Klimakrise, Artensterben, M\u00fcll in jeder Ecke unseres Planeten: Die Belastung der Erde hat ihre Grenzen \u2013 das wird uns zunehmend vor Augen gef\u00fchrt. Unser Hunger nach Energie und Rohstoffen f\u00fchrt zu weitreichenden und potenziell existenzbedrohenden Ver\u00e4nderungen im System Erde. Doch wie k\u00f6nnen wir die Zukunft nachhaltig gestalten, bevor es zu sp\u00e4t ist? Fest steht: Auch eine nachhaltige Gesellschaft braucht Energie. Daher stellt sich die Frage gleich zu Beginn: Wie viel erneuerbare und saubere Energie haben wir innerhalb der Belastungsgrenzen der Erde zur Verf\u00fcgung? Antworten auf diese Frage suchte ein Team der Eidgen\u00f6ssischen Materialpr\u00fcfungs- und Forschungsanstalt im Rahmen des Projects \u00abLaboratory for Applied Circular Economy\u00bb.
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\nDie Erde erh\u00e4lt einen ungeheuer grossen Energiestrom von der Sonne. Im Vergleich dazu sieht der menschliche Energiebedarf vernachl\u00e4ssigbar klein aus. Doch dieser Energiestrom bleibt nicht ungenutzt, im Gegenteil: Seit Urzeiten liefert die Sonne die Energie, die das Erdsystem am Laufen h\u00e4lt. So treibt sie etwa den Wasserkreislauf an und ist der prim\u00e4re Energielieferant f\u00fcr das Leben. Die Sonnenenergie hat die Evolution des Menschen \u00fcberhaupt erst erm\u00f6glicht.
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\nDer Mensch kann verschiedene Formen der Erdsystemenergie nutzen: zum Beispiel kinetische Energie in Wind und Wasserstr\u00f6mungen oder chemische Energie in Biomasse wie Holz oder Agrartreibstoffe. Doch alle diese Energieformen lassen sich letztlich auf die Sonne zur\u00fcckf\u00fchren, mit Ausnahme der Gezeiten und der Erdw\u00e4rme, welche global gesehen nur einen sehr kleinen Anteil zum Energiehaushalt der Erde beitragen. Wollen wir diese Energiestr\u00f6me nachhaltig nutzen, m\u00fcssen wir gleichzeitig Sorge tragen, dass die Belastungsgrenzen des Erdsystems respektiert werden. Sind die vom Menschen umgenutzten Energiefl\u00fcsse zu gross, besteht die Gefahr, dass dies schnelle und irreversible Ver\u00e4nderungen im Erdsystem ausl\u00f6st.
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\nDie Landnutzung ist dabei von entscheidender Bedeutung: Waldoberfl\u00e4che hat fundamental andere Eigenschaften als beispielsweise ein Solarpark. Ein Solarpark st\u00f6rt nicht nur die Biodiversit\u00e4t, sondern auch die Verdunstung und damit den Wasserkreislauf oder die Reflexion von Sonnenlicht und die Abstrahlung von W\u00e4rme. Kleine \u00c4nderungen im System Erde k\u00f6nnen ausgeglichen werden, oder sie haben nur sehr kleine Auswirkungen. Werden diese St\u00f6rungen allerdings zu gross, kann das Erdsystem sie nicht mehr kompensieren und verl\u00e4sst seinen stabilen Betriebszustand. Viele sogenannte Kippelemente, wie beispielsweise das Abschmelzen der Polkappen oder das Absterben der Korallenriffe, sind bekannt.[1]<\/a> Werden die jeweiligen Kipppunkte \u00fcberschritten, wechselt das Erdsystem schnell und meist irreversibel in einen neuen Zustand. Die Landnutzung, ein Haupttreiber f\u00fcr den Verlust an Biodiversit\u00e4t und ein Beschleuniger der Klimaver\u00e4nderung, erh\u00f6ht den Druck auf solche Kippelemente und hat bereits ihre sichere Belastungsgrenze \u00fcberschritten.
