Von Federico Ferrario

Die Welt steuert derzeit auf einen Temperaturanstieg von 2,7 Grad Celsius bis zum Ende des Jahrhunderts zu. Das liegt weit über dem Zielwert des Pariser Abkommens von 1,5 Grad und würde rund um den Globus zu gravierenden Änderungen der Wettermuster führen.

Was wir daher brauchen, ist ein radikaler Wandel – und zwar schnell.

Anfangen könnten wir, indem wir Energie optimal nutzen oder besser noch einsparen. In einem nächsten Schritt muss die Energie grüner gemacht werden.

Wie schnell und wie viel wir in saubere Energien und Innovationen investieren, wird darüber entscheiden, ob wir den Übergang zu Netto-Null noch schaffen.

Aber welche neuen grünen Technologien bieten die besten Chancen für eine Dekarbonisierung der Wirtschaft? Sehen wir sie uns an.

Dekarbonisieren, aber wie?

Die globale Energienachfrage steigt und steigt, ebenso wie der Preis für fossile Brennstoffe. Deshalb erleben wir in Europa gerade einen spürbaren Energieengpass. Der russische Angriff gegen die Ukraine verschärft die Lage zusätzlich. Europa stützt sich bei der Energieversorgung immer noch weitgehend auf fossile Brennstoffe und muss 90 Prozent seines Öl- und über 60 Prozent seines Gasbedarfs importieren. Zudem beziehen einige Länder große Teile ihrer Energielieferungen aus Russland.

Die Notwendigkeit einer schnellen Dekarbonisierung hat jetzt eine völlig neue Dimension erhalten: die Versorgungssicherheit, also unsere Unabhängigkeit und Freiheit. Aus Klimasicht dürfte das eine gute Nachricht sein, denn hinter beiden Zielen steht dieselbe Strategie: Erneuerbare ausbauen, Innovation bei neuen Energiequellen und -trägern fördern und Energie möglichst optimal (und sparsam) einsetzen.

Voraussetzung dafür ist ein systemisches Umdenken im gesamten Energiesektor. Systemisch deshalb, weil es nicht reicht, alte Kraftwerke einfach durch neue zu ersetzen und sonst weiterzumachen wie bisher. Denn die neuen Anlagen sind anders. Sie funktionieren anders, an anderen Standorten, zu anderen Zeiten und unter anderen Bedingungen. Wahrscheinlich müssen wir völlig neue Wege finden, wie wir Energie umwandeln, transportieren, speichern und nutzen.

Im Zentrum des Geschehens steht derzeit der Stromsektor. Seine Bedeutung wird künftig überdimensional zunehmen, weil Dekarbonisierung oft Elektrifizierung bedeutet. Hier gilt es, die bereits vorhandenen Technologien klug einzusetzen, angefangen damit, dass man dort Stromleitungen baut, wo Engpässe am besten behoben werden können. Gleichzeitig müssen wir vorausblicken und Netzwerkproblemen vorbeugen, damit sie die Tragfähigkeit sauberer Kraftwerke nicht gefährden.

Ganz wichtig ist außerdem, bestehende Infrastruktur optimal zu nutzen, etwa durch aktives Echtzeitmanagement der Netze sowie genaueres Monitoring von Stromleitungen in Echtzeit, um ihre tatsächliche Übertragungskapazität bestmöglich auszuschöpfen.

Neue Energieträger wie Wasserstoff brauchen mit zunehmender Bedeutung und Nutzung vermutlich eigene neue Infrastruktur. Ein Teil der bestehenden Anlagen lässt sich zwar womöglich wiederverwenden und anpassen, aber fest steht: An Neuinvestitionen führt kein Weg vorbei.

Wenn wir den Rhythmus unseres Alltags und unserer Wirtschaft beibehalten wollen, müssen wir das Angebot sauberer Energiequellen (vor allem Sonnen- und Windenergie) damit in Einklang bringen. Dafür sind erhebliche Speicherkapazitäten erforderlich, und zwar in jeder Form, die eine effiziente und wirtschaftliche Speicherung intermittierend erzeugter Energie für einen späteren Zeitpunkt erlaubt.

Der Übergang zu Netto-Null ist eine enorme Herausforderung. Wir müssen daher alles daransetzen, eine breite Lösungspalette zu entwickeln, denn einen Königsweg gibt es nicht. Batterien, Staudämme, Wasserstoff, synthetische Kraftstoffe, Wärmespeicherung – alles wird gebraucht.

Denn jede Lösung ist für andere Speicherzeiträume und Speicherkapazitäten oder für konkrete Teile des Energiesektors ausgelegt.

