2    Derzeitige Elektrizitätsversorgung in Deutschland

Bevor sich Untersuchungen über eine künftige Entwicklung einer klimaverträglichen Elektrizitätswirtschaft durchführen lassen, muss zuerst die Struktur der heutigen Elektrizitätswirtschaft näher analysiert werden. Weiterhin sind Auswirkungen auf Umwelt und Klima sowie notwendige Veränderungen darzustellen.

Die öffentliche Nutzung elektrischer Energie in Deutschland geht auf das Jahr 1882 zurück, in dem Werner Siemens elektrische Beleuchtungsanlagen rund um den Potsdamer Platz in Berlin installieren ließ. Am 15. August 1885 wurde das erste öffentliche Kraftwerk Berlins in Betrieb genommen und zählte im ersten Jahr 28 Kunden [Pat88].

Trotz der frühen Erfolge kam die Elektrifizierung nur verhältnismäßig langsam voran. Im Jahr 1914 verfügten lediglich 5,5 % der Berliner Wohnungen über einen Elektrizitätsanschluss. Die Größe der Kraftwerke nahm stetig zu. 1914 war bereits ein Kraftwerk mit einer Leistung von 20 MW in Betrieb. Während zu Beginn der Elektrifizierung der Wasserkraft eine große Bedeutung zukam, verringerte sich ihr Anteil an der Stromversorgung stetig. Im Jahr 1950 betrug dieser 24 % im Gegensatz zu 4 % im Jahr 1996 [VIK].

Bild 2.1  Entwicklung der Bruttostromerzeugung in den alten Bundesländern nach Erzeugergruppen (Daten: [VIK; VDEW])

Im Jahr 1950 wurde in den alten Bundesländern noch 38,7 % des Elektrizitätsbedarfs durch Industriekraftwerke gedeckt. Dieser Anteil sank im Jahr 1996 auf 10,5 %, während der Anteil der öffentlichen Kraftwerke von 60,3 % auf 88,2 % stieg (Bild 2.1). Die Bruttoerzeugung betrug 1996 in Gesamtdeutschland 550,3 TWh.

Nach dem zweiten Weltkrieg stieg bis Mitte der 70er Jahre der Elektrizitätsbedarf und damit auch die Stromerzeugung in Deutschland nahezu exponentiell an. Die jährlichen Wachstumsraten betrugen im Mittel knapp 10 %. Verschiedene Ereignisse wie die Weltwirtschaftskrise, der zweite Weltkrieg oder die Ölpreiskrisen haben die Elektrizitätsnachfrage in Deutschland stark beeinflusst. Meistens reagierte der Elektrizitätsmarkt mit einer größeren Verzögerung auf diese Ereignisse. So entwickelte sich der Anstieg des Elektrizitätsbedarfs in den 80er Jahren deutlich geringer als in den 70er Jahren. Hierdurch erklären sich auch die starken Überkapazitäten an Kraftwerken, die aufgrund einer starken Überschätzung der Stromnachfrage in den 80er Jahren errichtet wurden. 1996 war in Deutschland eine Bruttoengpassleistung von 121,3 GW installiert. Die Verteilung nach verschiedenen Energieträgern zeigt Bild 2.2. Von der gesamten Bruttoengpassleistung entfielen alleine 107,1 GW auf öffentliche Kraftwerke. Dem gegenüber betrug die Jahreshöchstlast der öffentlichen Kraftwerke lediglich 71,5 GW. Aufgrund der großen Überkapazität ist das Interesse der Elektrizitätswirtschaft an der Errichtung neuer, speziell auch regenerativer Kraftwerke verhältnismäßig gering. Tendenziell ist in Deutschland weiterhin eine steigende Nachfrage zu beobachten. Auf eine genauere Analyse der Lastgänge und eine Prognose des Elektrizitätsbedarfs wird in Kapitel 5 näher eingegangen.

Bild 2.2  Installierte Bruttoengpassleistung in Deutschland 1996 nach Energieträgern (Daten: [VIK])

Aus der Bruttoerzeugung der Kraftwerke ergibt sich nach Abzug des Eigenverbrauchs, des Pumpstromverbrauchs, der Übertragungsverluste und Berücksichtigung der Ein- und Ausfuhren schließlich der Nettoverbrauch Bild 2.3). Dieser betrug 1996 in Deutschland 479,7 TWh. In den letzten 30 Jahren hat sich der Anteil des Nettoverbrauchs am Bruttoverbrauch nur wenig geändert. Dieser stieg von 86,6 % im Jahr 1965 auf 88,0 % im Jahr 1996. Vor allem bei den Übertragungsverlusten war ein Rückgang von 5,6 % auf 3,7 % zu verzeichnen.

Bild 2.3  Energiebilanz der Elektrizitätswirtschaft in Deutschland 1996 in TWh (Daten: [VIK])

Deutlich größere Verschiebungen gab es bei der Verbraucherstruktur. Während 1965 die Industrie einen Anteil von 66 % am Nettoverbrauch hatte, sank dieser im Jahr 1996 auf 46,4 % (Bild 2.4). Der Anteil der Haushalte stieg im gleichen Zeitraum von 16 % auf 28 % und auch bei Handel und Gewerbe sowie bei den öffentlichen Einrichtungen stieg der relative Anteil.

Bild 2.4  Aufteilung des Nettoverbrauchs in Deutschland 1996 nach Verbrauchergruppen (Daten: [VIK])

Am gesamten Primärenergiebedarf von 14.767 PJ in Deutschland hatten die fossilen Energieträger einen Anteil von 86,2 %. Dies entspricht in etwa dem Weltdurchschnitt von 90 %. Bei der Bruttostromerzeugung hingegen entfielen im Jahr 1996 in Deutschland 65 % auf fossile Energieträger; 30 % auf die Kernenergie, 4 % auf Wasserkraft und 1 % auf andere Energieträger (Bild 2.5). Somit ist der Anteil der fossilen Energieträger in der Elektrizitätswirtschaft geringer als in der gesamten Energiewirtschaft.

