Deshalb benötigt man relativ viel Material, Platz und mithin Naturraum, um jene Menge an Wind-, oder Sonnenenergie zu ernten, die es braucht, um ein Kilo Kohle, einen Liter Erdöl, oder gar ein Kilo Atombrennstoff zu ersetzen. Auch die landwirtschaftliche Erzeugung von Biokraftstoffen aus Raps, Mais, oder Ölpalmen ist sehr flächenintensiv und auf pflegeintensive Monokulturen angewiesen und dabei aufgrund von Lachgasemissionen – einem starken Klimagas – keineswegs “klimaneutral”. Wie die Flächen-Bilanzen und Kosten-Bilanzen im einzelnen aussehen, wird im Folgenden dargelegt.

Zunächst ein Vergleich der Leistungsdichten der unterschiedlichen Energieträger

Die Leistungsdichte eines Energieträgers gibt an, wie viel Leistung in Watt pro Flächeneinheit in Quadratmeter umgesetzt wird. Je höher dieser Wert, desto kleiner kann z.B. ein Kraftwerk ausgelegt werden. Geringe Leistungsdichte bedeutet umgekehrt einen höheren Materialaufwand.

Leistungsdichten im Vergleich: Energiequelle, Leistungsdichte in kW pro m²

Erdwärme 0,00006

Gezeitenströmung (Mittel) 0,002

Windströmung (Windgeschwindigkeit 6 m/s, Luftdruck 1000 hPa, Temperatur 20 °C) 0,128

Sonnenstrahlung (Solarkonstante) weniger als 1,37 (Mittel BRD 0,11)

Öl (Heizkessel) 20 – 30

Wasserströmung (6 m/s, Dichte 1.000 kg/m³) 108

Kohle (im Dampferzeuger-Brennraum eines Kraftwerkes) 500

Uran (am Brennelement-Hüllrohr) 650

Die EE haben die geringsten Leistungsdichten. Das bedeutet, ein hoher Materialaufwand/ Flächenbedarf ist zur Energieproduktion aus EE erforderlich.

Kommen wir zu den Flächenbilanzen der EE

Die Flächen-Bilanz für Biokraftstoffe/ Rapsöl

Rund 5% des primären Energieverbrauchs in Deutschland werden derzeit durch Biomasse gedeckt. Was wäre notwendig, um den Primärenergieverbrauch zu 100% aus Biomasse – wie z.B. Rapsöl – zu decken?

Antwort: Eine Anbaufläche, die in etwa acht mal so groß ist wie die Fläche Deutschlands wäre notwendig, um den Primärenergieverbrauch in Deutschland komplett über Rapsöl zu decken.

Die Flächen-Bilanz für die Windkraft

Rund 1% des primären Energieverbrauchs und rund 1,5% des Endenergieverbrauches in Deutschland werden derzeit durch Windkraft gedeckt. Der Endenergieverbrauch ergibt sich aus dem Primärenergieverbrauch, abzüglich der Verluste, die bei der Erzeugung der Endenergie aus der Primärenergie auftreten. Was wäre notwendig, um den Endenergieverbrauch zu 100% aus Windkraft zu decken?

Antwort: Ca. 26% der Fläche Deutschlands wären notwendig, weit mehr, als die Fläche Bayerns, (mit in etwa 145.000 Offshore-Windkraftanlagen der 5 MW-Klasse) natürlich offshore, um den Endenergieverbrauch in Deutschland komplett (d.h. im Jahresdurchschnitt) aus Windkraft zu decken.

Die Flächen-Bilanz für Photovoltaikstrom

Rund 0,2% des primären Energieverbrauchs und des Endenergieverbrauches in Deutschland werden derzeit durch Photovoltaikstrom gedeckt. Was wäre notwendig, um den Endergieverbrauch zu 100% aus Photovoltaikstrom zu decken?

