Über die Energiewende wird immer noch gestritten, obwohl sie zu den wesentlichen Zielen der neuen Bundesregierung gehört und auch viele Menschen die Dekarbonisierung befürworten. Kritiker befürchten ein instabiles Stromnetz und extreme Preissteigerungen. Wissenschaftler der Potsdamer Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) haben aber jüngst eine Studie vorgelegt, die ein wesentlich optimistischeres Zukunftsbild zeichnet.

Nach dieser Studie kann Elektrizität aus erneuerbaren Energiequellen bis 2050 zum billigsten Energieträger werden. Zur Zeit deckt Strom nur etwa 20 Prozent des globalen Energiebedarfs für Heizung, Industrie und Verkehr. Die übrigen 80 Prozent entstehen aus Verbrennung fossiler Energieträger und Biomasse. Die Autoren der Studie erwarten nun, dass sich dieses Verhältnis beinahe umkehren lässt. Das würde auch für die Elektrifizierung neue Perspektiven eröffnen.

Das sagt die Studie des PIK

Die erste Voraussetzung für eine erfolgreiche Energiewende sind technische Innovationen. So leisten Photovoltaik-Anlagen und Windkraftanlagen in jeder neuen Gerätegeneration mehr. Auch die für die Netzstabilität wichtigen Batteriespeicher werden immer leistungsfähiger. Dasselbe gilt für Wärmepumpen, die mehr und mehr auch für industrielle Anwendungen interessant werden.

„Allein in den letzten zehn Jahren sind die Preise für Solarstrom um 85 Prozent gefallen, und für die Zukunft sind weiter sinkende Kosten zu erwarten,“ sagt Gunnar Luderer, der Autor der Studie. Er forscht am Postdam-Institut für Klimafolgenforschung und ist zudem Professor an Technischen Universität Berlin „Diese Entwicklung hat das Potenzial, die Energiesysteme grundlegend zu revolutionieren. Unsere Computersimulationen zeigen, dass Strom in Verbindung mit einer globalen CO2-Bepreisung bis 2050 zur billigsten Energieform werden und langfristig bis zu drei Viertel des gesamten Bedarfs decken kann.“

Anteil der Elektrizität verdoppelt sich

Die Simulationen basieren auf Zahlen aus einem energiewirtschaflichen Modell, mit dem sich globale Entwicklungen darstellen lassen. „Das Modell kennt den aktuellen Zustand auf globaler Ebene und erzeugt auf der Grundlage unserer Annahmen verschiedene Szenarien“, sagt Felix Schreyer, einer der Mitautoren. Schreyer gehört zu der von Gunnar Luderer geleiteten Arbeitsgruppe „Globale Energiesysteme“.

Den Simulationen lagen dann Vorgaben zugrunde wie die Pariser Klimaziele, also die Begrenzung der globalen Erwärmung auf 1, 5 Grad, sinkende Preise für erneuerbare Energien, oder dass weniger Biomasse zur Energieerzeugung zur Verfügung steht. Zudem zeigen die Simulationen, dass der Anteil von Elektrizität an der Energieversorgung auch dann nahezu auf das Doppelte steigen würde, wenn die Politik den Klimaschutz kein größeres Gewicht verleiht.

Bedeutung der Bürgerenergie wächst

Laut Koalitionsvertrag hat die neue Bundesregierung genau das vor. Sie will die auf europäischer Ebene vereinbarten Klimaziele umsetzen. Dazu gehören der weitere Ausbau Erneuerbarer Energien und die Förderung von Speichertechnologien für die Energiewende. Die sollen sogar zu einer eigenständigen Säule der Energieversorgung werden. Ein weiterer Punkt ist die Stärkung der so genannten Bürgerenergie. Das bezeichnet Energie, die von Einzelpersonen und anderen lokalen Akteuren ins Netz eingespeist wird. So will die Koalition die Rahmenbedingungen für die Bürgerenergie verbessern und auch Geschäftsmodelle wie das ‚Energy Sharing‘ fördern.

Bis 2030 sollen Erneuerbare Energien rund 80 Prozent des Stroms in Deutschland liefern. Außerdem strebt die Koalition eine Photovoltaik-Leistung von 200 Gigawatt bis 2030 an und will zwei Prozent der Fläche im Land für Windkraftanlagen ausweisen. Dabei plant die Koalition den größeren Teil der Dekarbonisierung hauptsächlich im Wärme- und Verkehrssektor für die Zeit zwischen 2030 bis 2045. Die für die Energiewende nötigen Technologien sind zum großen Teil vorhanden.

Warum sich Solarkomponenten verteuern

Allerdings steigen seit Anfang 2021 die Preise für Solarkomponenten. Das gilt besonders für Solarmodule, die etwa die Hälfte der Kosten für eine PV-Anlagen verursachen. Anfang 2021 waren die Modulpreise auf einem historischen Tiefstand angekommen, aber im Laufe des Jahres wuchsen sie laut einem Artikel des Online-Fachmagazins pv-magazin auf den Stand von 2018/2019.