Bild 2.5  Bruttostromerzeugung nach Energieträgern in Deutschland 1996 (Daten: [VIK])

Tabelle 2.1 zeigt den Brennstoffeinsatz in der Elektrizitätswirtschaft, der 5.089 PJ umfasst. Wird zum Brennstoffeinsatz noch das Aufkommen der Wasserkraft von 21,6 TWh = 78 PJ addiert, ergibt sich ein Primärenergieaufkommen der Elektrizitätswirtschaft in Deutschland von 5.167 PJ im Jahr 1996.

Tabelle 2.1   Brennstoffeinsatz für die Stromerzeugung der öffentlichen, Industrie- und Deutsche Bahn AG - Kraftwerke in Deutschland 1996 in PJ (Daten: [VIK])

Setzt man dies in Relation zum Nettostromverbrauch von 479,7 TWh = 1.727 PJ, ergibt sich damit bei den Kraftwerken in Deutschland ein durchschnittlicher Wirkungsgrad von 34 %. Dies erklärt auch, weshalb die Elektrizitätswirtschaft einen Anteil von 35 % am gesamten Primärenergieaufkommen hat, obwohl deren Anteil am Endenergiebedarf nur bei etwa 17 % liegt.

Daraus resultiert der verhältnismäßig große Anteil der Kraft- und Fernheizkraftwerke an den Kohlendioxid (CO₂)-Emissionen. Bild 2.6 zeigt auch den Anteil an Emissionen anderer Schadstoffe. Während der Ausstoß an Schwefeldioxid (SO₂) von 3.492 kt im Jahr 1975 auf 1.144 kt im Jahr 1996 und der Ausstoß von Staub von 634 kt auf 26 kt gesenkt werden konnte, blieb der Ausstoß von Kohlendioxid (CO₂) in den letzten 20 Jahren nahezu konstant. Dies ist auf den Einsatz von modernen Schadstoffrückhaltetechniken in der Elektrizitätswirtschaft zurückzuführen, die jedoch nicht bei Kohlendioxid greifen.

Bild 2.6   Anteil der Emissionen ausgewählter Schadstoffe der Kraft- und Fernheizkraftwerke am Gesamtaufkommen in Deutschland 1996 (Daten: [BMWi])

Mit dem Brennstoffeinsatz der Kraftwerke aus Tabelle 2.1 und den spezifischen Emissionsfaktoren aus Tabelle 2.2 lassen sich die CO₂-Emissionen der Kraftwerke ermitteln. Werden diese durch den um die Übertragungsverluste erweiterten Nettoverbrauch dividiert, ergeben sich die spezifischen CO₂-Emissionen. Hierbei kann zwischen den spezifischen Emissionen aller Kraftwerke und den Emissionen rein fossiler Kraftwerke unterschieden werden, die 1996 gut 65 % des Elektrizitätsbedarfs gedeckt haben.

Tabelle 2.2  Spezifische CO₂-Emissionsfaktoren unterschiedlicher Energieträger in Deutschland (nach [Wag89])

Somit ergeben sich für das Jahr 1996 in Gesamtdeutschland spezifische CO₂-Emissionen von 0,63 kg CO₂/kWh_el für alle Kraftwerke und 0,96 kg CO₂/kWh_el für die fossilen Kraftwerke. In den alten Bundesländern sind die spezifischen CO₂-Emissionen aller Kraftwerke von 0,67 kg CO₂/kWh_el im Jahr 1975 auf 0,57 kg CO₂/kWh_el im Jahr 1987 gefallen. Die spezifischen CO₂‑Emissionen der fossilen Kraftwerke betrugen 1987 in den alten Bundesländern 0,91 kg CO₂/kWh_el. Dies ist vor allem auf den Ausbau der Kernenergie und den Ersatz von Kraftwerken mit hohen spezifischen Emissionen wie Braunkohle durch solche mit niedrigeren Emissionen wie Erdgas und auf eine Wirkungsgraderhöhung der Kraftwerke zurückzuführen, wie Tabelle 2.3 zu entnehmen ist.

Tabelle 2.3  Emissionen verschiedener Kraftwerke (nach [Fah96])

Verlässliche Zahlen für die neuen Bundesländer liegen erst ab dem Jahr 1992 vor. In diesem Jahr ergaben sich spezifische CO₂-Emissionen von 1,5 kg CO₂/kWh_el für alle Kraftwerke. Daraus lassen sich die höheren Werte in Gesamtdeutschland nach der Wiedervereinigung gegenüber den Werten in den alten Bundesländern erklären.

Da das Jahr 1987 später als Bezugsjahr herangezogen wird, werden im Folgenden die Emissionen auch für dieses Jahr bestimmt. 1987 betrug die Bruttoerzeugung in der DDR 115,3 TWh, die Übertragungsverluste lagen bei 6,5 % [Gör90]. Unter Einbeziehung des Eigenverbrauchs und des Pumpstroms kann den Kraftwerken eine Nettoerzeugung von etwa 100 TWh zugeschrieben werden. Die CO₂-Emissionen der Kraft- und Fernheizkraftwerke der DDR betrugen im selben Jahr 153 Mt [Enq95]. Unter Berücksichtigung des Fernwärmeanteils können für 1987 für die DDR die spezifischen CO₂-Emissionen aller Kraftwerke mit etwa 1,3 kg CO₂/kWh_el und der fossilen Kraftwerke mit 1,5 kg CO₂/kWh_el abgeschätzt werden. Die spezifischen Emissionen aller Kraftwerke lagen dabei etwas unter den Werten von 1992, da 1987 noch 10 % des Elektrizitätsbedarfs durch Atomkraftwerke gedeckt wurden, die später aus Sicherheitsgründen stillgelegt wurden. Für Gesamtdeutschland ergeben sich somit für 1987 spezifische CO₂‑Emissionen von 1,1 kg CO₂/kWh_el für die fossilen Kraftwerke.

