Im allgemeinen gilt Strom als die günstigste Energieform. Denn er lässt sich leicht durch Leitungen überallhin transportieren und bei Bedarf kann man damit fast alles machen: heizen, kühlen, praktisch alle Arten von Bewegung erzeugen, usw.
Allerdings kann man Strom nur schwer in größeren Mengen speichern. Bei Kleinverbrauchern ist das kein Problem. Da reichen herkömmliche Batterien oder Akkus.
Braucht man aber mehr dann wird es happig. Ganz, ganz grob kann man sagen, dass man beim aktuellen Stand der Technik 50 kg Akku braucht um die gleiche Energie zu speichern wie 1 kg Sprit liefert. Und noch schlimmer: Der Akku wiegt immer 50 kg, auch wenn er leer ist. Der Sprittank dagegen wird beim Entleeren immer leichter.

Bei bestimmten Anwendungen wie Fahrzeugen und insbesondere Fluggeräten ist niedriges Gewicht natürlich wichtig. Deshalb können, je nach Anwendungsfall und Situation, sehr unterschiedliche Preise für Energie gerechtfertigt sein. Für den Flugbetrieb braucht man, jedenfalls bisher, Sprit. Egal wie teuer er ist. Strom kann noch so billig sein und ist trotzdem noch keine Alternative. Es gibt noch weitere Beispiele warum, je nach Situation, eine bestimmte Energieform gerade wertvoller und damit teurer sein kann. Unterschiedliche Preis für gleiche „Energiemengen“ sind mithin nicht immer bloßer Terror der Multis.
Auch beim Heizen gibt es Situationen wo der eigentlich je Energieeinheit billigere Brennstoff bei der Endabrechnung teurer ist.

„Kälte“ ist der nächste Alltagsausdruck der eigentlich physikalischer Unsinn ist. Kälte gibt es gar nicht. Es gibt nur Wärme. Je weniger Wärme desto kälter. Und der berühmte absolute Nullpunkt bei etwa minus 273 Grad Celsius, also die tiefste mögliche Temperatur, das ist ganz einfach der Punkt wo alle Wärme weg ist. Deshalb geht es nicht kälter.
Alles natürlich etwas vereinfacht beschrieben.

Und schon sind wir bei der Wärmepumpe. Das ist einfach eine Maschine die an einem Ort Wärme aus z.B. Luft „herauspressen“ und diese Wärme an einen anderen Ort transportieren kann. Fast alle Kühlschränke sind Wärmepumpen. Sie holen aus der Luft im Kühlschrank Wärme und transportieren sie nach außen. Deshalb wird es im Kühlschrank kalt und außen am Kühlschrank gibt es eine Stelle die leicht warm wird. Früher war das meistens so ein Gitter auf der Rückseite des Kühlschrankes. Heute ist es oft eine Seitenwand die lauwarm wird.

Man kann sogar aus recht kalter Luft immer noch Wäre „rauspressen“. Klar, sonst könnte man mit Kühlschränken/Gefrierschränken keine Minustemperaturen erreichen. Man braucht aber immer mehr Energie je weiter man es treibt. Nur unter den absoluten Nullpunkt bei minus 273 Grad geht es grundsätzlich nicht.

Und wenn man die Funktionsweise des Kühlschrankes „umdreht“ dann hat man eine Wärmepumpe zum Heizen. Da wird dann z.B. aus der Außenluft hinter dem Haus Wärme geholt und zum Heizen ins Haus gepumpt.
Der Vorteil einer Wärmepumpe liegt in der Wirtschaftlichkeit. Unter günstigen Umständen braucht eine Wärmepumpe z.B. nur 1 Watt um 3-4 Watt an Wärme aus der Umgebungsluft ins Haus zu transportieren.
Das bedeutet dass z.B. 1.000 Wattstunden Strom in eine Wärmepumpe gesteckt so viel Wärme liefern wie eine eine elektrische Heizung die 4.000 Wattstunden braucht.
Soweit die Theorie und Werbung. Im Internet finden sich allerdings auch Klagen von Anwendern dass ihre Wärmepumpe mit 1000 Watt maximal 2000 Watt Heizleistung erreicht.

Natürlich gibt es mit Wärmepumpen auch einige Probleme:

Wirtschaftlichkeit
Mit sinkender Außentemperatur sinkt auch die Wirtschaftlichkeit von Wärmepumpen. Etwa bei weniger als minus 15 Grad Außentemperatur brauchen Wärmepumpen dann kaum weniger Strom als wenn man direkt elektrisch Heizen würde.
Also gerade dann wenn es wirklich kalt ist muss man doch direkt elektrisch zuheizen. Deshalb haben viele Wärmepumpen elektrische Zusatzheizstäbe eingebaut. Viele Wärmepumpen die an sich nur maximal 1000 bis 2000 Watt brauchen und deshalb an einer normalen Wechselstromsteckdose zu betreiben wären, kommen wegen dieser Zusatzheizstäbe auf Maximalwerte von über 4.000 Watt und benötigen deshalb Drehstrom.
Wenn man in solchen Extremsituationen schon elektrisch heizen muss ist es günstiger dies mit einer getrennten elektrischen Kleinheizung zu machen. Ein Infrarotheizstrahler kann in solchen Fällen besonders günstig sein. Damit kann man die Wärme dann nämlich gleich exakt dorthin leiten wo man sie braucht ohne, wie bei einer Wärmepumpe mit eingebauter Zusatzheizung, zuerst Rohre, Wände und Fußboden zu erwärmen bevor man selbst warm wird.

Temperatur
Wärmepumpen können zwar viel Wärme transportieren aber nur mit relativ niedrigen Temperaturen etwa im Bereich 30-60 Grad (in der Physik sind Wärme und Temperatur unterschiedliche Dinge). Um diese relativ niedrigen Temperaturen zum Heizen nutzen zu können braucht man entweder relativ großflächige Heizkörper. Oft werden Fußbodenheizungen benutzt. Oder man braucht einen kleinen Heizkörper mit Gebläse.

Lärmproblem
Um der Außenluft viel Wärme entziehen zu können muss möglichst viel Luft durch das Außengerät der Wärmepumpe strömen. Deshalb ist dort ein Gebläse eingebaut und das ist nicht ganz geräuschlos. Zusätzlich gibt es wie im Kühlschrank einen Kompressor. Auch Kühlschränke sind erfahrungsgemäß nicht völlig lautlos.
Die Prospektangaben über die Geräuschentwicklung sind wertlos denn es kommt immer auf die Örtlichkeit an wo das Gerät aufgestellt ist. Der eine Nachbar hört nichts weil er im Lärmschatten ist. Der andere empfindet es als sehr störend weil der Schall durch z.B. Mauern und Ecken reflektiert und sogar verstärkt wird.

Kondenswasser, Vereisen
Es fällt meist etwas Kondenswasser an das aufgefangen oder abfließen muss. Das Außengerät kann vereisen.

Split-Klimageräte
Üblicherweise bestehen Wärmepumpen aus 2 Teilen. Das Außengerät entzieht der Umgebungsluft Wärme und leitet diese mittels eines isolierten Schlauches oder Rohres durch die Wand an das Innengerät. Dieses Innengerät ist oft ein kleiner Wärmetauscher mit Gebläse, kann aber auch eine Fußbodenheizung oder eine großer herkömmlicher Heizkörper sein.
Wie eingangs beschrieben funktioniert eine Wärmepumpe im Prinzip wie ein umgekehrter Kühlschrank. Deshalb ist man auf die Idee gekommen umschaltbare Wärmepumpen zu bauen. Im Winter arbeiten diese „Split-Klimageräte“ als Heizung und pumpen Wärme von Außen nach innen und im Sommer wirken sie als Klimaanlage indem sie Wärme von Innen nach Außen pumpen. Es ist anzunehmen dass sich diese Geräte durchsetzen und bald den Markt beherrschen.

Übrigens braucht man keine Angst zu haben dass durch Heizen mittels Wärmepumpen die Außenluft zu kalt wird. Erstens handelt es sich nur um winzige Wärmemengen und zweitens bleibt die Wärme ja nicht im Haus sondern ist infolge leider nicht perfekter Isolierung sowieso bald wieder draußen.

Neben den beschriebenen Luft-Wärmepumpen gibt es auch welche die Wärme aus Grundwasser, Abwasser, Misthaufen, etc. holen können. Es gibt sogar welche die mit Eis arbeiten (Eisheizung bzw. Eisspeicherheizung).
Die Politik arbeitet gerade an ausführlichen neuen Regelungen rund um Wärmepumpen.

Insgesamt sind Wärmepumpen eine sinnvolle und wegen ihrer Verwandtschaft mit Kühlschränken auch eine seit Generationen bewährte Technik, Allerdings (noch) nicht grundsätzlich für alle Situationen geeignet.
Es kann sinnvoll sein noch einige Jahre zu warten. Die Technik wird noch verbessert und billiger werden. Und für die tägliche Praxis sollten einige Details noch rechtlich-politisch eindeutiger geregelt werden.
Bei Wärmepumpen gibt es auch völlig neue Ansätze wie z.B. mittels Elastokalorik. Eine Serienreife liegt zwar noch in weiter Ferne aber bei Versuchen sollen bereits Heizleistungen von weit über 10 Watt bei einem Watt Einsatz erreicht worden sein.

