Jeder der denkt, Technologie könnte unsere Energieprobleme lösen, geht davon aus, es gäbe eine Grenze, ab der Menschen keine Verwendung für noch mehr Energie hätten. Was ist mit Heizpilzen im Winter, klimatisierten Fussballstadien in Katar und Weltraumtourismus?
 

Treibstoffe

  Schmelzpunkt in °C Siedepunkt in °C Energiegehalt
Heizwert in kWh/kg
Energiedichte
Heizwert in kWh/l
Preis
€/kWh
Ele-X-Ele Well to wheel Deutschland 2019 Welt 2019
Wasserstoff H2 −259,14 −252 33,5
39,39 (Brennwert)
0,003
0,79 (350 bar)
1,32 (700 bar)
2,34 (bis −252 °C)

0,283
34-44 % 22 %

19 %
13 %
   
Methan CH4 −182 −162 12,5
13,9 (Brennwert)
0,010
2,3 (CNG 200 bar)
6,5 (LNG bis −162 °C)

0,164
0,079
30-39 %

25-33 %
18 %
17 %
15 %
   
Propan C3H8 −187,7 −42,1 12,88
13,9 (Brennwert)
0,026
6,44 (LPG 8,4 bar)
7,48 (bis −42,1 °C)

0,076
       
Butane C4H10 −138,29 | −159,42 −0,50 | −11,7 12,72 0,034
7,38 (2,1 bar)
7,6 (bis −11,7 °C)
         
Methanol CH4O −98 65 5,6 4,42 0,489   16 %    
Amoniak NH3 −77,7 −33 5,4 3,67 (9 bar bis 20 °C) 0,111   12 %    
Ethanol C2H6O −114,5 78,32 7,5 5,92 0,217     1,2 Mt (9 GWh) 2,9 Mt 2009
Benzin   30 … 215 11,3 8,5 0,180   24 % 17,3 Mt (195 GWh)  
Diesel   141 … 462 11,8 9,8 0,139   26 % 8 % 35,8 Mt (422 GWh)  
Heizöl EL   141 … 462 11,8 9,8 0,071     16,1 Mt (190 GWh)  
Biodiesel   176 … unbestimmt 10,3 9,1       2,3 Mt (23,7 GWh) 35,4 Mt 2018
Kerosin   80 … 230 11,6 9,6 0,039     8,5 Mt (98,6 GWh) 292 Mt 2010
Windenergie (WKA)               126 TWh 1,43 PWh mit 743 GW
PV (EE)               47 TWh mit 49 GW 635 GW
Wasserkraft               20 TWh 3,6 PWh 2012
Strom         0,197 100 % 82 % 580 TWh  
Biogas               44 TWh  
Erdgas         0,035   25 % 38 % 879 TWh  
Erdöl         0,036   18-21 % 1.158 TWh  
Steinkohle             28 % 307 TWh  
Braunkohle               320 TWh  
Kernenergie               228 TWh 2,56 PWh mit 397 GW
Primärenergie               3,5 PWh 162,2 PWh
                   
Erdgasspeicher               240 TWh  
PumpspeicherKW           75-80 %   40 GWh mit 7 GW  
  Li/Co in g/kWh Spannung in V      x Zyklen Geschwindigkeit          
Bleiakkumulator   1,75-2,4 0,04 x 50 0,2C | 10C   80-85 % 66-70 %    
LiCoO2-Akku 140/? 3,6 0,18 x 500 1C | 1C   97 % 79 %    
Li-NMC-Akku 120/120-220 3,6 0,22 x 2000 2C | 3C   97 % 79 %    
Li-NCA-Akku 230/120 3,6 0,25 x 1000 2C | 3C   97 % 79 %    
LiFePO4-Akku 80/0 3,2 0,17 x 5000 1C | 3C   97 % 79 %    
LiMn2O4-Akku ?/0 3,7 0,15 x 700 1C | 10C          
Li4Ti5O12-Akku ?/0 2,4 0,07 x 15000 4C | 8C          
Lithium-Luft ?/0 2,96 1,2 x 1000 ?          
Na-Ionen-Akku 0/0 2,7 0,16 x 1000
0,016 x 50000
3C | 4C
?
         

brennstoffzell-elektrischer Antrieb mit synthetischem Brennstoff
Verbrennungsmotor mit fossilem Treibstoff
Verbrennungsmotor mit synthetischem Brennstoff
batterie-elektrischer Antrieb

