Sun for Future II - Ausblick 2050

Erstveröffentlichung am 03. Mai 2019 - Version vom 09. Februar 2024

Einleitung

Es wäre sehr wünschenswert, langfristig unterhalb des 2-Grad Zieles zu bleiben. Es könnte aber klug sein, nicht auf nur 1,5 bis 2 Grad Temperaturanstieg zu setzen, sondern vorsorglich mit 3-4 Grad in den nächsten 40 bis 60 Jahre zu rechnen.

Die Auswirkungen der Klimakrise und die Aussichten von Klimaforschern bieten ausreichende Gründe, nicht nur die den Niedergang der Artenvielfalt ernst zu nehmen, sondern neben der Energiewende auch die Nahrungsmittelversorung der Zukunft in den Blick zu nehmen.

Darum plädiere ich für einen Umbau der industriellen Landwirtschaft hin zu extensiv bewirtschafteten Agroforstsystemen mit vielfältigen Kultur- und Wildpflanzen, um bei zu erwartenden Extremwettern, keine vollständigen Ernteausfälle beklagen zu müssen.

Warum Agroforstsysteme bei steigenden Temperaturen sinnvoll sind, zeigt der Waldmacher Tony Rinaudo in der Sahelzone. Vermutlich wird das aber nicht reichen, um eine sichere Nahrungsmittelversorgung zu gewährleisten. Daher wird die wetterunabhängige Produktion von Nahrung in Vertical-Farms und Gewächshäusern oder anderen geschützten Umgebungen zunehmen.

Für noch mehr Sicherheit, empfehle ich auch die Produktion von Proteinen, Fetten und Kohlehydraten mit Hilfe von Pilzen oder Bakterien in Bioreaktoren.

Landwirtschaft 5.0 im Jahr 2050 in Deutsch­land

Auf die Frage, wie er sich die Landwirtschaft in Brandenburg 2050 

vorstellt, antwortet er dann aber doch: „Hauptsache, wir können dann 

noch davon leben.“ Gerade überlegt er, einen Teil seiner unfruchtbarsten 

Flächen an Solarparkfirmen zu verpachten, schön versteckt hinter hohen 

Hecken und Bäumen, damit sie nicht so sehr das Bild stören. Das wird 

ihm ein Vielfaches dessen bringen, was ihm schon jetzt die 

Landwirtschaft nur noch bringt. (Quelle: Letzter Absatz eines Artikels über Landwirtschaft in Klimakrise in der TAZ vom 16.07.2022)

So könnte es im Jahr 2050 aussehen:

3 Millionen Hektar von ehemals knapp 17 Millionen Hektar landwirtschaftlicher Nutzfläche werden für sogenannte Biodiv-Solarparks genutzt und erzeugen ca. 3.000 Terawattstunden Energie pro Jahr. In den Biodiv-Solarparks haben sich vielfältige Offenland-Lebensräume gebildet und die Artenvielfalt hat sich massiv erhöht. Viele Solarparks verfügen über Wassermanagement-Systeme. Regen wird an dem Modultischen aufgefangen, in Zisternen oder Teichen gespeichert und sowohl innerhalb des Biodiv-Solarparks als auch auf umgebenden Agrar- und Waldflächen genutzt.

Das volatile Angebot an Erneuerbarer Energie ist vom gut vorhersehbaren Verbrauch komplett durch vielfältige Speichertechnologien entkoppelt (Power to X, P2X). Eine Infrastrukturgesellschaft namens Deutschland-Netz-AG (Anteilseigner sind alle Kommunen und Städte)  übernimmt jeden Strom aus erneuerbaren Anlagen und gibt ihn bedarfsorientiert in Form von Strom,  Wärme, E-Gas oder X ab. Die Verteilung erfolgt über Strom-, Gas-, Wärmenetze, Schiffe, Züge, Lastwagen. 

Die Königsdisziplin der Energiewende ist die Abwärmenutzung zur Steigerung der Effizienz aller P2X und X2P-Prozesse. Diese verlangt nach einem sehr engmaschigen Netz an Speichern samt Abwärmenutzung, damit die die Abwärme möglichst verlustfrei bis zum Verbraucher gelangen kann. 

