Pictures of the Future      Frühjahr 2008

Energie für die Welt

Die wachsende Weltbevölkerung entwickelt einen enormen Hunger nach Energie. Gestillt wird er vermehrt mit CO₂-intensiver Kohle – vor allem in aufstrebenden Schwellenländern. Klimaschützer fordern deshalb sauberere fossile Kraftwerke und eine effizientere Nutzung von Energie. Für beide Herausforderungen entwickelte Siemens Technologien, die bereits weltweit im Einsatz sind.

16-mal am Tag bietet sich den Astronauten der Internationalen Raumstation ISS ein spektakulärer Anblick: Rund 390 km unter ihnen versinkt die Welt alle 90 Minuten in Dunkelheit, und Milliarden von kleinen und großen Lichtquellen vereinen sich zu einem schimmernden Geflecht, das die finsteren Landmassen wie ein Spinnennetz durchwebt – buchstäblich das einzig sichtbare Zeichen unserer Zivilisation, zumindest vom All aus betrachtet. Das Lichtermeer dehnt sich dabei immer weiter aus: Bereits im Jahr 2020 werden laut UN acht Milliarden Menschen auf der Erde leben, und mit steigendem Wohlstand wollen diese acht Milliarden auch eine höhere Lebensqualität – sie kaufen mehr Elektrogeräte, Autos und andere Produkte, wofür wieder Büros und Fabriken nötig sind. Dafür brauchen die Menschen vor allem eines: Unmengen an Energie.

"Energie ist eine Lebensnotwendigkeit", sagt Prof. Peter Hennicke, ehemaliger Leiter des Wuppertal Instituts für Klima, Umwelt und Energie. "Doch von der Klima- und Ressourcenseite her gesehen ist sie auch ein Fluch, wenn wir damit nicht haushälterisch umgehen." Davon sind wir aber noch weit entfernt, urteilt die Internationale Energieagentur IEA – zumindest, wenn sich die derzeitigen Trends bestätigen. So wird laut IEA der weltweite Primärenergieverbrauch zwischen 2005 und 2030 um 55 % steigen, falls sich die politischen Rahmenbedingungen nicht ändern (Fakten und Prognosen). Der Verbrauch würde sich damit auf 18 Mrd. t Rohöleinheiten (toe, tonnes of oil equivalent) erhöhen, gegenüber 11,4 Mrd. t im Jahr 2005.

Der Anstieg des Primärenergieverbrauchs ent­­fällt in der IEA-Studie zu 74 % auf die Entwicklungsländer. Von China und Indien gehen dabei allein 45 % des Anstiegs aus – den Großteil ihres Energiebedarfs werden diese Länder dann mit Kohle decken. Der Grund: Im Gegensatz zu anderen Rohstoffen ist das schwarze Gold im Überfluss vorhanden, zudem ist es bislang noch wesentlich günstiger als erneuerbare Energien. Dabei ist schon heute der Kohlehunger Chinas gewaltig. Allein 2006 gingen dort 174 Kohlekraftwerke ans Netz, also im Schnitt eines in zwei Tagen – ein Alptraum für Klimaschützer, meint Peter Hennicke, zumal heute gebaute Anlagen für die nächsten 30 Jahre in Betrieb sein werden. "Um die Klima- und Ressourcenrisiken einzudämmen, müssen wir deshalb das größte, schnellste und billigste Potenzial erschließen: die Energieeffizienz."

Die Zeichen der Zeit hat auch das Reich der Mitte erkannt und im 11. Fünfjahresplan strenge Vorgaben für die Verminderung von Umweltverschmutzung und die Verbesserung der Energieeffizienz gemacht. Den Weg dorthin sollen auch neue Technologien von Siemens ebnen. Wie in Chinas modernster Strom­fabrik, dem Kohlekraftwerk Huaneng Yu­huan (Kohlekraftwerke in China): Dort ermöglichen seit November 2007 so genannte ultra-superkritische Dampfturbinen-Anlagen und Generatoren von Siemens einen Wirkungsgrad von 45 % – 15 Prozentpunkte mehr als der weltweite Durchschnitt von Steinkohle-Kraftwerken und immer noch sieben Prozentpunkte höher als der EU-Durchschnitt. Ein Prozentpunkt höherer Wirkungsgrad bedeutet bei einem Kraftwerk mittlerer Größe eine Einsparung von etwa 100 000 t CO₂ pro Jahr. "Wenn wir die gleiche Technologie bei künftigen Projekten einsetzen, wird das einen gewaltigen Einfluss auf die Verbesserung von Energieeffizienz und Umweltschutz in Chinas Strom­gewinnung haben", freut sich Hu Shihai, Assis­tenzgeschäftsführer der China Huaneng Group.