Ohne den schützenden Einfluss der Atmosphäre würden auf der Erde Temperaturen von etwa -18 °C herrschen. Durch verschiedene natürliche Spurengase in der Atmosphäre, wie Wasserdampf oder Kohlendioxid (CO₂), wird das eintreffende Sonnenlicht wie in einem Treibhaus zurückgehalten. Hierbei kann man zwischen einem natürlichen und einem anthropogenen Treibhauseffekt, das heißt einem vom Menschen verursachten, unterscheiden, der in Bild 2.7 verdeutlicht wird.

Bild 2.7   ntstehung des anthropogenen (vom Menschen verursachten) Treibhauseffekts [Qua99]

Der vorhandene natürliche Treibhauseffekt ermöglicht erst ein Leben auf unserer Erde. Die von der Sonne eintreffende Strahlung erwärmt die Erdoberfläche. Dadurch hat sich auf der Erde eine mittlere Temperatur von etwa 15 °C eingestellt. Ohne den natürlichen Treibhauseffekt würde ein Großteil der Wärmestrahlung von der Erdoberfläche in den Weltraum abgestrahlt, und die mittlere Temperatur auf der Erdoberfläche wäre um ca. 33 °C niedriger. Bei den Spurengasen in der Atmosphäre hat sich in den letzten Jahrtausenden ein Gleichgewicht ausgebildet, welches das Leben in der Form, wie wir es heute kennen, ermöglicht hat. Gewiss gab es aus unterschiedlichen Ursachen über die Jahrtausende immer wieder Temperaturschwankungen, wie nicht nur die verschiedenen Eiszeiten belegen. Dennoch haben sich die Temperaturänderungen der letzten Jahrtausende stets über einen sehr langen Zeitraum vollzogen, sodass die Natur eine Möglichkeit hatte, sich an die geänderten Verhältnisse anzupassen.

Durch den zunehmenden Energieverbrauch, aber auch durch andere Einflüsse auf die Umwelt wie Waldzerstörung oder Emissionen der Landwirtschaft werden große Mengen an Spurengasen wie Kohlendioxid, Methan, Ozon, FCKW, Stickoxide, Kohlenmonoxid und Schwefeldioxid in die Atmosphäre emittiert. Diese Gase verursachen den anthropogenen Treibhauseffekt.

Mit einem Anteil von 61 % am anthropogenen Treibhauseffekt ist Kohlendioxid (CO₂), das bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe und bei der Nutzung von Biomasse entsteht, mit Abstand das bedeutendste Treibhausgas [Sch98]. Während sich Biomasse, die nur in dem Maß genutzt wird, wie sie im gleichen Zeitraum wieder nachwachsen kann, weitgehend CO₂-neutral verhält, werden bei der Brandrodung tropischer Urwälder Unmengen an CO₂ freigesetzt, das in den letzten Jahrzehnten oder gar Jahrhunderten von den Pflanzen gebunden wurde. Die Verbrennung fossiler Brennstoffe ist aber für den größten Teil der CO₂-Emissionen verantwortlich. In Deutschland entstehen hierdurch 98 % aller anthropogenen CO₂-Emissionen. Die Konzentration von CO₂ ist bereits von 280 ppm_v (parts per million volumenbezogen) im Jahr 1850 auf 362 ppm_v im Jahr 1996 gestiegen und wird sich bei fortgesetztem Ausstoß in den nächsten Jahrzehnten mehr als verdoppeln. Der heutige CO₂-Gehalt in der Atmosphäre ist bereits höher als zu irgendeinem Zeitpunkt der vergangenen 250.000 Jahre.

Während die bei der Nutzung fossiler Brennstoffe entstehenden Emissionen weltweit einen Anteil von 50 % am anthropogenen Treibhauseffekt haben, ist dieser Anteil in Deutschland deutlich größer.

Die Ursachen für die Klimaveränderungen waren lange Zeit sehr umstritten. Auch heute tauchen immer wieder Studien auf, die den anthropogenen Treibhauseffekt insgesamt in Frage stellen. Dabei wird der Anstieg der bodennahen Durchschnittstemperaturen um 0,6 °C (vgl. Kapitel 1) in den letzten 100 Jahren als natürliche Schwankung verharmlost.

Zahlreiche Indizien belegen heute jedoch schleichende Klimaveränderungen. Als Indizien für den zunehmenden Treibhauseffekt galten bis 1994 folgende Tatsachen und Ereignisse [Enq95]:

·   das Auftreten der 7 heißesten Jahre der letzten 130 Jahre innerhalb der letzten 11 Jahre
·   die Verminderung der mittleren Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht aufgrund des Anstieges der Minimumtemperaturen
·   der Anstieg der Oberflächentemperaturen in großen Bereichen der tropischen Ozeane um 0,5 °C in den letzten 50 Jahren
·   die Erwärmung der mittleren Troposphäre, insbesondere über den Tropen
·   die Zunahme der mittleren Windgeschwindigkeit in mittleren Breiten während der vergangenen 40 Jahre
·   die Zunahme der Niederschläge in den mittleren und hohen Breiten um 5 % seit 1950
·   die drastische Abnahme der Masse der Gebirgsgletscher um z.B. etwa 50 % seit 1850 in den Ostalpen
·   die Veränderung der Vegetation in den Alpen oberhalb etwa 3.000 m, z.B. die Verschiebung der Vegetation in höhere Regionen um bis zu 4 m pro Dekade
·   der Anstieg des Meeresspiegels um 10 cm bis 20 cm in den letzten 100 Jahren und um 9 cm bis 12 cm in den vergangenen 50 Jahren.

