Fünf Technologien reichen für die Energiewende

Fünf Technologien, die die Energiewende ermöglichen

Photovoltaik, Windkraft, Batterien, Elektrolyseure und CO2-Staubsauger (genannt Direct Air Capture (DAC)) – diese fünf Technologien brauchen wir für eine erfolgreiche Energiewende, sagt Christian Breyer. Solarökonomen der finnischen Technischen Universität Lappeenranta (LUT) glauben jedoch nicht, dass neue Wasserkraftwerke, Geothermie und Bioenergie überzeugende Lösungen sind. Grüner Wasserstoff auch nicht. Breyer erklärte im „Climate Lab“ von ntv, dass es sich um eine umständliche Energiequelle handele, die nur als Grundlage für andere Energiequellen dienen könne. Forscher sehen eine Zukunft für die globale Meeresenergieversorgung: Innerhalb von 30 Jahren könnten schwimmende Solarparks Strom erzeugen, der in großen Offshore-Fabriken in grünes Ammoniak, Methanol oder Kerosin für synthetische Kraftstoffe umgewandelt und auf der ganzen Welt verteilt werden könnte – das ist jahrzehntelanger Forschung zu verdanken harte Arbeit – alte Prozesse und der neue Rohstoff CO2.

ntv.de: Die Bundesregierung arbeitet an einem großen Wasserstoffplan, sie träumt von Wasserstoffheizungen und Flüssiggas-Terminals, wo einmal grüner Wasserstoff landen soll, aber das fehlt auf ihrer Liste . Warum?

Christian Breyer: Die Liste umfasst nur unsere Geräte und Anlagen für die Energiewende, keine konkreten Produkte. Andernfalls wird der Strom immer an erster Stelle stehen, weil er für die Energiewende am wichtigsten ist. Deshalb sind Photovoltaik und Windkraft besonders für Europa und Nordamerika von entscheidender Bedeutung. Das ist selbsterklärend.

Was ist mit Wasserkraft?

Das ist wichtig, wird aber weltweit bereits sehr gut genutzt. Das Potenzial ist weitgehend ausgeschöpft.

Kein Verbesserungspotenzial mehr?

Die Wasserkraftkapazität kann durchaus um ein Drittel bis 50 Prozent gesteigert werden. Aber suchen wir nur nach günstigen erneuerbaren Energiesystemen oder nach nachhaltigen Energiesystemen? Wenn uns Nachhaltigkeit am Herzen liegt, müssen wir sorgsam mit Flüssen umgehen. Große Flüsse wie der Mekong in Asien, der Kongo in Afrika und der Amazonas in Brasilien verfügen über das größte Wasserkraftpotenzial. Der Bau eines Wasserkraftwerks wäre dort technisch möglich und möglicherweise wirtschaftlich attraktiv, würde aber mit relativer Sicherheit die Ökologie des Flusses schädigen. Allein im Kongo gibt es über 500 Arten, die ausschließlich dort leben. Aus diesem Grund ist Wasserkraft, wo immer sie existiert, immer Teil der Lösung, aber wie andere nachhaltige Energiequellen ist sie begrenzt.

Warum?

Seit Jahrzehnten erleben wir, dass Geothermieprojekte nicht in dem Maße verwirklicht werden, wie wir es uns erhofft hatten. Ein großer Nachteil der Bioenergie ist, dass es keinen Platz für den Anbau von Energiepflanzen gibt, weil wir sie für das Futter brauchen, das wir den Tieren geben, und wir essen die Tiere. Ob das eine kluge Idee ist, ist eine andere Frage.

PV und Wind stehen an erster Stelle, weil sie bewährt, effektiv und günstig sind?

Natur. Letztlich ist die Energiewende eine wirtschaftliche Frage. Auch andere Technologien haben Potenzial, allerdings auf unterschiedlichen Kostenniveaus. Solarenergie ist besonders günstig und mittlerweile die günstigste Stromform der Welt. Man muss sich darüber im Klaren sein: Im Jahr 2021 wird die Hälfte der weltweiten neuen Stromerzeugung aus Photovoltaik stammen. Im Jahr 2050 werden etwa 10 Milliarden Menschen auf der Erde leben, etwa drei Viertel davon im Sonnengürtel, wo das ganze Jahr über die Sonne scheint. Das ist billige Energie, die überall verfügbar ist. Deshalb sind Batterien so wichtig.

