Ambitionierte Klimapolitik ist nötig: der Klimawandel ist hier, um zu bleiben

Seit Beginn der Industrialisierung hat sich die Zusammensetzung der Atmosphäre durch die Emission von Treibhausgasen zunehmend verändert. Durch das Verbrennen von fossilen Brennstoffen wie Kohle, Öl und Gas hat sich die Konzentration verschiedener Treibhausgase wie CO2, Methan und Distickstoffoxid stark erhöht. Diese menschengemachte Entwicklung verstärkt den natürlichen Treibhauseffekt und führt zu einer messbaren Erwärmung der Erdatmosphäre und einem spürbaren Wandel des Klimas. Die Schweiz wird voraussichtlich überdurchschnittlich stark vom Klimawandel betroffen sein, mit Auswirkungen auf Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft. Langfristig werden die negativen gegenüber den positiven Folgen klar überwiegen.

Globales Umweltproblem
Der Klimawandel gehört zu den globalen Umweltproblemen, die im nationalen Kontext allein nicht lösbar sind. Die Bemühungen um eine international koordinierte Vorgehensweise sind daher für die Schweiz von grosser Bedeutung. Die Weltgemeinschaft beschäftigt sich seit rund einem Vierteljahrhundert mit Fragen und entsprechenden Lösungen zur Klimaänderung. Ein Meilenstein für ein koordiniertes Vorgehen auf internationaler Ebene war die Verabschiedung der Klimakonvention (UNFCCC) im Juni 1992. Inzwischen sind über 190 Staaten Mitglied des UNFCCC, unter anderem auch die Schweiz. Entscheidungsgrundlagen werden vom Weltklimarat (IPCC), gegründet vom Umweltprogramm der Vereinten Nationen und der Weltorganisation für Meteorologie, in Form von wiederkehrenden Sachstandsberichten bereitgestellt.
Gemäss IPCC setzt sich eine erfolgreiche Klimapolitik aus Mitigation und Adaptation zusammen.

Mitigation und Adaptation
Als Mitigation oder Minderung werden alle Massnahmen bezeichnet, welche zu einer Reduktion der Treibhausgasemissionen führen, wie die Erhöhung der Energieeffizienz, die Förderung erneuerbarer Energieträger oder auch das Aufforsten von Wäldern.
Unter Adaptation oder Anpassung werden Massnahmen verstanden, welche die Empfindlichkeit natürlicher und menschlicher Systeme gegenüber den heutigen und zukünftigen Auswirkungen der Klimaänderung verringern. Dazu gehört unter anderem der Hochwasserschutz, die Begrünung von Städten zur natürlichen Kühlung im Sommer oder der Einsatz trockenheitsresistenterer Pflanzen in der Landwirtschaft.
Die Schweiz setzt sich national und international für eine aktive Politik zur Reduktion der Treibhausgase ein, anerkennt das 2-Grad-Ziel und hat im Oktober 2017 das Klimaübereinkommen von Paris ratifiziert. Um das Klimaübereinkommen zu erfüllen, sieht die Schweiz eine Reduktion ihrer Treibhausgasemissionen um 50% gegenüber 1990 bis im Jahr 2030 vor. Herzstück der Schweizer Klimapolitik ist das CO2-Gesetz, welches aktuell in der Totalrevision steht. Es sieht vor, dass die bereits bestehende CO2-Abgabe auf Brennstoffe wie Heizöl bis auf 210 Franken pro Tonne CO2 angehoben werden kann (heute 96 Franken). Das Gebäudeprogramm, welches seit 2010 Fördergelder für energetische Sanierungen im Gebäudepark auszahlt, soll ab 2026 durch Ziele im Gebäudesektor und falls nötig durch CO2-Grenzwerte bei Alt- und Neubauten abgelöst werden. Die CO2-Vorschriften für Neuwagen von der EU sollen laufend übernommen werden und der Emissionshandel soll möglichst rasch mit dem EU-System verknüpft werden.
Diese Massnahmen gehören in die Kategorie Mitigation, also Minderung des Klimawandels durch Reduktion der Treibhausgasemissionen. Wie vom Weltklimarat vorgesehen, verfolgt die Schweiz aber auch die zweite Säule der Klimapolitik – die Anpassung/Adaptation an den Klimawandel.

Bildunterschrift: Der Klimawandel ist nicht umkehrbar: (a) Auch wenn die jährlichen CO2-Emissionen ab 2020 rückläufig sind und ab 2050 gegen null gehen (blauer Pfad mit ambitionierter internationaler Klimapolitik), (b) steigt die CO2-Konzentration in der Erdatmosphäre noch bis 2050 an und bleibt dann über Jahrhunderte konstant auf diesem hohen Niveau (blauer Pfad). (c) Entsprechend verhalten sich auch die Temperaturen: Auch ohne neue CO2-Emissionen ab 2050 gehen die Temperaturen nicht auf das vorindustrielle Niveau zurück (blauer Pfad). Bildquelle: IPCC AR5 – Synthesis Report

Klimawandel: nicht umkehrbar
Gegenüber vorindustriellem Niveau hat sich die Erdatmosphäre bereits um 1°C erwärmt. Der Klimawandel ist also bereits Tatsache und mit ihm auch seine Auswirkungen, wie Hitzewellen, Dürren, Starkregen, Überschwemmungen und intensive Hurrikane. Auch wenn von heute auf morgen die ganze Welt aufhören würde, Kohle, Erdöl und Erdgas zu verbrennen und die CO2-Emissionen somit auf einen Schlag auf null gehen würden, bleibt die bereits verursachte Erwärmung von 1°C für mehrere Jahrhunderte bestehen! Der Klimawandel ist nicht umkehrbar. Ein vorindustrielles Temperaturniveau ist auch mit der ambitioniertesten Klimapolitik nicht mehr zurückzuholen. Grund dafür ist, dass nicht die jährlichen CO2-Emissionen, sondern die akkumulierte CO2-Konzentration in der Erdatmosphäre ausschlaggebend ist für die Temperatur auf der Erde. Auch ohne neue Emissionen verschwindet das CO2 in der Atmosphäre nur sehr langsam über Jahrhunderte. Und bereits heute – mit „nur“ +1°C-Erwärmung – sind die Auswirkungen des Klimawandels zunehmend zu spüren. Gleichwohl ist die Welt meilenweit davon entfernt, ihre CO2-Emissionen auf null zu senken. Im Gegenteil: von Jahr zu Jahr steigen die Emissionen sogar noch weiter an. Mit jeder Tonne CO2, welche wir zusätzlich in die Atmosphäre pusten, verändern wir folglich das Klima über Jahrhunderte. Im besten Fall erreichen die globalen, jährlichen CO2-Emissionen um 2020 ihren Höhepunkt und gehen dann bis 2050 rasch auf null. Damit würde die CO2-Konzentration im Jahr 2050 ihren Höhepunkt erreichen und eine Begrenzung der Erderwärmung auf 2°C wäre möglich. Im pessimistischen Fall erreichen die CO2-Emissionen erst kurz vor Ende des Jahrhunderts ihren Höhepunkt. Die CO2-Konzentration in der Atmosphäre würde in dem Fall noch während Jahrhunderten weiter ansteigen und die Erdtemperatur auf bis zu 8°C erhöhen.
Mit einem ambitionierten CO2-Gesetz kann die Schweiz ihren Beitrag zur Minderung der CO2-Emissionen und damit des Klimawandels leisten. Weil der Klimawandel aber irreversibel ist und bereits heute seine Auswirkungen zeigt, muss sich die Schweiz aber in den nächsten Jahren auch besser an den Klimawandel adaptieren.

Ambitionierte Klimapolitik ist nötig: der Klimawandel ist hier, um zu bleiben

Grenzen der Elektromobilität

Der fünfte und letzte Teil der Serie „Elektromobilität – Hype oder Heilsbringer?“ lotet die Grenzen der Elektromobilität aus.   

Meilensteine und Fahrplan der Schweizer Klimapolitik für die Zeit nach 2020 gemäss Entwurf des Bundesrates.

