Cambridge-Professor: Netto-Null bis 2050 wird eine Kommandowirtschaft und einen massiven Rückgang des Lebensstandards erfordern

von | 13. Okt 2023

Und mehrere technologische Unmöglichkeiten und ein massiver Rückgang des Lebensstandards

Stellen Sie sich vor, die USA hätten im Jahr 2050 eine Wirtschaft mit Netto-Null-Emissionen, wie es Präsident Joe Biden versprochen hat (auch das Vereinigte Königreich hat sich dazu verpflichtet). (Vgl. The Telegraph)

Drei sehr große, miteinander verknüpfte und multidisziplinäre technische Projekte müssen abgeschlossen sein. Der Verkehr wird elektrifiziert sein. Die Wärmeversorgung in Industrie und Haushalten wird elektrifiziert sein. Der Elektrizitätssektor – Erzeugung, Übertragung und Verteilung – wird stark erweitert worden sein, um die ersten beiden Projekte zu bewältigen, und wird keine fossilen Brennstoffe mehr verwenden.

Ich habe eine lange Karriere im industriellen und akademischen Ingenieurwesen hinter mir und bin vor kurzem als Professor für Technologie in der Elektrotechnik an der Universität Cambridge in den Ruhestand getreten. Ich habe einige Zeit damit verbracht, die Machbarkeit dieser Ideen zu untersuchen, und dies sind die Fakten.

„Gegenwärtig verbrauchen die USA jeden Monat durchschnittlich 7.768 Billionen British Thermal Units an Energie, von denen der größte Teil durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entweder direkt für Wärme oder Transport oder indirekt zur Stromerzeugung bereitgestellt wird.“

Da ein Verbrennungsmotor die in seinem Kraftstoff gespeicherte Energie mit einem Wirkungsgrad von etwa 30 % in Transportbewegung umwandelt, während Elektromotoren die in einer Batterie gespeicherte Energie zu mehr als 90 % effizient nutzen, müssen wir das Stromangebot in den USA um etwa 25 % erhöhen, um den Verkehr in den USA auf dem heutigen Niveau zu halten. Gehen wir davon aus, dass es nicht mehr kostet, die heutigen fossil betriebenen Fahrzeuge und Züge durch elektrische zu ersetzen, als wir ohnehin für ihre Erneuerung ausgeben würden: Das stimmt zwar nicht ganz, aber die Differenz ist im Vergleich zum Rest gering. Ich sollte jedoch anmerken, dass ein kleiner Teil der heutigen Transportenergie für die Luftfahrt und die Schifffahrt verwendet wird, die viel schwieriger zu elektrifizieren sind als der Landverkehr, aber das ignorieren wir vorerst.

Als nächstes müssen wir die gesamte Wärme elektrifizieren. Wenn diese Wärme durch herkömmliche Elektroheizungen bereitgestellt würde, bräuchten wir einen zusätzlichen elektrischen Sektor in der Größe des heutigen. Wenn wir jedoch hauptsächlich Luft- und Erdwärmepumpen verwenden und eine Leistungszahl von 3:1 annehmen – optimistisch, aber nicht völlig unvernünftig -, dann brauchen wir für die Wärmeversorgung nur eine neue Netzkapazität, die 35 Prozent der Größe des heutigen Netzes entspricht. (Vgl. Money)

Bislang muss das Netz im Jahr 2050 um mehr als 60 % größer sein als heute. Wir müssen auch an den Gebäuden arbeiten. Der US-Gebäudebestand besteht aus fast 150 Millionen Wohneinheiten, Gewerbe- und Industriegebäuden mit einer geschätzten Nutzfläche von 367 Milliarden Quadratfuß. Ein Teil davon ist gut isoliert, ein großer Teil jedoch nicht. Damit unsere Wärmepumpen so effizient arbeiten können, wie wir es brauchen, müssten alle gut isoliert sein. Ausgehend von einem britischen Pilotprogramm zur Nachrüstung belaufen sich die Kosten auf nationaler Ebene auf 1 Billion Dollar pro 15 Millionen Einwohner. In den USA könnten sich die Kosten daher auf etwa 20 Billionen Dollar belaufen. Es könnten sogar bis zu 35 Billionen Dollar sein.

An dieser Stelle ist anzumerken, dass ebenso wie im Verkehrswesen einige spezielle Heizungsarten derzeit nicht elektrisch betrieben werden können, beispielsweise in der Primärstahlerzeugung. Diese werden mit zusätzlichen Kosten verbunden sein, wenn Netto-Null erreicht werden soll, aber wir ignorieren das vorerst, auch wenn wir sehr viel Stahl brauchen werden.

