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Einleitung

Rund 40 Jahre nachdem erstmals von Wissenschaftlern vor dem Treibhauseffekt und der Erderwärmung gewarnt worden ist, viele Diskussionen stattgefunden haben und halbherzige Maßnahmen ohne durchschlagenden Erfolg ergriffen worden sind, scheint zumindest Teilen der Menschheit der Ernst der Lage endlich bewusst geworden zu sein.

Klimaschutz ist damit in der öffentlichen und politischen Diskussion trotz aller anderen Probleme das vorherrschende Thema. Der größte Teil der klimaschädlichen Emissionen sind auf den Ausstoß von CO₂ bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe zurückzuführen. Der Ersatz dieser fossilen Brennstoffe durch andere Energieträger ist damit einer der zentralen Aufgaben der kommenden Jahre.

Umso erschreckender ist es, dass die politisch-öffentliche Diskussion und die daraus resultierenden Maßnahmen von einem hohen Ausmaß an fachlicher Ahnungslosigkeit zeugen und dementsprechend zu falschen oder gar keinen Weichenstellungen führen. Im Ergebnis werden immense Kosten verursacht, ohne dass diesen Kosten wirkliche oder gar angemessene Effekte mit Hinblick auf die Vermeidung von CO₂-Emissionen gegenüberständen.

Fachleute haben angesichts der Flut an absurden Vorschlägen und Maßnahmen teilweise resigniert. Nie würde jemand auf die Idee kommen, einem Chirurgen Verbesserungsvorschläge bei der Transplantation von Herzen zu machen, solange sie oder er nicht selbst schon Herztransplantationen vorgenommen hat. Beim Thema Energie ist das anders. Jeder, der eine Steckdose zu Hause oder ein Auto vor der Tür hat, fühlt sich kompetent, Forderungen zu stellen und Urteile abzugeben, wie denn unsere künftige Energiewelt aussehen soll. Bezeichnenderweise dreht sich die Diskussion größtenteils um den privaten Autoverkehr, obwohl dieser nur einen begrenzten Anteil der CO₂-Emissionen in Deutschland ausmacht.

Tatsächlich wissen nur ganz wenige Menschen, wieviel Strom sie verbrauchen oder wieviel CO₂-Emissionen beim Verbrauch eines Liters Benzin entstehen.

Da wir glücklicherweise in einer Demokratie leben, können Maßnahmen zum Klimaschutz nur wirksam sein, wenn sie von der Mehrheit der Bevölkerung akzeptiert und mitgetragen werden. Dies wiederum setzt voraus, dass eine Vielzahl von Menschen versteht, warum diese und nicht andere Maßnahmen ergriffen werden. Die Basis dieses Verständnisses bildet das Wissen über das Thema Energie. Nichts ist schlimmer als Halbwissen, wie es sehr weit verbreitet ist. Schon der Philosoph Theodor Adorno sagte: „Das Halbverstandene und Halberfahrene ist nicht die Vorstufe der Bildung, sondern ihr Todfeind.“

Notwendig ist vielmehr eine Aufklärung im doppelten Sinn. Zum einen müssen den Menschen die Fakten, Zusammenhänge, Gesetzmäßigkeiten, Technologien, Zahlenverhältnisse und Regelungen, die es im Energiebereich gibt, verstehen. Zum anderen müssen die Menschen ganz im Sinne des philosophischen Aufklärungsbegriffs in die Lage versetzt und dazu ermuntert werden, sich selbst eine Meinung zu bilden und die politischen Parolen von allen Seiten zum Thema Energie als Populismus zu entlarven.

Eine große Bedeutung kommt dabei den Zahlen zu. Viele Aussagen und Vorschläge zum Thema Energie sind zwar qualitativ richtig und klingen plausibel, sobald sie aber quantitativ gefasst und mit Zahlen unterlegt werden, stellt man fest: Das wird so nichts.