Und im übrigen würde auch die Stromversorgung zusammenbrechen wenn jetzt plötzlich alle gleichzeitig sofort Wärmepumpen und E-Autos hätten. Beobachten und noch zuwarten kann oft die bessere Lösung sein.

Nach meiner Meinung wird oft wird mit dem Argument „Zukunftsinvestition“ zu vorschnellen Investitionen gedrängt. Immer wieder erlebt man, dass z.B. Bauten und Verkehrsanlagen schon nach weniger Jahren teuer umgebaut oder gar abgerissen werden. Man hatte es doch nicht ganz durchdacht, neue Techniken kamen schneller als vorhergesehen, benutzte Materialien stellten sich als gefährlich heraus, usw.
Was für die Zukunft der folgenden Generation gedacht war musste die folgende Generation dann nochmals neu bauen und bezahlen – zusätzlich zu den abzustotternden Raten für den ersten Fehlversuch. Eine aufgeschobenen Investition kann dagegen entscheidenden finanziellen Spielraum für zukünftige Generationen bedeuten um dann das zu bezahlen was sie wirklich brauchen.
Denkbeispiel: Manche Regierungen wollen vorschreiben ab dem Jahr X nur noch E-Autos neu zuzulassen. Hätten wir aber schon vor einigen Jahrzehnten festgelegt welche Art von Autos wir heute fahren dürfen, dann hätten wir heute gar keine E-Autos.
Und jetzt stellen wir uns einmal vor, unsere Großeltern hätten auf diese Art schon alles verbindlich für uns geregelt und vorbestellt und uns die entsprechenden Schulden hinterlassen.
Viele dieser angeblichen Zukunftsinvestitionen schaffen in Wirklichkeit nur Umsatz und Einkommen für die aktuelle Generation. Statt um Zukunftsinvestitionen handelt es sich mithin um getarnte Konsumausgaben der Gegenwart. Aber auf Kosten der Zukunft.
Selbst viele „Bildungsinvestitionen“ bringen nichts als schöne Statistiken von immer mehr Menschen mit „höheren Abschlüssen“. Gleichzeitig gibt es immer weniger Leute die eine Steckdose oder einen Wasserhahn montieren können oder wollen.

E-Fuels, oft auch als synthetische Kraftstoffe bezeichnet.
Oberflächlich betrachtet wird der der Verbrennung von Sprit - damit meine ich hier jede Art von flüssigen oder gasförmigen Treibstoff – Wärmeenergie freigesetzt und der Sprit sowie etwas Luftsauerstoff verschwindet (“wird verbrannt“).
Genauer betrachtet verschwindet aber nichts sondern es wird nur umgewandelt. Aus Sprit und Sauerstoff wurden Abgase, insbesondere CO2. Die freigewordene Energie entstand gewissermaßen durch Änderung des Stoffes und nicht durch seinen Verbrauch. Das Zeug ist im Prinzip in Form der Abgase weiterhin in unserer Luft vorhanden und durch Hinzufügen von Energie kann man daraus wieder Sprit machen.
Das war jetzt natürlich sehr vereinfacht beschrieben. Chemiker hätten hier etwas von Änderung der chemischen Bindungen geschrieben. Aber für den Laien soll es hier reichen zu wissen, dass man tatsächlich aus „Luft und Strom“ Sprit machen kann. Den kann man wieder verbrennen und dann aus den Resten plus Energie wieder Sprit machen. Theoretisch immer endlos im Kreis herum …
Insofern ist es sinnvoll solche Brennstoffe als „Energieträger“ zu bezeichnen. Sie sind nicht selbst Energie sondern sie können mit Energie aufgeladen und wieder entladen werden. Bislang war es üblich die Brennstoffe aufgeladen als fossilen Brennstoff aus der Erde zu holen, sie einmal zu benutzen („entladen“), und den Rest dann irgendwie zu entsorgen bzw. einfach zu vergessen.
In Zukunft wird vermutlich eben immer öfter neu aufgeladen statt nur einmal zu entladen und weg damit.
Je nach Verfahren ist das unter Umständen allerdings doch nicht ganz perfekt sauber und man braucht vor allem jede Menge Energie.
Aber das ist das Grundprinzip von E-Fuels (synthetischen Kraftstoffen). Und das ist auch keine fixe Idee sondern in bescheidenem Maßstab schon lange erprobt. Man kann so ganz gewöhnliches Benzin, Diesel und diverse ähnliche Brennstoffe herstellen. Und die unterscheiden sich chemisch nicht von den entsprechenden fossilen Brennstoffen die aus natürlichen Lagerstätten gefördert und nur einmal genutzt werden.
Jetzt geht es darum das auch in größerem Maßstab zu machen.
Dagegen wird argumentiert, dass dies Energieverschwendung sei. Denn der Wirkungsgrad sei viel zu gering. Dieser bei Naturwissenschaftlern so beliebte (thermodynamische) Wirkungsgrad gibt das nackte Mengenverhältnis eingesetzte Energie zu gewonnener Energie an. Z.B. 10 Watt rein, 3 Watt raus macht 30% Wirkungsgrad bei 70% Verlust.

Zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit muss jedoch Aufwand und Nutzen berücksichtigt werden. Dazu werden Input und Output jeweils mit aktuellen Marktpreisen angesetzt. Dies kann dazu führen, dass niedrige Wirkungsgrade wirtschaftlicher als hohe sind. Beispiel: Strom ist zu bestimmten Zeiten wertlos (z.B. zu viel Windstrom nachts). Daraus eine leichte, lagerfähige und damit wesentlich teurere Energieform wie Wasserstoff oder synthetische Kraftstoffe zu machen ist deshalb selbst bei niedrigem Wirkungsgrad wirtschaftlich: Inputkosten minimal - Outputerlös maximal.

Die gleichen Leute, die bei E-Fuels und anderen Situationen den niedrigen Wirkungsgrad bemängeln, schwärmen dann von z.B. Solarzellen, die ja bekanntlich auch einen sehr bescheidenen Wirkungsgrad haben.
Oder denken wir an die natürliche Photosynthese. Trotz lächerlich niedrigem Wirkungsgrad ist das Grünzeug Grundlage unseres Lebens.

Kurz: Der Wirkungsgrad ist weniger aussagekräftig als viele Naturwissenschaftler und Ingenieure denken.

Und auch die Vorstellung, dass unbedingt Energie eingespart werden müsse, ist insofern irrig als Energie der einzige „Rohstoff“ ist der uns praktisch unbegrenzt zur Verfügung steht. Sonnenlicht, Wind, usw. enden immer in Entropie (das ist ein Zustand in die Energie zwar weiter vorhanden aber für uns nicht mehr nutzbar ist), völlig unabhängig davon, ob wir sie vorher nutzen oder ob sie sich natürlich austobt.
Es gibt lediglich Allokationsprobleme (Bereitstellung der richtigen Energieform zur richtigen Zeit am richtigen Ort) was jedoch durch Ansatz von Marktpreisen in der Wirtschaftlichkeitsrechnung berücksichtigt wird.
Unsere Nachfahren in einigen Jahrzehnten werden den Kopf schütteln über ihre merkwürdigen Vorfahren die wertvolle Stoffe zum Isolieren von Gebäuden verschwendet haben statt einfach mehr zu Heizen oder Kühlen.

Der große Vorteil von E-Fuels wäre, dass man die für Benzin, Diesel, Gas usw. bereits vorhandene Infrastruktur (Motoren, Brenner, Rohre, Tanks, Tankstellen, strategische Kraftstoffreserven, usw.) ohne große Änderungen direkt weiter nutzen könnte.
Das erste große Einsatzfeld für E-Fuels wird vermutlich in der Luftfahrt liegen. Da braucht man aus Gewichtsgründen Sprit. Und wenn man keinen fossilen Sprit will bleiben für die überschaubare Zukunft nur E-Fuels.

Nun zu Wasserstoff. Auch mit ihm lässt sich ein ähnlicher unendlicher Kreislauf betreiben. Beim Verbrennen von Wasserstoff – natürlich braucht es dazu auch wieder Sauerstoff – wird Wärmeenergie frei aber statt Abgasen entsteht reines Wasser. Das Wasser kann man mittels Energie wieder in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. Und das dann beliebig oft immer wieder im Kreis herum und immer CO2-neutral.

Wasserstoff liefert dabei sogar gut das Dreifache an Energie wie Benzin, - pro Kilogramm. Das klingt gut, aber der Haken dabei ist, dass Wasserstoff sogar im verflüssigtem Zustand viel mehr Volumen hat als Benzin und besonders aufwendige Tanks benötigt (druckstabil und/oder isoliert). Und da der Wasserstoff zum Speichern komprimiert bzw. gekühlt werden muss geht auch dadurch etwas Energie verloren.
Ganz grober Vergleich: In einem 20 Liter Benzintank würde man nach dem notwendigen Umbau nur etwas mehr als 1 kg Wasserstoff unterbringen. Und während man einen gefüllten Spritkanister auch einige Jahre ohne Verlust lagern kann ist das bei Wasserstofftanks nicht so einfach.
Machbar bei Großanlagen. Aber problematisch bei nur gelegentlich genutzten kleineren Fahr- oder Flugzeugen.

