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Volk und Wirtschaft

Auf dem Weg zu optimalen Energieinfrastrukturen - ein Suchprozess

Thomas Wahl
Dr. Phil, Dipl. Ing.
Zum Kurator'innen-Profil
Thomas WahlDienstag, 08.10.2024
Die Wahl der Kombination der richtigen Energiequellen und Energieinfrastrukturen ist in Volkswirtschaften komplex. Suboptimale oder falsche Entscheidungen haben u.U. tragische Folgen. Ein Faktor ist z.B. der teils erhebliche Materialeinsatz für verschiedene Energiequellen und Speicher.
Wenn wir eine kohlenstoffarme Wirtschaft aufbauen wollen, müssen wir eine Menge verschiedener Mineralien abbauen bzw. gewinnen. Für den Bau von Solarzellen benötigen wir Silizium, Nickel, Silber und Mangan. Wir brauchen Eisen und Stahl für Windturbinen, Uran für die Kernkraft und Lithium und Graphit für Batterien.
Wie "Our World in Data" recherchiert hat, ist dabei die Kernenergie die Energieart, die mit Abstand am wenigsten Abraum etc. erfordert - gemessen in Kilogramm bewegten Materials pro Gigawattstunde (GWh) erzeugtem Strom. Die Grafik zeigt für ein moderneres KKW AP 1000 einen Wert von knapp 10 kg an. Der AP1000 ist ein von der Westinghouse Electric Company entwickelter und verkaufter modernerer Druckwasserreaktor mit verbesserter passiver nuklearer Sicherheit - konstruiert zur Senkung der Kapitalkosten und zur besseren Wirtschaftlichkeit. Vergleicht man die dabei anfallende Menge des Abbaumaterials mit den EE, so werden bei der Offshore-Windenergie knapp 35 kg bewegt, für Batteriespeicher knapp 40 kg und für Solaranlagen gut 45 kg. Unschlagbar schlecht ist natürlich Kohle mit etwa 1,2 Millionen kg pro erzeugter GWh.

Wie wir den Übergang zu kohlenstoffarmer Energie gestalten, wird also erheblichen Einfluss auf den Umfang und die Qualität haben, wie wir unsere Erde zukünftig durch den Bergbau verändern, verunstalten. Darüber sollten wir also unbedingt differenzierter diskutieren.

Ein weiterer Faktor für die Effizienz zukünftiger Energieinfrastrukturen ist der optimale Strommix und die Speicherfrage. Die als Stromquelle inhärent schwankenden Windräder oder Solaranlagen sind und bleiben ein Problem für die preiswerte, schlanke und sichere Energieversorgung. Wichtig ist daher ein Anteil konstant verfügbarer Energie, die aber auch zur Lastfolge fähig sein sollte. Dazu die NZZ:
Konstant gelieferter Strom für den Grundbedarf wird als Bandenergie bezeichnet. Eine Reihe von Energiesystemanalysen zeige, dass ein extrem hoher Anteil an fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen die Systemkosten enorm anhebe, sagt Pautz. «Dann muss man viel bei der Speicherung und beim Netzausbau machen.» Höhere Systemkosten bedeuten auch einen höheren Strompreis. Der PSI-Wissenschafter vermutet, dass es ein Optimum für die Anteile an Bandenergie und an fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen gibt. Seiner Ansicht nach ist ein Anteil von 20 bis 25 Prozent an Bandenergieerzeugung vernünftig. Der Institutskollege McKenna sieht das genauso. Aus Kostensicht sei es nicht unbedingt optimal, auf 100 Prozent erneuerbare Energiequellen zu setzen.
Lastfolge heißt, dass die Stromerzeugung von Kraftwerken dem Strombedarf angepasst werden kann. Dafür kann man zum Beispiel Wasserkraft- oder Gaskraftwerke nutzen, aber auch Kernkraftwerke. So ist es technisch möglich, die Leistung von Kernkraftwerken innerhalb von einer Minute um einige Prozent zu senken oder zu steigern. Kernkraft gehört (nicht nur lt. Our World in Data) auch zu den sichersten und saubersten Energiequellen. Die Sterberaten pro erzeugter Energieeinheit (gemessen anhand der Todesfälle durch Unfälle und Luftverschmutzung pro Terawattstunde) liegen mit 0,03 zwischen Wind (0.04) und Solar (0,02). Und auch wenn immer wieder behauptet wird, Kernkraft sei die teuerste Energieform, gibt es ernsthafte Gegenrechnungen (oder hier):
"Kernkraft erfordert unbestritten sehr hohe Anfangsinvestitionen“, sagt Prasser, „aber ein modernes Kernkraftwerk läuft viele Jahrzehnte“. Weil, anders als bei Gas und Kohle etwa, die Brennstoffkosten kaum ins Gewicht fallen, sei der Atomstrom langfristig eine sehr günstige Energieform, so Prasser. Ein AKW, das von den 8760 Stunden des Jahres 7000 bis 8000 am Netz sei und 40 Jahre lang laufe, liefere über seine Lebensdauer Strom für vier bis fünf Cent die Kilowattstunde im Schnitt. Moderne AKW seien nach 30 Jahren abgeschrieben und danach „Gelddruckmaschinen“, sagt Prasser."