Um den Wirkungsgrad bei den stark nachgefragten Kohlekraftwerken noch weiter zu erhöhen, arbeiten Wissenschaftler des Siemens-Sektors Energy in Mülheim an der Ruhr an der so genannten 700-Grad-Technologie (Hocheffiziente Kohlekraftwerke). Dabei versuchen die Siemens-Experten, Turbinen für extrem hohe Dampftemperaturen auszulegen – denn je höher die Temperatur, desto höher am Ende der Wirkungsgrad. Mit neuen Materialien und anderen Fertigungsverfahren wollen sie Temperaturen von 700 °C und Drücke von 350 bar erreichen, das sind etwa 100 °C und 65 bar mehr als in heutigen Kraftwerken üblich. Nur dann, so verrät die thermo­dynamische Rechnung, sind 50 % Wirkungsgrad für ein Dampfkraftwerk drin.

Deponie für CO₂. Im Wettlauf zum klimaschonendsten Kohlekraftwerk setzen die Entwickler auch noch auf andere Konzepte. So wollen sie das in den Kraftwerken entstehende Kohlendioxid abtrennen und unterirdisch speichern, um die Atmosphäre nicht mit dem Treibhausgas zu belasten – Strom würde damit nahezu CO₂-frei produziert (CO₂-Abscheidung). Ein besonders viel ver­sprechendes Verfahren ist die Kohlevergasung in IGCC-Kraftwerken. Bei diesen Kraftwerken wird Kohle, aber auch andere Brennstoffe wie Öl oder Asphalt, in ein Synthesegas verwandelt, das anschließend eine Turbine speist. Aus diesem Gas – einem Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid – ließe sich das CO₂ technisch gut abtrennen. Übrig bliebe nur reiner Wasserstoff. "Wir könnten sofort damit beginnen, eine großtechnische Anlage zu bauen", sagt Dr. Christiane Schmid von Siemens Fuel Gasification Technology GmbH in Freiberg. "Schließlich ist Siemens schon seit Jahren an der Entwicklung optimierter IGCC-Konzepte beteiligt." So sind in Spanien und den Niederlanden bereits IGCC-Kraftwerke mit Siemens-Technologie in Betrieb.

Doch noch fehlt bei solchen Kraftwerken die Abtrennung von CO₂. Dies hat einen banalen Grund: Neben den ungeklärten rechtlichen Rahmenbedingungen für eine auch ökonomisch sinnvolle CO₂-Abtrennung gibt es schlichtweg noch keine erschlossenen und erprobten Lager­stätten, in denen man das Klimagas in großen Mengen deponieren könnte. Nur einige Öl- und Erdgasproduzenten pumpen CO₂, das bei der Förderung mit nach oben gelangt, wieder in ihre Lagerstätten zurück, haupt­sächlich um durch den erhöhten Druck die Ausbeute zu ­erhöhen. Die weltweit gründlichste Unter­suchung der unterirdischen CO₂-Speicherung erfolgt im kleinen Ort Ketzin bei Berlin durch Wissenschaftler des GeoForschungsZentrums Potsdam
(CO₂-Speicherung). In den nächsten zwei Jahren werden sie dort 60 000 t CO₂ 700 m tief in spezielle Gesteinsschichten versenken. CO₂SINK, so der Name des EU-geförderten Projekts, soll herausfinden, wie sich das Klimagas im Untergrund verhält und ob es jemals wieder zu Tage tritt.

