Technik, Energie und Nachhaltigkeit
Kapitel 14: Fazit und Zukunft
Kurs: Technik, Energie und Nachhaltigkeit | OnCourse UB
-
-
Im folgenden Text wird eine kurze Rückschau auf die Kapitel 1 bis 13 gegeben:
Im Kapitel 1 Erneuerbare Energien und die Nachhaltige Entwicklung wurde die Historie der nachhaltigen Entwicklung von Carl von Carlowitz bis zu den Sustainable Development Goals erläutert. Bei der Betrachtung der Entwicklungsgeschichte der Menschheit wird deutlich, wie kurz das fossile Zeitalter mit einer Berechnung ab 1750 nicht einmal 300 Jahren gewesen ist. Die in der nächsten Lektion erfolgte Definition der Klimaneutralität und des Begriffes Net Zero Emission ist vor dem Hintergrund der Einordnung der Seriosität von staatlichen Maßnahmen und privatwirtschaftlicher Produktangebote wichtig. Das EEG, mittlerweile über 20 Jahre in Kraft, wird mit seinen grundlegenden Zielen und Elementen erläutert.
Das Kapitel 2 Grundlagen der Energieversorgung diente der Vermittlung von Grundlagenwissen der Energieversorgung, dazu zählt der Energiebedarf Energie-intensiver Branchen wie der Eisen- und Stahlindustrie, der Glasindustrie der Keramikindustrie, Zementwerken und der Chemischen Industrie aber auch des Verkehrs. Für Privathaushalte, die in Erneuerbare Energien investieren, ist die Frage wichtig, ob und in welcher Weise Energieautarkie zu erreichen ist und wie sie definiert ist. Schlussendlich ist die Energiewende auch durch die Effizienzsteigerung zu erreichen. Es wird das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung erläutert und technisch erreichbare Wirkungsgrade in den Vergleich gestellt.
Das Verständnis der Erneuerbaren Energiewirtschaft setzt einen Großteil physikalische Grundlagen voraus. 
Deshalb wurde Kapitel 3 dazu genutzt, ausgewählte Physikalische Grundlagen der Erneuerbaren Energiewirtschaft zu vermitteln. Dazu zählen Grundlagen der Thermodynamik (Anergie, Exergie), Grundlagen der Stromwirtschaft (Netzspannungen und Übertragungsnetze, Transformation, Generator) sowie ein für Studierende ohne physikalische Vorbildung äußerst wichtige Lektion zu Energieeinheiten und ihrer Umrechnung. So ist die Leistung einer Anlage (MW, kW) grundlegend zu unterscheiden von der verrichteten Arbeit (produzierte kWh, genutzter Strom in kWh). Physikalische Grundlagen der Wärmewirtschaft, z.B. das technische Verständnis eines Wärmepumpenbetriebs, bilden den Abschluss in Kapitel 3.
In Kapitel 4 Solare Systeme – Photovoltaik wurden ausschließlich Photovoltaik-Systeme betrachtet. Dazu werden Halbleiter-Materialien, vor dem Hintergrund ihrer aufwändigen Verarbeitung und Recycelbarkeit und die daraus abgeleiteten PV-Modul-Generationen, vorgestellt. Physikalische Grundlagen werden mit der Erläuterung des photovoltaischen Effektes gelegt. Die Wirtschaftlichkeit von PV-Analgen hat neben der reinen Technik viele Standortkomponenten. Deshalb wird der wirtschaftliche Betrieb einer PV-Anlage unter aktuellen Rahmenbedingungen (Stand 2024) erläutert. Die zwei letzten Lektionen dienen der Erläuterung wirtschaftlich besonders attraktiver Freiflächenanlagen und innovativer Formen wie der Agri-Photovoltaik und der Balkonkraftwerke.
Kapitel 5 Wasserstofferzeugung wurde wegen seiner großen Bedeutung für die zukünftige Energieversorgung aufgenommen. Denn der Betrieb von Elektrolyseuren ist abhängig von grünem Strom, bisher das Nadelöhr des Ausbaus der Wasserstoffwirtschaft. Die Elektrolyse wird in ihren technischen Varianten vorgestellt. Die zukünftige Wasserstoffversorgung in Deutschland wird von der H2-Umwandlung und dem Transport abhängen, deshalb werden sie thematisiert. Schlussendlich bedeutet der Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft die Kopplung verschiedener Sektoren wie die Energiewirtschaft und dem Transport. Am Beispiel der Eisen- und Stahlindustrie wird die Nutzung von Wasserstoff als Reduktionsmittel erläutert. 
Das Kapitel 6 Solare Systeme – Solarthermie ist nach der Photovoltaik (PV) das zweite große Kapitel der Solaren Systeme, konzentriert sich ausschließlich auf die solarthermischen Systeme. Solarthermieanlagen werden durch das EEG nicht direkt gefördert, sie haben deshalb in der Energiewende noch nicht die Bedeutung erlangt wie die PV. In der Kombination mit moderner Wärmepumpentechnik und als Solarthermische Kraftwerke kommt ihnen jedoch in der Zukunft eine größere Bedeutung zu. Die gebäudetechnische Versorgung mit erneuerbarer Wärme ist eines der großen Herausforderungen der Zukunft. Deshalb bietet das abschließende Kapitel zur Wärmespeicherung und innovative Methoden der Abwärmenutzung einen wichtigen Beitrag.
