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Expertengespräch zur Energiewende

Was bedeutet der deutsche Ausstieg aus der Kernenergie für Jülich? Diese Frage diskutierten Vorstandsmitglied Prof. Harald Bolt und Leiter des Instituts für Energie- und Klimaforschung (IEK) am Forschungszentrum Jülich: Dr. Hans Peter Buchkremer, Prof. Detlef Stolten, Prof. Ulrich Samm, Dr. Wolfgang Biel, Prof. Dirk Bosbach und Prof. Jürgen Hake.

Herr Bolt, Deutschland will den Stromanteil aus erneuerbaren Energiequellen bis 2020 mehr als verdoppeln. Zieht diese deutsche Energiewende eine Jülicher Energiewende nach sich?

Prof. Harald Bolt: Nein. Denn unser Institut für Energie- und Klimaforschung ist genau die richtige Antwort auf die Herausforderungen der Energiewende. Mehr als 800 Mitarbeiter forschen hier zu Energiethemen. Etwa drei Viertel davon arbeiten an Fragen, die in direktem Zusammenhang mit der Energiewende stehen: Wie können wir die erneuerbaren Energien billiger machen? Wie werden aus innovativen Ideen tatsächlich die Speicher und Energiewandler­technologien der Zukunft? Wie werden Kraftwerke zum Beispiel durch neuartige Turbinenbeschichtungen effizienter, und wie sorgen keramische Membranen zur CO2-Abscheidung dafür, Kraftwerke klimaneutral zu betreiben? Die beiden letzten Punkte sind mittelfristig insofern besonders wichtig, als dass der beschleunigte Ausstieg aus der Kernenergie in Deutschland den Verbrauch fossiler Energieträger vorerst erhöhen wird. Langfristig sehen wir in der Kernfusion eine Technologieoption für die Energiequelle der Zukunft. Und trotz Energiewende werden wir eine Lösung für den Umgang mit nuklearem Abfall finden müssen.

Die Energiewende ändert den deutschen Strommix. Welche Faktoren werden bestimmen, aus welchen Quellen wir unseren Strom beziehen?

Prof. Jürgen HakeProf. Jürgen Hake
Quelle: Forschungszentrum Jülich

Prof. Jürgen Hake: Das, was wir an Know-how, an intelligenten Konzepten produzieren, wird erst im Zeitraum nach 2020 wirtschaftlich relevant. Wie unser Energiemix dann oder auch im Jahr 2050 aussieht, lässt sich nicht eindeutig sagen. Dafür spielt der politische und gesellschaftliche Rahmen eine zu große Rolle. Ein von uns entwickeltes Szenario zeigt allerdings, dass das Energiekonzept der Bundesregierung mit allen Detailvorgaben wirtschaftlich und technisch funktioniert. Je nachdem, welche Stellschraube wir verändern, wirkt sich dies jedoch auf die Kosten oder auch den CO2-Ausstoß aus.

Dr. Wolfgang Biel: Auf die nächsten zehn Jahre gesehen ist mir das Wort Energiewende eine Nummer zu groß. Es geht in diesem Zeitraum darum, 20 Prozent unserer Stromerzeugung umzustellen. Das ist die normale Rate, mit der ein Industrieland seine Infrastrukturen ersetzt. Wenn wir unsere Forschung planen, rücken hingegen die gesamten fossilen Energieträger in den Fokus, die derzeit 80 Prozent unserer Energiequellen ausmachen. Die Aufgabe, die wir in den nächsten 50 oder 100 Jahren zu bewältigen haben, ist entsprechend um ein Vielfaches größer. Ich sehe hierfür jedoch bisher kaum Ansätze.

Prof. Detlef Stolten: Abgesehen von den politischen Rahmenbedingungen ist die Energiedichte jedes einzelnen Energieträgers ausschlaggebend dafür, wie groß sein Anteil im zukünftigen Strommix sein wird. Das heißt, das Verhältnis von erzeugter Energie zum Flächenverbrauch ist wichtig. Je effizienter der Energieträger ist, desto größer wird sein Anteil am Strommix sein. Staudämme liefern derzeit bis zu 10 Kilowatt pro Quadratmeter. Windturbinen liefern 120 bis 150 Watt, Photovoltaikanlagen etwa 15 Watt und Biomasse 1 Watt pro Quadratmeter.

Bolt: Die Energiedichte ist nicht nur im Sinne der Wirtschaftlichkeit ein wichtiges Argument. Der große Flächenverbrauch vieler erneuerbaren Energiequellen könnte auch ein massives Akzeptanzproblem nach sich ziehen. Bei der Solarenergie ist hier beispielsweise die Integration von Photovoltaikmodulen in Gebäudefassaden ein möglicher Lösungsansatz. Auch hieran forscht Jülich.

Obwohl Photovoltaik schon relativ lang gefördert wird, macht sie bisher nur 2 Prozent des Strommixes aus. Warum ist das bisher nur so wenig, Herr Bolt?

Bolt: Es kostet noch zu viel, in unseren Breiten Strom aus Photovoltaik zu erzeugen, da die Herstellungskosten für die Anlagen bisher zu hoch sind. Deshalb konzentrieren wir unsere Forschung in erster Linie darauf, Photovoltaik mit Hilfe von innovativen Materialsystemen kostengünstiger und effizienter zu erzeugen. Ist dieses Ziel erreicht, wird auch im deutschen Strommix der Anteil von Photovoltaik noch deutlich steigen.

Stolten: Ich erwarte nicht, dass die Photovoltaik in Deutschland einen wesentlichen Anteil am Strommix haben wird. Trotzdem hat sie bereits heute wirtschaftlichen Einfluss. Da sie insbesondere mittags, wenn der Stromverbrauch hoch ist, viel Strom einspeist, wirkt sie dämpfend auf den mittäglichen Stromspitzenpreis. Ein Problem der Photovoltaik, aber auch anderer erneuerbarer Energiequellen ist, dass es bisher keine verlässlichen Speicher für sie gibt. Wie kann die Jülicher Batterieforschung hier helfen?

Dr. Hans Peter Buchkremer: Für eine wesentliche Nutzung erneuerbarer Energieträger werden unsere derzeitigen Pumpspeicherkraftwerke nicht mehr ausreichen, da die Kapazitäten in Deutschland bereits jetzt erschöpft sind. Alternativen können chemische Speicher zum Beispiel für Wasserstoff sein, der durch Elektrolyse gewonnen wird. Für den Einsatz im Minuten bis Stundenbereich entwickeln wir Batterien, die hocheffizient und gleichzeitig sicher sind.

Wie sieht die Großbatterie der Zukunft aus?

Buchkremer: Ganz pauschal: Sie ist billiger, sicherer, langlebiger und gekennzeichnet durch eine höhere Leistungsdichte. Ich glaube nicht, dass wir mit der heutigen Technologie große stationäre Speicher bauen können, die die genannten Kriterien erfüllen. Wir konzentrieren uns deshalb auf die Suche nach neuen Materialien, die eine höhere Leistungsdichte erlauben, und wegen der Sicherheit auf Festelektrolytbatterien. Wenn wir die heute ungenügend leitfähigen Elektrolyten deutlich verbessern könnten, würde sich unmittelbar ein riesiges Entwicklungssegment für stationäre Batteriespeicher öffnen.

Im Elektroauto ersetzen Batterien das Benzin. Halten Sie eine Dominanz des E-Autos für eine Utopie?

Bolt: Für den Kurzstreckenverkehr ist das sicherlich eine sehr interessante Entwicklung. Für Langstreckenverkehr wird das Prinzip des reinen E-Autos allerdings nicht gut funktionieren, da die Batterien dafür zu groß, zu schwer und zu kostspielig würden. Hier werden Zusatzantriebe nötig sein, zum Beispiel mit Brennstoffzellen.

Prof. Ulrich SammProf. Ulrich Samm
Quelle: Forschungszentrum Jülich

Prof. Ulrich Samm: Der vollständige Ersatz der Kernenergie durch Erneuerbare ist eine riesige Herausforderung. Wenn der gesamte Verkehr gleichzeitig nur noch elektrisch betrieben werden sollte, würde das das Problem verdoppeln. Aber gerade in den zukünftigen Ballungsräumen gibt es, schon wegen der verringerten Abgase, sicherlich einen Markt, der bei 15 Prozent liegen könnte.

Könnte die Brennstoffzellenforschung das Problem lösen helfen?