Lassen Sie uns nun das Stromnetz dekarbonisieren und es um 60 Prozent vergrößern und leistungsfähiger machen. Das US-Stromnetz wird als die größte Maschine der Welt bezeichnet: 200.000 Meilen Hochspannungsleitungen und 5,5 Millionen Meilen lokale Verteilungsleitungen. Wir werden weitere 120.000 Meilen an Übertragungsleitungen hinzufügen müssen. Die Kosten hierfür belaufen sich auf der Grundlage von US-Kostendaten auf etwa 0,6 Billionen Dollar.

Die 5,5 Millionen Meilen lokaler Verteilungsleitungen müssen aufgerüstet werden, um viel höhere Stromstärken zu übertragen. Die meisten Häuser in den USA haben einen Hauptsicherungskasten, der zwischen 100 und 200 Ampere (A) Strom ins Haus lässt, obwohl einige neue Sicherungskästen für 300 A ausgelegt sind. Die 100-A-Norm wurde vor fast einem Jahrhundert festgelegt, als der elektrische Wasserkocher das größte Einzelgerät war. In einem modernen, rein elektrisch betriebenen Haus ziehen einige der neuen Geräte weitaus höhere Ströme: Erdwärmepumpen können beim Einschalten 85 A ziehen, Heizstrahler ziehen beim Einschalten 37 A, Schnellladegeräte für Elektrofahrzeuge ziehen 46 A, und selbst langsame Geräte können 17 A ziehen, während elektrische Duschen 46 A ziehen. Die lokale Verkabelung in den Straßen und die lokalen Transformatoren sind alle auf die 100-A-Grenze ausgelegt. Die meisten Haushalte werden einen modernisierten Sicherungskasten und zumindest eine teilweise Neuverkabelung benötigen, und ein Großteil der lokalen Verkabelung und viele lokale Umspannwerke müssen aufgerüstet werden. Die Kosten für das Vereinigte Königreich wurden im Einzelnen auf 1 Billion Pfund geschätzt, was sich pro Kopf auf etwa 6 Billionen Dollar belaufen würde.

Da 60 % der derzeitigen Stromerzeugung mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, müssen wir alle fossilen Kraftwerke stilllegen und die verbleibende, nicht fossile Erzeugungskapazität um das Vierfache erhöhen. Es gibt nicht viel Spielraum für neue Wasserkraftwerke, und bisher gibt es außerhalb der fossilen Brennstofferzeugung keine Kohlendioxidabscheidung. Bei einer Mischung aus Windkraft (Onshore 1.600 $/kW, Offshore 6500 $/kW), Solarenergie (1.000 $/kW auf Versorgungsebene) und Kernkraft (6.000 $/kW) belaufen sich die Investitionskosten allein für diese Aufgabe auf etwa 5 Billionen $, wobei das enorme Problem der Schwankungen von Wind- und Solarenergie noch nicht berücksichtigt wurde.

Bislang belaufen sich die Kosten für die Isolierung von Gebäuden sowie für die Erzeugung, Übertragung und Verteilung von Strom in einer Netto-Null-Welt auf 32 Billionen Dollar. Auch wenn nicht alle Kosten von den Haushalten getragen werden, liegt diese Zahl in der Größenordnung von 260.000 Dollar pro US-Haushalt.

Lassen Sie uns nun über Intermittenz nachdenken. Manchmal gibt es keinen Wind und keine Sonne, und unser größtenteils aus erneuerbaren Energien gespeistes Netz hat keinen Strom. Die derzeitige Wasserkraftspeicherung würde ein Netto-Null-Netz in den USA für ein paar Stunden betreiben; die derzeitige Batteriekapazität könnte dies für ein paar Minuten tun. Netto_Null-Befürworter schlagen oft vor, einfach riesige Mengen an Batteriespeichern zu bauen, aber die Kosten dafür sind kolossal: 80-mal so viel wie die Kraftwerke, Hunderte von Billionen Dollar. Und in der Tat ist dies ein reines Hirngespinst, denn die erforderlichen Mineralien sind nicht annähernd in der benötigten Menge vorhanden. Würden die Preise steigen, würden weitere Reserven wirtschaftlich werden – aber die Preise sind schon jetzt unerschwinglich hoch.

