Solarnation Deutschland: Eine Vision und ein Rechenexperiment für ein grünes Deutschland

Kann Deutschland so umgebaut werden, dass es nur mit Energie aus erneuerbaren Quellen betrieben werden kann? Wäre es machbar, unseren Strombedarf komplett mit Wind- und Solarkraft zu decken? Zumindest ist das unsere Vision von der Solarnation Deutschland, die wir hier einfach mal aufgemacht und durchgerechnet haben.

Von Michael Förtsch

Seit drei Jahren gehen junge Menschen unter dem Banner von Fridays for Future auf die Straßen. Viele weitere gehen mit ihnen. Darunter Wissenschaftler, Künstler und auch manche Politiker. Sie fordern die Politik auf, dass sie endlich handeln muss, um den Klimawandel zu bremsen. Denn wenn nicht, werde unser Heimatplanet in wenigen Jahrzehnten unbewohnbar sein. Der Protest war laut und nicht mehr zu übersehen. Tatsächlich reagierte die Regierung der Bundesreplik auf den von zahlreichen wissenschaftlichen Tatsachen gedeckten Protest. Es wurden Maßnahmen versprochen, um die CO2-Emissionen zu limitieren, klimaschonende Mobilität zu fördern und Umweltsünden zu bestrafen.

Ein Klimapaket wurde auf den Weg gebracht: Aber das war nach Meinung von Forschern, Aktivisten und selbst nach Ansicht des Bundesverfassungsgerichts nicht genug. Bei weitem nicht. Die Regierung musste nachbessern. Statt bis 2050 soll das Land nun bis 2045 klimaneutral werden. Daher wurden neue und schärfere Maßnahmen beschlossen, die aber ebenso von zahlreichen Wissenschaftlern und Experten als zu wenig und zu spät erachtet werden – wenn denn das Klima noch irgendwie vor dem Kollaps bewahrt werden soll. Und welche Folgen das haben kann, das zeigt sich immer öfter. Lodernde Waldbrände in Australien und den USA, Wirbelstürme in Europa und ausbleibende Regenzeiten in Südostasien. Im Juli 2021 standen zudem zahlreiche Dörfer und Städte in Deutschland nach Dauerregen unter Wasser. Für nicht wenige Klimaaktivisten ist die Passivität der Politik zum Verzweifeln.

Was wäre aber, wenn die die Politik nun plötzlich den Ernst der Lage erkennen und reagieren würde?

Zum Beispiel so…

Am 30. August 2021 treten die Spitzen der deutschen Bundespolitik vor die Kameras. Stundenlang debattierten sie in der vorherigen Nacht bei viel Kaffee darüber, wie die Zukunft der deutschen Klimapolitik nach den verehrenden Wetterkatastrophen aussehen soll. Mit dicken Ringen unter den Augen, aber ungewohnt energisch verkündet Angela Merkel kurz vor dem Ende ihrer Amtszeit das spektakuläre Ergebnis. „Nach einem Studium der wissenschaftlichen Faktenlage“, sagt die Bundeskanzlerin, „kann es keinen Zweifel geben, dass wir entschlossen handeln müssen. Wir müssen schneller und tatkräftiger agieren als wir es gewohnt sind. Wir müssen anpacken und nicht nur reden.“

Deutschland, das entscheidet die Bundesregierung, soll zum Vorreiter in Sachen grüne Technologien werden: Klimaziele wie der Generationenvertrag für das Klima dürfen nicht nur auf dem Papier existieren. Es müssen auch Maßnahmen ergriffen werden, um sie erreichbar zu machen. Die Bundesrepublik soll daher konsequent und radikal in eine Solar- und Windenergienation umgebaut werden, wie sie bisher nur im Science-Fiction-Genre des Solarpunk existiert. Ein Land also, das sich zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energiequellen versorgt – und damit massiv Treibhausgasemissionen reduziert. Denn bislang sind 83% der Treibhausgasemissionen in Deutschland energie-bedingt.

Binnen 20 Jahren – und damit noch vor dem Jahr 2045 – soll die Transformation abgeschlossen werden. Dann soll Deutschland eine grüne Nation sein.

Die Sonnennation

Die Sonnennation Deutschland also. Das ist eine grüne Utopie, eine Fiktion des Autors dieses Artikels – aber keine vollkommen unrealistische oder absurde. Zumindest, wenn man mal gesellschaftliche Barrikaden, politische Blockierer und allzu verworrene Genehmigungsverfahren außen vorlässt. In diesem Szenario gehen wir also einfach mal davon aus, dass die politische Mehrheit die Idee der Solarnation Deutschland mitträgt und das Gros der Bundesbürger den Plan gut findet und Menschen in Fußgängerzonen Dinge wie „Endlich tut mal jemand etwas für das Klima!“ in Mikrophone von Nachrichtenredakteuren sagen.

Geht es nach Forschern wie Volker Quaschning von der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin, wäre ein entschlossener Umbau zur Solar- und Winkraftnation nicht nur wünschenswert, sondern bitter nötig. Denn: „Mit den heutigen Zielvorgaben aus dem Erneuerbare-Energien-Gesetz besteht keinerlei Möglichkeit, die Pariser Klimaschutzziele zu erreichen“, schreibt der Klima- und Energieforscher in einer Studie. „Das ist den politischen Verantwortlichen entweder nicht bewusst oder sie nehmen ein Verletzen der Klimaschutzverpflichtungen bewusst in Kauf.“

Was müsste aber nun konkret getan werden?

Nun, um das zu debattieren muss man wissen, dass es in Deutschland derzeit so aussieht:

→ Der jährliche Pro-Kopf-Stromverbrauch in Deutschland liegt bei rund 7,2 Megawattstunden und das bei 82,79 Millionen Einwohnern. Das ist rechnerisch ein Gesamtverbrauch von 596 Terawattstunden pro Jahr. Das Umweltbundesamt zählte allerdings etwas weniger. Nämlich 559 Terawattstunden. Andere Institutionen und Verbände geben mal etwas höhere, mal etwas niedrigere Werte an; eben je nach Erhebungsmethode.