Auch in jüngster Vergangenheit sind zahlreiche Klimaanomalien zu beobachten, die bereits auf einsetzende Klimaveränderungen schließen lassen. 1997/98 trat das bisher größte in diesem Jahrhundert beobachtete El Niño-Ereignis (Temperaturanomalie im tropischen Pazifik) mit daraus resultierenden verheerenden Flutkatastrophen und Dürreperioden in weiten Regionen der Erde auf [Lat98]. Am 12.8.1998 wurde im Moseltal mit 41,2 °C die höchste jemals in Deutschland gemessene Temperatur registriert [Met98].

Auch die internationalen Versicherungsgesellschaften beklagen eine stark zunehmende Anzahl von Naturkatastrophen in den letzten Jahren (Tabelle 2.4). Ob diese steigende Zahl allein auf die Folgen des anthropogenen Treibhauseffektes zurückgeht, kann nicht mit absoluter Sicherheit nachgewiesen werden. Dennoch zeigen diese Zahlen, welche Kosten durch den Treibhauseffekt auf uns zukommen können.

Tabelle 2.4   Große Naturkatastrophen und verursachte Schäden (inflationsbereinigt) [MRe00]

Eine detaillierte Vorhersage über die Auswirkungen des anthropogenen Treibhauseffekts ist nicht möglich. Man kann nur über verschiedene Klimamodelle versuchen, die Auswirkungen durch die Zunahme der Treibhausgase abzuschätzen.

Wird der anthropogene Treibhauseffekt und vor allem der Verbrauch fossiler Energieträger nicht gebremst, werden sich die CO₂-Konzentrationen in der Atmosphäre gegenüber den vorindustriellen Werten im nächsten Jahrhundert mehr als verdoppeln. Dies wird eine Steigerung der globalen Durchschnittstemperatur bis zum Ende des 21. Jahrhunderts um 2 °C gegenüber dem heutigen Wert zur Folge haben, wobei die Vorhersagen zwischen +1,3 °C und +2,9 °C schwanken [Sch98]. Dieser Temperaturanstieg ist mit dem Temperaturanstieg zwischen der Eiszeit vor 18.000 Jahren und der jetzigen Warmzeit vergleichbar, nur dass diese Änderungen in etwa 100 Jahren ablaufen werden, während der Übergang von der letzten Eiszeit zur heutigen Warmzeit rund 5.000 Jahre dauerte. In den letzten 10.000 Jahren sind die Temperaturen nie mehr als 1 °C bis 1,5 °C vom Mittelwert abgewichen, das heißt in den nächsten Jahrhunderten droht eine Erwärmung, wie sie in den letzten 10.000 Jahren nicht einmal annähernd vorgekommen ist.

Eine Temperaturerhöhung um insgesamt 2 °C oder um mehr als +0,1 °C pro Jahrzehnt gilt bereits als ein Wert, der voraussichtlich katastrophale Auswirkungen für die Menschheit, deren Ernährungssituation und die Ökosysteme haben wird. Der unvermindert fortschreitende Treibhauseffekt wird verheerende Einflüsse auf die Waldbestände der Erde und die Landwirtschaft haben. Die Ernährungssituation der Menschheit wird sich durch abnehmende landwirtschaftliche Produktion deutlich verschlechtern. Die Folge sind Hungersnöte und zunehmende Völkerwanderungen mit ihren sozialen Problemen. Durch die globale Erwärmung wird die Intensität und Stärke der Stürme sowohl in den mittleren Breitengraden als auch in den tropischen Regionen zunehmen. Dies hat wiederum größere Schäden aufgrund von Naturkatastrophen zur Folge. Es ist wahrscheinlich, dass der Meeresspiegel im Verlauf des nächsten Jahrhunderts um 0,5 m ansteigen wird, aber auch ein Anstieg um mehr als einen Meter gilt als nicht ausgeschlossen [Enq90; Enq95]. Dies hat für tiefer gelegene Regionen der Erde verheerende Auswirkungen, was unter anderem Flutkatastrophen der jüngsten Vergangenheit belegen. So starben allein in Bangladesch bei Überschwemmungen im Jahre 1991 schätzungsweise 200.000 Menschen. Es ist zu befürchten, dass zahlreiche tiefer gelegene Regionen und Inseln von der Landkarte verschwinden werden.

Dass sich der Treibhauseffekt mit seinen negativen Folgen nicht mehr vollständig aufhalten lässt, ist weitgehend unbestritten. Eine Beschränkung einer weltweiten Erwärmung auf Werte unter +2 °C ist allerdings nur realistisch, wenn hierfür enorme Anstrengungen erbracht werden.

Heute werden Treibhausgase hauptsächlich von den Industrienationen emittiert, während die Emissionen von Entwicklungsländern noch vergleichsweise gering sind. Somit stehen vor allem die Industrienationen in der Verantwortung, für eine drastische Reduktion der Treibhausgase zu sorgen. Für Deutschland und andere Industriestaaten sollten demnach folgende Reduktionsziele für einen wirksamen Klimaschutz erreicht werden [Enq95]:

·   25 % Reduktion der CO₂-Emissionen bis 2005 gegenüber 1987
·   50 % Reduktion der CO₂-Emissionen bis 2020 gegenüber 1987
·   80 % Reduktion der CO₂-Emissionen bis 2050 gegenüber 1987
·   90 % Reduktion der CO₂-Emissionen bis 2100 gegenüber 1987

Dies bedeutet faktisch einen vollständigen Ausstieg aus der Nutzung fossiler Brennstoffe im Laufe des nächsten Jahrhunderts.

Beim Steinkohlebergbau, bei der Erdölförderung und bei der Verteilung von Erdgas entweichen große Mengen an Methan (CH₄) in die Atmosphäre. Etwa 30 % der Methan-Emissionen in Deutschland sind dem Energiebereich zuzuschreiben. Methan ist mit 15 % Anteil am anthropogenen Treibhauseffekt das zweitwichtigste Treibhausgas. Auch für die Bildung von Stickoxiden (NO_x) und Ozon ist vor allem die Verbrennung fossiler Energieträger verantwortlich.

