Es wäre sehr sinnvoll, wenn Gemeinden in Deutschland in Zukunft autark mit Strom versorgt werden könnten. Eine solche Entwicklung könnte sowohl ökologisch als auch wirtschaftlich und gesellschaftlich Vorteile bringen. Hier sind einige Gründe, warum dies erstrebenswert ist:
1. Energieunabhängigkeit
• Autarke Gemeinden wären weniger abhängig von zentralisierten Stromnetzen und externen Energiequellen, wie fossilen Brennstoffen oder Energieimporten.
• Dies könnte die Resilienz gegenüber Stromausfällen, geopolitischen Konflikten und Versorgungsengpässen erhöhen.
2. Förderung erneuerbarer Energien
• Gemeinden könnten lokal verfügbare erneuerbare Energiequellen wie Solarenergie, Windkraft, Biomasse oder Wasserkraft nutzen.
• Dies würde die CO₂-Emissionen reduzieren und die Energiewende vorantreiben.
3. Kostenersparnisse
• Durch lokale Produktion und Speicherung könnten Gemeinden langfristig Energiekosten sparen, insbesondere wenn fossile Energieträger teurer werden.
• Überschüsse könnten ins öffentliche Netz eingespeist und verkauft werden, was zusätzliche Einnahmen generieren würde.
4. Dezentrale Stromversorgung
• Eine dezentrale Stromversorgung macht das gesamte Stromnetz robuster, da es weniger anfällig für großflächige Ausfälle oder Cyberangriffe ist.
• Gemeinden könnten durch lokale Energiespeicherung (z. B. Batteriesysteme) die Versorgung stabilisieren.
5. Stärkung der lokalen Wirtschaft
• Investitionen in lokale Energieprojekte schaffen Arbeitsplätze und stärken regionale Wertschöpfungsketten.
• Bürgerenergiegenossenschaften oder kommunale Projekte fördern die Beteiligung und Identifikation der Bevölkerung.
6. Vorbildwirkung und Innovation
• Autarke Gemeinden könnten als Modellprojekte für nachhaltige Energieversorgung dienen und den Ausbau neuer Technologien wie Smart Grids oder innovativer Speichertechnologien beschleunigen.
Herausforderungen
Trotz der Vorteile gibt es einige Hürden:
1. Investitionskosten: Der Aufbau einer autarken Energieversorgung erfordert hohe Anfangsinvestitionen. Förderprogramme könnten dies abmildern.
2. Technologie und Speicher: Energieautarkie erfordert zuverlässige Speicherlösungen und intelligente Netze, um Versorgungsschwankungen auszugleichen.
3. Politische Rahmenbedingungen: Aktuelle Gesetze und Netzentgelte machen es oft schwierig, Projekte wirtschaftlich umzusetzen.
Fazit
Die autarke Stromversorgung von Gemeinden ist eine zukunftsweisende Idee, die bei entsprechendem politischen Willen und technologischer Unterstützung einen wichtigen Beitrag zu Klimaschutz, Resilienz und regionaler Entwicklung leisten kann. Mit der Weiterentwicklung von Speichertechnologien und dem Ausbau erneuerbarer Energien wird diese Vision zunehmend realistisch.
Beispiel einer Berechnung
Angenommen, eine Gemeinde hat:
• 500 Haushalte mit einem durchschnittlichen Verbrauch von 3.000 kWh/Jahr → 1.500.000 kWh/Jahr
• 20 Gewerbebetriebe mit einem Durchschnittsverbrauch von 50.000 kWh/Jahr → 1.000.000 kWh/Jahr
• Straßenbeleuchtung und öffentliche Gebäude: 300.000 kWh/Jahr
• E-Mobilität (200 Fahrzeuge), 10.000 km/Jahr bei 20 kWh/100 km → 400.000 kWh/Jahr
Um die Beispielrechnung mit konkreten Zahlen zu untermauern und zu zeigen, wie viele Windkraftanlagen, Solarpanel-Fläche und Biomasseanlagen benötigt würden, sowie welche Stromspeicherkapazitäten sinnvoll wären, müssen einige Annahmen getroffen werden. Hier sind die Schritte, wie man dies berechnen könnte:
1. Beispielhafte Annahmen für den Energiebedarf
Der Gesamtstrombedarf, den wir für die Beispielgemeinde berechnet haben, beträgt 3.200.000 kWh/Jahr (3,2 GWh/Jahr).