→ Der Anteil der erneuerbaren Energien – vor allem Windkraft, Solaranlagen und Biomasse – am ausgelieferten Strom lag im Jahr 2000 noch bei sechs Prozent. 2018 lag er laut dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie schon bei rund 38 Prozent. Windenergie allein macht 17 Prozent der bundesdeutschen Stromproduktion aus.

→ Im Jahr 2020 konnten bereits 46 Prozent des Gesamtstrombedarfs in Deutschlands durch erneuerbare Energien gedeckt werden. Als Ziel waren für dieses Jahr ursprünglich nur 35 Prozent gesetzt worden.

Damit wäre die Ausgangslage für das Projekt Solarnation also nicht einmal so schlecht. Im Gegenteil: Sie wäre sogar recht komfortabel.

Aber natürlich bleibt der Energieverbrauch nicht konstant, sondern wächst. Daran sind sowohl die zunehmende Digitalisierung unseres Alltags als auch energieintensive Industrien schuld .

Eine Studie des WWF geht davon aus, dass um 2050 rund 700 Terawattstunden Strom aus erneuerbaren Quellen erzeugt werden müssen. Andere Studien setzen die Summe für dieses Jahr deutlich höher an – bis zu 1.000 Terawattstunden. Wieder andere etwas niedriger. Doch das würde rein rechnerisch für eine Solarnation Deutschland kein Problem darstellen.

Ganz Deutschland mit Sonnenenergie versorgen, geht das?

Die solare Energie, die in Deutschland pro Jahr einfällt, liegt bei rund 1.000 Kilowattstunden pro Quadratmeter. Damit ließe sich der gegenwärtige Stromhunger in Deutschland theoretisch problemlos mehr als neunzig bis hundert Mal decken. Aktuelle Solarzellen können jedoch nicht das ganze Sonnenlicht in Strom umwandeln. Der Wirkungsgrad liegt je nach Zellen- und Panel-Typ bei 6,5 bis 25 Prozent – zukünftige Module könnten allerdings bis zu 45 Prozent erreichen. Außerdem hat der Winkel, mit dem das Sonnenlicht eintrifft, einen Einfluss und es kommt vom Einfangen über das Umwandeln und Speichern bis zum Verbrauch auch stets zu einem gewissen Energieverlust.

Wollte man Deutschland 2050 mit einem angenommenen Mega-Stromverbrauch von 1.000 Terawattstunden zu 100 Prozent mit Sonnenenergie betreiben, wäre das dennoch – wenn auch erst einmal nur rechnerisch – machbar. Ebenso wäre eine reine Solarnation Deutschland keine Dystopie, in der Wälder abgeholzt und Wiesen planiert werden, um sie mit Solarparks zuzustellen. Nicht einmal im Ansatz.

Bei Mittelwirkungsgraden von 10 bis 20 Prozent und einem Mittelwert von 1.650 Sonnenstunden in Deutschland – die Sonnenstunden in Deutschland schwanken je nach Bundesland zwischen 1.560 bis 1.720 Stunden – bräuchte es nach einer einfachen Rechnung rund 5.000 bis 10.000 Quadratkilometern an Photovoltaikanlagen, um Deutschland mit mehr Strom zu versorgen als es eigentlich braucht. Das wäre die Hälfe der Fläche von Hessen und damit weniger als drei Prozent der Staatsfläche von Deutschland.

Das ist vergleichsweise wenig, aber dennoch massiv. Platz für diese Solaranlagen gibt es in Deutschland trotzdem mehr als genug. Alleine schon, wenn man das sogenannte Aufdach-Potential betrachtet. Heißt: Es gibt zahlreiche Flach- und Schrägdachflächen in Deutschland, die vollkommen ungenutzt sind. Das sind Wohn- und Lagerhäuser, Supermärkte, Garagenanlagen, Messe- und Fabrikhallen. Wer heute durch eine Groß- oder Kleinstadt geht, der wird feststellen, dass der größte Teil der Dächer tatsächlich vollkommen leer ist.

Nicht alle, aber viele dieser Flächen wären gut bis ideal geeignet, um sie mit Solarzellen einzudecken und Strom zu produzieren. Schon ein klassisches Einfamilienhaus mit Steildach bietet genug Fläche für eine Photovoltaik-Anlage mit 20 bis 28 Photovoltaik-Modulen, die im Jahr bis zu 7.000 Kilowattstunden an Strom erzeugen – genug für einen fünfköpfigen Haushalt. Laut einer Studie des Beratungsunternehmen Ecofys gäbe es allein in Deutschlands größeren Städten rund 2.344 Quadratkilometer an Fläche, die „solare Nutzung zulassen würden.“

In unserer fiktiven Solarnation Deutschland wird daher von der Bundesregierung beschlossen, was in US-Bundesstaaten wie Kalifornien bereits seit 2020 Gesetz ist.

„Sämtliche Neubauten müssen mit Photovoltaikanlagen ausgestattet sein“, sagt Merkel. Unterstützt wird die Maßnahme natürlich mit Förderprogrammen. Denn in Kalifornien bedeutete dieses Gesetz für Bauherren im Mittel zwischen 25.000 und 30.000 US-Dollar an Zusatzkosten – außer ein Gebäude liegt tatsächlich so ungünstig im Schatten, dass es von der Solarpflicht ausgenommen werden kann. Allerdings würden diese Zusatzkosten bereits in den ersten zehn Jahren – und in der Realität trifft das zu, wie Erfahrungen aus Solarnachrüstungen zeigen – durch Einsparungen bei den Stromkosten wieder wett gemacht.

Unsere fiktive Öko-Regierung will aber noch mehr. So sollen Besitzer von bereits bestehenden Gebäuden mit einem attraktiven bundesweiten Förderprogramm animiert werden, ihre Dächer mit Solaranlagen nachzurüsten. Zwar gibt es schon jetzt Förderinitiativen wie die Einspeisevergütung nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz, oder Zuschüsse und Sanierungskredite, die aber oft auf Bundesland- oder Kommunalebene beschränkt und kaum bekannt sind. Ein neues zentrales Förderprogramm, über das breit informiert wird, soll möglichst viele Menschen erreichen.

