Letzte Aktualisierung am 26. Dezember 2023.

Dieses Buch von Lars Schernikau hat bei mir immer wieder kognitive Dissonanzen ausgelöst, da ich sicher nicht allen Aussagen zustimmen kann und eine gewisse Voreingenommenheit mitschwingt, was aber bei einem so politischen Thema auch normal ist. Dennoch gibt es viele Aussagen, die aus systemischer Sicht sehr wichtig und hilfreich sind, um die Faktenlage besser einordnen zu können. Auch hier geht es wieder um ein Sowohl-als-auch und nicht um ein Entweder-oder, was leider auch in vielen aktuellen Debatten schiefläuft und damit irreführend ist. Dogmatisches Handeln hat sich in der Vergangenheit immer wieder als schwerer Fehler erwiesen.

Das Buch steht auch in einer englischen Version zur Verfügung. Zudem gibt es eine Webseite mit weiterführenden Hintergrundinformationen.

Daher hier wieder einige Zitate, die ich für sehr wichtig halte:

Energie ist das Lebenselixier moderner Volkswirtschaften. Eine der großen historischen Errungenschaften des 20. und frühen 21. Jahrhunderts war die Verbesserung des Lebensstandards in den Industrieländern, die gleichzeitig mit einer erheblichen Verringerung der Armut in den Entwicklungsländern einherging.

Der zweite Grundsatz ist die Erkenntnis, dass die Wahl der Energiequellen durch die Gesetze der Thermodynamik, der Chemie, der Geografie, der Meteorologie und der Ökonomie limitiert ist.

In der Praxis begrenzen die Gesetze der Thermodynamik die Menge an Wind – und Solarenergie, die mit den bekannten Technologien gewonnen werden kann.

Die fehlende Speichermöglichkeit macht es bis heute unmöglich, ein funktionierendes Elektrizitätsnetz ohne einen erheblichen Anteil an fossiler und nuklearer Leistung zu betreiben.

Man sollte sich jedoch darüber bewusst sein, dass bei einem Energiemangel das Geschäft mit fossilen Brennstoffen florieren wird. Denn Zeiten des Energiemangels gehen immer mit hohen Strompreisen einher, was zu hohen Rohstoffpreisen führt. Dies wiederum hat Übergewinne für all diejenigen zur Folge, die Energierohstoffe produzieren bzw. handeln und Elektrizität erzeugen.

Die in der Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts entdeckte Kernkraft steigerte die einem einzelnen Menschen zur Verfügung stehende Energie um den Faktor eine Million.

In Deutschland erreicht die Photovoltaik („PV“) im Durchschnitt einen jährlichen natürlichen Nutzungsgrad von ~10-11 %, während in Kalifornien durchschnittliche Jahreswerte von ~ 25 % erreicht werden. Entsprechend erzielen PV-Anlagen in Kalifornien den 2,5-fachen Energieertrag identischer Anlagen in Deutschland.

Dabei ist es wichtig, zwischen dem durchschnittlichen jährlichen Nutzungsgrad und den monatlichen bzw. wöchentlichen und täglichen Nutzungsgraden zu unterscheiden. Dies ist entscheidend für die Stabilität eines Elektrizitätssystems, in dem die Nachfrage jede Sekunde dem Angebot entsprechen muss, damit die elektrische Frequenz stabil bleibt.

Energieerhaltung – der 1. Hauptsatz der Thermodynamik besagt im Wesentlichen, dass Energie weder aus dem Nichts entstehen noch ins Nichts verloren gehen kann, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden kann.

Entropie der Energie – der 2. Hauptsatz der Thermodynamik unterscheidet zwischen nutzbarer Energie (geringe Entropie), die Arbeit verrichten kann, und weniger nutzbarer Energie (hohe Entropie), die nicht ohne Weiteres zur Verrichtung von Arbeit genutzt werden kann. Die Verwendung von Energie zur Verrichtung von Arbeit reduziert die Qualität der Energie.

Entropie ist ein Maß für Zufälligkeit, Unordnung oder Diffusion in einem Energiesystem, wobei größere Unordnung gleich größere Entropie bedeutet.

Die Systeme zur Gewinnung, Übertragung und Umwandlung sind jedoch nicht kostenlos und unterliegen dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik. Je komplexer die Energieprozesse sind, desto mehr nutzbare Energie geht verloren.

