hiermit möchte ich eine mögliche Lösung für den Klimawandel bzw. die Energiewende vorstellen.
Die ideale Lösung für die Energiewende sieht so aus, dass möglichst kein CO2 bei der Energiegewinnung entsteht. Also die komplette Energie aus erneuerbaren Energiequellen entsteht:
- Windkraft
- Photovoltaikanlagen
- Wasserkraft
- Biokraftwerken
Die benötigten Energiespeicher werden durch folgende Speichertypen realisiert:
- Wasserstaustufen
- Wasserstoffspeicher
- Batteriespeicher
- Usw.
Nun muss man beachten, wenn man möglichst die ganze benötigte Energie aus erneuerbaren Energiequellen gewinnen möchte, man zu jeder Zeit genügend Energie erzeugen muss um den laufenden Bedarf zu decken.
Also nachts, wenn die Photovoltaikanlagen keine Energie liefern, muss die benötigte Energie aus der Windkraft und Wasserkraft bzw. Biokraftwerken gewonnen werden und der fehlende Teil aus dem Energiespeicher.
Auch am Tag, muss die benötigten Energie vollständig aus den erneuerbaren Energie gewonnen werden und der Rest aus dem Energiespeicher.
Man muss also einen so großen Energiespeicher zur Verfügung stellen, dass im Winter, wenn nicht die Sonne scheint und auch kein Wind weht der vollständige Energiebedarf von ca. 80 GW aus dem Energiespeicher gedeckt werden kann.
Ein Gaskraftwerk liefert 50 – 340 MW Leistung. Man müßte also dafür ca. 500 Gaskraftwerke betreiben um diese Energiemenge zu erzeugen
Eine Problemlösung besteht immer aus mindesten drei Teilen:
- Die endgültige Lösung: Also die Erzeugung der benötigten Energie aus Windkraft und Sonnenenergie (Photovoltaikanlagen).
- Den Weg dahin: Also was kostet die Umstellung, welche Entwicklungen sind dafür notwendig.
- Wie lange dauert das: Also wie schnell können die notwendigen Anlagentechnologie serienreif entwickelt werden. Wie schnell kann die notwendige Infrastruktur fertiggestellt werden.
Das erstaunliche ist, dass alle notwendigen Entwicklung für die Umstellung der Energieerzeugung aus Windkraft und Photovoltaik fertig entwickelt sind und auch kurzfristig zur Verfügung stehen.
Nur gibt es das Problem das der Wind nicht immer weht und auch die Sonne nicht immer scheint.
Das heißt es muss Energie gespeichert werden können, die dann genutzt wird, wenn nicht genügend Energie aus Wind und Sonne erzeugt werden kann.
Es muss also ein möglichst großer Energiespeicher zur Verfügung gestellt werden, der die Energiemenge von mehreren Monaten speichern kann. Dieser Energiespeicher muss möglich einfach geladen werden können und an beliebigen Orten genutzt werden können.
Und jetzt das Erstaunliche, alles dies ist schon fertig entwickelt und auch kurzfristig zu realisierbar.
Wie sieht diese Lösung konkret aus:
Die Erzeugung der notwendigen zusätzliche erneuerbaren Energie würde hauptsächlich über Photovoltaikanlagen realisiert werden. Diese Technologie wird akzeptiert, keine Bürgerproteste, lässt sich fast überall realisieren, gucken sie einmal aus dem Fenster und überlegen sich wie viel Photovoltaikanlagen (1 KW Leistung pro 10m² Fläche) sich schon in ihrer direkten Umgebung installieren lassen. Diese Anlagen sind kostengünstig, haben eine hohe Lebensdauer und haben einen geringen Wartungsaufwand.
Die aktuelle Menge müsste um ca. das 8-fache vergrößert werden. Kosten ca. 368 Milliarden Euro für die komplette Erweiterung.
Bei der Erzeugung von erneuerbaren Energie, aus Windkraft, ist die Akzeptanz in der Bevölkerung geringer oder gar nicht vorhanden. Und wenn man ehrlich mit sich selbst ist, würde man auch nicht gerne so ein Windrad in unmittelbarer Nähe seiner Wohnung haben wollen.
Die Menge müsste um das ca. 3-fache vergrößert werden.
Das erreicht man schon durch die Inbetriebnahme der Offshore Windanlagen und dass man die Energie der vorhandenen Windräder immer nutzen kann und sie nicht abschaltet während der Nacht und bei Starkwind, weil diese Energie dann in dem Energiespeicher eingespeist werden kann.