Wir sehen sofort, dass ein Netto-Null-Netz mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien einfach nicht gebaut werden kann. Aber lassen wir das Speicherproblem erst einmal beiseite und schauen wir uns ein paar weitere Zahlen an. (Vgl. The Telegraph)

Das britische Ingenieurbüro Atkins schätzt, dass für ein 1-Milliarden-Dollar-Projekt im Elektrobereich über einen Zeitraum von 30 Jahren 24 oder mehr professionelle Diplomingenieure und 100 oder mehr Facharbeiter für den gesamten Zeitraum benötigt werden. Wenn man diese Zahlen auf die soeben beschriebenen 12 Billionen Dollar schweren Projekte im Elektrizitätssektor hochrechnet, werden wir in den 30 Jahren bis 2050 allein für diesen Teil des Netto-Null-Projekts 300.000 professionelle Elektroingenieure und 1,2 Millionen qualifizierte Handwerker in Vollzeit benötigen. Auf der Grundlage des Budgets können wir davon ausgehen, dass der Sektor der Gebäudesanierung einen ähnlichen Bedarf an Arbeitskräften von etwa drei Millionen Menschen hat. Das sind insgesamt etwa so viele Arbeitskräfte wie im gesamten Bausektor.

Lassen Sie uns nun über die Materialien nachdenken. Für eine Gas- und Dampfturbine mit einer Leistung von 600 Megawatt (MW) werden 300 Tonnen Hochleistungsstähle benötigt. Wir bräuchten 360 5-MW-Windkraftanlgen, von denen jede mit einem optimistischen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 33 % läuft (und daneben eine große Energiespeicheranlage, die wir einfach ignorieren, da sie unmöglich teuer wäre), um dieselbe kontinuierliche 600-MW-Leistung zu erzielen. Da die Lebensdauer von Windkraftanlgen mit 25 Jahren weniger als halb so lang ist wie die von Gas- und Dampfkraftwerken, bräuchten wir sogar mehr als 720 davon.

Die Masse der Gondel (das Windrad an der Spitze des Turms) einer 5-MW-Windkraftanlage ist mit der einer Gas- und Dampf-Anlage vergleichbar. Außerdem ist die Masse des Betons im Sockel eines einzelnen Gas- und Dampfkraftwerks vergleichbar mit der Masse des Betons für die Fundamente jedem einzelnen Onshore-Windkraftwerks und viel kleiner als der Beton und der Ballast für jedes Offshore-Windkraftwerk. Wir werden enorme Mengen an hochenergetischen Materialien wie Stahl und Beton benötigen: etwa das Tausendfache der Menge, die wir für den Bau von Gas- und Dampfkraftwerken oder Kernkraftwerken benötigen, und das noch häufiger. Dieser enorme Bedarf wird sich wahrscheinlich auf die Preise auswirken, sowohl bei den Materialien als auch bei der Energie – und zwar nicht in positiver Weise -, aber für den Moment gehen wir einfach davon aus, dass die Kosten in etwa auf dem derzeitigen Niveau bleiben.

Wir sehen also, dass die theoretisch möglichen Infrastrukturteile des Netto-Null-Projekts deutlich mehr als 35 Billionen Dollar kosten würden und dass dafür engagierte und hoch qualifizierte Arbeitskräfte, vergleichbar mit denen des Bausektors, sowie enorme Mengen an Materialien erforderlich wären. Netto-Null würde auch einige Dinge erfordern, die heute völlig unmöglich sind: skalierbare nicht-fossile Energiespeicherung, elektrische Industrieprozesse mit sehr hohen Temperaturen, ernsthafte elektrische Luftfahrt und Schifffahrt. Hinzu käme die Dekarbonisierung der Landwirtschaft. Diese Dinge würden, falls sie überhaupt realisierbar sind, die Kosten um ein Vielfaches auf mehr als 100 Billionen Dollar erhöhen.

Die tatsächlichen Kosten für eine Netto-Null-Emission oder, was wahrscheinlicher ist, für den Versuch, sie zu erreichen, und das Scheitern daran, wären also ähnlich hoch oder sogar höher als die prognostizierten Gesamtausgaben der US-Regierung bis zum Jahr 2050. Es ist unwahrscheinlich, dass dieser Geldbetrag unter normalen marktwirtschaftlichen Bedingungen und bei normalem Lebensstandard für andere Zwecke abgezweigt werden könnte.

Die Vorstellung, dass Netto-Null innerhalb der gegenwärtigen Fristen mit anderen Mitteln als einer Kommandowirtschaft in Verbindung mit einem drastischen Rückgang des Lebensstandards – und einigen unwahrscheinlichen technologischen Wundern – erreicht werden kann, ist eine eklatante Lüge. Das Schweigen der Nationalen Akademien und der professionellen Wissenschafts- und Ingenieursgremien zu diesen groß angelegten technischen Gegebenheiten ist verachtenswert.

Die Menschen müssen die Realitäten von Netto-Null kennen.


Michael Kelly ist emeritierter Professor für Ingenieurwissenschaften an der Universität von Cambridge. Er ist Fellow der Royal Society, der Royal Academy of Engineering, der Royal Society of New Zealand, des Institute of Physics und des Institution of Engineering and Technology sowie Senior Member des Institute of Electronic and Electrical Engineering in den USA.

Quelle: The Telegraph



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