Nachhaltigkeit der Energieversorgung

Vortrag
entnommen aus Broschüre

Genug Lebensenergie für alle


Grenzen & Möglichkeiten

Die technischen Aspekte

Professor Andreas Pfennig,
Aachener Verfahrenstechnik
Thermische Verfahrenstechnik
RWTH Aachen

Die ökologische Tragfähigkeit der Erde darf durch menschliches Wirtschaften nicht überschritten werden, um unser Wohlergehen langfristig sicherzustellen.

• Werden die Ressourcen der Erde den Bedürfnissen der Menschen gegenübergestellt, wird offensichtlich, welche Optionen auf dem Wetg in die Nachhaltigkeit überhaupt noch möglich sind.

Diese Gegenüberstellung soll in dem Vortrag als ein erster Schritt auf dem Weg zu einer umfassenderen Modellierung der Zusammenhänge diskutiert werden und folgende Fragen beantworten:

• Wie viel Bioenergie können wir uns leisten, ohne die Ernährung zu gefährden ?

• Kann Sonnenenergie unseren Energiehunger stillen ?

• Können wir das Klimaschutzziel von maximal +2°C mit geeigneten Technologien noch erreichen ?
  

Schlagwörter und Notizen:

Statische Reichweite [Jahre]

• Statisch = begrenzt

• Rohöl: 42

• Erdgas: 63

• Steinkohle: 163

• Braunkohle: 227

• Quelle: Arnd et al. Chem.Ing., Tech. 79(5)
  

Bild:

• McCarthy - Gletscher in Alaska
• 1909: ganz normal
• 2004: fast verschwunden

Ressourcen

• Änderung der Vorräte = - Förderung

Atmosphäre

• Förderung und Verbrennung

Begriffserklärung Nachhaltigkeit:

• kommt aus der Forstwirtschaft => soviele Bäume aufforsten wie gefällt bzw. abgeholzt wurden

Verfahrenstechnik:

• Prozesse für Energierohstoffverarbeitung entwickeln und bereitstellen

Reichweite der Rohstoffe

• statisch
• dynamisch

Rohölpreis

• Kollege BWL-Dipl. ?? aus Frankfurt wg. Diplomarbeit: "Wie entsteht der Rohölpreis ?" fragen
• Diagramm: Euro/Barrel über Zeit
• jährlicher Anstieg: 10 bzw. 20 % (Schnittpunkt dort, wo Preis am höchsten)

Mauna Loa, Hawaii

• CO2 Messung in der Atmosphäre
• Diagramm: Konzentration (300-400ppm) über Zeit (1960-2010)
• Monatswert (=linear) + gleitendes Mittel
• ansteigend

Wie lange reichen die fossilen Energieträger ?

• "wo nicht anders angegeben, gelten globale Bilanzen"

Verbrauch von Primärenergieträgern [kWh pro Kopf und Jahr]

• weltweites Mittel: 19.272

• USA: 101.026

• Deutschland: 48.609

• China: 14.981

• Indien: 5.931

• Afrika: 4.073

Stromrechnung von den Stadtwerken

• Bürger sollten ihre Stromrechnung sehr genau anschauen
• Detektion von Stromfressern + persönliches Verhalten

• Def: Energie kann man nicht verbrauchen => es handelt sich immer um Energietransformation / Umwandlung

Anteile der Primärenergieträger am täglichen bundesweiten Verbrauch [%]

• Kohle: 25,7

• Erdgas: 21,6

• Erdöl: 34.6

• Biomasse: 10

• Kernenergie: 5,6

• Wasserkraft: 2,3

• in Deutschland werden umgerechnet 8,3 kg/Tag, weltweit 4,24 kg/Tag verbraucht

Energienutzung [%]

• Industrie: 28,5
• Verkehr: 30,3
• Gewerbe, Handel, Dienstleistung: 15,6
• Haushalt:

Energieträger:

• Kernspaltung und Kernfusion unter nachhaltigem Aspekt eher negativ
• Fossil mit CCS: Carbon Capture and Sequestration)

• Wellen und Gezeiten
• Wasserkraft
• Wind
• Geothermie

• Solarthermie
• Photovoltaik
• Biomasse

Anteile Primärenergieträger am Verbrauch

• Welt: 19.272 kWh/Jahr => 4,24 kg /(Kopf * Tag)

• Deutschland: 48.609 kWh/Jahr => 8,38 kg /(Kopf * Tag)

• früher mussten die Schüler noch Kohlebriketts in die Schule mitnehmen, um die kalten Räume zu heizen !

