Für Klimaschutz die richtigen Ziele setzen

Fast die Hälfte des Stroms, der aktuell in Deutschland erzeugt wird, stammt aus erneuerbaren Energiequellen. Zu manchen Zeiten ist es sogar möglich, den gesamten deutschen Elektrizitätsbedarf aus erneuerbaren Energiequellen zu decken. Solche Meldungen klingen nach Erfolg und Meilensteinen der Energiewende. Dennoch wird Deutschland, trotz beachtlicher Investitionen, seine Klimaziele bis zum Jahr 2020 verfehlen. Der Grund: Energie ist viel mehr als nur Elektrizität. Für andere Bereiche, etwa die Mobilität oder das Heizen von Gebäuden, werden immer noch überwiegend fossile Energiequellen genützt.

„Wir müssen anders denken als bisher – ganzheitlicher“, erklärt Hans Jörg Heger, Leiter der Forschungsgruppe Energiesystemmodellierung in der Siemens Corporate Technology. „Es geht nicht darum, bestimmte Technologien zu fördern oder zu verdammen. Das Ziel heißt CO₂ Emissionen reduzieren – die Wege dahin können ganz unterschiedlich laufen. Das bedeutet: transparente CO₂-Ziele vorgeben und diese dann technologieoffen umsetzen. Ein wichtiger Mechanismus ist die Sektorkopplung, mit der Möglichkeiten untersucht werden, wie mit grünem Strom, in allen Sektoren – Transport, Gebäude und Industrie – ganzheitlich die CO₂-Emissionen gesenkt werden können.“

Heger und sein Team haben sich auf diesen ganzheitlichen Blick auf die Energiewende spezialisiert.  In mathematischen Modellen bilden sie unsere Infrastrukturen und Energiesysteme in ihrer ganzen Komplexität nach. Durch Simulation entwickeln sie möglichst günstige Maßnahmen, um effektiv die CO₂-Emissionen zu verringern. „Siemens bekennt sich ausdrücklich zu den Pariser Klimazielen. Mit unseren Simulationen zeigen wir, wie die Energiewende technisch und kosteneffizient umgesetzt werden kann“, betont Heger. „Wir alle wissen, dass die Zeit drängt.“

Die Experten sind sich einig: Wir verbrennen zu viele fossile Energieträger, wie Kohle, Öl oder Erdgas. Pro Jahr erzeugen wir 2017 weltweit rund 37 Gigatonnen CO₂ – Tendenz steigend (Quelle: Europäische Kommission). Wenn wir so weitermachen, wird sich in 26 Jahren die Atmosphäre bereits um mehr als 2 Grad erwärmt haben. (Quelle: Studie des Weltklimarates – einer Gruppierung, die im Auftrag der UN arbeitet – von 2018 https://www.ipcc.ch/sr15/). Wird es noch wärmer, dann müssen wir davon ausgehen, dass dann auf unserem Planeten dauerhaft ein Klima herrschen wird – mit Dürre, Hitze und Extremwetterlagen – welches das Leben der Menschen dramatisch verändern wird. 

Staaten und Kommunen stehen vor einer Mammutaufgabe, denn sie müssen ihre gesamte Infrastruktur – Stromversorgung, Wärmeversorgung, Mobilität usw. – umstellen und gleichzeitig die Industrie und die Bevölkerung stabil weiterversorgen. „Mit unseren Systemmodellen identifizieren wir Szenarien, wie die Energiewende ablaufen könnte. Dafür bilden wir in einem digitalen Zwilling, die Energieversorgung einer Region nach und haben so eine Darstellung, wo wieviel Energie – Strom, Wärme, Mobilität – benötigt wird“, betont Michael Metzger, ebenfalls von Siemens Corporate Technology. „Unser Modell berücksichtigt Prognosen, wie sich der Nutzenergiebedarf entwickeln wird sowie alle uns bekannten Technologien – etwa Solaranlagen, Windkraftanlagen, Elektrolyse usw. – und ermittelt mit Hilfe von Optimierungsalgorithmen Maßnahmen, um den CO₂-Ausstoß möglichst schnell zu minimieren.“

Für Deutschland wurde zum Beispiel in einer Kooperation mit der RWTH Aachen die komplette deutsche Energieversorgungsstruktur der Zukunft dargestellt. Und zwar bis ins Detail, mit einer räumlichen Auflösung bis auf Postleitzahl- und Gemeindeebene.