„Wenn jemand sein Dach mit Solar bestücken und dadurch zu unserer gemeinsamen Kraftanstrengung beitragen kann, muss er das wissen“, so die utopische Kanzlerin. Ein einheitliches Portal im Internet soll jedem Einblick geben, ob und wie gut ein Dach für eine Solarinstallation geeignet ist und welche Zuschüsse jemand bekommen kann. Die entsprechenden Daten existieren mit einem sogenannten Solarkataster schon lange.

Weiter werden Großkonzerne wie Amazon und Unternehmen mit Staatsbeteiligung wie die Deutsche Bahn und die Deutsche Post verpflichtet, geeignete Dachflächen ab einer Größe von 5.000 Quadratmetern binnen fünf Jahren mit Solarzellen nachzurüsten. Also Lagerhallen, Sortierzentren, Werkstätten, Bahnhöfe und Firmenzentralen – und auch Wohn- und Bürogebäude, die im Besitz dieser Unternehmen sind. Auch diese Anstrengung wird mit Zuschüssen und Steuerabschreibungen befördert.

Viel freie Fläche

Doch nicht nur die Dächer könnten zur Solarwende beitragen. Dem Umweltbundesamt zufolge existieren über 670 Quadratkilometer an „versiegelten Siedlungsflächen“ – also beispielsweise geteerte oder betonierte Plätze, Rangierflächen und Parkplätze –, die gleichfalls für die Nutzung tauglich wären. Die könnten, rechnet das Umweltbundesamt, durch eine Teilüberdachung mit Solaranlagen mit einem Leistungspotential von 134 Gigawatt genutzt werden. Zusätzlich gibt es zahlreiche Tagebaustätten, in denen etwa Braunkohle gefördert wurde. Die machen eine Fläche von 1.773 Quadratkilometer aus – das entspricht drei Mal dem Bodensee. Würde auch nur ein Viertel davon geflutet, rechnet das Frauenhofer ISE, und mit schwimmenden Solarzellen belegt, würde dabei ein Kraftwerk mit einer installierten Leistung von 55 Gigawatt herauskommen.

Nochmal deutlich mehr Potential hätten die Agrarflächen in Deutschland. Wie nämlich erste Studien gezeigt haben, ließen sich diese vielfach problemlos mit hochstehenden Solaranlagen überziehen. Und zwar bei vielen Pflanzensorten ohne, dass es bemerkenswerte Ertragseinbußen gibt. Manche Pflanzen wachsen sogar besser unter den die direkte Sonnenstrahlung abmildernden Photovoltaikanlagen. Würden diese Flächen genutzt, könnten sich 1,7 Terawatt an Strom erzeugt lassen.

Dazu kommen rund 1.870 Quadratkilometer an Brachflächen in Deutschland, die adaptiert werden könnten. Erst dann müsste überhaupt auf sogenannte „restriktionsfreien Freiflächen“ in der Natur zurückgegriffen werden – von denen es 3.000 Quadratkilometer in Deutschland gibt.

Aber Photovoltaik ist nicht die einzige Möglichkeit, Strom aus dem Sonnenlicht zu gewinnen. Ebenso existieren Solarthermiekraftwerke, bei denen Drehspiegel das Sonnenlicht auf Rinnen direkt vor den Spiegeln oder einen entfernten Punkt reflektieren, um Öl, Wasser oder Flüssigsalz zu erhitzen, mit dessen Wärme dann Turbinen und Generatoren angetrieben werden. Insbesondere Flüssigsalz kann die Hitze lange halten. Dadurch können solche Kraftwerke auch nachts vergleichsweise zuverlässig Strom liefern.

Solarthermiekraftwerke sind im Grundaufbau simpel, wartungsarm und die Spiegelsysteme weniger anfällig als Photovoltaikpanele. Auf einen alten Parkplatz in der Vorstadt oder auf einen kleinen Acker passen sie allerdings nicht unbedingt. Sie brauchen viel Platz. Aber verglichen mit der nötigen Fläche sind sie sehr effektiv nutzbar. Nach einer Diplomstudie von Nadine May von der Universität Braunschweig wäre es mit Solarthermieanlagen auf einer vergleichsweise kleinen Fläche von 4.050 Quadratkilometern – also rund 4,5 Mal die Fläche von Berlin – machbar, die 1.000 Terawattstunden an Strom erzeugen, die Deutschland 2050 benötigen könnte.

Hier geht also noch einiges. Vor allem wenn man betrachtet, dass das Interesse der großen deutschen Energieversorger an Solarenergie bislang nicht wirklich groß ist. Nach Zahlen des Fraunhofer ISW aus dem Jahr 2016 befanden sich fast alle Photovoltaikanlagen im Besitz von Landwirten, Privatpersonen, Initiativen, Groß- und Kleinunternehmen, die nicht im Stromgeschäft sind, oder unabhängigen Klein-Stromversorgern. Der Anteil der großen Kraftwerksbetreiber an Solaranlagen? Gerade einmal 0,2 Prozent. Daher würden von der Öko-bewussten Regierung der Solarnation Machbarkeitsstudien zur Nutzung dieser Flächen beauftragt und Energieversorger stärker in die Pflicht genommen werden, diese Potentiale zu nutzen.

Was ist mit dem Wind?

Natürlich sollte nicht nur auf Solarenergie gesetzt werden. Da sind sich selbst die größten Befürworter der Sonnenenergie einig. Denn: Wenn die Sonne nicht scheint, fließt kein Strom. So einfach. Es braucht zumindest eine andere Energiequelle, die solche Helligkeitsflauten ausgleicht. Und dabei könnte es sich um die Windenergie handeln. Manche Experten und Institute sehen Windkraftwerke sogar als das Zugpferd der Energiewende und die möglicherweise wichtigste regenerative Energiequelle für Deutschland. Zumindest wenn genug Fläche dafür zur Verfügung gestellt wird.

