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Erde|Umwelt

Auf dem Weg ins Zeitalter der Elektrifizierung

Strom
Strom wird künftig eine größere Rolle spielen. (Bild: arthon meekodong/ iStock)

Bisher ist Strom ein eher teurer Energieträger. Die direkte Verbrennung fossiler Brennstoffe ist – noch – günstiger und deckt rund 80 Prozent des globalen Energiebedarfs. Doch das wird sich ändern, wie Forscher prognostizieren: Strom aus erneuerbaren Energien könnte schon bis 2050 zwei Drittel der Energienutzung ausmachen. In Verbindung mit einer CO2-Bepreisung könnte der „grüne Strom“ dann sogar zur billigsten Energieform avancieren. Das ermöglicht dann auch eine Elektrifizierung vieler bisher nicht auf Strom basierender Prozesse und Industrien.

Im Zuge des Klimaschutzes und der Minderung der Treibhausgasemissionen führt am Ausstieg aus den fossilen Brennstoffen kaum ein Weg vorbei. Bei der Stromerzeugung können künftig vor allem die erneuerbaren Energien aus Sonne und Wind einen großen Teil des Bedarfs decken. Allerdings gibt es noch weit mehr Bereiche, in denen fossile Brennstoffe bisher zum Einsatz kommen. Die Spanne reicht von den Antrieben für die Fortbewegung auf Straße, Wasser und in der Luft über Heizungen bis hin zu industriellen Anwendungen wie der Stahl und Zementindustrie.

Von der Kohle zum „grünen“ Strom

Für die Dekarbonisierung der zukünftigen Wirtschaft bedeutet dies, dass auch in diesen bisher nicht elektrifizierten Bereichen tiefgreifende Umwandlungen stattfinden müssen – Veränderungen, die weniger leicht umsetzbar sind als bei der Stromerzeugung. „Heutzutage werden 80 Prozent des gesamten Energieverbrauchs für Industrie, Verkehr und Gebäudewärme durch die direkte Verbrennung fossiler Energie und nur 20 Prozent durch Strom gedeckt“, erklärt Gunnar Luderer vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung. „Lange Zeit waren fossile Brennstoffe billig und leicht zugänglich, während Strom der kostbarere und teurere Energieträger war.“

Das aber muss sich ändern. Denn durch die Dekarbonisierung werden viele Endnutzungen auf Strom umstellen müssen, die bisher mit direkter Verbrennung von Kohle und Co arbeiten. Im Verkehr bedeutet dies den Wechsel von Verbrennern zur E-Mobilität oder Wasserstoffantrieben und auch in vielen Industriebereichen wird dies einen Wechsel beispielsweise von Kohle als Heizmittel und Reduktionshelfer auf elektrische und elektrochemische Verfahren mit sich bringen. Das aber bedeutet, dass der Strombedarf deutlich steigen wird und dass der Strom billiger werden muss. Ob das möglich ist und welche Faktoren dazu beitragen, haben Luderer und seine Kollegen nun durch Modellsimulationen untersucht.

Bis 2050 billigste Energieform

Das Ergebnis: „Unsere Computersimulationen zeigen, dass Strom in Verbindung mit einer globalen CO2-Bepreisung bis 2050 zur billigsten Energieform werden und bis zu drei Viertel des gesamten Bedarfs decken kann“, berichtet Luderer. Einer der Gründe für diese Entwicklung sind die rasanten technologischen Fortschritte bei der Gewinnung von Solar- und Windenergie, die den „grünen“ Strom schon jetzt immer günstiger machen. „Allein in den letzten zehn Jahren sind die Preise für Solarstrom um 85 Prozent gefallen, und für die Zukunft sind weiter sinkende Kosten zu erwarten,“ so Luderer. Die meisten Computersimulationen hätten das Tempo dieser Entwicklung bisher unterschätzt.

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Wenn der Strom jedoch deutlich günstiger wird, eröffnet dies auch neue Möglichkeiten, bisher nicht elektrifizierten Prozesse und Branchen auf ökonomisch sinnvolle Weise umzustellen. „Unsere Forschung zeigt, dass sich das bisherige Verhältnis von fossilen Brennstoffen zu Strom fast umkehren lässt, sodass die sehr einfach klimaneutral zu erzeugende elektrische Energie zur Hauptstütze der globalen Energienachfrage wird“, sagt Luderer. Hinzu kommt, dass durch technische Fortschritte auch strombasierte Endanwendungen effizienter werden – Elektroautos bekommen eine größere Reichweite, Wärmepumpen verbrauchen inzwischen weniger Energie pro Wärmeeinheit als jede Art von fossil betriebenem Heizkessel.

Strom selbst in der Stahlindustrie

„Man kann mehr Endanwendungen elektrifizieren, als man denkt, und den Energieverbrauch in diesen Fällen im Vergleich zu heute sogar senken“, erklärt Luderers Kollegin Silvia Madeddu. „Nehmen wir die Stahlproduktion: Wenn man das Schmelzen von recyceltem Stahl, dem sogenannten Sekundärstahl, mit Strom macht, reduziert das die gesamte benötigte Prozessenergie und senkt die Kohlenstoffintensität pro Tonne produzierten Stahls. Alles in allem stellen wir fest, dass mehr als die Hälfte des gesamten Energiebedarfs der Industrie bis 2050 elektrifiziert werden kann.“ Tatsächlich zeigen die Simulationen, dass sich der Anteil der Elektrizität im Laufe des Jahrhunderts selbst dann verdoppeln würde, wenn der Klimaschutz nicht gestärkt wird.

Allerdings bleiben einige Engpässe bei der Elektrifizierung bestehen, wie die Forscher einräumen. Dazu gehören der Langstreckenflugverkehr, die Schifffahrt und die chemischen Grundstoffe, bei denen fossile Brennstoffe als Rohstoffe in der Produktion von Chemikalien verwendet werden. Hier seien aber erneuerbare Lösungen denkbar, etwa in der Luftfahrt sogenannte E-Fuels – wasserstoffbasierte Treibstoffe, die mit Strom aus erneuerbaren Energien erzeugt werden. „Das Zeitalter der erneuerbaren Elektrizität wird kommen, so oder so. Aber nur eine umfassende Regulierung der fossilen Brennstoffe in allen Sektoren und auf der ganzen Welt, vor allem eine CO2-Bepreisung, kann sicherstellen, dass dieses Zeitalter rechtzeitig kommt, um die globale Erwärmung auf 1,5 Grad zu begrenzen“, sagt Luderer.

Quelle: Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung; Fachartikel: Nature Energy, doi: 10.1038/s41560-021-00937-z

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