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\nDie Menschheit ben\u00f6tigt neben technischer Energie wie Strom oder W\u00e4rme auch chemische Energie in Form von Nahrung und biologische Materialien wie Holz oder Baumwolle. Wenn die Weltbev\u00f6lkerung weiterw\u00e4chst und sich voraussichtlich erst bei rund 11 Milliarden[2]<\/a> stabilisiert, wird allein schon die Ern\u00e4hrungssicherung innerhalb der Belastungsgrenzen der Erde zur Herausforderung.[3]<\/a> Zus\u00e4tzlich dazu noch grossfl\u00e4chig Agrartreibstoffe anzubauen, kann bestenfalls erst nach dem Umbau zu einer gesicherten und nachhaltigen Ern\u00e4hrungsproduktion erfolgen. Denn die Bioenergienutzung \u2013 das heisst die Umwandlung von Biomasse in elektrische Energie, W\u00e4rme oder Kraftstoff \u2013 liegt bereits heute \u00fcber ihrem nachhaltigen Potenzial.[4]<\/a>
<\/p>\nWind und Wasser: Begrenzt nutzbar<\/h2>\n
\nDie Schweiz setzt dank ihrer geografischen Lage stark auf Wasserkraft. Allerdings ist auch hier der Ausbau bereits auf einem hohen Niveau angelangt. Zudem ist das nachhaltige Potenzial der Wasserkraft global gesehen sehr beschr\u00e4nkt. Sei es aufgrund fehlender topografischer Eignung f\u00fcr Speicherseen oder wegen negativer \u00f6kologischer Folgen beim Bau von Staumauern. So ver\u00e4ndern Staumauern etwa den N\u00e4hrstoff- und Geschiebetransport, was weitreichende Auswirkungen auf die Fluss\u00f6kologie haben kann. Zudem sind sie eine k\u00fcnstliche Barriere f\u00fcr die Migration von Wasserlebewesen in Fl\u00fcssen.
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\nAuch die Windkraft ist ein grosser Hoffnungstr\u00e4ger. Leider hat auch sie aus Erdsystemsicht nur beschr\u00e4nkt Potenzial. Die kinetische Energie im Wind entsteht, weil die Sonneneinstrahlung zu ungleichm\u00e4ssiger Erw\u00e4rmung in der Atmosph\u00e4re f\u00fchrt. Dadurch ergeben sich Druckunterschiede, welche zu Ausgleichsstr\u00f6mungen \u2013 sprich: Winden \u2013 werden. Jeder Umwandlungsschritt \u2013 von der Sonne zu W\u00e4rme zu Bewegung zu Strom \u2013 bedingt zum Teil erhebliche Verluste, welche das Potenzial von Wind gegen\u00fcber der direkten Sonnenenergienutzung, also der direkten Umwandlung von Sonne zu Strom, entsprechend verkleinert.[5]<\/a>
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\nBiomasse, Wasser- und Windkraft zusammen k\u00f6nnen nur einen Bruchteil des globalen Energiebedarfs der Menschheit decken. Andere erneuerbare Energieformen wie Wellen, Gezeiten oder Erdw\u00e4rme haben bereits ein sehr kleines theoretisches Potenzial. Sie k\u00f6nnen bestenfalls lokal einen Beitrag zur technischen Energienutzung leisten. Global gesehen sind sie vernachl\u00e4ssigbar.
<\/p>\nHoffnungstr\u00e4ger Solarenergie<\/h2>\n
\nWie die bisherige Aufz\u00e4hlung zeigt, ist das Ausbaupotenzial vieler erneuerbarer Energietr\u00e4ger bescheiden. Doch was ist mit der direkten Umwandlung von Sonnenenergie in Strom? Hat sie das Potenzial, den globalen Energiebedarf zu decken? Solarenergie kann mithilfe von Fotovoltaikanlagen, Solarthermie oder thermischen Sonnenspiegelkraftwerken genutzt werden. Die ersten beiden sieht man auf immer mehr D\u00e4chern installiert, Letztere sind vor allem in W\u00fcstengegenden sinnvoll einsetzbar. Das Potenzial f\u00fcr die Nutzung ist betr\u00e4chtlich. W\u00fcrden die ganzen bereits gebauten Infrastrukturoberfl\u00e4chen wie D\u00e4cher, Fassaden, Strassen, Parkpl\u00e4tze oder Schienenwege genutzt, k\u00f6nnte das Dreifache des globalen Energiebedarfs von 2018 verf\u00fcgbar gemacht werden.[6]<\/a> Das heisst: Kein zus\u00e4tzlicher Fl\u00e4chenverbrauch ist n\u00f6tig, also keine Solarparks auf der gr\u00fcnen Wiese.
