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Energiewende braucht weniger Energie als oft angenommen
Versteckte Verluste: Fossile Brennstoffe decken rund 80 Prozent des globalen Primärenergieverbrauchs, aber ein großer Teil ihrer Energie geht bei Verbrennung und Umwandlung verloren. Eine Modellrechnung zeigt nun, dass erneuerbare Stromerzeugung und elektrifizierte Anwendungen die Systemverluste um 61 Prozent senken könnten. Der rechnerische Primärenergiebedarf würde bei gleichem Nutzen um 48 Prozent sinken.
Oxford (England). Fossile Brennstoffe decken noch rund 80 Prozent des weltweiten Primärenergieverbrauchs. Dabei beschreibt die Primärenergie den Energiegehalt von Rohstoffen vor ihrer Umwandlung, nicht die Energie, die am Ende Fahrzeuge bewegt, Räume heizt oder Maschinen antreibt.
Ein Großteil des eingesetzten Brennstoffs geht durch Verbrennung und Umwandlung als Abwärme für den eigentlichen Zweck verloren. Windräder und Solaranlagen erzeugen dagegen Strom ohne die Wärmeverluste von Kohle- oder Gaskraftwerken. Auch Elektromotoren und Wärmepumpen nutzen die zugeführte Energie wesentlich effizienter als viele fossile Anwendungen.
Forscher der University of Oxford um Prof. Jan Rosenow haben nun die weltweiten Energieflüsse mit einem weitgehend elektrifizierten Energiesystem verglichen. Grundlage waren Energiebilanzen für 2022 und die Flussdiagramme des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), die Energiequellen, Nutzung und Verluste gegenüberstellen.
Im Modell blieb die nützliche Energie konstant, also jene Energiemenge, die tatsächlich für Transport, Wärme und andere Dienstleistungen bereitsteht. Dadurch lässt sich abschätzen, wie viel Energie allein durch effizientere Umwandlungswege und den Wechsel zu erneuerbarem Strom eingespart werden könnte.
Das Ergebnis: Die systemweiten Energieverluste sinken von 388 auf rund 150 Exajoule pro Jahr, also um 61 Prozent. Gleichzeitig fällt der nach den üblichen Bilanzregeln berechnete Primärenergieeinsatz um 288 Exajoule oder 48 Prozent. Die bereitgestellten Energiedienstleistungen bleiben dabei gleich.
Den größten Einzelbeitrag leistet die Stromerzeugung. Werden fossil befeuerte Kraftwerke weitgehend durch erneuerbare Stromquellen ersetzt, sinken die dort und im Stromnetz erfassten Verluste im Modell von 135 auf 24 Exajoule jährlich. Denn Windräder und Solarmodule müssen nicht erst Brennstoffwärme in elektrische Energie umwandeln.
Im Verkehr gehen weitere 67 Exajoule weniger verloren, weil elektrische Antriebe effizienter arbeiten als Verbrennungsmotoren. Die Verluste bei Förderung, Verarbeitung und Transport fossiler Brennstoffe verringern sich um 34 Exajoule. Beide Effekte kommen zur Einsparung bei der Stromerzeugung hinzu.
Eine besondere Rolle spielen Wärmepumpen: Sie erzeugen die benötigte Wärme nicht allein aus dem eingesetzten Strom, sondern nutzen zusätzlich Energie aus der Umgebung. Im Modell wächst diese zugeführte Umgebungswärme von rund zwei auf 52 Exajoule pro Jahr. Diese Energie muss nicht erst in Kraftwerken oder Heizkesseln erzeugt werden.
Der Befund macht eine Schwäche der üblichen Primärenergiestatistik deutlich. Bei Kohle und Gas zählt der Energiegehalt des eingesetzten Brennstoffs, bei Wind- und Solarenergie dagegen die erzeugte Strommenge. Der Rückgang des Primärenergieverbrauchs hängt daher auch von der gewählten Bilanzierung ab. Weniger Abwärme und andere Systemverluste sind dagegen ein unmittelbar physikalischer Effizienzgewinn.