Der erste Wasser-Solarpark ist im Bau. Weil es dort so viel Infrastrukturraum gibt?

Es handelt sich um eine wunderschöne Technologie namens „Floating Photovoltaics“, die im letzten Jahrzehnt hauptsächlich an Seen, Stauseen oder Teichen eingesetzt wurde, wo der Anschluss an das Stromnetz relativ einfach ist. Die Frage ist immer: Gilt das auch auf See? Immer mehr Orte auf der Welt versuchen dies, vor allem in ruhigen Gewässern ohne großen Wellengang. Sie können es kontrollieren. Wir untersuchen dies am Beispiel der Karibik, da bekannt ist, dass auf vielen Inseln der Platz für die Energieversorgung relativ begrenzt ist.

Oder in Singapur.

Hier wurden die meisten Forschungsarbeiten zur schwimmenden Photovoltaik durchgeführt. Aber das könnte nur eine Ergänzung zum Energiemix sein, denn wenn man sich die Geografie genau anschaut, spricht vieles dafür, einfach nur eine Stromleitung nach Sumatra zu verlegen. Diese riesige indonesische Insel liegt direkt nebenan. Um ein kleines Land wie Singapur mit Strom zu versorgen, ist nicht viel Platz nötig. Wenn man über die 20- bis 30-Jahres-Vision nachdenkt, wird es möglich sein, in internationalen Gewässern große Anlagen für synthetische Kraftstoffe zu bauen: große schwimmende Photovoltaikanlagen, die durch Elektrolyse Strom und grünen Wasserstoff produzieren. Da man damit nicht viel anfangen kann, kann man es in Ammoniak, Methanol oder Kerosin umwandeln. Öltanker können diese Stoffe regelmäßig von diesen Offshore-Fabriken abholen und an globale Märkte verteilen.

Die Vorteile von Photovoltaik, Wind und Batterien liegen auf der Hand. Doch warum muss grüner Wasserstoff noch einmal umgewandelt werden?

Im Prinzip könnte man mit Wasserstoff viel machen, aber Wasserstoff ist das kleinste Molekül im Universum, daher ist es schwierig, damit zu arbeiten. Es breitet sich leicht durch Materialien aus, ist leicht entflammbar und schwierig zu transportieren. Das ist zwar technisch möglich, kostet aber Geld. Letztendlich können Schifffahrt und Flugverkehr mit Strom und Batterien nur über kurze Distanzen betrieben werden. Am Rhein kann ich die Batterie problemlos aufladen, am Meer jedoch nicht. Dort wird intensive chemische Energie benötigt. Wir wissen bereits, dass man zur Herstellung von Kerosin kein Öl verwenden muss: Wir brauchen Wasserstoff und Kohlenstoff, normalerweise Kohlendioxid. Mit dem Fischer-Tropsch-Verfahren können wir dann synthetische Treibstoffe wie Kerosin herstellen.

Benötigt dieser Prozess einen Elektrolyseur?

Dies ist unser erster Schritt zur Produktion von grünem Wasserstoff. Es fehlt nur noch Kohlendioxid, das plötzlich kein Abgas mehr ist und Emissionen verursacht, sondern ein Rohstoff. Wir werden dann über eine Luftfahrtlösung verfügen, die keine wesentlichen Änderungen an der aktuellen Flotte erfordert.Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Wasserstoff neben Kerosin in fast jedes andere wichtige Produkt umgewandelt werden kann, das wir benötigen: Methanol für den Einsatz in der chemischen Industrie oder im Transportwesen oder Ammoniak als landwirtschaftlicher Dünger. Wasserstoff selbst wird hauptsächlich in der Stahlproduktion eingesetzt.

Woher bekommen wir unser Kohlendioxid? Ist das die fünfte Schlüsseltechnologie, CO2-Staubsauger?