Stolten: Ja, und zwar mit Hilfe der Windenergie, wie ich in einem Szenario nachgerechnet habe. Durch die Modernisierung aller bestehenden Windanlagen ließe sich so viel zusätzlicher Strom erzeugen, dass er 2050 das Gas ersetzen könnte, das die – dann besser isolierten – deutschen Haushalte derzeit für das Heizen benötigen. Zusätzlich würden durch periodische Spitzenzeiten 90 Terawattstunden im Jahr übrigbleiben. Wenn sie anfallen, könnten wir sie mit einem realistischen Wirkungsgrad von 70 Prozent elektrolysieren. Mit dem gewonnenen Wasserstoff könnten Brennstoffzellen 16 Millionen Fahrzeuge betreiben.

Samm: Mit der Zahl von 16 Millionen mit Brennstoffzellen und Wasserstoff betriebenen Fahrzeugen wäre ich vorsichtig. Dass das quantitativ geht, glaube ich. Doch wenn die Wasserstoffkosten einem Benzinpreis von 20 Euro pro Liter entsprechen, sieht die Sache wieder anders aus.

Stolten: Wasserstoff hat einen sehr viel besseren Wirkungsgrad als Benzin. Tankstellen könnten ihn daher netto, also vor Steuern, zu einem Preis vertreiben, der 1,3 bis 1,4 Euro pro Liter Benzin entspricht.

Was müsste passieren, damit die Brennstoffzelle sich durchsetzt?

Stolten: Die Brennstoffzelle hat meiner Ansicht nach besonders im Autoverkehr das Potenzial für große Zahlen. Dabei gibt es zwei drängende Themen zu bearbeiten: Die Kosten müssen fast auf das Niveau von Dieselantrieben gesenkt und der Verschleiß der Brennstoffzelle muss reduziert werden. Ich denke, dass die Forschung diese beiden Probleme bis 2015 oder 2017 leidlich im Griff hat. Einen Weg zur Herstellung von Wasserstoff über die Windkraft habe ich vorhin aufgezeigt. Die Weiterentwicklung einer ausreichend effizienten Elektrolysetechnik geht gut voran. Fehlt nur noch die Infrastruktur, das heißt ein unterirdisches Rohrsystem für die Verteilung des Wasserstoffs zu den Tankstellen in Deutschland von geschätzt 36.000 Kilometern.

Hake: Ich bin da skeptisch. Insbesondere wegen der Wasserstoffinfrastruktur. So lange andere Länder hierbei nicht mitziehen, wird die Akzeptanz für ein solches Konzept denkbar gering sein, weil die Deutschen stets mit ihrem Auto in den Urlaub fahren wollen.

Stolten: Das Argument hatten wir schon einmal bei der Einführung von bleifreiem Benzin. Doch es hat nur eine Urlaubssaison gedauert, bis Frankreich nachgezogen hatte.

Bolt: Die Brennstoffzelle ermöglicht darüber hinaus eine dezentrale Stromversorgung. Haushalte oder auch kleine Gebäudesiedlungen, die am Erdgasnetz hängen, könnten parallel auf Brennstoffzellen zurückgreifen. Diese Ausgleichsfunktion der Brennstoffzellen im Gesamtsystem sollten wir über die Mobilitätsdiskussion nicht vergessen.

Eine mögliche Energiequelle, die wir bisher noch nicht thematisiert haben, sind Fusionskraftwerke. Wann können wir damit rechnen, Herr Samm?

Samm: Wir haben 1996 beim internationalen Fusionsexperiment JET in England gezeigt, dass Fusion funktioniert. Nun geht es um die Herausforderungen des Dauerbetriebs und der Wirtschaftlichkeit. Die Materialien, die den Dauerbetrieb aushalten sollen, sind dabei das Kernproblem. Denn die stark belasteten Wandmaterialien ständig auszuwechseln, wäre zu teuer. Ich gehe aber davon aus, dass das internationale Fusionsexperiment ITER die Technologie soweit verbessern hilft, dass wir danach das erste Demonstrationskraftwerk mit einem Gigawatt Leistung bauen können. Es könnte 2030 oder 2040 in Betrieb gehen – allerdings ist die Effizienz hier noch sehr unsicher.

Wann rechnen Sie mit einem nennenswerten Beitrag der Fusionsenergie zur gesamten deutschen Versorgung von 5 bis 10 Prozent?

Samm: In der zweiten Hälfte des Jahrhunderts. Wenn Sie sich den Energiebedarf in der Welt ansehen, können Sie sich ausrechnen, dass der auch jenseits von 2050 stark ansteigen wird, weil immer mehr Menschen immer mehr Wohlstand wollen. Dann kommt die Fusion genau richtig.

Was bedeutet die Energiewende ganz konkret für Ihre Arbeit, Herr Bosbach?