In seiner Botschaft zur Totalrevision des CO2-Gesetzes nach 2020 legt der Bundesrat die nächste Etappe der Schweizer Klimapolitik fest. Sein Fahrplan sieht eine Reduktion der schweizweiten Treibhausgasemissionen (CO2) um 70 bis 85 Prozent bis ins Jahr 2050 vor und strebt nach 2050 die Klimaneutralität an. Sprich in der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts würde die Schweiz keine CO2-Emissionen mehr verursachen. Damit dies gelingt, müssen die Treibhausgasemissionen in allen Sektoren rasch reduziert und nach 2050 auf null gesenkt werden. Die Mobilität auf den Strassen (Personenwagen und Güterverkehr) zieht in der Schweiz mehr als einen Drittel der gesamten CO2-Emissionen auf sich. Eine substanzielle Reduktion in diesem Bereich ist für die Schweizer Klimapolitik daher von grosser Bedeutung. Im Durchschnitt sind die CO2-Emissionen pro Fahrzeug in den letzten Jahren bereits zurückgegangen, obwohl noch grossmehrheitlich Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren (Benzin und Diesel) auf der Strasse unterwegs sind. Grund dafür ist der technologische Fortschritt und die zunehmende Hybridisierung, wie beispielsweise bekannt vom Toyota Prius. Diese CO2-Reduktion ist aber viel zu gering, um das weitere Mobilitätswachstum zu kompensieren, so dass die Gesamtemissionen seit 1990 gestiegen sind. Um die vom Bundesrat skizzierten Klimaziele zu erreichen, müssen Verbrennungsmotoren daher durch eine CO2-ärmere Antriebstechnologie ersetzt werden. Wie in den letzten Berichten dieser Serie gezeigt, kommt genau an dieser Stelle die Elektromobilität ins Spiel. Nur mit einer raschen Marktdurchdringung der Elektromobilität können die Schweizer Klimaziele im Bereich Mobilität erreicht werden. Doch sind Elektrofahrzeuge die einzigen „Heilsbringer“ der Klimapolitik oder gibt es Alternativen?

 

Wasserstoff-Zukunft?

Tatsächlich gibt es mit dem Brennstoffzellenantrieb eine Alternative zur Elektromobilität. Brennstoffzellenfahrzeuge werden mit Wasserstoff (H2) an speziellen Tankstellen per Zapfschlauch betankt. Die im Fahrzeug verbaute Brennstoffzelle fungiert als bordeigenes „Kraftwerk“ und wandelt den Wasserstoff in Strom um. Der Antrieb des Fahrzeuges erfolgt dann wie beim Elektroauto über einen Elektromotor. Da Brennstoffzellenfahrzeuge aber Wasserstoff und nicht Strom „tanken“, gehören sie per Definition nicht zu den Elektrofahrzeugen. Der Wasserstoff wird im Fahrzeug in einem Tank aufbewahrt. Brennstoffzellenfahrzeuge haben zudem eine Batterie, unter anderem zur Energierückgewinnung bei Bremsvorgängen und zur Optimierung der Energieflüsse. Der Hauptvorteil ist die hohe Energiedichte von Wasserstoff. Im Vergleich zu Elektrofahrzeugen weisen Brennstoffzellenfahrzeuge daher eine grössere Reichweite bei gleichzeitig tieferem Gewicht vor. Allerdings ist der Brennstoffzellenantrieb viel ineffizienter als jener eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs. Wären Mitte Jahrhundert alle rund 5,5 Mio. Personenwagen in der Schweiz Elektrofahrzeuge, bräuchte es dafür rund 7 TWh Strom (ca. 11% des heutigen Stromverbrauchs der Schweiz). Würden jedoch alle Personenwagen Mitte Jahrhundert mit Brennstoffzellen angetrieben, müssten dafür mehr als 20 TWh Strom zusätzlich produziert werden. Die Schweizerische Stromnachfrage stiege um mehr als 30%. Der Grund weshalb der Stromverbrauch beim Umstieg auf Brennstoffzellenfahrzeuge steigt, liegt bei der Herstellung (Elektrolyse) des in den Fahrzeugen benötigte Wasserstoffs, welche viel Strom braucht.

Zurzeit gibt es erst drei Brennstoffzellenfahrzeuge auf dem Markt und praktisch keine Wasserstoff-Tankstellen. 2016 existierten auf der Welt lediglich 260 Wasserstoff-Tankstellen. Für Elektrofahrzeuge gibt es alleine im Raum Zürich über 200 öffentliche Lademöglichkeiten. Auch im Betrieb sind Brennstoffzellenfahrzeuge um ein Vielfaches teurer als Elektrofahrzeuge. Überzeugt aber der Hauptvorteil der Brennstoffzellenfahrzeuge – die signifikant grössere Reichweite und die deutlich kürzere Betankungszeit – so sehr, dass sie die aktuell führende Position der Elektrofahrzeuge noch streitig machen und zukünftig doch vermehrt auf Wasserstoff gesetzt wird? Aktuell deutet im Bereich der Personenwagen nichts darauf hin, denn diese Vorteile haben sich aufgrund der Marktreife der Elektrofahrzeuge in den letzten Jahren bereits deutlich reduziert. Der Mercedes GLC mit Brennstoffzellenantrieb fasst der Tank 4,5 Kilogramm Wasserstoff. Damit kommt er auf eine Reichweite von rund 400 km. Viel mehr als sechs Kilogramm Wasserstoff wird aber kaum in einem Personenwagen Platz finden – aus Gründen der Crash-Sicherheit, da unkontrollierter Wasserstoff hochexplosiv ist. Die entsprechende Alltagsreichweite von rund 600 Kilometer werden Elektroautos mit der nächsten Batteriegeneration möglicherweise auch bieten. Auch bei der Tankgeschwindigkeit schmilzt der Vorsprung des Wasserstoffantriebs rapide. Schnellladestationen mit 150 Kilowatt Leistung bringen Elektroautos in einer Viertelstunde wieder auf Trab.

Im Bereich der Personenwagen ist es daher unwahrscheinlich, dass sich Brennstoffzellenfahrzeuge gegen Elektrofahrzeuge doch noch durchsetzen werden. Die Anwendungsbereiche für Brennstoffzellen verschieben sich aktuell zu immer grösseren Fahrzeugen. Dort wo grosse Mengen Wasserstoff sicher on-board gelagert werden können und damit grosse Reichweiten möglich werden, finden Brennstoffzellenfahrzeuge ihren Platz im zukünftigen Mobilitätssystem. Also in Langstrecken-Bussen, Lastwagen oder anderen Nutzfahrzeugen.

 

CO2-freie Mobilität

Im internationalen Schiff- und Flugverkehr, welcher zunehmend relevant wird in der Klimapolitik, werden sich nach aktuellem Kenntnisstand weder der batterie-elektrische noch der Brennstoffzellenantrieb durchsetzen. An ihrer Stelle könnten zukünftig synthetische Kohlenwasserstoffe in Erscheinung treten und die CO2-freie Zukunftsmobilität komplettieren. Synthetische Kohlenwasserstoffe sind eigentlich nichts anderes als klimaneutrales Kerosin, welches aus Strom, Wasser und Biomasse hergestellt wird. Während Brennstoffzellen-Lastwagen und mit synthetischen Kohlenwasserstoffen betriebene Flugzeuge noch Zukunftsvisionen sind, ist die Elektromobilität im Personenwagen bereits Realität.

 

Rund um das Thema Elektromobilität wird viel geredet und geschrieben. Dabei kursieren viele Behauptungen, die das Image beeinflussen. Weshalb die Elektromobilität als Hoffnungsträger gilt, wie stark die Stromnachfrage steigt, wie es um die Klima- und Ökobilanz steht, wie weit Elektroautos wirklich kommen und wie viele es davon in 20 Jahren geben wird, lesen Sie in der fünfteiligen Serie „Elektromobilität – Hype oder Heilsbringer?“.

Teil 1: Herkulesaufgabe für die Elektromobilität

Teil 2: Blackout durch Elektromobilität?

Teil 3: Wie sauber sind Elektroautos?

Teil 4: Lohnen sich Elektrofahrzeuge?

Teil 5: Grenzen der Elektromobilität

 

Grenzen der Elektromobilität

Wie sauber sind Elektroautos?

Der dritte Teil der Serie „Elektromobilität – Hype oder Heilsbringer?“ zeigt, wie sauber Elektroautos wirklich sind.

Ein Elektrofahrzeug hat keinen Verbrennungsmotor, produziert also während der Fahrt keine Abgase, keine Schadstoffe und keine CO2-Emissionen. Das bedeutet, dass dank der Elektromobilität die Nutzung fossiler Energien im Verkehrssektor stark reduziert werden kann. Die CO2-Emissionen der Personenwagen, welche in der Schweiz zwei Drittel der Gesamtemissionen im Verkehrssektor ausmachen, können dank Elektroautos innert 20 Jahren um mehr als 30 Prozent reduziert werden.

