nt 04 | 2024 Infrastrukturen der Zukunft: Wärmespeicher XXL
Radikale Innovationen für das Energiesystem von morgen
Reinhold W. Lang, Stefan P. Schleicher
Die letzten Monate des Jahres 2024 könnten sich als Zeitenwende für Energie und Klima entpuppen. Nachfolgend wird argumentiert, wie das Energiesystem angesichts der politischen Veränderungen in Österreich, in der EU und in der globalen Politik (COP28 u.a.) mit radikalen Innovationen resilient und zukunftsfit umgebaut werden könnte.
Ein Faktencheck
Zur Erinnerung die aktuelle Situation in Österreich. Ein Blick auf die aktuellen Energiedaten für 2023 zeigt einen Anstieg bei den Erneuerbaren im Energiemix, dafür war aber vor allem die gute Wasserführung bei der Wasserkraft die Ursache, unterstützt durch die starke Expansion der Photovoltaik, aber nur bescheidene Zuwächse bei Wind. Sichtbar wird, dass der signifikante Rückgang beim Endverbrauch von Energie zu einem Drittel dem Rückgang der wirtschaftlichen Aktivität und warmen Außentemperaturen zuzurechnen ist, für zwei Drittel aber noch unklar ist, ob die Schocks durch Energiepreise und die möglichen Verknappungen bei Gas permanente Verhaltens- und Strukturänderungen ausgelöst haben. Innerhalb der EU wird Energie und Klima rückgereiht zugunsten von Wettbewerbsfähigkeit, vor allem bei der Industrie. Die USA haben diesbezüglich der EU mit dem Inflation Reduction Act1 eine kräftige Herausforderung beschert, die vor allem ‘Low Carbon‘-Technologien forciert, von Stahl bis zu Brennstoffzellen. Zusätzlich bekommt die EU die Innovationskraft Chinas zu spüren, die bei Elektroautos von der EU mit Ausgleichzöllen bis zu 35 Prozent beantwortet werden.
Diese eher ernüchternde Zwischenbilanz zur Situation bei Energie und Klima in Österreich und in der EU motiviert zu einem Nachdenken über politische Kurskorrekturen. Die nachfolgenden Vorschläge sind ein Diskussionsbeitrag, wie angesichts der neu zu bildenden Bundesregierung in Österreich eine konsensfähige Politik aussehen könnte, die einen Next Level für Innovationen bei Energie und Klima darstellt.
Die Black-Box des Energiesystems öffnen
Ein Neustart für eine effektive und konsensfähige Energiepolitik erfordert ein vertieftes Verständnis des gesamten Energiesystems (Abbildung 1). Zum besseren Verständnis ist bewusst die invertierte energetische Wertschöpfung dargestellt, beginnend mit der Verwendung und endend mit dem Aufkommen.
Kaum bekannt ist die Verwendung von Energie nach den damit verbundenen Dienstleistungen, wie Wärme, mechanische Antriebe, Beleuchtung und Elektronik. Die dafür aufgewendeten Mengen an Nutzenergie zeigen, dass 17 Prozent durch Verluste bei Transformation und Verteilung verloren gehen. Mobilität und Niedertemperaturwärme beanspruchen die größten Verbrauchsanteile von zusammen 48 Prozent.
Radikale Innovationen bei Gebäuden und Industrie
Sowohl in Österreich als auch in der EU forcieren die bisherigen energiepolitischen Strategien vor allem den Ausbau von Erneuerbaren. Diese auf das Aufkommen fixierten Strategien sind notwendig, stoßen aber an Grenzen. So müsste Österreich das Aufkommen aus Erneuerbaren für einen Ausstieg aus Fossilen zumindest verdreifachen. Weitere Strategieelemente sind der Wechsel zu Elektromobilität und selektive Verbesserungen bei der Effizienz in der Verwendung von Energie sowie die Integration von Speichertechnologien. Auch diese Elemente erfahren Grenzen bei der Implementierung.
Eine bisher unterschätzte, aber mögliche Transformation ist ebenfalls in Abbildung 1 sichtbar. So ist argumentierbar, dass der Bedarf an nutzbarer Energie auf die Hälfte reduziert werden kann und damit das Aufkommen an Erneuerbaren nur um ein Drittel des derzeitigen Volumens expandieren müsste.