Durch Emissionen von Schwefeldioxid (SO₂) wird unter anderem der saure Regen verursacht, mit Waldsterben und Gebäudeschäden als Folge. Ein Großteil der SO₂-Emissionen entsteht durch die Elektrizitätskraftwerke (vgl. Bild 2.6).

Die bei der Elektrizitätserzeugung emittierten Schadstoffe sind auch für Gesundheitsschäden wie Atemwegs- und Hauterkrankungen, Allergien und Krebserkrankungen sowie für Ernteverluste verantwortlich, wodurch auch große volkswirtschaftliche Schäden entstehen [Wic93; Bra96; Fri98].

Im Zuge einer klimaverträglichen Energieversorgung ist auch eine drastische Reduktion anderer Schadstoffe zusätzlich zu CO₂ anzustreben. Da Emissionen der anderen Schadstoffe auch eng mit dem Einsatz fossiler Energieträger gekoppelt sind, wird im Folgenden unterstellt, dass beim Einhalten der oben genannten Reduktionsziele für CO₂ auch die Emissionen der anderen Schadstoffe in weniger kritische Bereiche sinken werden. Somit genügt im Weiteren eine Beschränkung bei der Betrachtung auf die Reduzierung der CO₂-Emissionen, die, wie bereits erwähnt, hauptverantwortlich für den Treibhauseffekt sind.

Aufgrund der begrenzten Vorkommen konventioneller Energieträger werden nur wenige der heutigen Technologien das 21. Jahrhundert überdauern. Schon aus diesem Grund sollte bereits heute begonnen werden, die Energiewirtschaft hierauf einzustellen. Viele Gründe wie der z.B. die Auswirkungen des Treibhauseffekts sprechen dafür, damit bereits vor der nahenden Erschöpfung konventioneller Energievorräte zu beginnen.

Die fossilen Energieträger wie Erdgas, Erdöl, Stein- oder Braunkohle sind über einen Zeitraum von Jahrtausenden in der Vorgeschichte unserer Erde entstanden. Sie haben sich hauptsächlich aus pflanzlichen oder tierischen Substanzen gebildet, sind also die gespeicherte Biomasse aus früheren Zeiten. Ein großer Teil der so entstandenen fossilen Energieträger wurde im 20. Jahrhundert verbraucht. Durch zunehmende Ausbeutung fossiler Lagerstätten wird die Förderung in Zukunft immer schwieriger, technisch aufwendiger, riskanter und dadurch mit höheren Kosten verbunden sein. Sollte der Umfang der fossilen Energienutzung weiter anhalten oder gar noch steigen, werden sämtliche erreichbaren Vorkommen von Erdöl und Erdgas bereits im 21. Jahrhundert aufgebraucht und lediglich die Kohlevorräte noch über einen etwas längeren Zeitraum verfügbar sein (vgl. Tabelle 2.5). Somit werden wenige Generationen sämtliche fossilen Energievorräte der letzten Jahrmillionen vollständig ausgebeutet haben. Zukünftige Generationen können auf diese Energieträger nicht mehr zurückgreifen.

Eine genaue Bestimmung der tatsächlich vorhanden Reserven an fossilen Energieträgern ist nur schwer möglich, da nur der Umfang der bereits erkundeten Fördergebiete angegeben werden kann. Welche Vorratsmengen in Zukunft noch entdeckt werden, kann heute nur grob abgeschätzt werden. Doch selbst wenn neue große Lagerstätten von fossilen Energieträgern entdeckt werden sollten, ändert dies nichts an der Tatsache, dass fossile Energien begrenzt sind. Lediglich deren Reichweite kann um einige Jahre oder bestenfalls Jahrzehnte verlängert werden. Derzeit wird auch die Nutzung anderer Vorkommen wie z.B. Ölschiefer diskutiert, die jedoch auch nur in begrenztem Umfang vorkommen.

Tabelle 2.5   Reserven fossiler Energieträger weltweit (Daten: [BMWi])

¹⁾ Gesamtressourcen

Bei den Angaben der Vorräte sind die sicher gewinnbaren Reserven, also die Vorräte, die durch Exploration, Bohrungen und Messungen nachgewiesen und technisch sowie wirtschaftlich erschließbar sind, von Bedeutung. Hinzu kommen zusätzlich gewinnbare Reserven, deren Vorkommen heute noch nicht sicher nachgewiesen und deren Umfang mit einer gewissen Unsicherheit behaftet ist. Dividiert man die sicher gewinnbaren Reserven eines Energieträgers durch den derzeitigen Jahresverbrauch, ergibt sich die statistische Reichweite. Diese kann bei zunehmendem Energieverbrauch niedriger, bei zusätzlich erschlossenen Reserven aber auch höher ausfallen.

Auch die Uranvorkommen der Erde zum Betrieb von Atomkraftwerken sind begrenzt. Die geschätzten weltweiten Vorräte betragen etwa 27 Mio. t. Die bekannten Vorräte liegen bei ca. 6,2 Mio. t, von denen jedoch nur knapp die Hälfte wirtschaftlich förderbar ist, wie aus Tabelle 2.6 hervorgeht. Derzeit werden weltweit nur etwa 5 % des Energiebedarfs durch die Kernenergie gedeckt. Sollte der gesamte Primärenergiebedarf der Erde von 1993 im Umfang von 9,7·10¹³ kWh = 350.400 PJ = 350,4 EJ durch die Kernenergie gedeckt werden, würden die hinreichend sicher nachgewiesenen wirtschaftlich gewinnbaren Vorräte weniger als 4 Jahre reichen. Durch Brutreaktoren könnte die Reichweite zwar um das 60fache gesteigert werden, dennoch stellt die Atomenergie auf Basis der Kernspaltung aufgrund der begrenzten Ressourcen langfristig keine Alternative zu den fossilen Brennstoffen dar.

