Dipl. Ing. ETH Ferruccio Ferroni zur Klimadebatte​​: CO2-Fehlalarm

1. Einführung

Im Beitrag VII haben wir 5 Frühindikatoren für eine prognostizierte Klima-Abkühlung aufgelistet: Zunahme der Trockenheit, der Schneemengen, der kosmischen Strahlung, Reduktion der landwirtschaftlichen Erträge und die Abkühlung der Thermosphäre. Nach Meinung vieler Astrophysiker befinden wir uns im Übergang von einem “Grand Solar Maximum”, das von 1915 bis 2000 gedauert hat, zu einem “Solar Minimum”.

Es ist klar, dass klimatische Prognosen immer unsicher sind; sogar das IPCC bestreitet das nicht. Im Moment gibt es aber Auffälliges, das im Widerspruch zur überbetonten Klimaerwärmung steht. Seit 6 Jahre hatte ich im Monat Juni in Zürich nie Anlass zu heizen. Im Juni 2020 musste ich nun wieder heizen. Die offiziellen Messungen ergaben 17 Heizgradtage d.h. es war kälter als im Vergleich zu den letzten Jahren.

Um sich vor der Klimaerwärmung zu schützen, gibt es gemäss den IPCC-Klimatologen den “Green Deal” als Lösung. Für die Schweiz heisst das u.a., Photovoltaik, Wind- und Wasser-Kraftwerke für die Stromversorgung. Der Gedanke, dass sich der Trend der Erwärmung gelegentlich umkehren könnte, wird nicht in Erwägung gezogen. Im Folgenden versuche ich daher die geplanten Massnahmen unter der Voraussetzung einer Kaltzeit-Periode abzuschätzen.

2. Wasserkraft

Die Elektrizitäts-Produktion der Wasserkraft betrug im Jahre 2019 rund 36 TWh pro Jahr, was 57% des inländischen Stromverbrauchs entspricht. Diese Strommenge ist natürlich von der Niederschlagsmenge abhängig. Diese betrug in der Schweiz in den letzten Jahren durchschnittlich 1200 mm pro Jahr. In unserem Beitrag VII erwähnten wir die Erfahrungen aus früheren Kaltzeit-Perioden, in denen es jeweils markant weniger regnete. Das entspricht der kleineren Sonneneinstrahlung, bei der weniger Meerwasser verdunstet, was sich natürlich auf die Niederschlagsmenge auswirkt. Gemäss den Untersuchungen von Sun & Liu (s. Beitrag VII) wird die Abnahme der Niederschläge von einem Grand Solar Maximun zu einem Grand Minimum auf 70 mm pro Jahr geschätzt. Die Stromproduktion würde dann um etwa 6% abnehmen, d.h. um rund 2.2 TWh. Die Energiestrategie 2050 des Bundesrats rechnet bis 2050 demgegenüber mit einem Zuwachs von Wasserkraft um 6,7 TWh, was unserer Meinung nach unrealistisch ist.

Die Energiestrategie 2050 des Bundesrates geht – entsprechend der IPCC-Hypothese – davon aus, dass in den Schweizer Alpen infolge der CO2-Zunahme die Gletscher weiter zurückgehen. Damit würden weitere Standorte für Wasserkraft-Speicher eisfrei; zudem könne mit zusätzlichem Schmelzwasser gerechnet werden. Bis heute wurden alle Staudämme der Schweiz unterhalb 2400 Meter über Meer gebaut.

Wir möchten hier daran erinnern, dass der Aletschgletscher bis zu den Jahren 1856-1860 im Vergleich zu heute rund 3 km länger war. Seither ist er kontinuierlich geschrumpft. Im vermuteten kommenden “Solar-Minimum” würde er wieder wachsen. In den letzten 2000 Jahren gab es 6 Vorstösse und Rückgänge. Damals hatten die Vorstösse der Gletscher viel Weide- und landwirtschaftlich genutztes Land zerstört. Zu bemerken ist die Tatsache, dass die Gletscher schon vorher während der lange “Kleine Eiszeit” bis 1856 stark gewachsen waren. Sollten sich die Prognosen der Astrophysiker bewahrheiten, wäre es unverantwortlich Staudämme auf eisgefährdeten Höhen zu bauen. 

