Energiewende: Die grüne Methan-Formel

Man könnte auf „Wunder“ hoffen, wie die seit 50 Jahren versprochene Kernfusion als nahezu unerschöpfliche Energiequelle der Menschheit. In den 1960er- und 70er-Jahren wurde diese Lösung als „in 20 Jahren verfügbar“ versprochen. Heute sind die Zeithorizonte der Versprechungen kürzer, da uns die Zeit für eine erfolgreiche Energiewende ausgeht. Trotzdem kann man nicht auf Wunder warten. Die Existenz der Menschheit ist durch den Klimawandel bedroht, und das Problem muss mit erprobten Technologien gelöst werden. Auch wenn manche dieser Technologien noch nicht gezeigt haben, dass sie auch in der für die Energiewende gewaltigen Dimension funktionieren – etwa Elektrolyseure zur Wasserstoffherstellung aus grünem Strom im Gigawatt Maßstab.

Wind- und Solarenergie stehen nicht zur Verfügung, wenn der Mensch sie braucht, sondern wenn die Natur sie uns schenkt. Und sie liefern „nur“ Strom, obwohl die Industrie andere, insbesondere speicherbare Energieträger in größerer Menge bräuchte. Elektrische Energie ist großtechnisch nicht speicherbar, sondern Strom kann nur Energie von der Quelle (z. B. einem Windpark) zu einem Verbraucher (z. B. dem europäischen Netz) übertragen – in der Hoffnung, dass die Verbraucher diese Energiemenge auch benötigen. Wenn das nicht der Fall ist, kann die Windenergie nicht genutzt werden und ist verloren. Eben das ist das Charakteristikum von „volatiler“ Energie.

Im Gegensatz dazu wird ein kalorisches Kraftwerk, dessen Strom im Netz nicht gebraucht wird, die Energielieferung ohne Bedarf einstellen und seine Primärenergie (Kohle, Öl, Gas) aufheben, bis das Netz die Energie braucht. Wind oder Sonnenenergie kann man leider nicht aufbewahren und freisetzen, wenn man sie braucht.

Diese Abhängigkeit erfahren wir zur Zeit schmerzhaft durch den Ausfall von Gaslieferungen aus Russland durch den Aggressor Putin, der Gas als Waffe gegen Europa einsetzt. Die Regierung erklärt deshalb, dass wir künftig auf andere Energieträger wie Kohle umstellen müssen, um nicht mehr erpressbar zu sein. Doch diese politische Handlungsweise ist Gift für eine erfolgreiche Energiewende – und nach Beendigung des Krieges in absehbarer Zeit obsolet. Denn für Erdgas gibt es mehr Lieferanten als Russland und seit Jahrzehnten funktionierende Transportwege mit Schiffen und Pipelines zwischen den Kontinenten. Zudem hat Europa riesige unterirdische Speicher in geologischen Formationen, Gaskraftwerke zur Stromerzeugung und zahlreiche Verbraucher in Industrie und Bevölkerung, die auf Erdgas angewiesen sind.

Die größte Stärke von Erdgas ist, dass dieser Energieträger aus Wasser mittels Wind- und Solarstrom sowie biogenem Kohlenstoff synthetisiert werden kann. Elektrolyseure brechen die atomare Bindung des Wassers durch Stromfluss auf und der gewonnene grüne Wasserstoff wird mit biogenem Kohlenstoff zu Methan synthetisiert. Durch die Erzeugung von synthetischem Methan aus volatiler Sonnen- und Windenergie gelingt eine Energiewende, die den Konsumenten so wie bisher Strom und Gas, aber auch andere flüssige Kraftstoffe wie Benzin, Diesel, etc. aus Wasserstoff bedarfsorientiert zur Verfügung stellen kann. Atomare Bindung von (grünem) Wasserstoff an (biogenen) Kohlenstoff oder Stickstoff verleiht dem Wasserstoff eine sehr hohe volumetrische Energiedichte. Das macht ihn gut transportierbar und speicherfähig – eine Methode, von der Natur gelernt.

Das synthetische Methan unterscheidet sich fast nicht vom Erdgas und damit ist keine neue Infrastruktur für Transport, Speicherung und Verbrauch in der Industrie und in den Haushalten erforderlich. Warum ist das wichtig? Weil der Umstieg auf einen anderen grünen und speicherbaren Energieträger in der Dimension der Energiewende riesige Mengen an Energie und Rohstoffen zur Errichtung der neuen Infrastruktur benötigt. Und damit riesige Mengen an fossilem CO₂ freisetzt, um erst nach Errichtung des neuen Energievektors, in mindestens einem Jahrzehnt, Treibhausgase einzusparen. Pro Jahr werden weltweit ca. 36 Gigatonnen (Gt) CO₂ emittiert. Das Budget zur Erreichung des 1,5 Grad-Klimazieles (ab 2020 gemessen) beträgt nur mehr 500 Gt. Damit ist jede vermeidbare CO₂-Emission – wie der Aufbau neuer Energievektoren – zu unterlassen.

Biomasse: Vorsicht wegen Artenvielfalt

Die Errichtung der riesigen Solarflächen und Windparks sowie der Elektrolyseure und Syntheseanlagen wird jedenfalls gewaltige Mengen an Treibhausgasen freisetzen. Das ist unvermeidbar. Die Treibhausgasmenge lässt sich aber fast halbieren, wenn die Anlagen in Weltregionen errichtet werden, in denen der „Ernteertrag“ von Wind- und Sonnenenergie um gut das Doppelte höher ist und die gewonnenen synthetischen Kraftstoffe mit bereits bestehenden Transportsystemen nach Europa importiert werden. Es wird schwer genug sein, durch Energiesparen und Nutzung grüner Energieträger wie Biomasse und Holzpellets die heute emittierten 36 Gt CO₂-Emissionen pro Jahr zu senken, um in Summe bis 2050 unter 500 Gt CO₂ zu bleiben – oder das 1,5 Grad-Klimaziel verwerfen zu müssen.

Holzpellets sollten nicht bis zu dem Maß genutzt werden, dass dem Wald durch Entfernen von zu viel Holz wichtige Rohstoffe für das Wachstum der verbleibenden Bäume entzogen werden. Keinesfalls sollte auf schnell wachsende Pflanzenarten gesetzt werden, um die Menge an Biomasse zu vergrößern, da die so wichtige Artenvielfalt verschwinden würde. Studien zeigen, dass global maximal 15 Prozent der Primärenergie über Biomasse bereitgestellt werden kann, bevor die Artenvielfalt unwiederbringlich geschädigt wird.

Der Autor ist em. o. Univ.-Prof. an der TU Graz, ehemaliger Präsident der mathematisch-naturwissenschaftlichen Klasse der Öst. Akademie der Wissenschaften sowie Mitbegründer des Vereins „netER“.