Tabelle 2.6   Uranvorräte weltweit [Pro96]

Sollten alle derzeit genutzten fossilen Energieträger durch die Atomkraft ersetzt werden, müssten weltweit mindestens 10.000 neue Atomkraftwerke gebaut werden. Da die Lebenszeit eines Atomkraftwerks etwa 30 Jahre beträgt, müssten alle Kraftwerke auch in diesem Zeitraum erneuert werden, das heißt täglich würde ein neuer Reaktor ans Netz gehen. Hierbei müssten Kernkraftwerke auch in politisch instabilen Staaten errichtet werden. Das Risiko von atomaren Unfällen, hervorgerufen durch Sabotage, Kriegshandlungen oder leichtsinnige Sorglosigkeit oder gar vom militärischen Einsatz der Atomenergie ist hier ungleich höher.

Die Welturanerzeugung betrug 1995 gut 35.000 Tonnen. Bei den geringen Konzentrationen im Uranerz und der noch notwendigen Anreicherung müssen enorm große Mengen an Erz bearbeitet werden. Schon bei diesem Abbau kommt es zu großen Umweltbelastungen, da die Abbaugebiete radioaktiv belastet werden. Das Uran wird meist weite Strecken transportiert, bei der Verarbeitung werden große Energiemengen verbraucht, und für die Kraftwerkserrichtung werden ebenfalls große Material- und Energiemengen benötigt. Zwar entsteht bei der Kernspaltung selbst kein CO₂, doch werden sämtliche Prozesse vom Kraftwerksbau über den Uranabbau bis zur Entsorgung betrachtet, entstehen indirekt nicht unerhebliche Mengen an CO₂, die zwar wesentlich geringer als bei dem Betrieb eines Kohlekraftwerks sind, aber weit über den vergleichbaren indirekten CO₂-Emissionen von Windkraftanlagen liegen [Lew93].

Ein weiteres Risiko birgt der Transport und die Lagerung radioaktiver Stoffe, wie nicht zuletzt die deutliche Überschreitung von Grenzwerten bei Castor-Transporten gezeigt hat. Einerseits müssen Uran und Brennstäbe zu den verschiedenen Verarbeitungsbetrieben und Kraftwerken und andererseits abgebrannte Brennstoffe und radioaktiver Müll zur Weiterverarbeitung oder zu Zwischen- oder Endlagern transportiert werden. Gefährliche, stark radioaktive Stoffe fallen beim ganz normalen Betrieb eines Kernkraftwerkes an, und auch die abgebrannten radioaktiven Brennstäbe bergen große Risiken. Außer zahlreichen anderen radioaktiven Stoffen enthalten diese knapp 1 % Plutonium. Das Einatmen eines Mikrogramms Plutonium führt beim Menschen mit ziemlicher Sicherheit zum Tod durch Lungenkrebs. Eine absolute Sicherheit, dass sich beim Transport kein Unglück ereignet, bei dem radioaktive Stoffe freigesetzt werden, kann nicht garantiert werden. Auch die Endlagerung ist problematisch, da die Reststoffe noch über Jahrtausende eine tödliche Gefahr darstellen.

Aber auch der störungsfreie Betrieb eines Atomkraftwerkes ist mit Risiken behaftet. So setzen Atomkraftwerke ständig geringe Mengen an Radioaktivität frei. In jüngster Zeit wurde in der Nähe von Atomkraftwerken eine Zunahme von Leukämiefällen bei Kindern beobachtet. Ein allgemein anerkannter wissenschaftlicher Beweis für diese Zusammenhänge existiert derzeit jedoch nicht.

Die größte Gefährdung geht aber von einem GAU (Größter Anzunehmender Unfall) in einem Kernkraftwerk aus. Sollte dieser in einem mitteleuropäischem Kraftwerk eintreten, so wären davon Millionen von Menschen betroffen. Durch freigesetzte Radioaktivität würden große Landstriche für lange Zeit unbewohnbar, und unzählige Menschen und Tiere müssten unmittelbar den Strahlentod sterben oder würden mittelfristig an Krebserkrankungen zugrunde gehen. Dass ein GAU nicht völlig auszuschließen ist, zeigen die Unfälle in Harrisburg und Tschernobyl [Qua99].

Anlagen zur Nutzung der Kernenergie lassen sich nicht nur zivil sondern auch militärisch verwenden. Aus diesem Grund wurde der Ausbau der zivilen Kernenergie in zahlreichen Staaten von den Militärs vorangetrieben. Die Nutzung der Atomkraft in politisch unsicheren Staaten kann internationale Krisen hervorrufen. Beispiele hierfür waren in den letzten Jahren der Irak, Nordkorea, Indien und Pakistan. Werden die Anstrengungen zur Nutzung der Atomkraft forciert, steigt in Zukunft die Wahrscheinlichkeit „atomarer Krisen“.

Dem Nutzen der zivilen Kernkraft stehen also viele in ihren Auswirkungen nur schwer abschätzbare Risiken gegenüber. Da neben der Kernenergie auch andere Technologien existieren, die Energieversorgung klimaverträglich sicherzustellen, sollte nach Wegen gesucht werden, dies auch ohne die Kernenergie zu erreichen.

Von den Befürwortern der Kernenergie wird oft die Kernfusion als zukünftige Alternative genannt. Die für die Kernfusion benötigten Ausgangsstoffe sind auf der Erde in großer Menge zu gewinnen, sodass die begrenzte Reichweite der Ausgangsstoffe für die Kernfusion kein Problem darstellt. Wann jedoch diese Technologie ausgereift sein wird, kann derzeit nicht beantwortet werden.