Die Geologen glauben, dass sich das CO₂ Tau­sende, wenn nicht gar Millionen Jahre einsperren lässt. Ein Startschuss für die kommerzi­elle Lagerung – und für klimafreundlichere Koh­lekraftwerke. "Bis solche Anlagen wirtschaftlich arbeiten, wird es allerdings noch dauern", gibt Energie-Experte Hennicke zu bedenken. "Deshalb sollten wir uns nicht nur darauf konzentrieren, Energie effizienter zu erzeugen, sondern sie auch mit weit größerem Nachdruck als bislang effizienter zu nutzen." Allein in einem Land wie Japan könne man bis zum Jahr 2050 dadurch 70 % CO₂ einsparen – mit nur marginalen Zusatzkos­ten, so Hennicke.

Für die Betreiber des Hallenbads Brigit­tenau in Wien hat sich der effizientere Umgang mit Energie bereits jetzt gelohnt. Dank eines ausgeklügelten Energiesparmodells und Gebäudemanagementsystems von Siemens verursacht ihre Anlage jährlich 600 t weniger Treibhausgas. Neben dem Klima profitiert dabei auch der Geldbeutel – pro Jahr sparen die Betreiber 200 000 € an Heiz- und Wasserkosten (Energiesparende Gebäude). Fast 2 000 derartige Projekte hat Siemens weltweit bereits realisiert. Eine Win-Win-Situation für Unternehmen wie Umwelt gleichermaßen, denn das Einsparpotenzial ist enorm: Laut IEA verursachen Gebäude etwa 40 % des weltweiten Energieverbrauchs und 21 % der CO₂-Emissionen.

Eine Energiediät würde auch bislang weniger beachteten Stromfressern gut tun – etwa den 30 Millionen Servern auf der Welt, die das Internet am Laufen halten. Nach Berechnungen der Stanford Universität benötigt der Betrieb dieser Rechner weltweit etwa 14 Kraftwerke der 1000-MW-Klasse. Entsprechend erfolgreich wäre auch hier die Abspeck- Kur
(IT-Energieverbrauch). "Rüsten Rechenzentren auf effizientere Technologien um, können sie schon heute mehr als ein Drittel ihres Stromverbrauchs einsparen", schätzt David Murphy, der bei Siemens IT Solutions and Services "Green IT"-Projekte koordiniert. Eine attraktive Aussicht nicht nur für Betreiberfirmen, angesichts steigender Energiepreise und wachsender CO₂-Emissionen.

Das ungeliebte Gas hat aber auch Positives: Vielerorts löst es derzeit einen regelrechten Innovationsboom bei energieeffizienten und umweltfreundlichen Technologien aus. Wie etwa im US-Bundesstaat Kalifornien, der "Clean-tech"-Unternehmen mit seinen Universitäten, strengen Umweltauflagen und Risikokapitalgebern – darunter auch Siemens – einen fruchtbaren Nährboden bietet (Clean-tech Pionier Kalifornien). Umwelttechnologien sind derzeit der am schnellsten wach­­sende Zweig der Risikokapital-Investitionen: So ging in den USA im Jahr 2007 ein Drittel aller Risikokapital-Investitionen in saubere Technologien.

Die hier entstehenden Lösungen – von extrem effizienten Computerchips bis hin zu Plug-in-Hybridautos, die "Sonnenlicht tanken" – könn­ten wegweisend sein, glaubt Prof. Henni­cke. "Wenn die USA dazu noch ihr Ausbaupotenzial bei den erneuerbaren Energien auch nur annährend ausschöpfen, werden wir einen Innovationsschub erleben, der es in sich hat", sagt der Energieexperte. "Dann wären wir dem Ziel, Milliarden Menschen nachhaltig mit Energie zu versorgen, ein gutes Stück näher gekommen."

Das würde auch der ISS-Besatzung Hoffnung machen, denn den Astronauten bietet sich neben dem stetig wachsenden Lichtermeer noch ein anderes Bild, vor allem wenn Grönland in den Blickpunkt rückt: Dort ist der Rückgang der riesigen Eisflächen schon mit bloßem Auge erkennbar.
                                                                                                                 Florian Martini