Welt im Wandel: Energiewende zu Nachhaltigkeit Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen Joachim Luther Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg und Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften, Universität Freiburg

Mitglieder des WBGU I, Stand März 2003 Professor Dr. Hartmut Graßl, Direktor am Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg Professor Dr. Dr. Juliane Kokott, Direktorin am Institut für Europäisches und Internationales Wirtschaftsrecht, Universität St. Gallen Professor Dr. Margarete E. Kulessa, Professorin für Allgemeine Volkswirtschaftslehre und Europäische Wirtschaftspolitik an der Fachhochschule Mainz Professor Dr. Joachim Luther, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme, Freiburg Professor Dr. Franz Nuscheler, Direktor des Instituts für Entwicklung und Frieden in Duisburg

Mitglieder des WBGU II, Stand März 2003 Professor Dr. Dr. Rainer Sauerborn, Ärztlicher Direktor der Abteilung für Tropenhygiene und Öffentliches Gesundheitswesen am Universitätsklinikum Heidelberg Professor Dr. Hans-Joachim Schellnhuber, Direktor des britischen Wissenschaftsnetzwerks zum Klimawandel (Tyndall Centre) in Norwich (UK) und Direktor des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung, Potsdam Professor Dr. Renate Schubert, Direktorin des Instituts für Wirtschaftsforschung der ETH Zürich Professor Dr. Ernst-Detlef Schulze, Direktor am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena

Schutz der natürlichen Lebensgrundlagen der Menschheit Beseitigung der Energiearmut in Entwicklungsländern Reduktion von geopolitischen Konfliktpotenzialen Drei Gründe für die Notwendigkeit einer Transformation der globalen Energiesysteme

Zum Leitplankenkonzept des WBGU

Ökologische Leitplanken - Klimaschutz - Nachhaltige Flächennutzung - Schutz der Meeresökosysteme -... Sozioökonomische Leitplanken - Begrenzung des relativen Anteils der Energieausgaben am Einkommen - Risiken im Normalbereich halten -... Leitplanken, Evolution des globalen Energiesystems, Beispiele

Source: German Advisory Council on Global Change, 2003 °C °C per decade ,1 0,2 Temperature guard-rails for a sustainable development global rate of temperature change and global change of temperature  ppm CO 2

IPCC storylines (SRES) for global human evolution, examples A1very strong economic growth, strong emphasis on R&D, global economic convergence A2heterogeneous world, slow technological progress, not focused on sustainability B1similar to A1, in addition „green“ and „fair“ B2local and regional development paths, business-as-usual (econ. growth etc.) Source: WBGU/IIASA, 2003

Steigerung der Energieeffizienz vom historischen Trend (1%/a) auf 1,6%/a Primärenergiebedarf, exemplarischer Pfad des WBGU

- Langfristig keine Verwendung von nicht nachhaltigen Techniken (Leitplanke), - keine Verwendung von Techniken deren technischen Machbarkeit heute noch nicht in der Praxis nachgewiesen ist. Randbedingung bei der energietechnischen Detaillierung des exemplarischen Pfades

* higher potential with extensiv off-shore wind energy conversion Sustainable potentials of selected renewable energy sources, examples modern biomass100 EJ/a wind *140 EJ/a hydro 15 EJ/a solarquasi unlimited Source: German Advisory Council on Global Change, 2003

Annahme maximale Rate: x 10 pro Dekade (26% pro Jahr) Wachstumsraten bei der Implementierung neuer Energietechnologien

Grobes Primärenergie Portfolio, exemplarischer Pfad des WBGU

Transformation des globalen Energiesystems, ein exemplarischer Pfad Jahr 2100 Quelle: Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen, 2003 Jährlicher Energiebedarf [EJ/a] Öl Kohle Gas Kernenergie Wasserkraft Biomasse (traditionell) Biomasse (modern) Solarstrom (PV und solarthermische Kraftwerke) Solarthermie (nur Wärme) andere Erneuerbare Geothermie Wind

Gebäudeenergieversorgung und übergeordnetes Energiesystem Wasser- und Windkraft fossil CO 2 nuklear Wärme Strom CO 2 Bioenergie fossile Quellen Brenn- stoffe Wärme

Verteilte Stromerzeugung PV BHKW Speicher PV Biomasse Kraftwerk BZ Turbine/ Generator Wärme Strom Industrie Zentrale Erzeugung Transport Verteilung Import Windkraft

Large area electricity grids -> global link

Photovoltaik100W Photovoltaik mit100kW optischer Konzentration solarthermische Kraftwerke50MW Strom und Wasserstoff aus Sonnenenergie, primäre Energiewandlung, Modularität

Si Solarzelle

Leistung 25 kW (AC) Silizium Punktfokus-Zellen optische Konzentration: 250 Photovoltaischer Generator mit optischer Konzentration, AMONIX Inc. (USA)

Solarthermische Kraftwerke, EuroTrough Prototyp, Plataforma Solar, Almeria

Kohlenstoff-Speicherung

Kohlenstoffspeicherung im A1T-450 Szenario und im exemplarischen Pfad des WBGU Quelle, WBGU und Riahi (IIASA), 2002 Exemplarischer Pfad A1T Kohlenstoffspeicherung [Gt C/a] Jahr

Kumulierte Energiesystemkosten , nicht diskontiert Quelle: Roehl und Riahi (IIASA), 2000

Kostenreduktion Photovoltaik, ein Beispiel

Global PV market Source: PSE- Projektgesellschaft Solare Energiesysteme mbH, MW p / a

Quelle: PSE GmbH, 2003 $ /Wp Kumulierte Leistung MWp PV Module, Preiserfahrungskurve

T s =5 777 K T c =300 K Quelle: R. Sizmann % 80% 100% 60% 20%  0% Thermodynamische Wirkungsgradgrenzen photovoltaischer Energiekonversion optische Konzentration

Wettbewerbsfähigkeit netzgekoppelter Solarstromanlagen 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1, €/kWh 900 h/a*: 0,60 €/kWh 1800 h/a*: 0,30 €/kWh Photovoltaik Spitzenlast Grundlast * Sonneneinstrahlung pro Jahr PV-Stromgestehungs- kosten im Vergleich zu Preisen von EVU für Spitzen- und Grundlaststrom Quelle W. Hoffmann, RWE Schott Solar

Auch bei starkem Wachstum des Primärenergiebedarfs ist ein globales Energiesystem realisierbar, das umfassenden Nachhaltigkeitskriterien genügt Eine übergangsweise Sequestrierung von CO 2 ist notwendig Fazit I

Ein solches System basiert durchweg auf der effizienten Nutzung von Energie, mittelfristig auf einem breiten Spektrum Erneuerbarer Energien, langfristig im wesentlichen auf der Konversion solarer Strahlung Die Transformation des globalen Energiesystems ist eine Jahrhundertaufgabe Fazit II

Vortragsfolien im Internet unter: Weitere Informationen: