Der globale Energiebedarf beläuft sich auf rund 150’000 TWh pro Jahr. Die jährliche Einstrahlung der Sonne ist mindestens 10’000-mal grösser. Wir erhalten damit jedes Jahr gratis genügend erneuerbare Energie füralle Menschen auf der Erde. Die Herausforderungen sind in der fluktuierenden und ungleichen Verteilung der Einstrahlung, welche bei der Wandlung, bei der Speicherung, beim Transport und bei der Nutzung gelöst werden müssen. Denn ohne ausreichende Energie ist unser hoher Wohlstand mit guter Lebensqualität nicht haltbar. Dies zeigt beispielsweise der Index der menschlichen Entwicklung der Vereinten Nationen sehr klar.
Von Prof.Dr.Gian-Luca Bona, Professor em. für Photonics an der ETH Zürich und der EPFL Lausanne, Executive Committee Member SATW (Schweizerische Akademie der Technischen Wissenschaften)
In den letzten Jahrzehnten konnten wir unsere Wirtschaft dank günstigen fossilen Treib- und Brennstoffen und innovativen Technologien prächtig voranbringen, allerdings zum Preis einer globalen Klimaerwärmung, wie uns Wissenschaftler in der IPCC seit 30 Jahren kohärent darlegen. Die globale Herausforderung besteht also darin, ein ökologisches und sozial gerechtes Leben für bald über zehn Milliarden Menschen zu ermöglichen, ohne die existierenden Ressourcen und das Klima zu strapazieren. Um ein resilientes und nachhaltiges Energiesystem zu erhalten, sind Konzepte, welche in geschlossenen Kreisläufen ablaufen, anzustreben. Wobei die Rahmenbedingungen der zuverlässigen Versorgungssicherheit bei hoher Umweltverträglichkeit (sprich CO₂-neutral) und gerechtem, bezahlbarem Zugang für alle zu beachten sind. Dieses sogenannte Energie-Trilemma erfordert innovative Lösungen und ein Umdenken in der Energieversorgung. Es ist ein Generationenproblem, das wir nur zusammen bewältigen können.
Viel mehr Strom wird in Zukunft vonnöten sein
Gerade für die Schweiz mit ihrer Industrie besteht hier eine enorme Chance, denn es existieren bereits verschiedene technische Lösungen für erneuerbare Energiekonzepte, wobei die industrielle Skalierung noch Probleme bereitet, aber auch Opportunitäten bietet. Eine ganzheitliche, systemische Bewertung ist unerlässlich, um die Herausforderungen des Schweizer Energiesystems erfolgreich zu meistern. Wie verschiedene Modelle zeigen, ist ein Umbau des Energiesystems längerfristig die günstigste Lösung, wobei die weitere Effizienzsteigerung und internationale Anbindung an die EU zu beachten sind. Gemäss den Energieszenarien 2050 des Bundes brauchen wir zusätzlich rund 90TWh an erneuerbarer Energie, um die fossilen Produkte zu ersetzen. Das ist ein grosser Schritt, wenn man bedenkt, dass wir insgesamt etwa 200TWh pro Jahr brauchen werden. In der Zukunft wird viel mehr elektrischer Strom benötigt, vor allem, um die individuelle Mobilität und die Wärmepumpen zu betreiben. Durch den forcierten Ausbau der Photovoltaik können wir zwischen 15 und 24TWh erreichen. Der Ausbau der Windkraft könnte ebenfalls wesentlich mehr beitragen, vorausgesetzt, dass sich die Akzeptanz erhöhen lässt. Leider fällt dieser Strom nicht planbar an, wenn wir ihn brauchen. Die täglichen, aber vor allem jahreszeitlichen Schwankungen führen dazu, dass wir den Strom speichern müssen.
STARLIGHT Tanker auf dem Rhein in Basel. Quelle: iStock
Schon jetzt spricht man von einer Abriegelung im Sommer, wenn durch die Photovoltaik zu viel Strom produziert wird und der Überschuss zu negativen Strompreisen führt. Die Möglichkeiten der lokalen Speicherung für alle sind begrenzt. Unsere Netze sind nicht für fluktuierende, dezentrale Produktion konzipiert. Es erwarten uns hohe Investitionskosten. In dieser Optimierung ist es äusserst sinnvoll, denFächer der Optionen etwas zu erweitern. Wir müssen daran arbeiten, den günstigen Strom in einer chemischen Bindung zu speichern, denn für die Mobilität und auch für industrielle Prozesse brauchen wir Treib- und Brennstoffe. Denken wir an die anstehenden Aufgaben, für die weltweit täglich rund 200’000 Flüge einen synthetischen Treibstoff herzustellen, oder an den Schwerverkehr und an die Schifffahrt mit ihrem enormen Bedarf an kostengünstigen fossilen Treibstoffen.