Klimaschutz ist auf ganz vielfältige Weise möglich. Von der Wiederaufforstung von Wäldern über eine Begrenzung des Bevölkerungswachstums, andere Lebensweisen bis hin zu energetischen Maßnahmen. Dieses Buch beschränkt sich auf das Thema Vermeidung von energetisch bedingten Treibhausgasemissionen. Natürlich wird das Klima auch geschützt, wenn einfach weniger gereist wird, die Häuser kleiner werden und weniger konsumiert wird. Das sind gesellschaftspolitische Fragen, die wichtig sind, aber hier nicht behandelt werden.

Im ersten Teil des Buches wird Grundlagenwissen über Energie vermittelt. Das ist etwas mühsam, aber notwendig. Es wird beleuchtet, welche Energieformen es gibt, wie die physikalischen Gesetzmäßigkeiten aussehen, wie Energie nutzbar gemacht werden kann und was sie kostet. Alles wird einfach gehalten und auf ein Minimum reduziert.

Der zweite Teil befasst sich mit dem, was in den letzten Jahrzehnten in Deutschland angerichtet worden ist. Der Blick auf die technische, wirtschaftliche, organisatorische, rechtliche und politische Realität offenbart, dass kein Konzept vorliegt, wie klimaneutrale Energienutzung denn aussehen soll. Stattdessen gibt es Symbolpolitik, ideologische Verbohrtheit und blinden Aktionismus.

Im dritten Teil wird skizziert, wie eine CO₂-freie Energienutzung schon in naher Zukunft tatsächlich funktionieren kann, ohne dass es dadurch für die Menschen zu Unzumutbarkeiten in Form von immensen Kosten, Einschränkungen bei der Mobilität oder einer Umgestaltung von Städten und Landschaften kommt.

Geschichte der Energienutzung – vom Feuerstein zum Lichtschalter

Am Anfang hatte der Mensch nur seine Muskelkraft. Die Energie, die er sich in Form von Nahrung, sei es pflanzlicher oder tierischer Natur, zuführte, wurde über biochemische Prozesse in Muskelkraft umgewandelt. Gleichzeitig sorgte die „Verbrennung“ der Biomasse im menschlichen Körper für den Erhalt der Körpertemperatur unabhängig von Temperaturschwankungen der Umgebung. Damit unterschied er sich zunächst nicht von anderen Säugetieren, aber damit waren ihm auch Grenzen gesetzt:

Er konnte nur sehr langsam reisen; die Überquerung von Ozeanen war ihm gar nicht möglich. In allzu kalten Gebieten konnte er nicht dauerhaft überleben. Irgendwann machte sich der Mensch auf den Weg, mehr zu sein als andere Lebewesen. Auf diesem Weg spielte die Nutzung von Energie eine ganz wichtige Rolle. Viele Entwicklungsschritte in der Geschichte der Menschheit wären ohne die Nutzung neuer Energiequellen gar nicht möglich gewesen.

Zunächst gelang es dem Menschen, das Feuer zu bändigen. Als Brennstoff dienten Holz, Pflanzen und Tier-Dung, die für die damalige, geringe Bevölkerung in ausreichendem Maße vorhanden war. Wo sie nicht vorhanden waren, lebten eben weniger oder keine Menschen. Das Feuer gab dem Menschen Wärme, Licht, ermöglichte Rodung, erweiterte den Speiseplan um gebratenes Essen und diente als Waffe. Licht benötigte der Mensch nur nach Sonnenuntergang und Wärme nur in kalten Zeiten.

Mechanische Energie stand ihm mit dem Feuer zunächst nicht zur Verfügung. Doch auch hierfür fand sich eine Lösung. Der Mensch domestizierte Tiere, nicht nur als Nahrungsquelle, sondern als Zugtiere beim Ackerbau, Lasttiere beim Transport von Material, und es gelang ihm auf Pferden, Eseln und Kamelen zu reiten. Damit vervielfältigte er seine Reisegeschwindigkeit und die täglich zurücklegbaren Entfernungen deutlich. In Verbindung mit der Erfindung des Rades war zudem der Transport von mehr, größeren und schwereren Gütern möglich.

Als nächste Energiequelle gewann er die Windenergie. Die naheliegendste Nutzung war das Segelboot. Im Vergleich zum mühsamen Rudern gab es auch hier einen deutlichen Zuwachs an Geschwindigkeit und Reichweite sowie in hohem Maße an Transportkapazität. Allerdings war die Windenergie nicht immer im gewünschten Maße zuverlässig vorhanden. Je nach Windstärke und -richtung konnten Reisen länger dauern als gewünscht, bei Flaute gab es gar kein Fortkommen und ab einer gewissen Windstärke konnte nicht mehr gesegelt werden. Zwar war Segeln grundsätzlich auch auf Flüssen und anderen Binnengewässern möglich, aber die zur Verfügung stehende Windenergie war deutlich geringer und unstetiger als auf dem Meer und regional teilweise gar nicht verfügbar.

Nachdem sich die Kenntnisse der Mechanik und die handwerklichen Fertigkeiten des Menschen weit genug entwickelt hatten, gelang der Bau von Windmühlen. Mit ihrer Hilfe wurde Windenergie in mechanische Energie in Form von rotierenden Wellen umgesetzt. Diese Antriebsenergie konnte zum Mahlen von Getreide, zum Sägen von Holz, zum Betrieb von Wasserpumpen und für viele andere Zwecke genutzt werden, wo sie Mensch und Nutztier weit überlegen war, was die Produktivität betrifft.

Eine ähnliche Möglichkeit bot die Nutzung der Wasserkraft, die anfangs in Form von Wasserrädern, die einfach in einen Flusslauf gehängt wurden, erfolgte. An geeigneten Standorten konnten von ihnen die gleichen Aufgaben wie von den Windrädern übernommen werden.

Das regional unterschiedliche Angebot an den genannten Energiequellen, sowie der insbesondere durch Klimabedingungen regional unterschiedliche Bedarf an Energie sind Gründe dafür, dass sich die Menschheit in unterschiedlichen Regionen auch unterschiedlich entwickelt hat. So war die Mittelmeerregion in der Antike klar im Vorteil, weil es im Winter keinen Heizbedarf gab, das Tageslicht ganzjährig in ausreichendem Maße zur Verfügung stand und über das Meer Reisen und Transporte weitaus besser möglich waren als über Land. Zudem gab es (damals noch) genug Wälder, die Brennstoff lieferten, und fruchtbare Böden, die so viel Ackerbau ermöglichten, dass große Nutztierherden ernährt werden konnten.

Bis in die Neuzeit blieb es bei den genannten Energiequellen. Ihre Nutzung wurde optimiert und verbreitet, aber grundlegende Neuerungen gab es nicht. Energie konnte nicht gespeichert werden, sie konnte nicht transportiert werden, und elektrische Energie kannte man überhaupt nicht. Wind und Wasser konnten nur vor Ort und zu gegebener Zeit genutzt werden.

Ein Paukenschlag, ein Meilenstein, war die Erfindung der Dampfmaschine, die durch James Watt 1769 maßgeblich verbessert wurde. Sie war die erste Maschine, mit der mechanische Energie aus der Verbrennungswärme von Holz, Kohle oder ähnlichen Brennstoffen gewonnen werden konnte. Die Dampfmaschine konnte jederzeit Antriebsenergie liefern, war in der Leistung regelbar, unabhängig von den Launen des Wetters, konnte an jedem Ort, an dem Brennstoff zur Verfügung stand (der konnte ja grundsätzlich transportiert werden), genutzt werden und war von kompakter Bauweise im Vergleich zu Wind- und Wasserrädern.

Mit der Erfindung der Dampfmaschine setzte folglich die industrielle Revolution ein. Die Dampfmaschine ermöglichte den Bau von Dampflokomotiven und von Dampfschiffen. Eisenbahnen wurden gebaut, so dass die Reisezeiten für Personen und Güter gegenüber dem Transport mit der Kutsche und zu Pferd sich deutlich verkürzten und die Reisekosten ebenso. Der Einsatz von Dampfschiffen bewirkte das Gleiche auf den Meeren, Seen, Flüssen und Kanälen.

Durch Einsatz von Riemenantrieben, die die Rotationsenergie einer Dampfmaschine auf viele Arbeitsmaschinen unterschiedlicher Art verteilten, wurde die Abkehr von der Manufaktur zur industriellen Produktion von Gütern aller Art, von Textilien über Möbel bis zu Stahl möglich.

Der Brennstoffbedarf der Dampfmaschinen war gewaltig. Als Alternative zum Holz bot sich Kohle an. Der Abbau von Kohle wurde mit Dampfmaschinen selbst einfacher, weil diese die Förderbänder und -körbe für den Transport in den Minen antreiben konnten. Zudem konnte die Kohle jetzt weiter, schneller und billiger transportiert werden. Trotzdem waren Regionen, die keine eigenen Kohlevorkommen hatten, im Nachteil. Die industriellen Zentren entstanden dort, wo Kohle verfügbar war, zum Beispiel in Mittelengland, im Ruhrgebiet, in Pennsylvania.

Es dauerte wieder rund 100 Jahre, bis der nächste Meilenstein der Geschichte der Energienutzung erreicht wurde. Das Phänomen der Elektrizität war ausreichend bekannt, als Werner von Siemens 1866 den Generator erfand. Ein Generator wandelt mechanische Rotationsenergie mit Hilfe einer Spule und eines Magneten in elektrische Energie um. Baulich gesehen ist ein Generator das Gleiche wie ein Elektromotor, nur mit umgekehrter Energierichtung.

Als erstes wurden Generatoren in Wasserkraftwerken bei den Niagarafällen eingesetzt. Wasserkraftwerke waren keine Wasserräder mehr, vielmehr wurde das Wasser eines Flusslaufs geringfügig angestaut und dann mit mehr oder weniger Gefälle auf eine Turbine geleitet. Die Turbine war über eine Antriebswelle mit dem Generator verbunden und erzeugte somit elektrische Energie. Der Strom wurde tatsächlich primär nicht zum Antrieb von Elektromotoren und damit für mechanische Energie verwendet, sondern in der Elektrolyse zur Herstellung von chemischen Grundstoffen. Hierfür war der Einsatz von elektrischer Energie nämlich alternativlos.

Sehr schnell wurden überall auf der Welt, wo es die topographischen Voraussetzungen zuliessen, Wasserkraftwerke gebaut und regionale Stromnetze aufgebaut. Die Elektrifizierung begann. Mit Dampfmaschinen war die Erzeugung von Strom ebenfalls möglich. Eine effizientere Möglichkeit, die Wärmeenergie aus der Verbrennung der Kohle in mechanische Rotationsenergie umzuwandeln, boten Dampfkraftwerke. Der durch die Verbrennungshitze entstandene Wasserdampf wird auf Turbinen geleitet, die dadurch in Rotation versetzt werden. Die Turbinen wiederum sind mit dem Generator gekoppelt. Dieses Prinzip wird bis heute in allen Kohlekraftwerken angewendet.

Die Zahl der Dampfkraftwerke wuchs ebenso schnell wie die Stromanwendungen. Die elektrische Beleuchtung trat ihren Siegeszug ebenso an wie der Elektromotor, der Waschmaschinen, Straßenbahnen, Werkzeugmaschinen, Aufzüge etc. antrieb. Mit Telegrafie, Telefon und Rundfunk sowie Filmen begann zudem das Zeitalter der Kommunikations- und Unterhaltungstechnik, alles ohne elektrische Energie nicht möglich. Dementsprechend wuchsen auch die zunächst lokalen Stromnetze Stück für Stück zusammen. Stationär stand dem Menschen über die elektrische Energie und den Elektromotor mechanische Energie zur Verfügung, für den Transport gab es aber nur Lösungen für Schienenfahrzeuge.

Der erste Verbrennungsmotorwagen, auch Auto genannt, wird Carl Benz und Gottfried Daimler im Jahr 1886 zugeschrieben. Mit der Entdeckung des Erdöls gab es flüssige Brennstoffe. Anders als bei der Dampfmaschine und dem Dampfkraftwerk wird die im Brennstoff gespeicherte Energie bei der (explosionsartigen) Verbrennung über den Kolben und die Pleuelstange direkt in mechanische Energie der Antriebswelle umgesetzt, ohne den Umweg über den Wasserdampfkreislauf. Das erlaubt eine kompakte Bauform, wie es für mobile Anwendungen entscheidend ist.