Für die Berechnung nehmen wir die folgenden Annahmen:
• Windkraft: Eine typische Windkraftanlage in Deutschland hat eine durchschnittliche Leistung von etwa 2,5 MW und erzeugt im Jahr ca. 6 Millionen kWh (je nach Windverhältnissen).
• Solarenergie: Eine Solaranlage auf 1.000 m² liefert im Durchschnitt etwa 120 kWh/m²/Jahr.
• Biomasse: Eine mittelgroße Biomasseanlage kann jährlich etwa 1.000.000 kWh liefern.
• Speicher: Lithium-Ionen-Batterien haben eine nutzbare Kapazität von etwa 200 Wh/kg und eine gute Speicherwirkung von bis zu 90 %.
2. Windkraftanlagen
Berechnung:
• Eine 2,5 MW Windkraftanlage erzeugt ca. 6.000.000 kWh/Jahr.
• Die Gemeinde benötigt 3.200.000 kWh/Jahr.
Anzahl der Windkraftanlagen:
Das bedeutet, dass eine halbe Windkraftanlage ausreichen würde, um den Bedarf zu decken. In der Praxis wird jedoch meist eine komplette Windkraftanlage benötigt, um auf den gesamten Bedarf zu kommen. Eine Windkraftanlage würde also fast den gesamten Bedarf der Gemeinde decken.
3. Solaranlagen
Berechnung:
• Eine Solaranlage auf 1.000 m² produziert etwa 120.000 kWh/Jahr.
• Die Gemeinde benötigt 3.200.000 kWh/Jahr.
Benötigte Fläche für Solarpanels:
Das bedeutet, es würden etwa 27.000 m² Solarpanels benötigt, also eine Fläche von etwa 2,7 Hektar. Diese Fläche könnte auf Dächern von Gebäuden oder in Freiflächen innerhalb der Gemeinde genutzt werden.
4. Biomasseanlagen
Berechnung:
• Eine mittlere Biomasseanlage produziert jährlich etwa 1.000.000 kWh.
• Die Gemeinde benötigt 3.200.000 kWh/Jahr.
Anzahl der Biomasseanlagen:
Das bedeutet, dass drei Biomasseanlagen notwendig wären, um den Strombedarf der Gemeinde zu decken.
5. Stromspeicherkapazität
Berechnung des Speicherbedarfs:
Da Wind- und Solarenergie wetterabhängig sind, benötigt man ausreichend Speicher, um die Energie während Erzeugungsflauten (z.B. im Winter oder an windarmen Tagen) bereitzustellen.
• Winterbedarf: In Deutschland gibt es winterliche Zeiten mit geringem Sonnenlicht und Wind. Angenommen, der Speicher muss 50 % des Jahresbedarfs abdecken (also etwa 1,6 GWh), um über den Winter zu kommen.
Benötigte Speicherkapazität:
• Eine Lithium-Ionen-Batterie hat eine nutzbare Kapazität von etwa 200 Wh/kg.
• Ein Speicher mit einer Kapazität von 1.600.000 kWh (1,6 GWh) würde benötigt.
Berechnung der Masse des Speichers:
Der benötigte Speicher würde also etwa 8.000 Tonnen wiegen. In der Praxis könnte dieser Speicher in Form von großen Batterien oder auch Wasserstoffspeichern umgesetzt werden, da Wasserstoff eine hohe Energiedichte aufweist.
6. Fazit
• Windkraft: Eine Windkraftanlage würde fast den gesamten Strombedarf der Gemeinde decken.
• Solarenergie: Etwa 27.000 m² (2,7 Hektar) Solarpanels wären erforderlich.
• Biomasse: Drei Biomasseanlagen wären notwendig, um den Strombedarf zu ergänzen.
• Speicher: Etwa 1,6 GWh Speicherkapazität wären erforderlich, um über Erzeugungsflauten und den Winter zu kommen, was rund 8.000 Tonnen Speichergewicht entspricht.
Durch die Kombination dieser Technologien könnte eine Gemeinde weitgehend autark werden und ihren Strombedarf vollständig mit erneuerbaren Quellen decken, wobei Speicherlösungen notwendig sind, um eine kontinuierliche Versorgung zu gewährleisten.