Auch ist die Reduzierung des Kohlendioxidgehaltes der Atmosphäre auf den vorindustriellen Wert von 280 ppm ist ein dringendes Projekt geworden, um den weiteren Anstieg der Temperaturen zu bremsen und irgendwann wieder umzukehren. Dazu wird Kohlendioxid direkt aus der Luft entnommen. CO2 hat sich vom Klimakiller zum wertvollen Rohstoff entwickelt.

In Form von Kohlenstofffaserverbindungen ergänzen und ersetzen sie Holz, Stahl und Beton im Bausektor. Flugbenzin, Treibstoff für Verbrennungsmotoren und Heizungsanlagen von Gebäuden wird daraus erzeugt. Die chemische Industrie freut sich über diese Alternative zum Erdöl .

Diese Projekte wurden in großem Maßstab gestartet, als die Energieversorgung mehrheitlich auf 100 % erneuerbar umgestellt war. Denn es bedarf extrem viel Energie, um mehr als 200 Jahre Verbrennung von fossilem Kohlenstoff innerhalb weniger Jahrzehnte rückgängig zu machen.

In Gewächshäusern, auch auf Dächern, Parkhäusern, Bürogebäuden, Schulen, Messehallen, etc., gedeihen Gemüse, Kräuter und Blumen. Der Strom aus Photovoltaik-Modulen in den Dächern und Wänden der Gewächshäuser treibt die CO2-neutrale Klimatechnik an. Vor allem in den immer heißer gewordenen Städten dienen sie auch als wetterunabhängige Treffpunkte mit gemütlichen Sitzecken und Cafés. Wer dort selber etwas anbauen möchte und keinen grünen Daumen hat, dem helfen Farmbots bei der Arbeit.

Die verbleibende Agrarfläche von ca. 14 Millionen Hektar wird extensiv und nachhaltig mit Agroforstsystemen bewirtschaftet, aufgeforstet oder in Naturschutzgebiete umgewandelt.  Sogar ehemals trockengelegte Moore sind wieder das, was sie einmal waren: Viel Wasser und wertvolle CO2-Speicher.  In Vertical-Farming-Anlagen werden wetterunabhängig Lebensmittel erzeugt.

Wenn notwendig, dann könnte man Nahrungsmittel auch in Bioreaktoren erzeugen. Das ist eine alte Idee der NASA zur Versorgung auf langen Weltraumflügen, umgedacht auf das Raumschiff Erde. Bakterien kürzen den Kohlenstoffkreislauf ab und erzeugen direkt aus CO2 Kohlenhydrate, Proteine und Fette. Lebensmittel­technologen ergänzen das mit Mikro­nährstoffen und Spuren­elementen und bringen es in essbare, appetit­liche Formen. Wie so ein "Bio-Food" aussehen könnte, erklärt der bayerische Rundfunk sehr anschaulich.

So könnte es im Jahr 2050 aussehen, wenn wir schrittweise und konstruktiv mit den viel­­fäl­tigen Anfor­derungen des Natur- und Artenschutzes, der En­er­gie­wende, den Folgen der Klima­krise und einer steigenden Weltbe­völk­er­ung umgehen.

Die Projekte Energiewende, Agrarwende, Naturschutz und damit der Erhalt einer lebens­werten Biosphäre stellen die gesamte Menschheit vor eine gewaltige Aufgabe. Diese Transformation ist aber nicht nur für die Natur sondern auch für die Wirtschaft eine lohnende Herausforderung.

Fazit

Meine Gedanken mögen auf den ersten Blick schwer verdaulich erscheinen. Dass wir einen Paradigmenwechsel in vielen Bereichen unseres Lebens benötigen, ist eigentlich keine Frage. Die Biosphäre so zu erhalten, damit alle Bewohner der Erde gut darin leben können, kann nicht gelingen, ohne unsere Lebensweise zu verändern. Global denken, lokal handeln ist am Ende unabdingbar.