Unbequeme Wahrheiten Abbildung 2 Die 10 Größten Länder Elektrizitätserzeugung

Auf die fossilen Brennstoffe – in der Reihenfolge ihrer Bedeutung – Öl, Kohle und Gas entfallen ~ 80 % der globalen Primärenergieerzeugung (PE – Primärenergie) von insgesamt ~ 170.000 TWh

Auf Kohle und Gas entfielen 2021 ~ 60 % der globalen Bruttoelektrizitätserzeugung von insgesamt ~ 28.400 TWh.

Die weltweite Elektrizitätserzeugung „verbraucht“ bis zu ~ 40 % der Primärenergie, während sich die restlichen ~ 60 % auf Verkehr, Heizung und Industrie verteilen

Unbequeme Wahrheiten Abbildung 3 Überblick über Die Globale Primärenergie Und Elektrizität

Wie in diesem Buch erläutert, lassen „Netto-Null“ – Szenarien den eROI, den Materialeinsatz, die Lebensdauer und realistische Recycling-Annahmen außer Acht und ignorieren damit weitgehend die negativen wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen der „erneuerbaren“ Energien.

BIP um etwas weniger als 1 % verbessert, was das Jevon‘sche Paradoxon bestätigt, dass Verbesserungen der Energieeffizienz im Grunde genommen durch eine höhere Energienachfrage kompensiert werden

Unbequeme Wahrheiten Abbildung 4 Investitionen In Kohle Machen Weniger Als Die Hälfte Der Investitionen In Wind Solar Aus

Im Jahr 2021 lag der Anteil der variablen „erneuerbaren“ 1 Energien in Form von Wind – und Solarenergie an der globalen Primärenergie bei ~ 3 % und an der globalen Bruttoelektrizitätserzeugung bei ~ 10 %

Biomasse hat eine sehr niedrige Nettoenergieeffizienz eROI, ist durch geeignete Anbauflächen begrenzt, liefert aber dennoch kontinuierlich ~ 7 % der weltweiten Primärenergie. Wasserkraft ist sehr energieeffizient, wird aber durch geeignete natürliche Flussläufe begrenzt und liefert kontinuierlich ~ 3 % der weltweiten Primärenergie und ~ 7 % der Elektrizität. Die Kernenergie ist die energieeffizienteste Art der Elektrizitätserzeugung und liefert ~ 3 % der weltweiten Primärenergie und ~ 10 % der Elektrizität.

In Wind- und Solarenergie fließen – trotz ihres derzeit relativ unbedeutenden Anteils – fast die Hälfte der Gesamtinvestitionen, die auf Öl, Kohle und Gas zusammen entfallen

Die weltweit installierte Leistung aus Kohle, Gas und Öl entsprach 57 % der gesamten bestehenden installierten Stromleistung im Jahr 2019. Diese Kapazität erzeugte ~ 62 % der weltweiten Elektrizität. Die weltweit installierte Wind- und Solarleistung entsprach 18 % der gesamten installierten Leistung. Diese Wind- und Solarleistung erzeugte ~ 8 % der weltweiten Elektrizität (2021 lag dies bei ~ 10 %).

Trotz dieses Missverhältnisses der Investitionen – ~ 370 Mrd. USD für ~ 3 % der Primärenergie gegenüber ~ 700 Mrd. USD für ~ 80 % der Primärenergie, was einem relativen Investitionsfaktor pro Energieeinheit von ~ 10: 1 bis ~ 15: 1 (vgl. Abbildung 4) entspricht

Im 20 – Jahreszeitraum von 2002 bis 2021 hat sich die installierte Kraftwerksleistung in Deutschland von 115 GW auf 222 GW fast verdoppelt, während der Gesamtelektrizitätsverbrauch weitgehend stagnierte, und der Primärenergieverbrauch (siehe Fußnote 4) um über 15 % zurückging

Aufgrund der geringen durchschnittlichen natürlichen Nutzungsgrade von Wind – und Solarenergie führt eine Verdopplung der installierten Leistung in Ländern wie Deutschland nur zu einem Anstieg der Elektrizitätsversorgung von weniger als einem Drittel und zu einem Beitrag zur Primärenergie von weniger als 10 %.

Konventionelle Kraftwerke haben einen natürlichen Nutzungsgrad von nahezu 100 %, aber ihre betriebliche und technische Ausnutzung liegt oft deutlich unter 90 %. Auch Wind und Solaranlagen erreichen selten eine 100 – prozentige technische oder betriebliche Ausnutzung, die Ausnutzung ist allerdings oft vernachlässigbar, da der natürliche Nutzungsgrad so gering ist.

