Energie- und Wärmeversorgung – Lösungen für die Zukunft

07.11.2022

Seit einem guten halben Jahr überschlagen sich unsere Medien hinsichtlich der Energie- und Gasknappheit und darüber, wie und ob wir unsere Häuser noch zu erschwinglichen Preisen heizen können. Funktionierende Lösungen sind aber weiterhin Mangelware. Gegenwärtige Verlautbarungen der Presse bereiten uns nun schon langsam darauf vor, dass der Winter 2023/24 erst richtig schwer werden dürfte. Wir wollen im Rahmen dieses Artikels einmal einen Blick darauf werfen, welche Lösungsansätze existieren. Welche Technologien könnten funktionieren und welche nicht? Und vor allem, was können Hausbesitzer tun, um für die Zukunft gewappnet zu sein?

 

Vorab – Die Energiekrise war seit langem absehbar

Die Energiekrise als solche kommt alles andere als überraschend. Sie ist nicht etwa das direkte Ergebnis des Ukraine-Krieges oder der Corona-Pandemie. Diese Ereignisse legen lediglich lange bestehende Missstände offen. Vielmehr war die Krise seit Jahrzehnten absehbar, nur der genaue Zeitpunkt war schwer zu prognostizieren. Die berühmte Studie „Die Grenzen des Wachstums“ des Club of Rome zeigte die heutige Entwicklung bereits 1972 schlüssig auf.

Grundergebnis der Studie war: In einer begrenzten Welt kann es keinen unbegrenzten Ressourcenverbrauch geben. Wenn Bevölkerungsentwicklung und Zunahme des fossilen Energie- und Ressourcenverbrauchs in damaliger Erwartung anhalten würden, dann würden aufgrund fehlender Ressourcen die Auswirkungen auf Umwelt, Wirtschaftswachstum und Wohlstand in der ersten Hälfte des 21. Jh. dramatisch werden. Damit wäre das Ende unseres auf zunehmendem Energie- und Ressourcenverbrauch abgestimmten Wirtschaftssystems absehbar. Je früher und vorausschauender man sich darauf einstellte und das Verbrauchsverhalten (z. B. hin zu erneuerbaren statt fossilen Energien) änderte, umso verträglicher würde dieser Übergang stattfinden. Umgekehrt, je länger man versuchen würde, diese Begrenzungen zu ignorieren, umso katastrophaler bis hin zum crash-artigen Zusammenbruch würden die Auswirkungen auf Gesellschaft und Wirtschaftssystem werden.

 

Fossile Energieträger sind auf Dauer tatsächlich Auslaufmodelle

Abgesehen davon, dass umweltpolitische Entscheidungen – sinnvoll oder nicht – die Nutzung von Erdöl oder Erdgas immer problematischer und teurer machen, ist auch die Verfügbarkeit auf Dauer nicht gegeben. Tatsächlich sind die Preise schon vor der Ukraine-Krise deutlich angestiegen. Das hat seine Ursache vor allem darin, dass die Öl- und Gas-Vorkommen der Erde endlich sind. Die Lagerstätten sind weitgehend erforscht und die Industrie hat frühzeitig gelernt, die Vorkommen gemäß der Zugänglichkeit und der Ergiebigkeit zu sortieren in „leicht und kostengünstig“ sowie in „schwer, teuer und nur mit hohem Aufwand erschließbare Vorkommen“.

Inzwischen ist es so, dass weltweit die großen Vorkommen mit leicht erschließbarem Öl oder Gas weitgehend aufgebraucht sind. Beispielsweise hat sich die Gasförderung in ganz Europa gegenüber 2003 um fast 40 % und die Ölförderung bereits um 50 % reduziert. Auch in den USA haben die konventionellen Vorkommen von Öl und Gas das Fördermaximum bereits vor ca. 15 Jahren überschritten. Dort konnte der Förderrückgang nur noch mittels Fracking ausgeglichen und teilweise nochmals erhöht werden. Allerdings waren sowohl der finanzielle Aufwand, auch der Materialaufwand wie auch der Ressourcenverbrauch an Flächen für Bohrplätze und Bohrinfrastruktur, aber auch an Sand, Wasser und Chemikalien enorm. Wer sich den Landschaftsverbrauch ansehen will, kann auf google maps im Modus Satellitenaufnahme z. B. die Region des Permian Shales oder des Eagleford Shales in Texas näher ansehen. Ersterer ist vor allem um die Kleinstadt Odessa bis hin nach New Mexico über zig Tausend km² verteilt, letzterer südlich von Austin und Houston, ebenfalls über viele Tausend km².

