Das Zeitalter der Industrie

Energie

Energie ist die Grundlage der modernen Industriegesellschaft: Weltweit nutzen wir über 13.000 Millionen Tonnen Erdöläquivalent im Jahr. Ein Bewohner Deutschlands verbraucht im Schnitt 131 kWh/Tag, dies entspricht 4,1 Tonnen Erdöläquivalent pro Jahr, an Primärenergie. Der größte Teil davon wird über die Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt, die die Luft verschmutzen und die wichtigste Ursache für den Klimawandel sind. Außerdem sind fossile Brennstoffe endlich - umso tragischer, dass die meiste Energie verschwendet wird.

Kohlekraftwerk Scholven. Mit der Nutzung von Kohle begann die industrielle Revolution;
die Verbrennung von Kohle ist die wichtigste Ursache für den Klimawandel. Foto: Sebastian
Schlüter, aus wikipedia (Lizenz: >> GNU FDL 1.2)

Die Geschichte der Menschheit ist (bisher) eine Geschichte immer weiter zunehmenden Energieverbrauchs; und die Industrielle Revolution beschleunigte diese Entwicklung um >> ein Vielfaches. Am Anfang der Industriellen Revolution stand die >> Kohle, und damit der Übergang von nachwachsenden auf fossile Brennstoffe. Die Nutzung der Kohle - und später weiterer fossiler Brennstoffe wie >> Öl und Gas - vervielfachte die Kraft und die Möglichkeiten der Menschheit; fossile Brennstoffe trugen entscheidend dazu bei, dass sich der materielle Wohlstand im reichen Teil der Welt vervielfachte: Sie ermöglichten die Herstellung von Kunstdüngern und Maschinen, die auf den Feldern die menschliche und tierische Arbeitskraft und organische Dünger ablösten; trieben die Maschinen in den Fabriken an und ermöglichten so den rapide anwachsenden Ausstoß an Gütern; waren Energiequelle für Eisenbahnen, Autos und Flugzeuge und veränderten so das Leben der Menschen. Mit der Umwandlung fossiler Brennstoffe in die vielseitige Energieform Strom wurden auch die Informations- und Kommunikationstechnologien und die automatisierten Produktionsprozesse möglich, die die moderne Welt ausmachen.

Die Nutzung fossiler Brennstoffe schuf aber auch eine neue Dimension von Umweltveränderungen. Die erste war die >> Luftverschmutzung. Hohe Schornsteine erwiesen sich als Scheinlösung - sie verursachten “Sauren Regen” weitab der Industriegebiete; aber Filter und der Übergang von Kohle zu Öl und Gas bei den Hausheizungen haben das Problem zumindest in den Industrieländern deutlich reduziert. Weltweit bleibt es akut, in Peking ist heute die Luft so schlecht wie 1960 im Ruhrgebiet. Und wir wissen heute, dass das unsichtbare Treibhausgas Kohlendioxid aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe eine Hauptursache für den >> Klimawandel ist. Die Entstehung von Kohlendioxid bei der Verbrennung ist unvermeidbar, der Kohlenstoff im Brennstoff reagiert mit Sauerstoff zu Kohlendioxid. Dazu kommt, dass fossile Brennstoffe nicht unendlich zur Verfügung stehen; insbesondere beim Öl werden die Stimmen immer lauter, die den >> Höhepunkt der Ölförderung als bald bevorstehend oder gar erreicht sehen. Diese Endlichkeit betrifft auch die Brennstoffe für die Atomenergie, die zudem ihre eigenen >> Risiken mit sich bringt; weshalb im letzten Jahrzehnt zunehmend in >> erneuerbare Energieträger investiert wurde.

Energieerzeugung weltweit und in Deutschland

Im Jahr 2013 betrug der weltweite Primärenergieverbrauch 13.497 Millionen Tonnen Erdöläquivalent, wenn selbst gesammeltes Brennholz oder Wärmeerzeugung mit Sonnenkollektoren zur Erwärmung des Wassers im eigenen Haus mit betrachtet werden (700). An diesem weltweiten Energieverbrauch hatte Öl einen Anteil von 4.185 Millionen Tonnen, Kohle von 3.827 Millionen Tonnen Erdöläquivalent (Mtoe) und Gas von 3.020 Mtoe, die fossilen Brennstoffen Öl, Kohle und Gas trugen also mit über vier Fünfteln zur Energieerzeugung bei. Wasserkraftwerke produzierten 856 Mtoe, der Beitrag der Atomenergie betrug 563 Mtoe (siehe aber hierzu die Anmerkung >> hier), traditionelle Biomasse hatte mit geschätzt 747 Mtoe einen Anteil von 5,5 Prozent und kommerziell gehandelte andere erneuerbare Energiequellen wie Strom aus Wind, Sonne oder Erdwärme trugen mit 279 Mtoe oder 2,1 Prozent zur weltweiten Energieversorgung bei.

