Der Begriff Energiewende steht für eine notwendige Entwicklung, durch eine Reduzierung von CO2-Emmissionen, den offensichtlichen Klimawandel und damit die fortschreitende Erderwärmung einzudämmen. Nachdem bereits der Ausstieg aus der Atomenergie beschlossen wurde, geht es jetzt um die schrittweise Substitution der Energieerzeugung aus fossilen Energieträgern wie Kohle, Erdöl und Erdgas. Zentrale Bedeutung wird daher elektrischer Strom für die Energieversorgung der Zukunft haben, wie zu zeigen sein wird, aber nicht ausschließlich. Am Anfang der Versorgungskette rückt die Erzeugung von Strom als Primärenergie vor allem aus Solar- und Windkraft in den Mittelpunkt.
Entkopplung von Erzeugung und Verbrauch
Dies erfordert einen ersten grundlegenden Perspektivwechsel durch die Entkopplung von Energieerzeugung und -verbrauch. Heute haben wir dadurch eine perfektes Just-in-time-Versorgung, weil konventionelle Kraftwerke bei Bedarfsschwankungen hoch- oder herunter geregelt werden: Der Strom ist verfügbar, ohne dass die Verbraucher von den Prozessen im Hintergrund etwas merken oder wissen müssen. Sonne und Wind lassen sich auf diese Weise aber nicht regeln. In der aktuellen Übergangsphase führt dies immer häufiger dazu, das überschüssige Solar- und Windenergie überhaupt nicht abgenommen werden kann. Als Verbraucher zahlen wir sie trotzdem. Je mehr wir aber Strom aus erneuerbaren Energien produzieren, d. h. konventionelle (fossile) Kraftwerke abschalten, desto weniger können wir uns auch auf einen »automatischen« Ausgleich der Stromproduktion verlassen. Zugleich wird die Zwischenspeicherung des aus Sonne und Wind gewonnenen Stroms unausweichlich.
Die ersten Antworten sind nicht die besten
Die Antwort, die erst mal allen dazu einfällt ist: Da brauchen wir Batterien. So einfach ist dies aber nicht. Und schon an dieser Stelle laufen manche aktuelle Debatten ins Leere, z. B. dass man dafür die bei einem Ausbau der E-Mobilität verfügbaren Fahrzeugbatterien als Puffer nutzen könnte. Fahrzeuge sollen dann bei hoher Stromproduktion geladen werden, bei geringer Produktion aus den Batterien wieder Strom ins Netz abgeben.
Die erste Schwierigkeit besteht aber darin, dass der Nutzungszyklus unserer Fahrzeuge auch da ein ganz anderer ist: Fahrten ins Büro oder zur Güterauslieferung können nicht einfach abgebrochen oder verschoben werden, nur weil nicht planbare Schwankungen zwischen Erzeugung und Verbrauch ausgeglichen werden müssen. Zudem müssen die Fahrzeuge dann auch kurzfristig zur Stromaufnahme bzw. -abgabe an die Ladeinfrastruktur angeschlossen werden müssen. Dies bedeutet, dass wir auch sofort über die Schwankungen informiert werden müssen, um unseren Tagesablauf unterbrechen, um die Fahrzeuge an die Ladeinfrastruktur anzuschließen. Das heißt dann aber auch, dass wir Ladeinfrastruktur für jedes Fahrzeug mehrfach vorhalten müssen, damit – egal wo es sich gerade befindet – auch tatsächlich an eine Ladestation angeschlossen werden kann. Da hilft es auch nicht, wenn wir eine Ladestation zu Hause haben, das Fahrzeug aber gerade vor dem Büro, bei einem Kunden oder vielleicht bei einem Freizeitpark, Fußballstadion oder anderswo parkt. So viel Ladeinfrastruktur zu schaffen, ist allein wirtschaftlich unsinnig. Damit wäre der Effekt, E-Fahrzeuge als Ausgleichsspeicher für Stromversorgungssystem zu nutzen, verpufft.
Die Grenzen einer ausschließlich strombasierten Energieversorgung
Die zweite Frage ist: Reicht das dann auch, um den gewünschten Ausgleich zu schaffen? Das Problem der Entkopplung von Produktion und Verbrauch ist nicht nur, dass kurzfristig Lastspitzen ausgeglichen werden müssen, sondern auch jahreszeitliche Schwankungen. D. h. Energie muss unter Umständen über Monate zwischengespeichert und systematische Energiereserven müssen angelegt werden. Der Worst Case stellt dabei die sogenannte »Kalte Dunkelflaute« dar, eine nach bisherigen Erfahrungen durchaus ernst zu nehmende Verkettung von hohem Heizbedarf bei gleichzeitig geringer Ausbeute bei Sonne und Wind. Prof. Dr.-Ing. Albert Moser von der RWTH Aachen hat dazu vorgerechnet, dass um zwei Wochen kalte Dunkelflaute nur mit elektrischer Energie auszugleichen, ein Bestand von voll aufgeladenen Batterien erforderlich wäre, die einem Raum- und Flächenbedarf von 18 Millionen Seecontainern entsprechen würden. Dies ist etwa das 1,8-fache des jährlichen Containerumschlags des Hamburger Hafens (und nach den zwei Wochen müsste wieder versorgungsdeckend Strom erzeugt werden können).
Der Weg führt zu einer Sektorenkopplung
Hier haben wir also eine Option, die sehr schnell in eine Sackgasse führt, denn auch Vorschläge, fabrikneue Batteriebestände als Reservekapazitäten zu nutzen, wären da nur ein Tropfen auf den heißen Stein. Es wird zukünftig also darum gehen, dass eine Überproduktion von Strom durch sogenanntes Power to X in chemische Energieformen (Wasserstoff, synthetisches Methan, gasförmig oder flüssig) umgewandelt wird, die sich dann physikalisch lagern und über eigene Versorgungsnetzwerke verteilen ließen, was dann auch Auswirkungen auf die Verfahren des Energieverbrauchs hätte.
