Den steigenden Strombedarf klimaneutral bewältigen

Die Schweiz hat sich zum Ziel gesetzt, bis im Jahr 2050 keine Treibhausgasemissionen mehr auszustossen. Mit diesem Netto-Null-Ziel möchte sie ihren Beitrag dazu leisten, die Klimaerwärmung global auf weniger als 1,5 Grad zu begrenzen. Was dieses Ziel für den künftigen Strombedarf bedeutet und welchen Beitrag dazu insbesondere die Geothermie und die Wasserkraft leisten können, untersuchten unter der Leitung der ETH Zürich 25 Schweizer Wissenschaftseinrichtungen, Industrieunternehmen sowie Bundesbehörden im Rahmen des Kompetenzzentrums für Energieforschung – Strombereitstellung (SCCER-SoE). Dabei verschob sich der Fokus des Projekts von den Erneuerbaren als Ersatz für die Atomkraft zu Beginn hin zu einer viel umfangreicheren Problemstellung: Das Energiesystem der Zukunft muss nicht nur mehr Strom liefern, sondern soweit möglich auch negative Emissionen erzielen. Dies erfordert viel umfassendere und vor allem integralere Lösungen.

Der Strommix der Zukunft

Wie sich das Stromangebot und die Nachfrage in Zukunft zusammensetzen, haben die insgesamt acht Kompetenzzentren unter der Leitung des SCCER-SoE anhand von Szenarien modelliert. Der erhöhte Strombedarf bis im Jahr 2050 ist mehrheitlich auf eine Elektrifizierung in zwei Bereichen zurückzuführen: Transport und Heizen.

Um die sich daraus ergebende steigende Nachfrage zu decken und insbesondere den Wegfall der Kernkraftwerke zu kompensieren, muss das Angebot erneuerbarer Energien bis 2050 nahezu verdoppelt werden. Das grösste Potential birgt die Photovoltaik. «Dieses lässt sich aber nur ausschöpfen, wenn gleichzeitig Massnahmen ergriffen werden, um die Schwankungen dieser Energieform auszugleichen» betont Peter Burgherr vom Paul Scherrer Institut. Photovoltaik eignet sich schlecht, um in den Wintermonaten ausreichend Strom zu liefern und verursacht in den Sommermonaten um die Mittagszeit einen Überschuss an Energie, der das Stromnetz belasten kann.

Um die ungleichmässige Strombereitstellung besser bewältigen zu können, ist es entscheidend, dass auch die Potenziale der anderen Erneuerbaren wie Wind, Wasserkraft, Biomasse und Geothermie besser genutzt werden. Die überschüssige Energie aus Photovoltaikanlagen liesse sich in Batterien zwischenspeichern, für Pumpspeicherwerke nutzen oder in Wärme oder Wasserstoff umwandeln.

Hier kommt die Wasserkraft ins Spiel, die aktuell und künftig wichtigste einheimische Energiequelle in der Schweiz. Sie übernimmt neben ihrem direkten Beitrag zur Elektrizitätsversorgung eine wichtige Rolle als Energiespeicher. Robert Boes, Leiter der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie und Professor an der ETH Zürich, relativiert das Potential dennoch: «Ein signifikanter Ausbau der Wasserkraft ist in den kommenden Jahrzehnten aber aufgrund der hohen Anforderungen an den Umweltschutz, der aktuell fehlenden oder tiefen Wirtschaftlichkeit und der geringen gesellschaftlichen Akzeptanz solcher Projekte unrealistisch». Ergänzend werden daher auch unter optimistischen Annahmen weiterhin Stromimporte oder inländische Gaskraftwerke gebraucht, um den Bedarf abzudecken.

Die Geothermie hat in der Schweiz das Potential, künftig zur Stromversorgung beizutragen sowie einen grossen Anteil des Wärmbedarfs für Heizzwecke, Warmwasser und gewisse industrielle Prozesse abzudecken. Dazu kann einerseits Wasser im Untergrund erhitzt und dann gefördert werden. Andererseits kann der Untergrund als Speicher für an der Oberfläche erwärmtes Wasser dienen, das beispielsweise mittels überschüssiger Energie aus der Photovoltaik oder Kehrichtverbrennungsanlagen aufgeheizt wurde.

Nicht ohne negative Emissionen

Neben dem Ausbau der erneuerbaren Energie, einer Effizienzsteigerung bestehender Technologien und Massnahmen, um den Energieverbrauch möglichst gering zu halten, benötigt die Schweiz zusätzlich negative Emissionen, um das Netto-Null-Ziel zu erreichen. Solche negativen Emissionen lassen sich beispielsweise direkt aus der Umgebungsluft (direct air capture) oder durch die Verbrennung von Biomasse mit anschliessender CO₂-Abscheidung und langfristiger Speicherung im Untergrund erzielen. Die aktuellen Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die Speicheroptionen im Schweizer Untergrund geringer sind als ursprünglich erhofft, was weiterführende Untersuchungen sowie parallele Abklärungen zu Speicheroptionen im Ausland erfordert.

Die Resultate der siebenjährigen Forschungsarbeiten des SCCER-SoE zeigen, dass sich das Netto-Null-Ziel technisch bis 2050 erreichen lässt. «Dafür sind aber koordinierte und umfassende Anpassungen in vielen verschiedenen Bereichen notwendig, welche die gesamte Gesellschaft betreffen. Wir dürfen zudem keine weitere Zeit verlieren, wollen wir die gesetzten Klimaziele bis 2050 erreichen» hebt Domenico Giardini, Professor an der ETH Zürich und Leiter des SCCER-SoE, hervor.