Es gibt auch Entwicklungen um Wasserstoff in z.B. Metallpulver oder speziellem Brei zu speichern. Damit scheinen sich wesentlich bessere Leistungsgewichte und Handhabungen zu ergeben. Diese Entwicklungen sind noch im Fluss und deshalb noch extrem teuer. Es sieht aber durchaus vielversprechend aus und wird von einer zehnfachen Energiedichte gegenüber aktuellen Akkus gemunkelt.

Weiterhin werden diverse „chemische Wasserstoffspeicher“ diskutiert. Damit sind Stoffe gemeint die relativ leicht zu handhaben und zu speichern sind und bei Bedarf in Wasserstoff umgewandelt werden bzw. Wasserstoff abgeben können. Z.B. Ammoniak, Methanol und diverse andere gelten als Kandidaten.

Im großen Maßstab wird sich Wasserstoff auch in bereits bestehenden unterirdischen Erdgasspeichern speichern lassen. Im Einzelfall kommt es zwar auf die Geologie an. Aber eine Bevorratung für mehrere Wochen bis Monate erscheint möglich. Den derart gespeicherten Wasserstoff könnte man während „Dunkelflauten“ nutzen um mittels Gasturbinenkraftwerken Strom zu erzeugen.
Gasturbinen sind für diesen Zweck besonders geeignet weil sie bei Bedarf extrem schnell angefahren und wieder gestoppt werden können. Viele der herkömmlichen Kraftwerke, insbesondere Atomkraftwerke, dagegen können das nicht. Die sind nur für Dauerbetrieb geeignet („Grundversorgung“).

Wasserstoff kommt auf der Erde fast nur in chemisch gebundener Form vor. Hauptsächlich als Wasser. Bei der aktuelle Diskussion geht es jedoch meist um Wasserstoff in der Form H2 und der muss erst gewonnen werden. Entweder:

Auf die herkömmliche Art aus z.B. Methan (Erdgas), Erdöl, Kohle oder anderen fossilen Brennstoffen. Diese Methode gilt allerdings als unwirtschaftlich, umständlich und vor allem „schmutzig“ weil dabei auch eine Menge CO2 frei wird („grauer Wasserstoff“). Die Verfahren haben ganz grob betrachtet eine Ähnlichkeit mit den früheren Gaswerken in denen aus Kohle „Stadtgas“ hergestellt wurde welches vor einigen Jahrzehnten dann von Erdgas abgelöst wurde.

Man will vom „grauen Wasserstoff“ wegkommen zu „grünen Wasserstoff“ der mit „erneuerbaren Energien“ entweder mittels Elektrolyse aus Wasser oder durch andere Verfahren erzeugt wird. Elektrolyse als Verfahren ist altbewährt aber wegen des hohen Energiebedarfs wird an Verbesserungen oder Alternativen geforscht. Es gibt dazu eine Vielzahl von Forschungsprojekten bis hin zu z.B. Algen die mittels Sonnenlicht Wasserstoff erzeugen. Was sich durchsetzen wird ist noch völlig offen.

Wasserstoff kann brennen und bei einem bestimmten Mischungsverhältnis mit Luft sogar explodieren („Knallgas“ bei mindestens 18% und höchstens 75% Wasserstoff in Luft). Klar, sonst wäre es ja kein Brennstoff. Unterm Strich Ist Wasserstoff aber nicht gefährlicher als andere Brennstoffe. Er brennt aufgrund seiner Leichtigkeit nach oben hin weg (unter dem brennenden Luftschiff konnten noch Leute wegrennen) während brennendes Benzin sich am Boden ausbreitet. Sogar Kohle- oder Mehlstaub kann explodieren wenn die Konzentration in der Luft „passt“.
Und: Eine Wasserstoffbombe kann beim Umgang mit Wasserstoff unter wirklich keinen Umständen passieren.

Wasserstoff ist farblos, geruchlos und ungiftig. Allerdings kann man bekanntlich auch bei ungiftigen Gasen ersticken wenn die Konzentration so hoch ist dass der verbleibende Sauerstoff nicht ausreicht. Da Wasserstoff im Gegensatz zu vielen anderen Gasen aufgrund seiner Leichtigkeit aber nach oben wegzieht dürfte ein solcher Fall extrem unwahrscheinlich sein.

Es heißt auch, dass Wasserstoff Materialien durchdringen und zerstören kann. Richtig ist, dass Wasserstoff manche Metallrohre in minimalen Mengen durchdringen und einige Metalle langfristig korrodieren kann. Beides ist lange bekannt und ohne extremen Aufwand beherrschbar. Das früher übliche Stadtgas (Leuchtgas) bestand zu rund 50% aus Wasserstoff und viele der heute für Erdgas benutzten Rohre stammen noch aus der Stadtgaszeit,
Sehr umstritten ist ob entwichener Wasserstoff Klima oder Umwelt schädigen kann. Wie fast unvermeidlich gibt es auch zu diesem Thema einige Propheten die nur Schwarz malen („Wasserstoff ist mindestens 33 mal klimaschädlicher als CO2“ usw.).
Das Thema ist aber schon deshalb unerheblich weil niemand freiwillig teuer produzierten Wasserstoff in großen Mengen freisetzten wird. Und im Gegensatz zu z.B. CO2 oder Methan gibt es keine natürlichen Wasserstoffquellen.

Was kann man mit Wasserstoff anfangen?

Heizen. Manche bestehenden Heizungsanlagen lassen sich mehr oder weniger einfach auf Wasserstoff umrüsten. Ähnlich wie viele der früheren Stadtgasheizanlagen auf Erdgas umrüstbar waren. In anderen Fällen braucht es neue Heizanlagen.
Gedacht ist übrigens nicht nur an Haushaltsheizungen sondern zuerst an Großanlegen in z.B. der Stahlindustrie oder chemischen Industrie wo große Mengen Wärme benötigt werden.

Motoren (Kolbenmotoren oder Turbinen). Hier liegt die Situation ähnlich. Manche lassen sich umrüsten (sehr aufwendig), die meisten müssten ersetzt werden. Wie bereits weiter oben beschrieben gibt es zudem das Problem der Brennstofftanks. Wasserstofftanks sind wesentlich aufwendiger als einfache Sprittanks.
Aktuell ist geplant, langfristig Überschüssen an Erneuerbaren Energien zu nutzen um Wasserstoff zu erzeugen. Der soll gespeichert werden um dann, wenn nicht ausreichend EE zur Verfügung stehen („Dunkelflauten“), mittels Wasserstoffturbinen (die zweckmäßigerweise auch mit Erdgas betrieben werden können) und Generatoren die Stromversorgung zu sichern.

Brennstoffzellen verwandeln Wasserstoff zusammen mit Luftsauerstoff direkt in elektrischen Strom und Wärme. Der Wirkungsgrad liegt meist bei über 90% (ca. 60% Strom und 30% Wärme). An sich laufen sie leise, sauber und erschütterungsfrei. Im Prinzip können Brennstoffzellen übrigens auch mit anderen Brennstoffen als Wasserstoff betrieben werden. Bis hin zu Kohle. Am weitesten entwickelt sind jedoch die Wasserstoffversionen und wenn von Brennstoffzellen die Rede ist geht es in aller Regel auch nur um die Wasserstoffversionen.
Brennstoffzellen werden beim Betrieb sehr warm (je nach Typ mehrere 100 Grad) und mögen gleichmäßigen Betrieb statt ständigen Lastwechseln. Deshalb werden sie in der Regel mit Pufferbatterien (gemeint sind natürlich Akkus) kombiniert.
Sogenannte Reversible Brennstoffzellen können in beide Richtungen arbeiten: Entweder aus Wasserstoff Strom erzeugen oder, wenn man Strom hineinsteckt, aus Wasser wieder Wasserstoff erzeugen. Damit könnte man je nach Bedarf direkt Strom erzeugen oder indirekt Strom speichern (Entwicklung ist noch nicht ganz ausgereift).
Brennstoffzellen sind aktuell noch relativ teuer und werden sicherlich noch Verbesserungen erfahren.


„Erneuerbare Energien“ (EE, Regenerative Energien, etc.) Wie an anderer Stelle schon erläutert ist auch dieser Ausdruck physikalischer Unsinn. Energie können wir nicht erneuern. Wir wandeln nur bereits vorhandenen Energie in die jeweils von uns benötigte Energieform um. Da die Bezeichnung "Erneuerbare Energien" aber mittlerweile in vielen Sprachen fest verbreiter ist muss ich ihn auch benutzen.
Besser wäre eine Definition dahingehend, dass dazu keine nur begrenzt verfügbaren Brennstoffe benötigt werden.
Unzutreffend ist sicherlich die Vorstellung, dass EE automatisch „sauberer“ wären.
Im einzelnen geht es grob um folgende Methoden.


Bei Biomasse kann man je nach Fall sehr geteilter Meinung sein. Urform ist sicherlich das Holzfeuer. Heute z.B. als Pelletheizung. Klar, Holz kann nachwachsen und dabei das bei der Verbrennung freigesetzte CO2 wieder binden. Aber wird das im Einzelfall tatsächlich praktiziert? Wo, wann und in welcher Form? Als „natürlicher“ Wald oder optimierter Forst („Holzplantage“)? Und je nach Art der Verbrennung (Filter?) können diverse ungeliebte Stoffe wie z.B. Feinstaub freigesetzt werden. Außerdem werden erfahrungsgemäß, wenn erst einmal derartige Öfen installiert sind, dann doch auch „verbotene Brennstoffe“ wie Abfälle, Plastik, feuchtes oder lackiertes Holz verbrannt.

Biogas wird in Biogasanlagen aus Biomasse hergestellt. Es besteht hauptsächlich aus Methan und CO2. Da beide als Treibhausgase gelten sollten die Anlagen und Leitungen möglichst dicht sein. Die Anlagen sind meist nicht ganz geruchlos und werden deshalb vorzugsweise etwas abseits angesiedelt.
Als Abfall bei der Biogasherstellung bleibt „Gärrest“ der meist bedenkenlos als Dünger verwendet werden kann.
Nach Aufbereitung (Säuberung) entspricht Biogas weitgehend normalem Erdgas und kann in die vorhandenen Netze eingespeist werden.

Die eingesetzte Biomasse kann man grob in 2 Klassen einteilen:

- Hochwertige Nutzpflanzen ("Energiepflanzen") wie z.B. Mais, Kartoffel, Rüben, Zuckerrohr etc.. Sie bringen den höchsten Ertrag. Es ist aber nachvollziehbar sehr umstritten ob man derart wertvolles Material zur Biogasproduktion benutzen sollte.

- Bioabfall aller Art wie Grünzeugabfall, Gülle und Exkremente, Klärschlamm, Nahrungsreste, etc. Nicht so ergiebig aber moralisch weniger umstritten.


Solarenergie im engeren Sinne. Hierunter fallen vor allem Solarzellen (Fotozellen, Fotovoltaik und ähnliche Bezeichnungen). Das sind diese meist dunkel glänzenden Flächen die Helligkeit direkt in Strom umwandeln.
Daneben gibt es noch optisch ähnliche aber etwas dickere Flächen die Sonnenstrahlung zur Warmwasserbereitung nutzen (Solarkollektoren).
Und es gibt sehr komplexe Anlagen wo (oft computergesteuert schwenkbare) Spiegel Sonnenlicht konzentriert auf eine kleine Fläche lenken wo dann z.B. Dampf erzeugt und damit herkömmliche Turbinen und Generatoren betrieben werden.

Hier werde ich nur auf die erstgenannten Solarzellen eingehen weil diese nach aktuellem Stand die mit Abstand weiteste Verbreitung finden werden.
Der Wirkungsgrad „normal einfacher“ Solarzellen wurde innerhalb weniger Jahrzehnte von unter 10% auf knapp über 20% gesteigert. In absehbarer Zeit sollten knapp 30% möglich sein.
Leistungsfähigere Hochleistungszellen gibt es bereits heute. Z.B. mehrere Schichten übereinander oder Kombination mit Solarkollektoren. Im Laborversuch ist man bereits nahe 40%. Teuer natürlich. Und zudem gibt es bezüglich diverser besonders hochwertiger Zelltypen Diskussionen weil dafür Materialien benötigt werden die möglicherweise nur sehr begrenzt verfügbar bzw. bedenklich sind. Auch die Haltbarkeit ist in manchen Fällen noch ungenügend. Kurz: Die Entwicklung ist noch sehr im Fluss.

Für den Normalbedarf wird es aber eher auf Preis und Lebensdauer ankommen. Als normale Lebensdauer gelten zurzeit mindestens 20 bis über 40 Jahre. Ein leichter Leistungsabfall im Verlauf der Zeit gilt als normal. Die Elektronik (Wechselrichter) muss meisten früher getauscht werden. Eine gewisse Wartung insbesondere Putzen der Oberfläche sollte erfolgen.

Das Hauptproblem bei Solaranlagen ist natürlich, dass sie nicht 24 h am Tag Strom liefern. Aber immerhin ist grob bekannt wann sie liefern werden und wann nicht (Tag-Nacht). Insofern besteht ein (berechenbares) Speicherproblem.

Im Internet finden sich Berechnungen welche Fläche benötigt würde um den Strombedarf der gesamten Welt mittels Solarzellen zu decken. Meist ist von Quadraten mit Seitenlängen von mehreren hundert Kilometern die Rede. Der größte gefundene Wert waren 1000 mal 1000 Kilometer. Dabei sind ein erhebliches Bevölkerungswachstum, steigender Strombedarf sowie Flächen für Straßen und Wartung eingerechnet.
Das ist sehr viel, aber doch nur ein Bruchteil z.B. der Fläche der Sahara. Klar ist auch, dass alle Dächer der Welt dazu nicht ausreichen würden. Ganz abgesehen davon, dass viele Dächer nicht optimal nach Süden ausgerichtet sind.
Sehr langfristig vermutlich machbar. Aber uns fehlt noch viel Erfahrung z.B. bezüglich Umgang mit Sandstürmen. Und natürlich fehlen Leitungen, Speicher und politische Sicherheit in den fraglichen Ländern.

Heute schon mit dem eigenem Hausdach anzufangen kann je nach Situation aber durchaus Sinn machen. Es kann aber noch mehr Sinn machen noch etwas zu warten. Die Anlagen werden besser und billiger werden und die bürokratischen Hürden hoffentlich geringer.
„Balkonkraftwerke“ aus dem Supermarkt dagegen sind oft zweifelhafte Spielerei. Ein regelrechter „Gag“ dabei ist, dass viele davon gerade bei allgemeinen Stromausfall nicht mehr funktionieren. Ihr Wechselrichter, das ist der Teil der den erzeugten Gleichstrom zu im Haushaltsnetz nutzbarem Wechselstrom umwandelt, braucht nämlich Netzstrom. Aus verschiedenen Gründen kann und darf man das auch nicht mit einer „Notbatterie“ austricksen.
Umgehen lässt sich das Problem z.B. mit einem Stromspeicher für den selbst erzeugten Solarstrom. Den kann man bei Netzausfall dann wenigstens aufbrauchen. So etwas macht die Anlage natürlich deutlich teurer und aufwendiger.


Windenergie. Neben den bekannten Windrädern gibt es auch allerlei relativ exotische Anlagen die sich überwiegend erst im Versuchsstadium befinden. Aufwindkraftwerke z.B. sind eigentlich mehr solarbetrieben als windbetrieben.
Für die üblichen Windräder gilt: Je höher und größer desto wirksamer. Denn oben weht der Wind stetiger und stärker. Und doppelter Rotordurchmesser ergibt etwa vierfache Leistung.
Entsprechend schwer ist es geeignete Standorte zu finden und dann dort tatsächlich das Windrad aufzustellen. Ein 100 Meter langes Rotorblatt durch Dörfer und über Waldwege anzufahren kann sehr teuer werden.
Windräder sollen auch nicht zu dicht beieinander stehen da dies zu einem Leistungsverlust führen würde. Trotzdem gilt der eigentliche Flächenverbrauch von Windanlagen, insbesondere im Vergleich zu Solaranlagen, als eher gering solange man die Fläche darunter nutzt.

Ich persönlich bemerke in der Nähe von Windrädern ein merkwürdiges Vibrieren in der Luft. Ob das auf Dauer lästig wird oder ob man sich daran gewöhnt kann ich nicht beurteilen. Weiterhin bewirken große Windräder infolge Luftvermischung eine geringe Temperaturerhöhung in ihrer unmittelbaren Nähe und begünstigen angeblich Austrocknung der Böden. Das ist aber alles noch nicht völlig geklärt und sehr strittig. Weitere Gefahren bestehen u.a. für Vögel (auch sehr umstrittenes Thema), Eisbildung, Blitzeinschlag.
Aus diesen und weitere Gründen werden Großanlagen inzwischen vorzugsweise weit draußen im Meer errichtet.

An einem guten Standort weht im Schnitt täglich länger Wind als Sonne scheint. Der Nachteil ist allerdings, dass Sonne (Tageslicht) ziemlich regelmäßig auftritt während Wind kaum langfristig vorhersagbar ist. Im allgemeinen weht im Winter mehr Wind als im Sommer. Insofern ist die Speicherproblematik bei Windanlagen größer als bei Solaranlagen.

Obwohl Windräder an sich seit Ewigkeiten genutzt werden sind moderne Anlagen alles andere als primitiv. Optimale Formgebung für maximale Wirkung sowie hochfeste Materialien um auf Dauer die Belastungen auszuhalten sind die Hauptprobleme. Die Lebensdauer einer Windanlage wird aktuell auf 20-30 Jahre geschätzt. Extreme Verbesserungen sind nicht mehr zu erwarten denn aufgrund der hohen Belastung ermüdet das Material unvermeidlich und die Anlagen müssen deshalb sicherheitshalber entsprechend komplett erneuert werden.
Insbesondere die Rotoren bestehen aus hochwertigen Faserverbundwerkstoffen. Spätere Beseitigung bzw. Recycling dieser Materialien ist noch unklar.
Ganz grob geht man davon aus, dass zum Bau einer Windradanlage ca. ½ Jahr der jährlichen Energielieferung dieses Windrades benötigt werden. Bei 25 Jahren Gesamtlebensdauer hätte man mithin rund den 50fachen Ertrag.

