbeitete überwiegend für die Tempel des antiken Alexandria. Die Priester der antiken Metropole standen in einem harten Wettbewerb zueinander. Im eigentlich griechischen Alexandria verschmolzen orientalische und abendländische Philosophien und Religionen. Später traten jüdische und christliche Lehren in Konkurrenz zum orientalisch-priesterlichen Establishment. Der Wettbewerb um die gläubige und zahlungskräftige oder, genauer, spendenwillige Kundschaft erforderte ein strategisches Marketing, zielkundenorientiertes Produktmanagement und breitenwirksame Kampagnen. Schließlich war die Kirchensteuer noch nicht erfunden, und die Priester der großen alexandrinischen Tempel lebten – vermutlich nicht ganz schlecht – von den wohlgemeinten Zuwendungen ihrer Gläubigen und möglicherweise auch – wenn das Management aufs falsche Pferd gesetzt hatte – von den Zuwendungen weniger wohlgesonnener Gläubiger.

Aufs richtige Pferd setzten damals beispielsweise die Auftraggeber des Heron. Heron entwickelte für die Priester allerlei Bewegliches und Bewegendes. Beispielsweise sich wundersam selbst öffnende Tempeltore oder eben ein bronzenes Pferd, das wie von Geisterhand von einem keulenschwingenden Helden geköpft wurde, sobald ein verängstigter Gläubiger das schummrige und mit narkotisierenden Rauchgasen kontaminierte Innere eines Heiligtums betrat. Ein kompliziertes Zusammenspiel mechanischer, hydraulischer und pneumatischer Mechanismen betätigte die Geisterhand. Überhöhte Kohlenmonoxid-Konzentrationen, finster dreinblickende Geistliche und eben auch Herons ingenieurstechnische Meisterwerke taten das Ihre, um den Kunden seiner Talente zu berauben. Talente hatten damals noch nichts mit irgendwelchen Begabungen zu tun. Ein Talent war einfach die Gewichtseinheit für das Gold, das besagter Kunde bei sich trug.

Eines dieser genialen Meisterwerke des Heron war auch die Aeolipile, der Heronsball: eine große metallische Kugel, über die das Wasserdampfgemisch eines darunter liegenden, direkt gefeuerten Dampfkessels tangential durch Düsen entwich. Die Kugel ist drehbar in den Dampfzuführungen gelagert und versetzt sich in eine geheimnisvolle Rotation, sobald ausreichend Dampf aus den tangential angeordneten Antriebsdüsen entweicht. Die Dampfturbine war erfunden.

Allzu viel mechanische Arbeit im eigentlichen Sinne wurde bestimmt nicht verrichtet. Der thermodynamische Wirkungsgrad der Apparatur litt sicher noch unter relativ groben Fertigungstoleranzen und großen Spaltverlusten. Daher reichte der erzeugte Strömungsimpuls gerade aus, um eine – im antiken Alexandria – immerhin sensationell anmutende Drehbewegung aufrechtzuerhalten. Aber hohe Wirkungsgrade sind bis heute kein notwendiges Alleinstellungsmerkmal ökonomisch erfolgreicher Energiekonzepte. Entscheidend für eine erfolgreiche Vermarktung ist vielmehr, die richtige Marktnische für die Markteinführung zu finden. In besagtem Fall war dies bestimmt eine besonders dunkle Nische, ganz hinten im Innersten eines Heiligtums. In Verbindung mit den sicher nicht minder mystisch anmutenden Strömungsgeräuschen leistete der Heronsball hier wahrscheinlich ganze Arbeit, wenn es galt, Gläubige nachhaltig zu beeindrucken.

Wir lernen daraus: Schon damals waren innovative Businesskonzepte die Grundlage für jegliche Innovation in der Energietechnik. Das sollte sich bis heute nicht ändern. Immerhin können wir Heron zugutehalten, dass für seine Businessidee die friedliche Nutzung seiner Erfindung im Vordergrund stand. Sie hatte gewissermaßen sogar eine soziale Dimension.

Dennoch galt es schließlich, mit energietechnischen Apparaten nicht nur visuelle Eindrücke virtuell arbeiten zu lassen, sondern irgendwann auch ganz reale, technische Arbeit zu verrichten. Arbeiten, für die Sklaven und Pferde irgendwann zu teuer wurden, für die der Primärenergieaufwand in Form von Hafer, Weizen und Brot zur wirtschaftlichen Belastung wurde. Wasserkraft war nur an wenigen Orten vorhanden und meist auch nur mit sehr kleiner Leistung nutzbar. Windenergie trieb Mühlräder nur bei günstigem Wetter und mit hohem technischem Aufwand an.