Prof. Dirk Bosbach: Die nukleare Entsorgung rückt jetzt massiv in den öffentlichen Fokus. Einerseits steht der Rückbau der Kernkraftwerke an. Andererseits sind 80 Prozent der Europäer der Meinung, dass wir jetzt eine Lösung für die nukleare Endlagerung finden müssen und dieses Problem nicht zukünftigen Generationen überlassen dürfen. In die Diskussion scheint momentan sehr viel Bewegung zu kommen. So hat zum Beispiel Baden-Württemberg angeboten, auch dort die Suche nach Standorten für ein Endlager zu ermöglichen.

Könnte die Forschung eine klare Entscheidung zwischen verschiedenen möglichen Standorten treffen, wenn man sie ließe?

Bosbach: Der Nachweis der Sicherheit eines Endlagers soll für eine Million Jahre erfolgen – das ist im streng naturwissenschaftlichen Sinne praktisch nicht möglich. Wir können allerdings Argumente zusammentragen, die zu dem Ergebnis führen, dass sich ein Standort für ein Endlager eignet oder auch nicht eignet. Wir können also einzelne Standorte ausschließen. Eine Entscheidung, welcher Standort unter grundsätzlich möglichen Standorten der beste ist, dürfte hingegen schwierig sein.

Buchkremer: Aber es muss doch Kriterien geben, die Sie messen können, Argumente, nach denen Sie gewichten und werten können.

Bosbach: Die Eigenschaften von Standorten lassen sich nicht 1:1 vergleichen. Das Gewicht der Argumente ist damit immer subjektiv. Vergleichen Sie zum Beispiel eine Tonformation mit einer Steinsalzformation. Steinsalz hat den Vorteil einer hohen Wärmeleitfähigkeit und den Nachteil, dass es in Wasser sehr löslich ist. Ton hat den Vorteil, radioaktive Stoffe gut zurückzuhalten, ist aber sehr temperaturempfindlich. Unsere Forschungsergebnisse können somit nur die Basis für eine gesellschaftliche Entscheidung sein.

Hake: Ich finde, das ist eine gute, klare Aussage. Sie zeigt genau, wo die Grenzen von Natur- und Ingenieurwissenschaften verlaufen und wo letztendlich gesellschaftliche Bewertung erfolgt. Wenn Wissenschaft seriös argumentiert, kann sie der Gesellschaft keine Entscheidungen abnehmen und sollte das auch nicht versprechen.

Bosbach: Wichtig ist allerdings grundsätzlich, dass Deutschland auch in Zukunft bei nuklearen Themen sprechfähig bleibt. Wenn wir in der Lage sein wollen zu bewerten, was unsere Nachbarn machen, brauchen wir entsprechende Fachleute, die auch selbst forschen.

Herr Hake, Kosten waren im Laufe dieses Gesprächs immer wieder ein wichtiger Faktor. Stimmt es, dass mit der Energiewende die Stromversorgung teurer wird?

Hake: Die Statistik zeigt klar, dass die Strompreise seit längerem kontinuierlich ansteigen. Der Grund dafür liegt in der zunehmenden Regulierung des Markts. Wenn immer mehr kostengünstige Optionen aus dem System herausgenommen werden, steigen die Preise insgesamt.

Für die Energiewende benötigen wir in der Übergangszeit neue Kohlekraftwerke, und es müssen zum Beispiel etliche Versorgungsleitungen neu gelegt werden. Großprojekte wie Stuttgart 21 zeigen, wie die Gesellschaft darauf reagieren kann. Haben wir die richtigen Instrumente, um Kommunikations- und Entscheidungsprozesse begleiten zu können?

Samm: Ich bin da ganz pessimistisch, denn ich glaube, wir befinden uns in einem Dilemma. Je besser es unserer Gesellschaft geht, desto höher bewertet sie das kleinste Risiko.