Zusätzlich muss man zu diesem Thema wissen, dass jede Windanlage nach 20 Jahren abgerissen werden muss, denn diese Anlagen haben eine max. Betriebserlaubnis von 20 Jahren.
Danach kann also, an der gleichen Stelle, ein Windrad mit höherer Leistung installiert werden.
Ein ganz wichtiger Merksatz für den Energiebereich lautet:
Die Energie, die ich jetzt erzeuge, muss auch jetzt verbraucht werden und die Energie die ich jetzt verbrauchen möchte muss genau jetzt erzeugt werden.
Das heißt, wenn sie ihren Wasserkocher zu Hause einschalten, der 2 KW Leistung benötigt, muss ein Kraftwerk im gleichen Moment 2 KW mehr Leistung erzeugen. Umgekehrt muss die Leistung die ein Windrad erzeugt auch direkt verbraucht werden. Wenn das nicht möglich ist, muss das Windrad abgeschaltet werden. Deshalb ist ein Energiespeicher zwingend notwendig.
Übersicht der Energieträger, mit Angabe der erzeugten Energiemenge (Stand 2021):
Ergänzt mit der Angabe der theoretischen Mengen im Jahr 2025
| Energieträger | 2021 Energie[TWh] | Faktor | 2045 Energie[TWh] | Kommentar |
| Wind | 112,7 | 3 | 338,1 | Speichern der Energiespitzen |
| Photovoltaik | 48,4 | 8 | 387,2 | Erweiterung |
| Biokraftwerke | 43,1 | 2 | 86,2 | |
| Wasserkraftwerke | 19,3 | 1 | 19,3 | |
| Braunkohle | 98,9 | 0,5 | 49,45 | Wird genutzt zur CO2 Gewinnung |
| Steinkohle | 46,4 | 0,5 | 23,2 | Wird genutzt zur CO2 Gewinnung |
| Gas | 51,1 | 4 | 204,4 | Das zwischengespeicherte Gas Auch Nutzung als Prozessgas für die Chemieindustrie, weil aus CO2 Quelle Kohle |
| Kernenergie | 65,3 | 0 | 0 | |
| Gesamt Energiebedarf Deutschland | 485,2 | 2,48 | 1.107,85 |
Das heißt, dass man damit einen großen Anteil des Mehrbedarfs für die Automobilindustrie und Chemieindustrie auch abdecken würde.
Deshalb ist es wichtig einen flexibel nutzbaren Energiespeicher zu haben, der Energiebedarfsschwankungen ausgleicht und es auch ermöglicht die Energiespitzen zu speichern, so dass keine Energiequellen, z.B. Windräder, abgeschaltet werden müssen.
oder
Wo kann diese Energie gespeichert werden? In den schon vorhandenen Erdgasspeichern. Diese Erdgasspeicher haben eine Kapazität für den Energiebedarf von ca. 30% eines Jahres,
also völlig ausreichend für diese Aufgabe. Diese unterirdischen Gasspeicher sind deutschlandweit über vorhandene Rohrsysteme erreichbar und können sowohl Erdgas abgeben und auch aufnehmen.
Aber jetzt stellt sich die Frage woher kommt das Gas?
Dazu muss man wissen, dass wenn man Wasserstoff mit CO2 verbindet, Methan entsteht, das sich ohne Probleme mit Erdgas zusammen speichern lässt, wesentlich einfacher als Wasserstoff.
Wenn man dann noch berücksichtigt, dass bei Methanisierung Prozesswärme entsteht, mit der man die Elektrolyse mit einem besseren Wirkungsgrad durchführen kann, hat dieses Verfahren noch einen zusätzlichen Vorteil. Die zu speichernde Energie lässt sich mit einem Wirkungsgrad von 87% erzeugen (normal benötigt man 52 kWh für die Erzeugung von 1 kg Wasserstoff der wiederum 33 kWh Leistung erzeugen kann, das entspricht einem Wirkungsgrad von 63,5%).
Siehe:
https://www.interconnector.de/wissen/power-to-gas/
oder
Das gespeicherte Erdgas (Methan) lässt sich jetzt mit den schon vorhandenen Gaskraftwerken wieder in Energie umwandeln, so dass man auch in der Zeit, wenn nicht genügend Wind weht oder Sonne scheint genug Energie hat.