Kohlendioxid kann aus verschiedenen Quellen stammen, aber letztendlich ist Direct Air Capture (DAC) möglicherweise die am besten skalierbare Lösung. Denn wenn wir den Klimawandel und die Energiewende ernst nehmen, werden wir bald Gaskraftwerke, Kohlekraftwerke und die Kohlestahlproduktion und damit alle wichtigen Prozesse, die große Mengen an CO2-Emissionen verursachen, begrenzen. Es gibt immer noch Müllverbrennungsanlagen, Papierfabriken und Zementwerke, aber diese Quellen sind im Hinblick auf die Menge an Methanol, die für die chemische Industrie, Kerosin für die Luftfahrt und Ammoniak für die Landwirtschaft produziert wird, gering. Wie kann diese Versorgungslücke geschlossen werden? Wir entfernen Kohlendioxid aus der Atmosphäre, die bereits zu viel Kohlendioxid enthält. Der Aufwand dafür sollte in einem akzeptablen Rahmen liegen.

Dann sind alle Probleme gelöst – zumindest theoretisch. Aber sind wir schon zu spät? Ja, weltweit werden viele Solarparks gebaut, aber überall mangelt es an Speicherkapazitäten, um Sonnenenergie rund um die Uhr nutzen zu können. Bisher werden DACs nur in geringfügigem Umfang eingesetzt.

Auch wenn noch nicht alle Kinderkrankheiten gelöst sind, funktioniert die Windenergie noch. Aber sie arbeiten eigentlich nur an den Details. Dasselbe gilt auch für Photovoltaik. Der Wirkungsgrad von Photovoltaikmodulen steigt durchschnittlich um 0,5 Prozentpunkte pro Jahr. Dieser Trend hält bereits seit 20 Jahren an und wird noch viele Jahre anhalten und dabei immer günstiger werden.

Dann überprüfen wir die Kontrollkästchen Wind und Photovoltaik. Wie wäre es mit der Batterie?

Wir sehen einen Wendepunkt. In den letzten Jahren kam es zu Engpässen bei Kobalt und Nickel, doch Elektroautos und Heimspeichersysteme verwenden heute überwiegend Lithium-Ionen-Batterien, und immer mehr Lithium-Ionen-Batterien kommen ohne Kobalt und Nickel aus. Haben wir genug Lithium? Darüber gehen die Meinungen auseinander. Im Prinzip gibt es genug da draußen, die Ozeane auf der ganzen Welt sind voll davon, wir können es einfach nicht effizient herausbekommen. Das ist das eigentliche Problem. In diesem Jahr brachten auch zwei Weltmarktführer Natrium-Ionen-Batterien auf den Markt. Sie haben keine Materialengpässe mehr.

Ist in Bezug auf die Batterie alles trocken?

Dafür gibt es einiges zu sagen. Diese Unternehmen könnten ihren Ruf verlieren, wenn sie nicht wüssten, dass die Praxis funktioniert, und sie es nicht tun würden. Und die Wachstumsraten sind enorm: Wenn die Produktion von Photovoltaikmodulen um 30 % pro Jahr wächst, dann wächst die Zellproduktion um 50 bis 100 % pro Jahr.

Und es gibt einen Elektrolyseur?

Dort ist die Situation gravierender, weil der Markt viel kleiner ist. Aber wir haben diese Technologie schon seit 100 Jahren und es gibt rund zwei Dutzend Hersteller und Zulieferer aus der ganzen Welt. Es wird ein spannender Wettbewerb werden, wer am Ende das beste Produkt zum besten Preis anbieten kann. Ich mache mir keine Sorgen. Für DAC bleibt nur die Skalierung ein Problem, da die Technologie auch hier geeignet ist: Sie wird seit den 1960er Jahren in Atom-U-Booten und Raumstationen eingesetzt. Es fehlt nur noch eine umfassende Kommerzialisierung, und diese Hersteller verfügen jetzt über Kapital von Investoren.

Clara Pfeffer und Christian Herrmann sprachen mit Christian Breyer. Der Dialog wurde für mehr Klarheit gekürzt und gestrafft.