Windkraftanlagen in Nordeuropa können im Durchschnitt über 30 % erreichen, während sie in Indien unter 15 % und in Indonesien unter 8 % liegen können. Die durchschnittlichen (und die Betonung liegt auf durchschnittlichen) jährlichen PV-Nutzungsgrade erreichen rund ~ 10-11 % in Deutschland, ~ 17 % in Spanien, ~ 25 % in Kalifornien und bis zu 14-19 % in Indien, aber weniger als 15 % in den besiedelten Gebieten Indonesiens

Ein natürlicher Nutzungsgrad von 25 % bedeutet, dass ein Windpark mit einer installierten Leistung von 1.000 MW (oder 1 GW) in einem Jahr – unter der Annahme keiner technischen oder betrieblich bedingten Ausfälle, d.h. bei einer Ausnutzung von 100 % – durchschnittlich 250 MW Elektrizität erzeugt. Es lässt sich nicht genau bestimmen, wann diese Elektrizität erzeugt wird, und es wird Stunden und Tage, manchmal sogar Wochen, geben, in denen dieser Windpark praktisch keine Elektrizität erzeugt.

Kohle -, Gas – und Kernkraftwerke haben einen 3- bis 10-mal höheren natürlichen Nutzungsgrad als variable „erneuerbare“ Energien wie Wind und Solar. Ihre Ausnutzung nimmt allerdings ab, je mehr Wind- und Solarleistung in das System eingespeist wird.

Unbequeme Wahrheiten Abbildung 11 Physikalische Gesetze Begrenzen Den Technischen Fortschritt Bei Wind Und Solar

Die Arbeit vergleicht dabei die Kosten von Überland-Stromleitungen mit der Energieübertragung in Form von Öl- oder Gasprodukten durch Rohrleitungen. Der Kostenunterschied ist beachtlich. Eine Leitung mit flüssigem Brennstoff transportiert Energie zu Kosten von 0,8-2,2 US $ / MWh / 1.000 Meilen, währenddessen klassische Stromleitungen Kosten von mehr als 40 US $ / MWh / 1.000 Meilen verursachen, also das 20-50-fache.

Der Transport von konventionellen Brennstoffen mit konventionellen Methoden wie Rohrleitungen, Zügen oder Schiffen ist weitaus effizienter und damit kostengünstiger als Energie über Stromleitungen zu befördern.

Dabei sollten die Übertragungskosten als wichtige Kostenkomponente in die Analyse von Produktions -, Verteilungs- und Nutzungs-Szenarien von erneuerbaren Energieformen mit einfließen.

Netzfrequenz, Umwandlung und Aufbereitung: Die oben erwähnten Übertragungs- und Verteilungsverluste kommen zu den Umwandlungs- und Aufbereitungsverlusten hinzu, die ebenfalls zu beachten sind.

Der Wechselstrom aus einer Windkraftanlage wird nicht mit einer ausreichend stabilen Spannung, Frequenz oder Phase erzeugt, um direkt in ein Netz eingespeist zu werden,

Norm-Frequenz von 50 Hz unkontrollierbare „Oberschwingungen“ entstehen, die zu Leistungseinbußen durch Hitzeentwicklung und zu weiteren unerwünschten bis katastrophalen Nebenwirkungen führen können. Zum anderen können durch Resonanzen auch unkontrollierbare Verstärkereffekte auftreten, die zu Kurzschlüssen und Bränden führen können.

Die Gleichrichtung und die nachfolgenden Wechselrichterverluste führen zu einem Gesamtverlust von ~30 % der elektrischen Rohleistung des (On- und Offshore-) Windparks. Allein die Übertragungsverluste an Land betragen in der Regel ~8-10 %, je nach Entfernung der Windkraftanlagen vom Verbraucher, und zusätzliche Gleichrichtungs- und Wechselrichterverluste sind unvermeidlich.

Die Übertragungsleitungen von Tiefsee- oder abgelegenen Windressourcen an Land erfordern Hochspannungs-Gleichstromleitungen, um Wechselstrom-Reaktanzverluste zu vermeiden. Die gesamten Aufbereitungs- und Übertragungsverluste setzen sich aus 15 % Gleichrichtung, 15 % Wechselrichter und ~9 % Übertragungsverlust zusammen.

In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts, auch historisch davor und in der ehemaligen DDR war aus gutem Grunde jedes Kraftwerk schwarzstartfähig. Diese Fähigkeit wurde in den 80er Jahren in den alten Bundesländern aus ökonomischen Gründen bei neueren Anlagen nicht immer mit eingeplant. In Deutschland hat sich somit die Schwarzstartfähigkeit von Kraftwerken signifikant über die Jahre reduziert.