Nach einer Analyse des Umweltbundesamt gäbe es auf dem deutschen Festland eine Fläche von 49.400 Quadratkilometer – fast 13,8 Prozent der Landesfläche – die verfügbar und gut für Windenergie nutzbar wäre. „Bei der Potenzialermittlung wurde keine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt, sondern nur technische und ökologische Restriktionen berücksichtigt“, heißt es erklärend dazu. Dort ließen sich verschieden große Anlagen mit einem Gesamtstromertrag von ganzen 2.900 Terawattstunden pro Jahr erreichten. Die Hälfte davon allein im Norden Deutschlands. Damit könnte sich der aktuelle Stromverbrauch gleich mehrfach und der anvisierte Stromverbrauch im Jahre 2050 problemlos decken lassen.

Das wäre aber natürlich nicht nötig, wenn nicht alleine auf Windenergie an Land gesetzt wird, sondern eben auch auf Solarstrom und sogenannte Off-Shore-Windanlagen im offenen Meer. Würden daher nur zwei Prozent der deutschen Landesfläche für Windenergie herangezogen, wären das dennoch noch 390 Terawattstunden pro Jahr.

Sowieso: Die Windenergie auf dem Meer ist deutlich reizvoller. Dort gibt es ein Mehr an Fläche und stärkere und konstantere Winde. Das erlaubt größere Windräder und damit größere Turbinen und damit eine höhere Ausbeute und Effizienz. In Zukunft könnten neue und effizientere Windkraftkonzepte das sogar noch besser ausnutzen lassen. Für das Potential von Offshore-Anlagen in Deutschland gibt es keine exakten Zahlen. Doch dürfte es weitaus höher als das der Inlandsanlagen liegen. Beispielsweise rechnet die Internationale Energieagentur, dass weltweit noch idealer Küstenplatz für Windräder vorhanden ist, die zusammen 36.000 Terawattstunden Strom erzeugen könnten.

Nicht nur produzieren, auch speichern

Solar- und Windenergie könnten die stromhungrigen Deutschen also sowohl jetzt als auch in Zukunft versorgen. Zumindest so lange es gut läuft. Das Problem: Beide Kraftwerkstypen mit beiden Energiearten sind, wie es heißt, nicht grundlastfähig. Das bedeutet einfach: Sie können eben, anders als Kohle-, Kern-, Öl- oder Gaskraftwerke, nicht stetig befeuert werden, wenn es nötig ist. Sie sind von dem abhängig, was Sonne und Wind liefern. Sie sind, wie Volker Quaschning sagt, „fluktuierende Erzeuger“. Daher muss das Stromnetz, das Deutschland mit Energie versorgt, anders, moderner und flexibler werden. Das bedeutet eine Nach- und Aufrüstung von Umspannwerken, eine mögliche Umlagerung von Knotenpunkten, vor allem aber den Aufbau von Energiespeichern.

Das könnten beispielsweise Batteriesgroßpeichersysteme wie die Powerpacks von Tesla, Liacon und anderen Batterieproduzenten sein. Auch denkbar sind Pump- oder Salzlaugespeicher in unterirdischen Kavernen. Oder Speicher, in denen Wasserstoff und andere Gase gesammelt werden, die durch überschüssige Energie gewonnen werden. Power-to-Gas nennt sich das dann. Selbst mit Türmen, die große Stahl- oder Betonkuben umherschichten, kann Energie gespeichert werden. Nur eines ist dabei entscheidend: Groß müssen die Speicher sein. Denn laut Harry Wirth vom Fraunhofer ISE sollten solche Speicher nicht nur für kleine Schwankungen, sondern für den Worst Case eines mehrwöchigen Energieausfalls ausgelegt werden. Etwa wenn es zu harten Wintern mit kontinuierlichen Schneefällen und dicken Schneedecken kommt, die Photovoltaikanlagen praktisch begraben.

Unterstützt werden könnten diese Groß- und Langzeitspeicher – und müssten sie in Einzelfällen wohl auch – durch ein intelligentes Stromnetz. Hier könnten dann nämlich heimische Stromspeicher wie eine Powerwall von Telsa, die Sonnenbatterie von Sonnen oder ähnliche Systeme von LG und weiteren Anbietern ausgleichen. Auch ans Netz gekoppelte E-Autos, die an der Steckdose oder an einem Ladegerät stecken und, wenn nötig, nicht Strom ziehen, sondern abgeben, könnten stabilisieren. Über ihre schiere Anzahl könnten sie das Land am Laufen halten, Lastspitzen ausgleichen und eine Art gesellschaftliche Energieverteilung ermöglichen.

Kommt es zu solchen Fällen, könnten die Besitzer der heimischen Batteriesysteme und E-Autos von einem intelligenten Netz für ihren Beitrag vergütet werden. Konzepte und Ideen dafür gibt es schon. Das alles ist also machbar und kann funktionieren. Es müsste nur konsequent umgesetzt werden. Und auch hier beschließt die Bundesregierung in unserem Szenario, mehr zu tun: Abgeschaltete Kohlekraftwerke sollen mit Milliardeninvestitionen zu Energiespeichern umgerüstet, das Stromnetz aufgerüstet und das smart Machen der deutschen Energieversorgung vorangetrieben werden. In einem Wettbewerb sollen Start-ups, Institute und etablierte Unternehmen beispielsweise Konzepte für eine intelligente Steuerung der Stromverteilung ausarbeiten.

Die Sache mit dem Primärverbrauch

Einen Haken haben diese schönen Rechnungen von uns aber. Der nennt sich Primärenergieverbrauch. Das ist die Energie, die abseits des normalen Stromverbrauchs nötig ist, um ein Land am Laufen zu halten und Grundbedürfnisse zu decken. Darunter fällt die Energie, die wir in Form von Öl, Gas und Kohle zum Heizen verbrauchen. Ebenso wie die Energie, die für Kühlanlagen und grundlegende Telekommunikationsanlagen verbraucht wird. Oder auch: Das Benzin und der Diesel, der unsere Autos und Busse über die Straßen fahren lässt. Das sind gigantische Mengen an fossilen Energien, die nicht nur in Deutschland erzeugt und gefördert, sondern via Import auch aus dem Ausland geholt werden.