 

Primärenergieträger des globalen Energieverbrauchs 2013.
Eigene Abbildung, Erläuterung der Zahlenbasis >> hier.

In Deutschland betrug der Primärenergieverbrauch im Jahr 2013 335,6 Millionen Tonnen Erdöläquivalent (701); damit hatten wir einen Anteil von 2,5 Prozent am globalen Verbrauch (bei einer Bevölkerungszahl, die knapp 1,2 Prozent der Weltbevölkerung entspricht - ein durchschnittlicher Deutscher verbraucht also mehr als doppelt so viel Energie wie der durchschnittliche Weltbürger). Und so sah unser "Energiemix" im Jahr 2013 aus:

 

Primärenergieträger des deutschen Energieverbrauchs 2013.
Eigene Abbildung, Erläuterung der Zahlenbasis >> hier. 

Die meiste Energie geht verloren

Angesichts der Endlichkeit fossiler Brennstoffe und der Umweltfolgen ihrer Verbrennung erscheint es unglaublich, aber der größte Teil dieser Energie wird gar nicht genutzt. Weltweit werden (nach den “Key Energy Statistics 2010” der Internationalen Energieagentur) nur gut zwei Drittel der Primärenergie als Endenergie genutzt, fast ein Drittel gehen verloren (in Deutschland betragen die Umwandlungs- und Leitungsverluste “nur” 30 Prozent). Betrachtet man dann von die Verluste bei den Verbrauchern, werden (auch in Deutschland) weniger als ein Drittel der eingesetzten Primärenergie tatsächlich genutzt, wie das folgende beispielhafte "Energieflussbild" zeigt.

Energieflussbild für die Bundesrepublik Deutschland. Verschiedene Quellen.

Energieverluste entstehen, wie die Abbildung zeigt, sowohl bei der Erzeugung und Verteilung der Energie als auch beim Endverbraucher. Bei der Erzeugung wird die in Primärenergieträgern wie Kohle, Erdöl, Erdgas, Wind und Sonnenstrahlen steckende Primärenergie in Kraftwerken, Raffinerien etc. in Sekundärenergieträger umgewandelt und über das Stromnetz, das Tankstellennetz etc. verteilt, bis sie als Endenergie an die Verbraucher geliefert wird. Bei dieser Umwandlung und der anschließenden Verteilung geht  bereits viel Energie verloren: In Deutschland waren das im Jahr 2011 30,1 Prozent (702) - vom damaligen Primärenergieverbrauch von 323 Mtoe blieben nach Abzug des "nichtenergetischen Verbrauchs" (etwa Öl, das als Rohstoff bei der Plastikproduktion verwendet wird) 299 Mtoe, aber als Endenergie standen nur 209 Mtoe zur Verfügung. Diese Verluste sind zu einem großen Teil unvermeidbar: Bei der Erzeugung von Strom in Wärmekraftwerken kann nur ein bestimmter Anteil der in den Brennstoffen enthalten Energie in Strom umgewandelt werden (warum das so ist, steht hier: >> Die Qualität der Energie).

Noch immer wird ein großer Teil unseres Stroms in Wärmekraftwerken erzeugt:

 

Energieträger der Stromerzeugung in Deutschland 2013. Quelle: Eigene Grafik
nach Daten der Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (Anm.), Stand Juni 2014.

Braunkohle, Atomenergie, Steinkohle, Erdgas und Erdöl sowie Biomasse erzeugen Strom in Wärmekraftwerken, deren durchschnittlicher energetischer Wirkungsgrad in Deutschland 39 Prozent beträgt. Bei direkt erzeugtem Strom fallen diese Verluste dagegen >> nicht an. Die direkte Stromerzeugung erfolgt mittels Wasserkraft, Windkraft (8,5 Prozent der Stromerzeugung) und Photovoltaik (4,8 Prozent der Stromerzeugung) und macht inzwischen bereits über 16 Prozent der Stromerzeugung aus; zusammen mit Biomasse (6,7 Prozent der Stromerzeugung tragen erneuerbare Energieträger mit 23,3 Prozent zur Stromerzeugung bei (703).