Nahrung aus Vertical-Farms, Gewächshäusern oder gar aus Bioreaktoren, erscheint mir vernünftiger, als darauf zu hoffen, dass unsere "alte" Landwirtschaft mit den Folgen des Klimakrise einfach klar kommt.

Photovoltaik ist bei der Ernte von Sonnenlicht effizienter als Photosynthese. Solarstrombetriebenes Vertical-Farming, Gewächshäuser, Agro-Forstsyteme und Bioreaktoren liefern ausreichend und sicher hochwertige Nahrung. Das bedeutet weniger Druck auf die landwirtschaftlichen Nutzflächen und keine Monokulturen auf dem Feld.

Die geschundene Natur wird sich bedanken und kann sich erholen. Freiwerdende Flächen nutzen wir für Aufforstung und Naturschutz. Dort findet sich ein reichhaltiges Angebot an Essbarem in Form von Wildfplanzen und Wildtieren.

Es könnte also in mehrfacher Hinsicht eine gute Strategie sein, Strom und Nahrungsmittel anders als heute zu erzeugen, denn:

Extreme Wetterlagen und weiter steigende Temperaturen werden Landwirtschaft aufwendiger, riskanter und teilweise unmöglich machen. Für die Sicherheit der Nahrungsmittelversorgung bei jedem Wetter dienen Vertical-Farming, Gewächshäuser, Agro-Forst-Systeme und Bioreaktoren.

Agroforstsysteme und das Aufforsten sorgen für eine Verringerung des CO2-Gehaltes in der Atmosphäre. Flora und Fauna erholen sich und bieten Ökosystemdienst­leistungen ohne Ende.

Es gibt eine sichere, kostengünstige, sektorübergreifende Energieversorgung.

Mit Power-to-X Technologien werden die Brenn- und Basisrohstoffe für die Sektoren Energie, Mobilität, Gebäudeheizung und die Chemische Industrie erzeugt.

Zusatznutzen: Wenn wir so mit der Klimakrise umgehen, dann ist es leichter zu verschmerzen, wenn sich das 2-Grad Ziel nicht halten lässt.

Nachtrag 1: Eisenbahn im Jahr 2050

Die Bahn hat in den letzten Jahrzehnten kräftig in die Infrastruktur investiert. Nicht nur Mikroplastik aus Autoreifen hat dazu geführt, dass fast jedes Dorf in Deutschland einen gut angebundenen Bahnhof hat. Auch die Umlage der externen Kosten der Automobilität auf die KFZ-Steuer haben dazu beigetragen, den Bestand an privaten Automobilen radikal zu verkleindern. Zusätzlich sind alle größeren Städte zu nahezu autofreien Gebieten erklärt worden. Die Bahn ist zum Mobilitätsanbieter par excellence geworden.

Zusätzlich ist sie Strom- und Wärmeanbieter für Industrie und Privathaushalte im gesamten Bundesgebiet. Die Bahn hat ihre Bahnstromanlagen ausgebaut und umgerüstet. Solar- und Windparks liefern Strom ins nächstgelegene Unterwerk der Bahn in dort betriebene Speicher. Damit betreibt die Bahn ihre Wasserstoffproduktion per Elektrolyse. Der dabei freiwerdende Sauerstoff wird verkauft, der erzeugte Wasserstoff ins Wasserstoffpipelines (ähnlich dem heutigen Erdgasnetz) eingespeist, in lokalen Langzeitspeichern vorrätig gehalten.

Unter Zugabe von CO2 - in Waggons aus Zementfabriken angeliefert - wird in den Unterwerken zusätzlich mit Bakterien Wasserstoff zu ergasnetztauglichem Methan umgewandelt. Die biologische Methanisierung mit Bakterien funktioniert synchron zum schwankenden Stromangebot aus Solar- und Windparks bei 10 Bar Druck und 65 Grad Celsius. Die dabei anfallende Wärme wird über das Wärmenetz (siehe unten) genutzt. Es entfallen die Sicherheits- und Betriebsanforderungen der technischen Methanisierung, die bei 30 bar Druck und 400 Grad Celsius erfolgt.

