Die Energiewende erforschen

Philip Kyeremanteng ist Umweltwissenschaftler beim Canal and River Trust (ehemals British Waterways) und außerdem geschäftsführender Partner bei Renephil Environmental Services. Seit Februar 2019 ist er bei der Stiftung Solar Impulse tätig.

Fossile Brennstoffe haben den Energiemix sowohl in Industrie- als auch in Entwicklungsländern seit der industriellen Revolution dominiert. Die Instabilität der Brennstoffpreise, steigende Kosten, der Klimawandel sowie die Bemühungen, die Umweltverschmutzung zu reduzieren, haben in letzter Zeit weltweit zu einer beispiellosen Investition in erneuerbare Energiequellen geführt. Fossile Brennstoffe tragen wesentlich zum Anstieg der Kohlendioxid-Emissionen in der Atmosphäre bei und verursachen Luftverschmutzung, an der jedes Jahr eine beträchtliche Anzahl von Menschen stirbt.

Es ist noch nicht zu spät, einige der erheblichen Auswirkungen des Klimawandels abzumildern. Dazu sind viele Maßnahmen erforderlich, in erster Linie der Ausbau und die Investition in saubere Technologien sowie lokale Maßnahmen auf städtischer und regionaler Ebene, z. B. der Ausbau des öffentlichen Nahverkehrs, Verbesserungen der Energieeffizienz und eine nachhaltige Stadtplanung. In diesem Artikel liegt der Fokus auf den am schnellsten wachsenden erneuerbaren Energien als eine der Interventionen im Kampf gegen den Klimawandel.

Beim Canal and River Trust (früher British Waterways), wo ich zu einem Team von Umweltwissenschaftlern gehöre, fördern wir den Einsatz sauberer Technologien, um die Nachhaltigkeit voranzutreiben und Umweltprobleme zu lösen. Auf globaler Ebene habe ich mit der Solar Impulse Foundation über 40 saubere und profitable Lösungen bewertet, die den Kohlendioxidausstoß in die Atmosphäre reduzieren. Zu den bemerkenswerten Lösungen gehören Carbon Forest +, Urban Vegetation Monitoring und Urban Canopee.

Erneuerbare Energie stammt aus Quellen, die sich regenerieren oder natürlich nachwachsen können. Bis zum Jahr 2035 sollen erneuerbare Energien mehr als die Hälfte der weltweiten Stromerzeugung ausmachen. In Medienberichten hören wir oft über das schnelle Wachstum der Technologien für erneuerbare Energien, aber wie viele genaue Informationen haben wir über das Wachstum der erneuerbaren Energien auf der ganzen Welt? Welche Technologien sehen bei der Transformation des Energiemixes vielversprechend aus?

Wasserkraft

Wasserkraft ist die am weitesten verbreitete Form der erneuerbaren Energie und produziert weltweit 1295 GW an Energie. Das entspricht 54 % der weltweiten Kapazität zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. China hat die größte Wasserkrafterzeugung der Welt und erzeugt etwa 15 % seiner Energie aus Wasserkraft (122,5 GW allein aus dem Drei-Schluchten-Damm). Große Investitionen in die Wasserkraft haben dazu beigetragen, Chinas Abhängigkeit von Kohle in den letzten Jahrzehnten zu verringern. Beispiele für Wasserkrafttechnologien, die das Solar Impulse Efficient Solution Label erhalten haben, sind die Fish Friendly Free Flow Turbine, ein innovatives Turbinensystem, das sauberen, erneuerbaren Strom aus Wasserkraft mit hohem Wirkungsgrad erzeugt und gleichzeitig Fische schützt, und die Floating Drum Turbine, eine innovative Methode zur Erzeugung sauberer Energie aus Kleinwasserkraft.

Kredit: Mark König

Windenergie

Die Windenergie ist die am zweithäufigsten genutzte erneuerbare Energiequelle der Welt. Sie erzeugt 563 GW und hat einen Anteil von 24 % an der weltweiten Kapazität zur Erzeugung erneuerbarer Energien. Großbritannien ist mit einer Leistung von 13603 MW der sechstgrößte Produzent der Welt. Offshore-Windparks werden in Gewässern errichtet und versorgen allein in Großbritannien das Äquivalent von 4,5 Millionen Haushalten. Onshore-Windparks sind zwar wichtig, lieferten aber im Jahr 2020 nur etwa 10 % der britischen Energie. Beispiele für Windenergie-Technologien, die das Solar Impulse Efficient Solution Label erhalten haben, sind:

• Die Haliade-X-Windturbine, eine Windturbine mit einer Kapazität von 12 MW, die die Herausforderung der hohen Kosten für sauberen Strom mit einer größeren Windturbine löst, die für die gleiche Gesamtkapazität des Windparks weniger Installationen auf einer einzelnen Windturbine erfordert

• Wind Tulips - Kleine Windturbinen, die Effizienz, Geräuscharmut, synergetische Clusterbildung, Vogelfreundlichkeit und Kunstfertigkeit kombinieren. Diese Technologie nutzt innovative Aerodynamik und Design, um kleine Windturbinen herzustellen, die in der Nähe von Menschen und Gebäuden eingesetzt werden können.

• Windturbine für Telekom-Türme - Eine Lösung für bestehende Strukturen von Telekom-Türmen, die Wind-Solar integrierte Hybrid-Energie nutzt, um die Betriebskosten zu reduzieren.
  