Mit der (Trocken-)Batterie wurde seit 1887 eine Möglichkeit geschaffen, Energie in kleinem Maßstab sehr einfach und praktisch für elektrische Anwendungen losgelöst von Stromnetzen und Maschinen zu nutzen. Mit diesen Erfindungen und ihrer Entwicklung zu einem alltagstauglichen Produkt standen dem Menschen energieseitig die meisten technischen Möglichkeiten, die bis zum Ende des 20. Jahrhunderts unser Leben geprägt haben, zur Verfügung.

Der Mensch kann seitdem zu Lande, zu Wasser und in der Luft schnell weite Strecken zurücklegen und dabei große Lasten transportieren. Mechanische und elektrische Energie stehen an stationären Orten kostengünstig jeder Zeit in hoher Qualität zur Verfügung und ermöglichen eine Vielzahl von Prozessen, Produktionsmethoden, Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten, die dem Menschen das Leben extrem vereinfacht haben und Voraussetzung für unser ganzes, modernes Leben sind. Diese moderne Welt hat es überhaupt erst möglich gemacht, dass heute mehr als 8 Milliarden Menschen auf der Erde leben.

Manche Energieformen und -techniken aus der Geschichte waren inzwischen zumindest vorübergehend ausgemustert worden. Pferde und Segelboote werden nur noch zu Freizeitzwecken genutzt, Landwirte bevorzugen Traktoren, Windmühlen dienten nur noch touristischen Zwecken. Offenes Feuer wird privat nur noch zum Grillen, im Kamin oder für Kerzen benutzt, weil es Spaß macht, nicht, weil es energetisch vorteilhaft wäre.

Der rasant steigende Bedarf nach fossilen Brennstoffen führte zu einer Ausweitung der Öl- und Kohleförderung und ebnete ab den sechziger Jahren einem weiteren Energieträger den Weg, dem Erdgas.

Nichtsdestotrotz forschte der Mensch weiter an neuen Energieformen. Hauptmotivation waren neben Begeisterung für technische Innovationen der Wunsch, Energie noch kostengünstiger zu bekommen und sie auch für solche Regionen verfügbar zu machen, die über keine ausreichenden Vorkommen an den fossilen Energieträgern Kohle, Öl und Gas verfügten.

Das Ergebnis war die Kernenergie, auch als Atomkraft bezeichnet. In einem Kernreaktor werden Atomkerne gespalten. Die dadurch freiwerdende Wärmeenergie wird wie bei einem Dampfkraftwerk zur Erzeugung von Wasserdampf genutzt. Der Wasserdampf treibt Turbinen an, die mit einem Generator gekoppelt sind.

Mit der ersten Ölkrise 1973, in der sich Staaten, die über große Teile der damaligen Ölförderung verfügten, zu einem Kartell (OPEC) zusammenschlossen und durch Preisabsprachen den Ölpreis vervielfachten, erhielt die Kernenergie einen kräftigen Schub.

Mit den „Grenzen des Wachstums“ des Club of Rome von 1972 kamen der Menschheit erstmals Zweifel, ob der technische Fortschritt, dass Wachstum von Wirtschaft, Bevölkerung, Energie- und Ressourcenverbrauch unendlich sei. Die Angst vor einem Ende der fossilen Energiereserven machte die Runde. Den Ölvorräten wurde eine Erschöpfung in vierzig Jahren (von damals ausgesehen) vorhergesagt.

Der bisherige Umgang mit der Umwelt hatte das Maß des Zuträglichen überschritten. Bis dahin waren die Abgase von Autos und Kraftwerken samt Staub, Stickoxiden und Schwefeldioxid ungefiltert in die Luft gepustet worden. Die Folge war unter anderem saurer Regen und damit sterbende Wälder. Energiesparen war angesagt.