Über das Erdgasnetz, an das alle Unterwerke angeschlossen sind, gelangt die Energie aus Sonne und Wind in Haushalte, Industriebetriebe und Gaskraftwerke. An Tankstellen ist E-CNG (komprimiertes erneuerbares Erdgas) der CO2-neutrale Treibstoff für Oldtimer-Automobile.

Aus dem in Batterien gepufferten Solar- und Windstrom in Verbindung  mit der Stromproduktion aus dem gespeicherten Wasserstoff und Methan, erzeugt die Bahn nicht nur den Bahnstrom, sondern liefert auch sicher und bedarfsgerecht Strom in das Mittel- oder Hochspannungsnetz.

Die Abwärme der Stromproduktion - immerhin 30-50 % der im Wasserstoff oder Methan gespeicherten Energie - sowie die Abwärme der biologischen Methansierung, wird über Wärmenetze an große und kleine Abnehmer im Einzugsgebiet verteilt, die damit heizen oder kühlen. Betriebe mit dauerhaftem oder temporärem Wärmeüberschuss können das Wärmenetz zusätzlich nutzen, um ihre Wärme einzuspeisen, anstatt ungenutzt in die Umwelt zu geben.

Nachtrag 2: Energiemix der Zukunft

Die Preisfrage wird ein wichtiges Kriterium für den Energiemix der Zukunft sein. Wenn  folgende, langfristigen Kosten in Eurocent je Kilowattstunde realistisch sind

2 (Solarparks)

4 (Windkraft an Land)

5 (PV-Dach)

6 (Windkraft auf dem Meer)

dann betragen die jährlichen Kosten in Euro für 3.000 Terawattstunden Strom:

60 Milliarden, (Solarparks)

120 Milliarden (Windkraft an Land)

150 Milliarden (PV-Dachanlagen)

180 Milliarden (Windkraft auf dem Meer)

Zum Vergleich: Deutschland importierte 2016 für ca. 52 Mrd. Euro fossile Rohstoffe in Form von Erdgas, Mineralöl und Kohle.

Neben den monetären Kosten sind auch die Belange des Umweltschutz (externe Kosten) und die Akzeptanz  bei den Bürgern (politische Kosten) zu beachten.

Das zeigt besonders die aktuelle Diskussion um die Windkraft, welche im Geo-Heft 8/2019 gut beleuchtet wird. Hier geht es direkt zum Artikel. Ein Akzeptanz-Problem gibt es bekanntermaßen auch Ausbau von Nord-Süd-Stromtrassen, die angeblich alternativlos sind.

Bei einem maximalen Potential von 400 Gigawattpeak Dach- und Fassadenanlagen, werden die insgesamt notwendigen 3.000 Gigawatt-Peak-PV-Leistung aus Preis-, Umweltschutz- und Akzeptanzgründen in der Hauptsache von Solarparks erzeugt werden. Es sei denn, jemand erfindet noch etwas Pfiffigeres.

Nachtrag 3: Energienetz der Zukunft

Wohin wollen wir mit der Energiewende? Autarkie oder weiterhin Importabhängigkeit? Dezentral-zellular in jeder Gemeinde oder zentral mit großtechnologischen Lösungen wie Off-Shore-Windparks, Wasserstoff als Energiespeicher und enormen Stromtrassen? Ich bin für Autarkie und Dezentral-Zellular. 

Also gibt es im Jahr 2050 sehr viele Speicher für den Tagesgang, Speicher für mehrere Tage, Speicher für mehrere Wochen, Speicher für eine ganze Saison. Das Speichern/Entspeichern von grünem Strom/Energie ist Pflichtaufgabe aller Netzbetreiber bzw. der Stadt- und Gemeindewerke geworden. Die neue Königsdisziplin der Energiewende – das Nutzen der Abwärme aus diesen neuen Speichern – erledigt die Wärmewende gleich mit. Dafür bedurfte es eines Nahwärmeanschlusszwangs und der Rekommunalisierung der Netze. Netze meint Strom/Wärme/Gas, wobei Strom und Wärme immer zusammen geplant und zu betreiben werden. So ist eine dezentrale, zellulare Energieversorgung entstanden, die sozial verträglich ist und die Rendite der Energieversorgung im Dorf lässt.