Globale Themen

Fossile Brennstoffe.

Mit der Analyse und Modellierung der Erschöpfung von Ölfeldern wurde erkannt, dass die weltweiten Reserven an fossilen Brennstoffen begrenzt sind. Die Ölkrise 1973 und der Bericht "Global 2000" des Club of Rome verschärften die Sichtweise. Die Freisetzung von CO2 bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe und die möglichen Auswirkungen auf das Klima wurden bereits 1896 von Svante Arrhenius vorausgesagt. Erst hundert Jahre später wurde allgemein anerkannt, dass die Zunahme von CO2 in der Atmosphäre einen Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur verursacht und dass die globale Erwärmung Auswirkungen auf die Umwelt haben würde.

Begrenzte fossile Ressourcen und die globale Erwärmung haben zusammen mit der wachsenden Bevölkerung und der wirtschaftlichen Abhängigkeit vom Energieverbrauch die Notwendigkeit einer globalen Energiewende begründet. Ziel ist es heute, den Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre zu begrenzen und einen geschlossenen Stoffkreislauf für Energieressourcen sowie für alle anderen in Produkten verwendeten Materialien einzuführen, um mehr Energie und Materialien mit weniger Auswirkungen auf die Umwelt bereitzustellen. Die Kreislaufwirtschaft wurde zum Thema.

Was ist die kurz- und mittel- und langfristige Zukunft?

Die Elektrifizierung der Mobilität und Wärmepumpen zum Heizen erhöhen die Nachfrage nach Strom im Winter, wenn weniger Strom zur Verfügung steht, was Europa zwingen könnte, weiterhin fossile Kraftwerke zu betreiben. Die Entwicklung von Technologien auf der Grundlage der Kernfusion, dem Herzstück der Solarenergie, schreitet als Forschungsthema voran, die Kosten steigen, aber eine kommerzielle Stromerzeugung ist in diesem Jahrhundert, das heisst bis Anfang des Jahres 2100, eher unwahrscheinlich.

Die Vergangenheit

Kernenergie, Holz, einheimische Wasserkraft und importierte fossile Brennstoffe.

In der Vergangenheit war die Schweiz zur Deckung ihres Energiebedarfs stark auf Kernenergie, Holz, einheimische Wasserkraft und importierte fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas angewiesen. Doch jeder dieser Energieträger hat mit Problemen zu kämpfen: Der Vorrat an Holz nimmt ab und die Verbrennung von Holz als Brennstoff führt zu Feinstaub in der Atmosphäre. Die in den mitteleuropäischen Nachbarländern am häufigsten angebotene Kohlesorte ist sehr schwefelhaltig und trägt stark zum sauren Regen und zur globalen Erwärmung bei. Und der Klimawandel lässt die Schneedecke in den Hochgebirgen schrumpfen, so dass ungewiss ist, wie lange das Land noch auf Wasserkraft setzen kann.

Wasserkraft.

Wenn man sich die Stromerzeugung in der Schweiz in den letzten 30 Jahren ansieht, wird deutlich, dass sich nicht viel geändert hat. Die Schweiz verfügt über Kernkraft, die eine Grundlast an Strom erzeugt, und darüber hinaus stammt fast der gesamte übrige Strom aus den Wasserkraftwerken in den Alpen. Bei der Erschließung des Wasserkraftpotenzials war die Schweiz eines der Pionierländer und verfügt über viele Wasserkraftwerke, die schon seit Jahrzehnten in Betrieb sind.

Die Schweiz hat eine lange Tradition in der Nutzung der Kernenergie und sie deckt damit seit langem einen grossen Teil ihres Energiebedarfs. Weil die Schweiz über keine eigenen Kohle-, Erdöl- oder Erdgasreserven verfügt, musste sie ihren Energiebedarf für 8 Millionen Einwohner aus anderen Quellen decken.

Das Ergebnis ist, dass das Land fünf Kernkraftwerke besitzt, womit die Schweiz pro Kopf der Bevölkerung zu den sieben größten Kernkraftnationen der Welt gehört. Insgesamt werden achtundzwanzig Prozent des gesamten Energiebedarfs der Schweiz durch Kernenergie gedeckt. Eine Zahl, die dreimal so hoch ist wie die der Vereinigten Staaten. Doch nach dem Unfall in Fukushima muss sich die Schweiz auf andere Wege begeben - und dabei seiner Geschichte der Autarkie und Energieunabhängigkeit treu bleiben. Erschwert werden diese Bemühungen durch die Befürchtung, dass eine der traditionellen Energiequellen, die Wasserkraft, nicht mehr so zuverlässig sein könnte wie in der Vergangenheit.

Der Ausstieg aus der Kernenergie könnte sich daher als schwierig erweisen. Die Schweizer Kernkraftwerke produzieren derzeit etwa 25 TWh Strom pro Jahr. Um diese Menge an elektrischer Energie beispielsweise durch Photovoltaik zu ersetzen, müsste eine Fläche, die etwa 25.000 Fußballfeldern entspricht, mit Sonnenkollektoren bedeckt werden. Derzeit wird darüber diskutiert, wann genau welche Kernkraftwerke abgeschaltet werden sollen und vor allem, wie die von ihnen erzeugte Energie ersetzt werden soll. Wird dieser durch den Kauf - oder möglicherweise die gemeinsame Nutzung - von Strom aus Nachbarländern erfolgen? Photovoltaik? Windkraft? Energieeinsparung?

Die Schweiz hat die niedrigste Kohlenstoffintensität unter den IEA-Ländern, was auf einen kohlenstofffreien Stromsektor zurückzuführen ist, in dem die Stromerzeugung aus Kern- und Wasserkraft dominiert. Nach einem Referendum im Jahr 2017, bei dem die Schweizer für einen schrittweisen Ausstieg aus der Kernenergie gestimmt haben, befindet sich der Schweizer Energiesektor jedoch in einem erheblichen Wandel.

Energiebilanz Schweiz.

Die Schweiz produziert mehr Strom als sie verbraucht. In den Sommermonaten wird viel Energie aus Wasserkraft erzeugt, weshalb eine große Menge an Energie exportiert wird. Doch in den Wintermonaten wird die Schweiz zum Nettoimporteur von Energie. Die Schweiz exportiert nach Deutschland, nach Italien, nach Frankreich und importiert aus diesen Ländern, auch aus Österreich. Der Export basiert vor allem auf der bedeutenden Wasserkraftproduktion.

Warum hat die Schweiz andere erneuerbare Energien als die Wasserkraft nur langsam aufgenommen?

Die Schweiz gilt als "grünes", umweltfreundliches Land, aber im Vergleich zu anderen europäischen Ländern hat sich ihre Energieproduktion in den letzten Jahrzehnten nicht sehr stark weiterentwickelt - große Atomkraftwerke, viel Wasserkraft, aber eine sehr langsame Entwicklung in Richtung Energiewende. Dabei geht es um die Erzeugung von Strom mit Hilfe von Windturbinen und Sonnenkollektoren. Für diese Langsamkeit gibt es drei Hauptgründe.

Die rasante Entwicklung in Ländern wie Deutschland und Italien wurde durch großzügige Subventionsprogramme gefördert und löste viele Investitionen in erneuerbare Energien aus. In der Schweiz gab es weniger Anreize für Unternehmen.

Es gibt bereits eine große Menge an sicherer, kohlenstofffreier und billiger Energie (Kern- und Wasserkraft), so dass es weniger Anreize gibt, andere erneuerbare Energien zu entwickeln.

In der Schweiz gibt es strenge städtebauliche Vorschriften, so dass es sehr schwierig sein kann, Genehmigungen für den Bau von Windturbinen und Sonnenkollektoren zu erhalten.

Ausstieg aus der Kernenergie

Schweizer Kernkraftwerke.

Der alte Status quo in Bezug auf die Schweizer Kernkraftwerke wird sich künftig nicht halten lassen. Der öffentliche Widerstand gegen die Kernenergie in der Schweiz hat im Laufe der Zeit zugenommen. Nach der Katastrophe von Tschernobyl 1986 stimmte die Schweizer Bevölkerung für ein zehnjähriges Moratorium für den Bau neuer Kernkraftwerke ab 1990. Mit der Zeit verblasste jedoch die Erinnerung an Tschernobyl, und die Branche erlebte Ende der 1990er Jahre einen teilweisen Wiederaufschwung, als die Angst vor einem Mangel an Energieressourcen für die Zukunft wuchs.

Daraufhin wurde das Moratorium für neue Kernkraftwerke aufgehoben, mehrere Energieunternehmen planten neue Kernkraftwerke, und die Bevölkerung des Kantons Bern stimmte sogar dem Bau eines neuen Kernkraftwerks zu - dem ersten seit Jahrzehnten. Doch nach dem Unfall in Fukushima (der sich im selben Monat ereignete, in dem der Bau bewilligt wurde) kündigte die Schweizer Regierung an, ganz aus der Kernenergie auszusteigen.

Bis vor kurzem sah es so aus, als würde die Schweiz alle ihre Kernkraftwerke zwischen 2019 und 2034 abschalten, nachdem die Anlagen das Ende ihrer geplanten 50-jährigen Laufzeit erreicht hatten. Derzeit ist es jedoch möglich, die Laufzeit einiger Anlagen zu verlängern, sofern die Sicherheit der jeweiligen Anlage "garantiert" werden kann - was auch immer das bedeutet. Und so geht die Debatte weiter, wobei der genaue Zeitplan für die Abschaltung der einzelnen Anlagen noch nicht festgelegt ist.

Der Bundesrat schlägt vor, im Falle eines Energiedefizits die Lücke vorübergehend durch den Einsatz von Erdgas zur Stromerzeugung zu decken und er plädiert den Betrieb von Heizkraftwerken und Gas-Dampf-Kraftwerken zur Notversorgung. Dies in einer Zeit, wo ganz Europa unter Gasknappheit leidet und die Schweiz Gas importieren müsste. Kommt noch dazu, dass Erdgas erheblich zum Klimawandel beiträgt - ein Problem in einer Zeit, in der die Gletscher in der Schweiz schmelzen und es in Zukunft weniger Wasser für die Wasserkraft geben könnte. All dies ist ein gefundenes Fressen für die Gegner des Atomausstiegs, mit dem ironischen Ergebnis, dass der Klimawandel als Rechtfertigung für die Fortsetzung der Atomstromproduktion herangezogen wird.

Atomausstieg Schweiz.

Kompetenz-Zentren

Forschungsprojekte Schweiz.

Um für die Zukunft zu planen, hat die Schweizer Regierung in den letzten Jahren mehrere groß angelegte Forschungsprojekte ins Leben gerufen. Wie zum Beispiel die Schweizer Kompetenzzentren für Energieforschung:

SCCER CREST

Jedes Kompetenz-Zentrum hat einen anderen Schwerpunkt.

Das eine untersucht die wissenschaftlichen und technologischen Aspekte des Energiewandels. Ein anderes die sozialen, wirtschaftlichen und regulatorischen Aspekte der Energiewende. Diese Zentren haben sieben Aktionsbereiche:
- Energieeffizienz
- Stromnetze
- Energiespeicherung
- Energieversorgung
- Wirtschaft
- Umwelt, Recht und Verhalten
- Mobilität und Biomasse

Das Ziel der Schweiz ist es, bis 2034 schrittweise aus der Kernenergie auszusteigen. Gleichzeitig sollen erneuerbare Energien aufgebaut werden, um weitgehend unabhängig von fossilen Energieträgern zu werden. Die Schweiz will hocheffiziente Energieerzeugungsprozesse mit einer erheblichen Senkung des Energieverbrauchs kombinieren.

Stabile Netze

Intermittenz.

Die Erzeugung erneuerbarer Energie aus Windturbinen und Sonnenkollektoren ist mit dem Problem der Intermittenz verbunden. Bei Windturbinen schwankt die Strommenge je nach den Windverhältnissen in der jeweiligen Jahreszeit. Das hat zur Folge, dass diejenigen, die von diesen Windturbinen abhängig sind, zu bestimmten Zeiten Strom in das Netz exportieren und zu anderen Zeiten Strom aus dem Netz importieren. In Ländern mit großen Windkraftkapazitäten, wie z. B. Deutschland oder Dänemark, gibt es eine starke Korrelation zwischen der Verfügbarkeit von Wind und den Preisen auf den Spotmärkten. Wenn viel Wind produziert wird, wird Energie in das Netz eingespeist, was die Spotpreise senkt. Wenn nicht viel Wind weht, steigen die Preise in die Höhe.

Die Solarenergie ist stabiler und berechenbarer, hängt aber von der Sonneneinstrahlung ab - kurzfristige Unterbrechungen führen zu technischen Problemen, da die verfügbare Strommenge ständig schwankt.

Dies wiederum führt zu wirtschaftlichen Problemen. Für einen Fabrikbesitzer bedeutet dies, dass er in das Netz verkaufen muss, wenn die Spotpreise niedrig sind, und vom Netz kaufen muss, wenn die Spotpreise hoch sind. Betrachtet man die kurzfristige Unterbrechung der Energieversorgung anhand der Spotpreise der letzten zwei Jahre für Deutschland, Frankreich und die Schweiz, so ist die Schweiz bei weitem am stabilsten.

Deutschland, das viel erneuerbare Energie aus Windturbinen und Sonnenkollektoren hat, ist viel instabiler mit viel größeren Ausschlägen. Auch Frankreich ist trotz eines hohen Anteils an Kernenergie instabiler als die Schweiz. Dank der Wasserkraft sind die Spotpreise in der Schweiz sehr stabil, was das Ausgleichsrisiko beim Betrieb von Windturbinen oder Solaranlagen verringert.

Stabilität Schweizer Stromnetz.

Energiebedarf

Pro-Kopf-Energieverbrauch .

In der Schweiz ist der Pro-Kopf-Energieverbrauch bereits seit 1990 moderat gesunken. Um die Klimaziele zu erreichen, muss der durchschnittliche Energieverbrauch bis zum Jahr 2050 um weitere 30 bis 40 Prozent sinken. Dann wird der Stromverbrauch der Schweiz voraussichtlich bei 60 Terawattstunden (TWh) oder 60 Milliarden Kilowattstunden (kWh) liegen. Etwa ein Viertel des gesamten Energiebedarfs der Schweiz wird durch elektrische Energie gedeckt. Davon werden mehr als 60 Prozent des Schweizer Stroms aus Wasserkraft, 28 Prozent aus Kernenergie, 3 Prozent aus Müllverbrennung und weniger als 2 Prozent aus konventionellen fossilen Brennstoffen - vor allem Erdgas - erzeugt. Und fast kein Strom in der Schweiz stammt aus der Verbrennung von Kohle.

Das Bundesamt für Energie analysiert und veröffentlicht jährlich Zahlen zum Energiebedarf in der Schweiz. Dabei wird unterschieden in:
- Gesamtenergiebedarf
- Primärenergiebedarf
- Endenergieverbrauch

Der Gesamtenergiebedarf ist wegen der in Produkten importierten Energie deutlich grösser als der Primärenergiebedarf. Der Primärenergiebedarf ist wegen der Effizienzgrenzen bei der Stromproduktion grösser als der Endenergieverbrauch. Die Endenergienachfrage in der Schweiz hat in den letzten Jahren eine Sättigung erreicht oder ist sogar leicht gesunken. Der derzeitige durchschnittliche monatliche Energiebedarf beträgt 3,2 kW mit einem Maximum im Winter von 4,1 kW (127%) und einem Minimum von 2,75 kW (86%) im Sommer.

Gesamtenergieverbrauch der Schweiz im Jahr 2021:
- 43% Erdölprodukten
- 26% Strom
- 15% Erdgas
- 6% Holz und Kohle

Schweizer Stromproduktion
61,5 % aus Wasserkraft
28,5 % aus Kernkraftwerke
6,5 % aus  Müllverbrennung
3,5 % aus Photovoltaikanlagen und Windkraftanlagen

Somit ist die Stromproduktion der Schweiz fast frei von CO2-Emissionen. Darüber hinaus hat die Schweiz einen niedrigeren Gesamtenergieverbrauch von 6 kW pro Kopf, gegenüber 8,2 kW pro Kopf in Großbritannien. In der Schweiz wird die Abwärme der Kernkraftwerke bis auf wenige Ausnahmen nicht genutzt, da das Volk beschlossen hat, die Abhängigkeit von Kernkraftwerken bei der Wärme- und Stromerzeugung im Winter nicht zu erhöhen.