Es finden sich extrem unterschiedliche Angaben wie viele wie große Windräder nötig wären um Deutschland zu versorgen. Bei vielen Angaben ist oft schon unklar ob nur mit dem Strombedarf oder dem gesamten Energiebedarf gerechnet wurde.
Die einen meinen, wenn man die bereits bestehenden Windräder nach und nach durch neuere, größere Modelle ersetzt könnte man die Anzahl sogar auf unter den heutigen Stand reduzieren.
Andere beziehen alle denkbaren Unsicherheiten ein und kommen zu einem weit größerem Bedarf.
Mal heißt es z.B. für ganz Deutschland wären 30.000 Windräder notwendig. In der nächsten Meldung heißt es für 1% mehr/weniger Stromverbrauch wären 5.000 Windräder mehr/weniger nötig. Das passt nicht zusammen denn dann wäre man bei 6% Stromeinsparung schon bei 0 Windrädern.
Alles was ich zu dem Thema gefunden habe war derart von Unklarheiten, Widersprüchen und Rechenfehlern durchsetzt dass ich mir dazu bisher keine eigene Meinung bilden konnte.

Private Kleinwindanlagen. Da gibt es diverse Typen und Anbieter. Viele sind allerdings auch schon wieder verschwunden und allgemein gelten solche Anlagen als nicht so ausgereift und langlebig wie Solaranlagen.
Hauptproblem ist jedoch, dass die Standplätze unzureichend sind. Es hat schon seinen Grund warum Großanlagen an ausgewählten Standorten und sehr hoch gebaut werden. Windarmer Platz, störende Bäume und Gebäude machen Kleinwindanlagen fast immer unwirtschaftlich. Hohe Masten können zu Probleme mit Vorschriften und Nachbarn führen. Standort auf dem Dach kann Geräusche und Vibrationen bringen. Unfallgefahr durch die Propeller, Herabschleudern von Eis, usw.
Was bleibt ist mehr oder weniger Spielerei wie Aufladen einer Autobatterie für Gartenbeleuchtung und Springbrunnen.


Die Ressourcen zur Nutzung von Wasserkraft sind in Mitteleuropa weitgehend ausgeschöpft. Die noch verbleibenden kleineren Möglichkeiten werden vermutlich aus Gründen des Naturschutzes gar nicht oder nur begrenzt genutzt werden.
Zudem ist zu bedenken, dass Wasserkraft kurzfristig regelbar (grundlastfähig) und auch mittelfristig kalkulierbar ist (Tag und Nacht über Wochen und Monate), langfristig aber durchaus erheblichen Schwankungen unterliegen kann. Auch wenn aktuell oft die Meinung vertreten wird, Dürren und Hochwässer wären heute extremer als früher, so kann man doch in vielen alten Chroniken den ständigen Wechsel zwischen „zu viel“ und „zu wenig“ nachlesen.
Zudem dienen z.B. viele Talsperren nicht nur der Stromerzeugung sondern auch zur Regulierung des Wasserstandes von Flüssen oder zur Trinkwassergewinnung. Oft gibt es Situationen wo entschieden werden muss welcher Zweck gerade vordringlich ist. Noch eine Woche Strom oder noch 3 Monate Trinkwasser?

Neben Talsperren gibt es noch diverse weitere Typen vom Wasserkraftwerken wie z.B. Strömungskraftwerke die ohne auffällige Bauten im Fluss hängen. Sie sind bisher jedoch unbedeutend und haben vermutlich nur geringes Zukunftspotential. Sie sind aber preiswert und sinnvoll für Forschungszwecke.

Typische Probleme/Streitpunkte bei Wasserkraftwerken sind z.B. Vereisung, Fischwanderung, Schifffahrt (Schleusen notwendig), Naturschutz, Trockenperioden. Viele dieser Punkte sind inzwischen jedoch befriedigend gelöst. In Laufe der letzten Jahrhunderte wurden Wasserkraftwerke immer weiter technisch verbessert und auch heute besteht noch ein kleiner Spielraum für weitere Steigerungen des Wirkungsgrades.

Bei regelmäßiger Wartung haben Wasserkraftwerke im Allgemeinen eine sehr lange aber nicht ewige Lebensdauer. Einerseits kann z.B. die Absperrung altern, anderseits können sich die Becken im Laufe der Zeit mit Schlamm und Geröll füllen,
Die Kurit-Talsperre im Iran war gut 500 Jahre im Betrieb (Bewässerung, natürlich nicht Stromerzeugung). Das Stauwerk wurde mehrfach erhöht bis das Staubecken restlos verlandet war.
Obwohl es bei modernen Staumauern Methoden gibt etwas Schlamm und feines Geröll abzulassen werden sie eines Tages massiv voll sein. Was man dann damit macht und ob das irgendwann gefährlich wird ist noch ungeklärt.

Weltweit werden aktuell rund 16% des Stroms durch Wasserkraft erzeugt. Bei Ausnutzung aller natürlichen Gegebenheiten wird eine Vervierfachung für möglich gehalten. Da gleichzeitig allerdings auch der gesamte Strombedarf steigen dürfte bedeutet dies nicht automatisch, dass 64% (4 mal 16%) möglich wären.
Deutschland hat früher rund 20% seines Strombedarfs durch Wasserkraft gedeckt. Obwohl die Wasserkraftnutzung ausgebaut wurde liefert sie heute unter 5% des Stroms. Der Gesamtstromverbrauch ist einfach wesentlich schneller gestiegen.
Schweiz und Österreich liegen auch heute noch über 50%.
Auch Skandinavien, insbesondere Norwegen, liegt sehr hoch und könnte vermutlich zur Versorgung von Zentraleuropa beitragen.

Kleinwasserwerke gibt es in diversen Formen und auch in privater Hand. Aber ähnlich wie bei privaten Kleinwindanlagen ist Nutzen und Beitrag bei Gesamtbetrachtung vernachlässigbar.


Gezeitenkraftwerke sind, vereinfachend gesagt, Wasserkraftwerke die den Unterschied zwischen Ebbe und Flut (Tidenhub) nutzen. Die Gezeiten beruhen u.a. auf der Erdrotion und der Anziehungskraft des Mondes und der Sonne. Durch Nutzung der Gezeiten geht an sich „keine Energie verloren“. Es werden aber ökologische Veränderungen in den betroffenen Gebieten befürchtet.
In den weitaus meisten Fällen erfolgt die Nutzung indem Buchten oder Flussmündungen durch Dämme oder Staumauern abgesperrt werden und dann das hinauslaufende (Ebbe) oder hineindrängende (Flut) Wasser wie bei Stauseen durch Turbinen geleitet wird.
Bei manchen Konstruktionen kann sowohl ein- als auch ablaufendes Wasser benutzt werden und sogar wie bei einem Pumpspeicherkraftwerk mit überschüssigen Strom Wasser eingepumpt werden.
Probleme sind z.B. ungleichmäßige Stärke der Gezeiten, Sturmfluten, aggressives Salzwasser. Deshalb können diese Anlagen in der Regel nicht wirklich gleichmäßig Strom liefern. Andererseits ist eine gewisse Regelmäßigkeit gegeben. Z.B. Totalausfall wegen Trockenheit ist kaum vorstellbar.

Vor allen Dingen ist die Anzahl möglicher Standorte begrenzt. Nebenmeere wie z.B. Ostsee oder Mittelmeer haben viel zu geringen Tidenhub. Es bleiben nur relativ wenige große Standorte die allerdings fast alle aus diversen Gründen umstritten sind. Z.B. die Bay of Fundy (südliche kanadische Ostküste) oder der Bristolkanal (Süden zwischen England und Wales).
Einige kleinere Kraftwerke wie z.B. das Gezeitenkraftwerk La Rance sind seit Jahrzehnten ohne große Probleme im Betrieb.

Daneben wird auch mit weiteren Methoden zur Nutzung von Gezeiten, Wellen oder Meeresströmungen experimentiert. Es gibt z.B. Planungen für am Meeresboden verankerte Turbinen („Unterwasserwindrad“) oder bewegliche Bojenkonstruktionen. Solche Anlegen dürften allerdings wegen der hohen mechanischen Belastungen, Korrosion und Bewuchs recht wartungsintensiv ausfallen. Wirtschaftlichkeit beim aktuellen Stand der Technik zweifelhaft.

Insgesamt erscheint der mögliche Beitrag von Gezeitenkraftwerken zur weltweiten Stromerzeugung auf weit unter 10% begrenzt.


Geothermie (Erdwärme). Auch dazu finden sich im Detail recht unterschiedliche Angaben. Unstrittig ist jedoch, dass rund 99% der Erde mehrere 1000 Grad heiß sind. Wir leben also gewissermaßen auf einer dünnen Eierschale. Nur ein Teil der Erdwärme stammt aus der Entstehungszeit der Erde. Durch radioaktive Zerfallsprozesse und Reibung entsteht im Inneren der Erde laufend neue Wärme. Insofern besteht keinerlei Gefahr, dass wir durch Nutzung von Erdwärme die Erde auskühlen. Die zur Verfügung stehende Wärme ist tatsächlich gigantisch.