Ein Blick auf die derzeitige Verwendung von Energie empfiehlt zwei zukunftsorientierte Politik-Pakete eines für den Bereich Bauten, ein zweites für den Bereich Industrie. Beide Pakete haben eine hohe gesellschaftliche Attraktivität und sind zudem mit Klimastrategien zu Mobilität/Transport verknüpft.
Politik-Pakete für Bauten und Industrie
Das Bauten-Paket kann sich an Innovationen orientieren, die vor allem in der Schweiz sichtbar geworden sind. Aufmerksamkeit verdienen die dort realisierten Quartierskonzepte für Bauten, wie Suurstoffi (https://www.suurstoffi.ch/) und Papieri-Cham (https://www.papieri-cham.ch/). Kern dieser hoch innovativen Stadtentwicklungen ist ein lokales Energiesystem, das Wärme und Kühlen in Verbindung mit Anergie-Netzen zur Verfügung stellt, alle Komponenten für Verwendung und Aufkommen über ein IT-Netz laufend optimiert und durch eine gemischte Nutzung der Bauten Wohnen, Arbeiten und sonstige Aktivitäten mit kurzen Wegen erledigen lässt. Damit ist auch eine völlige Änderung des Mobilitätsbedarfs verbunden.
Das Industrie-Paket ist erst in Umrissen erkennbar, da viele innovative Technologien, wie die Rolle von Wasserstoff, vor allem aber die Abscheidung von CO2 und die Kreislaufführung von Kohlenstoff noch in der Entwicklungsphase sind. Orientierung hierzu gibt das in Österreich entwickelte Konzept Carbon2Products Austria (C2PAT), das internationales Aufsehen erregt hat. Das in der Zementproduktion abgeschiedene CO2 könnte zusammen mit Wasserstoff zu Grundstoffen für die (Polymer-)Chemie aber auch für Synfuels2 verarbeitet werden. Über die Verwendung von Produkten aus z. B. Polypropylen und die Nutzung am Ende der Produktlebensdauer als Ersatzbrennstoff für die Zementproduktion schließt sich der Kohlenstoff-Kreislauf.
Eine To-do-Liste für die Politik
Angesichts der anstehenden Vorbereitung für das Regierungsprogramm der nächsten Regierung sind zwei Schwerpunkte zum Bereich Energie und Klima zu empfehlen:
- Ein Politik-Paket für Bauten, das sich an Quartierskonzepten mit lokalen Energiesystemen orientiert und als neues Finanzierungsinstrument die Einrichtung einer Wohnbau-Investitionsbank (WBIB) ermöglicht.
- Ein Politik-Paket für die Industrie, das die Transformation zu kreislaufgeführtem Kohlenstoff unterstützt und dafür ein Finanzierungsinstrument analog zum ERP-Fonds3 zur Unterstützung einer langfristigen Risikoreduktion zur Verfügung stellt. Erneuerbare und Mobilität sind weiterhin relevant. Der Bedarf an Mobilität und deren Infrastruktur ist aber auch von der geografischen Situierung der Bauten abhängig und die effiziente Nutzung von Erneuerbaren sollte viel besser als bisher mit den Bauten verknüpft sein. Für die Transformation der Industrie ist es notwendig, Strategien für grünen Wasserstoff mit Strategien für kreislauffähige stoffliche Substanzen wie grünes Methan und Methanol/Ethanol über sogenannte CCU-Technologien ("carbon capture & use") und Ammoniak zu ergänzen.
Weitere Informationen
1 https://www.whitehouse.gov/cleanenergy/inflation-reduction-act-guidebook/
2 Synfuel (synthetic fuel): synthetische Kraftstoffe
3 ERP bedeutet European Recovery Program (Europäisches Wiederaufbau-Programm). Der Fonds wurde 1962 aus Mitteln der US-Marshallplan-Hilfe gegründet und wird seit 2002 von der Austria Wirtschaftsservice verwaltet. https://www.aws.at/historie/
Autoren
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Reinhold W. Lang ist Professor an der Johannes Kepler Universität Linz (JKU) und Mitglied des Vorstands von AEE INTEC
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Stefan P. Schleicher ist Professor am Wegener Zentrum für Klima und Globalen Wandel an der Karl-Franzens-Universität in Graz und WIFO Associate am Österreichischen Institut für Wirtschaftsforschung