Es sollte aber noch mehr als eineinhalb Jahrtausende dauern, bis die erste wirkliche Revolution der Energiewirtschaft technische Arbeit überall und jederzeit verfügbar werden ließ. Die Erfindung der Dampfmaschine.

Ein Businesskonzept für die industrielle Revolution

Als schließlich im 18. Jahrhundert die Dampfmaschine nach und nach dem Menschen den Arbeitsalltag erleichterte, war nicht abzusehen, welche weitreichenden Veränderungen die Energiewirtschaft schon bald für die Bevölkerung Europas und Nordamerikas mit sich bringen würde. Bevölkerungswachstum und zunehmende Industrialisierung wurden nur durch die Bereitstellung von Wärme und Arbeit möglich.

Dabei war es keineswegs so, dass die Fortschritte in der Energietechnik die industrielle Revolution ausgelöst hätten. Vielmehr waren Industrialisierung und Bevölkerungswachstum – und damit der zunehmende Bedarf an Energie – Auslöser für die energietechnische Revolution und das Entstehen der Energiewirtschaft und der Thermodynamik. Der stetig steigende Bedarf an Kohle und der zunehmende Bedarf an Antriebsenergie veranlassten James Watt und Robert Stirling, sich mit neuen Antriebskonzepten für Bergbau und Industrie zu beschäftigen. Carnot und Clausius hätten sich nie mit den thermodynamischen Prinzipien dieser Arbeitsmaschinen beschäftigt, hätte ihnen nicht der industrielle Alltag die Notwendigkeit einer eingehenden Betrachtung und Verbesserung der ersten Dampfmaschinen vor Augen geführt. Auch wenn die Erfindung der Dampfmaschine die industrielle Revolution nicht ausgelöst hatte, so war sie doch eine der wesentlichen Grundlagen dafür, dass die Entwicklungen im 19. Jahrhundert so rasch voranschreiten konnten.

Die im Alltag auftretenden Mängel der ersten Arbeitsmaschinen – geringe Leistung und noch geringere Effizienz – definierten Problem und Aufgabenstellung der frühen Thermodynamik und führten so, schon nahezu parallel zur Geburtsstunde der ersten Arbeitsmaschinen, zur Definition des ersten und zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik. Die technische Entwicklung und deren wissenschaftliche Analyse folgten also schon damals den Bedürfnissen des industriellen Alltags. Auch dies ist bis heute so geblieben. Die Entwicklung neuer Technologien wie Brennstoffzelle und CO2-freier Kohlekraftwerke setzt unmittelbar Bedarf und Nachfrage voraus.

Als nun James Watt 1769 sein Patent „New Invented Method of lessening the consumption of Steam and Fuel in Fire Engines“ erteilt wurde, war dies keineswegs die Geburt der Wärmekraftmaschine und eine grundlegend neue Erfindung. Bereits 1712, also nahezu fünfzig Jahre zuvor, installierte Thomas Newcomen die erste Dampfmaschine in einem englischen Kohlebergwerk. Der zunehmende Bedarf an Kohle und das damit verbundene Vordringen in immer größere Tiefen erhöhten stetig den Aufwand für die Wasserhaltung der Bergwerke Europas. Der Antrieb der Pumpen musste rund um die Uhr mit Pferden sichergestellt werden. Der Aufwand für Futter und Pflege entwickelte sich zur logistischen Herausforderung. In dieser Zeit revolutionierte Newcomens Dampfmaschine die Wasserhaltung der englischen Bergwerke.

James Watt gelang es durch einen separaten Kondensator und einen doppelwirkenden Dampfzylinder immerhin, den Wirkungsgrad der Dampfmaschine signifikant zu erhöhen: von unter 1 % auf etwa 3 %. Es handelte sich also um eine Weiterentwicklung einer grundsätzlich bereits bekannten Technologie und keine Neuerfindung; um eine „inkrementelle“ und keine „disruptive“ Innovation. Radikal neu – und deshalb „disruptiv“ – war allerdings das von James Watt erstmals in der Energietechnik angewendete Businesskonzept.