Grob skizziert würden die ersten Schritte für den deutschen Energiefahrplan nach diesen Simulationen etwa so aussehen: Das Stromnetz muss weiter ausgebaut werden. Dabei werden erneuerbaren Energietechnologien immer wichtiger. Aber auch die Kapazität der Gaskraftwerke – für die Zeiten, wenn es nicht genug Wind oder Sonne gibt – sollte noch ausgebaut werden. Zunächst wohl verblüffend, denn Gaskraftwerke erzeugen CO₂, allerdings ist deren CO₂-Ausstoß deutlich geringer als der von Kohlekraftwerken. Darüber hinaus können sie schrittweise auf grünen (CO_2-neutral erzeugten) Wasserstoff umgerüstet werden. Siemens hat bereits zugesagt, dass ihre Gasturbinen bereits 2020 mit einem Gasgemisch mit 20% Wasserstoffanteil betrieben werden können und ab 2030 mit 100% Wasserstoff. Auf diese Weise wird Zeit für den weiteren Aufbau der CO_2-freien Stromerzeugung und die Elektrifizierung von Wärme und Transport gewonnen. Hier sollte man zunächst in die Modernisierung der Wärmeversorgung investieren. Neue Häuser lassen sich mit vertretbaren Kosten mit den besonders klimafreundlichen Wärmepumpen ausstatten. Da Häuser viele Jahre genutzt werden, wäre es für die Gesamt- CO₂-Bilanz wünschenswert, wenn diese Art zu heizen möglichst schnell zum Standard würde. Autos sind viel kurzlebiger als Häuser, daher empfiehlt die Simulation den Umstieg auf e-Mobilität erst, wenn das Stromerzeugungssystem stärker dekarbonisiert ist. „Alle unsere Simulationen sind gesamtkostenoptimiert", erläutert Heger. „Das heißt, der Optimierer wählt unter allen angebotenen Technologien für jeden Schritt jeweils die günstigste CO₂-Reduktionsmaßnahme. Das Ergebnis zeigt, dass die Gesamtsystemkosten für eine Klimazielerreichung nicht wesentlich höher sind als beim business as usual, wenn man rechtzeitig die richtigen Maßnahmen in der günstigsten Reihenfolge umsetzt.“

„Natürlich gibt uns die Simulation keine hellseherischen Fähigkeiten“, betont Metzger. „Viele Annahmen der Modelle sind mit Unsicherheit behaftet – so ist beispielsweise der von der weltweiten wirtschaftlichen Entwicklung beeinflusste Erdölpreis kaum über Dekaden vorhersagbar. Unser Ziel ist es deshalb nicht, die Zukunft möglichst genau vorherzusagen, sondern die wesentlichen Hebel für eine Zielerreichung zu identifizieren, die robust sind gegenüber den genannten Unsicherheiten.“

„Wir können so verschiedene realistische Szenarien skizzieren, wie die Energiezukunft aussehen könnte“, fährt Heger fort. „Wir können daraus ableiten, wie wir uns als Technologielieferant mit einem zukunftsorientierten Portfolio richtig positionieren. Und wir können unsere Kunden besser beraten, natürlich nicht nur in Deutschland. Unser Modell lässt sich flexibel auch auf andere Regionen anpassen. Wir hatten etwa schon Anfragen aus Frankreich, Australien, Kanada und auch dem Mittleren Osten, also einer Region, die bislang viel Geld mit dem Verkauf fossiler Energieträger verdient und jetzt ihre eigene Energiewende plant.“ 

Aenne Barnard