Das waren 2018 in Deutschland ganze 12.900 Petajoule – oder 3.583 Terawattstunden. Das ist wesentlich mehr als der reine Normalstromverbrauch Jedoch wird dieser Primärenergieverbrauch weniger und der Anteil erneuerbarer Energien an den Primärenergien nimmt zu. Aber immer noch ist die Primärenergie verdammt dreckig.

Laut Volker Quaschning von der HTW Berlin ist das ein Problem, das hart wie auch motiviert angegangen werden muss. Ihm zufolge ist ein „Weiterbetrieb von Kohlekraftwerken bis zum Jahr 2040 oder darüber hinaus [nicht] mit den Klimaschutzzielen“ vereinbar und gleichzeitig müsste der „motorisierte Straßenverkehr fast vollständig elektrifiziert“ und die Neuproduktion von Verbrennerfahrzeugen in spätestens fünf Jahren verboten werden. Letzteres sagte er bereits 2016.

Im Verkehr wurden 2016 gerade einmal knapp über vier Prozent des Energiebedarfs durch erneuerbare Energien gedeckt. 2020 waren es immerhin 7,3 Prozent. Der Rest sind fossile Energien. Den höchsten Anteil machen dabei Biotreibstoffe aus. Die Lösung: Konsequent elektrifizieren – nämlich mit Elektro- und Wasserstofffahrzeugen, deren Treibstoff direkt Strom ist oder eben durch Strom gewonnen werden kann. Wobei ersteres die effizienteste Fortbewegungsmethode darstellen würde. Denn ein typischer Verbrenner schafft 1,5 Kilometer pro Kilowattstunde; ein Wasserstofffahrzeug zwei Kilometer und ein reines Elektrofahrzeug ganze fünf Kilometer. Aber auch im Flug- und Schiffsverkehr muss die Elektrifizierung angegangen werden, selbst, wenn das aufgrund der langen Zyklen deutlich länger dauern wird. Auch hier existieren bereits Ansätze, die weiterverfolgt und vorangetrieben werden können.

Die größte Herausforderung wäre aber nicht mal der Verkehr, sondern der sogenannte Wärmesektor. Denn ganze 56 Prozent des Gesamtenergieverbrauchs in Deutschland gehen für Raumwärme, Warmwasser und sogenannte Prozesswärme drauf. Also auch Hitze, die in Betrieben für Schmelz-, Trocken-, Koch-, Back- und Schmiedeprozesse gebraucht wird. Hier sind’s anteilig jeweils sichtlich über 50 Prozent, die fossile Energieträger ausmachen.

Soll es mit der Solarnation wirklich klappen, muss also auch in diesen Bereichen auf erneuerbare Energien umgeschwenkt werden. Dafür bräuchte es weit mehr Fläche als oben berechnet, die mit Photovoltaik- und Windkraftwerken bebaut werden kann – und deren Energie auch langfristig und effizient gespeichert und abgerufen werden kann, wenn es nötig ist. Doch dafür reichen die Fläche und Sonnenstunden in Deutschland nicht aus, wenn die Bundesrepublik nicht tatsächlich zu einer Öko-Brache aus Windrändern und Solarkraftwerken werden soll.

Stattdessen muss Deutschland Energie aus anderen Ländern holen, die bessere Voraussetzungen haben. Länder, in denen erneuerbare Energien effizienter gewonnen und dann an andere Länder exportiert werden können – etwa in die EU-Nationen und damit auch nach Deutschland. Das muss nicht unbedingt in Form von elektrischem Strom passieren, sondern könnte auch in Form von Wasserstoff über Pipelines geschehen. Konzept dafür? Die gibt es bereits seit vielen Jahren.

Desertec und seine Erben

Schon in den frühen 2000ern wurde das Projekt Desertec angestoßen, das mehrheitlich vom 2017 verstorbenen Physiker Gerhard Knies vor rund 40 Jahren erdacht wurde. Die Idee war ziemlich simpel: In Regionen der Welt, in denen die Sonne besonders stark und ungehindert einstrahlt, sollten riesige Solarfelder entstehen, die Strom erzeugen – nicht nur für die betreffenden Regionen, sondern für alle, die dafür gemeinsam investieren und forschen. Als Standort sollte unter anderem die Sahara herhalten. In der kaum besiedelten Wüstengegend knallt in wenigen Stunden so viel Energie in Form des Sonnenlichts auf Sand und Fels, wie nötig wäre, um die Weltbevölkerung für ein Jahr zu versorgen. Dadurch würde nicht nur das Energieproblem zahlreicher Länder mit einem Schlag gelöst, sondern auch die Konjunktur des Kontinents angekurbelt.

Gebaut werden sollten keine Photovoltaikfelder, sondern solarthermische Anlagen, die als riesiges Megakraftwerk funktionieren – und den Strom über Überlandleitungen dann dorthin bringen, wo er gebraucht wird. Die simple und robuste Technik der Solarthermie, hatte Gerhard Knies geworben, wäre die perfekte Wahl für die abgelegenen Wüstenregionen und hätte kaum einen Einfluss auf lokale Ökosysteme. Mit speziellen Beschichtungen und Reinigungssystemen wären die Spiegel zudem kaum anfällig für Staub oder Sand.

Jedoch strauchelte und verlief sich das einst von Politik, Wirtschaft und Umweltschützern gefeierte Projekt. „Vieles ist blöd gelaufen“, zitierte Der Standard den Direktor der Desertec Foundation Andreas Huber erst 2021. Die Stiftung, die das Projekt verwaltet und das Industriekonsortium DII, das es umsetzen sollte, haben sich überworfen. Aber tot ist das Konzept Desertec deswegen nicht. Mit einem Desertec 3.0 und der sogenannten MENA Hydrogen Alliance soll nun in Nordafrika und dem Nahen Osten Strom für die Länder dieser Region und Wasserstoff für den Rest der Welt produziert werden.