Antwort: In etwa 7% der Fläche Deutschlands, oder nahezu die gesamte Fläche Brandenburgs wäre notwendig, (ca. 26.000 Quadratkilometer Fläche) um den Endenergieverbrauch in Deutschland komplett (d.h. im Jahresdurchschnitt) über Photovoltaikstrom zu decken.

Die Berechnungen für die einzelnen Flächenbilanzen gehen direkt aus dem Vorgängerartikel “Schlechte Flächen-Bilanz für Erneuerbare Energien” hervor. Dabei zu berücksichtigen ist, dass eine Vollversorgung durch eine der aufgeführten EE alleine nicht möglich ist, sondern eine Kombination der EE das Mittel der Wahl ist. Entsprechend ist bei der Abschätzung den Kosten-Bilanzen vorzugehen.

Kommen wir nun zur entscheidenden Frage: Was kostet eine Umstellung der Energieversorgung auf eine 100%ige Versorgung aus Erneuerbaren Energien in Deutschland?

Die Kosten-Bilanz für Biokraftstoffe/ Rapsöl

Aus der Flächenbilanz geht hervor: Eine Anbaufläche, die in etwa acht mal so groß ist wie die Fläche Deutschlands wäre notwendig, um den Primärenergieverbrauch in Deutschland komplett über Rapsöl zu decken. Die Basisdaten: Netto ergibt sich ein Ertrag von ca. 1.290 Liter Rapsöl pro Hektar, bzw. 129.000 Liter pro km². Die Gesamtfläche Deutschland beträgt ca. 360.000 km². Um den Primärenergieverbrauch in Deutschland komplett über Rapsöl zu decken wären also ca. 129.000 x 360.000 x 8 = 371.520.000.000 (371,52 Milliarden) Liter Rapsöl pro Jahr erforderlich. Zwischen 50 und 60 Cent kostet der Liter Rapsöl. D.h. ca. 205 Milliarden Euro pro Jahr würde es kosten, um den Primärenergieverbrauch in Deutschland komplett über Rapsöl zu decken.

Alternativberechnung: In Deutschland beläuft sich der Primärenergieverbrauch auf rund 4 Mio. GWh/Jahr. Der Heizwert von Rapsöl beträgt 9,7 kWh/L = 0,0000097 GWh/L. Somit wären ca. 412.371.134.000 (412,37 Milliarden) Liter Rapsöl pro Jahr erforderlich um den Primärenergieverbrauch in Deutschland zu decken. Zwischen 50 und 60 Cent kostet der Liter Rapsöl. D.h. ca. 225 Milliarden Euro pro Jahr würde es kosten, um den Primärenergieverbrauch in Deutschland komplett über Rapsöl zu decken.

Die ca. 200 Milliarden Euro wären nur der jährliche Materialeinsatz (Unkostenbeitrag) der zur Bereitstellung des Brennstoffes Rapsöl notwendig wäre. Externe Kosten zur Energieerzeugung über Kraftwerke, etc. würden dann noch hinzu kommen.

Die Kosten-Bilanz für die Windkraft

Aus der Flächenbilanz geht hervor: Ca. 26% der Fläche Deutschlands wären notwendig, weit mehr, als die Fläche Bayerns, (mit in etwa 145.000 Offshore-Windkraftanlagen der 5 MW-Klasse) natürlich offshore, um den Endenergieverbrauch in Deutschland komplett (d.h. im Jahresdurchschnitt) aus Windkraft zu decken. Eine Offshore-Windkraftanlage der 5 MW-Klasse kostet ca. 15 Mio. € (bei einer veranschlagten Lebensdauer von 20 Jahren). (Zum Vergleich: Baukosten Alpha Ventus mit 12 Anlagen ca. 250 Mio. Euro und Baukosten Bard Offshore 1 mit 80 Anlagen ca. 1.200 Mio. Euro). D.h. der Bau der 145.000 Offshore-Windkraftanlagen würde rund 2.175 Milliarden Euro kosten und das veranschlagt auf eine Lebensdauer von 20 Jahren. Macht 109 Milliarden Euro Kosten pro Jahr alleine für die Aufrechterhaltung der Windparks. Hinzu kommen die Betriebs- und Wartungskosten der Anlagen und Demontage- und Entsorgungskosten nach 20 Jahren Betriebszeit.