Nutzung zur Stromerzeugung durch technisch relativ wenig anspruchsvolle Dampfkraftwerke ist möglich und wird z.B in Island praktiziert. Es liegen dazu inzwischen langjährige Erfahrungen vor. Da Island aber auch über ausreichend Wasserkraft verfügt wird die Entwicklung dort leider nicht mit wirklicher Priorität betrieben.
Und dummerweise braucht man zur wirtschaftlichen Nutzung eine relativ hohe oberflächennahe Temperatur wie sie meist nur in Gegenden mit reger vulkanischer Tätigkeit vorliegt. Dort wohnen aus begreiflichen Gründen eher wenig Leute. Insofern ist diese Möglichkeit beim aktuellen technischen Stand z.B. für Mitteleuropa überwiegend nicht geeignet.

Nutzung zu Heizzwecken ist im Prinzip in Mitteleuropa möglich. Es gibt einige Großanlagen die Gewerbe oder Wohnsiedlungen heizen. Dazu ist die Verlegung von Rohren in senkrechten oder schrägen bis zu mehrere 1000 Meter tiefen Bohrungen üblich. Allerdings zeigten sich gelegentliche Mikro-Erdbeben, Straßenschäden, Risse an Gebäuden, etc. Deshalb wurden mehrere Anlagen vorerst wieder stillgelegt und ausführliche Untersuchungen veranlasst.

Kleinanlagen bei denen Wärmepumpen geringe Mengen Wärme zur Beheizung von Einzelhäusern aus der Erde holen sind dagegen in aller Regel technisch problemlos. Je nach Erdschicht und Art und Tiefe der Bohrung – üblich sind einige Meter bis über 100 Meter – kann es jedoch bürokratische Genehmigungen erfordern. Die Kosten der Bohrung können höher sein als die Kosten der eigentlichen Wärmepumpe. Zudem kann die Erdschicht um die Bohrung im Laufe der Zeit auskühlen und als hier unerwünschte Isolierung wirken.
Insofern ist eine solche Bohrung für ein einzelnes Haus oft unwirtschaftlich. Und bezüglich Großanlagen für viele Gebäude siehe Absatz darüber. Vermutlich wird man die Probleme aber in Zukunft nach und nach in den Griff bekommen.


E-Mobilität ist an sich nicht neu. Mit Oberleitung betriebene Straßenbahnen und auch mit Akku betriebene Autos gab es schon vor weit über 100 Jahren. Sie sind heute wegen der Treibhausgasdiskussion und verbesserten technischen Möglichkeiten wieder ins Blickfeld geraten.
Mit dem Begriff E-Mobilität sind in der aktuellen Diskussion ganz überwiegend BEV (Battery Electric Vehicles, d.h. elektrische Fahrzeuge die ihren Strom aus mitgeführten Akkus beziehen) gemeint. Es ist in diesem Zusammenhang üblich, den Ausdruck „Batterie“ zu benutzen obwohl es sich genau genommen um Akkus (aufladebar) und nicht um Batterien (nicht aufladbar) handelt.

Ich denke, dass sich langfristig bei den meisten Fahrzeugtypen elektrischer Antrieb durchsetzen wird weil er im Prinzip einfacher und robuster gestaltet werden kann. Völlig offen ist jedoch, ob es sich dabei um batterieelektrischen Antrieb handeln wird. Und ich erwarte, dass es aus folgenden Gründen bis zum ganz großen Durchbruch noch 10-40 Jahre dauern wird.

- Die technische Entwicklung bei E-Autos schreitet zur Zeit besonders schnell voran und die Preise fallen tendenziell. Damit sinkt der Wiederverkaufswert und Käufer früher Modelle stehen sich schlechter als Käufer von Verbrennern.

- Es gibt noch einige technische Schwachpunkte gegenüber den gewohnten Verbrennern. Das Netz ist voll von Streitereien über Details. Ich bezweifle nicht, dass diese Probleme früher oder später auch noch beseitigt werden. Aber aktuell sind nicht wenige Nutzer enttäuscht und möchten zurück wechseln.

- Die Rohstoffe für die Batterien und Elektrik/Elektronik sind aktuell knapp und Recycling und Umweltaspekte noch nicht völlig geklärt.

- Es gibt schlicht nicht genug Ladesäulen bzw. die vorhandenen sind für viele praktisch nicht nutzbar. Nachts aufzustehen um drei Block weiter vielleicht aufladen zu können ist eher suboptimal.
Die Vorstellung, dass jeder eine eigene Ladestelle und am besten dazu auch Solarzellen auf dem Dach hat, ist auf absehbare Zeit für die Mehrheit in den Städten unrealistisch.

- Das Laden von E-Autos ist gar nicht so billig wie ursprünglich versprochen. Immer wieder tauchen Meldungen über „Abzockpreise“ an Ladesäulen auf.
Dabei ist auch zu bedenken, dass bei vielen Musterrechnungen zur angeblich günstigeren Wirtschaftlichkeit, Wirkungsgrad usw. „übersehen“ wird, dass Batterie-Autos aufgrund der schweren Akkus meist mehrere hundert Kilo schwerer sind als vergleichbare Verbrenner.

- Selbst wenn obige Probleme gelöst wäre gäbe es zur Zeit gar nicht genug Strom um alle PKWs elektrisch zu betreiben. Schließlich soll gleichzeitig auch auf elektrische Wärmepumpen usw. umgerüstet werden.
Man müsste wieder vermehrt alte Kraftwerke zuschalten womit das Abgasproblem nur verlagert aber nicht beseitigt würde.

- Aufgrund des Mehrgewichts würde die Umstellung auf Batterie-Autos bei Gesamtbetrachtung bedeuten, Millionen Tonnen Akkus zusätzlich durch die Lande zu fahren.
Deshalb halte ich beim aktuellen Stand der Akkutechnik Batterie-Autos höchstens für eine Zwischenlösung. Entweder werden Akkus noch wesentlich leistungsfähiger (d.h. leichter) oder zukünftige E-Autos werden ihre Energie aus anderen Quellen wie z.B. Wasserstoff und Brennstoffzellen beziehen.

Nach alldem dürfte der Umstieg auf ein Batterie-PKW für die große Mehrheit aktuell nicht lohnenswert sein. Natürlich gibt es Ausnahmen mit einem passenden Anforderungsprofil und die üblichen Early Adopter die gerne Aufpreise zahlen und sogar gewisse Nachteile in Kauf nehmen um als Erste dabei zu sein. Sie finanzieren die Erfahrungen und Weiterentwicklungen von denen später alle profitieren.

LKWs: Für Fernfahrten sind batterieelektrische Antriebe zur Zeit wohl am wenigsten geeignet. Bei großen Batterien geht zu viel Nutzlast verloren und bei kleinen geht zu viel Zeit zum Nachladen verloren.

Post, Lieferdienste, Taxis, Mietwagen, Busse: Je nach Anforderungsprofil (Kurzstrecken, feste Haltepunkte, eigenes Gelände/Hallen) könnten batterieelektrische Antrieben sinnvoll sein.
Es hat sich bisher aber gezeigt, dass einige Postdienste, Mietwagenfirmen, etc. ihre Versuche wieder aufgegeben haben und zu Verbrennern zurückgekehrt sind. Es war unterm Strich doch unwirtschaftlich, die eigenen Werkstätten waren überfordert verschiedene Fahrzeugtypen nebeneinander zu betreuen, etc. etc.

Schienengebundene Fahrzeuge: Hier ist seit gut hundert Jahren Oberleitung die beste Lösung. Das funktioniert sogar in den schweizer Bergen wenn entsprechendes Material und Erfahrung vorhanden sind.
Die Umrüstung alter Strecken auf Oberleitung kann jedoch unwirtschaftlich bis fast unmöglich sein (Tunnel/Brücken zu niedrig). Hier wird man langfristig auf Brennstoffzellen in den Zügen zurückgreifen können. Einige Versuchsstrecken sind bereits im täglichen Betrieb. Allerdings sind dabei noch „Kinderkrankheiten“ zutage getreten.

Hybridantrieb (Plug-in-Hybrid), d.h. Verbrenner kombiniert mit E-Antrieb. Es gibt zahlreiche Varianten.
Hierbei kann der Verbrenner im optimalen Bereich laufen, also relativ abgasarm und verbrauchsgünstig. Streckenweise (z.B. Innenstadt) kann man theoretisch abgasfrei fahren. Jedoch sind solche Fahrzeuge komplex, teuer und schwer.
Den gleichen niedrigen Verbrauch von z.B. unter 4 Liter könnte man auch mit optimierten kleinen, leichten und billigeren Verbrennern erreichen. Leider hat es die Politik versäumt, die Entwicklung mittels Besteuerung in diese Richtung zu zwingen.
Die Autoindustrie macht lieber mehr Umsatz mit großen, schweren und teuren Fahrzeugen.

Da man auf lange Sicht völlig weg will von Verbrennern mit Abgasproblematik halte ich aktuelle Hybridantriebe im PKW nur für eine vorübergehende Zwischenlösung. Z.B. elektrischer Antrieb mit Brennstoffzellen und Wasserstoff ist zwar ähnlich aufwendig, hat aber den Vorteil fehlender Abgasproblematik und dürfte deshalb zukunftssicherer sein..