Die Gründe dafür haben nichts mit den Technologien selbst zu tun. Es fängt damit an, dass mangels ausreichender Fertigungskapazitäten hierzulande die meisten Module aus China oder anderen asiatischen Ländern importiert werden müssen. Aber durch die Corona-Pandemie sind die Transportkosten aus Asien seit dem vierten Quartal 2020 extrem gestiegen.

Außerdem rationiert die chinesische Regierung den Strom. Das zwingt die chinesischen Photovoltaik-Hersteller, ihre Produktion herunterzufahren. Der Grund dafür sind stetig steigendende Preise für Gas und Kohle im Land, die dazu führen könnten, dass China im Winter mit Strommangel zu kämpfen hat. Auch die Preise für wichtige Rohstoffe wie Silizium steigen.

Glücklicherweise ist ein Ende des Preisauftriebs in Sicht. Gegenwärtig bleiben die Preise auf dem erreichten Niveau.

Kosten für Erneuerbare Energien fallen

Die hohen Modulpreise fließen dann in die Kalkulationen hiesiger Anbieter von PV-Anlagen ein und dürften dafür sorgen, dass die Installation von Photovoltaik nicht so günstig ist wie sie sein könnte. Das dürfte speziell private Nutzer treffen, die planen, ihren Bedarf ganz oder teilweise aus erneuerbaren Energien zu decken.

Außerdem wird es trotz aller Lieferprobleme weiterhin billiger, Strom aus Windkraft oder Photovoltaik herzustellen. In einer Studie vom November 2021 schreibt das Mannheim Institute for Sustainable Energy Studies der Uni Mannheim, dass die Kosten für Photovoltaik, Windenergie und Wasserstoff sogar schneller sinken als erwartet. Als Grund dafür sehen die Autoren dieser Studie nicht so sehr technische Innovationen, sondern im Erfahrungszuwachs beim Aufbau und Betrieb etwa von PV-Anlagen oder Windfarmen. Diese Erfahrungen selbst führen zu Kostenersparnissen. Dadurch würden die Kosten für erneuerbare Energien oder grünen Wasserstoff auch sinken, auch wenn einfach nur die existierenden Technologien genutzt werden.

Selbstversorgung mit Solarenergie

Leider kommen diese fallenden Kosten im Moment nicht beim Endverbraucher an. Private wie gewerbliche Nutzer müssen sich mit steigenden Energiepreisen auseinandersetzen. „Selbstversorgung durch Solarenergie ist auf jeden Fall eine Option“, meint Felix Schreyer vom PIK, der an der Studie mitgearbeitet hat. „Auf jeden Fall muss sich der Verbraucher überlegen, was er braucht“, rät Schreyer. Wichtig sei ein konkretes Szenario, wie viel Strom ein Nutzer zu welcher Zeit im Jahr braucht. Er müsse sich zum Beispiel entscheiden, ob er mit Strom auch heizen möchte oder eine Wärmepumpe nutzt.

Dem sollen die Klimaschutzvorhaben der neuen Bundesregierung entgegen kommen. Seit kurzem müssen gewerbliche Neubauten grundsätzlich über Photovoltaik verfügen, private Bauten dagegen nur in der Regel. Allerdings hat die Entscheidung von Wirtschaftsminister Robert Habeck, Neubauten nicht mehr nach dem EH55-Effizienzsstandard zu fördern, den Klimazielen der Regierung möglicherweise einen Bärendienst erwiesen. Dabei hänge, so Felix Schreyer, die erfolgreiche Energiewende von den politischen Rahmenbedingungen ab.

Auch ein zukünftiges Stromsystem müsste so funktionieren, dass die Verbraucher trotz der Energiewende sicher versorgt sind. Der Staat ist in der Verantwortung, die dafür nötige Infrastruktur bereitzustellen. Hinzu kommt, dass sowohl der Strombedarf wie auch die Stromerzeugung Schwankungen unterliegen. Gerade die erneuerbaren Energien stehen umweltbedingt nicht immer im gleichen Maße zur Verfügung. „Das Netz muss das durch Speichertechnologien und intelligente Verteilung sicherstellen“, so Felix Schreyer.

Wo die Potentiale für weitere Elektrifizierung liegen

Die Potsdamer Forscher erwarten, dass sich auch Endanwendungen elektrifizieren lassen, die heute ohne Strom auskommen. So könnte das Einschmelzen von recyceltem Stahl oder Sekundärstahl mit Strom durchgeführt werden. Das würde die benötigte Prozessenergie senken und trüge zur Dekarbonisierung der Stahlproduktion bei. Die Industrie könnte für Prozesswärme von bis zu 400 Grad Wärmepumpen nutzen; allerdings dürfte das eine Umstellung der Produktion erfordern.

Dagegen lassen sich Luftfahrt und Schifffahrt nur schwer dekarbonisieren. Auf Lang- und Mittelstrecken könnten das wasserstoffbasierte Treibstoffe, CO2-neutrales Kerosin oder Hybridantriebe leisten. Aber Batterieantriebe und Brennstoffzellen bleiben herkömmlichen Jettriebwerken, Gasturbinen oder Schiffsdieseln unterlegen. Auch industrielle Hochtemperaturprozesse wie etwa in der Zementproduktion lassen sich nicht elektrifizieren.