Energiewirtschaft

Einführung in Theorie und Politik

Andreas Löschel, Dirk Rübbelke, Wolfgang Ströbele, Wolfgang Pfaffenberger, Michael Heuterkes

• Éditeur: De Gruyter Oldenbourg
• Année: 2020
• ISBN:
  9783110556476
• Édition: 4
• Sujet: Economia
• Sous-sujet: Microeconomia

In diesem Lehrbuch wird das ökonomische Grundverständnis zum Thema "Energie" allgemein und über die einzelnen Teilmärkte für fossile und regenerative Energieträger schrittweise erarbeitet. Dafür werden ökonomische Zusammenhänge der Energiewirtschaft in ihren Grundzügen dargestellt und auf verschiedene Bereiche und Fragestellungen angewandt. Leser und Leserinnen werden damit in die Lage versetzt, vergangene und aktuelle Entwicklungen der Energiewirtschaft nachzuvollziehen und kritisch zu bewerten.
Die aktuelle Auflage wurde im Vergleich zur 3. Auflage systematisch in der Grundstruktur überarbeitet und dabei Neuentwicklungen in der Energiewirtschaft seit 2012 berücksichtigt.

1 Einführung und Grundlagen

Die Energieökonomik befasst sich mit einem zentralen Thema der Menschheitsgeschichte, ja des Lebens überhaupt. Leben bedeutet im Kern, dem ständig wirkenden Naturgesetz zum Einebnen von geordneten Strukturen entgegen zu wirken. Gebäude verrotten, Sandburgen werden glatt gespült, Gebirge werden abgetragen, Lebewesen sterben, usw. – ohne Eingriffe und immer wieder neuen Aufbau geordneter Strukturen tendiert alles zu Gleichförmigkeit. Dies ist die Aussage des Gesetzes von der Zunahme der Entropie (Gleichförmigkeit) in einem geschlossenen System. Danach wäre das Leben auf der Erde sehr langfristig gar nicht möglich, wenn nicht die Erde von verschiedenen Seiten immer mit neuen Energiezuflüssen versorgt würde.

Die geordneten Strukturen von Gebirgen und Landschaften auf der Erde wie die Alpen oder der Himalaja sind durch Prozesse entstanden, die durch Reste einer Glut aus der Erdentstehungszeit angetrieben werden: Das nach wie vor extrem heiße Erdinnere sorgt für Bewegungen der Erdkruste, faltet sie auf, lässt anderswo Massen wieder versinken, etc. In einigen Milliarden Jahren ist diese Glut so weit erkaltet, dass dann Erdbeben o. ä. nachlassen oder sogar aufhören werden.

Die großräumigen Wasserbewegungen in den Weltmeeren, sichtbar als Aufeinanderfolge von Ebbe und Flut, verdanken ihren Antrieb der Bewegungsenergie von Erde und Mond, die um einen gemeinsamen Schwerpunkt kreisen, der wegen der deutlich größeren Masse der Erde sehr nahe des Erdmittelpunktes liegt. Dadurch werden beide Himmelskörper, praktisch kaum messbar, über die Jahrtausende geringfügig langsamer (Gravitationsenergie).

Dass überhaupt Leben und damit zumindest vorübergehend geordnete Strukturen auf der Erdoberfläche möglich wurden, verdanken wir vor allem einem riesigen, ständig vor sich hin explodierenden Fusionsreaktor, von dessen unvorstellbar großen Mengen an freigesetzter Energie ein winziger Bruchteil die Erde erreicht. Ohne die Sonnenenergie gäbe es keinen Wasserkreislauf, keinen Wind und kein Leben für Pflanzen und Tiere. Letztere arbeiten dem Entropieanstieg entgegen, indem sie in Nahrungsketten Energiespeicher der vorgelagerten Ebene nutzen und selbst verwerten. Am Beginn jeder Nahrungskette steht deshalb die Fotosynthese von Algen, Gras, Getreide o. ä. In diesem Sinne lebt auch der rein fleischfressende Gepard indirekt von der Sonnenenergie, haben doch seine Beutetiere das Gras der Steppe oder Savanne genutzt. Dem Gefälle der Energienutzung entspricht dann auch der Befund, dass Fleischfresser in geringerer Zahl vorkommen als ihre Beutetiere: Es muss mehr Antilopen geben als Geparden oder Löwen.