Um den Winter 2022 zu überstehen, lockert die Regierung vorübergehend die Regeln für die Wassernutzung, damit einige Wasserkraftwerke ihre Kapazität erhöhen können, und gibt Benzin, Diesel, Heizöl und Kerosin aus ihren strategischen Reserven frei. Der Anteil der Wasserkraft an der inländischen Stromerzeugung liegt bei etwa 60 %, aber die Elektrizität macht nur ein Viertel aller schweizerischen Energiequellen aus, wobei Erdölprodukte den größten Anteil haben.

Um die Schweizer Energie- und Klimaziele zu erreichen, müssen die sauberen Energietechnologien zügig ausgebaut werden. Das Ziel, bis 2050 netto null CO2-Emissionen zu erreichen, erfordert eine radikale Umstellung der Art und Weise, wie Energie geliefert, umgewandelt und genutzt wird. Es ist notwendig, Solaranlagen, Elektroautos, Wasserstoffautos, Wärmepumpen und Energiesparmaßnahmen in weitaus größerem Umfang und schneller als heute zu etablieren.

2000 Watt Gesellschaft

48 Kilowattstunden pro Tag.

Die Idee der "2'000-Watt-Gesellschaft" wurde erstmals vor etwa 15 Jahren an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich vorgestellt. Das Konzept der "2'000-Watt-Gesellschaft" sieht vor, dass jeder Einwohner maximal 2'000 Watt (48 Kilowattstunden pro Tag) verbrauchen soll, ohne seinen Lebensstandard zu senken. Würde dieses Konzept konsequent umgesetzt, wären grosse Fortschritte beim Energiesparen zu erwarten. Dieses Konzept ist international ausgerichtet. Die energieintensiven Länder sollen dazu gebracht werden, ihren Verbrauch von den heutigen Werten (6.000 Watt in der Schweiz; 12.000 Watt in den Vereinigten Staaten) auf eine Zahl zu senken, die näher am weltweiten Durchschnitt des jährlichen Energieverbrauchs am Ende des letzten Jahrhunderts liegt: nämlich 2.000 Watt.

Eine aktuelle Studie schätzte den Energieverbrauch und die Treibhausgasemissionen von 3.369 Schweizer Bürgerinnen und Bürgern auf der Grundlage einer Umweltbefragung. Nur 2% der untersuchten Bevölkerung verbrauchten weniger als 2'000 Watt. In dieser Stichprobe lag das Nettoeinkommen bei bis zu 80.000 Schweizer Franken - keineswegs ein Gehalt, bei dem man von einem niedrigen Lebensstandard ausgeht.

In der Schweiz hat sich das Programm mit diesem Ziel noch nicht flächendeckend durchgesetzt. Viele kleinere Gemeinden haben an einem Pilotprogramm teilgenommen, darunter auch die Region Basel mit „2.000-Watt-Gesellschaft Basel“. Als erste Stadt der Welt haben drei Viertel der Züricher Bevölkerung dafür gestimmt, die Ziele der 2.000-Watt-Gesellschaft bis 2050 zu erreichen (2015). Viele andere Regionen in der Schweiz, Deutschland und Österreich arbeiten ebenfalls an dieser Vision.

Es gibt aber berechtigte Bedenken gegen ein solches Ziel. Denn würde man die Ziele gesetzlich vorschreiben, wäre die Angst vor einem Rückgang des Lebensstandards ist nicht unbegründet.

Ausgangslage Schweiz

Energiestrategie 2050.

Die Schweizer Energiestrategie 2050 sieht vor, dass die Schweiz bis 2050 keine Kohlenstoffemissionen mehr ausstösst. Um dies zu erreichen, muss die Schweiz in großem Umfang in erneuerbare Energien und saubere Technologien investieren. Die Schweiz beabsichtigt, die Produktion aus erneuerbaren Energiequellen ohne Wasserkraft wie Wind und Sonne bis 2035 fast zu verdreifachen.

Die Lücke zu schließen, welche die Abschaltung der Kernenergie hinterlässt, und gleichzeitig eine kohlenstoffarme Stromerzeugung und hohe Standards für die Versorgungssicherheit aufrechtzuerhalten, wird eine der Herausforderungen sein. Dies muss die Schweiz in ihrer langfristigen Energiestrategie angehen. Die Energiestrategie 2050 des Landes zeigt den Weg zu einer kohlenstoffarmen Wirtschaft auf, in der eine höhere Energieeffizienz und erneuerbare Energiequellen die Kernenergie ersetzen.

Die Schweiz ist bei der Stromerzeugung nahezu autark. Im Jahr 2021 erzeugten mehr als 680 Wasserkraftwerke 61,5 % des in der Schweiz verbrauchten Stroms. Die vier Kernkraftwerke des Landes erzeugten weitere 28,5 % des in der Schweiz verbrauchten Stroms, exportierten aber auch etwa die Hälfte ihrer Gesamtproduktion. Gemäß einer Volksabstimmung aus dem Jahr 2011 wird die Schweiz ihre Kernkraftwerke am Ende ihrer derzeitigen Lebensdauer, spätestens jedoch 2034, vom Netz nehmen.

Das erste Kraftwerk, Mühleberg, wurde im Dezember 2019 vom Netz genommen. Die Schweiz ist über ihren nationalen Netzmanager (Swissgrid), der die Schweiz mit Frankreich, Deutschland, Italien und Österreich verbindet, in das europäische Energienetz eingebunden. Der schweizerische Stromsektor könnte im Laufe der Zeit zusätzliche Investitionen erfordern.

Die nachhaltige Energieversorgung der Schweiz stützt sich derzeit auf vier Technologien: Wasserkraft, Solarenergie, Windkraft und Geothermie. Ausgehend von den Produktionsprofilen von Solar- und Windenergie im Jahresverlauf und dem erwarteten Energiebedarf lässt sich abschätzen, wie viel Energie entweder mit Hilfe von Speichermöglichkeiten vom Sommer in den Herbst und Winter transferiert oder, wo keine Speichertechnologien zur Verfügung stehen, importiert werden muss.

Es handelt sich um eine Optimierungsaufgabe, die aus dem Zusammenspiel von Import, Energienetzen und Speicheroptionen besteht. Die ersten beiden Bereiche "Import" und "Energienetze" sind seit langem gut erforscht, während der Bereich "Speicheroptionen" im saisonalen Kontext neu ist.

Die Schweiz hat in den letzten sieben Jahren die bekannten Möglichkeiten der langfristigen Energiespeicherung im Labormassstab erforscht, bewertet und entwickelt. Damit wurde eine gute Ausgangslage für die Umsetzung geschaffen: Die Technologien für eine nachhaltige, komfortable Energiezukunft sind im Labormassstab vorhanden und müssen nun zur vollen Marktreife entwickelt werden. Der wirtschaftliche Erfolg hängt also von der Umsetzung der wissenschaftlichen Kompetenz in Geschäftsmodelle ab.

Da die Schweiz bis 2050 ein Netto-Null-Emissionsziel anstrebt, wird die Nachfrage nach erneuerbaren Energiequellen wie Wasserkraft, Solarenergie und Windkraft weiter steigen, Zudem steht die Entwicklung eines intelligenten Energienetzes an- ein SmartGrid.

In den vergangenen Jahren waren sowohl auf nationaler als auch auf internationaler Ebene verstärkte Aktivitäten seitens der Energieversorger zu beobachten. Im Gassektor wird offen über Möglichkeiten nachgedacht, Biogas oder Wasserstoff besser in das Energieversorgungssystem zu integrieren. Damit entsteht ein Markt für Speichersysteme. Parallel dazu verliert das Marktumfeld für fossile Technologien an Dynamik.

Im Güterverkehr gewinnen Brennstoffzellen und Wasserstoff zunehmend an Bedeutung. Mittelfristig muss die Zulieferindustrie die technischen Komponenten und Herstellungsverfahren für Batterien und Brennstoffzellen optimieren. Die chemische Industrie muss sich auf synthetische Rohstoffe konzentrieren und in der Lage sein, Produkte wie Batterieelektroden und -membranen zu liefern. Die Entwicklung von Geschäftsmodellen für Speichersysteme hat sich in den letzten zwei Jahren leicht verbessert.

Schweizer Energiepolitik.

Die jüngste Überprüfung der Schweizer Energiepolitik durch die IEA konzentriert sich auf zwei Bereiche, die für den Weg in eine sichere und nachhaltige Energiezukunft entscheidend sind: die Gestaltung des Strommarktes und die Klimapolitik nach 2020. Die Deckung des künftigen Energiebedarfs erfordert die Öffnung des Schweizer Strommarktes für eine vollständige Integration mit dem europäischen Strommarkt. Die IEA ermutigt die Schweizer Regierung, die laufenden Verhandlungen mit der Europäischen Union über ein Stromabkommen zu einem erfolgreichen Abschluss zu bringen.

Die schweizerische Kohlendioxidabgabe auf stationäre Brennstoffe und ihre automatische Anpassung nach oben haben sich als sehr wirksam erwiesen, um die Energienachfrage von Öl auf Gas und erneuerbare Energiequellen zu verlagern. Es muss jedoch mehr getan werden, um die Emissionen des Verkehrs zu begrenzen.

Ein Grund für den fehlenden Ausbau der erneuerbaren Energien in der Schweiz der Mangel an Subventionen. Heute zeigt sich jedoch in immer mehr Ländern, dass diese Subventionen nicht mehr nötig sind, um erneuerbare Energien wirtschaftlich zu machen. Da der Bedarf an Subventionen auf den heutigen Märkten minimal ist, suchen die Projektentwickler nach einer Finanzierung, indem sie jemanden finden, der den Strom abnimmt.

In Zukunft wird der grösste Teil der erneuerbaren Energie durch PV produziert werden. Die Photovoltaik ist die einzige erneuerbare Energieform in der Schweiz, die in Kombination mit den bereits vorhandenen erneuerbaren Energien das Potenzial hat, den Energiebedarf zu decken. 

Der intermittierende Charakter von Solar- und Windenergie erfordert aufgrund der Jahreszeiten und der für die Mobilität erforderlichen hohen Energiedichte die Speicherung eines erheblichen Teils der jährlich erzeugten Energie. Die wichtigste technische Herausforderung besteht daher nicht in der Erzeugung erneuerbarer Energie, sondern in der Speicherung der Energie in einer nutzbaren Form, d. h. in der Umwandlung erneuerbarer Energie in einen speicherbaren Energieträger und im Aufbau der erforderlichen Speicherkapazitäten und Verteilungsnetze.

Zukunfts-Perspektiven

Schweizer Energieversorgungsmix.

Die Schweiz muss ihren eigenen Energieversorgungsmix mit dem größten Nachhaltigkeitspotenzial finden. Für alle bekannten und für brandneue, noch in der Entwicklung befindliche Technologien sollten die besten Standorte ausgewählt werden, um einen ausgewogenen Energiemix zu schaffen. Das Nachhaltigkeitskonzept der künftigen Energieversorgung muss den wachsenden Bedürfnissen des Landes gerecht werden, gleichzeitig den Klimawandel bekämpfen, die Energieunabhängigkeit bewahren und in die internationale europäische Energiepolitik eingebunden sein.

Der Anstieg der Treibhausgase in der Atmosphäre ist die Hauptursache für die globale Erwärmung. Ein erheblicher Teil dieser Gase wird durch die für die Stromerzeugung genutzten Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen verursacht. Es wird geschätzt, dass diese Kraftwerke ein Viertel der gesamten Treibhausgasemissionen in Europa verursachen. In der Schweiz, wo die Elektrizität hauptsächlich durch Kern- und Wasserkraftwerke erzeugt wird, macht diese Produktion 2 % der Treibhausgasemissionen aus. Allerdings ist es oft wirtschaftlich attraktiv, einen Teil der erzeugten Energie an Nachbarländer zu verkaufen und zu exportieren. Die Schweiz ist daher auch auf Importe angewiesen, um ihren Bedarf zu decken. Diese machen 11% des Stromverbrauchs aus. Der Strom stammt also aus Kraftwerken, die sehr "kohlenstoffintensiv" sind.

Die Schweiz ist aber, weil sie auf Stromimporte aus Kraftwerken mit fossilen Brennstoffen angewiesen ist, mitverantwortlich für erhebliche Treibhausgasemissionen. Wie können wir den CO2-Fußabdruck des Stromverbrauchs in der Schweiz verringern? Soll der Import von Strom durch die Einführung eines inländischen Erzeugungsmixes aus Wind- und Photovoltaikenergie ersetzt werden? Kann damit die geplante Stillegung der Kernenergie kompensiert werden? Wie steht es mit der berüchtigten Winterlücke? Reicht dann die inländische Stromproduktion? Braucht es gigantische Stromspeicher, um eine ganzjährige Stromversorgung ohne Import zu gewährleisten?

Im Schweizer Warenkorb der Konsumentenpreise macht der Anteil für Energie nur gerade mal 5 % aus (10 % in Deutschland). Im Energiemix der Schweiz mach Gas nur etwa 15 % des Gesamtverbrauchs aus. Im Vergleich zu europäischen Nachbarn ist die Schweiz von der Lebenskostenkrise weitgehend verschont geblieben. Die Inflationsrate liegt aktuell (2022) bei nur 3,3 %, verglichen mit 10,0 % in der Eurozone.

Gerade deshalb könnte sich die Schweiz den Ausbau und die Förderung der erneuerbaren Energien leisten. Aber es geht viel zu langsam. Neben mehr Wasserkraft müsste auch einen Ausbau der Wind- und Sonnenenergie erfolgen. Durch die Reflexion des Schnees in den Alpen könnten doppelseitige Fotovoltaikanlagen mehr Energie gewinnen als im Tal. Photovoltaik und Wind gehören zu den günstigsten Möglichkeiten, in Zukunft Strom zu erzeugen, vor allem wenn wir von höheren Erdgaspreisen ausgehen. Und die Wasserkraft erhöht die Flexibilität bei der Speicherung von Energie. Natürlich ist es nicht möglich, alle verbleibenden Alpen mit Wasserkraftwerken zu versehen. Aber das Potenzial ist noch nicht ausgeschöpft. Wird die Schweiz in den kommenden Jahren beginnen, das Potenzial der Energiewende zu nutzen und zu einem wichtigen Land in Europa in Bezug auf die Energiesysteme werden?

In den nächsten vier Jahrzehnten steht die Schweiz vor einer umfassenden Umstrukturierung ihres gesamten Energieversorgungssystems. Der neue Versorgungsmix wird frei von Kernenergie sein, eine eher niedrige Kohlenstoffintensität aufweisen und auf wesentlich höheren Wirkungsgraden beruhen, die auf den neuesten und energieeffizientesten Technologien basieren - zusammen mit der Entwicklung intelligenter Netze, dezentraler Stromversorger, Wasserkraft, Windkraft, Photovoltaik, Biomasse, Holz und der konsequenten Nutzung der Verbrennung von Abfällen zur Energieerzeugung, wenn die Materialien nicht recycelt werden können.

Die vollständige Elektrifizierung ist einer der wichtigsten Faktoren. Elektrizität ist der entscheidende Energieträger für die Erreichung von Netto-Null-Emissionen. Um das Netto-Null-Ziel zu erreichen, muss der Gesamtstromverbrauch der Endverbrauchssektoren Industrie, Haushalte, Dienstleistungen und Verkehr im Jahr 2050 um 11 TWh gegenüber dem Stand von 2022 ansteigen. Dieses Wachstum wird hauptsächlich durch die Verwendung von Strom für den Antrieb von Autos, Bussen und Lastwagen angetrieben. Berücksichtigt man auch den Strom für die Erzeugung von Wasserstoff und synthetischen E-Kraftstoffen, die hauptsächlich im Verkehr verbraucht werden, steigt der gesamte Inlandsstromverbrauch zwischen 2022 und 2050 um rund 20 TWh an.

Heizung und Kühlung.