Dieser große Material-, Wasser und Flächenverbrauch steht in direkter Konkurrenz zu Baubranche, landwirtschaftlichen Nutzflächen und Naturrückzugsräumen. Inwieweit das eine Zwischenlösung für Texas oder andere Bundesstaaten ist, dass müssen dort die Bürger entscheiden – im Bundesstaat New York ist beispielsweise Fracking in vielen Regionen verboten – aber im dicht besiedelten Mitteleuropa würde man sehr schnell feststellen, dass nur ein bisschen Fracking überhaupt keinen Einfluss auf die Gasförderung zeigt. Dazu müsste man sehr intensiv fracken mit jährlich hunderten von neuen Bohrungen. Im Jahr 2021 wurden in Deutschland gerade mal 2 Erdgasbohrungen neu in Betrieb genommen. Diese Steigerung der Bohraktivität würde im dicht besiedelten Deutschland sehr schnell an Grenzen und auf Widerstand aus den betroffenen Regionen stoßen. Und die Kosten hierfür wären deutlich höher als heute, da der Ertrag pro Bohrung wesentlich geringer wäre und mit größerem Materialaufwand einherginge.

Die Kosten sind in den letzten Jahren vor allem aus den oben genannten Gründen deutlich angestiegen. Inwieweit die gestiegenen Preise diesen Kostenanstieg widerspiegeln oder hier noch zusätzlich Gewinne abgeschöpft werden, ist schwer zu beurteilen. Aber wir können fast sicher sein, sobald auch in den USA die Förderung zurückgehen wird, werden Konkurrenz um die Fördermengen und damit die Preise nochmals deutlich ansteigen.

Was die weltweit noch verfügbaren Erdöl- und Erdgasvorkommen angeht, so haben Russland bzw. die arabischen Staaten hochgerechnet wohl noch für etwa die nächsten 30 Jahre Ressourcen. Das heißt, langfristig gesehen ist eine Abkehr von fossilen Energieträgern unvermeidlich, einfach weil es irgendwann keine mehr gibt.

 

Ist Atomkraft eine Lösung?

Die Atomkraft wird von einigen unserer europäischen Nachbarn gern genutzt und sogar ausgebaut. Sie liefert relativ verlässlich Energie und wird auch in Deutschland nach aktuellen Beschlüssen der Bundesregierung bis Mitte April 2023 noch einen gewissen Teil zur Deckung des Bedarfs beisteuern und zumindest bis dahin Energie etwas günstiger verfügbar machen als das sonst der Fall wäre.

Bekanntermaßen birgt die Atomkraft allerdings Risiken, die sich nicht ohne Weiteres ausschalten lassen. Hier sind zunächst die allgemeinen Probleme bei Abbau, Transport, Aufbereitung, Entsorgung und Endlagerung des Brennstoffes zu nennen. Und neben den bekannten Risiken und Problemen muss man auch wissen, dass rund 50 % der Uran-Brennstäbe aus Russland kommen. Fast alle osteuropäischen Kernreaktoren russischer Bauart sind stark von der Verfügbarkeit dieser Brennelemente, die für jeden Reaktortyp individuell gebaut werden müssen, abhängig.

Dazu kommen betriebliche Risiken (Störfall; Unfall; GAU-Risiko; Kühlwasserproblematik wie z. B. in Frankreich, Alterungsrisse, wie sie z. B. in belgischen Kernkraftwerken mit einer durchschnittlichen Laufzeit von bisher etwas über 40 Jahren beobachtet werden. Viele französische Kernkraftwerke sind zudem gerade wegen erforderlicher Wartungsmaßnahmen außer Betrieb, weswegen Frankreich Strom aus Deutschland importieren muss. Das zeigt, Atomkraftwerke sind ebenfalls kein Garant für dauerhaft zuverlässige Energielieferung.

Schon aus diesen Gesichtspunkten heraus ist Atomkraft wahrscheinlich kein Hoffnungsträger für die langfristige Zukunft, auch wenn sogar eine Greta Thunberg in einem kürzlichen Interview Deutschland aus ökologischen Gründen bis auf Weiteres den weiteren Betrieb wenigstens der bestehenden Atomkraftwerke nahegelegt hat. Denn zumindest einen unschlagbaren Vorteil haben Atomkraftwerke: Sie setzten bei der Energieproduktion kein klimaschädliches CO₂ frei. Und wie sich gerade erst gezeigt hat, können sie entgegen falscher Behauptungen des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz zumindest mittelfristig eben doch einen tatsächlich relevanten Beitrag zur Stromversorgung in Deutschland liefern.

 

Wie ist es mit der Windkraft?

Die Windkraft verspricht dauerhaft umweltfreundliche Energie. Da Wind aber nicht immer und schon gar nicht auf Bestellung weht, gibt es auch erhebliche Einschränkungen. Zumindest bis durch ausreichende Flächenabdeckung sichergestellt ist, dass es immer genug Land gibt, wo gerade ausreichend Wind durch Windkraftwerke abgreifbar ist.

Strom aus Windkraft hatte in Deutschland 2021 einen Anteil von gut 20 % der insgesamt eingespeisten Strommenge. Etwa drei Jahrzehnte hat es gedauert, die bestehenden 30.000 Windräder zu bauen und diesen Wert zu erreichen. In den letzten Jahren wurde deutschlandweit pro Tag ein Windkraftwerk gebaut.

Um die Windkraft an einen Punkt zu bringen, dass sie wirklich Hauptträger der Energieproduktion werden kann, müssten laut einer Stern-Recherche etwa für die nächsten 10 Jahre täglich sieben neue Windkraftwerke aufgestellt werden. Kurz und knapp: Das wird nicht passieren.

Windkraft kann auf Dauer eine gute Verstärkung der Energieversorgung sein, den großen Anteil des Energiebedarfs kann sie in den kommenden Jahren in keinem realistischen Szenario liefern. Daneben machen momentan auch noch die mangelnden Speicher- und Transportmöglichkeiten für den produzierten Strom große Probleme.

 

Und Photovoltaik- bzw. Solarsysteme?

Da regenerative Energien wie z. B. Sonnenenergie stark von den Wetterverhältnissen abhängen, müssen auch hier entsprechende Speicher- und Transportmöglichkeiten geschaffen werden. Heute sind es in Gebäuden mit Photovoltaikanlage zur Erzeugung des Eigenbedarfs vor allem Batteriespeicher, die für eine leichte Entkoppelung von Stromerzeugung und Stromverbrauch sorgen können. Doch darf man das nicht überschätzen. Wollte man den vor allem im Sommer anfallenden Solarstrom über das ganze Jahr für den eigenen Verbrauch speichern, dann wären um den Faktor 100 größere Speicher notwendig als heute. Das würde sowohl die Ressourcenkapazität für die Batterieherstellung als auch die Finanzkraft der Eigentümer weit überfordern.