Städte könnten dank der Elektromobilität schon bald frei von Smog sein. Der emissionsfreie Betrieb der Elektroautos birgt grosses Potenzial zur Verbesserung der Luftqualität. Auch die  Lärmbelastung ist bei Elektroautos geringer als bei Benzin- oder Dieselautos. Vor allem bei langsamer Fahrt dominiert das Antriebsgeräusch die Lärmemissionen der Autos. Bis zu einer Geschwindigkeit von 25 km/h sind daher Elektroautos viel leiser als Verbrenner. Mit weiter zunehmendem Tempo nehmen die Abrollgeräusche der Reifen auf dem Asphalt überhand. Elektroautos haben dann keinen Vorteil mehr, sind aber auch dann zumindest nicht lauter als herkömmliche Autos.

Es scheint, als ob die Elektromobilität alle Umweltprobleme zu beseitigen vermag. Trotzdem kursieren zähe Vorurteile über die wirkliche Ökobilanz von Elektroautos. Elektrofahrzeuge seien gar nicht so grün wie sie dargestellt werden.

Der Elektromobilität wird nachgesagt, dass die Batterieproduktion haufenweise Energie verschlingt und somit hohe CO2-Emissionen verursacht. Doch geht damit wirklich jeglicher ökologische Vorteil gegenüber Verbrennerautos verloren?

 

Betrachtung des ganzen Lebenszyklus

Klar ist, dass bei Elektroautos nicht nur der emissionsfreie Betrieb, sondern auch die Herstellung des Fahrzeugs und der Batterie berücksichtigt werden müssen, wenn es darum geht, die Elektromobilität als Umweltretterin zu positionieren. Einen fairen Vergleich zwischen Elektro- und Verbrennerautos liefert eine Ökobilanz. Dabei werden alle relevanten Emissionen (z.B. CO2 oder Feinstaub) über den gesamten Lebenszyklus des Fahrzeugs aufsummiert – also von der Rohstoffbereitstellung, Herstellung über die Nutzung bis zur Entsorgung, respektive zum Recycling. In jedem Schritt wird Energie benötigt und es fallen Emissionen an. Bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien, wie sie in Elektroautos vorkommen, wird Energie benötigt und es entstehen Treibhausgase. Beim Rohstoffabbau entsteht zusätzlich Feinstaub. Doch auch bei der Herstellung herkömmlicher Fahrzeuge wird viel Energie verbraucht. Nicht nur Elektroautos, auch Verbrennerautos, haben bereits einen Rucksack voller Umweltbelastung, bevor sie überhaupt ihren ersten Kilometer auf der Strasse gefahren sind. Der Rucksack der Elektroautos ist am Anfang aufgrund der Batterieherstellung tatsächlich schwerer als bei Benzinern und Dieselfahrzeugen. Der ökologische Vorteil der Verbrenner hält aber nicht lange an. Doch wie können Elektroautos diesen Rückstand aufholen?

CO2-Emissionen verschiedener Antriebstechnologien über den gesamten Lebenszyklus (Ökobilanz). Die Daten beziehen sich auf vergleichbare Mittelklasseautos mit einer Fahrleistung von 150’000 Kilometer. Quelle: PSI, EMPA, ETH (2016). THELMA project.

Auf den Strommix kommt’s an

Herkömmliche Fahrzeuge verbrennen während der Fahrt im Motor Treibstoffe in Form von Benzin oder Diesel. Als Folge davon werden Schadstoffe in Abgasen wie CO2, Schwefeloxide, Stickstoffoxide oder Kohlenstoffmonoxid direkt in die Umwelt abgegeben. Im Gegensatz dazu entstehen während der Fahrt mit einem Elektroauto keine weiteren Abgase, so wie die Geschirrspülmaschine, welche am Strom angeschlossen ist, auch keine direkten Abgase emittiert. Eine Ökobilanz berücksichtigt aber auch die Umweltbelastung des in Elektroautos eingesetzten Stroms, denn auch dieser muss in irgendeiner Weise in einem Kraftwerk produziert werden. Werden Elektroautos mit dem Schweizer Strommix geladen, steckt rund 62 Prozent Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Wasserkraft, Sonnenenergie und Biomasse drin. Der Schweizer Strommix weist daher nur geringe CO2-Emissionen vor und belastet die Ökobilanz der Elektroautos kaum. Mit jedem gefahrenen Kilometer verbessert sich daher die Umweltbilanz eines Elektroautos gegenüber eines Verbrennerautos. Eine Studie des Paul-Scherrer-Instituts, der EMPA und der ETH Zürich aus dem Jahr 2016 hat gezeigt, dass die über den ganzen Lebenszyklus verursachten CO2-Emissionen nach 150‘000 gefahrenen Kilometer bei einem Elektroauto, welches mit Schweizer Strom geladen wird, 70 Prozent tiefer sind verglichen mit einem Benzin- oder Dieselfahrzeug der gleichen Fahrzeugkategorie. Eine erst kürzlich publizierte Studie des Massachusetts Institute of Technology vergleicht die Ökobilanz über den ganzen Lebenszyklus eines zwei Tonnen schweren Tesla Model X mit jener des Ford Fiesta SFE Ecoboost, also eines sparsamen Kleinwagen-Beziners. Nach 175‘000 gefahrenen Kilometern verursacht der Tesla X insgesamt 35 Tonnen CO2 während der Ford Fiesta bereits 39 Tonnen verbuchen muss. Gerechnet wurde übrigens mit dem deutschen Strommix, der zu 40 Prozent aus Kohlestrom besteht.

Vergleicht man Fahrzeuge derselben Kategorie miteinander, schneiden Elektroautos auch mit dem EU-Strommix, welcher noch viel Kohlestrom beinhaltet, deutlich besser ab als Verbrennerautos. Die CO2-Emission über den gesamten Lebenszyklus sind bei einem Elektroauto nur rund halb so gross wie bei einem Benzin- oder Dieselfahrzeug. Würden Elektroautos nur mit grünem Strom aus erneuerbaren Quellen geladen werden, lägen die CO2-Emissionen sogar um 80 Prozent tiefer als bei Verbrennern. Wird hingegen lediglich Kohlestrom verwendet, sind die Emissionen bei Elektro- und Verbrennerfahrzeugen insgesamt vergleichbar.

 

Fokus auf erneuerbaren Energien

Elektrofahrzeuge schonen schon beim heutigen Strommix in Europa das Klima. In der Schweiz ist dieser Effekt aufgrund des hohen Anteils der Wasserkraft sogar noch deutlich ausgeprägter. Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energie wird sich diese positive Auswirkung weiter verstärken. Auch ein Auto mit einem Elektromotor bleibt primär ein Auto. Wie Verbrennerfahrzeuge verursachen auch Elektroautos Umweltschäden. Am besten schneiden Elektrofahrzeuge ab, wenn konsequent Strom aus erneuerbaren Quellen verwendet wird und das Fahrzeug häufig und lange eingesetzt wird. Denn Elektrofahrzeuge spielen ihren Klima- und Luftreinhaltetrumpf erst während der Fahrt aus.

 

Rund um das Thema Elektromobilität wird viel geredet und geschrieben. Dabei kursieren viele Behauptungen, die das Image beeinflussen. Weshalb die Elektromobilität als Hoffnungsträger gilt, wie stark die Stromnachfrage steigt, wie es um die Klima- und Ökobilanz steht, wie weit Elektroautos wirklich kommen und wie viele es davon in 20 Jahren geben wird, lesen Sie in der fünfteiligen Serie „Elektromobilität – Hype oder Heilsbringer?“.

Teil 1: Herkulesaufgabe für die Elektromobilität

Teil 2: Blackout durch Elektromobilität?

Teil 3: Wie sauber sind Elektroautos?

Teil 4: Lohnen sich Elektrofahrzeuge?

Teil 5: Grenzen der Elektromobilität

 

Wie sauber sind Elektroautos?

Blackout durch Elektromobilität?

Der zweite Teil der Serie „Elektromobilität – Hype oder Heilsbringer?“ zeigt, wie viel Strom die Elektromobilität braucht und wie stark die Stromnetze belastet werden.

Der morgentliche Kaffee, das Mittagessen um 12 Uhr, Zähneputzen vor dem ins Bett gehen – der Mensch liebt Regelmässigkeit in seinem Tagesablauf. Wie am Abend zu Hause das Smartphone an der Steckdose eingesteckt wird, könnte künftig am Abend bei der Rückkehr von der Arbeit, vom Fitness oder dem Einkaufen das Elektrofahrzeug am Parkplatz zuhause eingesteckt und geladen werden. Hat die Schweiz überhaupt genügend Strom, um zukünftig so viele Elektroautos zu versorgen und ist es für die Stromnetze ein Problem, wenn abends alle gleichzeitig ihre Elektromobile anschliessen?