Zumal KKW auch den Aufwand für Systemkosten und Netzausbau stark senken. Man sollte sich daher nicht wundern, wenn eine Renaissance der Atomkraft ernsthaft auf der Tagesordnung steht.  Aber wie in diesen Fragen immer, gibt es einen erbitterten und leidenschaftlichen Kulturkampf darüber, ob und wie gut sich verschiedene Energiequellen kombinieren lassen. Grundsätzlich finden aber viele Wissenschaftler, 
dass die Diversifizierung bei der Stromversorgung eine Stärke sei. Vor zwei Jahren hätten Kollegen vom PSI untersucht, wie es um die Versorgungssicherheit der nationalen Stromsysteme in Europa stehe. Frankreich habe da relativ schlecht abgeschnitten, weil dort die Kernenergie so dominant sei. Eine höhere Punktzahl erreichten Länder mit einer stärkeren Mischung der Stromquellen wie zum Beispiel Dänemark, Island, Schweden und die Schweiz.
Dazu muss das Stromnetz allerdings intelligenter werden. All das sind Langfristprozesse, von denen wir noch nicht wissen können, wie am Ende ein Optimum aussieht. Wobei wohl, wie die NZZ m.E. richtig bemerkt, die größten Herausforderungen 
bei der Aufgabe, verschiedene Energiequellen miteinander in Einklang zu bringen, …. jedoch nicht technische Hindernisse (sind), sondern solche wie Ideologie, soziale Akzeptanz und finanzielle Risiken, ….


Auf dem Weg zu optimalen Energieinfrastrukturen - ein Suchprozess

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Kommentare 12
  1. Thomas Wahl
    Thomas Wahl · vor 21 Tagen

    Google will KI-Rechenzentren mit kleinen Atomkraftwerken betreiben
    https://www.zeit.de/di...

  2. Lutz Müller
    Lutz Müller · vor 22 Tagen · bearbeitet vor 17 Tagen

    Was in den hier präsentierten Artikeln und Statistiken fehlt, sind Aussagen über die Aufwendungen für die Endlagerung von Atommüll. Wenn der reine Materialaufwand für die Kernenergie herangezogen wird oder die Kosten am unteren Rand veranschlagt werden, überzeichnet man doch die tatsächliche Effizienz der Energieerzeugung. Gibt es dazu Studien?

    1) Die WirtschaftsWoche erwähnt zwar, dass die Langfristkosten wie Endlager für den Atommüll nicht in den betrachteten Indikator LCOE einfließen. Schon damit hinkt der Vergleich, denn bei Solar- und Windenergie sind die verwendeten Materialen hochgradig recyclebar.

    2) Auf der im Pick verlinkten Seite des KKW Gösgen steht, dass die Kosten für die Entsorgung zwei Drittel der gesamten Brennstoffkosten ausmachen. Diese Aussage verweist auf die Website von swissnuclear:
    Die Nagra (Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle) ist zuständig für Forschung, Planung und Standortsuche für die geologischen Tiefenlager.
    Durch Einzahlungen in zwei staatlich kontrollierte Fonds „... entstehen künftigen Generationen keine ungedeckten Kosten.
    ... Was Stilllegung und Entsorgung kosten werden, bestimmt eine vom Bund eingesetzte Kommission.“
    https://www.kernenergi...
    Schön, wenn sich die Schweizer auf diese Regeln und Versprechen verlassen könnten ...

    3) Der Link auf die NZZ funktioniert nicht.

    4) Our World in Data verwendet den Indikator kg/GWh (Masse des verwendeten Materials und Abraums im Verhältnis zur Elektroenergieerzeugung). Aufgrund des hohen Wirkungsgrades ist die Kernenergie ohne Konkurrenz.
    Frage: Ist auch der Materialbedarf für Endlager einbezogen?
    CH ist wegen ihrer vorhandenen Bergmassive in diesem Punkt möglicherweise gegenüber D im Vorteil.