Doch selbst wenn diese Technologie einmal ausgereift sein sollte, gibt es verschiedene Gründe, die gegen den Ausbau der Kernfusion sprechen. Zum einen ist diese Technologie aufgrund des enormen technischen Aufwands teurer als die heutige Kernspaltung, sodass Alternativen - wie die meisten regenerativen Energien - schon aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu bevorzugen sind. Zum anderen entstehen auch beim Betrieb einer Kernfusionsanlage radioaktive Stoffe, von denen eine Gefährdung ausgehen kann. Der letzte und wohl entscheidende Grund ist die lange Dauer bis zum eventuellen Einsatz dieser Technologie. Für die Bekämpfung des Treibhauseffektes bedarf es bereits heute dringend funktionierender Alternativen. Auf einen in unbestimmter Zukunft funktionierenden Fusionsreaktor darf und kann im Sinne des Klimaschutzes nicht gewartet werden.

Sämtliche hier genannten Risiken geben Grund zu der Forderung, dass eine klimaverträgliche Elektrizitätsversorgung auch ohne die Nutzung der Kernenergie auskommen sollte. Deshalb wird im Folgenden unterstellt, dass die in Deutschland betriebenen Atomkraftwerke nach ihrer Nutzungsdauer nicht wieder durch neue Kraftwerke ersetzt werden. Somit wäre eine klimaverträgliche Elektrizitätsversorgung im Jahr 2020 weitgehend ohne Kernkraftwerke zu gestalten. Dies erfordert große Anstrengungen, da ein Anteil von etwa 30 % der Elektrizitätsversorgung zusätzlich durch andere Kraftwerke gedeckt werden muss, ohne hierbei die Reduktionsziele für CO₂ aus dem Auge zu verlieren.

Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die in 2.2.1.1 formulierten Reduktionsziele für CO₂ auch auf die Elektrizitätswirtschaft übertragen werden können. Nur eine Elektrizitätswirtschaft, die diesen Reduktionszielen mit Rechnung trägt, kann als klimaverträglich angesehen werden. Somit sind mindestens Reduktionen der CO₂-Emissionen auf 50 % der Werte von 1987 bis 2020 und auf 20 % bis 2050 zu erreichen. Dieses Ziel soll auch ohne Nutzung der Kernenergie erreicht werden.

In Abschnitt 2.1.2 wurde bereits auf die Berechnung spezifischer CO₂-Emissionen in Deutschland eingegangen. Die Ergebnisse sind noch einmal in Tabelle 2.7 zusammenfassend dargestellt.

Bei der Bestimmung der Reduktionsziele stellt das Jahr 1987 ein willkürlich gewähltes Bezugsjahr aus der Arbeit der Enquete-Kommission „Schutz der Erdatmosphäre“ des Deutschen Bundestages dar. Die für Deutschland formulierten Reduktionsziele müssen hierbei auch auf andere Industrienationen übertragbar sein. In Deutschland kam es durch den Fall der Mauer zu erheblichen Umbrüchen in der Wirtschaft vor allem in den neuen Bundesländern. Deshalb gab es hier einen starken Rückgang der spezifischen CO₂-Emissionen, während die spezifischen CO₂-Emissionen in den alten Bundesländern nahezu konstant blieben. Um die Übertragbarkeit auf andere Industrienationen aufrechtzuerhalten, können nicht die CO₂-Emissionen in Gesamtdeutschland im Jahr 1987 als Referenz herangezogen werden, da andere Ländern nicht über die Reduktionsmöglichkeiten wie bei der Wiedervereinigung in Deutschland verfügen. Dies wird auch in Beschlüssen der ehemaligen Bundesregierung berücksichtigt, in denen das Bezugsjahr für die CO₂-Reduktionsziele von 25 % bis zum Jahr 2005 vom Jahr 1987 auf 1990 verändert wurde und die deutlich stärkere Reduktionen in den neuen Bundesländern vorsehen.

Tabelle 2.7  CO₂-Emissionen der Elektrizitätskraftwerke in Deutschland für verschiedene Jahre (Daten: [VIK; BMWi], eigene Berechnungen)

¹⁾ bezogen auf die Bruttoerzeugung

Deshalb sind hier für Gesamtdeutschland Referenzwerte gewählt, die nur geringfügig über den Emissionswerten der alten Bundesländer liegen und die starken Emissionen der ehemaligen DDR nur in abgeschwächter Form berücksichtigen. Diese Referenzwerte sind in Tabelle 2.8 zusammenfassend wiedergegeben.

Tabelle 2.8   Referenzwerte für spezifische CO₂-Emissionen der Elektrizitätskraftwerke in Deutschland als Ausgangsbasis für die Reduktionsziele (ca. 1990)

Diese zuvor formulierten zeitabhängigen Reduktionsziele rz(t) können durch Reduktionen der spezifischen Emissionen em(t) fossiler Kraftwerke erreicht werden, wobei deren Referenzwert em₀ = 1,0 kg CO₂/kWh_el beträgt. Auch durch die Reduktion des Anteils f_fossil(t) fossiler Energieträger an der Elektrizitätswirtschaft lassen sich die Reduktionsziele einhalten. Deren Anteil betrug im Bezugsjahr f_fossil,0 = 65 %. Erhöht sich der Anteil z.B. durch den Ausstieg aus der Kernenergie, muss dies anderweitig aufgefangen werden. Die Veränderung des Stromverbrauchs D_Verbrauch(t) kann bei einer Verringerung zum Erreichen der Reduktionsziele beitragen. Ein steigender Verbrauch hingegen erschwert die Einhaltung der Reduktionsziele.

Die Abhängigkeit der Reduktionsziele von den verschiedenen Faktoren kann wie folgt formuliert werden:

     (2.1)

Durch Auflösen der Gleichung nach den spezifischen CO₂-Emissionen em(t) der fossilen Kraftwerke ergibt sich

     (2.2)

Eine Reduktion spezifischer CO₂-Emissionen ist bei bestehenden Kraftwerken durch Modernisierungsmaßnahmen nur in sehr begrenztem Maße möglich. Nur beim Neubau von Anlagen sowie einem Wechsel von Brennstoffen wie Stein- oder Braunkohle zu Erdgas lassen sich bei den fossilen Kraftwerken deutliche Emissionsminderungen erzielen.