  

Solarenergie

Solarenergie funktioniert durch die Umwandlung von Licht der Sonne in Energie. In Großbritannien werden Solaranlagen schneller installiert als in jeder anderen europäischen Nation. Das größte Solarkraftwerk der Welt - das Noor Abu Dhabi Projekt in den Vereinigten Arabischen Emiraten - produziert 117 GW und versorgt 90.000 Menschen mit Strom. Dies wird dazu beitragen, den Kohlenstoff-Fußabdruck des Landes um 1 Million Tonnen pro Jahr zu reduzieren. Beispiele für Solarenergie-Technologien, die das Label der Stiftung Solar Impulse erhalten haben, sind die Concentrated Solar Thermal Solution, eine innovative Lösung zur Erzeugung von grüner Wärme für Industrien und Städte; CONTAINWATT, ein mobiles Generator- und Speichersystem für erneuerbare Energie, das einen autonomen, wandelbaren Unterstand schafft; und Solarimo, eine Lösung für Immobilien, die Solarlösungen plant, realisiert und betreibt und den Strom an die Mieter verkauft.

Bio-Strom

Moderne Biomasse besteht aus Biokraftstoffen sowie Holzpellets und landwirtschaftlichen Nebenprodukten. Die Produkte (Brennstoff) werden verbrannt, um Dampf zu erzeugen, der eine Turbine antreibt, die Energie erzeugt. Großbritannien, China und Indien verzeichneten im Jahr 2018 mehr als die Hälfte des weltweiten Ausbaus der Bioenergie. Beispiele für Bioenergie-Technologien, die das Label der Stiftung Solar Impulse erhalten haben, sind eine Lösung, die Biomasse in Biomethan und Biodünger umwandelt, sowie BCH-Biomasse-Brennwertkessel, hocheffiziente Biomasse-Brennwertkessel, die in vielen Bereichen Energiekosten und Emissionen senken können.

Geothermie

Geothermische Energie wird in der Erde erzeugt und gespeichert. Im Jahr 2018 überstieg die globale geothermische Energieproduktion 13,2 GW. Island ist einer der weltweit größten Produzenten von geothermischem Strom und produziert 26,5 % des Stroms des Landes und 87 % des Bedarfs für Wohnungen und Gebäude aus natürlichem, unterirdisch gewonnenem Warmwasser. Beispiele für geothermische Energietechnologien, die das Label der Stiftung Solar Impulse erhalten haben, sind das Geothermie-Heizkraftwerk, das kostengünstige Wärme und Strom für Gemeinden aus lokalen Quellen bereitstellt, und die GeoTerre Geothermic Wall, ein kompakter, kostengünstiger geothermischer Oberflächenwärmetauscher zur Kühlung von Gebäuden mit geringen CO2-Emissionen.

Der Weg in die Zukunft

Die Beschleunigung dieser erneuerbaren Energietechnologien für alle wirft komplizierte und bedeutende technische, soziale, politische, wirtschaftliche, rechtliche und ethische Herausforderungen auf, die alle angegangen werden müssen, um nachhaltiges Wachstum und Entwicklung voranzutreiben. Zum Beispiel sind fossile Brennstoffe zuverlässiger, in der Lage, den Bedarf der Lieferanten zu decken, und flexibler als intermittierende erneuerbare Energien, die von den Wetterbedingungen abhängen. Diese Herausforderungen müssen angegangen werden, damit erneuerbare Energien wirtschaftlich mit Systemen konkurrieren können, die auf fossilen Brennstoffen basieren.

Einem kürzlich erschienenen Bericht der Internationalen Energieagentur (IEA) zufolge wird das Erreichen von Netto-Null-Emissionen eine beispiellose Transformation der Art und Weise erfordern, wie Energie weltweit produziert, transportiert und genutzt wird. Der Bericht skizziert mehrere Strategien, die verfolgt werden müssen, um diesen Übergang zu erreichen:

• Von heute an alle Investitionen in neue Projekte zur Versorgung mit fossilen Brennstoffen stoppen und keine weiteren endgültigen Investitionsentscheidungen für neue ungebremste Kohlekraftwerke treffen

• Bis 2035 keine neuen Pkw mit Verbrennungsmotor verkaufen

• Bis 2040 erreichen wir Netto-Null-Emissionen im globalen Stromsektor.

Das wichtigste Element für den Übergang zu einem Netto-Null-Energiesystem bis 2050 bei gleichzeitiger Gewährleistung einer stabilen und erschwinglichen Energieversorgung ist eine beispiellose Investition in saubere Technologien, um einige der wirtschaftlichen und technologischen Herausforderungen der erneuerbaren Energien zu bewältigen. Darüber hinaus sollte der Entscheidungsprozess für die Energiewende viele Akteure einbeziehen, wie z. B. politische Entscheidungsträger, Investoren, Wissenschaftler, NGOs und Ingenieure, die das bestehende System und die Möglichkeiten berücksichtigen, Hindernisse bewerten und Kompromisse eingehen.

Energiesysteme verändern und entwickeln sich ständig im Laufe der Zeit, und die heutigen Energiesysteme sind das Ergebnis einer langjährigen Entwicklung. Die Arbeit für zukünftige Energiesysteme muss daher jetzt beginnen, wenn wir in den kommenden Jahrzehnten Netto-Null-Emissionen erreichen wollen.

Referenzen

1. https://ourworldindata.org/renewable-energy

2. https://solarimpulse.com/efficient-solutions

3. https://odi.org/en/insights/six-global-trends-to-watch-in-2020/

4. https://www2.deloitte.com/us/en/pages/energy-and-resources/articles/renewable-energy-outlook.html

5. https://www.futurelearn.com/info/courses/energy-transition/0/steps/10198

6. https://sdg.iisd.org/news/iea-roadmap-to-net-zero-by-2050-includes-over-400-milestones/