    5) Die deutsche Bundesgesellschaft für Endlagerung mbH (BGE) beantwortet allgemeine Fragen, u.a.:
    - Warum soll der radioaktive Abfall tiefengeologisch gelagert werden? Ist das nicht das Prinzip „Aus den Augen aus dem Sinn“? Ist das nicht unverantwortlich?
    https://www.bge.de/de/...
    Auch die Option der Nutzung heutiger Abfälle als Wertstoffe wird dabei offengelassen.
    Allerdings wird sich dann der Wirkungsgrad reduzieren – um wie viel?
    Gibt es eine Chance für Wirtschaftlichkeit?
    Wenn ja, müsste nicht jetzt alles daran gesetzt werden, die verbliebene Energie zu recyceln – bestenfalls in einem internationalen Projekt – anstelle einer aufwändigen (staatlich betriebenen) Endlagerung mit noch geringerer Aussicht auf Wirtschaftlichkeit in der Zukunft?

    6) Ergänzend die FR zu einem aktuellen Dissens zwischen Bayern und Niedersachsen: https://www.fr.de/wirt...

    Mein Fazit ist, dass noch viel genauer hingeschaut werden muss, bei allem unvermeidbaren „Try and error“ – Vergleiche der Energieträger sind an einigen Stellen, die CO2-Reduzierung ausgenommen, nur eingeschränkt belastbar.

    Anmerkung: Zur Richtigstellung unter 4) eingefügt "und Abraums".

    1. Thomas Wahl
      Thomas Wahl · vor 21 Tagen

      Die Zukunftsprognosen sind notwendigerweise Unscharf. Insofern bringt es wenig, genau hier eine hochgenaue Prognose zu fordern. In D hat man lange eine ernsthafte Suche nach Endlagerung und damit die Realisierung blockiert. Die Mittel dafür sind zurückgelegt. Man sollte endlich damit anfangen und kann dann die Realität mit den Entsorgungskosten vergleichen, die etwa bei Windrädern entstehen werden. Auch dort ist der letztendliche Preis noch unklar.

    2. Thomas Wahl
      Thomas Wahl · vor 21 Tagen

      Danke für den Hinweis - der Link müßte jetzt gehen.

    3. Lutz Müller
      Lutz Müller · vor 20 Tagen

      @Thomas Wahl Danke. Aus dem NZZ-Artikel können wir die Probleme ermessen, die bei einem Kohleausstieg kommen. Gas liefert ja auch keine grüne Energie, allem Greenwashing zum Trotz.
      Aber er geht auf Entsorgung/Endlagerung nicht ein, wenn auch die Sicherstellung einer lastgerechten Energieerzeugung und -verteilung allein schon ein hochkomplexes Thema ist.

      Bei allen Unschärfen hinsichtlich der Kernenergie bin ich nicht prinzipiell gegen Vergleiche. Rückbau- und Recyclingkosten der Windräder dürften sich genauer schätzen lassen als die Endlagerung der KKW-Rückstände. Dass Investitionen oft teurer werden als geplant, wissen wir aus Bauprojekten auch ohne Hightech. Zumindest muss genau gesagt werden, was in den Rechnungen erfasst ist oder außen vor bleibt.
      Der verlinkte Hauptartikel aus Our World in Data ist auf den anfallenden Abraum (waste rock) fokussiert. Die ungleich verteilten Aufwendungen für Entsorgung/Endlagerung bei den einzelnen Energieträgern sehen wir nicht.

      Durch die neueren Entwicklungen bei den Speicherkapazitäten (vgl. Dominik Lennés Pick https://forum.eu/users...) wird die Kostensituation ebenfalls beeinflusst.
      In Produktion und Verteilung werden bereits jetzt Dezentralisierung sowie die Position von Kleinsterzeugern gestärkt.

    4. Thomas Wahl
      Thomas Wahl · vor 19 Tagen · bearbeitet vor 19 Tagen

      Es ist natürlich immer gut, genauer hinzuschauen und die Jahrzehnte alten Mythen gerade über Kernkraft zu entkräften. Aber letztendlich wird eine noch höhere Genauigkeit etwa bei den Kosten der Endlagerung das Bild nicht wirklich ändern. Kernkraft kann und wird wahrscheinlich eine wichtige Komponente der zukünftigen Energiesysteme in der Welt sein. Mit oder ohne Deutschland…..

  3. Achim Engelberg
    Achim Engelberg · vor 27 Tagen

    Eine entscheidende Ergänzung:

    Die Atomlobby will das Ergebnis einer Volksabstimmung in der Schweiz von 2017 kippen.

    Wirtschaftliche und politische Beharrungskräfte begründen das mit der Ideologie der "Technologieoffenheit".

    Dieser Hintergrund fehlt in diesem naturwissenschaftlich-technologischen Pick. Wird er einblendet, ergeben sich traditionelle Recht-Links-Konstellationen.

    https://www.tagesschau...