Welche Endenergieträger in Deutschland nach der Umwandlung an die Endverbraucher geliefert werden, zeigt die folgende Abbildung:

Endenergieträger in Deutschland 2012. Hinter “Sonstige” verbergen sich z.B. Müll und Klärschlamm.
Eigene Grafik nach Daten der Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (704), Stand Juli 2013.

Wo und wofür wir Energie einsetzen

Beim Endverbraucher sieht es bezüglich der Effizienz noch schlechter aus: hier geht  insgesamt mehr Energie verloren als genutzt wird. Auch sind hier die Gründe weniger komplex als etwa in einem Wärmekraftwerk: Meist liegt es einfach an schlecht durchdachter oder veralteter Nutzungstechnik. Die Endenergie wird in vier Sektoren eingesetzt, die die folgende Abbildung darstellt:

 

Sektoren des Energieverbrauchs in Deutschland in 2012. Eigene Grafik, Datenquelle (705).

Auch beim Endverbrauch spielt die >> Energiequalität eine Rolle: der Endenergieträger sollte dem Bedarf möglichst gut angepasst sein. Verbraucher nutzten Endenergie, um Wärme (Raumwärme, Warmwasser, industrielle Prozesswärme, in Deutschland insgesamt 55 Prozent der Endenergie - 34 Prozent Raumwärme und Warmwasser, 21 Prozent Prozesswärme), mechanische Energie (Antrieb von Autos, Elektromotoren etc., 37 Prozent der Endenergie) oder Licht (4 Prozent der Endenergie) zu erzeugen:

Anwendungsbereiche der Endenergie in Deutschland 2012. IKT steht für
Informations- und Kommunikationstechnik. Eigene Grafik, Datenquelle (702).

Der Verwendungszweck hängt aber auch vom jeweiligen Verbraucher ab: Raumwärme und Warmwasser werden in erster Linie (insgesamt zu etwa zwei Dritteln) in privaten Haushalten gebraucht, der Rest in Gewerbe, Handel und Bürogebäuden und in der Industrie; Prozesswärme wird vor allem für industrielle Prozesse wie Schmelzen, Trocknen, Härten und Kochen benötigt. Mechanische Energie wird zum größten Teil im Verkehr genutzt, aber auch in großem Umfang in Industrie und Gewerbe.

Die Zuordnung von Energieträgern und Nutzungsform ist nicht eindeutig: Raumwärme und Warmwasser können etwa durch Fernwärme, Sonnenkollektoren, Gas und Heizöl oder Strom erzeugt werden, industrielle Prozesswärme wird meist durch Steinkohle, Gas und Strom und mechanische Energie durch Strom (für den Antrieb von Motoren und Pumpen, Drucklufterzeugung etc. in Industrie und Gewerbe) und Kraftstoffe (Verkehr) erzeugt.

Dass die Anwendungsbereiche in den einzelnen Sektoren deutlich vom Durchschnitt abweichen, zeigt das folgende Beispiel der privaten Haushalten:

Endenergieanwendung in privaten Haushalten in Deutschland in 2012.
Eigene Grafik, Datenquelle (705).

Der Energieverbrauch eines Bundesbürgers
- eine Überschlagsrechnung

Der deutsche Primärenergieverbrauch von 335,6 Millionen Tonnen Erdöläquivalent im Jahr 2013 entspricht bei knapp 82 Millionen Einwohnern einem Primärenergieverbrauch pro Einwohner von 131 kWh/Tag (wie man diese Einheiten ineinander umrechnen kann, steht auf der Seite >> Energie und ihre Einheiten). Die Umwandlungs- und Leitungsverluste betragen rund 30 Prozent, so dass jedem Bundesbürger rund 92 kWh/Tag an Endenergie bleiben. Dem Anteil der Haushalte hieran beträgt 27,8 Prozent, also 25,6 kWh/Tag, Industrie, Handel, Gewerbe und Dienstleistungen verbrauchen zusammen je Einwohner 42 kWh/Tag und der Verkehr 27 kWh/Tag.

