Mit Methanol zur Energiewende

Wollen wir die Energie in Zukunft komplett aus erneuerbaren Quellen beziehen, werden wir Energie langfristig speichern und auch Angebot und Nachfrage in Einklang bringen müssen. Und das möglichst schlau.

Die Idee besteht darin, den Bedarf an Strom und Wärme sowie die Mobilität intelligent miteinander zu verknüpfen. Strom spielt dabei die wichtigste Rolle – sie ist die höchstwertige aller Energieformen.

Die Energiestrategie 2050 und der Klimawandel

Es war ein Freitagnachmittag vor 10 Jahren, als ein Erdbeben der Stärke 9,0 die Nordostküste Japans erschütterte. Das Erdbeben löste einen Tsunami aus. Gewaltige Flutwellen erreichten das Festland und verursachten im Kernkraftwerk Fukushima den fast vollständigen Ausfall der Stromversorgung bei vier von sechs Reaktorblöcken. Es kam zu Explosionen und radioaktive Strahlung wurde freigesetzt.

Kurz danach gab Doris Leuthard, die ehemalige Energieministerin, den Ausstieg aus der Kernenergie bekannt.

Die noch grössere Katastrophe bilden jedoch die Folgen der schleichenden Erderwärmung, durch den ungebremsten Anstieg der Treibhausgase in der Atmosphäre, vor allem CO₂. Auslöser ist die Verbrennung von fossilen Rohstoffen wie Rohöl, Erdgas und Kohle zur Energiegewinnung.

Bis 2050 soll die Schweiz von fossilen Energien wegkommen. Sie hat sich mit dem Unterschreiben des Pariser Klimaabkommens dazu verpflichtet, ihre Treibhausgasemissionen bis 2030 um die Hälfte zu reduzieren und bis Mitte Jahrhundert auf Netto Null zu bringen. Spätestens dann darf kein Öl mehr zum Heizen, kein Gas zum Kochen und kein Benzin zum Autofahren verwendet werden. Nur so kann die Schweiz ihren Beitrag dazu leisten, dass die globale Erwärmung nicht über 1,5 Grad hinaus ansteigt.

Ausgangslage

Wir stellen Energie in unterschiedlicher Form bereit. Vereinfacht gesagt, nutzen wir einen Drittel des Energieverbrauchs für Strom, einen Drittel für Wärme und einen Drittel als Treibstoff für die Mobilität.
Heute produzieren wir Strom hauptsächlich in AKW (35 %) und durch Wasserkraft (55 %). Die Energie für Wärme und Mobilität stammt vorwiegend aus fossilen Quellen.
Knacknuss Stromerzeugung: Das Potenzial für Wasserkraft ist ausgeschöpft. Staudämme und Laufkraftwerke bleiben für das System sehr wichtig. Doch ein Zubau im grossen Stil ist unwahrscheinlich. Solarenergieproduktionsstätten sollen die Kernkraftwerke ersetzen, die über einen Drittel zur elektrischen Energie beitragen.
In der Schweiz wird 50 Prozent der Energie in Form von Erdöl und Treibstoffen verbraucht, gefolgt von 25 Prozent als Elektrizität und 14 Prozent als Gas. Nehmen wir die AKW vom Netz und verzichten zudem auf fossile Energien, fallen 85 Prozent der Gesamtenergie weg.

Energiesystem heute

Herausforderung

Ausbau Photovoltaik
Gemäss dem Bundesamt für Energie ist die Solarenergie die vielversprechendste Option. In den neueren Szenarien soll ihr Beitrag von 2 auf rund 20 bis 40 Terawattstunden (TWh) steigen.

Mit Solarzellen auf Hausdächern könnten 50 TWh Strom produziert werden. Rechnet man die Hausfassaden mit ein, wären es sogar 67 TWh. Bei diesen Annahmen sind Dächer ab einer gewissen Grösse und mit günstiger Ausrichtung berücksichtigt. Der Ausbau läuft jedoch viel zu langsam. Es fehlen Anreize, um dieses Potenzial zu erschliessen.

Sonnenenergie liefert Flatterstrom
Sonnenenergie unterliegt Schwankungen. Anders als beim AKW ist Sonneneinstrahlung nicht planbar. Um einer Strommangellage zu entgehen, braucht das Stromnetz sowohl einen konstanten Stromfluss über Bandenergie als auch eine steuerbare Energiezufuhr zur Deckung der Spitzenlast, um die kurzfristigen Verbrauchsspitzen etwa zur Mittagszeit zu decken, wenn viel Strom zum Kochen gebraucht wird.

Technologien (weiter)entwickeln
Im künftigen Energiesystem spielt Strom eine zentrale Rolle. Rund die Hälfte der Brenn- und Treibstoffe, die wir heute als Energie für Wärme, Kälte und Antrieb benötigen, muss in Zukunft elektrisch bereitgestellt werden. Bis 2050 braucht es in der Schweiz mindestens 30 Terawattstunden zusätzlichen, erneuerbaren Strom – also plus eine Terawattstunde jedes Jahr.