Die beiden größten Hindernisse sind allerdings nach wie vor die Erzeugung von genug sauberer Energie und eine angemessen lange Speicherung.

Erneuerbare-Energie-Lösungen

Innovative Stromerzeugung durch herkömmliche und schwimmende Offshore-Windkraft

Um die Weltwirtschaft zu dekarbonisieren, benötigen wir erhebliche Mengen an emissionsfreier elektrischer Energie: für traditionelle strombasierte Anwendungen, die Elektrifizierung von energieintensiven Industrien, Verkehr und Wärmeversorgung sowie für die indirekte Elektrifizierung in Form von Wasserstoff und synthetischen Kraftstoffen.

Eine emissionsfreie Stromerzeugung ist entscheidend für einen erfolgreichen Übergang zu einer klimaneutralen Wirtschaft. Zu den innovativsten Technologien in diesem Bereich zählt die schwimmende Offshore-Windenergie.

Offshore-Windkraft wird voraussichtlich eine wesentliche Rolle in der Energiewende spielen. Grund dafür ist die benötigte Menge an installierter Leistung, um lokale und internationale Märkte mit Energie zu beliefern. Durch ihr großes Ressourcenpotenzial bietet sie die Möglichkeit, die sinkende Zahl noch verfügbarer Onshore- und Nearshore-Standorte zu kompensieren. Offshore-Windenergie ist bereits im industriellen Maßstab einsatzfähig, und im Meeresboden verankerte Windräder können in Tiefen von rund 60 Metern installiert werden. So beeinflussen sie keine anderen wirtschaftlichen Tätigkeiten und profitieren von stärkerem und gleichmäßigerem Wind. 

In größeren Tiefen könnten schwimmende Windkraftanlagen genutzt werden. Damit ließen sich neue Gebiete erschließen, in denen fest verankerte Windräder aktuell nicht möglich sind.

Innovation bei Ladebatterien

Zum Gamechanger auf dem Weg zu Netto-Null könnten Neuerungen bei der Energiespeicherung werden.

Wir brauchen Batterien für den Übergang zu sauberer Energie und zu stationärer Energiespeicherung. Ohne diese Schlüsseltechnologie ist emissionsarme Mobilität nicht möglich.

Batterietechnologien sind erste Wahl für die Dekarbonisierung des Straßenverkehrs, besonders für Leichtfahrzeuge. Der Verkehrssektor ist immer noch für 25 Prozent der globalen CO₂-Emissionen verantwortlich.

Stationäre Batterien können Diskrepanzen zwischen Angebot und Nachfrage für einige Tage überbrücken. Sie tragen dazu bei:

• intelligente Netze aufzubauen
• den täglichen Netzbetrieb effizienter zu machen
• erneuerbare Energiequellen zu integrieren
• kosteneffizientere Netzinvestitionen zu planen

Langfristig dürften Batterien wesentlich dafür sorgen, die Schwankungen von erneuerbaren Energiequellen wie Wind- und Solarkraft aufzufangen. Sie speichern überschüssigen Strom und geben ihn bei hoher Nachfrage wieder ab. Dank ihrer Reaktionsschnelligkeit sind sie hervorragend geeignet, um kurzfristig für Flexibilität zu sorgen und Energie zu speichern – von Millisekunden bis zu einigen Stunden oder Tagen. Damit sind sie eine gute Ergänzung zu langfristigen Speicherlösungen wie Wasserstoff oder synthetischen Kraftstoffen, mit denen sich vor allem größere Volumina über längere Zeiträume von bis zu mehreren Monaten speichern lassen.

Innovative Batterietechnologie bedeutet jedoch nicht nur kosteneffizientere Batterien. Das Ziel muss sein, den Bedarf an teuren und seltenen Ausgangsstoffen zu reduzieren, ihre Sicherheit zu erhöhen und den ökologischen Fußabdruck von Herstellung und Lieferkette zu verkleinern.

Sauberer Wasserstoff in der Industrie

In der Industrie ist der Übergang zu Netto-Null nur mit grünen Innovationen möglich. Einer der aussichtsreichsten Kandidaten ist hier der saubere Wasserstoff.

Sauberer Wasserstoff hat das Potenzial, eine wichtige Rolle für das EU-Ziel der Klimaneutralität bis 2050 zu spielen. Er kann maßgeblich dafür sorgen, dass schwer dekarbonisierbare Sektoren wie Verkehr und Industrie den Übergang schaffen.

2050 wird Strom der dominante Energieträger sein. Sein Anteil am Endenergieverbrauch liegt dann bei über 50 Prozent (gegenüber 22 Prozent im Jahr 2015). Doch mit Strom allein sind die Möglichkeiten immer noch begrenzt. Hier kann Wasserstoff in verschiedenen Sektoren sein Potenzial ausspielen.