Während Gesellschaften des Altertums und des Mittelalters fast ausschließlich auf der Nutzung regenerierbarer Energieressourcen wie Holz, tierischer oder menschlicher (Sklaven‑)Kraft oder Wasser- und Windenergie beruhten, nutzt eine inzwischen auf mehrere Milliarden Menschen angewachsene Weltbevölkerung seit etwa 300 Jahren auch fossile Energiequellen. Für das menschliche Leben und die Produktionsprozesse ist deshalb eine ausreichende Energieverfügbarkeit von größter Bedeutung. Insbesondere die industrielle Produktionsweise ist auf ergiebige Energiequellen angewiesen.

Auf Aluminiumbleche, Weihnachtsbäume oder Erdbeermarmelade kann die Menschheit zur Not verzichten: Energieressourcen sind hingegen absolut notwendig für die Aufrechterhaltung jeglicher Produktion und des Lebens schlechthin.

1.1 Natürlicher und anthropogener Energieumsatz

Menschliche Energienutzungen in Form von Nahrung für das eigene Leben und Einsatz von Energie für technische Systeme (Maschinen, Fahrzeuge, usw.) sind nur ein geringer Bruchteil der natürlichen Energieumsätze, die ständig im Bereich der Erde, ihrer Atmosphäre und auf der Erdoberfläche registriert werden können. Die Größenordnungen verdeutlicht die Abb. 1.1.

Abb. 1.1 Natürliche und anthropogene Energieumsätze auf der Erdoberfläche und in der Atmosphäre

Von den rund 180 Mrd. MW Sonnenenergieeinstrahlung, die ständig die Erde erreichen, wird rund ein Drittel bereits vor dem Auftreffen auf die erdnahen Schichten der Atmosphäre reflektiert (Albedo).¹ Rund zwei Drittel wandeln sich in Wärme um, indem sie Luft, Wasser oder Landmassen erwärmen. Unter den derzeitigen Bedingungen der Atmosphäre wird mit geringer Verzögerung diese Wärme wieder in das Weltall zurückgestrahlt.

Eine Größenordnung von 300–400 Mio. MW ($\approx \mathrm{0,2}$ % der Sonneneinstrahlung) wird in Wind- und Wellenbewegungsenergie umgewandelt, 70–80 Mio. MW durch Fotosynthese in Pflanzen verschiedenster Art in Form von chemischer Energie als Stärke oder Holz o. ä. gespeichert ($\approx \mathrm{0,04}$ %). Der derzeitige zivilisatorische Energieumsatz der gesamten Menschheit beläuft sich auf rund 10 Mrd. Tonnen RÖE, was bei Gleichverteilung auf die 8.760 Jahresstunden einer durchschnittlich beanspruchten Leistung von 13,7 Mio. MW, d. h. etwa 0,0075 % der ständigen Sonnenenergieeinstrahlung, entspricht.

Der biologische Energiebedarf für die Menschen beträgt bei der derzeitigen Erdbevölkerung rund 0,8–0,9 Mio. MW, die durch Nahrungsmittel, d. h. letztlich aus Fotosynthese gedeckt werden müssen. Dass die Landwirtschaft durch ihre direkte und indirekte Nahrungsmittelproduktion erheblich mehr als diese 0,8–0,9 Mio. MW bereitstellen muss, liegt an den unter energetischen Aspekten geringen Wirkungsgraden der Erzeugung von großen Mengen tierischen Eiweißes für den Fleischkonsum. Die Menge an Pflanzen für die Fütterung der Nutztiere ist sehr hoch. Um den Energiegehalt eines Rindersteaks zu erhalten, muss ein Vielfaches dieser Energie in Form von Pflanzen für die Fütterung bereitgestellt werden.

Die Erdoberfläche ist somit unter Energieaspekten kein geschlossenes System, sondern weist eine Energiezufuhr von Sonne und in ge...