Was ist ein Elektroauto?

Die Elektromobilität umfasst all jene Fahrzeuge, die ihre Energie überwiegend aus dem Stromnetz beziehen, also extern aufladbar sind. Der Strom stellt bei der Elektromobilität den eigentlichen „Treibstoff“ dar. Dazu gehören batterie-elektrisch betriebene Fahrzeuge, wie der Tesla Model S und X, der Renault Zoe oder der BMW i3, Elektrofahrzeuge mit einem kleinen Verbrennungsmotor zur Reichweitenverlängerung (z.B. BMW i3 mit Range Extender) sowie am Stromnetz aufladbare Plug-in-Hybridfahrzeuge, in denen sowohl ein E-Motor als auch ein Verbrennungsmotor für den Antrieb sorgen. Herkömmliche Hybridfahrzeuge wie der Toyota Prius gehören in diesem Sinne nicht zur Elektromobilität. Hybridfahrzeuge bieten eine Kombination aus Verbrennungs- und Elektromotor und verfügen über eine kleine Batterie. Die Batterie eines Hybridfahrzeugs wird über den Verbrennungsmotor und nicht über das Stromnetz aufgeladen. Hybridfahrzeuge sind zwar sehr effiziente Fahrzeuge, gehören aber nicht zur Elektromobilität.

Immer mehr Elektroautos

Die Schweiz zählte Ende 2017 über 4,5 Millionen Personenwagen. Zwei Drittel davon sind Benzinfahrzeuge. Weitere knapp 30 % sind Dieselfahrzeuge. Hybridfahrzeuge machten Ende 2017 1,6 % des Fahrzeugbestandes aus. Mehr als 14‘400 reine Elektrofahrzeuge waren Ende 2017 in der Schweiz immatrikuliert. Zusammen mit den Plug-in-Hybridfahrzeugen machten sie Ende 2017 aber noch weniger als 1 % des Fahrzeugbestandes aus. Bei den neu verkauften Personenwagen ist der Anteil an Elektrofahrzeugen in den letzten Jahren stetig gestiegen. 2017 wurden schätzungsweise 5‘000 batterie-elektrische Personenwagen und mehr als 3‘500 Plug-in-Hybride verkauft. Die Elektroautos beanspruchten damit 2017 knapp 3 % des Neuwagenmarktes für sich. In den nächsten Jahren dürfte dieser Wert rasch ansteigen.

Der Anteil der Elektroautos (batterie-elektrisch und Plug-in-Hybride) am Neuwagenmarkt wird in den nächsten Jahren stark ansteigen. Die drei abgebildeten Szenarien ergeben sich durch unterschiedliche politische Rahmenbedingungen. Bildquelle: EBP

Szenarien der Elektromobilität

In Norwegen waren im Dezember 2017 bereits 52 % der Neuwagen elektrisch. Nahezu alle grossen Automobilhersteller haben in den vergangenen Jahren umfassende Elektromobilitätsstrategien und Rollout-Konzepte zur Elektrifizierung ihrer Modellpalette angekündigt, darunter neu auch Volkswagen, Daimler, der französische PSA-Konzern, Mercedes oder Porsche. Auch von Seiten der Politik gibt es klare Indizien dafür, dass das Wachstum der Elektromobilität in den kommenden Jahrzehnten steil nach oben zeigen dürfte. Mit dem Inkrafttreten des Abkommens von Paris müssen die CO2-Emissionen im Verkehrssektor deutlich zurückgehen. Infolgedessen wird das geltende CO2-Gesetz in der Schweiz für den Zeitraum von 2021 bis 2030 totalrevidiert. China ist der mit Abstand grösste Markt der Elektromobilität. Im Jahr 2016 wurden rund 40 % aller weltweit verkauften Elektrofahrzeuge in China abgesetzt. Ab 2019 müssen Autohersteller in China zehn Prozent ihrer Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb verkaufen. Im Jahr 2020 gilt dann eine Quote von 12 %.

In der Schweiz sehen die aktualisierten Szenarien der Elektromobilität des Beratungsbüros EBP für das Jahr 2020 einen Neuwagenmarktanteil von rund 5 % vor. Im Jahr 2025 könnte dann bereits jedes fünfte verkaufte Auto ein Elektrofahrzeug sein. Bis im Jahr 2035 machen Elektroautos 25-60 % der Neuwagenflotte in der Schweiz aus. Zwischen dem Neuwagenmarkt und dem Fahrzeugbestand gibt es natürlich eine Verzögerung. Das Durchschnittsalter der Personenwagen in der Schweiz beträgt 8-9 Jahre. Wenn im Jahr 2035 also 50 % des Neuwagenmarktes durch Elektroautos dominiert wird, dauert es nochmals rund ein Jahrzehnt bis auch 50 % aller auf der Strasse verkehrenden Fahrzeuge elektrisch fahren.

 

5 Prozent mehr Stromverbrauch

Im Jahr 2035 dürften bereits mehr als eine Million Elektrofahrzeuge auf Schweizer Strassen verkehren. Alle diese Fahrzeuge benötigen Strom. Während der Strombedarf der Elektrofahrzeuge aktuell noch unbedeutend ist, steigt die Stromnachfrage der Elektromobilität bis 2035 möglicherweise auf 1.5 bis 3 Milliarden Kilowattstunden an. Dies würde allerdings lediglich rund drei bis fünf Prozent des heutigen Stromverbrauchs der Schweiz ausmachen. Selbst wenn im Jahr 2050 alle Autos in der Schweiz elektrisch fahren, würden knapp 8 TWh Strom oder rund 13 % des heutigen Stromverbrauchs der Schweiz dafür ausreichen. Dies zeigt eindrücklich, wie effizient die Elektromobilität ist.

 

Gesteuertes Laden wird nötig

Der Stromverbrauch der Elektromobilität bleibt also überschaubar. Da lange Ladezeiten dem Kunden zuliebe aber vermieden werden wollen, wird mit hoher Leistung geladen. Wenn viele Elektroautos zur selben Zeit am selben Ort laden, kann dies Stromnetze künftig vor Herausforderungen stellen. Im Jahr 2035 wird die Elektromobilität eine maximale, gleichzeitige Lastspitze von knapp 1‘000 Megawatt verursachen. Dies ist eine relevante Höhe, wenn man bedenkt, dass die jährliche Leistungsspitze im Schweizer Stromsystem bisher bei rund 10‘000 Megawatt liegt. Die Elektromobilität wird zukünftig also einen klaren Einfluss auf die Lastspitzen im Stromsystem haben.

Während der Stromverbrauch der Elektromobilität kaum ein Problem darstellen wird, gilt besonderes Augenmerk den Lastspitzen der Elektromobilität. Durch zeit- oder ferngesteuertes Laden oder durch den Einsatz von dezentralen Speichern können diese Lastspitzen, ohne gleichzeitig hohe Stromproduktion von erneuerbaren Energien, vermieden werden. Längerfristig ist deshalb eine Steuerung der Ladevorgänge, vor allem bei Heimladungen, sinnvoll. Verteilnetzbetreiber haben daher schon heute ein Interesse daran, dass vorwiegend smarte Ladestationen eingebaut werden und die Ladeleistungen bei Heimladungen begrenzt wird.

 

Rund um das Thema Elektromobilität wird viel geredet und geschrieben. Dabei kursieren viele Behauptungen, die das Image beeinflussen. Weshalb die Elektromobilität als Hoffnungsträger gilt, wie stark die Stromnachfrage steigt, wie es um die Klima- und Ökobilanz steht, wie weit Elektroautos wirklich kommen und wie viele es davon in 20 Jahren geben wird, lesen Sie in der fünfteiligen Serie „Elektromobilität – Hype oder Heilsbringer?“.

Teil 1: Herkulesaufgabe für die Elektromobilität

Teil 2: Blackout durch Elektromobilität?

Teil 3: Wie sauber sind Elektroautos?

Teil 4: Lohnen sich Elektrofahrzeuge?

Teil 5: Grenzen der Elektromobilität

 

Blackout durch Elektromobilität?

Herkulesaufgabe für die Elektromobilität

Der erste Teil der fünfteiligen Serie „Elektromobilität – Hype oder Heilsbringer?“ zeigt die grossen Herausforderungen, welche mit der stetig wachsenden Mobilitätsnachfrage und der steigenden Anzahl Autos auf uns zukommen.

