Fossile Energien und globale Erwärmung: zwei Seiten derselben globalen Herausforderung

Seit der Urzeit haben die Menschen versucht, dank Energienutzung nicht mehr ausschliesslich von der eigenen körperlichen Arbeit abhängig zu sein. Am Beginn stand das Beherrschen des Feuers und später der Kraft der Tiere. Bald darauf nutzten sie die Windkraft für die Schifffahrt und schliesslich die Wasserkraft. Indem sie Energie einsetzten, konnten sich die Menschen von schwerer körperlicher Arbeit befreien; sie konnten einen Komfort geniessen, der durch die eigene Arbeit nicht mehr erreichbar war (oder durch diejenige der Tiere oder Sklaven).

Die Herkunft des Worts «Energie» spiegelt folgende Bedeutung von Arbeit und Aktivität wider: Das Wort geht auf das altgriechische ἐνέργεια zurück, das mit ἔργον (das Werk, die Arbeit) über das Adjektiv ἐνεργής, ής, ές (handelnd, aktiv, wirksam) in Verbindung gebracht wird. Darauf die moderne Bedeutung von (Lohn-)Arbeit zu projizieren wäre allerdings angesichts der kulturellen und zeitlichen Distanz ein Anachronismus [5].

In den letzten 250 Jahren verbesserten die Entwicklung der Dampfmaschine und später des Verbrennungsmotors die Lebensbedingungen eines grösseren Teils der Menschheit massgeblich. Damit einhergehend steigt der Verbrauch fossiler Energieträger derart, dass sie heute bei Weitem die wichtigste Energiequelle sind.

Mit dem Aufkommen der Telekommunikation, des Computers und des Internets hängt der Zugang zu Informationen und Wissen nun auch vom Zugang zu Energie ab, genauer gesagt zu Elektrizität. Das ist eine grundlegende Herausforderung für soziale Gerechtigkeit und Fairness. Ohne Energie, insbesondere ohne Strom, gibt es kaum Entwicklung.

Die Verbrennung fossiler Energieträger ist für drei Viertel der jährlichen Treibhausgasemissionen verantwortlich, welche die Menschheit global ausstösst. Sie sind also der Haupttreiber der globalen Erwärmung, die unsere Existenz mittel- bis langfristig bedroht. Das schlimmste Szenario wäre eine Erhöhung der Temperatur von mehr als 5 Grad in den nächsten 80 Jahren, was die

Meeresspiegel um fast einen Meter steigen liesse und viele extreme Wetterereignisse verursachen würde. Hunderte von Millionen Menschen müssten ihren Lebensraum verlassen. Ein solches Szenario würde nicht nur den ärmsten Menschen den Zugang zu menschenwürdigeren Lebensbedingungen verunmöglichen, sondern auch das Wohlbefinden der gesamten Menschheit erheblich beeinträchtigen.

Das Energiesystem ist fraglos der wichtigste Hebel, um das Klima zu schützen und die Erderwärmung zu bekämpfen. Hier braucht es vor allem grosse Veränderungen. Solche haben tiefgreifende Auswirkungen auf die Gesellschaft und die Wirtschaft der einzelnen Länder.

Auch andere Bereiche wie etwa die Zementindustrie oder die Landwirtschaft müssen natürlich ihren Beitrag leisten. Zudem gilt es die Abholzung der Wälder zu stoppen.

Bevor wir uns mit Szenarien zum voraussichtlichen Ausmass der Erwärmung befassen, werfen wir einen Blick auf ihre Hauptursache: die Verbrennung fossiler Brennstoffe.

Was ist Energie?

Energie ist eine Möglichkeit, ein Potenzial: Mit Energie kann man Bewegung oder Arbeit erzeugen (z. B. einen Hang hinaufklettern), eine chemische Reaktion auslösen (Materialien umwandeln), Kälte erzeugen oder einfach nur Wärme abgeben (die minderwertige Form von Energie).