Globalpetrolprices

Kraftstoff#Alternative_Kraftstoffe
Power-to-X
Power-to-Gas
Power_to_Liquid

Wasserstoff
Wasserstoffwirtschaft
Problem: geringe Energiedichte

Methan
Problem: Treibhausgas
Verwendung_als_Brenn-_und_Kraftstoff
LNG_als_Brennstoff_für_Schiffe

Methanol
Methanol_als_Kraftstoff
Methanolsynthese
Problem: Formaldehyd CH2O
Direktmethanolbrennstoffzelle

Ethanol
Ethanol_als_Kraftstoff
Alkoholsynthese
Problem: Preis
Direktethanolbrennstoffzelle   +90 °C

Amoniak
Problem: Lachgas N2O, Stickoxide
Ammoniak-Brennstoffzelle
Power-to-Ammonia

Stromgestehungskosten
Energieverbrauch
Strompreise

PV-Anlagen

5-10 m2 = 1 kW
1 ha = 1 MW
1 km2 = 10 GW
Deutschland 2019 50 GW
Autobahn 13.200 km * 35 m = 462 km2 = 4,62 TW
Eisenbahn 38.400 km * 12 m = 461 km2 = 4,61 TW

Der Primärenergiebedarf für eine 100% elektrifizierte Wirtschaft läge nach dem gegenwärtigen Stand der Technik und dem aktuellen Wohlstandsniveau in Deutschlands bei etwa 1,5 PWh. Was etwa einer Verdreifachung entspräche. Die 1,5 PWh entsprächen flächenmäßig etwa einer Überdachung von 1/3 der Autobahnen oder 1/3 der Eisenbahnstrecken oder 1/17 des Saarlands. Wenn man die Möglichkeiten von bisher ungenutzten Dachflächen, Seen und Agrosolar zusammen mit weiteren Windrädern und massiv möglichen Einsparungen von Energie z.B. im Güterverkehr durch CargoCap betrachtet, erscheint eine vollständige nachhaltige Energieversorgung technisch mittel bis langfristig machbar.

Aufgrund der PV-Anlagen hat sich der Bedarf Tagesschwankungen ausgleichen zu müssen von etwa 40 GWh auf etwa 20 GWh halbiert. Bei einer Verdreifachung des Stromes könnte somit maximal ein Bedarf von etwa 60 GWh entstehen, es gibt jedoch viele Konzepte die Tagesschwankungen durch intelligent gesteuerte Verbräuche z.B. beim "Betanken" von E-Autos sogar noch weiter zu reduzieren. Keine guten Nachrichten für die Betreiber von PumpspeicherKW, die bereits ohnehin wirtschaftlich schlecht da stehen.

Anders sieht es beim Bedarf saisonale Schwankungen ausgleichen zu müssen. Aktuell stehen Erdgasspeicher mit 240 TWh also dem 6.000 fachen der PumpspeicherKW bereit. Diese sind in der Lage ein bis zwei Monate Dunkelflaute im Winter zu überbrücken. Bei einer Ersetzung fossiler Methanquellen wäre es sinnvoll, zukünftig sämtliches erzeugtes Biogas (44 TWh) für Dunkelflauten zwischenzuspeichern. Da sich bei der Speicherung von grünem Wasserstoff die Speicherkapazität gegenüber Methan etwa drittelt, wäre ein Ausbau bestehender Speicherkapazitäten nötig.

Sinnvoller und aus meiner Sicht mittlerweile unumgänglich wäre es zukünftig die energieintensiven Industrien zu den zukünftigen Großerzeugern von grüner Energie zu bringen. Keine Form erneuerbarer Energie lässt sich auch nur annähernd so gut transportieren wie Erdöl, Diesel und Benzin. Am ehesten kämen hier neben Methan (LNG) noch Amoniak und Methanol mit "lediglich" einer Verdreifachung der Transportkosten in Frage. Bei Amoniak wären alle nötigen Komponenten bereits vorhanden. Methanol hätte gegenüber Amoniak einen etwa 33 % besseren Wirkunggrad (Well to wheel 16 % versus 12 %) und eine bessere Umweltverträglichkeit. In einer nachhaltigen Weltwirtschaft müssten die großen Verbraucher wieder zu den Energiequellen gebracht werden, so wie vor der Erschließung der großen Erdöllagerstätten.

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