Das Konzept von DII ist aber nicht einzigartig, sondern wird auch von anderen kleineren und größeren Unternehmen und Initiativen verfolgt. In Mauretanien etwa wird schon jetzt vom australischen Erneuerbare-Energien-Giganten CWP eine 8.500 Quadratkilometer große Mischanlage aus Wind- und Solarinstallationen ausgearbeitet, die irgendwann 30 Gigawatt Energie umsetzen und mittels Elektrolyseanlagen als Wasserstoff speichern soll.

Ganz ähnliche und gleichfalls ambitionierte Unternehmungen gibt es in Saudi-Arabien, dem Oman und weiteren sonnenreichen Nationen. Riesige Photovoltaikanlagen auf dem Land und dem Wasser würden genug Strom für Wasserstoffproduktion erzeugen, um den hundert- bis tausendfachen Bedarf von Deutschland zu decken. Importiert werden könnte dieser grüne Wasserstoff per Schiff – oder, noch effektiver, per Pipeline. Laut einer konservativen Hochrechnung des Max-Planck-Instituts würde Deutschland im Jahr 2050 wohl um die 45 Millionen Tonnen Wasserstoff benötigen – das entspricht 1.500 Terawattstunden. Müsste die gesamte Primärenergie mit Wasserstoff gedeckt werden, würde die Bevölkerung und der Energiebedarf weiterwachsen, wäre die doppelte bis dreifache Menge erforderlich. Aber auch diese Importe wären machbar.

Allein die für Saudi-Arabien geplante Anlage soll bis zu 650 Tonnen Wasserstoff pro Tag produzieren. Die für den Oman geplante Anlage bis zu 500 Tonnen pro Tag. In Westafrika sehen Experten des Forschungszentrums Jülich das Potential, jährlich Wasserstoff mit einem Energiewert von 165.000 Terawattstunden zu produzieren – also bis zu fünf Milliarden Tonnen. Das Potential der ostafrikanischen Länder dürfte dem kaum nachstehen. Mit entsprechenden Partnerschaften und Importverträgen wäre es also realistisch, Deutschland auch bei der Primärenergie auf eine grüne und emissionsneutrale Versorgung umzustellen. Nicht allein, aber eben in Partnerschaft mit anderen Ländern. Und auch nicht ad hoc von einem Jahr auf das andere, sondern progressiv binnen mehrer Jahre.

Ansätze sind da

Was die Wasserstoffproduktion und seinen Import betrifft, muss die Regierung der Solarnation Deutschland nicht einmal eine radikale Kehrtwende gegenüber der realen Politik vollziehen. Die staatliche Kreditanstalt für Wiederaufbau sagte schon 2020 der Regierung von Tunesien eine Förderung von 25 Millionen Euro zu, die in den Bau einer Demonstrationsanlage zur Produktion von grünem Wasserstoff fließen soll. Über die Stiftung H2Global sollen von Deutschland und deutschen Unternehmen in Zukunft Wasserstofffabrikanten im Ausland mit mehreren Millionen Euro unterstützt und internationale Partnerschaften in Milliardenhöhe geschlossen werden. Ebenso werden Wasserstoffproduzenten durch H2Global gezielt mit Abnehmern hier in Deutschland zusammengebracht.

Kritisiert wird von Energieexperten, dass das Budget der Stiftung mit neun Milliarden Euro über zehn Jahre – davon zwei Milliarden für internationale Partnerschaften – viel zu gering ist und es wohl nicht nachhaltig genug investiert werden wird. Gefördert werden soll mit den Milliarden nämlich nur die Produktion des Wasserstoffs, aber nicht der Bau von Anlagen oder von Infrastrukturen. Dadurch würden langfristige Beziehungen, feste Partnerschaften und damit eine grundlegende Liefer- und Preissicherheit verhindert.

Genau aus diesem Grund werden die Stiftungsaufträge gemeinsam mit der deutschen Industrie von unserer fiktiven Regierung angepasst und konkretisiert. „Es ist unser Ziel, dauerhafte Partner für unser ambitioniertes Ziel zu gewinnen“, sagt Wirtschaftsminister Peter Altmaier in unserem Szenario. Deutschland wird sich daher aktiv am Bau und Betrieb von Solar-, Wind- und Wasserstoffprojekten im Ausland beteiligen und helfen, eine stabile lokale Infrastruktur aufzubauen, die letztlich auch einen sicheren Transport von Wasserstoff und Strom nach Deutschland und in die ganze Welt garantiert – und damit einen Erfolg der Solarnation Deutschland.

Ist das wirklich machbar?

Es ist der 30. August 2041, ein Dienstagabend. Angela Merkel, mittlerweile 87 Jahre alt, sitzt in einem Sessel in ihrem Wohnzimmer. Das Interview mit einer ZDF-Reporterin beginnt. Die Kanzlerin erinnert sich und erzählt, wie es zur großen Entscheidung kam, aus Deutschland eine Solarnation zu machen – ein Vorbild für andere Länder in der Welt. Denn auch wenn der Klimawandel in diesen Tagen keineswegs gestoppt wurde, es immer noch regelmäßige Wetterkatastrophen gibt, Flüchtlingsströme aus nahezu unbewohnbaren Teilen des afrikanischen Kontinents nach Europa ziehen, wurde der Klimawandel eingebremst.

Deutschland hat mit seiner drastischen Wende gezeigt, dass der Schwenk zu 100 Prozent erneuerbare Energien für ein Land mit einer Millionenbevölkerung zwar nicht einfach, aber machbar und langfristig effektiv ist. Wenn denn der Wille und Mut vorhanden ist. Denn die Technik und Partner waren da; nur nutzen und implementieren musste man sie. Seit der Pressekonferenz vor 20 Jahren wurden daher die Emissionen in Deutschland auf Nettonull zurückgefahren – und in der Welt um immerhin 82 Prozent reduziert. Denn nicht wenige Länder folgten dem Beispiel von Deutschland. Der Verkehr auf den Straßen der westlichen und asiatischen Industriestaaten ist nahezu vollständig elektrifiziert. Strom und Primärenergien werden bis auf wenige Ausnahmen gänzlich aus Solar-, Wind- und vereinzelt mit Atomkraft gewonnen.