Bleiben wir zunächst beim direkten Energieverbrauch in den Haushalten. Den größten Anteil machen Heizung und Warmwasser aus: Für jeden Einwohner 21,4 kWh/Tag (etwa 17,5 kWh Heizwärme und 3,7 kWh Warmwasser). Die wichtigsten dafür verwendeten Energieträger sind Gas (mit einem Anteil von umgerechnet 9,5 kWh/Tag) und Heizöl (5,3 kWh/Tag; alle Daten, die nicht bereits oben genannt wurden, wurden aus Angaben in [705] errechnet). Aus dem Heizwärmebedarf und der durchschnittlichen Wohnfläche von 40 m²/Einwohner lässt sich ausrechnen, dass der durchschnittliche Heizwärmebedarf bei 160 kWh pro Jahr und m² Wohnfläche lag. Renovierungsbedürftige Altbauten können über 300 KWh/m² liegen, ein 150 m²-Haus verbraucht dann 4.500 Liter Heizöl im Jahr. Für Neubauten ist in Deutschland ein Wert von 100 kWh vorgeschrieben, in der Schweiz von 42 kWh. Der Stromverbrauch in Haushalten beträgt je Einwohner 5,2 kWh/Tag - damit werden Haushaltsgeräte (Elektroherd, Waschmaschinen, Trockner, Kühl- und Gefriergeräte, ...) und Unterhaltungselektronik (Fernseher, Computer, ...) betrieben sowie Licht, in manchen Haushalten auch Heizwärme und Warmwasser, erzeugt.

Der nächste große Posten ist das Auto: Ein durchschnittlicher Autofahrer, so hat ein >> Rechenbeispiel ergeben, verbraucht alleine an Treibstoff 21,6 kWh/Tag. Da in Deutschland auf 81,9 Millionen Menschen etwa 41 Millionen Autos kommen, das heißt 1 Autofahrer auf 2 Einwohner, entspricht dies je Einwohner 10,8 kWh/Tag. Der Energieverbrauch im Verkehr verteilte sich im Jahr 2010 (Daten: [706]) zu 71,1 Prozent auf den Personen- und zu 28,9 Prozent auf den Güterverkehr; auf den Personenverkehr entfallen also 19,2 kWh/Tag, und davon 15,7 kWh auf die Straße (und da die in der Quelle nicht gesondert ausgewiesenen Busse kaum ein Drittel des Treibstoffverbrauchs ausmachen dürften, zeigt dies, liegt der tatsächliche  Treibstoffverbrauch des durchschnittlichen Autofahrers offenbar höher als in der Beispielsrechnung angenommen), 0,91 kWh/Tag auf die Bahn und 2,6 kWh/Tag auf den Flugverkehr. Zum Vergleich: Eine einzige Fernreise im Jahr entspricht einem Verbrauch von bis zu 30 kWh/Tag, also mehr, als ein durchschnittlicher Autofahrer im Jahr verbraucht. Ein Mittelstreckenflug, etwa Düsseldorf - Málaga, im Jahr entspricht gut 3 kWh/Tag. Auf den Güterverkehr entfallen 7,8 kWh/Tag, davon 6,3 kWh pro Tag auf den Straßenverkehr und 1 kWh/Tag auf den Flugverkehr.

Energie steckt aber auch in den Produkten, die wir kaufen: dies sind die 42 kWh/Tag, die Industrie, Gewerbe, Handel und Dienstleistungen je Einwohner verbrauchen. Diese Energie ist der >> "Energierucksack" der Produkte. Zugegeben: Die Gleichsetzung ist ungenau - ein Teil der deutschen Industrieproduktion wird ja exportiert. Aber andererseits kaufen wir auch importierte Produkte; wir gehen für diese Überschlagsrechnung einfach mal davon aus, dass sich beide Werte etwa ausgleichen. Ein Beispiel: Wer alle drei Jahre einen PC kauft, “verbraucht” damit schon 11,6 kWh/Tag. Wie solche Werte zustande kommen, zeigt das folgende Beispiel eines Autos.

Der Energieverbrauch der Landwirtschaft wird auf >> 15 kWh/Tag geschätzt. Dazu kommt noch der Energieaufwande der Ernährungsindustrie von 1,9 kWh/Tag, so dass unsere Ernährung insgesamt etwa 17 kWh/Tag an Energie verbraucht (wobei etwa 10 kWh nicht in der bundesdeutschen Statistik auftauchen, da sie etwa beim Sojaanbau oder der Rinderzucht im Ausland verbraucht werden).

Mehr zum Thema Energie auf diesen Seiten:
>> Energie und ihre Einheiten
>> Eine kleine Geschichte des menschlichen Energieverbrauchs
>> Eine kleine Geschichte des Erdöls
>> Das Ende des billigen Öls
>> Eine kleine Geschichte der Atomenergie
>> Energiewende

Webtipps

>> Grundlagen auf der Seite >> “Regenerative Zukunft”

 Strategien für die Zukunft:
>> Saubere Energie

Weiter mit:
>> Die Gefährdung der Böden

© Jürgen Paeger 2006 - 2014