Ein großer Energieverbraucher ist derzeit das Heizen (und Kühlen) von Häusern. Möglicherweise brauchen die Häuser in der Schweiz in Zukunft kein Heizöl und Erdgas mehr. Die Gebäude könnten als dezentrale Kleinkraftwerke fungieren, die mit Hilfe von Photovoltaik und anderen Technologien mehr Energie produzieren als sie verbrauchen.

Der durchschnittliche jährliche Energieverbrauch pro Quadratmeter beheizter Fläche in der Schweiz ist bereits von rund 220 Kilowattstunden pro Jahr in den 1970er Jahren auf heute unter 70 kWh gesunken. Eine weitere Dekarbonisierung könnte durch Wärmepumpen erreicht werden, die herkömmliche, auf fossilen Brennstoffen basierende Heizsysteme nach und nach ersetzen. Wärmepumpen sind Wärmetauscher, welche die thermische Energie von einer Quelle, z. B. im Boden gespeicherte Wärme, dem Heizsystem eines Gebäudes zuführen. Klimaanlagen und Gefriergeräte sind bekannte Beispiele für die allgemeine Idee der Wärmeübertragung im umgekehrten Sinn, der Wärmeentnahme. Im Jahr 2012 waren fast 80 Prozent der Neubauten in der Schweiz mit Wärmepumpen ausgestattet. Ein Gebäude in der Schweiz hat eine durchschnittliche Lebensdauer von 80 Jahren. Größere Renovierungen stehen in der Regel nach 40 Jahren an. So wird es noch lange dauern, bis fossile Brennstoffe als Heizquelle für Häuser gänzlich verschwinden.

Die Substitution fossiler Brennstoffe soll durch ein vollständig elektrifiziertes Energiesystem realisiert werden, bei dem die Mobilität elektrisch erfolgt und die Beheizung von Gebäuden überall mit Wärmepumpen umgesetzt wird. Der Energiebedarf wird dadurch im Vergleich zur derzeitigen Energiewirtschaft erheblich gesenkt. Das Potenzial für die Energieeinsparung liegt bei etwa 30%. Der Strom wird durch Photovoltaikanlagen erzeugt und in Batterien oder Wasserkraftwerken für die Tag/Nacht- bzw. saisonale Speicherung gespeichert.

Photovoltaik.

Die notwendige Photovoltaik-Fläche für die Stromproduktion zur Deckung des Stromverbrauchs beträgt 48 m2/Kopf. Dies entspricht fast 13 % der städtischen Fläche in der Schweiz. 

Flugzeugtreibstoff.

Um das strombasierte Energiesystem zu vervollständigen, soll der Flugzeugtreibstoff in Form von synthetischen Kohlenwasserstoffen hergestellt werden. Die Produktion von Flugzeugtreibstoff erfordert weitere Photovoltaikanlagen von 33 m2/Kopf für den nötigen grünen Strom.

Saisonale Stromspeicherung.

Die saisonale Stromspeicherung beträgt 2.345 kWh-Kopf. Aktuell im Jahre 2022 sind bereits 1.020 kWh-Kopf vorhanden.

Tag-/Nachtspeicherung.

Für die Tag-/Nachtspeicherung werden zusätzlich zu 26 kWh-Kopf benötigt. Die lokale Verfügbarkeit von Tag-/Nachtspeichern erhöht die Belastbarkeit und Zuverlässigkeit des Netzes und reduziert die Spitzenleistung im Netz um fast eine Größenordnung.

Die nächsten Jahre werden zeigen, wie sich der Wasserstoffsektor entwickelt und ob es gelingt, Methan, Methanol oder ähnliche Verbindungen aus Wasserstoff, Biomasse oder aus der Luft gewonnenem CO2 kostengünstig herzustellen. Im Bereich der thermischen Energiespeicherung sind Sorptions- oder Eisspeicher einsatzbereite Technologien. Im Falle eines Stromdefizits können erdgasbetriebene Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen als intermittierende Alternative eingesetzt werden. Aber auch dies ist nach Ausbruch des Ukrainekrieges und der europäischen Gasmangellage schwierig geworden.

Erneuerbare Energien sind in vielen Ländern die billigere Option geworden. Es wird interessant sein, in den kommenden Jahren zu sehen, ob die Schweiz und andere Alpenländer (z. B. Frankreich und Österreich) beginnen, sich dies zunutze zu machen. In der Schweiz ist das Potenzial für Solarenergie aufgrund der Ressourcen und der landschaftlichen Gegebenheiten größer als das für Windenergie. Wenn die Preise für Solarenergie weiter sinken, werden wir sie vielleicht auf immer mehr Dächern in der Schweiz sehen, wo sie in den Sommermonaten dazu beitragen kann, die saisonalen Wasserkraftbatterien anzutreiben und so zum Ausgleich der europäischen Stromnetze beizutragen.

Dies ist eine echte Chance für die Schweiz. Die Schweiz könnte ihr Energiesystem so umbauen, dass die Hauptkosten in Zukunft nicht mehr durch die Nutzung von Brennstoffen (Öl, Gas, Uran) entstehen, sondern dass zukünftige Ausgaben in werthaltige erneuerbare Energieanlagen (Geothermie, Photovoltaik, Power-to-X, Wasserkraft und Windenergie) fliessen. So stärken die Ausgaben für Energie die Wirtschaft im Inland. Damit wird das Schweizer Energiesystem stabiler und unabhängiger von den Rohstoffmärkten. Da es sich bei der Produktion von Komponenten für die Energiezukunft noch um ein neues Feld handelt und der Markt erst im Entstehen begriffen ist, birgt die Entwicklung ein erhebliches wirtschaftliches Potenzial, insbesondere für die anlagestarke Schweiz.

Eine erfolgreiche Umstellung auf eine saubere, unabhängige Energieversorgung, welche die Regierung im Rahmen ihrer "Energiestrategie 2050" anstrebt, verspricht, die Position der Schweiz als High-End-Wirtschaft im Herzen Europas mit einer sicheren Währung zu stärken. "Wenn es uns gelingt, Solarenergie und Wasserkraft gemeinsam zu nutzen, ist das meiner Meinung nach das 'Dreamteam' der Schweizer Energieproduktion", sagte Alt-Bundesrätin Sommaruga.

Die Umsetzung von Veränderungen ist in der Schweiz nicht einfach, da das System der direkten Demokratie bedeutet, dass Projekte auf lokaler Ebene blockiert werden können. Das Parlament verabschiedete jedoch bereits ein Gesetz, das den Bau von Solaranlagen auf Neubauten vorschreibt. Das Gesetz ist leider mit so vielen Vorbehalten behaftet, dass man davon ausgehen kann, dass rund 70 % der Gebäude davon ausgenommen sein werden. Aber das Gesetz erleichtert auch die Bewilligung grosser Solarprojekte in den Bergen, die staatlich gefördert werden können, wobei die Bewilligung den Kantonen obliegt.

Energie-Strategie 2050

Umstellung auf eine saubere, unabhängige Energieversorgung.

Eine erfolgreiche Umstellung auf eine saubere, unabhängige Energieversorgung, welche die Regierung im Rahmen ihrer "Energiestrategie 2050" anstrebt, verspricht, die Position der Schweiz als High-End-Wirtschaft im Herzen Europas mit einer sicheren Währung zu stärken. Elektrifizierung und Effizienzsteigerungen ermöglichen eine Verringerung des Endenergieverbrauchs pro Kopf um 55% im Jahr 2050 gegenüber dem Jahr 2000, was leicht über dem langfristigen Ziel der Schweizer Energiestrategie liegt. Elektrifizierung allein kann jedoch das gesamte Energiesystem nicht dekarbonisieren.

Die Schweizer folgen dem Streben der heimischen Energie-Szene eher widerwillig. Die Schweiz ist von der durch Brennstoffe ausgelösten Inflationswelle, welche ihre Nachbarn plagt, weitgehend verschont geblieben. Die Konzentration der Schweiz auf die Wasserkraft als "Rückgrat" ihrer Stromproduktion, hat dazu beigetragen, dass das Land im Vergleich zu anderen Ländern von den steigenden Öl- und Gaspreisen verschont geblieben ist. Vielleicht gerade deshalb werden die Pläne zur Erhöhung der Energiesicherheit und zur Beibehaltung zahmer Strompreise nur zögerlich vorangetrieben. Mit der Energiestrategie 2050 will die Regierung will die Produktion von erneuerbaren Energien steigern. Die Schweizer Alpen erleichtern die Produktion von Wasser- und Solarenergie. Die europäische Energiekrise beschleunigt den Fortschritt und die Investitionen in grüne Energie. Die Bedenken über Auswirkungen auf die Landschaft bedeuten Kompromissbereitschaft.

Potenziell werden Technologien für erneuerbare Energien die Kernenergie im Stromerzeugungsmix ersetzen. Von allen erneuerbaren Technologien hat die Solarenergie in der Schweiz das grösste Potenzial. Bislang hat die Solarenergie einen geringen Anteil am Schweizer Strommix. Es wird jedoch erwartet, dass die sinkenden Preise für Photovoltaik (PV) in Zukunft die Akzeptanz dieser Technologie beschleunigen.

Die Vision der zukünftigen Energieversorgung der Schweiz ist ehrgeizig. Die Schweiz ist jedoch anfällig für die Auswirkungen der energiepolitischen Entscheidungen der umliegenden Staaten der Europäischen Union. Obwohl die Schweiz nicht Mitglied ist, ist sie von allen EU-Entscheidungen in Bezug auf Kernenergie, Klimaschutzabkommen und erneuerbare Energien stark betroffen – und abhängig.

Aussichten:

So autark und energieunabhängig wie möglich.

Die Schweiz könnte natürlich einfach versuchen, die gesamte benötigte Energie aus der Überschussproduktion von Nachbarländern wie Frankreich oder Deutschland zu beziehen. Doch die Schweizer sind auf Energieunabhängigkeit bedacht - das Land war im Zweiten Weltkrieg von feindlichen Mächten umgeben und erlebte Zeiten großer Knappheit. Die Schweiz zieht es daher vor, so autark und energieunabhängig wie möglich zu sein. Diese Haltung steht im Einklang mit historischen kulturellen, politischen und geostrategischen Faktoren. Die Schweiz war schon immer bestrebt, so unabhängig wie möglich von anderen Ländern zu sein; Souveränität hat seit Jahrhunderten einen hohen Stellenwert.

Das Verhältnis zwischen dem Bruttoinlandprodukt BIP und dem Energiebedarf pro Kopf beträgt 0,4 CHF/kWh, was dem Einkommen entspricht, das durch eine investierte kWh Energie bei Energiekosten von 0,13 CHF/kWh entsteht. Da fossile Brennstoffe in der Schweiz importiert werden, stellen diese Energiekosten eine Ausgabe für das Land dar. Der Einmarsch Russlands in der Ukraine (Februar 2022) und die Gefahr von Energierationierungen haben Schweizerinnen und Schweizer wachgerüttelt. Die Bereitschaft, sich von fossilen Brennstoffen zu lösen, steigt auch in der Schweiz. Die Schweiz möchte eine größere Energiesicherheit erreichen. Die einzigartige Geographie der Alpenkonföderation soll genutzt werden, um Solarenergie zu entwickeln und die Wasserkraft auszubauen. Lokalen Interessen, die sich um die Landschaft und die ökologischen Auswirkungen sorgen, sollen dabei mitgenommen werden.

Mit einer Kombination aus Energieeinsparung, höherer Effizienz, alternativen Energiequellen, dem "intelligenten Stromnetz" und der Einführung neuer Technologien, die derzeit in Planung sind, könnte die Schweiz in der Lage sein, die durch die Schließung der bestehenden Kernkraftwerke verloren gegangene Energie zu ersetzen. In der Schweiz kann erneuerbare Energie aus Wasserkraft, Windkraftanlagen, Photovoltaik, solarthermischen fotochemischen Anlagen und Biomasse gewonnen werden. Während die Wasserkraft in Verbindung mit Speicherseen die Speicherung von Energie und die Produktion nach Bedarf ermöglicht, ist das Potenzial der Windenergie mit einem Verhältnis von Spitzenleistung zu Durchschnittsleistung begrenzt.

Wird die Schweiz in der Stromproduktion des 20. Jahrhunderts verharren, oder werden Solar- und Windenergie durchstarten, nachdem ihre Preise viel wettbewerbsfähiger geworden sind? Die Entwicklung in der Schweiz mag bisher langsam verlaufen sein, aber es gibt gute Gründe für einen Wandel und viel Potenzial für die kommenden Jahre. Die Schweiz könnte sich zu einem noch größeren Stromexporteur für das übrige Europa entwickeln. Wird die Schweiz zur saisonalen Alpenbatterie für erneuerbare Energien in Europa? Die ersten Schritte sind bereits getan.

Im Falle der erneuerbaren Energien kann zumindest ein Teil der Kosten im Lande ausgegeben werden und trägt positiv zum BIP bei. Die erneuerbaren Energiesysteme führen zu Energiekosten von 0,11-0,45 CHF/kWh, was in der Nähe des BIP/kWh liegt und daher einen erheblichen Einfluss auf die energiebezogenen Vorteile der Industrie haben kann. Da es ein Potenzial für Effizienzsteigerungen in den Produktionsprozessen gibt, könnte die Wirtschaft ausreichend widerstandsfähig sein, um sich an erneuerbare Energien anzupassen. Die Kosten für Energie in Form von Strom werden sehr stark von der Jahreszeit abhängen. Denn grüner Strom wird im Sommer sehr billig sein, während Strom im Winter ziemlich teuer sein wird.

Die größte Herausforderung bei der Ersetzung fossiler Brennstoffe durch erneuerbare Energie ist die saisonale Speicherung. Diese macht generell ohne Mobilität etwa 30 % des jährlichen Energiebedarfs aus. Die Mobilität selbst benötigt eine Speicherung von etwa 10-30 % des jährlichen Energiebedarfs.

Energie-Effizienz

Stromeinsparungen.

In der Schweiz gibt es ein enormes Potenzial für Stromeinsparungen bei all den Geräten und Apparaten, die heute im Umlauf sind. Bei der Bewertung des Stromeinsparpotenzials in Haushalten und in der Industrie kam die Schweizerische Energie-Stiftung zu dem Ergebnis, dass mehr als 25 TWh eingespart werden könnten, wenn alle ineffizienten, energiehungrigen alten Geräte durch die beste verfügbare neue Technologie ersetzt würden. Dazu gehören bessere, effizientere Beleuchtungen wie Kompaktleuchtstofflampen und Leuchtdioden, energieeffizientere Computer, Drucker und Kommunikationsgeräte, verbesserte Elektromotoren in der Industrie, effizientere elektrische Fussbodenheizungen und Warmwasserbereiter sowie eine verbesserte Haustechnik. Würde die Schweiz das gesamte Potenzial an Energieeffizienz ausschöpfen, würde die eingesparte Strommenge der gesamten Stromproduktion aller Schweizer Kernkraftwerke im Jahr 2013 entsprechen.

Wirkungsgrad.

Bei der Photovoltaik haben jüngste Forschungen den Wirkungsgrad der Paneele erfolgreich erhöht. Man geht davon aus dass der Wirkungsgrad von Solarzellen von heute etwa 20% gegen 30% erhöht werden kann. Solarzellen benötigen in der Produktion aber seltene Erden oder knappe Metalle wie Indium, Gallium, Cadmium oder Tellurid – vor allem bei der Dünnschicht-Photovoltaik. Die Preise für Solarmodule sind in den letzten fünf Jahren um bis zu 75 Prozent gesunken. Die tiefen Gestehungskosten wirken sich natürlich positiv aus und drücken die Gesamtenergiekosten für die gesamte Lebensdauer nach unten.

Kleine Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, die mit Scheitholz, Holzhackschnitzeln oder Holzpellets betrieben werden, sind attraktiv: Sie sind einfach zu handhaben und erreichen einen hohen Gesamtwirkungsgrad (bis zu 90 Prozent) bei der Umwandlung von Brennstoff in Strom und Wärme. Der Nachteil dieser Technologie ist, dass zum Teil giftige Emissionen in die Umgebungsluft abgegeben werden. Außerdem erfordert die Produktion von Biomasse viel Energie, Dünger und Pestizide, was die Energieeffizienz beeinträchtigt. Darüber hinaus schadet die Verbrennung von Biomasse oder Holz der biologischen Vielfalt, und Biomasse steht in direkter Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion, was ethische Fragen aufwirft. Die Einspeisung von Bioabfall in eine Vergärungsanlage und die Umwandlung in Biogas ist eine echte Option, die bereits etabliert ist, aber die Technologie hat aufgrund der begrenzten Menge an Bioabfall ein sehr begrenztes Potenzial.