Hake: Akzeptanz für ein Projekt kommt nicht zustande oder kommt abhanden, wenn bestimmte Gruppen das Gefühl haben, sie verlieren irgendetwas Wichtiges. In Stuttgart ist das der Fall. Es muss deshalb gelingen, eine bessere Balance herzustellen, so dass mehr Menschen von dem Projekt profitieren. Dass das bei Großprojekten gelingen kann, zeigt zum Beispiel der Braunkohletagebau hier in der Region. Hierbei hat ein großflächig angelegter Ausgleich auch finanzieller Art stattgefunden. Wobei natürlich keine unmittelbare Beziehung zwischen Geld und Akzeptanz vorausgesetzt werden darf. Genauso wenig führt allein bessere Kenntnis zu mehr Akzeptanz. Häufig wird die Öffentlichkeit allerdings viel zu spät einbezogen. Bei Großprojekten müssen wir grundsätzlich davon ausgehen, dass sie auch scheitern können. Insbesondere wenn Verfahren so lang dauern wie zum Beispiel in Stuttgart. Deshalb müssen Genehmigungsverfahren beschleunigt werden, damit diejenigen, die zustimmen, die Gelegenheit bekommen zu erfahren, was sie bewilligt haben.

Bolt: Frühzeitig K.o.-Kriterien zu kennen, hilft uns auch bei der Auswahl der Themen, die wir mit der Jülicher Forschung voranbringen möchten. Ein Beispiel ist die Speicherforschung. Wir erforschen große Speicher, die besonders sicher sein müssen, weil wir nur hierdurch auf dem Markt mit Akzeptanz rechnen können.

Was würden Sie als Erstes für die Energiewende tun, wenn Sie in Ihrer Entscheidung völlig frei wären und so viel Geld für die Umsetzung Ihrer Pläne hätten, wie Sie benötigen?

Samm: Angesichts der globalen Probleme, die in diesem Jahrhundert noch auf uns zukommen, ist die momentan diskutierte Energiewende Kleinkram. Um der Ressourcenknappheit, den Umwelt-, Klima- und Verteilungsproblemen begegnen zu können, würde ich als Allererstes das Energieforschungsbudget verdoppeln oder verdreifachen.

Bolt: Da stimme ich völlig zu, hier geschieht auch seitens der Politik bereits einiges. Um den anstehenden Herausforderungen zu begegnen, benötigen wir eine deutliche Verstärkung der Energieforschung. Es muss klar sein, dass die nötigen neuen Technologien und Innovationen auf dem Energiesektor nur durch eine starke Grundlagenforschung zu erzielen sind.

Hake: Ich denke ebenfalls, dass wir die deutsche Brille absetzen müssen. Wir müssen uns der Herausforderung stellen, 8 Milliarden Menschen nicht nur mit Strom, sondern mit Energie zu versorgen. Deshalb würde ich die Vorrangstellung für die Einspeisung von Erneuerbaren aufweichen, denn sie ist weder durch den technologischen Reifegrad der Erneuerbaren noch durch Wirtschaftlichkeit oder auch durch Umwelt- und Klimaschutz gedeckt.

Biel: Dem möchte ich ganz grundlegend widersprechen. Denn wenn wir in 100 Jahren fast nichts anderes mehr haben als die Erneuerbaren und die Fusion, macht es Sinn, sie heute zu entwickeln – auch wenn das im Augenblick mühsam und teuer ist.

Buchkremer: Wenn ich könnte, würde ich entscheiden, dass wir die Technologien trotzdem noch einmal offen diskutieren, inklusive der Kernenergie. Den Fokus können wir aber auf den Erneuerbaren belassen, um möglichst schnell zu erforschen, was sie und vor allem wie schnell sie zu unserem Energiemix beitragen können.

Stolten: Selbst wenn die Fossilen nicht so schnell zu Ende gingen, müssten wir sie aus Klimaschutzgründen im Boden lassen.Deshalb wäre mein wichtigstes Forschungsziel, Wege zu finden, mit denen erneuerbare Energieträger weltweit billiger werden als fossile.

Herr Bolt, was können wir in Jülich abseits der Forschung tun, um einen Beitrag zur Energiewende zu leisten?

Bolt: Neben unseren thematischen Schwerpunkten bei Energie, Klima und Nachhaltigkeit ist die energieeffiziente Sanierung des Gebäudebestands im Forschungszentrum ein wichtiges Thema des Vorstands. Jülich will sich als nachhaltiger Campus langfristig eine Vorreiterposition unter den Forschungszentren erarbeiten. Wir prüfen derzeit verschiedene Konzepte, wie ein solcher Ansatz ganzheitlich umgesetzt werden kann. Dazu können zum Beispiel erweiterte Mobilitätskonzepte gehören, die ein emissionsarmes Pendeln zum Arbeitsplatz ermöglichen. Wir untersuchen auf einem breiten Spektrum belastbare Lösungsansätze, die auch von den Kosten her umsetzbar sein müssen.

Wir danken für das Gespräch.


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