In Kapitel 7 Windenergie wurde mit der historischen Entwicklung der Windkraftnutzung begonnen, zunächst für die rein mechanische Nutzung wie etwa in einer Getreidemühle. Der technische Betrieb einer Windkraftanlage mit allen Komponenten und ihrer Materialien, die Berechnung der erreichbaren Effizienz eines geeigneten Standortes, seiner Windhöffigkeit und erreichbaren Wirtschaftlichkeit gehört zum Basiswissen. An dieser Stelle und in einem späteren Kapitel werden aufgrund des starken Widerstandes und fehlender Akzeptanz für die Windkraft ein besonderes Augenmerk auf die Aspekte des Umwelt- und Naturschutzes sowie sozialer Kriterien, die den Menschen betreffen, gelegt. Das Thema wurde in einem späteren Kapitel (Kapitel 13 Akzeptanz der Erneuerbaren Energien) erneut aufgegriffen.
In Kapitel 8 Bioenergie wurde zunächst zwei Typen an Bioenergieanlagen unterschieden: Biogasanlagen und Holzhackschnitzelkraftwerke. Im Anschluss erfolgte die Differenzierung der Inputstoffe. Während organische Reststoffe vorzugsweise in Biogasanlagen zu nutzen sind, um Flächen für den Nahrungsmittelanbau zu schonen, haben Energiepflanzen (wie Mais) den Vorteil ihrer hohen Nährstoffdichte und damit Gasausbeute. Biogas und Bioerdgas haben eine unterschiedliche Methankonzentration, die Veredlung zu Bioerdgas ist das technische Eintrittstor zum Erdgasersatz in Unternehmen und in Gaskraftwerken. Somit hat Bioenergie, auch wenn ihre Effizienz gegenüber anderen erneuerbaren Energiequellen etwas geringer ist, einen nicht zu unterschätzenden Anteil an der Energiewende.
Kapitel 9 Wasserkraft widmete sich einem Thema der Erneuerbaren Energien, welchem in Deutschland eine eher geringe Bedeutung zukommt, weltweit aber ein sehr großes Potential besitzt. Die Flüsse in Deutschland sind mit Staustufen und Laufwasserkraftwerken weitestgehend ausgebaut. Bei den Pumpspeichern ist die Standortgenehmigung in Deutschland ins Stocken geraten. Obwohl die Technik ausgereift ist, ist die hohe Investition unter gegenwärtig riskanten Rahmenbedingungen in Deutschland nicht attraktiv. Interessant wird es aber, was neben den zahlreichen internationalen Staudammprojekten, die Pilotprojekte zu Gezeiten- Strömungs- und Wellenkraftwerken international an bleibenden wirtschaftlich betreibbaren Anlagen zu Tage bringen.
In Kapitel 10 Ökobilanz und Carbon Footprint erneuerbarer Energiesysteme wurde die Methodik der Ökobilanzierung bzw. die Berechnung von Carbon Footprints (Teil einer Ökobilanz) vorgestellt. Die gewählten Beispiele wurden aus der erneuerbaren Energiewirtschaft gezogen. Das Kapitel gibt einen grundlegenden Überblick über die Schritte der Ökobilanz und der zu berechnenden Wirkungskategorien. Um Ökobilanzen zu vereinfachen, können LCA-Softwaresysteme genutzt werden, oder aber mittels Emissionsfaktoren (öffentliche und privatwirtschaftlich vertriebene Datenbanken), eigene Berechnungsmodelle aufgestellt werden. Die ökobilanzielle Bewertung von erneuerbaren Energiesystemen ist von Bedeutung, da sie die ökologische Vorteilhaftigkeit der Systeme quantitativ belegen kann.
Das Kapitel 11 Ökologisch-technische Bewertung der erneuerbaren Energiewirtschaft hat in Nachgang des Ökobilanzkapitels noch einmal weitere einzelne Aspekte herausgestellt, um einen soliden Beitrag zur Bewertung von erneuerbaren Energiesystemen zu leisten. Dazu gehörte der Material- und Rohstoffverbrauch, beispielsweise einer Windkraftanlage und ihrer Recycelbarkeit (Carbonfasern), und die Optimierung des Ressourcenverbrauches (z.B. durch Materialeinsparung bei Betongründung) sowie die Verbesserung der Anlagen hinsichtlich ihrer energetischen Amortisation und ihrem Erntefaktor. 
In Kapitel 12 Ökonomische Bewertung Erneuerbarer Energiesysteme wurden verschiedene ökonomische Aspekte betrachtet. Die finanzielle Amortisation der Anlagen ist ein wichtiger Faktor bei der Investitionsentscheidung. Im Vergleich erneuerbarer Energieanlagen zu fossilen Kraftwerken spielt der Merit-Order-Effekt eine wichtige Rolle die fossilen Kraftwerke zu verdrängen. Die Stromgestehungskosten sind ein wichtiger Vergleichsfaktor. Mit dem EEG und der Vermarktungspflicht von EE-Strom bietet die EEX-Strombörse in Leipzig eine wichtige Schnittstelle. Ihre Funktion wurde grundlegend erläutert. Abschließend wurde ein Blick auf die Marktentwicklung der erneuerbaren Energiewirtschaft geworfen.
Kapitel 13 Akzeptanz der Erneuerbaren Energien ist das letzte inhaltliche Kapitel und hat sich der Akzeptanz der Erneuerbaren Energien gewidmet. Die in vorherigen Kapiteln behandelte fehlende Akzeptanz der Windkraft wurde hier wieder aufgegriffen und Organisationswege aufgezeigt, wie unter den aktuellen Rahmenbedingungen des EEG und Solarpaket 1 versucht wird, die Bevölkerung an der Entwicklung der EEG finanziell teilhaben zu lassen. Dieses ist als Mitglied einer Energiegenossenschaft aber auch als Teilhaber*in eines Finanzflusses an eine Kommune möglich, die ihre EE-Einnahmen für den Schwimmbadbau oder die Schulsanierung einsetzt. Letztendlich wurde ein Blick auf die Schätzung der Gesamtkosten aber auch auf die Wertschöpfung und positiven Effekte der Energiewende geworfen.