    1. Thomas Wahl
      Thomas Wahl · vor 27 Tagen

      Danke für die Ergänzung. Das in einer Demokratie Gruppen (ob man sie nun Lobby nennt oder nicht) Ergebnisse von früheren Entscheidungen und Lobbyprozessen korrigieren wollen, das ist doch gerade Demokratie. Gehört zum Lernprozess. Eine Gesellschaft, die ihre Fehler nicht korrigiert, geht unter. Natürlich gibt es auch Beharrungskräfte. Auch sie sind notwendig. Man kann nicht ständig alles ändern. Wir befinden uns also in einem ständigen Suchprozess von Versuch und Irrtum. Teile der EE-Lobby beharren auf 100%- EE. Keiner hat da die Wahrheit per se gepachtet.

      Traditionelle Recht-Links-Konstellationen sehe ich da allerdings nicht unbedingt. Eigentlich waren Linke früher eher "technologieoffen".

    2. Achim Engelberg
      Achim Engelberg · vor 27 Tagen

      @Thomas Wahl Welche Linkskräfte in Politik, Zivilgesellschaft und Medien benutzen das scheinbar unverbindliche, neutrale "Technologieoffenheit"?

      Fast alle relevanten Linkskräfte wollen neue Technologien - zumindest die im Link genannten. Wahrscheinlich wird das nicht reichen, aber es ist ein guter Schritt.

      Ohne weitere entscheidende Veränderungen wird es nicht gehen und diese wollen die Kräfte der "Technologieoffenheit" nicht.

    3. Thomas Wahl
      Thomas Wahl · vor 27 Tagen

      @Achim Engelberg Das man neue Technologien will, heißt nicht, das man dies technologieoffen möchte. Kernkraft jedenfalls steht heute zumindest in D weniger auf der "linken" Agenda. Obwohl es früher zum linken Traum gehörte, damit den Sozialismus mit Energie im Überfluß zu versorgen. Es war dann Angela, die damals den Atomausstieg forciert hat. Was zeigt, das auch konservative Kräfte dem Anti-Atom-Narrativ folgten und folgen. Deswegen sehe ich da keinen klassischen rechts-links Konflikt.

      Warum sollten "die Kräfte" der "Technologieoffenheit" keine entscheidenden Veränderungen wollen? Das ist doch erst mal eine Unterstellung. Was entscheidend ist, liegt immer im Auge des Betrachters. Allerdings letztendlich ist der Erfolg entscheidend und nicht das was man für entscheidend gehalten hat. Deswegen ist es immer problematisch, die eigenen Ziele auch noch moralisch zu überhöhen. Dem politischen Gegner zu unterstellen, er habe niedrige Motive, wolle nur Gewinn und keine entscheidenden Veränderungen. Eine gewisse Skepsis gegenüber der eigenen Erkenntnisfähigkeit scheint mir eher angebracht.

    4. Marcus von Jordan
      Marcus von Jordan · vor 25 Tagen

      @Thomas Wahl nun, ist es nicht doch recht augenscheinlich, dass die "Kräfte", die jetzt mit der "Technologieoffenheit" als quasi politischem Kampfbegriff agieren, sich lange eben als die Beharrer profiliert haben, die nicht alte Technologien, sondern alte Geschäftsmodelle verteidigt haben und dabei ewig alles andere als grüne Spinnerei abgetan haben. Mit den bekannten Folgen. Es muss erlaubt sein denen gegenüber misstrauisch zu sein und zu befürchten, dass weiter ihre Klientel das Maß ihrer "Meinung" ist.

      Bei der Atomdebatte spielt mir viel zu wenig die tatsächliche Technologie eine Rolle. Was können neue Meiler und was könnten sie, wenn man weiter forscht? Ich meine verstanden zu haben, dass es um die alten deutschen Meiler wirklich nicht schade ist. Aber ist es wirklich absehbar, dass Werke entstehen, die mit Atommüll fahren könnten? Ich kenne keine Grünen, die das nicht begeistern würde und ich kenne viele.

    5. Thomas Wahl
      Thomas Wahl · vor 25 Tagen

      @Marcus von Jordan Man muß natürlich immer mißtrauisch sein mit/bei politischen Kampfbegriffen und Geschäftsmodellen. Von „Atomkraft nein Danke" über die Atomkraft als prometheische Hoffnung bis "Die Sonne schickt keine Rechnung" usw. Inzwischen ist ja die Idee von 100% EE auch alt und offensichtlich problematisch. Auch das Profitinteresse einer starken Industrie ist dort nicht zu übersehen. Insofern stimmen wir überein.

      Von den deutschen Meilern höre ich viele Experten sagen, sie seien die sichersten der Welt (gewesen). Die Entwicklung moderner haben wir ja eingestellt. Und ja, es ist durchaus absehbar, das zukünftige KKW Atommüll verbrennen. Man muß allerdings eben daran arbeiten. Die Zukunft ist offen …..

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