Szenarien

Solar-, Wind- und Wasserkraft.

Fossile Brennstoffe und Materialien auf der Erde sind eine endliche Ressource. Die Entsorgung von Abfällen in die Luft, auf den Boden und ins Wasser hat Auswirkungen auf unsere Umwelt auf globaler Ebene. Es gibt drei Ansätze für die wirtschaftliche Machbarkeit eines Übergangs zu einer vollständig auf erneuerbaren Energien basierenden Energiewirtschaft. Erneuerbare Energien würden 70 % des jährlichen Energiebedarfs decken. Sie sind auf die Tag/Nacht-Speicherung beschränkt und kostengünstig. Die restlichen 30 % sind eine Herausforderung, da sie eine saisonale Speicherung erfordern.

Es gibt verschiedene Szenarien, wie die Solar-, Wind- und Wasserkraft künftig in unterschiedlichem Ausmass den Schweizer Energiemix bestimmen könnten. All dies mit und ohne Nutzung der Kernenergie, da die Schweiz bis 2050 einen schrittweisen Ausstieg aus dieser Produktionsart plant. Dabei sind der Bedarf der Bevölkerung an Elektrifizierung sowie die Mobilität und die Heizung Schlüsselthemen.

Elektrifizierung.

Vollständige Elektrifizierung des gesamten Energiebedarfs, einschließlich Wärme und Verkehr, mit Ausnahme des Luftverkehrs, wobei die gesamte neue Stromerzeugung durch Photovoltaik erfolgt. In einem elektrifizierten Energiesystem, bei dem mit Ausnahme des Flugzeugtreibstoffs, der durch synthetische Treibstoffe ersetzt wird, erhöht die Elektrifizierung die Effizienz und verringert den Energiebedarf erheblich, allerdings ist eine große Stromspeicherung erforderlich.

Wasserstoff.

Ersatz von fossilen Brennstoffen durch Wasserstoff, der im Sommer aus erneuerbaren Energien erzeugt wird. In einem wasserstoffbasierten Energiesystem wird Wasserstoff erzeugt, um als Speicher für die spätere Verwendung zu nutzen. Damit kann man auch bisher nuklear erzeugte Energie ersetzen. Die Energie-Umwandlung aus Wasserstoff zurück in Strom ist teuer und eher ineffizient. Wasserstoff kann jedoch für Fahrzeuge mit Brennstoffzellen als Treibstoff verwendet werden. 

CO2 Abscheidung.

Die Herausforderung besteht darin, das CO2 aus der Luft abzuscheiden und es mit Wasserstoff an einem selektiven Katalysator zu reduzieren, um ein bestimmtes Produkt zu erhalten und nicht die breite Palette von Produkten, die durch das etablierte Fischer-Tropsch-Verfahren synthetisiert werden. Die Forschung schreitet voran, um die Steuerung der Reaktion zu verbessern. Die thermodynamische Grenze der Energieumwandlung von Wasserstoff in Oktan liegt bei 76 %. Die bei der Reduktionsreaktion freigesetzte Wärme kann direkt für die CO2-Abscheidung genutzt werden, wobei der Energiebedarf für die Desorption von CO2 den größten Energiebeitrag zum Kohlenstoffabscheidungsprozess darstellt. 

Synthetische Kohlenwasserstoffe.

Ein Ersatz fossiler Brennstoffe ist auch durch synthetische Kohlenwasserstoffe, z. B. Oktan, die aus erneuerbaren Energien und CO2-Abscheidung aus der Atmosphäre gewonnen werden möglich. Dies zum Beispiel für Flugzeugtreibstoffe wie Kerosin durch Ersatz mit synthetischen Treibstoffen. Ein kohlenwasserstoffbasiertes Energiesystem, bei dem auch nuklear erzeugter Strom durch erneuerbare Energien ersetzt wird, hat den Vorteil, dass Speicherung und Anwendungen unverändert bleiben und außer der Kohlenstoffabscheidung und den Kohlenwasserstoffanlagen selbst keine zusätzliche Infrastruktur erforderlich ist. Allerdings erfordern die Gesamtenergieumwandlungsverluste grössere Photovoltaik-Anlagen.

Photovoltaik.

Eine vollständige Substitution fossiler Brennstoffe durch erneuerbare Energie aus Photovoltaik, so genannte Energiesysteme. Hier würde die saisonale Speicherung entfallen, da im Winter genug Strom produziert werden würde. Die Größe einer erforderlichen Photovoltaikanlage hängt von der Sonneneinstrahlung, dem Endenergiebedarf und dem Wirkungsgrad der Energieumwandlung ab. Die Wirkungsgrade werden von den thermodynamischen Grenzen und der technischen Machbarkeit beeinflusst. Die von den PV-Paneelen erzeugte Elektrizität wird als 100 % betrachtet, gefolgt von der Umwandlung und dem Transport der Elektrizität. Dieser Teil der Umwandlungskette ist immer erforderlich, unabhängig vom verwendeten Endenergieträger. Die Speicherung von Strom ist aufgrund des Tag-Nacht-Zyklus und der saisonalen Schwankungen der Sonneneinstrahlung unerlässlich. Die Speicherung ist in Batterien und in Pumpspeicherkraftwerken geeignet. Batterien bieten einen Wirkungsgrad von rund 90 %, während Wasserkraftwerke einen Wirkungsgrad von etwa 72 % haben.

Die installierte Kapazität der Photovoltaik muss sich von jetzt an bis 2050 fast jedes Jahrzehnt

bis 2050 verdoppeln. Die private Autoflotte müsste bis 2050 größtenteils auf elektrische Antriebe umgestellt sein. Das bedeutet, dass bis 2030 jedes dritte neu zugelassene Auto ein Elektroauto sein muss. Der Einsatz von Wärmepumpen muss im Dienstleistungs- und Wohnbereich beschleunigt werden, so dass bis 2050 fast drei Viertel des Bedarfs an Raumheizung und Warmwasserbereitung in Gebäuden decken. Außerdem wäre es notwendig, dass Effizienzgewinne erzielt, indem Energiesparmaßnahmen durch beschleunigte Renovierung umgesetzt werden.

Würde der heute (2022) in der Schweiz durch Kernenergie produzierte Strom komplett durch Photovoltaik ersetzt werden, sind 16 m2-Kopf und insgesamt 134 km2 für die Produktion von 24 TWh/Jahr notwendig. Dazu käme eine Stromspeicherkapazität von 9'000 GWh, zusätzlich zu den bereits vorhandenen 9'000 GWh Speicherkapazität aus Wasserkraft. Die Photovoltaik-Fläche entspricht der potenziell verfügbaren Dachfläche in der Schweiz. Der jährliche Strombedarf in der Schweiz beträgt 58 TWh, bereits heute werden im Sommer 10,7% exportiert und im Winter 7,9% importiert (4'550 GWh). Der Import entspricht 50% der Wasserkraftspeicherkapazität von 9'000 GWh. 

Batteriespeicher.

Ein rein elektrisches Energiesystem mit Batteriespeicher ist sehr teuer und ressourcenintensiv. Eine saisonale Speicherung wäre extrem teuer.

Lithium-Ionen-Batterien.

Der Preis von Lithium-Ionen-Batterien lag im Jahr 2018 bei 200 CHF/kWh und ist zwischen 2008 und 2018 um eine Größenordnung bzw. -20 %/Jahr gesunken. Die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien sinken exponentiell und werden sich voraussichtlich um 2030 auf 150 CHF/kWh einpendeln. Die Kapazität von Li-Ionen-Batterien nimmt mit der Zeit zu und konvergiert bei 250 Wh/kg. Die Tesla Powerwall hat eine Kapazität von 13,5 kWh und wiegt 125 kg, was zu einer gravimetrischen Energiedichte von 108 Wh/kg führt, und kostet 7'600 CHF nur für die Batterie und etwa 9'600 CHF bis 15'600 CHF inklusive Installation (563 CHF/kWh).

Blei-Säure-Batterien.

Blei-Säure-Batterien sind etwas billiger als Li-Ionen-Batterien; die Kosten pro gespeicherte 1 kWh Energie sind jedoch vergleichbar (200 CHF/kWh). Es wird angenommen, dass die Batterien eine Lebensdauer von 8 Jahren haben und 250 volle Zyklen machen.

Speicherung mittels Wasserkraft.

Die Speicherung von Strom mittels Wasserkraft in einem Speichersee erreicht eine typische gravimetrische Energiedichte [Δh = 500 m, η = 82%] von 1,1 Wh/kg (1,1 kWh-m-3), und die Kapitalkosten liegen bei knapp 2'000 CHF/kW (4 CHF/kWh), was zu Stromspeicherkosten von <0,1 CHF/kWh führt. Die geschätzte Betriebsdauer eines Wasserkraftwerks beträgt 80 Jahre. Der Ausbau der Pumpspeicherkraft in dem erforderlichen Umfang würde große Auswirkungen auf die Umwelt haben. Dennoch ist die Erhöhung der Speicherkapazität der Seen bestehender Wasserkraftwerke unerlässlich, um den Beitrag der erneuerbaren Energien in der Schweiz zu erhöhen.

Speicherbedarf

Saisonale Energiespeicherung.

Da die Kosten für Batterien derzeit sehr schnell sinken, sehen viele Menschen in Batterien die Lösung. Im Zuge der Energiewende wird es bald wirtschaftlich sein, Batteriestationen zu Hause, in Büros und in Fabriken zu haben, um den Strom zu speichern und zu nutzen, wenn Wind oder Sonne nicht ausreichen. Das ist in der Tat sinnvoll, wenn es um kurzfristige Unterbrechungen im Netz geht. Batterien sind nur dann wirtschaftlich sinnvoll, wenn man sie häufig laden und entladen kann. Es macht also keinen Sinn, eine Batteriestation zu bauen, wenn man sie nur in den Sommermonaten laden und in den Wintermonaten entladen kann. Die größte technische und wirtschaftliche Herausforderung der Zukunft ist deshalb die saisonale Energiespeicherung.

Die saisonale Batteriespeicherung bei einer vollständigen Elektrifizierung beträgt 2,3 MWh-pro-Kopf, was eine 12.000 kg schwere Li-Ionen-Batterie (200 kWh/kg) oder 18 TWh Speicher für die Schweiz erfordern würde. Im Gegensatz zur saisonalen Batteriespeicherung werden für die Tag/Nacht-Speicherung nur 26 kWh benötigt, etwa 1 % der saisonalen Speicherkapazität. Eine dezentrale oder lokale Tag-/Nachtspeicherung von Strom reduziert die Leistung im elektrischen Netz um den Faktor 7,5 (Durchschnitts-Leistung gegenüber Spitzenleistung der Photovoltaik-Anlagen). Das bedeutet: die aktuelle Netzinstallation ist für die vollständige Elektrifizierung ausreichend, da tagsüber der Strombedarf lokal gedeckt wird und nachts die Leistung der Durchschnittsleistung entspricht.

Der Speicherbedarf wird durch die Differenz zwischen dem Zeitprofil der PV-Produktion und dem Energiebedarf bestimmt. Bei PV-Anlagen ist in der Regel eine Tag/Nacht-Speicherung erforderlich, um den Bedarf über Nacht zu decken und die Leistungsschwankungen während des Tages auszugleichen, während die saisonale Speicherung von den jahreszeitlichen Schwankungen der Photovoltaik-Produktion und des Energiebedarfs in den verschiedenen Jahreszeiten abhängt. Die minimale Tag-/Nachtspeicherkapazität für den Durchschnitt des Solarstroms über den Tag und die Nacht an allen Tagen des Jahres beträgt 50 % der maximalen täglichen PV-Produktion im Juli und liegt damit bei etwa 0,25 % der jährlichen Energieerzeugung.

Die Größe des saisonalen Speichers wird durch die Verteilung der jährlichen Sonnenintensität an einem bestimmten Ort auf dem Globus bestimmt. Am kleinsten ist er in Äquatornähe, wo es fast keine jahreszeitlichen Schwankungen der Intensität gibt und die Sonneneinstrahlung mehr als doppelt so hoch ist wie in der Schweiz. An Standorten, an denen der Heizbedarf im Winter gering ist und die Klimatisierung im Sommer wesentlich zum Energiebedarf beiträgt, ähneln sich die Bedarfs- und die PV-Erzeugungskurve, was den Bedarf an saisonaler Speicherung verringert.

Für eine Photovoltaik-Produktion, die dem jährlichen Energiebedarf entspricht, ist eine maximale Größe des Speichers erforderlich. Je höher die Sonnenintensität ist, desto schneller nimmt die erforderliche Speichergröße mit steigender PV-Produktion ab. Im Vergleich von drei Sonneneinstrahl-Standorten, nämlich für Zürich, 74 %, Zermatt, 83 % und die Sahara 89 % zeigt sich, dass für einen großen Teil des Jahres nur eine Tag/Nacht-Speicherung erforderlich ist. Die Größe des Speichers wurde auf der Grundlage der Energie aus der Sonnenintensität und des Energiebedarfsprofils errechnet. Selbst bei erheblicher Überkapazität ist die Tag-/Nachtspeicherung vorteilhaft, da sie das Stromnetz widerstandsfähiger macht und die Leistung im Netz aufgrund der Spitzenabschaltung während des Tages deutlich von der Spitzenleistung auf weniger als das Doppelte der durchschnittlichen Leistung der PV-Anlage reduziert. Eine lokale, dezentral verteilte Batteriespeicherung ist so oder so unvermeidlich. Sie würde bei Batteriekosten von 100 CHF/kWh 356 CHF/Kopf pro Jahr kosten.

Da jedoch der maximale Energiebedarf der Schweiz im Winter auftritt, was mit der Zeit der minimalen PV-Erzeugung zusammenfällt, ist eine saisonale Speicherung erforderlich. Die größte Herausforderung für das Stromsystem ist deshalb die saisonale Speicherung von 18 TWh für die Schweiz, was dem 40-fachen der weltweiten Li-Batterieproduktion im Jahr 2020 entspricht und 36.000 CHF/Kopf pro Jahr kosten würde. Die saisonale Speicherung des Stroms in Batterien ist daher für die Schweiz weder technisch noch wirtschaftlich eine praktikable Lösung.

Im rein elektrischen System, in dem die Heizung auf Wärmepumpen basiert und die Mobilität elektrisch erfolgt, können mit einer reinen Tag-/Nachtspeicherung fast 75% des Energiebedarfs gedeckt werden. Für die verbleibenden 25 % im Winter (0,32 kW-pro-Kopf) fehlt jedoch die einheimische Stromproduktion. Sie könnte auch aus fossilen Brennstoffen zur Stromerzeugung gedeckt werden. Eine Möglichkeit wäre Erdgas.

So würden zusätzliche 0,8 kW-Kopf an fossilen Brennstoffen für die thermischen Kraftwerke (kombinierter Wirkungsgrad = 40 %) benötigt, die nur 5 Monate im Jahr laufen und 60.000 GWh Erdgas verbrauchen würden. Daher wären etwa sechs Wärmekraftwerke erforderlich, die an 150 Tagen/Jahr laufen und >10-109 kg CO2 ausstoßen. Rechnet man den Flugzeugtreibstoff (0,32 kW-Kopf) hinzu, der 5,6-109 kg CO2 pro Jahr erzeugt, sind das etwas mehr als 38% der derzeitigen jährlichen CO2-Emissionen der Schweiz (40-109 kg). Die Elektrifizierung der Energiewirtschaft ohne massiven Ausbau der Speicherkapazität müsste durch sechs mit Erdgas betriebenen thermischen Kraftwerken ergänzt werden und würde zu einer CO2-Reduktion von nur 62% gegenüber dem heutigen CO2 Emissionen aus fossilen Brennstoffen führen.