„Die Wissenschaft“, sagt Angela Merkel. „Die Wissenschaft und auch unsere Kinder und Enkel hatten recht, wir konnten so nicht weitermachen. Jemand musste die Entscheidung treffen, dass wir etwas tun müssen …“

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Sicher: Unsere Vision von einer Solarnation Deutschland ist in Teilen etwas naiv und blauäugig. Es bräuchte viel politische Einigkeit, um einen solchen Plan nicht nur vorzuschlagen, sondern auch durchzusetzen. Es gäbe wohl viele Klagen und Rechtsstreits. Und es wären immense Summen nötig, um Deutschland binnen weniger Jahre auf erneuerbare Energie umzustellen. Aber rein rechnerisch wäre es machbar.

Was glaubt ihr: Ist unsere Vision von der Solarnation Deutschland ein wünschenswertes Zukunftsbild? Habt ihr Kritik und Anregungen? Haben wir wichtige Faktoren ausgelassen oder uns vielleicht irgendwo verrechnet? Sagt es uns gerne – und debattiert mit uns, über eure Ideen und Zukunftsvisionen.

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Teaser-Bild: Anders M Jacobsen / Unsplash

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Klasse. Würde so einen Artikel in der Wahlzeit nicht in die Paywall legen.
Das sollte geteilt werden.
Auch wenn es Züge einer Utopie hat, stimmt der Ansatz.
Ohne mutige Rechnungen haben wir sonst bald eine Zukunft zu erleben die den unschöneren Dystopien entspricht.

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Tut er ja nur für die ersten Tage. :slight_smile:

Okay - das Vorgehen war mir nicht bekannt. Sollte dann auf LinkedIn geteilt werden und jeder kann seinen Kandidaten markieren :slight_smile:

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Gute Idee!

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Der Ansatz stimmt ja bei vielen (vor allem modernen) Utopien. Daher ja auch der Vergleich zu Solarpunk.

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Ja - das stimmt. Wobei ich denke, dass sich viele Utopien als Gegenentwurf verstehen. Dann stimmt zwar der Ansatz, aber es gibt keine großartige Intention einer zeitnahe Realisierung.

Mit dem Genre Solarpunk habe ich mich aber auch noch nicht tiefer auseinandergesetzt.

Gut finde ich, dass dieser Artikel verhältnismäßig viele Aspekte aus dem technologisch jetzt oder demnächst realisierbaren Möglichkeiten aufzeigt. Das ist ja bei Utopien erst mal nicht der Selbstanspruch.

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Es kommt da sehr darauf an. Die Utopien des 18./19. Jahrhunderts waren oft sehr fantasiereich, zeitlich und technologisch von der Realität losgelöst. Aber Utopien insgesamt gehen in sehr, sehr verschiedene Richtungen. In Ökotopia von Ernest Callenbach wurde beispielsweise zwar das Jahr 1999 als Handlungsort angesetzt (seinerzeit 25 Jahre in der Zukunft) aber es wurden fast ausschließlich Technologien aufgegriffen, die schon vorhanden waren und nur leicht beziehungsweise sachte weitergedacht worden sind. Viele Solarpunk-Fiktionen (derzeit vor allem in Kurzgeschichtenform) gehen davon aus, dass sich einfach aktuelle Öko-Technologien breit durchsetzen und ein gesellschaftlicher „Vernunftwandel“ eingesetzt.

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Was exakt dem entspricht was man sich im Kontext der „Wende“ vorstellt. Inkl vernunftwandel, was dem in solchen Transformationen von Systemen einhergehenden Kulturwandel / Lifestyle Wandel entspricht (in etwa so interpretiere ich das). Super Genre. Gefällt mir. Hast du ein paar Lieblingsgeschichten daraus?

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Das nenne ich gründliche Recherchearbeit und kreativen Journalismus. Chapeau! Ich erinne mich gut an das Desertec-Projekt, viel Hoffnung. Zu wenige Menschen, die daran geglaubt haben und zu viel Energie, die in DE notwendig ist, bis es politische und monetäre Unterstützung für gute Ideen gibt. Hier noch ein Link zum Wasserstoff-Projekt in Tübingen:

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Ich kann euch genau sagen, woran diese Utopie scheitern wird:
An der Dummheit und Schlechtigkeit des Menschen.
Gewinnstreben, Machtgier, religiöse Verblendung würden uns auch nach dieser fast übermenschlichen Kraftanstrengung den Stecker herausziehen.

Hat auch ein bisserl Zeit gekostet.

Hier noch ein Link zum Wasserstoff-Projekt in Tübingen

Danke. Solche Projekte zusammenzutragen und eine Rundumbetrachtung zu machen, wäre eventuell ein Nachfolgeartikel.

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Saubere Arbeit, @Michael !
Vor einigen Jahren habe ich mal echt viel Zeit für ein etwas umfangreicheres Dokument zu mehr oder weniger genau diesem Thema aufgewendet, daher weiß ich, wie aufwändig das ist. Dabei habe ich auch das DESERTEC-Projekt kennen gelernt und halte es persönlich nach wie vor für genial.

Es freut mich, ein Update mit aktuellen Zahlen zu lesen. Entscheidender Punkt ist der Hinweis auf die Primärenergie, die für Heizung und Transport eben noch nicht durch elektrische Energie ersetzt werden kann. Ohne das wären die Überlegungen unvollständig.

Mittlerweile bin ich aktiv bei der Entwicklung, Erprobung und Projektierung von Wasserstoff-Technologien (eines davon wird auch im verlinkten Artikel von @h.haug aufgeführt), das ist ein äußerst spannendes Feld, das viele - aber leider nicht alle - Probleme lösen helfen wird.
Neben der Rolle als Primärenergieträger haben fossile Stoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas eben auch noch eine Funktion als Rohstoffe - hier wird uns neben einem möglichst vollständigen Recycling wohl auch nur eine Reduzierung unseres Konsums helfen.