Der Bund legt sein Augenmerk deshalb auf einen effizienten Stromverbrauch. Hebel, um Strom zu sparen, sind beispielsweise sparsamere Leuchtmittel, Ersatz von Elektroheizungen durch Wärmepumpen, bessere Gebäudeisolationen und effektivere Kühlanlagen.

Saisonale Energiespeicher
Ohne Kernkraftwerke vergrössert sich das saisonale Ungleichgewicht: Die Winterlücke wird grösser. Bereits heute ist der Sommer ertragreicher als der Winter. Dies wegen der Wasserkraft: Sobald die Frühlingssonne den Schnee zum Schmelzen bringt, steigt der Wasserpegel der Flüsse. Dadurch übersteigt die Produktion den Bedarf. Mit dem Ausbau der PV-Anlagen wird sich der Stromüberschuss im Sommer respektive der Strommangel im Winter weiter akzentuieren.

Lösungsansätze für ein neues Energiesystem

Es braucht chemische Langzeitspeicher, zum Beispiel in Form von flüssigem Methanol, um den sommerlichen Überschussstrom für die langen Wintermonate zu speichern.
Wir müssen Angebot und Nachfrage besser in Einklang bringen, sodass der Bedarf an Speichern so klein wie möglich bleibt. Speicher kosten zusätzliches Geld und sie kosten Energie. Kein Energiespeicher hat einen Wirkungsgrad von 100 Prozent. Aus keinem kommt die gleiche Menge an Energie wieder heraus, die man vorher hineinsteckt.
Das Zauberwort lautet Sektorenkopplung. Dahinter verbirgt sich die Idee, die unterschiedlichen Energieformen Strom, Wärme und Treibstoffe intelligent miteinander zu verknüpfen.
Sämtliche fossilen Energieträger wie Rohöl, Kohle und Erdgas sollen durch chemisch hergestellte Energieträger wie Methanol, Wasserstoff und Synfuels ersetzt werden.

Energiespeicher (Methanol)

Was bedeutet diese Verknüpfung – Sektorenkopplung – im Alltag?

Überschüssiger Strom könnte beispielsweise in den Wärmesektor fliessen. Damit werden Warmwasserboiler gefüllt und aufgeheizt. Verbraucht wird das Wasser irgendwann in den kommenden Stunden.
Beispiel Elektroauto: Die Batterie eines durchschnittlichen Elektroautos kann 50 kWh Strom speichern. Mit einer vollen Batterie fährt man mindestens 300 Kilometer weit. Eigentlich kann ein E-Auto aber noch sehr viel mehr – nämlich Energiespeicher sein, etwa in einem Mehrfamilienhaus. Wenn Flaute ist und die Sonne nicht scheint, könnte über das Ladekabel der Strom von der Autobatterie zurück in die Haushalte fliessen. So könnte ein Elektroauto dazu beitragen, Strom aus erneuerbaren Energiequellen zu speichern und vorübergehende Schwankungen auszugleichen.
Was im Kleinen bei einem Mehrfamilienhaus funktioniert, könnte auch im Grossen klappen – bei Industrie und Verkehr: das neue Speichern und Verteilen der Energie.
Überschüssiger Strom aus Sonnenenergie könnte zur Produktion von Wasserstoff oder Methanol genutzt werden – als Zwischenspeicher oder für die Produktion von synthetischen Treibstoffen.
Schafft es die Menschheit, erneuerbare Energie zu ernten, zu speichern und sinnvoll zu verteilen, brauchen wir keine fossilen Energiespeicher mehr.

Zusammenfassend

Die Sektoren Wärme, Verkehr und Industrie werden immer mehr elektrifiziert und brauchen demnach weniger fossile Energie.
Weniger fossile Energienutzung hat zur Folge, dass der Strombedarf wächst.
Es braucht zwingend chemische Langzeitspeicher, zum Beispiel in Form von Methanol, um die sommerlichen Stromüberschüsse für die Nutzung im Winter zu speichern.
Energiespeicher sind teuer. Deshalb braucht es neue Strategien.
- - Strom intelligent untereinander teilen, sodass weniger Unter- oder Überschüsse anfallen.
  - Energieverbrauch drosseln, indem wir die Technologien weiter ausbauen, wie es die Strategie des Bundes vorsieht.
  - Strom aus wirtschaftlichen und energetischen Gründen direkt nutzen.
  - Strombezug auf Zeiten mit grosser Produktion verschieben. Elektrizität muss je nach tageszeitlicher Verfügbarkeit billiger oder teurer sein. Dies führt zu einem Wechsel beim Energiebezug – weg vom nächtlichen Bandstrom aus AKW hin zur Solarproduktion tagsüber.