Im Vergleich dazu ist die Stromspeicherung in einem Wasserkraftwerk mit Kosten von 0,1 CHF/kWh ohne Netzkosten um drei Grössenordnungen günstiger als in Batterien oder mit thermischen Kraftwerken. Aufgrund des Wirkungsgrads von Pumpe und Turbine von jeweils rund 80 % muss im Vergleich zu einem Batteriespeicher 56 % mehr Strom durch Photovoltaikanlagen erzeugt und 25 % mehr Strom gespeichert werden. Die volumetrische Energiespeicherdichte in einem Wasserkraftwerk beträgt 1,1 kWh-m-3, und in einem Speichersee mit einem Volumen von 16,3 km3 könnten 18 TWh gespeichert werden, was dem Zweifachen der gesamten Speicherkapazität aller Seen der derzeitigen Wasserkraftwerke in der Schweiz oder dem 13-fachen des Wasserkraftwerks Grand Dixence (1.570 GWh) im Wallis, Schweiz, entspricht.

Reduktion Strom-Importe

Vollständige Elektrifizierung.

Verschiedene Forschungsteams kommen zu dem Schluss, dass das optimale Szenario ein Mix aus Photovoltaik- und Windenergieerzeugung wäre. Dieser Mix ist der effizienteste Weg, um den CO2 Fussabdruck des Landes zu reduzieren, aber auch die beste Alternative zur Kernenergie sowie den Strombedarf von Elektromobilität und des Wärmebedarfs zu decken.

Ideal wären eine Windstromproduktion von 12 TWh und einer Solarstromproduktion von 25 TWh. In der Schweiz wurden im Jahr 2021 2,72 TWh Solarenergie und 0,13 TWh Windkraft erzeugt. Im Vergleich zu einer Kernkraftlösung reduziert der vorgeschlagene Produktionsmix den Importbedarf von 16 TWh auf 13,7 TWh. Diese Elektrifizierung insgesamt würde den Beitrag der Schweiz zu den globalen Treibhausgasemissionen um 45% reduzieren. Die heutigen Energie-Speicher der Schweiz, welche die sommerlichen Stromüberschüsse künftiger Photovoltaik-Kraftwerke aufnehmen sollen, können dies nur teilweise bewältigen.

Eine vollständige Elektrifizierung wäre realisierbar, bedeutet aber einen massiven Ausbau der Speicherkapazitäten.

Wasserkraft

Speicher- und Pumpspeicherkraft-werke.

Mit den erneuerbaren Energien gibt es Probleme in den Stromnetzen, verursacht durch saisonale Schwankungen. Eine Windturbine produziert in den Sommermonaten weniger, da es weniger Wind gibt. Bei einer Photovoltaik-Anlage ist es umgekehrt: In den Sommermonaten wird mehr Strom produziert. Dies ist ein Problem, das man nicht mit Batterien lösen kann. Anstatt auf Batterien zu setzen, um das Problem der Saisonalität zu lösen, könnte man auf Wasserkraft setzen - genauer gesagt auf gespeicherte Wasserkraft.

Die Schweiz hat bereits heute eine grosse Kapazität:
- Speicherkraftwerke (d.h. Staudämme), bei denen das Wasser über die Turbinen abgelassen werden kann, wann immer man will
- Pumpspeicherkraftwerke, bei denen man nicht nur Wasser aus den Bergen auffängt, sondern auch Wasser aus tieferen Lagen in das Becken/Speicher pumpt, um es dann zu nutzen, wenn es gebraucht wird
- Laufwasserkraft ist Strom, der durch Flüsse erzeugt wird, die Turbinen antreiben

Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke können als saisonale Batterie genutzt werden. Pumpspeicher sind interessanter, weil sie in Zeiten hoher erneuerbarer Energieerzeugung geladen werden können. Wenn man eine große Solarkapazität aufbaut, kann man in den Sommermonaten diesen grünen Strom nutzen, um zusätzliches Wasser in das höher gelegene Becken zu pumpen. Die Schweiz müsste noch mehr in die Wasserkraftspeicherkapazität investieren, was bedeutet, dass bis 2035 jedes Jahr ein Wasserkraftwerk in der Größe des Wasserkraftwerks Grand-Dixence gebaut werden müsste. Künftig sollen solche großen „Batterien“ in der Alpenregion gut mit den umliegenden Märkten verbunden sein. Dies erfordert den Ausbau der Stromleitungen.

Die langfristige Stromversorgung der Schweiz basiert traditionell auf der Wasserkraft, die wiederum von der Schneedecke in den Bergen abhängt. Jedes Jahr verlieren die Gletscher der Alpen - einer Gebirgskette, die Teile von acht verschiedenen europäischen Ländern umfasst - durchschnittlich 1 Prozent ihres Volumens. Die Prognosen für die Gletscher des schweizerischen Teils der Alpen sind düster, und immer mehr Forscher wagen es, öffentlich zu sagen, dass die Gletscher des Landes nicht mehr zu retten sind.

Bis zum Ende dieses Jahrhunderts werden die Gletscher der Schweiz aufgrund des Klimawandels weitgehend verschwinden, abgesehen von einigen bescheidenen Resten. Ein kürzlich durchgeführtes nationales Forschungsprogramm stellte fest, dass die Situation unumkehrbar ist. Selbst wenn wir den Klimawandel erfolgreich bekämpfen und über Nacht zum Klima von 1900 zurückkehren würden, würde es Jahrhunderte dauern, um den rasenden Güterzug des derzeitigen Temperaturanstiegs zu bremsen. Verschiedene Computermodelle mit unterschiedlichen Szenarien zeigen, dass die Gletscher der Schweiz - eine Ikone des Landes - leider verschwinden werden, was das Gefühl der hochalpinen Umgebung dauerhaft verändern wird, auch wenn die genauen Details noch unklar sind.

Die Schweiz wird ohne ihre Gletscher sicherlich anders aussehen, aber wie wird sich das auf die Wasserkraft auswirken? Nach Berechnungen der ETH Zürich (2013) wird die Schweiz langfristig wahrscheinlich nicht unter Wasserknappheit leiden. Die Gletscher werden zwar schmelzen, aber die jahrhundertelang in ihnen gespeicherten Niederschläge werden lediglich in Form von Wasser austreten. Und die Niederschläge, die jedes Jahr in Form von Regen, Schnee, Graupel und Hagel niedergehen, werden auch weiterhin fallen. Noch lange nach dem Abschmelzen der Gletscher wird die Schweiz als Ganzes über ausreichend Wasser aus den jährlichen Schneefällen verfügen und "Europas Wasserspeicher" bleiben.

Derzeit werden nur 5 Prozent (eine Milliarde Kubikmeter) der jährlichen Niederschlagsmenge des Landes für die Wasserversorgung der Staudämme genutzt, was bedeutet, dass 95 Prozent als Abflusswasser verloren gehen - Wasser, das in Zukunft möglicherweise genutzt werden könnte, um Turbinen zum Drehen zu bringen und Strom zu erzeugen. Durch eine geringfügige Erhöhung der bestehenden Staudämme könnte ein größerer Teil des Abflusses aufgefangen und die Winterproduktion, die für die Stromversorgung der Schweiz entscheidend ist, um mehr als 2 TWh gesteigert werden. Entscheidend für die Erschließung neuer Stauseen oder die Änderung bestehender Dämme ist, ob die politische Bereitschaft für eine verstärkte Nutzung dieser Ressourcen vorhanden ist. Es gibt berechtigte Bedenken von Umweltschutzverbänden, dass hochsensible alpine Arten geopfert werden, wenn Täler für die Stromerzeugung aus Wasserkraft geflutet werden.

Doch solche Stauseen können nicht nur aus Gründen der Stromerzeugung notwendig werden. In Zukunft werden im Hochgebirge mehr Dämme benötigt, um die immer höheren Hochwasserscheitel aufzufangen. Das liegt daran, dass Gletscher wie ein Schwamm wirken und Wasser zurückhalten; wenn die Gletscher kleiner werden oder verschwinden, werden neue starke Niederschläge als Regen und nicht als Schnee niedergehen und sich nicht mehr aufstauen. Mit anderen Worten: Die Wasserspeicherfunktion der Gletscher wird verschwinden, und die Stauseen müssen die wichtige Funktion übernehmen, die Gefahr von Überschwemmungen zu mindern. Vor diesem Hintergrund sind mehr Dämme, mehr Deiche und mehr Wasserkraft zu erwarten.

Windkraft

Flächennutzungs-planung.

Windkraftanlagen stören die Landschaft - ein großes Problem bei der Flächennutzungsplanung, insbesondere in einem Land wie der Schweiz, wo der Platz begrenzt ist. Außerdem befürchten einige, dass die Flügel von Windkraftanlagen für Vögel und Fledermäuse während ihrer Wanderungen im Frühjahr und Herbst gefährlich werden können. Auch der von einer Windturbine erzeugte Lärm - etwa 60 Dezibel - kann für die Anwohner der Anlagen störend sein. All diese Argumente schränken das Potenzial von Windkraftanlagen ein.

Eine Alternative zu herkömmlichen Windkraftanlagen könnte die Drachenenergie sein. In größeren Höhen sind die Winde in der Regel stärker und beständiger - so stark, dass es in der Nähe der Alpen ein lebhaftes Abenteuersportgeschäft mit Segelflugzeugen gibt - und große Drachen können mehrere hundert Meter hoch steigen und die enorme Energiemenge einfangen, die in diesen höheren Winden verfügbar ist.

Das System zur Stromerzeugung durch Drachen funktioniert ähnlich wie das Steigenlassen eines herkömmlichen Drachens, nur dass gleichzeitig eine um eine Trommel gewickelte Leine gezogen wird. Während sich die Trommel dreht, um die Leine auszuwerfen, wird sie mit einem Generator gekoppelt, der Strom erzeugt. Wenn der Drachen seine Zielhöhe erreicht hat, wird sein Winkel zum Wind verringert, so dass er sinkt, und die Leine wird mit minimaler Spannung wieder aufgerollt. Sobald der Sinkflug beendet ist, beginnt der Drachen eine neue Steigphase, in der er wieder Strom erzeugt.

Die Technologie befindet sich noch in der Pilotphase, aber da in höheren Lagen ein sehr konstanter Wind herrscht, bleibt der Drachen mehr oder weniger konstant in der Luft, ohne anzuhalten. Im Gegensatz zu den meisten anderen erneuerbaren Energien kann er eine wertvolle Grundlast liefern. Zudem gibt es auch neue Windturbinen mit vertikalen Rotoren, die in den nächsten Jahren auf den Markt kommen.

Energie-Umwandlung

Power-to-X-Technologien.

Wasserstoff und synthetische Kohlenwasserstoffe als Energiespeicher. Die saisonale Speicherung wäre gelöst, aber die Prozesse sind noch teuer und die Energieeffizienz ist teilweise relativ tief. Investitionszyklen im Bereich der Energieumwandlung benötigen zwei bis drei Jahrzehnte. Neue Energietechnologien brauchen Zeit, um sich auf den bestehenden Märkten durchzusetzen. Um neue Märkte zu durchdringen, werden verschiedene Formen der Unterstützung erforderlich sein, um die Nachfrage und das Angebot von sauberem Wasserstoff zu fördern. Die Wasserstoffinfrastruktur soll von Beginn weg langfristige Umweltkriterien erfüllen. Die Nachfrage nach sauberem Wasserstoff kann durch strenge Emissions- und Effizienznormen für Fahrzeuge und Gebäude gefördert werden. Um die Innovation und das Vertrauen der Investoren zu fördern, muss die Politik stabile langfristige Signale wie starre Klimaziele definieren, um so die Investitionsrisiken zu senken. 

Power-to-X-Technologien werden ebenfalls zu einem wichtigen Element des Übergangs, aber Investitionen in großem Umfang sind noch nicht wirtschaftlich. Power-to-X-Technologien können zu einer kosteneffizienten und zuverlässigen Energieversorgungsstruktur beitragen und die CO2-Emissionen reduzieren. Für eine erfolgreiche Marktintegration von Power-to-X ist die Fähigkeit zur Kombination von Einnahmen aus verschiedenen Märkten wie Hilfsdienste, Wärme, Wasserstoff, synthetische Brennstoffe, Sauerstoff und CO2-Zertifikate wichtig. Power-to-X-Technologien eröffnen eine Vielzahl von Möglichkeiten für zentrale Speicher, einschließlich neuer Lösungen auf der Grundlage von Wasserstoff und E-Treibstoffen.

Für eine saisonale Stromspeicherung wären Batteriespeicher eigentlich die energieeffizienteste Lösung. Dies erfordert jedoch eine saisonale Stromspeicherung, um den Energiebedarf das ganze Jahr über zu decken. Die Deckung dieses Bedarfs durch Batterien ist mit erheblichen Kapitalkosten verbunden und bei den derzeitigen Produktionsraten für Batterien nicht realisierbar. Grundsätzlich sind aber Batteriespeichersysteme in Kombination mit Solar-PV eine vielversprechende Lösung. Vor allem, wenn Sie dezentral und in direkter Verbindung mit einer PV-Anlage eingesetzt werden. Sie helfen so, den Eigenverbrauch hinter dem Zähler zu erhöhen, so dass der lokale Strombedarf mit der PV-Erzeugung auch in Zeiten gedeckt werden kann, wenn die Solaranlage keinen Strom liefert.

Eine Zunahme der erneuerbaren Energietechnologien wie der Solarenergie wird zu Volatilität und Unsicherheiten im Stromsystem führen. Die System-Betreiber werden vor neuen Herausforderungen stehen, um das Stromsystem sicher und zuverlässig zu machen. Daher muss das Stromsystem flexibel genug sein, um Strom zu speichern und die Nachfrage auf Zeiten des Überangebots verlagern.

Zukünftige Energiespeichertechnologien zielen auf groß angelegte Energiespeichersysteme ab, die in der Lage sind, die saisonalen Diskrepanzen zwischen Stromerzeugung und Stromverbrauch auszugleichen. In Zukunft werden langfristige Energiespeichersysteme benötigt, um die Abhängigkeit von Energieimporten zu verringern und die Stromkosten im Winter zu senken.

Die Produktion von erneuerbarer Energie und synthetischem Treibstoff in Äquatornähe senkt die Kosten um 35 %. Die Kosten für synthetischen Treibstoff liegen bei etwa 0,5 CHF/kWh, dürften aber mit der Zeit sinken. Das auf Wasserstoff basierende Energiesystem ist etwas teurer als das auf der direkten Produktion von grünem Strom basierende und erfordert die Entwicklung einer Wasserstoffinfrastruktur und von Wasserstoffanwendungen. Infrastruktur und Anwendungen, die mit Wasserstoff arbeiten, erfordern viel Photovoltaik für die Stromproduktion. Aber die Wasserstoff-Infrastruktur und die Anwendungen sind bereits vorhanden. Das Modell für die Schweiz könnte auf andere Länder übertragen werden.

Die Produktion von synthetischen Kohlenwasserstoffen (KWK) erfordert aufgrund der Umwandlungsverluste bei der Produktion und der Nutzung von Kohlenwasserstoffen die grösste PV-Anlage von 60% der Stadtfläche der Schweiz. Darüber hinaus muss die derzeit von den Kernkraftwerken erzeugte Elektrizität ersetzt werden. Die Speicherung von Kohlenwasserstoffen selbst und deren Anwendungen sind etablierte Technologien und erfordern keine Änderung der Infrastruktur.

Die unterirdische Speicherung von Wasserstoff, um den saisonalen Bedarf auszugleichen, erfordert den Bau eines Wasserstoffspeichers. Fahrzeuge – vor allem Transportfahrzeuge, die mit Wasserstoff-Brennstoffzellen betrieben werden, könnten deshalb eine vielversprechende Alternative sein, vor allem, weil die Möglichkeit besteht, in Zeiten des Überschusses an Strom aus erneuerbaren Energiequellen billigen und umweltfreundlichen Wasserstoff durch Elektrolyse in Kraftwerken zu erzeugen. Dies würde ein großes Problem lösen: gelegentliche Überproduktionsspitzen. Mit der zunehmenden Rolle von Wind- und Sonnenenergie kommt es häufig zu Schwankungen in der Strommenge, die ein Überangebot verursachen, das im Stromnetz bewältigt werden muss. Die direkte Umwandlung von Strom in chemisch gespeicherte Energie in Form von Wasserstoff wäre also eine willkommene Methode, um das Netz bei Versorgungsspitzen zu entlasten.