Über viele Jahre versuchte James Watt, seine Dampfmaschine Bergwerksbetreibern und Industriellen zu verkaufen. Sicher gelang es ihm dabei ausreichend, den Zielkunden das Alleinstellungsmerkmal – den USP oder Unique Selling Proposition – zu erklären. Sicher entsprachen seine Marktanalyse und seine Marketingkonzepte allen Erfordernissen der damaligen Zeit. Schließlich gelang es ihm ja durchaus, mit seinem Businessplan Investoren und Geldgeber für seine Technologie zu begeistern. Dennoch blieb der Verkaufserfolg aus. Zu konservativ und ängstlich waren die Zielkunden – Bergwerksbetreiber, Unternehmer und Eigentümer textil- und metallverarbeitender Betriebe. Hohe Investitionen, verbunden mit den technischen und wirtschaftlichen Risiken, die eine neue Technologie mit sich bringt, hielten diese Unternehmer davon ab, sich gleichsam als Beta-Tester oder Pilotkunden – als „First Mover“ – für die Investition in diese Technologien zu entscheiden.

Die unternehmerischen Prioritäten galten dem Kerngeschäft. Versorgungssicherheit und kalkulierbare Kosten der Energieversorgung hatten Priorität gegenüber der Möglichkeit geringer Einsparungen bei gleichzeitig hohem Risiko, personellem und eigenkapitalintensivem Aufwand.

Die vielen Schadensfälle und Unfälle mit den Dampfkesseln der damaligen Zeit gaben diesen Unternehmern recht. Die Investition in eine junge, nicht ausgereifte Technologie zahlt sich für den Kunden nicht aus. Die Entwicklung einer solchen Technologie hin zur Marktreife ist kein strategisches Ziel eines Unternehmens, genießt nicht die unternehmerische Priorität, die ein Voranpreschen eines Unternehmers rechtfertigt, solange konkurrierende Unternehmen beobachtend abwarten und im Erfolgsfall die Früchte des nicht eingegangenen Risikos miternten würden.

Die Enttäuschung über das Desinteresse potenzieller Kunden an seiner Technologie veranlassten James Watt zu der Erfindung, die schließlich tatsächlich die Energiewirtschaft revolutionierte – sein revolutionär neues Businesskonzept, das „Contracting“. „Wir werden Ihnen kostenlos eine Dampfmaschine überlassen. Wir werden diese installieren und für fünf Jahre den Kundendienst übernehmen. Wir garantieren Ihnen, dass die Kohle für die Maschine weniger kostet, als Sie gegenwärtig an Futter für die Pferde aufwenden müssen, die die gleiche Arbeit leisten. Und alles, was wir von Ihnen verlangen, ist, dass Sie uns ein Drittel des Geldes geben, das Sie sparen“1, berichtete er seinen Kunden.

James Watt übernahm gemeinsam mit seinem Investor und Partner Matthew Boulton Risiko, Investition und Betrieb – die Kunden blieben von den technischen und betrieblichen Kinderkrankheiten, die eine Technologie in den Kinderschuhen mit sich bringen muss und wird, unbehelligt und bekamen lediglich das eigentliche, von ihnen benötigte Produkt – mechanische Arbeit. Heute wissen wir, warum dieses Businesskonzept funktionieren musste:

Die Erfindung eines Businesskonzepts

James Watts Produkt war nicht eine stinkende, laute Maschine, die keiner so recht verstand, sondern ein „Rundum-sorglos-Dienstleistungspaket“, das noch heute den Bedürfnissen der Zielgruppe burn-out-gefährdeter Unternehmer ideal entspricht. Der finanzielle Kundennutzen war klar definiert. Der entscheidende, ideelle Kundennutzen durch das Outsourcing der Energieversorgung bestand darin, dass die Zielkunden sich auf ihr eigentliches Kerngeschäft konzentrieren konnten. Watts Businesskonzept erlaubte den Kunden, wertvolle Unternehmensressourcen auf die Geschäftsbereiche zu konzentrieren, in denen die Wertschöpfung durch Nutzung eigener Kernkompetenzen maximiert werden konnte. Alleinstellungsmerkmale des Produkts „Rundum-sorglos-Dienstleistungspaket“ waren ein garantierter Produktionskostenvorteil gegenüber konkurrierenden Unternehmen bei gleichzeitig schlankeren Produktionsstrukturen.

Noch heute ist das Businesskonzept „Contracting“ in der Energiewirtschaft immer dann das Mittel der Wahl, wenn neue Technologien eingeführt werden müssen – oder wenn potenziellen Kunden notwendiges Eigenkapital, Know-how für Planung und Betrieb sowie personelle Ressourcen für die Umsetzung fehlen. Auf den Einzelfall abgestimmte Contracting-Modelle ermöglichen heute den Verkauf großer Kraftwerke in Schwellenländer, den Bau von Windparks, Solarkraftwerken und Biogasanlagen und den Bau von Heizwerken und Geothermieanlagen.