Was ist also notwendig für eine schnelle weitgehende Energiewende:
- Installation von möglichst vielen Photovoltaikanlagen. Kosten von 1 KW-Peak Anlagentechnik ca. 800 Euro (damit lassen sich 1.000 KWh Leistung im Jahr erzeugen)
- Erweiterung der vorhandenen Strominfrastruktur. Vergrößerung der Netztrafos, teilweise Verlegung von neuen Alustromleitungen, um die erhöhten Leistungen zu transportieren. Dafür müssen neue Leitungen verlegt werden, das aber heutzutage mit Horizontalbohrmaschinen und über Leerrohrsysteme sehr schnell und preiswert durchgeführt werden kann (siehe Glasfasernetzausbau). In diesem Zusammenhang wäre auch zu überlegen ein spezielles Energienetz für die erneuerbare Energieversorgung zu installieren, dass mit einer höheren Spannung betrieben wird. Bei einer Erhöhung der Spannung von 400V auf 1000V kann man das 2,5-fache an Leistung übertragen. Diese Anpassung kann nach Bedarf zeitlich versetzt vorgenommen werden. Diese Anpassung ist auch auf Grund der sehr schnellen Verbreitung der E-Autos so oder so fällig.
- Anschaffung von Hochtemperatur-PEM-Stacks mit denen der Strom der Erneuerbaren Energiequellen in Wasserstoff umgewandelt werden kann.
- Anschaffung von Methanisierungsanlagen mit denen der Wasserstoff in Kombination mit CO2 aus Kläranlagen, Kraftwerken oder der Luft in Methan umgewandelt wird.
(Die Leistungsangaben sind Annahmen, wesentlich ist aber, dass der Gesamtwirkungsgrad der Umwandlung bei ca. 87% liegt).
Das so erzeugte Erdgas aus Methan kann zusätzlich zum Betanken von Nutzfahrzeugen genommen werden.
Dieser Lösungsvorschlag lässt sich kostengünstig (dadurch würden nach meiner Meinung keine höheren Stromkosten entstehen, weil die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien kostengünstiger sind als die Energieerzeugung aus Braunkohle, Kernenergie oder Gaskraftwerken) verwirklichen.
Die notwendigen PEM-Stacks und Methanisierungsanlagen Technik muss noch installiert werden. Das ist die Zeitbasis für die Umstellung.
Die Produktion dieser Komponenten kann man sinnvollerweise in den Braunkohleabbaugebieten verlegen und so einen sinnvollen Strukturwandel durchführen.
Die Anlagen, die jetzt schon im Einsatz sich befinden, sind Kleinanlagen.
https://www.uniper.energy/de/energy-storage-uniper/gasspeicher-technik-uniper/power-gas
Mein Lösungsvorschlag
Was wäre, wenn man das Ganze in GROSS denken würde?
Dann würde ein vorhandenes Kohlekraftwerk einmal als Energiequelle dienen und gleichzeitig deren Abgase als CO2-Gasquelle für die Methanisierungsanlagen, die das Methan erzeugen für die unterirdischen Gasspeicher. So würden die vorhandenen Kohlekraftwerke kaum noch CO2 an die Umwelt abgeben und skalierbar werden. Das heißt, wenn man viel erneuerbare Energie hat, könnte man variable Teile der erzeugten Kraftwerksenergie in Methan wandeln und dann in den Erdgasspeicher abspeichern. Das Kraftwerk würde mit seiner normalen Leistung weiter betrieben werden.
Dabei würde der Wirkungsgrad des Kraftwerks verbessert werden und auch weniger CO2 Abgase entstehen. Die Arbeitsplätze würden erhalten bleiben.
- Also die bestehenden Kohlekraftwerke als CO2 Quellen nutzen.
- Die PEM-Stacks und die Methanisierungsanlagen (die Modulgröße sollte die gleiche sein wie die für die Energiestationen (in Containern eingebaut, so dass sie später, wenn alles vollständig auf Wasserstofftechnik umgestellt wird, extern weiter genutzt werden können) neben den Kraftwerken errichtet werden oder errichten von Hochtemperatur PEM-Stacks die mit noch höheren Temperaturen gefahren würden, noch ein höherer Wirkungsgrad.
https://de.wikipedia.org/wiki/Hochtemperaturelektrolyse - Auf den vorhanden Braunkohleabbaugebieten kann eine große Photovoltaikanlage errichtet werden und zusätzliche Windräder.
- Die vorhandenen Stromleitungen, die zurzeit zur Stromableitung dienen, würden dann dazu genutzt werden erneuerbare Energie, von extern, zu den PEM-Stacks und Methanisierungsanlagen zu transportieren.
Also meine Vorschläge lauten:
- Ausbau der erneuerbaren Energie so schnell es geht, die Finanzierung könnte man vielleicht über Bürgergenossenschaften realisieren, viele Bürger suchen nach Möglichkeiten ihr vorhandenes Geld sinnvoll anzulegen.