Je größer der Beitrag der „Erneuerbaren Energien“ zum gesamten Energieverbrauch wird, desto akuter wird das Problem der „Dunkelflauten“, also der Zeiten in denen weder Wind noch Sonne und auch die anderen Erneuerbaren ausreichend Strom liefern. Damit wären wir bei der Speicherfrage bzw. anderen Überbrückungsmöglichkeiten.

Herkömmliche, fossil betriebene Kraftwerke will man in Zukunft ja weitgehend vermeiden. Stattdessen wird aktuell, wie schon weiter oben beschrieben, die vorübergehende Nutzung von mit Wasserstoff, Biogas oder anderen mittel EE erzeugten und gespeicherten Gasen betriebenen Gasturbinen zur Stromerzeugung favorisiert. Notfalls könnte dazu auch gespeichertes Erdgas benutzt werden. Die Technologien sind bekannt und bewährt und teilweise könnte bereits vorhandene Infrastruktur benutzt werden.

Für ganz kurze Pausen kann man teilweise auch auf die seit gut 100 Jahren bekannte und bewährte Nutzung von Pumpspeicherkraftwerken zurückgreifen. Leider sind in Mitteleuropa aus geografischen Gründen die Möglichkeiten für einen ausreichenden Zubau von Pumpspeichern nicht gegeben. Skandinavien ist da besser versorgt und könnte noch ausbauen.

Daneben gibt es noch zahlreiche teils schon bewährte, teils erst angedachte Methoden zur Energiespeicherung. Und weitere Ideen werden kommen. Hier eine sehr grobe Übersicht.

Warum nicht einfach Akkus?
Akkus mit der benötigten Kapazität sind noch teuer. Je nach Typ sind die benötigten Materialien zurzeit noch nicht ausreichend verfügbar, eventuell gefährlich, Recycling ungelöst und es gibt einige weitere Probleme.
Vor allen Dingen jedoch ist die Entwicklung noch voll im Fluss. Es gibt viele verschiedene Akkutypen und ständig neue Ideen. Alle paar Tage liest man in der Fachpresse von einem neuen „Superakku“. Einerseits kann man diese ständig neuen Versprechungen kaum noch hören, andererseits besteht natürlich die Hoffnung, dass irgendwann doch der Volltreffer darunter ist.
Insofern ist es wirtschaftlich zu riskant heute vielleicht hunderte Milliarden in den Aufbau der benötigten Kapazität zu investieren mit dem Risiko, dass morgen alles durch den endlich gefundenen „Superakku“ entwertet wird.
Es ist dagegen höchst sinnvoll, zuerst einmal verschiedene Systeme in einem längeren Alltagsversuch gegeneinander zu testen.

Man muss sich dabei auch bewusst sein, dass es im Endergebnis wohl auf mindestens 2 verschiedenen Akkutypen hinauslaufen wird.

- Einmal für mobile Nutzung in z.B. Autos oder gar Flugzeugen. Hier kommt es vor allen auf hohe Leistung bei geringem Gewicht und Volumen an. Der Preis ist weniger wichtig.

- Und dann für stationären Einsatz. Also für große zentrale Stromspeicher oder kleinere dezentrale in einzelnen Gebäuden oder z.B. direkt unter den Wind- oder Solaranlagen. Die benötigten Kabelanschlüsse sind dort ja bereits vorhanden. Hier kommt es weniger auf extrem gutes Leistungsgewicht an. Hauptsache preiswert, langlebig und möglichst ungefährlich.

Es gibt auch Ideen um den mobilen Akkutyp auch stationär zu nutzen. Z.B. indem man benutzte Fahrzeugakkus mit Restkapazität für den stationären Einsatz einsetzt. Aber abgesehen davon, dass es noch für lange Zeit nicht genug benutze Fahrzeugakkus geben wird, dürfte das daran scheitern, dass Fahrzeugakkus bisher nicht standardisiert sind. Eine große Anzahl verschiedener alter Akkus zusammenzuschalten und ständig einzelne davon wegen Lebensende auszutauschen könnte mit moderner Elektronik zwar technisch machbar sein. Aber ob das wirtschaftlich wäre?

Eine andere Idee ist die in den Fahrzeugen befindlichen Akkus zu nutzen. Autos die gerade an Ladesäulen hängen könnten bei Bedarf Strom ans Netz abgeben und später wieder aus dem Netz aufgeladen werden. Allerdings gibt es bisher nicht genug Ladesäulen. Und viele Autos stehen nicht nur sondern werden ja auch gefahren bzw. sollen ständig einsatzbereit sein.

Es ist auch geplant den Stromspeicherbedarf durch andere Maßnahmen wie z.B. Stromverbunde zu verringern. Damit ist gemeint, dass wenn z.B. im Norden kein Wind weht einfach Windstrom aus dem Süden genutzt wird. Oder anders herum. Gut gedacht, aber das bedeutet natürlich auch, dass man sowohl im Süden als auch im Norden und eigentlich überall enorme Überkapazitäten aufbauen muss um in solchen Fällen auch die gerade windlosen Regionen mitversorgen zu können.
Derartige Stromverbunde gibt es im Prinzip schon lange. Deshalb bemerken es Verbraucher kaum noch wenn mal ein einzelnes Kraftwerk oder eine einzelne Überlandleitung ausfällt. Im Zusammenhang mit EE müssten diese Leitungssysteme jedoch noch enorm ausgebaut werden.

Im Zusammenhang mit Solarenergie besteht bei Stromverbunden auch das Problem, dass sie weit in Ost-West Richtung ausgelegt sein müssten. Am besten vom Chinesischem Meer bis zum Atlantik. Nur so könnte man den täglichen Lauf der Sonne von Osten nach Westen ausgleichen. Technisch wohl machbar. Politisch aber auf absehbare Zeit kaum realisierbar.

Intelligente Verbrauchsteuerung (Smart Grids und viele andere Bezeichnungen) zielt darauf den Verbrauch so zu regeln, dass stromintensive Vorgänge in Zeiten mit Stromüberschuss verlagert werden. Das könnte z.B. bedeuten bestimmte Industrien vorzugsweise Nachts zu betreiben. Das würde die Anforderungen an Speicher und Leitungsnetz vermindern.
Gesteuert würde das durch variable Stromtarife. Haushalte sollten Vorgänge wie z.B. Wäschewaschen, Warmwasserspeichern, E-Auto laden, usw. dann automatisch geschaltet bei Zeiten mit niedrigen Strompreisen durchführen.
Dazu würden moderne Stromzähler und etwas Regelelektronik benötigt. Technisch kein Problem. Es bestehen aber teilweise datenschutzrechtliche Bedenken weil damit das Privatleben der Menschen wieder ein Stück mehr überwachbar würde.

Bastler haben aber auch diskretere Möglichkeiten. Wer z.B. eigene Solarzellen betreiben möchte aber die Bürokratie scheut oder die Einspeisevergütung für zu niedrig hält und dem eine eigene Akkulösung zu teuer ist, der kann seinen Solarstrom für die eigene Warmwasserbereitung nutzen. Es gibt bewährte Warmwasserboiler (Warmwasserspeicher) die heißes Wasser bis zu 3 Tage auf brauchbarer Temperatur halten. Eventuell sind einige Umbauten am Rohren und Armaturen nötig. Elektrisch wird das umschaltbar zwischen Netzstrom und eigenem Solarstrom gemacht. Alles preiswerte Baumarktteile. Da viele Haushalte rund 1/3 ihres Stromes für Warmwasser verbrauchen dürfte so die Stromrechnung deutlich sinken.


Aktuell werden seitens der Politik oft auch Fernheizsysteme favorisiert. Dabei wird Wärme zentral erzeugt und meist als Heißwasser durch isolierte Rohrsysteme an die Verbraucher verteilt. In der Regel zu Heizzwecken und zur Warmwasserversorgung.
An sich eine altbewährte Technik die aber immer weiter entwickelt wurde und weiter Verbesserungen sind im Test. Z.B. Nutzung von Kunststoffrohren und statt Heißwasser nur Warmwasser das dann erst am Verbrauschort mittels Wärmepumpen auf die die nötige höhere Temperatur gebracht wird.
Wegen der Kosten der notwendigen Rohrleitungen und Wärmeverlusten beim Transport eignen sich Fernwärmenetze nur für dicht besiedelte Gegenden. Und die Zentrale wo die Wärme erzeugt wird sollte möglichst in der Mitte gelegen sein.

Dreh- und Angelpunkt ist jedoch die Frage, wie die notwendige Wärme erzeugt wird. Üblich ist bisher sogenannte Kraft-Wärme-Kopplung. Dabei wird auf herkömmliche Weise mittels eines fossilen Brennstoffs Strom erzeugt und die Abwärme ins Heiznetz eingespeist. Das ist wegen der doppelten Nutzung ausgesprochen wirtschaftlich. Da man für die Zukunft aber weg von fossilen Brennstoffen will bleiben nicht viele möglichen Brennstoffe: Biogas, Wasserstoff, Holz und ähnliches Biomaterial.
Oder Strom. Strom mag zuerst widersinnig erscheinen. Aber wenn man davon ausgeht, dass zu bestimmten Zeiten und insbesondere nachts oft ein Überschuss an Windstrom vorliegt, und dass man Wärme relativ einfach zentral mit großen Heißwasserspeichern speichern kann, und dass der Heizbedarf hauptsächlich tagsüber anfällt, dann lässt sich ein Fernwärmenetz derart auch gleichzeitig als Energiespeicher nutzen.