James Watt revolutionierte die Energiewirtschaft also nicht mit der Weiterentwicklung der Dampfmaschine. Er revolutionierte die Energiewirtschaft vielmehr mit einem hochinnovativen Businesskonzept. Die Geschichte erfolgreicher Energietechnologien ist also auch die Geschichte erfolgreicher Businesskonzepte – in einem für Innovationen außergewöhnlich schwierigen Markt.

Bedürfnis und Bedarf

Neben Technologie und Businesskonzept war in der Energietechnik immer noch eine dritte Komponente für jede Innovation unerlässlich: der Bedarf und die Notwendigkeit. Dies ist nicht bei allen Technologien so. Der Erfolg der allermeisten Innovationen unserer modernen Konsumgesellschaft basiert nicht auf einem Bedarf, sondern auf Bedürfnissen. Ein echter Bedarf für Smartphones und iPads entsteht erst durch emotionale Bedürfnisse – nicht durch objektiv offensichtliche Notwendigkeiten. Aus dem Bedürfnis wird Bedarf erst durch Gewohnheit und veränderten Lebensstil.

Anders in der Energietechnik. Nicht Lifestyle und gesellschaftliche Trends bestimmen den Erfolg einer Technologie, sondern die nüchterne Betrachtung von Nutzen und Risiko. Das mit Neuentwicklungen verbundene Entwicklungsrisiko ist, nüchtern betrachtet, nur tragbar bei besonders hohem Nutzen – dann, wenn die Entwicklung unvermeidbar notwendig ist.

„I sell here, Sir, what all the world desires to have – power!“2 – „Ich verkaufe, Sir, was die ganze Welt sich wünscht …“, wird Matthew Boulton, Geschäftspartner, Freund und Weggefährte James Watts, zitiert. Der Satz hätte freilich auch von Apple-Gründer Steve Jobs stammen können. Wie wir heute wissen, gelang Steve Jobs das Verkaufen noch deutlich besser als Matthew Boulton. Wenn es später Gründe zu finden gilt, warum Innovationen in der Energietechnik so schleppend, so mühsam und meist gar nicht vorankommen, lohnt es sich, die beiden fundamental unterschiedlichen Märkte der Energiewirtschaft und der Consumergesellschaft zu analysieren.

Gespeicherte Energie

Gegen Ende des neunzehnten und zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts, als der Bedarf nach Wärme und Arbeit in den Industrienationen schon weitgehend gedeckt werden konnte, entwickelte sich der Bedarf für eine weitere Energieform.

Nicht die Wandlung von Brennstoffen in mechanische Arbeit und Wärme stand dabei im Vordergrund, sondern die Veredelung von Energieträgern in einen höherwertigen Brennstoff: die Wandlung der Kohle in gasförmige und flüssige Energieträger und damit in chemisch gespeicherte, leicht und effizient jederzeit abrufbare Energie. Die Notwendigkeit, die diese Entwicklung auslöste, war zunächst einfach der Bedarf an Nahrung.

Ja, richtig. Auch unsere Nahrung ist Energie, gespeicherte Energie. Und das gilt nicht nur für irgendwelche Steroide und Anabolika, sondern auch für unser täglich Brot. Auch wenn sich in der lebensmittelkonsumierenden Gesellschaft die Umstellung der alten Energieeinheit „Kalorien“ auf die eigentlich zweckmäßigere SI-Einheit „Kilojoule“ noch nicht vollständig durchgesetzt hat. Die Energieträger der Nahrungskette konkurrieren seit jeher mit den Energieträgern der Energiewirtschaft. Wälder mussten Feldern weichen, und selbst bei den Feldfrüchten stand schon immer der Anbau von Weizen im Wettbewerb mit Hafer als Energiepflanze, die als Pferdefutter Mobilität und mechanische Arbeit lieferte. Die heute so emotional geführte „Teller oder Tank“-Diskussion hat ihren Ursprung also in der jahrhundertealten Tradition, den Primärenergieträger für die Nutzenergien Mobilität und Arbeit durch den Anbau von Energiepflanzen bereitzustellen. Biofuels oder biogene Treibstoffe standen also schon immer in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion.

In der Zeit, als die Landwirtschaft immer größere Probleme hatte, mit Bevölkerungsexplosion und zunehmendem Bedarf an Lebensmitteln Schritt zu halten, lag die Lösung in der Umwandlung von Kohle in einen höherwertigen Energieträger – in Wasserstoff und Ammoniak. Für das Haber-Bosch-Verfahren wurde durch die thermische Vergasung von Kohle mit Wasserdampf zunächst Wasserstoff gewonnen. Aus Wasserstoff und Stickstoff wird schließlich unter hohem Energieeinsatz Ammoniak synthetisiert, das als Ammoniumnitrat den Hauptbestandteil im Stickstoffdünger und die Grundlage für die moderne Landwirtschaft bildet.