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\nDieses Potenzial allein w\u00e4re ausreichend, um eine globale 2000-Watt-Gesellschaft zu versorgen, eine Gesellschaft also, in der jedem Erdenb\u00fcrger \u00fcber das Jahr durchschnittlich 2000 Watt zur Verf\u00fcgung stehen. W\u00fcrde hingegen der weltweite Energiebedarf pro Person auf 5000 Watt und damit auf den heutigen Bedarf eines durchschnittlichen Einwohners der Schweiz ansteigen, w\u00e4ren zus\u00e4tzlich rund 10 Prozent der W\u00fcstenfl\u00e4che zur Solarenergieernte notwendig.[7]<\/a> Immerhin: Der Fl\u00e4chenverbrauch in den W\u00fcsten hat nur kleine Auswirkungen auf die Biodiversit\u00e4t. Die Auswirkungen auf das Klima und den Energiehaushalt der Erde durch ver\u00e4nderte Sonnenreflexion m\u00fcssen jedoch erst n\u00e4her untersucht werden. Hinzu kommen hohe politische und technische H\u00fcrden f\u00fcr den Transport der in der W\u00fcste gesammelten Energie in die Ballungsr\u00e4ume. Aus diesen Gr\u00fcnden spricht viel daf\u00fcr, die W\u00fcstengebiete nur dann zu erschliessen, wenn alle anderen M\u00f6glichkeiten ausgesch\u00f6pft sind.
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\nZ\u00e4hlt man das globale Potenzial aller erneuerbaren Energien, inklusive des Zubaus von 10 Prozent der W\u00fcstenfl\u00e4che, zusammen, ist dieses zehnmal gr\u00f6sser als der heutige weltweite Energiebedarf. Und trotzdem entspricht dieses Potenzial nur 0,04 Prozent der einfallenden Sonnenstrahlung auf die Erde.[8]<\/a>
<\/p>\nWeg zur solaren Gesellschaft<\/h2>\n
\nEine nachhaltige Gesellschaft sollte daher \u00fcberwiegend von direkter Nutzung der Sonnenenergie angetrieben werden. Jedes Dach, jede Fassade, jeder Parkplatz kann so einen Beitrag f\u00fcr eine nachhaltige Energiezukunft leisten. Da CO2-Emissionen global immer noch ansteigen, m\u00fcssen wir immer dringender handeln, um die globale Klimakatastrophe noch abzuwenden. Energetisch betrachtet ist es jedenfalls m\u00f6glich, innerhalb von Jahren und nicht Jahrzehnten alle fossilen Energietr\u00e4ger durch Sonnenkraft zu ersetzen.[9]<\/a> Die Technologie ist startklar, und Fotovoltaik ist mittlerweile sogar die billigste Energieform. Und dies, obwohl sich im Jahr 2017 die Subventionen f\u00fcr fossile Energietr\u00e4ger weltweit auf bis zu 5,3 Billionen Dollar j\u00e4hrlich beliefen.[10]<\/a> W\u00fcrde man diese in den Bau von Fotovoltaikanlagen investieren, liessen sich innerhalb von acht Jahren doppelt so viele Anlagen installieren, wie f\u00fcr den Ersatz aller fossilen Energietr\u00e4ger n\u00f6tig w\u00e4ren.
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\nAuf dem Weg zur solaren Gesellschaft k\u00f6nnte gerade die Schweiz als Pionierin vorangehen. Einerseits k\u00f6nnte sie die Fotovoltaik-Kapazit\u00e4ten auf bereits versiegelten Oberfl\u00e4chen massiv ausbauen. Andererseits k\u00f6nnte sie den Energiebedarf senken und eine 2000-Watt-Gesellschaft Realit\u00e4t werden lassen.<\/p>\n
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