Übergreifend betrachtet allerdings kann die öffentliche Stromversorgung durch verstärkte Verwendung von Photovoltaiksystemen jedoch sehr stark entlastet werden. Es gibt viele noch weitgehend ungenutzte Flächen. Zum Beispiel könnten allein auf den Bahnsteigdächern des Münchner Ostbahnhofs Anlagen mit einer Leistung von 350-500 kW installiert werden, die einen jährlichen Ertrag von 350-500 MWh Strom liefern. Heute werden von Fertighausanbietern bereits Gebäude angeboten, die auf der Dachfläche deutlich mehr als den eigenen Strombedarf erzeugen können. Aber auch Bestandsgebäude mit geeigneten Dächern (Satteldach mit Süd-, Ost- oder Westausrichtung oder Flachdach) könnten einen großen Teil des dort benötigten Stroms bereitstellen. Selbst kleine PV-Anlagen an Balkonen können in Summe einen Beitrag leisten und sind gesetzlich mit deutlich vereinfachten Vorschriften betreibbar. In der aktuellen Krise haben das bereits viele erkannt, so dass die Schwierigkeit vor allem darin besteht, einen Lieferanten und Installateur zu finden, der noch freie Kapazitäten hat. Die Umweltbelastung wäre gering, da die Herstellung von Solarzellen nur in geringem Maße seltene und umweltrelevante Rohstoffe benötigt.

 

Übersehene Lösungsmöglichkeiten?

Gibt es Lösungen bei der Raumwärme und der Bereitstellung von Warmwasser , die aufgrund der gegenwärtigen Fokussierungen übersehen werden?

Gerade in Bestandsgebäuden kann oft schon mit einfachen Maßnahmen eine Bedarfsreduktion erreicht werden. Die Reduktion des Wärmebedarfs von Gebäuden kann den Handlungsspielraum insgesamt erheblich erweitern und wäre auch ein primäres Angriffsziel.

In städtischen Ballungszentren bilden vor allem Fern- und Nahwärmenetze eine sinnvolle Möglichkeit, da hier der lokale Betreiber die Erzeugung gezielt auf neue Energieträger anpassen kann und die Hausbesitzer davon entlastet werden. Langfristig wird auch der Gasanschluss eine Rolle spielen, da der Energieträger Wasserstoff ähnlich wie Erdgas eingesetzt werden kann. Dieser wird in einer auf erneuerbaren Energien basierenden Energieversorgung eine zunehmende und wichtige Rolle spielen.

An Bedeutung werden aber auch strombasierte Wärmepumpen zum Beheizen und Klimatisieren von Gebäuden gewinnen. Diese werden vor allem in städtischen Ballungsräumen zunehmend Feuerstätten und vermutlich auch solarthermische Anlagen verdrängen, da sie in modernen Varianten wenig umweltbelastend und effizient eingesetzt werden können. Voraussetzung ist allerdings, dass der Strom weitgehend regenerativ erzeugt wird. Ein Vorteil strombasierter Wärmepumpen liegt auch in der gegenüber Feuerstätten oder solarthermischen Kreisläufen reduzierten Anlagenkomplexität und geringerem Wartungsaufwand.

Bei Wärmepumpen ist darauf zu achten, moderne Anlagen mit Propan (R290) als Kältemittel zu nutzen, da bisher übliche fluorierte Arbeitsstoffe ein hohes Treibhauspotenzial haben und zunehmend mit Auflagen bis hin zu Verboten versehen werden. R290 bietet in modernen Wärmepumpen auch die Möglichkeit mit hoher Effizienz Wasser bis zu 70°C aufzuheizen und diese damit ohne Zusatzheizung auch im Bestandsgebäude einzusetzen. Welcher Wärmepumpentyp sinnvoll eingesetzt wird, muss im konkreten Fall durch sorgfältige Planung ausgewählt werden. Zu unterscheiden sind hier Wärmepumpen, die Luft (Außenluft), Sole (im Erdreich verlegte Leitungen) oder Wasser (Grundwasser) auf der Primärseite zum Wärmeentzug nutzen und auf die gewünschte Temperatur „hochpumpen“.