 

Weltweit gibt es heute mehr als 1,2 Milliarden Motorfahrzeuge, davon sind über 900 Millionen Personenwagen. Diese Zahl wird voraussichtlich bis 2035 auf 2 Milliarden steigen. Damit sind grosse Herausforderungen verbunden: Die verkehrsbedingten Emissionen von CO2, Luftschadstoffen und Lärm steigen weiter an und die Abhängigkeit von Erdölimporten nimmt weiter zu.

 

Mobilität bald Haupttreiber der CO2-Emissionen?

Die Mobilität auf den Strassen zieht in der Schweiz mehr als einen Drittel der gesamten CO2-Emissionen auf sich. Dieser Anteil ist in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegen, denn die CO2-Emissionen aus Brennstoffen (in Haushalten, Industrie und Gewerbe) sind seit 1990 stark rückläufig, währenddessen die Emissionen aus Treibstoffen für die Mobilität weiter angestiegen sind. So dominierten die CO2-Emissionen aus Brennstoffen die CO2-Statistik der Schweiz vor 30 Jahren noch klar und waren rund anderthalbmal so hoch wie jene der Mobilität. In den letzten Jahren emittierten Brenn- und Treibstoffe aber fast gleichviel CO2. Um nationale und internationale Klima-, Energie- und Umweltziele zu erreichen, müssen die CO2-Emissionen zwingend auch im Verkehrssektor deutlich sinken. Zwischen 2008 und 2016 sind die CO2-Emissionen aus Treibstoffen zwar um rund 8% zurückgegangen. Grund dafür sind Emissionsvorschriften für Neuwagen, welche die Branche mit einer zunehmenden Hybridisierung der Fahrzeuge bewältigte. Trotzdem liegen die CO2-Emissionen im Verkehrssektor aber nach wie vor 5% über dem Wert aus dem Jahr 1990. Der Verkehrssektor gilt deshalb als Sorgenkind der Klimaschutzpolitik. Eine zusätzliche Herausforderung sind die ständig steigende Mobilitätsnachfrage und ein kontinuierlich wachsender Fahrzeugbestand. Zudem beeinflusst der hohe Wohlstand in der Schweiz die Fahrzeugwahl. So kaufen die Schweizer immer grössere, schwerere und stärkere Autos, und diese verbrauchen natürlich mehr Energie als ihre kleineren Artgenossen. So lag der Allrad-Anteil an den neu zugelassenen Personenwagen im Januar 2018 erstmals über 50%, wie au Daten von auto-schweiz hervorgeht. Die Herkulesaufgabe ist also klar: Deutlich sinkende CO2-Emissionen im Verkehrssektor erreichen, trotz mehr und stärkeren Autos bei gleichzeitig steigendem Mobilitätsbedürfnis.

 

Elektromobilität als Lösung?

Wie soll diese Herkulesaufgabe gelöst werden. Die Effizienzsteigerung von Verbrennungsmotoren und die Hybridisierung haben in den letzten Jahren zwar dazu geführt, dass der Benzin- und Dieselverbrauch reduziert werden konnte, doch die Fortschritte reichen bei weitem nicht aus, um die CO2-Emissionen ernsthaft zu reduzieren. Auch die Nutzung nachhaltiger Treibstoffe bleibt wichtig. Es scheint aber klar, dass die Skalierung dieser Biotreibstoffe beschränkt ist. Die Welt kann nicht 900 Millionen Personenwagen mit Biotreibstoffen aus Zuckerrüben, Gülle und Altholz betreiben, da einerseits Nutzungskonflikte mit der Nahrungsmittelindustrie auftreten und andererseits zu wenige biogene Abfälle anfallen. Für den Massenmarkt braucht es andere Lösungen.

Entwicklung der CO2-Emissionen aus Brenn- und Treibstoffen in der Schweiz. Die witterungsbereinigten CO2-Emissionen aus Brennstoffen (rot) sanken seit 1990 deutlich während diejenigen aus Treibstoffen über den Werten von 1990 liegen.

Die Elektromobilität kann ein wichtiger Baustein auf dem Weg zu einer klimafreundlichen und umweltschonenden Mobilität sein. Im Betrieb sind Elektrofahrzeuge emissionsfrei und vermeiden daher Treibhausgase und Luftschadstoffe. Zudem sind sie deutlich leiser als Autos mit Verbrennungsmotoren. Elektromobilität ermöglicht darüber hinaus, heimische, dauerhaft verfügbare Energie aus erneuerbaren Quellen anstelle des knapper und perspektivisch teurer werdenden Erdöls im Verkehr einzusetzen. Die Politik ist sich dieser Chance bewusst und verschärft europaweit die Emissionsvorschriften für neue Personenwagen. Die Schweiz übernimmt dabei die Vorschriften der EU (neuer Zielwert: 95 g CO2 pro km im Jahr 2021). Ohne Elektrofahrzeuge sind diese schärferen Vorgaben nicht mehr zu erfüllen. Gleichzeitig droht diversen deutschen Städten wegen überschrittenen Stickoxid-Grenzwerten eine Klage durch die EU-Kommission. Auch hier würde die Elektromobilität durch ihren lokal emissionsfreien Betrieb Abhilfe schaffen. Ehe jedoch die intensive Liebesbeziehung zwischen Mensch und Auto auch die Elektromobilität einschliesst, müssen Fahrzeugauswahl und Batterie-Reichweite vergrössert, die Fahrzeugpreise gesenkt und die Lademöglichkeiten kundenorientierter gestaltet werden.

 

Rund um das Thema Elektromobilität wird viel geredet und geschrieben. Dabei kursieren viele Behauptungen, die das Image beeinflussen. Weshalb die Elektromobilität als Hoffnungsträger gilt, wie stark die Stromnachfrage steigt, wie es um die Klima- und Ökobilanz steht, wie weit Elektroautos wirklich kommen und wie viele es davon in 20 Jahren geben wird, lesen Sie in der fünfteiligen Serie „Elektromobilität – Hype oder Heilsbringer?“.

Teil 1: Herkulesaufgabe für die Elektromobilität

Teil 2: Blackout durch Elektromobilität?

Teil 3: Wie sauber sind Elektroautos?

Teil 4: Lohnen sich Elektrofahrzeuge?

Teil 5: Grenzen der Elektromobilität

 

Herkulesaufgabe für die Elektromobilität

Die Welt ist nicht genug

Natürliche Ressourcen bilden die Basis für unsere Lebensqualität. Sie werden heute jedoch vielerorts übernutzt. Der Druck auf die natürlichen Ressourcen wird mit wachsender Weltbevölkerung und steigender Wirtschaftskraft künftig weiter ansteigen.

Die Schweizer belasten die Umwelt vor allem durch Konsum und Ernährung. Im Sockel sind öffentliche Gemeingüter und Infrastruktur enthalten.
Die Schweizer belasten die Umwelt vor allem durch Konsum und Ernährung. Im Sockel sind öffentliche Gemeingüter und Infrastruktur enthalten.

Am Morgen in einem geheizten Haus aufwachen und mit Warmwasser duschen. Mit dem Auto zur Arbeit fahren. Am Mittag ein Stück Fleisch auf dem Teller. In den Ferien mit dem Flieger ferne Länder erkunden. Wir leben auf grossem Fuss. Für unsere täglichen Aktivitäten brauchen wir natürliche Ressourcen, welche uns Mutter Erde zur Verfügung stellt. Heute nutzt die gesamte Menschheit Ressourcen von 1,6 Erden. Das bedeutet, dass der Planet Erde über ein Jahr und sechs Monate braucht, um den Verbrauch der Menschheit eines Jahres zu decken. Oder anders ausgedrückt: bereits kurz nach Jahresmitte – in diesem Jahr am 8. August 2016 (Earth Overshoot Day) – hat die Weltgemeinschaft die natürlichen Ressourcen, welche für ein ganzes Jahr reichen müssten, bereits aufgebraucht. Die Übernutzung der Ressourcen bringt die Umweltsysteme des Planeten an die Grenzen der Stabilität. Wo und in welchem Mass, zeigt das Konzept der „Planetary Boundaries“. Es betrachtet neun für das System Erde wichtige ökologische Dimensionen wie Klimawandel, Biodiversitätsverlust oder biogeochemische Kreisläufe (Stickstoff und Phosphor), bei denen ein Überschreiten festgelegter Grenzen gravierende Folgen für die Menschheit hätte. Wir leben auf grossem Fuss – auf zu grossem Fuss.

Ökologischer Fussabdruck

Ein anschauliches Bild für diese Übernutzung liefert der ökologische Fussabdruck, welcher CO2-Emissionen und Flächenbedarf berücksichtigt. Das Resultat – also der ökologische Fussabdruck – misst die Fläche in „globalen Hektaren“, die für die Produktion dieser Ressourcen notwendig wäre. Der ökologische Fussabdruck zeigt auf, welche ökologische Produktionsfläche erforderlich ist, damit eine Region, ein Land oder die gesamte Menschheit die eigenen Bedürfnisse decken und die Abfälle neutralisieren kann und erlaubt eine Aussage darüber, ob die Nutzung des Umweltkapitals nachhaltig ist oder nicht. Dem gegenüber steht die „Biokapazität“ eines Landes oder auch der ganzen Erde, also die Fähigkeit der Natur, Rohstoffe zu erzeugen und Schadstoffe abzubauen. Der ökologische Fussabdruck ist folglich wie eine Buchhaltung der Natur. Eine Buchhaltung besteht jedoch immer aus zwei Seiten. Deshalb wird auch die „Biokapazität“ berechnet, also die Fähigkeit der Natur, Rohstoffe zu erzeugen und Schadstoffe abzubauen. Stimmen Fussbadruck und Biokapazität einer Person oder Region überein, befindet sich diese im Einklang mit der Tragfähigkeit der Natur und ist somit nachhaltig.

Die Schweiz, kein Musterschüler

Auch die Schweiz übernutzt die natürlichen Ressourcen massiv. Der ökologische Fussabdruck sowie die Biokapazität der Schweiz werden vom BAFU und BFS regelmässig analysiert. Derzeit misst der ökologische Fussabdruck der Schweiz 4,9 globale Hektaren pro Kopf. Die Biokapazität der Schweiz beträgt indes bloss 1,4 globale Hektaren pro Kopf. Folglich ist der Fussabdruck der Schweiz dreieinhalbfach grösser als ihre Biokapazität.

Ernährung und Konsum

Der übermässige Ressourcenverbrauch der Schweizer belastet die Umwelt weltweit. Verantwortlich dafür sind vor allem Ernährung, Konsum, Mobilität und Wohnen. Bei der Ernährung fallen vor allem tierische Produkte, insbesondere Rindfleisch, ins Gewicht. Die globale Fleischproduktion verursacht mehr als 7 Milliarden Tonnen CO2  jährlich – das sind 18% aller anthropogenen CO2-Emissionen. Zum Vergleich: der globale Flugverkehr verursacht „lediglich“ 2% der globalen CO2-Emissionen. Zwar konnten in der Schweiz in verschiedenen Bereichen Verbesserungen erzielt werden, so etwa bei der Wasserverschmutzung oder der Luftqualität. Doch da ein Grossteil der Ressourcen für den hiesigen Konsum aus dem Ausland stammt, muss die dortige Umweltbelastung ebenfalls in die Rechnung mit einbezogen werden. Gemäss Untersuchung des BAFU aus dem Jahr 2014 fällt über 70 % der durch die Endnachfrage hierzulande verursachten Gesamtumweltbelastung im Ausland an.

Die Anzeichen für die Umweltzerstörung zeigen sich bereits heute weltweit. Überfischung, Abholzung von Wäldern, Verknappung des Süsswassers, Zunahme von CO2 in der Atmosphäre und die Anhäufung von Abfällen und Verunreinigungen illustrieren das eindrücklich.

Die Erde liefert alles, was wir zum Leben brauchen. Aber was braucht es, damit die Menschheit innerhalb der ökologischen Grenzen unseres einzigen Planeten lebt?

Die Welt ist nicht genug

Paradoxa der Energiewende

Die sogenannte Energiewende wird zwar viel diskutiert, mitunter wird aber durchaus Unterschiedliches darunter verstanden: Während auf der einen Seite hauptsächlich die dezentrale und erneuerbare Stromerzeugung im Vordergrund steht, wird auf der anderen Seite die Minimierung (bzw. Eliminierung) des CO2-Ausstosses als Hauptmerkmal angesehen. Im deutschsprachigen Raum bedeutet Energiewende gleichzeitig auch Atomausstieg also die Abschaltung bestehender Kernkraftwerke und häufig auch eine Art Technologieverbot, sodass keine neuen Kernkraftwerke gebaut werden können. Der Atomausstieg wurde nach der Fukushima-Katastrophe 2011 durch die Parlamente geboxt und damit die Energiewende zwangsläufig eingeleitet. Heikel an dieser Sache ist, dass die Elektrizitätsbranche sehr lange Investitionszyklen kennt und Entscheide häufig Jahrzehnte im Voraus in die Wege leitet. Auf kurzfristige Schocks reagiert die Branche nur träge. Diese Trägheit betrifft vor allem die grossen Betreiber von konventionellen Kraftwerken (Kernkraftwerke, Erdgaskraftwerke), welche immense Geldsummen an ihre Infrastruktur gebunden haben und Jahrzehnte im Voraus kalkulieren. Dementsprechend überrumpelt fühlte sich die Branche, als nach Fukushima die neuen erneuerbaren Energien wie Photovoltaik- (PV) und Windkraftanlagen mit dem Dünger von staatlichen Fördermassnahmen wie Pilze aus dem Boden schossen. Besitzer und Betreiber dieser dezentralen Anlagen waren häufig nicht mehr die grossen Energiebetreiber, sondern viele kleine, häufig private Akteure. Schon bald summierte sich die installierte Leistung dieser vielen kleinen Anlagen zu einem beachtlichen Anteil und die produzierte Menge Strom stieg von Jahr zu Jahr weiter an. In Deutschland stammte 2013 bereits 25 Prozent der Stromerzeugung von Erneuerbaren. Die Erneuerbaren wurden also innert kürzester Zeit erwachsen, werden aber in Deutschland weiterhin wie Kinder behandelt. So geniessen sie auch im Jahr 2014 einen Einspeisevorrang.

Sihlsee Oktober 2014

Wetterabhängige Stromproduktion

Solarzellen auf dem Dach und Windräder an Küsten und auf Hügeln produzieren nur dann Strom, wenn es die Witterung zulässt. So ist die Stromproduktion aus PV einerseits stark tageszeitabhängig (in der Nacht wird nie Strom erzeugt) anderseits jahreszeitabhängig (im Sommer ist die Strahlung deutlich erhöht), aber auch wetterabhängig. Die Stromproduktion aus Windenergieanlagen fluktuiert ebenfalls. Die tageszeitlichen und jahreszeitlichen Unterschiede sind aber deutlich geringer. Bei geeigneter Witterung wird sofort PV- und Windstrom produziert und diese Produktion ist kaum regelbar: Die produzierte Menge Strom ist, bei gegebener Anzahl Anlagen, nur abhängig vom Wetter, nicht aber von den Marktbedürfnissen. Das Wetter und nicht der Kunde entscheidet, wann Strom aus neuen erneuerbaren Energien produziert wird. Gleichzeitig werden die Erneuerbaren vom Staat mit einer Einspeisevergütung gefördert. Unabhängig vom vorherrschenden Marktpreis für Strom erhalten die Produzenten von erneuerbaren Energien bei der Einspeisung ihres produzierten Stroms ins Netz einen festgelegten Preis. Da die erneuerbaren Energien zur Stromproduktion keine teuren Betriebsstoffe wie Heizöl, Kohle, Gas oder Uran, sondern die gratis zur Verfügung stehende Sonnen-, Wind-, Erdwärme- und Wasserenergie benötigen, entsteht eine einzigartige Preisbildung auf dem Strommarkt. Da die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien keine Brennstoffkosten haben und ihre Produktion nicht regelbar ist (also genau dann produziert wird, wenn es das Wetter zulässt), bieten sie ihre Energie am Markt „gratis“ an (Einspeisevorrang). Relativ billig wird am Markt die Stromerzeugung aus Kernenergie und Kohle angeboten. Teuer und weniger gefragt ist Strom aus Erdgas und Erdöl (Merit Order Prinzip). Obwohl die Erneuerbaren „gratis“ am Markt anbieten, erhalten sie den Strompreis des letztbietenden Erzeugers. Der Unterschied zwischen angebotenem Preis und Marktpreis entspricht der Marge, mit der die fixen Kosten gedeckt werden müssen.

Mehr CO2

Die zunehmende Menge neuer erneuerbaren Energien im Strommarkt haben in Europa und vor allem in Deutschland in den letzten Jahren ein im Vorfeld stark unterschätztes Phänomen ausgelöst. Da immer mehr PV- und Windenergieanlagen „gratis“ am Strommarkt teilnahmen, gab es eine regelrechte Stromschwemme und die Strompreise an der Börse sind in der Folge markant gesunken. Im Gleichschritt wurden die Margen für konventionelle Erzeuger (Kohle, Gas, Öl) immer geringer. Dies bekommen zurzeit auch die Betreiber konventioneller Kraftwerke in der Schweiz zu spüren, bspw. die Pumpspeicherkraftwerke in den Alpen. Sobald die Strompreise unter den Brennstoffkosten liegen, bieten die grossen Betreiber von Gaskraftwerken ihre Leistung nicht mehr am Markt an. Solange dies nur einige Stunden im Jahr auftritt ist dies nicht weiter dramatisch. Die Anzahl solcher Stunden hat in den letzten Jahren jedoch stetig zugenommen, so dass einige Kraftwerke kaum noch auf die für einen rentablen Betrieb nötigen Betriebsstunden (Volllast-Stunden) kommen und ihre Kraftwerke schliesslich ganz abschalten. Der Siegeszug der Erneuerbaren wirft die konventionellen Kraftwerke regelrecht aus dem Markt, was jedoch unerwünschte Folgen haben könnte. Die konventionellen Kraftwerke haben nämlich gegenüber PV und Wind einen wichtigen Vorteil. Ihre Stromerzeugung ist nicht abhängig vom Wetter. Wenn also aufgrund der aktuellen Marktsituation kaum noch konventionelle Kraftwerke am Netz sind und eine langanhaltende Inversionswetterlage im Winter ansteht und kaum Strom aus PV- und Windenergieanlagen produziert wird, kann die Stromversorgung nicht weiter aufrecht erhalten werden. Doch nur für diese kritischen Stunden wollen die grossen Betreiber ihre Leistung nicht vorhalten, es sei denn auch sie werden zukünftig finanziell vom Staat unterstützt (Kapazitätsmarkt). Ein weiteres Paradoxa der Energiewende ist, dass die CO2-Emissionen aus der Stromerzeugung in Deutschland in den letzten Jahren trotz des massiven Ausbaus der Erneuerbaren nicht etwa zurückgingen, sondern sogar anstiegen. Der Grund dafür liegt in den sinkenden Strompreisen. Da die Marge auf dem Strommarkt so tief ist, werden kaum noch Gaskraftwerke betrieben, da Erdgas teuer ist. Rentabel sind nur noch alte Kohlekraftwerke, welche bereits amortisiert sind und mit billiger Kohle befeuert werden können. Kohle verursacht aber gegenüber Erdgas viel mehr CO2.

Dieses unerwünschte Nebenphänomen war sicherlich nicht so geplant und zeigt exemplarisch auf, welche Dynamik tiefe Markteingriffe auslösen können. Obwohl unter „Energiewende“ kaum jemand höhere CO2-Emissionen versteht, ist dies in Deutschland zurzeit Realität.

Paradoxa der Energiewende

Pro Kopf und Jahr eine Tonne CO2 rettet das Weltklima

Der globale Energiehunger steigt kontinuierlich an. Jeder Mensch auf der Erde benötigt im Schnitt ständig 2,2 Kilowatt Energie. Die knapp sieben Milliarden Köpfe verschlingen so permanent 15 Terra-Watt – oder die Leistung von 15‘000 grossen Atom- oder Kohlekraftwerken! In den vergangenen 30 Jahren hat sich dieser Wert mehr als verdoppelt. Die Internationale Energie Agentur IEA rechnet auch in naher Zukunft mit einem weiter ansteigenden Energiekonsum. So dürfte dieser in den nächsten 30 Jahren um die Hälfte ansteigen. Entscheidend ist aber, woher wir die Energie nehmen und wie sich die Zusammensetzung der Energiequellen in Zukunft entwickelt. Im Jahre 2006 stammte ein Drittel der Weltenergie aus Erdöl, ein Viertel aus Kohle und ein Fünftel aus Erdgas. Auch vier Jahre später hat sich daran noch wenig geändert: 80 Prozent der konsumierten Welt-Energie stammen heute aus fossilen und somit aus nicht erneuerbaren Ressourcen! Ein Zehntel der heutigen Energie wird durch das Verbrennen von Biomasse bereitgestellt, weitere 6 Prozent stammen aus der Atomkraft. Die modernen, erneuerbaren Energien stillen zurzeit erst rund 1 Prozent des globalen Energiehungers mit Folgen für das Weltklima.

energiemix2100

Die modernen, erneuerbaren Energien stillen zurzeit erst rund 1 Prozent des globalen Energiehungers mit Folgen für das Weltklima.

30‘000‘000‘000‘000 Kilogramm CO2
Das Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC sieht vor, die Erderwärmung auf 2 Grad zu beschränken. Dafür muss die CO2-Konzentration in der Atmosphäre stabilisiert werden. Solange sich aber 80 Prozent der Energie aus fossilen Energieträgern wie Erdöl, Kohle oder Erdgas zusammensetzt, werden bei der Verbrennung jährlich enorme Mengen CO2 in die Atmosphäre emittiert. 2010 dürften es rund 30 Milliarden Tonnen CO2 gewesen sein. Glücklicherweise ist unser natürliches Ökosystem aber im Stande, jährlich 10 Milliarden Tonnen dieses Treibhausgases aufzunehmen. Die grössten Senken sind dabei die Ozeane. Der grosse Rest bleibt aber für rund 100 Jahre in der Atmosphäre. Um die Treibhausgaskonzentration der Atmosphäre zu stabilisieren, wie es das IPCC verlangt, dürften also jährlich nur 10 Milliarden Tonnen CO2 (ein Drittel des heutigen Ausstosses) ausgestossen werden, genau so viel nämlich, wie auch vom natürlichen Ökosystem während einem Jahr aufgenommen werden kann. Dieses ferne Ziel sollte spätestens im Jahre 2100 erreicht werden. Wir müssen unsere Emissionen also um zwei Drittel senken, doch gleichzeitig wächst die Weltbevölkerung rasant weiter. Bis Ende dieses Jahrhunderts sind es vielleicht 10 Milliarden Menschen auf der Erde. Unter dem Strich ist es also eine einfache Rechnung. Jeder Bewohner der Erde darf jedes Jahr genau eine Tonne CO2 ausstossen, nur dann kann die CO2-Konzentration stabilisiert werden. In der Schweiz stösst zurzeit jeder Einwohner mehr als 5 Tonnen CO2 aus pro Jahr. Die Stadt Zürich verfolgt unter dem Motto 2000-Watt-Gesellschaft genau dieses Ziel.

Die fossilen Energiequellen finden auch am Ende des Jahrhunderts noch ihren Platz.

800 Millionen Dächer mit Photovoltaik
Die Zukunft gehört also den erneuerbaren Energieträgern. Doch wir dürfen nicht warten bis die fossilen Energieträger erschöpft sind, denn bei konstantem Konsum reichen die Reserven nach Schätzungen des Paul Scherrer Instituts für Erdöl noch rund 40 Jahre, jene von Erdgas noch knapp 70 Jahre und jene von Kohle sogar noch rund 200 Jahre. Es könnten also noch Unmengen CO2 in die Atmosphäre emittiert werden. Der Energiemix der Zukunft muss deshalb vielfältig aussehen. Beim Verfolgen eines nachhaltigen Energiekonzeptes liegt der permanente globale Energiebedarf im Jahre 2100 bei rund 18 Terra-Watt (18 Billionen Watt). Der globale Energiekonsum bleibt verglichen mit den 15 Terra-Watt im Jahre 2010 also beinahe konstant, obwohl noch 3 Milliarden Menschen mehr auf der Erde leben werden und der Wohlstand und die Entwicklung auf dem ganzen Globus ansteigt. Ein ehrgeiziges aber notwendiges Ziel! Doch woher kommen nun die geforderten 18 Terra-Watt? Das Potential der erneuerbaren Energien ist enorm und gleichzeitig beschränkt. So liegt das theoretische Potential der Wasserkraft bei rund 5 Terra-Watt, technisch sind aber wahrscheinlich nur 2 Terra-Watt nutzbar, von denen heutzutage bereits 50 Prozent installiert sind. In der Wasserkraft liegt also nur noch wenig Potential. Solarenergie könnte auf der Erde rund 600 Terra-Watt liefern, doch wie viel technisch möglich ist, bleibt unklar. Selbst wenn bis Ende Jahrhundert 2 Terra-Watt von Solarenergie stammen würden, müssten 800 Millionen Dächer mit Photovoltaik ausgestattet werden. Auch die Windenergie dürfte bis zum Ende des Jahrhunderts 2 Terra-Watt Energie bereitstellen, was rund 3 Millionen Windturbinen entsprechen würde. Weitere 10 Prozent der Energie stammen aus Erdwärme, ein Viertel wird durch Biomasse hergestellt und rund 10 Prozent (oder 2 Terra-Watt) übernimmt die Atomkraft, was rund 2‘000 Kraftwerken entspricht, heute stehen bereits 450 Reaktoren auf der ganzen Welt. Die fossilen Energiequellen finden auch am Ende des Jahrhunderts noch ihren Platz und stellen einen Viertel der konsumierten Energie bereit. Wenn Sie sich also in den nächsten Jahren für Solarzellen auf ihrem Dach entscheiden, wissen Sie, dass Sie eines der 800 Millionen Dächer haben, welches die Weltgemeinschaft in Richtung einer nachhaltigen Energieversorgung bringt.