Die Energieexperten sehen in dieser Entwicklung einen sowohl notwendigen wie auch umsetzbaren Weg, der auch schon von einer weitergehend abgeschlossenen konzeptionellen technischen Entwicklung zur konkreten Umsetzung eingeschlagen ist, auch wenn in der populär-öffentlichen Debatte immer noch viele Nebelkerzen und Störfeuer gezündet werden. (Sich in dies alles auch technologisch einzuarbeiten, hat mich die Durchsicht unzähliger Energiestudien, die Teilnahme an Fachkonferenzen und Expertengesprächen gekostet, sodass ich dies nicht auf ein oder zwei Argumente verkürzen könnte, auch nicht auf unterschiedlichste Bedenken eingehen kann. Die Details würden den Rahmen dieses Beitrages sprengen). Die dadurch entstehenden Energieverluste erscheinen gegenüber den Investitionen in eine alleine auf Strom basierenden Infrastruktur vertretbar. Allerdings wäre dann im Anschluss der umgekehrte Weg X to Power, die Rückumwandlung von synthetisierten Kraftstoffen zurück in elektrische Energie, eine Option, die nur in einem möglichst geringen Umfang genutzt werden sollte, weil die Energiebilanz durch eine erneute Umwandlung noch schlechter würde. Das heißt, dass wir möglichst viele Endgeräte dann tatsächlich auch mit »X« betreiben.
Die Herausforderung solcher Betrachtungen ist dabei, dass man da nicht nur auf Energiebilanzen einzelner Endgeräte, wie eines E-Fahrzeuges, schauen darf, sondern jeweils die gesamte Infrastruktur im Auge halten muss. Ganz klar ist: Die höchste Energieausbeute besteht dann, wenn man einen Elektromotor direkt aus einer Batterie betreiben kann. Der Rückschluss auf das zu favorisierende Energiekonzept entscheidet sich nicht am einzelnen Gerät, sondern mit Blick auf die gesamte Infrastruktur: Wir müssen realisieren, Strom kommt nicht voraussetzungslos einfach aus der Steckdose.
Aus diesen Überlegungen ist das Konzept der Sektorenkopplung entstanden, in den elektrische und nichtelektrische Energieversorgung, auch die Umwandlung in verschiedene Energieträger, aber auch die Hersteller von Verbrauchsendgeräten und schließlich die Verbraucher selbst als Gegenstand eines zu optimierenden Netzwerkes werden.
Missverstände über den Weg zur Ausbau der E-Mobilität
Damit kommen wir zu einem weiteren – auf den ersten Blick ganz anderen – Thema. Immer wieder wird der deutschen Automobilindustrie vorgeworfen, den Trend zur Elektromobilität verschlafen zu haben. Aus den vorgenannten Überlegungen stellt sich diese Frage aber noch einmal ganz anders. Ist es in einem Gesamtenergiesystem nicht der sinnvollere Weg, einen großen Teil der Fahrzeuge mit Wasserstoff über Brennstoffzellen zu betreiben?
Dies hätte den Vorteil, eine komplette Endverbrauchsklasse von vorneherein von der volatilen Stromversorgung abzukoppeln. Dadurch würden auch die Komplexität und das Investitionsvolumen für ein granulares Netz von Elektroladestationen eines zukünftigen Gesamt-Energiekonzeptes deutlich reduziert werden. Alles auf die Karte von konventionellen E-Mobilen und Lieferketten wie den Aufbau von Batterieproduktionen zu setzen, lässt sich zwar in gängigen Marketing-Kampagnien und Politikstrategien besser verkaufen, könnte aber wohl am Ende die schlechtere Wahl sein. Allerdings halte ich es für genauso verfehlt, wenn man nicht klipp und klar sagt, dass es nicht nur den einen Weg geben wird.
Wenn ich mich an dieser Stelle ausdrücklich auf das Verbrauchssegment Mobilität beschränke, bedeutet es nicht, dass es sich nur um dieses eine Segment geht, die Zusammenhänge reichen überall dahin, wo Energie – in welcher Form auch immer – benötigt wird.
Wenn der Prozess das Produkt bestimmt
Damit komme ich zurück auf die These, die für den Titel des Beitrages ausschlaggebend ist: Der Gesamtprozess der Energieversorgung bestimmt hier ganz maßgeblich die Wahl der Produkte, sei es auf erster Ebene Strom vs. Wasserstoff (Methan, etc.) oder auf zweiter Ebene Endgeräte, die auf einen Betrieb mit Batterie oder Brennstoffzelle basieren. In unserer Denke von Lieferketten dominiert das Produkt die Kette. Hier wird es fortan anders sein. Vorstellbar ist in diesem Zusammenhang ein iterativer Prozess, in dem sich schrittweise ein Optimum herausstellt. Im Management der Energiewende ist man sich daher darüber einig, dass man unterschiedliche Technologiepfade möglichst lange offen halten muss.
Die frühzeitige Entscheidung für die Wahl der Infrastruktur nur in eine Richtung wäre ein fataler Fehler. Für unser Supply-Chain-Management-Denken mag dies eine ungewohnte Vorgehensweise sein. Nichtsdestotrotz sehe ich in der Entwicklung der Energiewende ein neues und anspruchsvolles Betätigungsfeld – angesichts der Planungshorizonte auch ein zukunftsorientiertes.