 

Autarke Systeme

Hierbei handelt es sich um dezentrale Anlagen, die nicht mit dem öffentlichen Energienetz gekoppelt werden. Wind- oder Solarkraft-Anlagen speisen überschüssigen Strom in ein Akkusystem vor Ort ein, oder der Strom wird gleich direkt genutzt. Die Anschaffungskosten hängen stark vom jeweiligen System und der Ausstattung ab. Die Kosten für eine Photovoltaikanlage mit 50 m² Dachabdeckung bewegen sich beispielsweise bei 9.000 €, mit Batteriespeicher etwa das Doppelte. Will man ein Haus energieautark bauen, muss man im Vergleich insgesamt mit rund 10 % höheren Baukosten rechnen. Eine langfristige Alternative, die jedoch aktuell noch sehr teuer ist, ist die Photovoltaik-Wasserstoff-/Batteriespeicher-Kombination. Strom wird hier erzeugt, kurzfristig in Batterien, langfristig (wegen der Speichergröße) in Wasserstoffspeicher aufbewahrt. Anschaffungskosten jetzt noch um die 100.000 € plus ca. 40 € monatliche Betriebskosten.

 

Ist Wasserstofftechnologie eine Lösung?

Tatsächlich konnte in mehreren Studien nachgewiesen werden, dass die ganze Welt nur auf Basis von Sonnenergie und des Transport- und Speichermediums Wasserstoff mit Energie versorgt werden könnte. Die Praxis: Photovoltaik erzeugt Strom für die Stromversorgung, wie auch um mittlerweile oft eingesetzte effiziente Heizungs-Wärmepumpe zu betreiben. Der überschüssige Strom wird, sofern nicht ins Netz eingespeist, in Wasserstoff umgewandelt. Dieser wird gelagert und steht jederzeit wieder zur Verfügung, wenn Energie benötigt wird. Dies ist im kleinen Stil beim Einfamilienhaus anwendbar und im großen Stil bei der Fernwärme, welche natürlich auch weitere Energiequellen wie die Geothermie, Wasserkraft, etc. nutzt. Die Wasserstofftechnologie als solche ist vorhanden, allerdings zeigen sich noch manchmal Tücken im Detail, die eine breite Markteinführung behindern. Allerdings birgt diese Technologie gegenwärtig ein sehr großes und aussichtsreiches Potenzial für die Zukunft.

Wie sich aus dem eben gesagten ergibt, bewirkt erst die Nutzung des nicht direkt verwendbaren Stroms zur Spaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff sowie die Speicherung des letzteren eine sinnvolle Strategie. Wasserstoff kann wie Erdgas unter hohem Druck in Tanks und Gasflaschen gespeichert oder aber wie Flüssiggas bei sehr tiefen Temperaturen verflüssigt werden. In flüssigem tiefkaltem Zustand reduziert sich der notwendige Volumenbedarf erheblich, auch wenn dadurch ein Teil der Energie für die Verflüssigung und Kühlung verloren geht. Aufgrund seiner Eigenschaften kann Wasserstoff die Rolle von Erdgas in Pipelinenetzen oder Flüssiggasinfrastruktur vollkommen übernehmen. Zudem kann Wasserstoff auch in der chemischen Industrie und in der Grundstoffindustrie (z. B. Stahlherstellung) effizient direkt eingesetzt werden.

Eine bereits Anfang der 1980er Jahre erstellte Grafik zeigt anschaulich den zur Energieerzeugung benötigten Flächenbedarf für ein vollkommen auf Solarenergie basiertes Energiesystem. Der Energieverbrauch von damals hat sich zwar bis heute in etwa verdoppelt. Allerdings hat sich über diesen Zeitraum auch die technologische Entwicklung und Effizienz von Photovoltaik, Elektrolyse und Brennstoffzellen ebenfalls deutlich verbessert, so dass die Unterschiede in der Grafik kaum auffallen würden. Das Foto wurde mit dem von ihm entwickelten Satelliten Meteosat aufgenommen. Natürlich ist diese Grafik nur zur Veranschaulichung gedacht. Die eingezeichneten Quadrate werden sinnvoll in kleine dezentrale Bausteine auf Hausdächern oder anderen geeigneten Flächen zerlegt und dezentral möglichst nahe dem Verbrauch aufgestellt, um den Transportaufwand zu reduzieren.