Bisher wird Wasserstoff fast ausschließlich in industriellen Prozessen aus Erdgas und Kohle erzeugt, wobei Kohlendioxid entsteht. Allerdings lässt sich die Wasserstoffherstellung klimafreundlicher gestalten, nämlich durch:

• Elektrolyse, wobei Elektrizität aus erneuerbaren, emissionsfreien Quellen verwendet wird
• die Abscheidung, Nutzung und Speicherung des CO₂, das bei der Wasserstoffherstellung aus Erdgas, Kohle oder Biomasse entsteht

Im Verkehrssektor könnten Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe im Jahr 2050 zwischen 20 und 30 Prozent der Energienachfrage decken; in der Industrie könnten es 5 bis 20 Prozent sein – vielleicht auch mehr, wenn Forschung und Entwicklung in energieintensiven Bereichen wie Chemikalien, Düngemittel, Keramik, Stahl und Nichteisenmetalle deutlich hochgefahren werden. In der Strom- und Wärmeversorgung könnte Wasserstoff zur langfristigen Speicherung herangezogen werden.

Um Angebot und Nachfrage von grünem Wasserstoff zu erhöhen und neue Märkte zu erschließen, hat die Europäische Union als Teil des europäischen Grünen Deals eine Wasserstoffstrategie veröffentlicht.

Die Europäische Investitionsbank hat daraufhin 2021 mit der Region Flandern eine Absichtserklärung unterzeichnet. Ziel ist es, Wasserstoffprojekte zu ermitteln, die für eine EIB-Finanzierung infrage kommen, und diese Projekte bankfähiger zu machen.

Energielösungen in die Praxis bringen

Alle Erneuerbare-Energie-Lösungen – Offshore-Windkraft, sauberer Wasserstoff und grüne Batterien – werden kontinuierlich weiterentwickelt und verbessert. Bereit für den großflächigen kommerziellen Einsatz sind sie allerdings noch nicht. Die Tragweite dieser Innovationen wird, wenn sie erst wettbewerbsfähig sind, jedoch weit über den Energiesektor hinausgehen.

Die Industrie und der Verkehrssektor gehören zu den größten CO₂-Emittenten, weshalb die Investition in wasserstoffbasierte Lösungen hier besonders drängt. Wasserstoff kann fossile Brennstoffe ersetzen und als Energieträger zentral ein Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage herstellen. Dies würde das aktuelle Energiesystem flexibler machen.

In Städten können durch Strategien für mehr Energieeffizienz im Bereich Infrastruktur grüne Gebäude entstehen.

Die Anpassung von Fotovoltaiksystemen, die Warmwassererzeugung über Sonnenkollektoren auf dem Dach und eine gezielte Umstellung auf erneuerbaren Strom sind einige der Möglichkeiten, damit Gebäude umweltfreundlich ihre eigene Energie erzeugen.

Einige innovative Technologien kommen sowohl neuer als auch bestehender Infrastruktur zugute. Energiemanagementsysteme einschließlich intelligenter Zähler etc. ermöglichen in jedem Gebäude ein äußerst effizientes Energiemanagement. Sie steuern die Menge an benötigter Energie und reagieren automatisch auf Energiepreise und Nachfragtiefs.

Der Schlüssel zur Abkehr von fossilen Brennstoffen sind Batterien – wenn wir ihr volles Potenzial nutzen können. Vor Jahrzehnten wurden Batterien zunächst in Telefonen und Computern eingesetzt. Heute liefern sie die Energie für Autos und ganze Gebäude. Elektrofahrzeuge wurden dank der breiten Verfügbarkeit von Lithium-Ionen-Batterien erst marktfähig, sowohl was Leistung als auch was Kosten betrifft. Neben Wasserstoff und anderen sauberen Brennstoffen muss vor allem die Entwicklung von Speicherlösungen im Kraftwerksmaßstab gefördert und finanziert werden, um die Schwankungen der Wind- und Sonnenenergie auszugleichen. Große Speicherkapazitäten bieten die Möglichkeit, Industrien oder gar ganze Städte mit sauberer Energie zu versorgen. Für die Länder gilt es, bei ihren Nachhaltigkeitsstrategien wichtige Schwerpunkte zu berücksichtigen: Unternehmen stärken, die grüne Technologien vorantreiben, und diejenigen Firmen in den Blick nehmen, die von einem Übergang zu Netto-Null profitieren.

Im Wesentlichen geht es darum, das Potenzial der Erneuerbare-Energie-Lösungen in der Praxis auszuschöpfen.