Für die Transition unseres Energiesystems sind wir auf erneuerbare Energieträger angewiesen, die speicherbar (Jahreszeiten) und transportierbar sind, aber auch die bestehende Infrastruktur möglichst sinnvoll nutzen. Dazu gehören synthetische Kraftstoffe aus geschlossenen Kreisläufen. Berechnungen aus den Energieperspektiven des Bundes 2050+ zeigen, dass sich der Bedarf an nachhaltigen Kraftstoffen in der Schweiz im Bereich von 30–60TWh pro Jahr bewegt. Wir sprechen von Power-to-X-Konzepten, da es eine Vielfalt von Lösungen brauchen wird. X steht für Gase (H2, NH3, Methan,…), aber auch für flüssige Energieträger (Methanol, Ethanol, und höhere Kohlenwasserstoffverbindungen) und zusätzlich für die Nutzung der Prozesswärme für Heizungen. Wegen der anfangs erwähnten ungleichen Verteilung der örtlichen und jahreszeitlichen Sonneneinstrahlung wird es unumgänglich sein, Importe in beträchtlichem Ausmass miteinzuschliessen.
Die Transition des Energiesystems ist ein Generationenprojekt, das wir gemeinsam lösen müssen.
Einmalige Chance für die Schweizer Wirtschaft
Eine derartige technische und logistische Diversifizierung mag komplex erscheinen, sie erhöht jedoch die Resilienz dank ihrer Vielfalt. Heute sind systemische Lösungen durch die Kontrolle (Internet of Things mit Sensoren) und die Optimierung der vielschichtigen Daten dank zusätzlicher künstlicher Intelligenz ein Gebot der Stunde, um ein erneuerbares, effizientes und resilientes Energiesystem zu realisieren. Es besteht eine einmalige Chance für unsere Wirtschaft, weil wir grosse Erfahrung darin haben, komplexe systemische Lösungen auszuarbeiten und international für den Export zu skalieren. Die innovative, technische Diversifizierung mit klassischer Wasserkraft und Wärme-Kraft-Kopplung, aber auch Batterien bis hin zu Wasserstoff und synthetischen Treibstoffen kombiniert mit der Diversifizierung der Importkanäle und der technologischen Möglichkeiten zählt zu unseren Stärken. Dank unseren Universitäten, Forschungsinstituten und innovativen Start-ups wurden hervorragende technische Lösungspfade vorgezeichnet, welche durch industrielle Skalierung und mit den notwendigen Investitionen unseren Wirtschaftsstandort nachhaltig stärken können.
Ich bin überrascht, dass wir diese Chancen bisher kaum angepackt haben und dass ich von Investoren und internationalen Playern vernehme, dass es im Ausland einfacher ist, in Power-to-X-Lösungen zu investieren. Die bürokratischen Einschränkungen und das Investitionsklima seien bei uns zu einschränkend. Sind wir so sehr gesättigt, dass wir diese Möglichkeiten nicht sehen?
Ein Beispiel aus der Schweizer Geschichte soll uns zeigen, dass es sich lohnt, in die Zukunft zu investieren: Als im Jahre 1882 der Gotthard-Eisenbahntunnel eröffnet wurde, war bald klar, dass es auch eine Elektrifizierung der Bahnen, weg von der Kohle braucht. Die erste elektrifizierte Eisenbahnstrecke in der Schweiz war 1888 die Tramway Vevey-Montreux-Chillon. Bereits 1924 war die Elektrifizierung der Gotthardstrecke abgeschlossen. Natürlich war der primäre Treiber, die Abhängigkeit von der ausländischen Kohle durch die eigene Wasserkraft zu ersetzen. Nachträglich stellte sich heraus, dass sich die hervorragenden Innovationen der lokalen Industrie im Lokomotivbau auch für die Exportwirtschaft zu einem Wohlstandstreiber entwickeln konnten. Der innovative Mut hat sich trotz der wirtschaftlichen Not während des Ersten Weltkriegs längerfristig ausgezahlt.