Unterstellt man für die Kraftwerke eine durchschnittliche Lebensdauer von 35 Jahren, so nimmt der Bestand fossiler Kraftwerke und der an Kernkraftwerken bis zum Jahr 2012 um 50 % ab [Mar98]. Selbst wenn man den feststehenden Neubau bis 2020 berücksichtigt, verbleiben bei den fossilen Kraftwerken im Jahr 2020 weniger als 25 % des heutigen Bestands [Fah96]. Hierdurch ergeben sich große Chancen, die spezifischen Emissionen durch den Neubau besonders emissionsarmer Kraftwerke zu reduzieren. Bei gleichbleibendem Stromverbrauch und gleichbleibendem Anteil fossiler Kraftwerke ließe sich ein oberes technisches Minderungspotential bei den CO₂-Emissionen auf 45 % der heutigen Emissionen erzielen, wenn alle freiwerdenden Kapazitäten mit Erdgas-GuD-Kraftwerken abgedeckt werden. Der Erdgaseinsatz der Kraftwerke würde dann jedoch um 350 % zunehmen. Da in Deutschland die Kohle jedoch traditionell einen hohen Stellenwert hat, ist eine derartige strukturelle Umgestaltung bei der Wahl der Brennstoffe nicht zu erwarten. Wird bei den Brennstoffen nicht konsequent auf Erdgas umgestellt, lässt sich lediglich eine Minderung der spezifischen CO₂-Emissionen auf etwa 70 % erreichen [Fah96].

Im Vorgriff auf die Ergebnisse aus Kapitel 3 und Kapitel 5 sind in Tabelle 2.9 mögliche Verbrauchsänderungen, der jeweilige Anteil fossiler Kraftwerke bei einem Ausstieg aus der Nutzung der Kernenergie bis 2020 und einem massiven Neubau regenerativer Kraftwerke sowie die erforderlichen spezifischen CO₂-Emissionen der fossilen Kraftwerke zur Erreichung des Reduktionsziels rz = 50 % für das Jahr 2020 dargestellt.

Bild 2.8 zeigt alle möglichen Parameterkombinationen, mit denen sich die Reduktionsziele bis 2020 erreichen lassen. Die verschiedenen Parameterkombinationen aus Tabelle 2.9 sind mit P₁, P₂ und P₃ gekennzeichnet.

Bild 2.8   Parameterkombinationen zur Einhaltung der Reduktionsziele rz(2020) = 50 %

Tabelle 2.9   Parameterkombinationen der Verbrauchsänderungen D_Verbrauch(2020), des Anteils fossiler Kraftwerke f_fossil(2020) und der spezifischen CO₂-Emissionen em(2020) der fossilen Kraftwerke, mit denen sich das Reduktionsziel rz(2020) = 50 % erreichen ließe

Bei gleichbleibendem Verbrauch (P₁) lassen sich die Reduktionsziele nur dann annähernd erreichen, wenn ein massiver Ausbau der Nutzung regenerativer Energien erfolgt und gleichzeitig beim Bau neuer fossiler Kraftwerke ausschließlich Erdgas-GuD-Kraftwerke errichtet werden. Bei steigendem Verbrauch (P₂) lassen sich die Reduktionsziele nur dann erreichen, wenn alle im Jahr 2020 noch bestehenden Kohlekraftwerke durch Erdgas-GuD-Kraftwerke ersetzt werden. Nur bei einer Verringerung des Verbrauchs (P₃) lassen sich die Reduktionsziele des Jahrs 2020 auch dann noch erreichen, wenn einige freiwerdende Kapazitäten nicht durch Erdgas-GuD-Kraftwerke sondern durch moderne Kohlekraftwerke ersetzt werden. Aufgrund der Emissionsbilanz sollte künftig auf einen Neubau von Braunkohlekraftwerken verzichtet und statt dessen Steinkohlekraftwerke vorgezogen werden.

Analog zu den Betrachtungen für das Jahr 2020 sind in Tabelle 2.10 mögliche Parameterkombinationen dargestellt, mit denen sich das Reduktionsziel rz = 20 % für das Jahr 2050 bei massivem Ausbau regenerativer Energien erreichen ließe.

Tabelle 2.10   Parameterkombinationen der Verbrauchsänderungen D_Verbrauch(2050), des Anteils fossiler Kraftwerke f_fossil(2050) und der spezifischen CO₂-Emissionen em(2050) der fossilen Kraftwerke, mit denen sich das Reduktionsziel rz(2050) = 20 % erreichen ließe

Bei starkem Ansteigen des Verbrauchs lassen sich selbst mit einem hohen Anteil regenerativer Energien die Reduktionsziele nur schwerlich erreichen. Bei gleichbleibendem oder sinkendem Verbrauch können regenerative Kraftwerke den Elektrizitätsbedarf weitgehend abdecken. Die Emissionen fossiler Kraftwerke sind dann von untergeordneter Bedeutung. Diese Berechnungen zeigen, dass neben der Art der Energieversorgung vor allem die Nutzung von Einsparpotentialen zur Erreichung einer klimaverträglichen Elektrizitätsversorgung eine entscheidende Rolle spielt. Hierauf wird in Kapitel 5 detailliert eingegangen.

Bild 2.9 zeigt alle möglichen Parameterkombinationen, mit denen sich die Reduktionsziele für 2050 erreichen lassen. Da Annahmen möglicher Entwicklungen für das Jahr 2050 mit einer großen Unsicherheit behaftet sind, wurde auf das Kennzeichnen der Parameterkombinationen aus Tabelle 2.10 verzichtet.

Bild 2.9   Parameterkombinationen zur Einhaltung der Reduktionsziele rz(2050) = 20 %