Da die Netzstabilität mit wachsender Wind- und Solarpenetration abnimmt, erhöht sich auch die Gefahr von Blackouts.

wenn beide Netze komplett synchron laufen. Dieses Synchronisieren von Teilnetzen kann Tage in Anspruch nehmen und ist unmöglich mit Wind und Solar. Sollte die Synchronität zwischen zusammenzuführenden Teilnetzen nicht gegeben sein, können Generatoren und Turbinen nicht nur beschädigt werden, sondern tatsächlich in die „Luft“ gehen. Große Turbinen sind sehr sensibel. Wenn die Frequenz fällt oder steigt, kann es zu mechanischen Resonanzen kommen, die die Anlagen irreparabel beschädigen können.

Für Deutschland ist mit einem Langzeit-Speicherbedarf von mindestens 12 Wochen zu rechnen.

Die Energiespeicherung niemals die inhärenten physikalischen Herausforderungen von Wind und Solarenergie (abgesehen von der Intermittenz) überwinden kann.

Trotz Milliarden von US-Dollar an bereits investiertem Kapital und Billionen von US-Dollar an zugesagter künftiger Finanzierung sind die Herausforderungen bei der Energiespeicherung hinsichtlich a) Energiedichte, b) Umwandlungseffizienz, c) Lebensdauer, d) Materialeinsatz, e) Recycling und f) Energieeinsatz (eROI) nicht gelöst.

Die Speicherkapazität der norwegischen Wasserkraft beträgt 87 TWh im Vergleich zu einer jährlichen Gesamtenergieproduktion von 137 TWh, was mehr als 95 % der in Norwegen verbrauchten Energie entspricht

Deutschland verbraucht etwas mehr als 15 % der Elektrizität der gesamten EU und hat einen Anteil von ~1 % an der Weltbevölkerung. Der Elektrizitäts- und Batteriespeicherbedarf nur für Deutschland, unter Berücksichtigung des Batteriespeicher-Nutzungsgrads von 1,7x und eines konservativ geschätzten Gleichstrom-Wechselstrom-Umwandlungs- und Übertragungsverlusts von 30 % über den Gesamtprozess, führen zu den folgenden Ergebnissen:

  • Ein mittleres, aber unzureichendes 14-tägiges Speicher-Back-up für Deutschland während des Winters würde ~45 TWh an Batteriespeichern erfordern.
  • Für den Bau der Batterien in einem Jahr wäre die Leistung von ~900 Gigafactorys erforderlich, die jeweils 50 GWh pro Jahr produzieren.
  • Der Rohstoffbedarf für 45 TWh Batteriespeicher beträgt 7-13 Mrd. Tonnen. Geht man von einer großzügigen Batterielebensdauer von 20 Jahren aus, würden dauerhaft 0,4-0,7 Mrd. Tonnen Rohstoffe pro Jahr benötigt werden. Die Ressourcen, die für den Bau von 2,25 TWh Batterien pro Jahr in Deutschland erforderlich wären, beinhalten: ~6x die weltweite Lithiumproduktion (~880 Tonnen Lithium pro 1 GWh, Produktion 2020 ~320.000 Tonnen, davon ~70 % aus China), ~22x die weltweite Produktion von Graphitanoden (~1.200 Tonnen Graphitanoden pro 1 GWh, Produktion 2020 ~210.000 Tonnen, davon ~80 % aus China), ~2x die weltweite Kobaltproduktion (~100 Tonnen Kobalt pro 1 GWh, Produktion 2020 ~120.000 Tonnen, davon ~80 % aus China), und 8x die weltweite Nickelsulfatproduktion (~800 Tonnen Nickelsulfit pro 1 GWh, 2020 Produktion von ~230.000 Tonnen6, davon ~60 % aus China).

Unbequeme Wahrheiten Abbildung 15 Veranschaulichung Der Energiedichte Batterien Gegenüber Kohle

Die geringe volumetrische Energiedichte bedeutet, dass H₂ weder wirtschaftlich über längere Distanzen transportiert, noch wirtschaftlich längerfristig gelagert werden kann.