Problematisch bei Fernwärmeversorgung bleibt jedoch, dass sich das aus wirtschaftlichen Gründen praktisch nur als Monopolbetrieb realisieren lässt. Eventuell sogar mit Anschlusszwang für alle Anwohner.


Atomenergie. Ausführlich über die Vergangenheit zu lamentieren bringt nichts. Es wurde begonnen mit der selbstverständlichen Gewissheit, dass die Endlagerfrage im Lauf der Zeit schon irgendwie gelöst werden wird. Ernsthafte Unfälle würde es nur ein Mal alle 100.000 Jahre geben. Inzwischen hatten wir mindestens 2 innerhalb von rund 60 Jahren. Manches wurde vermutlich vertuscht. Diverse Atom-UBoote und Atomwaffen verrotten irgendwo am Grunde der Meere ...
Aufgrund der Anzahl und des Alters mancher Atomkraftwerke in Europa ist auch hier die Wahrscheinlichkeit eines Unfalls erheblich. Folgen kaum abschätzbar.
Die wahren Kosten der Atomenergie sind völlig unklar da die Berechnungen je nach Interessenlage extrem unterschiedlich ausfallen.
Bei dieser Situation stellt sich in meinen Augen nur die Frage „Wie weiter?“.

- Neue Atomkraftwerke. In einigen Jahrzehnten werden wir vermutlich vollständig mit Erneuerbaren Energien auskommen. Ob es noch 20 oder 70 Jahre dauert bis alle damit verbundenen Probleme und noch offenen Fragen wie die Speicherfrage gelöst sind kann heute niemand seriös beantworten.
Da aber der Bau neuer Kernkraftwerke inzwischen Jahrzehnte dauert und die Kosten gigantisch sind dürfte es schlicht unsinnig sein für ein Zeitfenster von wohl nur wenigen Jahren neue Atomkraftwerke zu bauen.
Aktuell gibt es weltweit ca. 415 große Atomkraftwerke. Nach Ansicht der Befürworter sollen bis 2050 ca. 1000 weitere gebaut werden. Dies erscheint mir völlig unrealistisch.
Manchmal wird auch der Bau vieler kleiner Atomreaktoren (SMR – Small Modular Reactor) propagiert. Sie sollen in Fabriken gewissermaßen am Band gefertigt werden. Nach meiner Meinung würden dadurch Gefahren und Kosten noch erhöht. Falsch ist allerdings die Behauptung, dass solche SMR Fantasieprodukte wären. Tatsächlich gibt es bereits viele Hunderte davon. Sie treiben z.B, Atom-Boote und andere Kriegsschiffe an.
Angesehen davon ist auch die langfristige und sichere Versorgung mit Brennelementen unsicher. Neue Abhängigkeiten drohen.

- Bestehende Atomkraftwerke. Vorausgesetzt sie sind technisch in Ordnung und werden regelmäßig überwacht halte ich es für vertretbar sie noch einige Zeit weiter zu betreiben. Die Hauptkosten sind eh schon verloren und das vielleicht 1% mehr Abfall erhöhen die Endlagerproblematik nun auch nicht mehr wesentlich.
Einige Länder werden aber schon deshalb nicht gänzlich darauf verzichten weil sie bestimmte Atomanlagen aus militärischen Gründen weiterhin benötigen. Und dies wird dann zur Tarnung mit zivilen Notwendigkeiten und Vorteilen begründet.


Dass Fusionsenergie kein Hirngespinst ist beweisen Sonne und Wasserstoffbombe. Das Problem liegt allerdings darin, den Vorgang soweit zu zähmen und kontrollierbar zu machen, dass nutzbare Fusionsreaktoren möglich werden. Daran wird seit Jahrzehnten geforscht und ernsthafte Erfolge sind noch nicht abzusehen. Zwar werden regelmäßig (geschönte) Erfolgsmeldungen verbreitet aber offensichtlich hauptsächlich um weitere Gelder loszueisen. Und Behauptungen, dass Fusionsenergie unsere einzige Rettung vor dem Untergang wäre sind unverantwortlich solange wir sie nicht beherrschen.
Kurz: Es ist absolut unabschätzbar wann Fusionsreaktoren verfügbar sein werden. Man sollte weiter danach forschen. Aber mit überschaubarem Einsatz und keineswegs die aktuellen Alternativen vernachlässigen weil ja irgendwann Fusionsenergie alle Probleme lösen wird (oder eben auch nicht).
Zutreffend ist allerdings, dass Fusionsreaktoren weit weniger und kurzlebigeren radioaktiven Abfall erzeugen würden. Die Probleme mit Endlagerung wären damit überschaubarer.
Nicht übersehen werden sollte, dass wir bereits seit ewigen Zeiten Fusionsenergie nutzen. Nämlich die der Sonne. Fossile Brennstoffe, Wind, Sonne – fast alles verdanken wir dem Fusionsreaktor Sonne. Das übersieht man oft. Wer denkt schon daran, dass auch z.B. das Wasser für Wasserkraft nur deshalb Berge runter laufen kann weil es vorher mithilfe der Sonne hinaufgekommen ist ...


Oft finden sich in der Presse Meldungen zum gesamten Energieverbrauch z.B. in Deutschland. Um das richtig einzuschätzen muss man genau auf die Formulierungen achten.
Es gibt z.B. Primärenergieverbrauch, (End)Energieverbrauch und Stromverbrauch. Der Energieverbrauch ist weit höher als der Stromverbrauch denn da sind auch alle möglichen Brennstoffe wie z.B. Öl, Gas, Kohle, etc. dabei. Für 2023 wird geschätzt dass 52% des Stromverbrauchs aus erneuerbaren Energien gedeckt werden. Aber nur knapp 20% des Energieverbrauchs,
Der Primärenergieverbrauch liegt nochmals höher und ist gewissermaßen der Bruttowert vor allem. Wenn z.B. 3 Energieeinheiten in Kohleform in einem Kraftwerk verbrannt werden und 1 Energieeinheit Strom rauskommt dann hätten wir 3 als Primärenergie, 2 als Umwandlungsverlust und 1 als Endenergie.
Bei solchen Berechnungen gibt es aber enormen Gestaltungsspielraum. Z.B. beim Ansatz des Energieaufwands für Förderung, Lagerung, Transport der Kohle. Bei Erneuerbaren wird oft kein Verlust unterstellt obwohl z.B. Solarzellen nur um 20% Wirkungsgrad haben. Dito Windräder. Manchmal werden auch vereinfacht feste Faktoren zur Umrechnung benutzt.
Dann gibt es auch noch die sogenannte Nennleistung oder installierte Leistung. Damit ist gemeint wie viel z.B. alle vorhandenen Windräder bei bestimmten Bedingungen theoretisch liefern könnten.
Weiterhin kommt es natürlich auch auf den betrachteten Zeitraum an. Wenn es z.B. wieder einmal heißt, dass am Tag X fast 100% des Stromverbrauchs aus Erneuerbaren gedeckt wurden, dann atmen manche Mitmenschen auf und meinen “Bald haben wir es geschafft“. Das ist leider ein großer Irrtum denn um eine dauerhaft sichere Energieversorgung allein aus EE zu gewährleisten brauchten wir weit mehr als die zehnfache der bisher vorhandenen Kapazität.
Es gibt Zeiten mit wenig oder gar keinem Wind bzw. Sonne. Es gibt Wartungszeiten und technische Ausfälle. Zeiten zum Auffüllen der Speicher. Und dann noch der bereits erwähnte geplante Stromverbund der nur bei gewaltigen Überkapazitäten Sinn macht.

Dies als Denkanstoß wie wenig es besagt wenn ein Land theoretisch/rechnerisch einmal vorübergehend nahezu vollständig mit EE auskommt. Solange das nicht sicher ständig zu 100% plus Reserven möglich ist brauchen wir weiterhin große Kapazitäten der althergebrachten Kraftwerke.
Und selbst wenn wir heute von eben auf jetzt vollständig umstellen könnten wäre das suboptimal. Denn wir haben noch nicht wirklich die notwendigen Erfahrungen und ausgereiften Techniken. Es wird noch Jahrzehnte dauern bis die verschiedenen Techniken im Wettbewerb gegeneinander ausgetestet und ausgereift sind. Vieles z.B. bezüglich Materialien, Lebensdauer und Recycling ist noch ungeklärt.
Hätten wir vor 20, 30 Jahren schon umgestellt dann hätten wir heute ständig defekte Anlagen mit unwirtschaftlich niedrigem Wirkungsgrad und vieles hätte schon 2 oder 3 Mal ersetzt werden müssen. Das wäre alles andere als nachhaltig sondern unter dem Strich vermutlich schlechter als die aktuelle Situation.