Energie kann enthalten oder gespeichert sein:

• in chemischer Form (Holz, Öl),

• als Potenzial (Wasser in Hochlage),

• in nuklearer Form (Atome, die gespalten oder verschmolzen werden),

• in elektrischer Form (Batterie, dank einer umkehrbaren chemischen Reaktion),

• oder einfach als Wärme (z. B. in einer Thermoskanne).

Energie wird in Wattstunden (Wh) oder Joule gemessen – aber auch als Gewicht oder Volumen einer Materie angegeben (z. B. eine Tonne trockenes Holz oder ein Liter Benzin). Auch Nahrungsmittel enthalten Energie, die in Kalorien gemessen wird. Wenn wir Energie nutzen, wandeln wir sie um. Die erste Umwandlung ist die von Primärenergie (die man in der Natur sammelt) zu Endenergie (die man nutzt). Beispielsweise wird Erdöl in Benzin oder Diesel umgewandelt. Oder Kohle wird in Strom umgewandelt.

Jede Umwandlung ist zwangsläufig mit Verlusten verbunden, in der Regel in Form von Wärme. So geht bei der Stromerzeugung aus Kohle zwei Drittel der Energie in Form von Wärme verloren. Kühltürme dienen dazu, diese enorme Menge an ungenutzter Wärme abzuführen.

Die zweite Umwandlung findet bei der Nutzung statt: Wenn ein mittelgrosses Auto mit Benzinmotor einen Pass mit 1000 m Höhenunterschied hinauffährt, verbraucht es acht Liter Benzin. Drei Viertel der Energie gehen als Motorwärme und ein kleiner Teil als Luftreibung verloren. Nur der Rest wird genutzt, um hochzufahren und wird somit in potenzielle Energie (Energie der Lage) umgewandelt.

Die potenzielle Energie ist eine spezielle Form der mechanischen Energie. Ein Körper hat aufgrund seiner Position in einer erhöhten Lage die Fähigkeit, Energie abzugeben (wie Wasser, das

Verluste bei der Umwandlung (+ durch Lagerung und Transport)

Primärenergie: z. B. Öl, Wasser in Höhenlagen, Wind, Sonnenstrahlung, Uran

◼ Pfeilstärke = Leistung = Menge der gelieferten oder genutzten Energie pro Zeiteinheit

Endenergie: z. B. Strom, Benzin, Holzpellets.

Verluste bei der Umwandlung (+ durch Lagerung und Transport) aus einem alpinen Stausee nach unten fliesst und damit Strom erzeugt). Nachdem das Auto gegen die Schwerkraft gearbeitet hat, erreicht es die Passhöhe. Es hat nun potenzielle Energie gewonnen, die z. B. 1,5 Litern Benzin entspricht.

Nutzen: z. B. Beleuchtung, Kochen, Besteigen eines Passes.

Wenn das Auto den Berg wieder hinunterfährt, verbraucht es kein Benzin. Stattdessen wandelt es seine potenzielle Energie in Luftreibung und Bremswärme um. Wenn es sich aber um ein Elektroauto handelt, kann es die potenzielle Energie zurückgewinnen, indem es statt zu bremsen seinen Motor als Generator nutzt und die so erzeugte Elektrizität in seine Batterie lädt.

Ein anderes Beispiel: Eine herkömmliche Glühbirne leuchtet nicht nur, sondern gibt auch viel Wärme ab. Sie ist wenig effizient. Eine LED-Glühbirne gibt bei gleicher Leuchtkraft nur wenig Wärme ab. Sie ist effizienter.

Die Effizienz ist das Verhältnis zwischen der verbrauchten und der nutzbaren Energie: Zum Beispiel verbraucht die herkömmliche Glühbirne, die eine Stunde brennt, 60 Wh Energie, liefert dabei aber nur 6 Wh Licht. Ihre Effizienz liegt nur bei 10 Prozent, der Verlust in Form von Wärme beträgt 90 Prozent.