Die Produktion, Handhabung, Lagerung und der Transport von H₂ wiederum sind sehr schwierig und energieintensiv, und H₂ ist hochexplosiv. Solange keine Möglichkeit gefunden wird, den Nutzen von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen in einem derzeit unbekannten H₂-oder H-haltigen Medium nachzubilden, kann Wasserstoff das Problem der „erneuerbaren“ Energiespeicherung weder wirtschaftlich noch ökologisch lösen.

Mit dem heutigen Stand der Technik sind die geringe volumetrische Energiedichte von Wasserstoff, der hohe Energieaufwand für seine Herstellung, die leichte Entflammbarkeit und die hohen Transportkosten ein Hindernis für den breiten Einsatz von H₂. Deshalb werden mehr als 100 Mio. Tonnen des heutzutage produzierten H₂ nahe am Produktionsstandort verbraucht und nicht transportiert.

Für den Transport von H₂ durch eine Pipeline wird ~4,6-mal mehr Energie benötigt als für den Transport von Erdgas.

Ein Beispiel für ein Wasserstoff-“Megaprojekt“ ist der 3-GW-Elektrolyseur in Namibia, der 300.000 Tonnen H₂ pro Jahr produzieren soll. Um das Projekt richtig einzuordnen: Die Anlage soll weniger als 0,3 % der heutigen weltweiten Wasserstoffproduktion von knapp über 100 Mio. Tonnen produzieren.

Bei der Herstellung, dem Transport, der Speicherung und der Nutzung von Wasserstoff gehen etwa drei Viertel der Energie verloren, und diese verlorene Energie wird in hoch entropische Wärme umgewandelt, was zur Erderwärmung beiträgt und stets die Energieeffizienz des gesamten Energiesystems verringert.

Technologien zu finden, um den Energieaufwand für die Herstellung dieser Materialien zu verringern, anstatt den Energieaufwand für ihre Herstellung noch materialintensiver zu machen.

Unbequeme Wahrheiten Abbildung 20 Enthaltene Energie Ausgewählter Bau Und Verbrauchsmaterialien

Smil verdeutlicht, dass 17 % des weltweiten Primärenergiebedarfs für die Herstellung von nur vier Materialien verwendet würden – Ammoniak (für Dünger), Stahl, Zement und Kunststoff

Die für Elektrizität genutzte Primärenergie von weltweit ~70.000 TWh (~40 % der PE) ergibt rund ~28.000 TWh nutzbare Elektrizität. Diese Differenz ergibt sich aus dem Wirkungsgrad der Umwandlung konventioneller Brennstoffe in Elektrizität in thermischen Kraftwerken. Gemäß dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik kann Primärenergie nur durch verlustbehaftete Prozesse in nutzbare Energie für Heizung, Transport oder industrielle Zwecke umgewandelt werden.

Der maximale Wirkungsgrad von Windkraftanlagen liegt bei der Betz-Grenze von 59,2 %, aber keine Anlage erreicht dieses Leistungsniveau.

Der Bau großer Windparks, die Dichten von bis zu 30 MW/km² erreichen sollen, führt zu einem immer schlechteren Nutzungsgrad am Standort, was die relative Elektrizitätserzeugung verringert.

Die Verluste bei der Umwandlung des von Windturbinen erzeugten Wechselstroms in Gleichstrom und zurück erreichen üblicherweise ~30 % oder mehr.

Zum Beispiel ist der Transport von Energie über Stromleitungen bis zu 20- bis 50-mal teurer und damit aufwendiger, als der Transport von Gas oder Öl direkt in das zu wärmende Haus durch Leitungen, mit LKWs oder der Bahn.

Die OECD (OECD NEA 2018) verweist auf die Strom-Vollkosten, wobei sie zwischen (a) Kosten auf Anlagenebene, (b) Systemkosten auf Netzebene und (c) externen bzw. sozialen Kosten außerhalb des Elektrizitätssystems unterscheidet. Die Begründung der OECD lautet, dass die Vollkosten alle drei Kategorien umfassen müssen

Die tatsächlichen Strom-Vollkosten (Full Cost of Electricity, FCOE) für die Gesellschaft setzen sich aus 10 Kostenkategorien zusammen:

  1. Baukosten für die Anlagen zur Elektrizitätserzeugung und -verarbeitung
  2. Brennstoffkosten
  3. Betriebskosten und Kosten der Wartung der Anlagen zur Elektrizitätserzeugung und -verarbeitung.
  4. Kosten der (Elektrizitäts-) Transport-/ Ausgleichssysteme für die Stromübertragung zum Endverbraucher, wie z.B. Übertragungsnetze, Ladestationen, Gleichrichter, Umspannwerke, Lastausgleich, intelligente Zähler und andere IT-Technologie.
    Der US-amerikanische Midcontinent Independent System Operator MISO 2021 schreibt: „… jenseits eines Anteils von 30 % erneuerbarer Energien ist das System als Ganzes mit neuen und sich verändernden Risiken konfrontiert und nicht nur mit lokalen Problemen.“
  5. Speicherkosten: Für „erneuerbare“ Energiesysteme ist immer eine Speicherung erforderlich, einschließlich der mittel- und langfristigen Speicherung und des Lastausgleichs.
  6. Kosten für Back-up-Technologien: Elektrizitätssysteme müssen Redundanzen für den Fall vorhalten, dass ein Kraftwerk oder eine Anlage ausfällt. Alle zuverlässigen Elektrizitätssysteme sind überdimensioniert, in der Regel im Umfang von ~20 % des höchsten (Spitzen -) Elektrizitätsbedarfs.
    Moderne meteorologische Modelle sind in der Lage, Vorhersagen für die lokalen Wind- und Sonnenverhältnisse in den nächsten 24-36 Stunden mit einer Zuverlässigkeit von 75 bis 80 % zu machen.
  7. Die Umweltkosten umfassen die tatsächlichen Kosten (keine willkürlichen Steuern oder Subventionen) aller durch die Elektrizitätserzeugung verursachten Emissionen und Nicht-Emissionen entlang der gesamten Wertschöpfungskette.
  8. Recyclingkosten sowie die Kosten für die Stilllegung oder Sanierung von Anlagen zur Elektrizitätserzeugung und Back-up nach Ablauf ihrer Lebensdauer.
  9. Raumkosten (manchmal auch als Flächenbedarf oder Energieausbreitung bezeichnet) sind eine neue Kostenkategorie, die für „erneuerbare“ Energien wie Wind, Solar oder Biomasse mit geringer Energiedichte relevant sind. Aufgrund der geringen Energiedichte pro m ² von Wind, Solar und Biomasse benötigen sie wesentlich mehr Platz als konventionelle Energieerzeugungsanlagen, bei denen die Raumkosten – zumindest im Vergleich zu VEE – eher vernachlässigbar sind.
    Ein neues Kohlekraftwerk in Indien würde ~2,8 km ² pro 1 GW installierter Leistung benötigen, zuzüglich der Fläche für den Kohleabbau.
    Ein neuer Solarpark würde ~17 km ² pro 1 GW installierter Leistung benötigen, zuzüglich der Fläche für den Abbau der Ressourcen für den Bau von Solaranlagen (für einen Windpark wird mehr als doppelt so viel Fläche benötigt).
    Bei einem durchschnittlichen Nutzungsgrad von Solar in Spanien von 16,5 % ergäbe sich eine entsprechende Fläche von 93 km ² für den Solarpark, d.h. das 33-Fache im Vergleich zum Kohlekraftwerk.
  10. Andere Kennzahlen:
    Material-Input pro Serviceeinheit (MIPS)
    Lebensdauer
    Energierendite (eROI): Sie fasst einen großen Teil aller oben genannten Kennzahlen zusammen, befasst sich aber nicht mit den Kosten, sondern mit der Nettoenergieeffizienz. EROI stellt die eingesetzte Energie für die Energieerzeugung der netto-erzeugten Energie gegenüber. EROI berücksichtigt auch die Energieeffizienz beim Bau, Betrieb und Recycling der Anlagen. Er umfasst somit die gesamte eingebettete bzw. eingesetzte Energie.
    Ein eROI von 2:1 bedeutet, dass 1 kWh an Input-Energie für je 2 kWh Output-Energie investiert wird. Laut Weissbach et al. 2013 haben Solarenergie und Biomasse in Nordeuropa einen gepufferten eROI zwischen 2 und 4 (gepuffert bedeutet einschließlich Back-up bzw. Speicherung). Prieto und Hall 2013 schätzen, dass die Solarenergie in Spanien einen eROI von ~2,5 hat. Die Kernenergie hat einen eROI von ~75, Kohle und Gas von ~30 (was wir für optimistisch erachten).

Die Elektrizitätsgestehungskosten (LCOE), die nur die Baukosten (1), die Brennstoffkosten (2), die Betriebskosten (3) und teilweise bestimmte CO₂-Steuern (Teil der Umweltkosten unter Punkt 7) umfassen – weder eine zuverlässige noch eine ökologisch oder wirtschaftlich sinnvolle Kennzahl zur Bewertung verschiedener Formen der Energieerzeugung auf nationaler oder gesellschaftlicher Ebene sind.

Unbequeme Wahrheiten Abbildung 28 Strom Vollkosten (fcoe) Für Die Gesellschaft Ein Vollständiges Bild

Der exponentielle Anstieg der Kosten für die Integration von variablen „erneuerbaren“ Energien und der niedrige eROI sind der eigentliche Kostentreiber und nicht der Rückgang der variablen Herstellungskosten.

Unbequeme Wahrheiten Abbildung 29 Fortschrittliche Gesellschaften Benötigen Eine Hohe Nettoenergieeffizienz (eroi)

Ein höherer eROI bedeutet geringere ökologische und wirtschaftliche Kosten und damit niedrigere Preise und einen höheren Nutzen. Ein niedrigerer eROI bedeutet dagegen höhere ökologische und wirtschaftliche Kosten und damit höhere Preise und einen geringeren Nutzen. Wenn man weniger Energie einsetzen muss, um die gleiche Output-Energie zu erzeugen, erhöht dies die ökologische und wirtschaftliche Effizienz des Systems.

Bei einem eROI von 2:1 erreichen wir die gleiche Energieeffizienz wie das antike Rom vor 2.000 Jahren.

Verkehrsrevolution mit Autos, Flugzeugen und Raketen. Um die Auswirkungen der Entdeckung des Erdöls zu verstehen, muss man sich vor Augen halten, dass drei Esslöffel Rohöl das Äquivalent von acht Stunden menschlicher Arbeit enthalten

Eine moderne Gesellschaft benötigt einen eROI von mindestens 5-7, während die meisten Solar- und viele Windkraftanlagen je nach Standort einen eROI von weniger als 5 haben und daher von Natur aus nicht genügend Energie liefern, um die Gesellschaft als Ganzes zu versorgen.

2. Hauptsatz der Thermodynamik: Die logische Schlussfolgerung für unsere modernen Energiesysteme ist, dass wir so weit wie möglich die Umwandlung und Speicherung von Energie vermeiden und die Komplexität unserer Energiesysteme reduzieren müssen, da all dies zu einem Verlust an nutzbarer Energie führt.

Unbequeme Wahrheiten Abbildung 32 1. Und 2. Hauptsatz Der Thermodynamik In Geschlossenen Systemen

Die Umwandlung von Windstrom in Wasserstoff, die Speicherung und Übertragung von Wasserstoff und die Umwandlung von Wasserstoff wieder zurück in Elektrizität führen direkt zu einer Verringerung des eROI, da auf dem Weg in Summe bis zu 80 % der Energie „verloren“ gehen

Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die von uns erzeugte und verbrauchte Energie in geringwertige bzw. hochentropische Wärme umgewandelt wird und somit zur Erderwärmung und dem gemessenen Temperaturanstieg beiträgt

Der jährliche Gesamtenergieverbrauch der Welt ist mehr als 4.000-mal kleiner als der jährliche „Energieeingang“ durch die Sonne und damit insgesamt scheinbar vernachlässigbar; dennoch trägt er zum gemessenen Temperaturanstieg in und um dicht besiedelte, energieverbrauchende Gebiete bei. Alle Produkte, die wir herstellen, beinhalten Energie, die nicht sofort in Form von Wärme freigesetzt wird. Diese Produkte stellen auch eine Zunahme der Entropie dar, da das Recycling in die ursprünglichen Elemente mit hohen Energiekosten verbunden ist. Mit anderen Worten: Die gesamte menschliche Existenz und Produktion können als ein Schritt in Richtung einer höheren Entropie betrachtet werden.

Im Jahr 2020 belief sich die gesamte weltweite installierte Leistung für Stromerzeugung auf etwa 8.000 GW, wovon über 1.400 GW auf Wind- und Solarenergie entfielen.

Das größte Stahlwerk Europas verbraucht rund 4,5 Terawattstunden Energie pro Jahr. Osburg: „Wenn wir klimaneutral produzieren, verzehnfacht sich dieser Bedarf“ von 4,5 TWh auf 45 TWh. Dieser zusätzliche Energiebedarf entspricht etwa dem 4-Fachen des Jahresbedarfs der Stadt Hamburg oder rund 8 % des gesamten deutschen Elektrizitätsverbrauchs, nur um die gleiche Menge Stahl zu produzieren, die Thyssen zuvor mit fossilen Brennstoffen erzeugt hat.