Welche Alternativen habe ich ?

• Prinzipielle Alternativen: vor 2050 keine Kernfusion

Solarthermie:

• besonders im Mittelmeerraum (Dach)
• in Deutschland für warmes Wasser im Haushalt

Schwerpunkt:

• Solarthermie
• Photovoltaik: vorsichtige Abschätzung
• Biomasse: Konkurrenz zu Nahrungsmittel

Ernährungsparadigmen

• Fleisch vs. Pflanzen
  
• Veredlungsverluste von Fleisch bis 3 % (???)

Weltenergievorräte

• Skizze: Masse (?) (2*10^15 - 1*10^16 kg) über Zeit (2010 - 2060)

Start bei 2010

• Kohle: 6*10^15 fällt ab bis nach 2060
• Gas: 8*10^15 fällt ab bis 2040
• Erdöl: 1*10^16 fällt ab bis knapp vor 2040 (?)

• zwischen 2025 und 2045 befinden wir uns in den gewünschten +2°C-Bereich

• wenn > 2°C dann sprunghafte Änderung: z.B. Beeinflussung des Golfstroms

• Umstieg von Kohle nach Erdöl erfolgte um 1920

• ungenaue Schätzungen (Meer, Pflanzen, Kreisläufe, Zeit, Reserven etc.)
  

Ing. /Projekt / Zeitplan

• Prozess planen
• Genehmigungsverfahren
• Kontraktionen
• dauert 10-15 Jahre

Pflanzliche Nahrung in Deutschland: [kcal/(m²*Jahr)]

• Tomaten: 3050
• Mais: 2740
• Kartoffeln: 2566
• Weizen: 2261
• Möhren: 1450
• Apfel: 1430
• Rot- und Weißkohl: 990
• Blumenkohl & Broccoli: 450
• Gurken: 292
• Salat: 230
• Spargel: 50

Lösen nachhaltiger Bilanzen / Der Clou:

• Prof. berechnet verbleibende Nutzfläche Fläche für jeden Einzelnen
  

• (Vgl.: Fußballfeld = 7.000 m²)

• man muss von allen Flächen Wüsten + Permafrost abziehen (=nutzbar)
  

Heute:

• Landfläche insgesamt: 22.000 m² / Kopf
• nutzbare: 15.500 m² / Kopf

2050:

• Landfläche insgesamt: 15.200 m² / Kopf
• nutzbare: 11.068 m² / Kopf

• Erhaltung der Umwelt: - 1107 m²
• Siedlungsfläche: - 750 m²
• Ackerfläche: - 2300 m²
• Weide: - 5300 m²
• Biomasse als Chemierohstoff: - 400 m²

• Restenergiefläche: 1.211 m²

• das entspricht maximal 18% der Primärenergieträger bei 4 kWh /(m² * Jahr)
  

... das Energieverhalten der Menschen ist wichtiger als jede neue technische Entwicklung !

• Bsp: anstatt Fleisch kann man auch Grünkernbratlinge essen !
  

UN-Prognose zur Weltbevölkerung

• world population prospects => http://esa.un.org/unpp/

• Skizze: hohe, mittlere und niedrige Variante der Weltbevölkerung
  

• niedrig: 7,79 Mrd. Menschen /mittel: 919 Mrd /hoch: 10,76 Mrd

Variante für Konventionelle Ernährung

• verbleibende Nutzfläche: - / - / -238 m²

• Fläche für Photovoltaik: 64m² / 121m² / 161 m²

• Max. Anteil Biomasse an Energieversorgung: 44% / 18% / -

Variante für pflanzenbasierte Ernährung

• verbleibende Nutzfläche: 2315 m²/ 296 m² / -

• Fläche für Photovoltaik: - / - / 38m²

• Max. Anteil Biomasse an Energieversorgung: 78% / 81% / 64 %

Energienutzung in Deutschland [kWh/(m²*Jahr)]

• Sonnennutzung: 100
• Biodiesel: 1,5
• Biogas: 2,5
• Biomasse to Liquid: 3

Photovoltaik:

• 30mal mehr als Biomasse

Fazit:

• zwei Probleme: Energie und Klima

• Landfläche ist ein knappes Gut

• Preis tierischer Nahrung wird steigen

• Energiepflanzen nur zwischenzeitliche als Energieträger

• nachhaltiger Energiemix: Restbiomasse

• langfristig: Photovoltaik wird preiswerter, ist sicher und nachhaltig

Für genauere Angaben:

• www.avt.rwth-aachen.de

• www.huntec.rwth-aachen.de