Die Kosten-Bilanz für Photovoltaikstrom

Aus der Flächenbilanz geht hervor: In etwa 7% der Fläche Deutschlands, oder nahezu die gesamte Fläche Brandenburgs wäre notwendig, (ca. 26.000 Quadratkilometer Fläche) um den Endenergieverbrauch in Deutschland komplett (d.h. im Jahresdurchschnitt) über Photovoltaikstrom zu decken. Die Lebenszeit von Photovoltaikmodulen beträgt in etwa 25 Jahre. Danach bringen sie nur noch ein Teil ihrer Leistung, werden wartungsintensiv und müssen durch neue Module ersetzt werden. Der Quadratmeter Photovoltaikmodul kostet ca. 200 EURO (ebay-Preis, ohne Montage). 26.000 Quadratkilometer (Mio. Quadratmeter) Fläche mit Photovoltaikmodulen auszustatten würde also ca. 5.200 Milliarden Euro kosten und das veranschlagt auf eine Lebensdauer von 25 Jahren. Macht 208 Milliarden Euro Kosten pro Jahr alleine an Modulkosten für die Aufrechterhaltung. Hinzu kommen die Montage-, Betriebs-, Wartungskosten der Anlagen und Demontage- und Entsorgungskosten nach 25 Jahren Betriebszeit.

Das Fazit

Um eine Erstinfrastruktur aus 100% EE hier in Deutschland aufzubauen sind Material- und Baukosten zwischen ca. 2.000 – 5.000 Milliarden Euro erforderlich. Die Kosten um die Erstinfrastruktur zu erneuern/ aufrecht zu erhalten belaufen sich auf mindestens 100 – 200 Milliarden Euro pro Jahr. Hinzu kommen die Betriebs-, Wartungs, Demontage- und Entsorgungskosten der Anlagen. Außerdem zu berücksichtigen sind der nötige Ausbau der Stromnetze und die Errichtung von Energiespeichern, welche notwendig sind, um die unstetige Windkraft und den Tages- und Jahresgang im Solarstrom auszugleichen. Denn bei Flaute gibt es keinen Windstrom und in der Nacht und im Winter wenig bis gar keinen Solarstrom. Der Energiebedarf in Winter ist aber besonders groß. Um das auszugleichen sind gigantische Energiespeicher und ein entsprechendes Stromnetz, welches den Strom nach Bedarf verteilen kann, erforderlich. Somit werden sich die oben genannten Kosten leicht verdoppeln bis verdreifachen. Abschließend noch zum Vergleich: Die privaten Haushalte gaben 2005 für Energie und Kraftstoffe rund 98 Milliarden Euro aus. Die Gesamtausgaben für Energie einschließlich Kraftstoffen in Deutschland beliefen sich 2005 auf 212 Mrd. €.

Michael Krüger zuerst erschienen bei Readers Edition am 26.10.11

Geowissenschaftler u.a. tätig gewesen am AWI

Den Temperaturkarten der NASA (GISTEMP) zufolge zeigt sich in der Arktis und im Nordpolarmeer über die letzten Jahrzehnte hinweg ein kontinuierlicher Temperaturanstieg. Jedenfalls den Bodenmessungen der Wetterstationen nach.

Schaut man sich die Daten von Messbojen aus den Nordpolarmeer an, die nicht im Datenbestand der NASA zu finden sind, so ergibt sich ein anderes Bild. Die folgende Abbildung zeigt den direkten Vergleich zwischen Messwerten aus Stations- und Bojendaten (oben) und Berechnungen der NASA (unten).