Pro Kopf und Jahr eine Tonne CO2 rettet das Weltklima

Mal ganz persönlich: Bin ich ein schlechter Weltbürger?

„Wie gross ist Ihr CO2-footprint?“ Als Student der ETH Zürich, wohnhaft in der Stadt, ohne Auto aber mit Reiselust, liegt meiner bei 7,2 Tonnen CO2 pro Jahr. Obwohl ich pflichtbewusst saisonale und bevorzugt biologisch angebaute Produkte kaufe, ist meine Bilanz nicht viel besser als der Schweizer Durchschnitt. Auf „footprint.ch“ verrät ein ausführlicher Fragebogen, in welchen Bereichen des Lebens welche Mengen an Kohlendioxid emittiert werden. So gehören gut 2 Tonnen CO2 bei mir in die Kategorie „Wohnen“, eine weitere Tonne in den Bereich „Ernährung“. Zweimal erhalte ich dafür das Prädikat „gut“. Nur im Zweig „Mobilität“ stösst mein Verhalten pro Jahr mehr als 4 Tonnen Treibhausgase aus und ist damit ungenügend. Nur selten benutze ich das Auto meiner Eltern, ansonsten reise ich mit den öffentlichen Verkehrsmitteln. Dieses Verhalten ist ja wirklich nicht fehlerhaft, oder? Meine Achillesferse ist wohl die Reiselust. Im Schnitt beanspruche ich einen Flug pro Jahr. Erst im Januar besuchte ich eine Kommilitonin in Indonesien und war als Wettermann erstmals in meinem Leben in der ITC, der innertropischen Konvergenzzone, also dort wo Gewitter entstehen, wo man das Naturschauspiel miterleben kann. Ein solcher Flug pro Jahr reicht aus, um seinen CO2-Fussabdruck über 7 Tonnen zu hieven und damit ein schlechter Erdbürger zu sein. Denn längerfristig, bis spätestens ins Jahr 2100, ist nur ein CO2-Fussabdruck von einer einzigen Tonne vertretbar.

kaya

USA: 24 Tonnen pro Kopf
Verglichen mit anderen Mitbewohnern dieser Erde sind wir in der Schweiz “heilig“. So stösst jeder Amerikaner im Schnitt 24,3 Tonnen CO2 pro Jahr aus. Also rund drei Mal so viel wie ein Schweizer. Auch unsere Nachbarn in Deutschland (12,1) und Österreich (11,4) schneiden schlechter ab. In China sorgt die weit geöffnete Fortschritts-Schere für ein kaschiertes Bild. So emittiert ein Chinese im Schnitt lediglich 3,1 Tonnen Kohlendioxid pro Jahr. Der durchschnittliche Inder kommt auf 1,9 Tonnen pro Jahr. Der Mittelwert des Weltbürgers liegt bei rund 4 Tonnen. Diese Zahlen verändern sich aber rapide, denn mit dem ungeheuren Wirtschaftswachstum und dem zunehmendem Wohlstand steigen auch die Pro-Kopf-CO2-Ausstösse in China und Indien. Da die Emissionen auch in den westlichen Ländern nicht rückläufig sind, sondern grösstenteils weiter ansteigen, liegt der CO2-Gehalt der Atmosphäre heute auf Rekordniveau! Das wichtigste, anthropogene Treibhausgas ist heute schon in einer Konzentration von über 390 ppm (Teilchen pro Million Luftteilchen) vorhanden. Vor zehn Jahren waren es noch 370 ppm und bereits ab einer Konzentration von ca. 450 ppm ist das von der Weltgemeinschaft formulierte 2-Grad-Ziel kaum noch denkbar. Viel Zeit, um meine und Ihre Treibhausgas-Emissionen drastisch zu reduzieren, bleibt also nicht mehr. Doch genau dies ist nötig, wollen wir unser Weltklima in einem stabilen Zustand halten.

Kaya-Formel
Die globalen Emissionsziele können nur erreicht werden und das Klima kann nur stabilisiert werden, wenn ich meinen Kohlendioxid-Ausstoss um mehr als sechs Tonnen reduziere. Das klingt absurd, will ich doch nicht auf meinen Wohlstand verzichten und auch in Zukunft manchmal das Auto meiner Eltern ausleihen und ein paar Mal in der Woche Fleisch konsumieren. Doch sind unsere CO2-Emissionen tatsächlich vom Wohlstand abhängig und falls ja können wir daran etwas ändern?
Die Kaya-Formel zeigt, dass die Pro-Kopf-Treibhausgas-Emissionen ein Produkt aus vier Faktoren ist: der Populationsgrösse der Weltgemeinschaft, des Pro-Kopf-Einkommens (Wohlstand), der Energieeffizienz (Energie pro Wohlstand) und der CO2-Intensität der Energie. Alle vier Faktoren tragen ihren Anteil zu den Emissionen bei, jeder Faktor kann aber auch zur Reduktion beitragen. Der erste Faktor Bevölkerungsgrösse lässt wenig Spielraum frei. Das rapide Wachstum der Weltgemeinschaft sorgt dafür, dass wir bis Mitte Jahrhundert rund 10 Milliarden Menschen sein werden. Der zweite Faktor ist eine heikle Sache. Die westliche Welt will nicht auf den Wohlstand verzichten und wird es auch in den nächsten Jahrzehnten nicht tun. Und die aufstrebenden Nationen streben „endlich“ nach Wohlstand. Schnell wird klar, dass die ersten zwei Faktoren der Kaya-Formel die CO2-Emissionen in Zukunft weiter ansteigen lassen. Die Energieeffizienz und die CO2-Intensität müssen also das zukünftige Wachstum in Bevölkerung und Wohlstand kompensieren und gleichzeitig die gesamten Emissionen vom heutigen schon zu hohen Stand um einen Faktor Vier reduzieren! Eine Monsteraufgabe. Das erste Zauberwort heisst „Energieeffizienz“ und bedeutet „gleicher Input und mehr Output“ oder „weniger Input und gleicher Output“. Also das Prinzip der Stromsparlampe. Oder auch die Energieform, die wir nutzen. So ist elektrische Energie viel effizienter als thermische oder mechanische Energie. Die zweite Lösung zu weniger Emissionen ist „CO2-Intensität“. Also wie viel CO2 wird verbraucht, um eine bestimmte Menge Energie zur Verfügung zu stellen. Es ist nahe liegend, dass Wasserkraftwerke oder Solarzellen viel weniger CO2 verursachen, um Energie herzustellen, als Kohle-, Öl- oder Gaskraftwerke! Das gleiche gilt für die Zentralheizung in unserem Wohnhaus. Viel weniger CO2-intensiv wäre Geothermie oder Solarthermie.
Tatsächlich wirken diese zwei Faktoren schon heute gegen einen noch grösseren Treibhausgas-Zuwachs. Viele Technologien sind auch schon genug effizient für strenge Reduktionsziele, sie werden einfach nicht eingesetzt. Zudem wird noch zu häufig auf eine CO2-intesive Energieproduktion gesetzt. Lösungen wären schon viele vorhanden, die Umsetzung bleibt die grosse Herausforderung.
Beginnen Sie mit einer persönlichen CO2-Bilanz und lassen Sie sich Ihre Emissionen online berechnen. Dann haben Sie auf die Frage: „Wie gross ist Ihr CO2-footprint?“ auch eine Antwort.

Mal ganz persönlich: Bin ich ein schlechter Weltbürger?