Die EU und der Bund erachten Wasserstoff erfreulicherweise für so wichtig, dass hierfür im Rahmen von IPCEI-Projekten ordentliche Summen an Fördermitteln bereitgestellt werden; in Deutschland alleine etwa 8 Mrd. Euro. IPCEI steht für Important Projects of Common European Interest.
Aus eingeweihten Kreisen habe ich dazu gehört, dass man sich nicht nochmal wie damals bei der Solar- und auch der Batterietechnik von anderen (vornehmlich Asien) die Butter vom Brot kratzen lassen möchte - Europa soll hier global führend werden und nach den anfänglichen Entwicklungsaufwänden später auch Geld zu verdienen. Insofern möchte ich @MOTUS auf sein Stichwort „Gewinnstreben“ entgegnen, dass dies durch geschicktes regulatorisches Einwirken sogar genutzt werden kann, um noch mehr Fahrt aufzunehmen (die anderen Stichworte können unbenommen auch die besten Ideen am Ende zunichte machen).

Andere Quellen sprechen sogar von erwarteten Investitionen von 470 Mrd. Euro in den nächsten 30 Jahren, die neben Wasserstofftechnologien auch der Solarenergie und der Windkraft dazu verhelfen sollen, auch die momentan noch kohlenstoffbasierten Sektoren auf Wasserstoff als Energieträger umzustellen.

An dem Thema sollten wir als Future-Community dranbleiben!

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Ist auch ein bisschen Zeit reingeflossen.

Vor einigen Jahren habe ich mal echt viel Zeit für ein etwas umfangreicheres Dokument zu mehr oder weniger genau diesem Thema aufgewendet, daher weiß ich, wie aufwändig das ist. Dabei habe ich auch das DESERTEC-Projekt kennen gelernt und halte es persönlich nach wie vor für genial.

Ja, es ist nachwievor eine gute Idee, die aber eben auch einige „flaws“ hatte. Als DeserTec seinen Anfang nahm, ging es primär um die Energieversorgung von Europa – und hatte dadurch gewisse „kolonialistische“ Züge. Das hat sich zwar geändert, hat dem Projekt in Teilen in afrikanischen Ländern aber auch einen gewissen Schaden zugefügt. Dazu war die Energiespeicherung noch nicht vollends mitgedacht. Aber da sind wir heute so immens weiter!

Entscheidender Punkt ist der Hinweis auf die Primärenergie, die für Heizung und Transport eben noch nicht durch elektrische Energie ersetzt werden kann. Ohne das wären die Überlegungen unvollständig.

Ja, die ist eben wirklich ein Knackpunkt – und wird leider auch von sehr viel gutmeinenden Erneuerbare-Energien-Aktivisten leider immer wieder vergessen. Aber, wie im Artikel aufgeführt, gibt es da eben Optionen. Eben Wasserstoff oder andere Power-to-X-Optionen. Die können natürlich nicht ad hoc implementiert werden. Und Wasserstoff hilft dem Bauer mit dem Dieseltraktor nicht sofort … aber alleine, wenn man jetzt (oder besser: vor fünf Jahren!) radikal begonnen hätte, etwa ÖPNV-Busse, Fahrzeuge von öffentlichen Betrieben durch welche mit Wasserstoff- und E-Antrieb zu ersetzen, wären wir immens weiter.

Neben der Rolle als Primärenergieträger haben fossile Stoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas eben auch noch eine Funktion als Rohstoffe - hier wird uns neben einem möglichst vollständigen Recycling wohl auch nur eine Reduzierung unseres Konsums helfen.

Reduzierung des Konsums oder Umschwenk auf Alternativen. Genau. Alleine zu Plastik gibt es mittlerweile zahlreiche gut abbaubare Alternativen, die wir eigentlich nur nutzen müssten. Und auch wenn ich sie nicht nicht mag, aber schon die Papierstrohhalme bei McDonalds sind ein guter Schritt in die richtige Richtung.

Aus eingeweihten Kreisen habe ich dazu gehört, dass man sich nicht nochmal wie damals bei der Solar- und auch der Batterietechnik von anderen (vornehmlich Asien) die Butter vom Brot kratzen lassen möchte - Europa soll hier global führend werden und nach den anfänglichen Entwicklungsaufwänden später auch Geld zu verdienen.

Oh ja. Die Solartechnik war eine gigantische Chance für die EU und Deutschland im besonderen. Kurzzeitig waren wir sogar führend in der Forschung und Technik. Die Module von SolarWorld / Deutschen Cell waren tatsächlich seinerzeit sehr, sehr gut und äußerst effizient. Und andere Unternehmen aus Spanien und Portugal waren auch sehr weit vorne dran. Aber da hat man, wie soll man es anders sagen, einfach durch Desinteresse, mangelnde Förderung … verkackt.

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noch eine Info zu Wasserstoff (aus dem Newsletter „China Table“): Wasserstoff gilt derzeit als der große Hoffnungsträger für die Energiewende – auch in China. Schon jetzt produziert kein anderes Land der Welt so viel Wasserstoff wie die Volksrepublik . Doch: Hierbei handelt es sich vor allem um „grauen“ Wasserstoff. Das soll nun ausgerechnet eine Kohleregion im Norden des Landes ändern. Mit Sonne, Wind und viel Geld will Peking aus der Inneren Mongolei ein Zentrum für „grünen“ Wasserstoff machen . Frank Sieren zeigt, welche Probleme China auf diesem Weg noch bewältigen muss. Denn innovativ sind in diesem Bereich bislang vor allem europäische Firmen.

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Gründlich, präzise und damit sehr fundiert. Ich bin wirklich begeistert über diesen Artikel. Danke für diese sehr gute Ausarbeitung.

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Danke. War auch ein ganzes Stück an Arbeit. Aber hat sich gelohnt. Vor allem hoffe ich, dass der Artikel dem ein oder anderen ein bisschen Argumentationshilfe an die Hand gibt, wenn es mal wieder heißt: „Erneuerbare Energien? Das geht nicht.“

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Und heute auf LinkedIn: BRD investiert in Kohle.
Massiv.
Politik spielt die COVID Karte. Alles nur mehr lächerlich.

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