Die 2020er-Jahre sind ein kritisches Jahrzehnt, da mehr als 70 % aller Stahlöfen bis Ende der 2020er-Jahre das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben würden und Ersatzinvestitionsentscheidungen bald erforderlich seien.

Laut dem unabhängigen Analysten Paul Sankey haben die USA zum ersten Mal seit Jahrzehnten „strukturell zu wenig“ Raffineriekapazitäten; Energieexperten sagen einen Engpass bei der Raffinerieversorgung voraus, da die 700 Raffinerien weltweit nicht ausreichen, um die Nachfrage zu decken, und die Investitionen unzureichend sind. 20 % der Raffinerien, d.h. fast 140, dürften in den nächsten fünf Jahren weltweit geschlossen werden.

Nach dem 1. Hauptsatz der Thermodynamik tragen die Wärmeemissionen des Menschen zur derzeitigen Energiebilanz der Erde bei.

Je ineffizienter unsere Energiesysteme sind, desto mehr erwärmen wir den Planeten, um die gleiche Menge an nutzbarer Energie zu nutzen.

Jede Art von Energie erfordert immer den Verbrauch und die Verarbeitung von Ressourcen, was negative Auswirkungen auf die Umwelt hat. Unser Ziel muss es sein, diese negativen Auswirkungen durch Investitionen und nicht durch Desinvestitionen sinnvoll zu minimieren.

Wie die Ergebnisse der COP26-Konferenz in Glasgow im November 2021 zeigen, zum Beispiel in der „Globalen Erklärung zum Übergang von der Kohle- zur sauberen Energieversorgung“ (UN-COP26 2021), legen viele Nationen bei ihren energiepolitischen Entscheidungen heute kaum ein Gewicht auf die Ziele Versorgungssicherheit und Bezahlbarkeit sowie die meisten Aspekte des Ziels Umweltschutz, wie z.B. Tier- und Pflanzenwelt, Land- und Raumnutzung, Material- und Energieeinsatz, Recyclingeffizienz

Energie folgt anderen Gesetzen wie die Datenverarbeitung, und technologische Fortschritte werden nicht in der Lage sein, die Gesetze der Physik und Chemie außer Kraft zu setzen, wie z.B. niedrige Nutzungsgrade oder die Eigenschaft von Energie, ihren Wert zu verringern (bzw. ihre Entropie zu erhöhen), insbesondere wenn sie umgewandelt oder gespeichert wird.

Es muss mehr in Bildung und Grundlagenforschung (Energieerzeugung, Materialgewinnung und -verarbeitung, Speicherung, Supraleiter usw.) investiert werden, um die Neue Energierevolution zu realisieren.

Die geringere Nettoenergieeffizienz variabler „erneuerbarer“ Energien und die verstärkte Energieerzeugung aus nicht-fossilen Quellen wird entsprechend zu einem Anstieg geringwertiger bzw. hochentropischer Wärme führen, die unsere Umgebung auch dann erwärmen wird, wenn keine Treibhausgase emittiert werden. Außerdem stünden bei der Kohleverbrennung anfallende Nebenprodukte wie Wärme, Schwefel und Flugasche nicht mehr zur Verfügung und müssten separat erzeugt werden, was zusätzliche Energie erfordert.

Auch die Reduzierung von Luftverschmutzung führt – für viele überraschend – zu höheren Temperaturen, da eine Reduzierung von Aerosolen (oder Partikeln) in der Luft die Wolkenbildung reduziert und damit die Temperaturen erhöht.

Bei VEE wird es immer eine Diskrepanz zwischen der installierten Leistung und der Elektrizitätserzeugung geben. Die Gründe dafür sind: geringe Energiedichten und -effizienzen, die einen großen Platzbedarf zur Folge haben, niedrige und unberechenbare natürliche Nutzungsgrade zwischen 5 und 45 %, die zu einer unregelmäßigen und unvorhersehbaren Elektrizitätserzeugung führen, Ineffizienzen bei der Umwandlung, Frequenzbereitstellung und Übertragung, siehe auch „unsauberer“ Strom, hoher Materialeinsatz (MIPS), kurze Lebensdauer, schwieriges und unwirtschaftliches Recycling, was zu einer niedrigen Nettoenergieeffizienz (eROI) führt.

Die möglichen Auswirkungen von Klimaveränderungen können beachtlich sein und sollten nicht runtergespielt werden. Allerdings sollten die Ursachen solcher Klimaveränderungen realistisch berichtet und identifiziert werden.