 

Exkurs: Energiespeicherung – Batterien und Elektroautos

Das Thema Energiespeicherung, sei es bei der Heizenergie oder bei den Elektroautos ist ein spannendes Thema, weil die Batterieproduktion zumindest in der Vergangenheit aufgrund der Lithiumgewinnung hinsichtlich der damit verbundenen Umweltschäden in der Kritik stand. Hat sich hier etwas geändert, gibt es andere Möglichkeiten und wie könnte man im großen Stil Energie speichern?

Auch hier gilt natürlich, je höher der Energieverbrauch ist, umso schwieriger wird es, diese in Fahrzeugen zu speichern, um eine konventionellen Fahrzeugen vergleichbare Reichweite zu bieten. Aus diesen Gründen bieten nur mit Batteriespeicherung ausgerüstete Elektrofahrzeuge vor allem in leichten sparsamen Fahrzeugen entsprechende Möglichkeiten. Sowohl in Bussen als auch in Nutzfahrzeugen sind reine E-Antriebe nur für kurze Reichweiten sinnvoll einsetzbar.

Man sollte auch nicht vergessen, je mehr Fahrzeuge mit Batterien ausgestattet werden, umso schwieriger wird auch die Aufladung der Fahrzeuge an Stromtankstellen. Als einfaches Rechenbeispiel: Falls 40 Mio. Pkw in Deutschland rein elektrisch betrieben würden und 10 % davon gleichzeitig mit einer Leistung von 10-20 kW aufgeladen werden sollen, so müssten nur für diesen Zweck 40 – 80 Gigawatt an Stromerzeugungsleistung bereitgestellt werden. Das wäre bereits 40 – 80 % der insgesamt in Deutschland verfügbaren Stromerzeugungskapazität.

Für schwere Nutzfahrzeuge wie Lkw und Busse – das beginnt auch schon bei SUV und Minivans – bietet Batteriespeicherung daher keine gute Option. Hier wurde von BMW, Daimler und anderen bereits vor über 40 Jahren an alltagstauglichen Wasserstofffahrzeugen gearbeitet. Beispielsweise wurden in einem Euro-kanadischen Projekt in den frühen 1990er Jahren auch wasserstoffbetriebene Busse im Linienverkehr in Erlangen und München ein Jahr lang erfolgreich getestet. Diese Fahrzeuge können – wie Erdgasfahrzeuge – mit einem Verbrennungsmotor betrieben werden, wobei als Abgas im wesentlichen Wasserdampf anfällt. Zwischenzeitlich gibt es jedoch hocheffiziente Brennstoffzellen, die Wasserstoff mit hohem Wirkungsgrad in Strom umwandeln. Heute sind diese Fahrzeuge noch sehr teuer, aber einige Hersteller bieten sie bereits heute kommerziell an. Die Bedeutung wasserstoffbetriebener Fahrzeuge sowohl mit Verbrennungsmotor als auch mit Brennstoffzelle als E-Fahrzeuge wird in den kommenden Jahren deutlich zunehmen.

 

Fazit

Breit angelegte markttaugliche Systeme für Energiegewinnung, Heizung und weitere Anwendungsbereiche werden wohl noch einige Zeit auf sich warten lassen. Wer jetzt über Kapital verfügt, sollte bald in Wärmepumpe und/oder dezentrale autarke Systeme investieren. Für die anderen bleibt momentan wahrscheinlich leider nur, die dicke Kröte der hohen Öl- und Gaspreise zu schlucken.

Herzlichst,

Rainer Fischer
Ihre Münchner Immobilienmakler für den stressfreien Verkauf

Telefon +49 89-131320

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Rainer Fischer ist mehr als 25 Jahre erfolgreicher Immobilienmakler in München. Er hat in dieser Zeit über 1.100 Immobilien für seine Klienten vermittelt. Vor diesem Hintergrund bietet er Immobilienbesitzern professionelle Hilfe für den stressfreien Verkauf ihrer Immobilien an. Rufen Sie an: Tel. +49 89 442 55 88 7 – 00 oder senden Sie eine E-Mail.

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