- Entwicklung von genormten Energiestationen an denen bis zu 1.000 Wohneinheiten angeschlossen werden können. Deren Energiequellen würden 1 bis 2 Windräder sein und die Photovoltaikanlagen der 1000 Wohneinheiten. In der Energiestation wird ein PEM-Stack und eine Methanisierungsanlage integriert und die Umschaltstationen für Strom, Wasserstoff und Erdgas und ein Blockheizkraftwerk.
- Errichtung von Groß-Gasquellen für Synthetik Gas (Methangas) an den vorhandenen Kohlekraftwerken, die das erzeugte Gas in den vorhandenen unterirdischen Gasspeichern abgeben.
Zwischenbemerkung: Methan ist noch Klimaschädlicher als Erdgas, da es aber aus CO2 von den Kohlekraftwerken gewonnen wird, quasi CO2 neutral.
Das Ganze lässt sich nach meiner Meinung sehr kurzfristig realisieren, weil alle notwendigen Entwicklungen dafür vorhanden sind. Keine großen Bürgerproteste bei der Verwirklichung drohen. Und auch die benötigten Flächen für die Anlagentechnik vorhanden sind und die notwendigen Stromtrassen, denn der Strom kann in beide Richtungen fliesen.
Das wäre nach meiner Meinung sinnvoller, als Flüssiggas zu importieren, das aus Fracking gewonnen wird. Die Verwirklichung der Flüssiggasterminals dauert auch mehrere Jahre. Ich bin der festen Überzeugung das man in diesem Zeitraum auch einen großen Teil der beschriebenen Lösung verwirklichen könnte.
Eine Karte der vorhandenen Gasspeicher:
Gasleitungsinfrastruktur Deutschland:
Ein zusätzlicher Effekt wäre der, dass bei einer Zwischenspeicherung von elektrischer Energie in Gasspeichern ein Energietransfer von Norddeutschland nach Süddeutschland über die Gasleitungsinfrastruktur möglich wäre.
(Bitte das Copyright beachten)
Die Gesamtleistung der heutigen Gaskraftwerke beträgt ca. 40 GW. Das heißt, dass der variable unterirdische Energiespeicher, eine max. Leistung von 40 GW hat.
Die Leistung der Gaskraftwerke sollte deutlich erhöht werden, um möglichst viel Leistung zu erzeugen, wenn nicht genug Energie aus Wind und Sonne erzeugt werden kann.
Das Speichern von überschüssiger Energie aus Wind oder Sonne ist in fast beliebiger Größe möglich.
Dazu sollten an möglichst vielen Kohlekraftwerken, breit gestreut in Deutschland, PEM-Stacks mit Methanisierungsanlagen installiert werden.
Zusammenfassung dieses Lösungsvorschlags:
- Die vorhandenen Kohlekraftwerke würden zur Methangasproduktion benutzt werden und das mit einem Wirkungsgrad von ca. 87%. Pro kWh Strom aus Kohlekraftwerken entsteht ca. 360g CO2. Aus 3 kg CO2 in Kombination mit 1 kg Wasserstoff entstehen 4 kg Methan.
- Die Abgase der Kohlekraftwerke würden weniger CO2 enthalten.
- Die vorhandenen Gaskraftwerke hätten eine bessere Auslastung, weil sie als Energiequellen genutzt würden, wenn nicht genügend Erneuerbare Energie erzeugt wird.
- Man erzeugt dadurch nicht nur Strom, sondern auch Methan für die Chemische Industrie und die Haushalte.
Bemerkung zum Wirkungsgrad der Methanerzeugung:
Der Wirkungsgrad wäre sehr schlecht. 15% Verlust durch das trennen des CO2, dann noch Verluste durch die Wasserstoff- und Methanerzeugung.
Nun muss man aber folgendes dabei beachten. Für die Stromerzeugung aus Sonne und Wind fallen keine Betriebskosten an. Sonne und Wind kosten kein Geld.
Also, wenn Energie aus Sonne oder Wind hergestellt wird, die man sonst nicht umsetzen kann, wird diese Energiequelle ausgeschaltet. Also wird Null Energie erzeugt.
Mit Hilfe von Kohlekraftwerken kann diese jetzt gespeichert werden, also hat man quasi einen 100% Wirkungsgrad.
Also unterscheiden zwischen den technischen Wirkungsgrad und den wirtschaftlichen Wirkungsgrad.
Das wäre jetzt eine kurzfristige schnelle Lösung.
Langfristig muss man eine reine Wasserstofflösung verwirklichen.