Würde man die für die Produktion von synthetischen Kohlenwasserstoffen nötige Photovoltaik in der Nähe des Äquators installieren, wo die Sonneneinstrahlung mehr als doppelt so hoch wie in der Schweiz ist, könnte man die Größe und die Kosten der PV-Anlagen um mehr als 50 % halbieren. Der Bedarf einer saisonalen Speicherung würde entfallen, weil eine Tag/Nacht-Speicherung reicht, um eine konstante Produktion von synthetischen Brennstoffen zu ermöglichen. Zudem kann die Produktion des synthetischen Brennstoffs mit der Hälfte der PV-Anlagengröße über das ganze Jahr verteilt werden. Im Vergleich sinken die Gesamtkapitalkosten auf etwa die Hälfte der Kosten eines in der Schweiz installierten Energiesystems und die synthetischen Kohlenwasserstoffe werden nur halb so teuer. Doch: die Produktion synthetischer Kohlenwasserstoffe erfordert aufgrund des relativen tiefen Umwandlungswirkungsgrads eine PV-Anlage, die etwa 300 % der in den Kohlenwasserstoffen enthaltenen Energie erzeugt. Eine solche PV-Anlage würde jedoch bereits mehr als 95 % des jährlichen Energiebedarfs in Zürich und 100 % in Zermatt mit reiner Tag/Nacht-Speicherung decken.

Künftig wird es deshalb je nach Anwendungsfall und Bedürfnissen viele Mischformen der Technologien geben.

Photovoltaik

Potenzial für Solarenergie.

Die weltweit installierte Spitzenleistung von PV-Anlagen ist in den letzten 20 Jahren exponentiell gewachsen, mit einer Wachstumsrate von etwa einer Größenordnung alle 5 Jahre (+47%/Jahr). Die Wachstumsrate der Windenergie ist etwas geringer, und es wird vorhergesagt, dass die von PV erzeugte Energie die der Windenergie im Jahr 2024 übertreffen wird.

Die Sonneneinstrahlung in der Schweiz beträgt im Durchschnitt 1'100 kWh pro m2 und Jahr. Im Durchschnitt liefert ein Quadratmeter Solarpanel im Schweizer Mittelland etwa 140 kWh, saisonale Schwankungen nicht eingerechnet. PV-Anlagen haben heute (Stand 2022) einen Wirkungsgrad von im Durchschnitt etwa 20% . Damit kann man in der Schweiz also pro Jahr und m2 etwa 220 kWh grünen Strom produzieren.

Das Potenzial für Solarenergie ist in einem kleinen Gebirgsland wie der Schweiz sehr gross. Potenzielle Freiflächen-Standorte für Photovoltaikanlagen gibt es in der Schweiz viele, so zum Beispiel an den Autobahnen oder Eisenbahnlinien entlang und in den Schweizer Hochalpen. Einer der Hauptnachteile der Photovoltaik besteht jedoch darin, dass die von ihr erzeugte Elektrizität unstetig ist und saisonalen und wetterbedingten Schwankungen unterliegt. Aus diesen Gründen muss die Technologie von einer intelligenten Stromspeichertechnologie begleitet werden. Die Produktionskosten sind immer noch relativ hoch, was sich auf die Wettbewerbsfähigkeit der Schweizer Unternehmen auswirken kann, die Sonnenenergie nutzen. Der Ertrag pro Quadratmeter Solarpaneele ist nicht so gross, was bedeutet, dass sie auf Freiflächen in einem Land mit begrenztem Platzangebot viel Land beanspruchen. Demgegenüber ist das Potenzial auf Dächern und an Fassaden in dicht besiedelten Gebieten jedoch sehr hoch.

Synthetische Brennstoffe:

Energiesystem auf Kohlenwasserstoff-basis.

Für die Herstellung synthetischer Brennstoffe benötigt man CO2. Die für die CO2-Abscheidung erforderliche Mindestenergie hängt von der CO2-Konzentration ab. Die Kosten für die CO2-Abtrennung aus Luft werden auf etwa 0,5 CHF je kg CO2 geschätzt, und bei Optimierung der Energiequelle und des Prozesses können die Kosten auf 0,22 CHF gesenkt werden. Die Synthese von Kohlenwasserstoffen erfordert Investitionen im großem Maßstab. Der Übergang von Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen erfordert die Abscheidung von CO2 aus der Atmosphäre und die Synthese von Kohlenwasserstoffen. Im Falle von Methan (synthetisches Erdgas) muss auch die Speicherung von Methan in Betracht gezogen werden, während die Anwendungen bereits existieren. Bei flüssigen Kohlenwasserstoffen schließlich muss nur die Synthese berücksichtigt werden, da die Infrastruktur für die Lagerung und Verteilung sowie die Anwendungen bereits vorhanden sind.

Ein Energiesystem auf Kohlenwasserstoffbasis, bei dem der Ersatz von fossilen Brennstoffen durch synthetische Kohlenwasserstoffe erfolgt, ist die dritte grosse Option. Der Wasserstoff kann dabei zur Reduzierung des aus der Luft abgeschiedenen CO2 und zur Herstellung synthetischer Kohlenwasserstoffe verwendet werden. Die Umwandlungsverluste einschließlich der CO2-Abscheidung erfordern eine wesentlich größere PV-Anlage. Der Hauptvorteil der synthetischen Kohlenwasserstoffe besteht jedoch darin, dass sie leicht zu lagern und zu verteilen sind, die Infrastruktur bereits existiert und alle Anwendungen bereits vorhanden sind. Für die Produktion von synthetischen Kohlenwasserstoffen ist ein System nötig, das aus PV-Anlagen mit einer Fläche von 220 m2 pro Kopf besteht. Dies entspricht etwa 60 % der städtischen Fläche der Schweiz.

Die idealen Monate für die Produktion von synthetischen Brennstoffen sind April bis September. Bei der Synthesereaktion werden 76 % der Energie des Wasserstoffs in Kohlenwasserstoffe umgewandelt, und die Wärme aus der exothermen Reaktion kann für den Desorptionsschritt bei der CO2-Abscheidung aus der Luft genutzt werden. Zwischen April und September schwankt die PV-Energieerzeugung zwischen 75% und 100% des Maximums. Der Batteriespeicher wäre aber groß genug, um das ganze Jahr über nachts Strom zu liefern, und entspricht in den sechs Monaten des Jahres annähernd der vollen Stromerzeugung aus synthetischen Kohlenwasserstoffen. Die Wasserstoffspeicherung in großem Maßstab würde unterirdisch erfolgen. Voraussetzung ist, dass die CO2-Abscheidung, und die Synthese von Kohlenwasserstoffen kontinuierlich mit einer konstanten Rate läuft.

Wasserstoff:

Anwendungen für Industrie und den Mobilitätssektor.

Wasserstoff dringt in die Industrie und den Mobilitätssektor für Anwendungen ein, bei denen die direkte Nutzung von Elektrizität eine Herausforderung darstellt oder mit sehr hohen Kosten verbunden wäre. Der öffentliche Fernverkehr, der Straßengüterverkehr und die Schwerindustrie, sind am schwersten zu dekarbonisieren und bieten Perspektiven für neue Wasserstofftechnologien.

Der Preis von Wasserstoff liegt derzeit bei etwa 10 CHF/kg. Er ist stark von den Stromkosten abhängig. Etwa 90 % der Kosten bei der Herstellung von Wasserstoff sind Stromkosten für die Elektrolyse. Eine funktionierende Protonenaustauschmembran-Elektrolyse (PEM) mit einem Wirkungsgrad von 50 % verbraucht etwa 80 kWh Strom pro 1 kg Wasserstoff. Der Preis für Energie in Form von grünem Wasserstoff beträgt also 0,25 CHF/kWh (2022).

Die Kosten der Wasserstoffspeicherung hängen von der Art und Größe des Speichers ab. Wasserstoff kann als komprimiertes Gas, als Flüssigkeit und in Hydriden gespeichert werden. Die Speicherung von komprimiertem Wasserstoff in kleinem Maßstab bis etwa 1.000 kg H2 kostet etwa 250 CHF/kg. Die unterirdische Grossspeicherung kostet 8,80 CHF/kg H2, das heisst etwa 0,22 CHF/kWh. Wird Wasserstoff als Treibstoff verwendet, bracht es Brennstoffzellen in den Motoren. Brennstoffzellen weisen einen Wirkungsgrad von bis zu 60% auf und kosten 1'000 CHF/kW. Es wird erwartet, dass die Brennstoffzellen 10 Jahre lang im Dauerbetrieb arbeiten.

Im einem rein wasserstoffbasierten Energiesystem werden die fossilen Brennstoffe mit Ausnahme des Flugzeugtreibstoffs durch Wasserstoff ersetzt. Es gibt jedoch Umwandlungsverluste im Elektrolyseur. Der Wirkungsgrad beträgt zwischen 50 % und 85 %. Deshalb erfordert die Wasserstoffwirtschaft eine größere Stromerzeugung. Die Herstellung von Wasserstoff benötigt viel kontinuierlichen und konstanten Strom. Da dieser nicht konstant von Photovoltaikanlagen kommen kann, braucht es zusätzliche Batteriespeicher. Zudem erfordert das wasserstoffbasierte System Anlagen für die Wasserstofferzeugung, -speicherung und -verteilung sowie für die Wasserstoffanwendungen.

Die saisonale Speicherung wird dabei durch eine zentrale Wasserstoffproduktion und -speicherung realisiert. Sie entspricht 6,5 m3-pro-Kopf oder 57 Mm3 für die Schweiz, was etwa dem 25-fachen Volumen des Gotthard-Basistunnels gleichkommt. Neben der saisonalen zentralen unterirdischen Speicherung ist eine lokale Speicherung sowie eine Speicherung für die mobilen Anwendungen erforderlich. Die Speicherung von komprimiertem Wasserstoff in Stahlflaschen kostet dabei mehr als die Speicherung in einem grossen unterirdischen Hohlraum. Der gesamte Energiebedarf wird als identisch mit dem heutigen Energiebedarf angenommen, obwohl der Energiebedarf in der Mobilität aufgrund der Verwendung von Brennstoffzellen potenziell geringer ist. Die Gesamtenergiekosten sind weniger als doppelt so hoch wie die Energiekosten im derzeitigen Energiesystem.

CO2 Reduktion

Das dekarbonisierte Energiesystem.

Aktuell wird pro Person eine Kohlenstoffmenge von 5,7 Tonnen Kohlendioxid produziert und in die Umwelt abgegeben. Optimistische Szenarien zeigen, dass diese Menge auf etwa 1 bis 1,5 Tonnen reduziert werden könnte. Kohlenstoffabscheidung und Bioenergie spielen hier eine wichtige Rolle. Um das Netto-Null-Ziel auf kosteneffiziente Weise zu erreichen, müssten bis 2050 etwa 8,6 Millionen Tonnen CO2 aus dem Energiesystem abgeschieden werden. Die Abscheidung, Nutzung und Speicherung von CO2 ist eine entscheidende Technologie, um eine weitgehende Dekarbonisierung zu erreichen. Etwa die Hälfte der abgeschiedenen CO2 Emissionen stammt aus negativen Emissions-Technologien wie Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und direkte Luftabscheidung. 

Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung kann nicht nur für die Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre, sondern auch für die Erzeugung von Wasserstoff verwendet werden. Wasserstoff, der ebenfalls direkt als Ersatz für fossile Brennstoffe verwendet wird. Wenn Bioenergie so genutzt wird, werden hohe Kosten für die Eindämmung des Klimawandels Kosten entstehen. Wenn die Speicherung von abgeschiedenem CO2 in der Schweiz eine Herausforderung darstellt und nicht realisiert wird, wäre der Zugang zu einer internationalen CO2-Transport- und Speicherinfrastruktur unerlässlich, um einen drastischen Anstieg der Klimaschutzkosten zu vermeiden. Die Förderung von Innovationen in den Bereichen Elektrifizierung, Wasserstoff und Bioenergie ist sehr wichtig. Denn mehr als zwei Drittel der kumulativen Emissionsreduzierung, die erforderlich ist, um das Netto-Null-Emissionsziel zu erreichen, entfallen auf Technologien, die noch in der Entwicklung sind.

Fernwärmenetze spielen ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Energiewende. Fernwärmesysteme bieten Flexibilität für die Integration verschiedener erneuerbarer Energiequellen. Im Jahr 2050 werden Fernwärmesysteme weitgehend auf erneuerbaren Energiequellen basieren und stützen sich auf eine Reihe von Optionen wie Solarenergie, Biomasse, Geothermie und Wärmespeicher.

Es bedarf langfristiger politischer Ziele und detaillierter Strategien für saubere Energietechnologien. Die Verwirklichung des Netto-Null-Ziels ist technisch machbar, erfordert jedoch koordinierte Anstrengungen in allen Sektoren und Zugang zu den internationalen Energiemärkten, um die damit verbundenen Kosten zu begrenzen. Aus technologischer Sicht gibt es bereits ein allgemeines Verständnis für die neuen Anwendungen, die erforderlich sind, um tiefgreifende CO2-Emissionssenkungen zu erreichen. Aber die Energieunternehmen und die Industrie benötigen klare, langfristige Strategien. Auch das Engagement und die Entscheidungen der Verbraucher für bestimmte Produkte und Dienstleistungen sowie die Akzeptanz der neuen Technologien sind entscheidend. Wenn sich die Schlüsseltechnologien für den Übergang aufgrund finanzieller Risiken oder Fragen der sozialen Akzeptanz nicht durchsetzen, dann wäre die Erreichung des Netto-Null-Ziels in Frage gestellt. 

CO2 Reduktion.

Das dekarbonisierte Energiesystem der Zukunft erfordert kohlenstofffreie Energieträger (Strom, Biokraftstoffe und E-Fuels), Zugang zur entsprechenden Transport- und Verteilungsinfrastruktur sowie die Möglichkeit, saubere Brennstoffe und Elektrizität zu importieren.

Netto-CO2 Energiesystem

Speicherung von CO2 in der Schweiz.

Negative Emissionstechnologien sind während dem Übergang zu einem Netto-CO2-Energiesystem unerlässlich. Die Aufrechterhaltung oder sogar Vergrößerung von Kohlenstoffsenken im Zusammenhang mit der Forstwirtschaft ist wichtig. Sie allein reichen jedoch nicht aus, um den erforderlichen Emissionsabbau zu gewährleisten. Der Abbau von Emissionen hängt auch von den veränderten Ernährungsgewohnheiten ab. Daher müssen Technologien zur CO2-Entfernung Teil der Lösung sein. Im Verkehr, in der Industrie und in der Abfallwirtschaft sind die verbleibenden Emissionen am schwierigsten auszugleichen. 

Die Komponenten dieser Technologien sind bekannt und sie können im kommerziellen Masstab eingesetzt werden. Es aber verschiedene Hindernisse, die ihrem breiteren Einsatz entgegenstehen. Dazu gehören die Kosten der CO2-Abscheidung und -Speicherung, die gesellschaftliche Akzeptanz der CO2-Speicherung an Land und Bedenken hinsichtlich der die Unversehrtheit der CO2-Speicher und das wahrgenommene Risiko eines CO2-Austritts. In Europa gibt es diverse Projekte, welche CO2 offshore unter dem Meeresboden speichern, was in der Regel von der Öffentlichkeit stärker akzeptiert wird als die Onshore-Speicherung. Es gibt eine Diskussion über die Abscheidung von CO2 und seine Speicherung an Standorten in verschiedenen Ländern mit potenziellen Offshore-Speicherkapazitäten.

Die Speicherung von CO2 in der Schweiz ist ungewiss oder begrenzt. Die Schweiz müsste Zugang zu CO2-Transportstrukturen im Ausland erhalten und sich an der Schaffung kohärenter Verträge für die zur korrekten Anrechnung des Emissionsabbaus sowie an der Entwicklung der dieser Infrastruktur und an internationalen Vereinbarungen über Lieferverträge beteiligen.

Der Übergang zur Dekarbonisierung stützt sich auf drei Hauptpfeiler.