In einer autark versorgten Gemeinde, die auf erneuerbare Energien setzt und die Infrastruktur effizient nutzt, könnte die Kilowattstunde für die Bürger signifikant günstiger werden – schätzungsweise im Bereich von 6–10 Cent pro kWh. Dies stellt eine enorme Ersparnis im Vergleich zu den aktuellen Netzkosten von 30–40 Cent pro kWh dar und zeigt das enorme Potenzial einer dezentralen, nachhaltigen Energieversorgung.
Speichern und Heizen?
“Könnte man dann nicht auch mit überschüssige Strom Wasserstoff erzeugen und daraus durch Zugabe von CO₂ künstliches Erdgas zum Heizen im Winter erzeugen und lagern“
Ja, das ist eine vielversprechende Idee und tatsächlich schon ein zentraler Bestandteil vieler Energiewende-Konzepte! Überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energien kann zur Erzeugung von Wasserstoff und anschließend zur Produktion von synthetischem Erdgas genutzt werden. Hier ist, wie das funktioniert und welche Vorteile es bietet:
1. Der Prozess
1. Elektrolyse:
• Überschüssiger Strom (z. B. von Solar- oder Windanlagen) spaltet Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff.
• Das Produkt ist grüner Wasserstoff, sofern der Strom aus erneuerbaren Quellen stammt.
2. Methanisierung (Power-to-Gas):
• Der erzeugte Wasserstoff wird mit CO₂ kombiniert, um synthetisches Methan (CH₄) zu erzeugen.
• Das Ergebnis ist chemisch identisch mit Erdgas und kann problemlos im bestehenden Gasnetz oder in speziellen Tanks gespeichert werden.
3. Nutzung im Winter:
• Im Winter kann das gespeicherte Methan zum Heizen oder zur Stromerzeugung genutzt werden. Dies gleicht die saisonalen Schwankungen der erneuerbaren Energien aus.
2. Vorteile
• Energiespeicherung in großem Maßstab:
• Synthetisches Erdgas ermöglicht die Speicherung überschüssiger Energie über Monate hinweg, was mit Batterien derzeit nicht wirtschaftlich machbar ist.
• Nutzung bestehender Infrastruktur:
• Das Gasnetz, bestehende Heizkessel und Kraftwerke können weiterhin genutzt werden, ohne große Investitionen in neue Technologien.
• CO₂-Kreislauf:
• Das benötigte CO₂ kann aus der Luft oder industriellen Abgasen gewonnen werden, sodass der Prozess klimaneutral ist.
• Flexibilität:
• Wasserstoff und Methan können sowohl zum Heizen, für industrielle Prozesse als auch zur Stromerzeugung verwendet werden.
3. Herausforderungen
• Wirkungsgrad:
• Der gesamte Prozess (Strom → Wasserstoff → Methan → Wärme/Strom) hat einen vergleichsweise niedrigen Wirkungsgrad (ca. 30–40 %). Daher sollte er vorrangig für Überschussstrom genutzt werden.
• Kosten:
• Elektrolyse und Methanisierung sind aktuell noch teuer, aber die Kosten sinken mit zunehmendem Ausbau und technologischen Fortschritten.
• Verfügbarkeit von CO₂:
• Für die Methanisierung wird CO₂ benötigt. Es muss in ausreichender Menge und möglichst klimaneutral bereitgestellt werden (z. B. durch Direktabscheidung aus der Luft).
4. Fazit
Die Nutzung von überschüssigem Strom zur Herstellung von Wasserstoff und synthetischem Erdgas ist eine vielversprechende Lösung, um saisonale Schwankungen auszugleichen und erneuerbare Energien effizienter zu nutzen. Sie ergänzt andere Speichertechnologien wie Batterien oder Pumpspeicher und könnte gerade im Winter eine stabile Energieversorgung sicherstellen.
Mit sinkenden Kosten und dem politischen Fokus auf grünen Wasserstoff könnte dieses Konzept in den kommenden Jahren eine Schlüsselrolle in der Energiewende spielen.
