CO2 jenseits des Hockeyschlägers
Viele Klimaforscher gehen davon aus, dass der CO2-Gehalt der Atmosphäre in den Jahrtausenden vor der Industrialisierung weitgehend konstant gewesen ist und um 280 ppm gelegen hat. (CO2-Teile pro Millionen Luftteilchen). Erst mit der Industrialisierung ist der CO2-Gehalt der Luft “dramatisch” angestiegen auf heute knapp 390 ppm. Der Anstieg der letzten Jahrtausende ähnelt der Form nach einen Hockeyschläger. Diese Erkenntnis geht vor allem auf CO2-Daten zurück, die aus Eiskernen in der Arktis und der Antarktis gewonnen wurden.
Allerdings besteht berechtigter Zweifel an der Güte dieser Daten. Zum einem verändert sich das Eis bei der Bohrung und Analyse und es treten Gasverluste auf. Somit können die gewonnenen CO2-Daten einen zu niedrigen CO2-Gehalt der Atmosphäre wiederspiegeln. Zum anderen gibt es Probleme mit der Datierung. Es tritt eine zeitliche Diskrepanz zwischen den rekonstruierten Werten aus Eiskernen und den Messwerten heutiger Wetterstationen auf. Aus diesem Grund hat man beispielsweise die Eiskerndaten vom Siple Dome in der Antarktis um 83 Jahre nach vorne verschoben. Erst dadurch wurde eine Übereinstimmung mit den Messwerten vom Mauna Loa Observatorium auf Hawaii erreicht.
CO2-Rekonstruktion Siple Dome, Mauna Loa
Es stellt sich die Frage, ob es nicht andere Methoden der CO2-Rekonstruktion gibt?
Hier sind die Proxydaten zu nennen. Die wohl bekannteste und am weitesten zurückreichende Zusammenstellung aus Proxydaten hat Dana Royer publiziert. Aus verschiedenen Proxydaten wurde der CO2-Gehalt der Atmosphäre der letzten knapp 500 Millionen Jahre rekonstruiert.
Temperatur- & CO2-Rekonstruktioen der letzten 500 Mio. Jahre
Die Rekonstruktion zeigt, dass der CO2-Gehalt in der Vergangenheit mindestens zehnmal höher lag als der heutige. Vergleicht man den Temperaturverlauf der letzten 500 Millionen Jahre (nach Shaviv und Veizer (2003), oben) mit der CO2-Rekonstruktion (nach Royer (2005), unten), so stellt man zudem fest, dass es im Großen und Ganzen keine Übereinstimmung zwischen den beiden Parametern gibt. Das Klima scheint sich unabhängig vom CO2-Gehalt der Atmosphäre verändert zu haben.
Weitere Rekonstruktionen aus Proxydaten zeigen die Veränderungen im CO2-Gehalt der Atmosphäre über die letzten Jahrtausende und Jahrhunderte hinweg. Die folgenden Abbildungen zeigen aus Stomata-Daten gewonnene CO2-Geschichten. (Stomata: Spaltöffnungen in Blättern und Tannen-Nadeln, die der “Pflanzenatmung” und der Versorgung der Pflanzen mit CO2 dienen).
CO2-Rekonstruktion Wagner
Diese Rekonstruktion von Wagner et al. aus dem Jahre 2002 zeigt, dass der CO2-Gehalt der Atmosphäre zwischen 8.700 bis 6.800 Jahren vor heute erheblichen Schwankungen unterlegen war. Im Vergleich zu den Eiskerndaten (die gerade Linie) zeigen sich erhebliche Abweichungen. Zudem zeigen die Stomata-Daten deutlich höhere Werte aus die aus Eiskernen gewonnenen Daten.
CO2-Rekonstruktion van Hoof
Ein ähnliches Bild zeigt diese Rekonstruktion von van Hoof et al. aus dem Jahre 2008. Der CO2-Gehalt der Atmosphäre unterliegt zwischen 1000 bis 1500 AD erheblichen Schwankungen.
CO2-Rekonstruktion Kouwenberg
Die deutlichsten Schwankungen im CO2-Gehalt der Atmosphäre zeigt eine Arbeit von Kouwenberg aus dem Jahre 2004. In der Arbeit wird die CO2-Geschichte der letzten ca. 2.000 Jahre dargestellt. Im Vergleich zu den Eiskerndaten (die Punkte, welche einem Hockeyschläger ähneln) zeigen sich erhebliche Abweichungen. Um das Jahr 500 wird ein Maximum im CO2-Gehalt der Atmosphäre von annähernd 400 ppm erreicht. Dieser Wert liegt höher als der heutige CO2-Gehalt der Atmosphäre.
CO2-Rekonstruktion Finsinger
Auch diese Rekonstruktion von Finsinger et al. aus dem Jahre 2009 zeigt deutliche Abweichungen zu den Eiskerndaten aus der Antarktis. Im 18. Jahrhunder ist eine deutliche Abweichung von der Hockeyschlägerform zu erkennen. Die Stomata-Daten zeigen, innerhalb der Felhergrenzen, um das Jahr 1750 deutlich höhere Werte als die Eiskerndaten.
Fazit: Sowohl die Eiskerndaten, als auch die Stomata-Daten weisen erhebliche Unsicherheiten auf. Die beiden Methoden zeigen deutliche Diskrepanzen im rekonstruierten CO2-Gehalt der Atmosphäre. Sich alleine auf die Eiskerndaten zu verlassen, wie es derzeit gemacht wird, ist genauso falsch, als würde man sich alleinig auf die Stomata-Daten verlassen. Die Wahrheit wird vermutlich in der Mitte liegen. Der CO2-Hockeyschläger ist somit ein Konstrukt der Klimawissenschaften, der nicht mehr zu halten ist. Dazu muss man nicht einmal die Arbeiten eines Herrn Beck bemühen.
Quellen
CO2-forced climate thresholds during the Phanerozoic
CO2 as a primary driver of Phanerozoic climate: COMMENT
Rapid atmospheric CO2 changes associated with the 8,200-years-B.P. cooling event
A role for atmospheric CO2 in preindustrial climate forcing
APPLICATION OF CONIFER NEEDLES IN THE RECONSTRUCTION OF HOLOCENE CO2 LEVELS
180 Jahre atmosphärischer CO2-Gasanalyse mittels chemischer Methoden
50 Jahre kontinuierliche CO2- Messung auf Mauna Loa
Schlechte Kosten-Bilanz für Erneuerbare Energien
Gastbeitrag von Michael Krüger, auch erschienen bei Readers Edition.
Die Erneuerbaren Energien sind in Zeiten des Klimaschutzes stark auf dem Vormarsch. In der deutschen Presse und von der Politik wird der Weg zur Energieversorgung aus 100% Erneuerbaren Energien (EE) propagiert. Jedoch ist deren Ausbau begrenzt. Der Grund: Die Energiedichte und Leistungsdichte von Erneuerbaren Energien, wie Wind- und Sonnenenergie ist vergleichsweise gering.
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. Euro.