Die erste Säule ist die Nutzung des verbleibenden nachhaltigen inländischen Potenzials an erneuerbaren Energien. Dazu gehören nicht nur die PV-Solaranlagen, sondern auch Bioenergie, Wind und Geothermie. Von entscheidender Bedeutung ist die Beibehaltung der Wasserkraft, diese zumindest auf dem derzeitigen Niveau zu halten und auch den Zugang zu dem nachhaltigen Bioenergiepotenzial zu sichern.

Die zweite Säule ist die Integration der Energiemärkte. Insbesondere solche, die den Handel mit neuen Energieträgern wie Wasserstoff und synthetischen Kraftstoffen betreffen. Die Entwicklung einheimischer synthetischer Kraftstoffe und E-Treibstoffe ist zwar technisch machbar, aber nicht immer die kostengünstigste Option.

Die dritte Säule ist die technologische Innovation und die weltweite Forschung und Entwicklung von kohlenstoffarmen Technologien. Es braucht aber eine Einführung im industriellen Massstab, um deren Kosten zu senken und die Gesamtleistung zu verbessern. Der Übergang zu einer kohlenstoffarmen Energiewirtschaft kann durch den technologischen Fortschritt sowie durch Kreislaufwirtschaft sicher gestellt werden.

Der Finanzsektor wird in der Fachliteratur weithin als Schlüsselfaktor für den Übergang zur Dekarbonisierung bezeichnet. Wichtig ist es, gestrandete Vermögenswerte zu vermeiden, die zu Verlusten für

Unternehmen und Finanzinstitute führen. Um dies zu erreichen, muss die Umschichtung von Kapital in Energieeffizienz und erneuerbare Technologien in der gesamten Realwirtschaft konsequent durchgeführt werden und physische Risiken und immaterielle Umwelt-, Gesellschafts- und Governance-Faktoren in die Preisbildung für Vermögenswerte einbeziehen.

Der größte Teil des Investitionsbedarfs wird durch private Finanzierungen gedeckt werden müssen. Zudem ist es nötig, mindestens einen Teil der Investitionstätigkeit der Banken an den Sektor der kohlenstoffarmen Technologien zu binden. Auch private Investoren müssen den Übergang unterstützen. Zu diesem Zweck sollten private Investoren stets die Möglichkeit haben in kohlenstofffreie oder kohlenstoffarme Anlagen zu investieren. Klima- und Umweltrisiken sollten in die ökologische und finanzielle Bewertung von Anlagen mit einbezogen werden.

Es soll eine finanzielle Bewertung von Vermögenswerten in den Sektoren Nachhaltigkeit und erneuerbare Energien geben, um so langfristige und transparente Signale an die Investoren zu schaffen.

Die Dekarbonisierung der Nachfragesektoren ist ebenfalls ein Schlüsselelement für das Erreichen von Netto-Null-Emissionen bis 2050. Während der Begriff "Dekarbonisierung" für die Industrie nicht unbedingt Null-Emissionen im Jahr 2050 bedeutet, werden die übrigen stationären Sektoren sowie der Mobilitätssektor vollständig dekarbonisiert, indem sie auf kohlenstofffreie Kraftstoffe und die Umsetzung von Energiesparmaßnahmen setzen.

Netto-Null Energie-Szenario

Transformation des Energiesystems.

Die Elektrizitätsversorgung verlagert sich von einer nachfrageabhängigen zu einer weitgehend wetterabhängigen Erzeugung. Damit verbunden entsteht der Bedarf an zusätzlicher Flexibilität in den Stromnetzen. Etwa 45 % der Stromerzeugung im Netto-Null-Szenario stammen aus erneuerbaren Energiequellen, hauptsächlich aus der Photovoltaik. 

Der Übergang zum Netto-Null-Emissionsziel erfordert deshalb Maßnahmen in allen Sektoren des Energiesystems. Die grundlegende Transformation des Energiesystems sowie die Einführung neuer Technologie- und Brennstoffmixe hat, bedingt durch neue Investitionen, teilweise hohe Kostenfolgen. Deshalb ist zu beachten, dass die Pro-Kopf-Kosten über den Zeithorizont bis 2050 steigen können. Die damit verbundenen jährlichen politischen Kosten steigen über diesen Zeitraum an, was bedeutet, dass wir bis 2050 vermutlich ein teureres Energiesystem haben werden, das dauerhafte Investitionen und Ausgaben für eine kohlenstoffarme Energieversorgung und -nachfrage auch über das Jahr 2050 hinaus erfordern wird. Neben der technologischen Entwicklung besteht die Herausforderung auch darin, die Verbraucher zu aktiveren Teilnehmer an den Energiemärkten zu machen und sie zu Investitionen in Energieeinsparungen und -speicherung zu bewegen. Intelligente Technologie und Digitalisierung müssen integriert werden, um die Vorteile der Energiewende kostengünstig nutzen zu können.

Die geforderten Emissionssenkungen können nicht allein mit den heute besten verfügbaren Technologien erreicht werden. Sie sind eng verknüpft mit der Entwicklung kohlenstoffarmer Technologien, der verstärkten Elektrifizierung der Pro-Wärme, Nutzung von Biomasse/Wasserstoff und CO2-Abscheidung. In dieser Hinsicht wird die Abkehr von fossilen Brennstoffen zunehmend stromintensiv werden. Der Abbau von Emissionen bedarf aus diesem Grund einer neuen – auch dezentralen - Infrastruktur der Elektrifizierung.

Die Verwendung von neuen, kohlenstofffreien Brennstoffen, höhere Materialeffizienz, nachhaltige und optimierte Materialflüsse zur Unterstützung der Kreislaufwirtschaft und der Wirtschaft sind Themen, die neu gedacht werden müssen. Die Geschwindigkeit der Durchdringung und des Einsatzes von Schlüsseltechnologien zur Dekarbonisierung ist in allen Industriesektoren gleichermassen entscheidend.

Der Verkehrssektor hat den grössten Anteil am zusätzlichen Investitionsbedarf, denn der Straßenverkehr muss die höchsten Emissionsreduzierungen erzielen. Im Gebäudesektor muss die Renovierungsrate deutlich erhöht werden, und energieeffiziente Technologien für Heizung und Stromverbrauch müssen in großem Umfang eingesetzt werden. Allerdings machen die derzeitigen Amortisationszeiten Investitionen in Renovierung und neue Heizungsanlagen für Eigentümer und Vermieter finanziell unattraktiv.

Energiekosten

Gesamtenergiekosten.

Heute, Stand 2022, liegen die Energiekosten in der Schweiz etwa bei 3'000 CHF/Kopf pro Jahr (Bundesamt für Energie, 2018). Das sind im Schnitt etwa 0,13 CHF/kWh Energie. Dieser Preis wird aufgrund der schwindenden fossilen Brennstoffressourcen steigen. Ein Grund dafür ist, dass die Speicherung der Energie mit fossilen Brennstoffressourcen im Verhältnis zu Speicherung von Strom günstiger ist.

In der zukünftigen Wirtschaft, die auf erneuerbaren Energien basiert, werden die Energiekosten durch die Investitionen in die Umwandlung und Speicherung erneuerbarer Energie sowie die Produktions- und Verteilungskosten bestimmt. Die Suche nach der idealen Größe von PV-Anlagen, Batteriespeichern und Energieträgern ist ein Optimierungsproblem, um die Investitionen und die Endenergiekosten zu minimieren. Betrachtet man die einzelnen Anwendungen, ergeben sich folgende Kosten:

Batteriespeicherung.

Eine saisonale Speicherung im strombasierten System unter Verwendung von Batterien würde die Kosten massiv erhöhen, was zu Investitionskosten von >200.000 CHF/Kopf und jährlichen Stromkosten von >30.000 CHF/Kopf führen würde.

Speicherung mit Wasserkraft.

Die Speicherung von Strom in einem Wasserkraftwerk, ohne Berücksichtigung der Netzkosten, kostet schätzungsweise <0,1 CHF/kWh, was zu Energiekosten führt, die mit den derzeitigen Energiekosten von ≈3.000 CHF/Kopf pro Jahr vergleichbar sind, bei Investitionsausgaben von <20.000 CHF/Kopf. Die resultierenden Stromkosten betragen 2'457 CHF/Kopf pro Jahr (0,11 CHF/kWh).

Wasserstoff.

Beim wasserstoffbasierten System HYS werden die Kosten durch die Wasserstoffproduktion (PV, Batterie und Elektrolyse) bestimmt. Eine grossflächige unterirdische Wasserstoffspeicherung reduziert die Investitionskosten für die Speicherung im Vergleich zu Druckflaschen oder Metallhydriden um mehr als eine Grössenordnung und die Kosten für Wasserstoff auf 7,0 CHF/kg (0,17 CHF/kWh). Die daraus resultierenden Wasserstoffkosten betragen 2.656 CHF/Kopf pro Jahr.

Synthetische Brennstoffe.

Die Kosten im Energiesystem auf der Grundlage synthetischer Brennstoffe sind auf den Wirkungsgrad der gesamten Umwandlungskette von 36 % zurückzuführen, der höher ist als bei Wasserstoff. Die höchsten Komponentenkosten fallen für die CO2-Abscheidung an, die in naher Zukunft sicherlich sinken werden. Die resultierenden Brennstoffkosten betragen 7.896 CHF/Kopf pro Jahr. Die synthetischen Kohlenwasserstoffe werden zu einem Preis von 4,46 CHF/L einschließlich des Düsentreibstoffs hergestellt (Stand 2022).

Gesamtenergiekosten.

Die Gesamtenergiekosten ergeben sich aus einem Mix, also aus der Kombinationen für das strombasierte, das wasserstoffbasierte oder das auf synthetischen Kohlenwasserstoffen basierende System sowie den bestehenden Kosten für erneuerbare Energien (Wasserkraft, Biomasse und andere erneuerbare Energien). Eines ist aber sicher: Die Kosten für die Energie werden steigen.

Die Verbesserung der Effizienz der Energieumwandlung ist ein wichtiges Thema für die Zukunft. Zudem ist es erwiesen, dass eine Steigerung des Wirkungsgrades zu einem Anstieg der Energienachfrage führt. Effizientere Verfahren sind wirtschaftlich vorteilhafter und verbrauchen weniger Ressourcen. Infolge geringerer Kosten werden energieeffiziente Verfahren häufiger und von mehr Nutzern angewendet. Darum wird trotz tieferer Energiekosten mehr Energie verbraucht, analog zu einem Produkt im Verkauf, das zu mehr Verbrauch führt.

Mobilität:

Integration des Mobilitätssektors.

Eine aktuelle statistische Auswertung des Bundes (Bundesamt für Statistik, 2010) zeigt, dass eine durchschnittliche Schweizer Person 13.432 km/Jahr auf der Straße und 11.000 km/Jahr im Flugzeug zurücklegt. Der durchschnittliche Verbrauch von Flugzeugen liegt bei 3,7 l Kerosin pro Kopf und 100 km (Bartz et al., 2016). Das in Abbildung 2 für den Endverbrauch angegebene Kerosin berücksichtigt daher interne Flüge und solche, die die Schweiz verlassen, nicht aber Flüge, die von Schweizern von anderen Abflugorten aus unternommen werden, wie etwa Rückflüge (die Hälfte des gesamten Kerosinverbrauchs). Die durchschnittliche jährliche Flugzeit beträgt 18,3 Stunden (mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 601 km/h). Der durchschnittliche Benzin- und Dieselverbrauch von Autos liegt bei 4,65 l pro Kopf und 100 km, und die jährliche durchschnittliche Verweildauer im Auto beträgt 22,9 Tage (bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von nur 24,4 km/h).

Der Verkehr ist wahrscheinlich der Bereich mit dem größten Verbesserungspotenzial. Selbst in einem Land, das für sein Eisenbahnsystem bekannt ist, ist das Pendeln mit dem Auto sehr beliebt. Das Schweizer Straßennetz ist extrem dicht, die meisten Menschen leben in einem Umkreis von 10 Kilometern um eine Autobahnauffahrt. Weitere neue Autobahnen sind in Planung, während bestehende Autobahnen von vier auf sechs Spuren verbreitert werden. Folglich legen mehr Fahrzeuge mehr Kilometer zurück. Auch wenn die Fahrzeuge immer sparsamer werden, bleiben die Kohlendioxidemissionen gleich.

Es gibt viele Möglichkeiten, die Emissionen zu senken, zum Beispiel durch den Umstieg auf batteriebetriebene Elektrofahrzeuge. Dieser Ansatz könnte in der Schweiz gut funktionieren, da die meisten Autofahrer kurze Strecken zurücklegen - ideal für Elektrofahrzeuge. Und da die Lebensdauer eines Autos relativ kurz ist, wird es nicht lange dauern, bis sich die Verbraucher neue Fahrzeuge zulegen - vorzugsweise Elektrofahrzeuge. Und: Elektrofahrzeuge haben eine ehre längere Lebensdauer als Benziner.

Die Mobilität erfordert einen Energieträger mit einer hohen gravimetrischen Energiedichte, da der Energiebedarf für das Fahren proportional zum Gewicht des Fahrzeugs ist. Ein Elektrofahrzeug mit einer Batterie verbraucht etwa W [kWh/100 km] = 0,005 m [kg] = 10 kWh/100 km für ein 2.000 kg schweres Fahrzeug einschließlich Rekuperation. Derzeit verfügbare Fahrzeuge verbrauchen die doppelte Energiemenge 20 kWh/100 km. Die Elektrifizierung des Mobilitätssektors mit Batterien erfordert ein Netz mit höherer Leistung und erhöht die Stromnachfrage im Winter, so dass der Bedarf an saisonalen Speichern steigt, was die Einführung erneuerbarer Energien erschwert.

Etwa 11 TWh Wasserstoff, die Hälfte davon durch Elektrolyse hergestellt, werden im Jahr 2050 direkt oder indirekt für die Herstellung synthetischer Kraftstoffe verwendet. Importierte Biokraftstoffe und synthetische Kraftstoffe im Umfang von insgesamt etwa 10 TWh werden bis 2050 benötigt, vor allem für den Personen- und Güterfernverkehr auf der Straße. 

Die wachsende Dynamik bei Elektrofahrzeugen für Privatfahrzeuge und leichte Nutzfahrzeuge muss

noch verstärkt werden. Doch nicht nur Elektrofahrzeuge sind gefragt. Fahrzeuge müssen ihre Emissionsreduzierungen auch durch andere kohlenstofffreie Optionen, wie zum Beispiel Wasserstoff erzielen. Wasserstoff-Brennstoffzellen dürften gegen Mitte des Jahrhunderts in größerem Umfang verfügbar sein. Biokraftstoffe und synthetische E-Kraftstoffe können eine vielversprechende Alternative darstellen. Dies, weil sie direkt in konventionellen Motoren verwendet werden können, ohne die bestehende Kraftstoffverteilungsinfrastruktur zu verändern. Doch die Herstellung von E-Kraftstoffen benötigen große Mengen an Strom. Zudem hängen die Lebenszyklusemissionen von E-Kraftstoffen von der Kohlenstoffquelle ab, die für ihre Herstellung verwendet wird. Es gibt erhebliche Ungewissheit über die Produktionskosten und den Einsatz von Optionen zur Kohlenstoffabscheidung im Zusammenhang mit der Synfuel-Produktion.

Wasserstoff, der aus kohlenstoffarmen Quellen hergestellt wird, gewinnt in einer klimaneutralen Schweizer Wirtschaft an Bedeutung. Eine starke Klimapolitik ist daher eine Voraussetzung für den Einsatz von Wasserstoff. Darüber hinaus hängen der zukünftige Erfolg und der Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft stark von der technologischen Entwicklungen und gezielten Massnahmen ab. Der mittelfristige Zeithorizont bis 2030/40 ist entscheidend für die breitere Verbreitung von Wasserstoff auf lange Sicht entscheidend.