Der Treibhauseffekt rückte in etwa zur gleichen Zeit in das Bewusstsein der Menschen. In einem Treibhaus gelangt Sonnenlicht durch die (Glas-)Fassade in den Innenraum des Gebäudes. Durch die Absorption der Strahlung im Gebäude ändert sich die Wellenlänge der Wärmestrahlen, so dass diese von innen nicht wieder nach draußen dringen. Das Sonnenlicht wird also quasi im Gewächshaus „gefangen“ und durch den Energieeintrag steigt die Temperatur.

Den gleichen Effekt wie die Gewächshaushülle hat das in der Atmosphäre angereicherte Kohlendioxid (CO₂) sowie andere, sogenannte klimawirksame Gase. Die Folge ist, dass es unter dieser CO₂-Schicht auf der Erde immer wärmer wird.

Bereits in den achtziger Jahren gab es die ersten Solarzellen, die Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umwandeln. Dieses Prinzip erwies sich für spezielle Anwendungen an abgelegenen Orten oder für mobile Anwendungen von Vorteil.

1986 ereignete sich im ukrainischen Tschernobyl (damals noch Sowjetunion) der bis dahin schwerste Unfall in einem Kernkraftwerk, ein Super-GAU (Größter Anzunehmender Unfall). Es gab viele Tote und Verletzte, genetische Veränderungen bei der nachfolgenden Generation Menschen. Große Mengen radioaktiver Strahlung gelangten bis nach Europa. Der Unglücksreaktor sendet bis heute große Mengen radioaktiver Strahlung aus und wurde in mehreren Stufen mit riesigem Aufwand (vor allem mit EU-Geldern) eingekapselt. Auch 35 Jahre danach sind große Gebiete im Umfeld unbewohnbar. Der Siegeszug der Kernenergie kam damit zum Stillstand.

In den neunziger Jahren erlebte die Windenergie eine Wiedergeburt. Anders als historische Windkraftanlagen erzeugten die neuen Anlagen jedoch aus der Rotationsenergie Strom, der in das Stromnetz eingespeist wurde.

Im Jahr 2000 war die Weltbevölkerung bereits auf 5 Milliarden Menschen angewachsen. Dementsprechend hatte sich der globale Energieverbrauch vervielfacht und mit ihm die CO₂-Emissionen. Die Weltgemeinschaft hatte in zahlreichen Klimakonferenzen versucht, sich auf gemeinsame Lösungen zur Eindämmung der CO₂-Emissionen und zum Klimaschutz zu verständigen. Seit über 30 Jahren ist CO₂-Reduzierung ein politisches Thema. Doch die CO₂-Emissionen stiegen und steigen weiter.

Zwar gab es seit den siebziger Jahren immer wieder Teilerfolge bei der Reduzierung des Energieverbrauchs, dem Ausbau regenerativer Energien und der effizienteren Energieumwandlung, Bevölkerungs- und Wirtschaftswachstum sowie die ausgiebigere Nutzung von Energie machten sie jedoch schnell wieder zunichte.

2015 brachte die amerikanische Firma Tesla mit dem Model S das erste batteriegetriebene Elektroauto auf den Markt, dass über so viel Reichweite, Ladegeschwindigkeit und Leistung zu einem solchen Preis verfügte, dass es in erheblichen Stückzahlen verkauft wurde und wird und eine enorme Begeisterung für diese Art des Antriebs hervorgerufen hat.

2016 wurde auf einer Klimakonferenz in Paris beschlossen, dass kein Staat nach 2050 im Saldo mehr Treibhausgase ausstoßen dürfe. Der Weg dorthin ist offen, Sanktionen bei Nichteinhaltung nicht vorgesehen und Staaten können aus dem Abkommen austreten, wovon die USA bereits Gebrauch gemacht hatten. Seit 2017 erinnert uns die von Greta Thunberg ins Leben gerufene Bewegung „Fridays for Future“ sehr erfolgreich daran, dass es wie bislang nicht weitergehen kann.

Hardcover	978-3-347-45993-9
e-Book	978-3-347-45924-3