Lebensmittel Versorgung
„Könnte man nicht auch eine autarke Produktion von Grundnahrungsmittel anstreben? Beispielsweise auch mit Vertical Farming in Gebäuden?“
Ja, eine autarke Produktion von Grundnahrungsmitteln wäre möglich und könnte durch innovative Konzepte wie Vertical Farming in Gebäuden wesentlich unterstützt werden. Dieser Ansatz hat das Potenzial, Gemeinden nicht nur energetisch, sondern auch in der Nahrungsmittelversorgung unabhängiger zu machen. Hier sind die wichtigsten Überlegungen dazu:
1. Was ist Vertical Farming?
• Definition: Vertical Farming ist eine Methode, bei der Pflanzen in kontrollierten Umgebungen vertikal gestapelt in Gebäuden angebaut werden.
• Technologien: Es wird oft mit LED-Beleuchtung, hydroponischen (wasserbasierten) oder aeroponischen (luftbasierten) Anbausystemen gearbeitet.
• Standorte: Kann in leerstehenden Gebäuden, Hochhäusern, Containern oder speziell errichteten Strukturen umgesetzt werden.
2. Vorteile von Vertical Farming
1. Unabhängigkeit vom Wetter:
• Der Anbau erfolgt in geschlossenen Räumen, sodass Klima- oder Wetterextreme (z. B. Dürren oder Überschwemmungen) keinen Einfluss haben.
2. Effiziente Flächennutzung:
• Durch das Stapeln der Anbauflächen kann auf kleinem Raum eine hohe Menge an Lebensmitteln produziert werden.
3. Ressourcenschonung:
• Wasserverbrauch ist um bis zu 90 % geringer als bei traditioneller Landwirtschaft.
• Nährstoffe können präzise zugeführt werden, wodurch Abfälle minimiert werden.
4. Kürzere Lieferketten:
• Lebensmittel werden direkt in oder nahe der Gemeinde produziert, was Transportkosten und CO₂-Emissionen reduziert.
5. Ganzjährige Produktion:
• Pflanzen können unabhängig von den Jahreszeiten angebaut werden, was eine konstante Versorgung ermöglicht.
3. Herausforderungen
1. Hoher Energiebedarf:
• Für Beleuchtung und Klimatisierung wird Strom benötigt. Wenn dieser jedoch aus erneuerbaren Energien stammt (z. B. Solar- oder Windkraft), bleibt die Umweltbilanz positiv.
2. Kosten:
• Die Anfangsinvestitionen für die Technologie und Gebäude sind hoch, aber sinkende Preise für LEDs und steigende Effizienz machen Vertical Farming zunehmend erschwinglich.
3. Begrenzte Artenvielfalt:
• Vertical Farming eignet sich derzeit vor allem für Blattgemüse, Kräuter und kleine Früchte. Für Getreide, Kartoffeln oder andere Grundnahrungsmittel wäre zusätzliche Forschung und Entwicklung nötig.
4. Technologische Abhängigkeit:
• Der Betrieb hängt von funktionierender Technologie ab, weshalb eine stabile Energieversorgung und Wartung unerlässlich sind.
4. Autarke Grundnahrungsmittelproduktion: Ein umfassender Ansatz
Vertical Farming kann ein wichtiger Bestandteil einer autarken Nahrungsmittelproduktion sein, sollte jedoch mit anderen Konzepten kombiniert werden:
1. Permakultur und Urban Gardening:
• Flächen wie Gemeinschaftsgärten, Dächer oder brachliegende Grundstücke können für den Anbau genutzt werden.
2. Aquaponik:
• Kombination von Fischzucht und Pflanzenanbau, bei der die Ausscheidungen der Fische als Dünger für die Pflanzen genutzt werden.
3. Regionale Landwirtschaft:
• Zusammenarbeit mit lokalen Bauernhöfen, um Produkte wie Getreide oder tierische Erzeugnisse zu ergänzen, die in Vertical Farms schwerer anzubauen sind.
4. Speicherung und Konservierung:
• Überschüsse könnten durch Einlagern, Fermentieren oder Einfrieren für den Winter genutzt werden.
5. Fazit
Eine autarke Grundnahrungsmittelproduktion mit Vertical Farming als zentralem Bestandteil ist machbar und sinnvoll. Kombiniert mit weiteren nachhaltigen Konzepten könnte sie Gemeinden helfen, sowohl ökologisch als auch ökonomisch resilienter zu werden. Besonders in dicht besiedelten Gebieten bietet Vertical Farming eine Möglichkeit, lokale Nahrungsmittelproduktion auf kleinem Raum zu realisieren und gleichzeitig Transportwege und Umweltbelastungen zu reduzieren.