Hätte der spätere Nobelpreisträger Fritz Haber es bei dieser Erfindung belassen – er hätte für immer einen großen und makellosen Eintrag in den Geschichtsbüchern behalten. Aber auch er widmete sich in der Folge „kriegswichtigen“ Technologien, genauer: der Entwicklung von Kampfgasen. Trotz des Widerstands seiner Ehefrau, der ersten in Deutschland promovierten Chemikerin Clara Immerwahr, übernahm er am Kaiser-Wilhelm-Institut – der heutigen Max-Planck-Gesellschaft – die Leitung der dortigen Kampfgasentwicklung. Als Fritz Haber den Tod von 1500 französischen Soldaten infolge des ersten Giftgas-Einsatzes des ersten Weltkriegs feierte, nahm sich seine Frau mit seiner Dienstwaffe das Leben.

Die Produktion von Ammoniak und Stickstoffdünger erforderte im ersten Prozessschritt die Umwandlung von Kohlenstoff in ein sogenanntes Synthesegas, einer Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid durch thermische Vergasung – beispielsweise bei der Vergasung von Kohle mit Wasserdampf und Sauerstoff bei Temperaturen um 1000 °C.

Synthesegas erwies sich in der Folge als Multitalent. Es konnte in unterschiedlichsten Zusammensetzungen als Stadtgas, Kohlegas oder Wassergas unmittelbar als Energieträger in Gasnetze eingespeist oder als Prozessgas verbrannt werden. Bis heute liefert das Synthesegas – wie der Name sagt – die Grundbausteine Wasserstoff und Kohlenmonoxid für alle Synthesen der Kohlenstoffchemie. Anders als die Erfindung der Dampfmaschine oder der Gasturbine vollzog sich die Erfindung des Synthesegases in den Labors einfacher Forschungsinstitute zunächst unbemerkt von Öffentlichkeit und Industrie. Erfinderisch ist nicht so sehr die Herstellung des Gases – Kohlegas wurde bereits im 18. Jahrhundert erzeugt, um als „Leuchtgas“ in Straßenlaternen nachts die Straßen Londons zu erhellen. Erfinderisch war der Gedanke, Brennstoffe in ihre kleinsten molekularen Bestandteile – in Wasserstoff und Kohlenmonoxid – zu zerlegen, um aus diesen Bausteinen neue Energieträger mit vorteilhaften Eigenschaften aufzubauen – zu synthetisieren.

Die Idee begründete einen völlig neuen Industriezweig, der heute eine der wesentlichen Säulen unserer Gesellschaft bildet: die Chemieindustrie. Wesentliche Anteile fossiler Energieträger fließen heute in die chemische Industrie. Synthesegas ist nicht nur der Grundstoff für Ammoniak und die Stickstoffdünger der Landwirtschaft, auch Kunststoffe, Chemikalien und Textilien werden aus den Bausteinen des Synthesegases synthetisiert.

Auch für den Mobilitätssektor sollte die Idee der Synthese aus Synthesegas eine der maßgeblichen (und kriegswichtigen) Innovationen werden. In Raffinerien werden aus Synthesegas große Mengen Wasserstoff gewonnen, die für die Herstellung von Benzin, Kerosin und Diesel aus Rohöl eingesetzt werden. Auch synthetisches Benzin wird heute in nennenswerten Mengen aus Synthesegas synthetisiert. Die Fischer-Tropsch-Synthese für die Erzeugung von Benzin oder Diesel aus Erdgas, Kohle oder Biomasse gilt als eine der besonders wichtigen Zukunftstechnologien. Nicht nur für den Mobilitätssektor, auch für die Energiewirtschaft.

Sichtbar wurde die Bedeutung des Synthesegases und synthetischer Energieträger bisher allerdings weniger in der Zeit des Überflusses und des Wohlstandes als vielmehr in Zeiten von Versorgungsengpässen und Notlagen. Im Zweiten Weltkrieg wurde synthetisches Benzin schnell kriegswichtig. Schließlich verlor die Wehrmacht mit fortschreitendem Kriegsverlauf immer mehr den Zugang zu den Erdölfeldern Europas. Mangel an eigenem Rohöl führte im Dritten Reich zur Entwicklung von riesigen Anlagen, in denen synthetisches Benzin aus Kohle nach dem Bergius-Verfahren und dem Fischer-Tropsch-Verfahren hergestellt wurde. Beide Verfahren nutzen Wasserstoff und Synthesegas aus der thermischen Vergasung von Kohle.