Gezeigt wird der Temperaturtrend im Zeitraum 1979-1997 in der Arktis. Eine Periode der stärksten Erderwärmung der letzten 160 Jahre. Den Daten der NASA zufolge (unterer Teil der Abbildung) hat in diesem Zeitraum ein starker Temperaturanstieg in der Arktis und im gesamten Nordpolarmeer stattgefunden. Betrachtet man die Messdaten aus Bojen-Messungen im selben Zeitraum (oberer Teil der Abbildung, entnommen aus “Variations in Surface Air Temperature Observations in the Arctic, 1979–97?), so fallen grundlegende Unterschiede zu den Berechnungen der NASA auf.

Die Messdaten zeigen ein dreigeteiltes Nordpolarmeer. In Teilen der Ostarktis (vor der Küste Russlands) zeigt sich ein Trend zu einer Erwärmung, in Teilen der Westarktis (Kanada-Becken, vor der Küste von Kanada und Alaska) zeigt sich hingegen ein Trend zu einer Abkühlung. In weiten Teilen des zentralen Nordpolarmeers zeigt sich weder ein Trend zu einer Erwärmung noch zu einer Abkühlung.

Vergleicht man die Trends, so kommt man zu folgenden Ergebnis für die Region 70°N-90°N

Den Messdaten (oberer Teil der Abbildung) zufolge ergibt sich folgende Dreiteilung:

Ca. 68% der Fläche zeigen weder einen Trend zu einer Erwärmung noch zu einer Abkühlung.

Ca. 27% der Fläche zeigen eine Erwärmung von 0,5 – 1,5°C pro Dekade.

Ca. 3% der Fläche zeigen eine Erwärmung von 1,5 – 2,5°C pro Dekade.

Ca. 2% der Fläche zeigen eine Abkühlung von -0,5 bis -1,5°C pro Dekade.

Als Gebietsmittel ergibt sich eine Erwärmung von ca. 0,3°C pro Dekade, oder ca. 0,6°C im Zeitraum 1979-1997 für die Region 70°N-90°N.

Den Berechnungen der NASA zufolge (unterer Teil der Abbildung, bzw. dem zonalen Mittel nach) ergibt sich eine Erwärmung von ca. 0,8°C im Zeitraum 1979-1997 für die Region 70°N-90°N. Die Berechnungen der NASA zeigen also eine deutlich größere Erwärmung für die Arktis, als aus den Messwerten/ Stations- und Bojendaten hervorgeht.

Damit wäre geklärt, die Berechnungen der NASA entsprechen nicht den real gemessenen Temperaturen im Nordpolarmeer und weisen entscheidende Diskrepanzen zu diesen auf. Offensichtlich wurden die Berechnungen der NASA auch nicht nachträglich mit den Bojendaten abgeglichen (validiert). Anders sind die Unterschiede nicht zu erklären.

Es stellt sich die Frage, warum die NASA die Temperatur des Nordpolarmeers aus Land-Stationen, die einige hundert Kilometer entfernt liegen errechnet und nicht direkt auf die Bojendaten zurückgreift. Zumal die NASA an dem NASA EOS program Polar Exchange at the Sea Surface (POLES) direkt beteiligt war und auch Zugriff auf die Daten des International Arctic Buoy Programme (IABP) hat?

Vielleicht kann einer der Leser diese Frage beantworten?

Als Nebenprodukt einer sich stark erwärmenden Arktis fällt eine schneller ansteigende Globaltemperatur ab. Zudem würde damit den Vorhersagen der Klimamodelle genüge getan.

*Hier finden Sie die NASA Stationen auf dem Land. Im Nordpolarmeer, also gerade dort, wo die Erwärmung am stärksten sein soll, gibt es ein großes Datenloch.

Gastautor Michael Krueger, Der Artikel erschien zuerst bei Science Sceptical

Quellen

Variations in Surface Air Temperature Observations in the Arctic, 1979–97

Überarbeitete Abbildung der Messdaten/ Bojendaten nach IABP

Das Datenloch in der Arktis, oder wie die NASA die Temperaturen konstruiert

Bolivianische Temperaturrekorde – ein Rechenkonstrukt