Bioenergie ist ebenfalls ein wichtiger Energieträger auf dem Weg zum Netto-Null-Saldo. Es ist nötig, Bioenergieprojekte zu fördern und die Infrastruktur für die Verteilung von Bioenergie (z. B. Biogas) weiter auszubauen, da sich die Nachfrage nach Bioenergie zwischen 2015 und 2050 bei einer kostenoptimalen Dekarbonisierungsstrategie verdoppelt. Abfälle, landwirtschaftliche und forstwirtschaftliche Reststoffe, die heute in großem Umfang genutzt werden, reichen nicht aus, um den zusätzlichen Bedarf zu decken. Die Nutzung des nachhaltigen Potenzials von Gülle und Waldholz wäre ebenfalls erforderlich. Um Skaleneffekte freizusetzen und die Umweltvorteile zu nutzen, die Gülle bietet, müssen finanzielle Hindernisse im Zusammenhang mit der Nutzung von Gülle für Biogas überwunden werden, z. B. durch Subventionen, Zertifikate oder Co-Fermentation mit energiereicheren Quellen. 

Automatisierte Mobilität und Mobilität als Dienstleistung sind ein wichtiger Teil des Dekarbonisierungsprozesses, denn können die Integration neuer Technologien besser unterstützen.

Eine stärkere Integration des Mobilitätssektors mit dem übrigen Energiesystem ist von wesentlicher Bedeutung. Elektro-Fahrzeuge können durch intelligente Lade- und Entladevorgänge ihrer Batterie als Bestandteil einer Tag-/Nachspeicherung in das nationale Netz integriert werden. Solche neuen Anwendungen ermöglichen Kosteneinsparungen für die Fahrzeugeigentümer und können dem gesamten Energiesystem Flexibilität verleihen.

Wirtschaftliche Betrachtung.

Kapitalkosten und Rentabilität.

Die wirtschaftliche Betrachtung wird sich in jedem Fall auf die aktuellen Kapitalkosten (CAPEX) der Photovoltaik-Anlagen sowie des nötigen des Energiespeichersystems mit einer Extrapolation in die Zukunft auf der Grundlage der vergangenen Kostenentwicklungen fokussieren. Die Kosten der verschiedenen Energiespeichersysteme, die sehr unterschiedliche Lebensdauern und Kapazitäten aufweisen, sind jedoch schwierig miteinander zu vergleichen. Deshalb sollen die Kosten für die freigesetzte Energie aus dem Speicher unter Berücksichtigung der entsprechenden Wirkungsgrade ermittelt werden. Für die zu ermittelden Kapitalkosten sollen eine Amortisation über die gesamte Lebensdauer (n Jahre) und eine Verzinsung des Kapitals mit Z = 2%/Jahr angenommen werden. Dabei ist die Lebensdauer der verschiedenen Systeme sehr unterschiedlich.

Die Kosten für die Installation, die Landfläche und die Gebäude für die Energieumwandlungs- und Speichersysteme können in einer Gesamtbetrachtung nicht berücksichtigt werden, da diese Kosten je nach Standort stark variieren. Zudem sind diese Kosten im Vergleich zu den Kosten für die Komponenten relativ gering und somit wenig relevant.

Die jährliche Energiemenge, die aus den verschiedenen Quellen bereitgestellt werden muss, um den gesamten Energiebedarf der strombasierten und der auf synthetischen Brennstoffen (Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffen) basierenden Energiewirtschaft zu decken, ist sehr hoch.

Das rein strombasierte System ist das effizienteste und benötigt die geringste Energiemenge. Die saisonale Speicherung mit Wasserkraft ist die mit Abstand die günstigste. Deshalb liefert ein rein strombasiertes System die Energie zu den niedrigsten Kosten. Die auf Wasserstoff und synthetischen Kohlenwasserstoffen basierenden Energiesysteme benötigen 50 % mehr Energie und sind 20 % bzw. 160 % teurer als das strombasierte System.

Schweizer Stromkonzerne:

Hohe Investitionskosten in der Schweiz.

Schweizer Stromkonzerne investieren viel in Solar und Windkraft – leider aber vor allem im Ausland, insgesamt eine installierte Leistung von rund 4600 Megawatt (MW). Damit produzieren die Schweizer Stromkonzerne im Ausland eine Strommenge von knapp neun Terawattstunden. Das entspricht dem jährlichen Stromverbrauch von rund zwei Millionen Haushalten. Zum Vergleich: Das Kernkraftwerk Leibstadt, das leistungsstärkste AKW der Schweiz, verfügt über eine Leistung von 1200 MW.

Dafür gibt es verschiedene Gründe. Zum einen sind es die hohen Investitionskosten in der Schweiz. Zum anderen aber auch die jahrelangen Bewilligungsverfahren beim Anlagebau. Sprich: höhere Profite als in der Schweiz und juristische Blockaden, die wegfallen. Das Problem dabei ist: Im Falle einer Strommangellage hat die Schweiz nichts davon. Dass angesichts der aktuellen Energiekrise der Schweiz der Strom ausgeht ist durchaus einmal möglich.

In den Wintermonaten besteht die seit Jahren bekannte Stromlücke, in der die inländische Stromproduktion den Verbrauch in der Schweiz nicht deckt. Deshalb importiert die Schweiz in dieser Zeit zusätzlichen Strom aus dem Ausland. Aber – funktioniert das auch heute noch? Zum einen gibt es die Energiekrise, zum andern aber sind es auch hausgemachte Probleme. Weil das Rahmenabkommen mit der EU nicht ratifiziert wurde, gibt es nun auch kein Stromabkommen mehr. Und wegen fehlendem Stromabkommen akzeptiert die EU das Schweizer Herkunftszertifikat für grünen Strom aus erneuerbaren Energien nicht mehr. Was, wenn die umliegenden Staaten selber zu wenig Strom haben? Die Schweiz kann also froh sein, wenn sie noch weiter Strom importieren kann. In diesem Umfeld ist es störend, wenn Schweizer Stromkonzerne im Ausland investieren.

Die Elcom überwacht die Stromversorgung in der Schweiz. In der Tat produzieren die Schweizer Stromversorger im europäischen Ausland mit jedem Jahr mehr Strom. In den vergangenen Jahren haben die Firmen quer durch Europa neue Windparks, Solaranlagen und Wasserkraftwerke gebaut oder gekauft. Im Ausland lassen sich neue Projekte einfacher umsetzen. Zudem haben viele europäische Staaten neue Kraftwerke finanziell gefördert. Diese Förderungen haben es möglich gemacht, neue Anlagen profitabel zu realisieren. Gemäss Elcom würden die ausländischen Wind- und Solaranlagen, welche im Besitz der Schweizer Stromfirmen sind, bei einer Strommangellage der Schweiz aber wenig nützen. Die Elcom plädiert seit Jahren für einen verstärkten Ausbau der inländischen Stromproduktion. Vor dem Hintergrund der aktuellen Energiekrise ist die Elcom jetzt froh, dass die Versorgungssicherheit inzwischen auch in der Politik in den Vordergrund gerückt ist. Das Parlament hat eine längst fällige Solaroffensive gestartet, damit beispielsweise Solaranlagen in den Alpen schneller realisiert werden können.

Smart Grids und Microgrids:

Umgestaltung des Stromnetzes.

Der Begriff Smart Grid meint eine Umgestaltung des Netzes selbst, das auf der intelligenten Integration von Energiesystemen und der Einbeziehung von Prosumenten aufbaut. Es braucht intelligente Steuerungssysteme und –Technologien, um Stromerzeuger über einen Peer-to-Peer-Handel in die Netze einzubinden. Der Regulierungsrahmen, der zur Unterstützung dieser grundlegenden Veränderung der Strommarktstruktur erforderlich ist, wird eine enge Zusammenarbeit zwischen den Übertragungs- und Verteilernetzbetreibern erfordern, um die möglichen Herausforderungen im Zusammenhang mit der breiten Umsetzung des neuen Stromversorgungsparadigmas zu bewältigen.

Die Umstellung der Stromproduktion von wenigen großen Kernkraftwerken, dem sogenannten Bandstrom, auf eine Vielzahl kleinerer Photovoltaik- und Wind-Anlagen, die erneuerbare Energien produzieren, bringt eine grundlegende Veränderung des Stromnetzes mit sich. Auch wenn die Erneuerung des Netzes sehr viel Geld kosten wird - etwa 18 Milliarden Schweizer Franken, lässt sich mit einer solchen Generalüberholung eine Menge Geld und Energie einsparen.

Denn das derzeitige Schweizer Netz ist veraltet und ineffizient. Der Prozess der Dezentralisierung ist so gesehen eine Chance. Die Erneuerung des Stromnetzes würde es ermöglichen, neue Technologien wie das "Smart Grid" zu installieren, das mit Hilfe von Informations- und Kommunikationstechnologien Informationen über das Verhalten von Anbietern und Verbrauchern sammelt, die dann automatisch genutzt werden, um die Effizienz der Stromerzeugung und -verteilung zu verbessern.

Wenn ein intelligentes Netz (Smart Grid) erkennt, dass die Nachfrage nach elektrischen Heizgeräten zu bestimmten Tageszeiten in die Höhe schnellt, schaltet es Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen in den Haushalten ein, die mehr Strom für das Netz produzieren und gleichzeitig Warmwasserspeicher für die Heizung füllen. Sobald die Nachfragespitze vorüber ist, werden die Anlagen abgeschaltet. Alles wird durch die Kommunikationstechnologie eines intelligenten Netzes kontrolliert und gesteuert.

Die verbesserte Flexibilität des intelligenten Netzes ermöglicht auch die leichtere Einführung neuer, stark schwankender erneuerbarer Energiequellen wie Solar- und Windenergie. Die derzeitige Netzinfrastruktur ist für diese Quellen mit ihren vielen, weit verteilten Einspeisepunkten nicht ausgelegt.

Blockchain - die Zukunft der Energieversorgung.

Die aktuelle Gesetzgebung in der Schweiz erlaubt es mittels eines Zusammenschluss zum Eigenverbrauch ZEV, selbst produzierten Strom in den in einem ZEV miteingeschlossenen Gebäuden zu verbrauchen. Der ZEV selbst verfügt dabei über einen einzigen Stromzähler gegenüber dem Netzanbieter. Strom, der im ZEV selbst nicht verbraucht wird, kann so in das Netz eingespeist werden. Schon heute ist dies in der Schweiz innerhalb einem ZEV, Zusammenschluss zum Eigenverbrauch möglich. Technologisch wird hier aber zum Netz hin abgeriegelt, so dass Strom, der innerhalb der ZEV verbraucht, gar nicht ins öffentliche Netz eingespeist wird.

Nicht erlaubt in der Schweiz ist jedoch der Stromhandel unter privaten Abnehmern, die sich nicht in einem ZEV zusammengeschlossen haben sondern wo der Strom über das Netz bezogen wird. Privater Stromhandel zwischen einem privaten Strom-Erzeuger und einem privaten Strom-Verbraucher über das öffentliche Netz also. Solche Modelle werden heute in den USA getestet, wobei die technische Infrastruktur vorhanden sein muss. Meist wird hier die Blockchain-Technologie verwendet, mit deren Hilfe sowohl erzeugerseitig als auch verbraucherseitig jede einzelne Kilowattstunde Strom in einer Art doppelten Buchhaltung geführt wird.

Wir werden in Zukunft einen ganz anderen Markt haben, was den Energieeinkauf angeht. Wir werden nicht mehr nur einen Stromvertrag mit einem Netzanbieter haben, sondern vielleicht eine Stromabnahmevereinbarung vor Ort, mit der der Verbrauch von Strom, der in der Nachbarschaft vor Ort hergestellt wurde, bezogen und verbraucht werden kann. Verschiedene Pilotanlagen sind weltweit heute in Betrieb, meist als Microgrid ausgelegt. Diese dezentrale Technologie der Steuerung von Angebot und Nachfrage vor Ort, nämlich dort wo die Energie produziert wird, soll künftig die Netze entlasten, weil dann der grüne Strom schon gar nicht weit zu einem Verbraucher transportiert (und dabei transformiert) werden muss. Über die Stromabnahmevereinbarung können Sie dann grünen Strom von einer fremden Batterie beziehen, Strom von einer nahegelegenen PV-Anlage verbrauchen, auch wenn diese nicht Ihnen gehört.

Fazit

Vollständig elektrifiziertes Energiesystem.

Die technischen und wirtschaftlichen Konsequenzen des Ersatzes der heute verbrauchten fossilen Energieträger in der Schweiz durch erneuerbare Energien (PV und Wasserkraft) ist eine Herausforderung. Dabei geht es nicht nur um die Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit, sondern auch um die Netto-Null-Emission von fossilem CO2. 

Das vollständig elektrifizierte Energiesystem ist das effizienteste und wirtschaftlichste, aber die Produktion von Flugkraftstoff muss hinzugefügt werden. Ein vollständig elektrifiziertes Energiesystem erfordert die Abdeckung von etwa 13% der städtischen Fläche der Schweiz mit Photovoltaik-Analagen. Batteriespeicher sind erforderlich, um den Bedarf über Nacht zu decken und die PV-Produktion während des Tages auszugleichen, um die Leistungsspitzen im Netz zu senken. Für die saisonale Speicherung müssen Pumpspeicherkraftwerke gebaut werden, um Strom wirtschaftlich zu speichern. Eine Erhöhung der Speicherkapazität auf 320 % der Pumpspeicherkraftwerke ist eine der größten Herausforderungen. Zudem müssen die Netzkosten erheblich gesenkt werden. Ist eine saisonale Speicherung mit Pumpspeicherkraftwerken nicht möglich, sind sechs gasbefeuerte Wärmekraftwerke mit einer Leistung von 1 GW erforderlich, um den Strombedarf im Winter zu decken. Dies führt aber zu einem CO2-Ausstoß von 40 % der derzeitigen CO2-Emissionen aus der Nutzung fossiler Energieträger.

Die Produktion und Speicherung eines synthetischen Energieträgers wie Wasserstoff erfordert aufgrund der Umwandlungsverluste bei der Produktion und Nutzung von Wasserstoff grössere PV-Anlagen von 32% der Stadtfläche der Schweiz. Zusätzlich muss gleichzeitig der derzeit von den Kernkraftwerken produzierte Strom sowie das Flugbenzin ersetzt werden. Die Speicherung von Wasserstoff ist unter Druck in unterirdischen Kavernen am wirtschaftlichsten und erfordert ein Volumen von 57 Mio. m3 oder etwa das 25-fache des Gotthard-Basistunnels. Die grössten Herausforderungen eines wasserstoffbasierten Energiesystems sind die 2,5-mal grössere Fläche von Photovoltaik-Anlagen und das riesige unterirdische Speichervolumen.

In der Schweiz ist der Ersatz fossiler Energie durch erneuerbare Quellen technisch und wirtschaftlich machbar. Es wird jedoch mit massiven Auswirkungen auf die Umwelt durch die Installation von Photovoltaik-Anlagen und die saisonale Energiespeicherung gerechnet. Ein großer Teil dieser Investitionen kann in der Schweiz getätigt werden, so dass der wirtschaftliche Nutzen im Land bleibt. Neben der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit sind die internationale Zusammenarbeit und die politisch guten Beziehungen der Schweiz zu Europa sehr wichtig. Sowohl das elektrische Energiesystem als auch das Wasserstoff-Energiesystem erfordern eine erhebliche Veränderung der Infrastruktur und der Anwendungen, während das auf synthetischen Brennstoffen basierende System die Nutzung der derzeitigen Infrastruktur und Anwendungen ermöglicht.

Die Schweiz strebt so viel Energieunabhängigkeit an, wie aus ökologischer, sozialer, wirtschaftlicher und technischer Sicht vernünftig zu erreichen ist. Für einen zukünftige Energieversorgungsmix sind Stromimporte in großem Umfang deshalb keine Option sind. Die Schweiz hat im europäischen Stromversorgungssystem eine einzigartige Position, nicht nur aus wirtschaftlicher, sondern auch aus technischer, geostrategischer und ökologischer Sicht. Importe sind nur als Überbrückungsmaßnahme notwendig, um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten und vorübergehende Schwankungen auszugleichen.

Deutschland produziert heute schon mehr Solar- und Windstrom als der gesamte prognostizierte Strombedarf der Schweiz im Jahr 2050. Was in Deutschland möglich ist, sollte auch in der Schweiz machbar sein. Die Schweiz sollte sich zudem dafür entscheiden, bei der Deckung von Lastspitzen stärker auf die Wasserkraft zu setzen.