Der in der Energiestrategie 2050 postulierte Zuwachs an Wasserkraft um 6.7 TWh wäre somit illusorisch.

3. Photovoltaik

Die Energiestrategie sieht für das Jahr 2050 vor, die Stromproduktion durch Photovoltaik von aktuell ca. 2 TWh (im Winter aber nur 0.2 TWh) auf rund 12 TWh (im Winter nur 1,2 TWh) zu erhöhen. Während des Winters ist allerdings der Stromverbrauch am höchsten. 

Die Nutzung der Sonnenenergie ist von mehreren Imponderabilien abhängig. Dazu zählen der TSI (Total Solar Irradiance = gesamte Sonneneinstrahlung in W/m2), die Variationen der kosmischen Strahlung aber auch z.B. verschiedene globale Zirkulationsmuster wie z.B. El Nino. Nach dem Astrophysiker Abdussamatov könnte der TSI-Wert bis zum nächsten Grand Solar Minimum um 6 W/m2 abnehmen. Bei TSI-Abnahme mit gleichzeitiger Zunahme der kosmischen Strahlung und mehr Wolken wird es derart unübersichtlich, dass zuverlässige Prognosen praktisch unmöglich sind. Sicher ist aber damit zu rechnen, dass die Nutzbarkeit der Sonnenenergie abnimmt.

All diese Überlegungen sind aber für unsere Untersuchung nicht so wichtig. Die Schweiz ist ein sonnenarmes Land, und der Ertrag an Elektrizität ist so oder so nicht gross. Der Autor dieses Beitrags hat im Jahr 2017 in Zusammenarbeit mit R.J.Hopkirk und A.Guekos in einem peer-reviewed Artikel¹⁾ den Nachweis erbracht, dass die in der Schweiz bestehenden PV-Anlagen keinen Energiegewinn aufweisen. Der Energieaufwand für die Herstellung, den Betrieb und die Entsorgung der PV-Anlagen, sowie für die Netzintegration und die saisonale Speicherung, um auch im Winter die Stromversorgung aufrechtzuerhalten, ist höher als die Energieausbeute.

Von demselben Missverhältnis zwischen Energieaufwand und -ausbeute spricht eine neue Studie von Carlos de Castro and Iñigo Capellán-Pérez von der Universität von Valladolid, Spanien²⁾. Die Berechnungen mit der Bezeichnung ERoEI_EXT (Energy Return on Energy Invested extended) differieren geringfügig von unseren Resultaten, weil nicht immer dieselben Einflussfaktoren berücksichtigt werden. Der ERoEI_EXT würde gemäss dieser Studie für die Schweiz bei etwa 1 liegen. Unsere Studie hatte damals einen ERoEl_EXT von 0.87 ergeben. Das wichtigste Endresultat ist aber gleich: Mit PV-Anlagen wird in der Schweiz keine Netto-Energie produziert. Um Netto-Energie zu erhalten, muss der ERoEl über 2 liegen. 

Wenn die Schweiz bis 2050 das Ziel von 12 TWh erreichen möchte, müssten noch rund 100 Millionen Quadratmeter PV-Module installiert werden, was Kosten inklusive Speicher und Netzanpassungen von rund 100 Milliarden verursachen würde. Mit einem Zehntel davon könnte ein AKW gebaut werden, das 10 TWh jährlich produzierte, keine Speicherung benötigte und auch im Winterhalbjahr Strom lieferte.

4. Wind

Die Energiestrategie 2050 sieht vor, bis zu diesem Zeitpunkt 4,3 TWh durch Windturbinen zu produzieren. Im Moment werden, trotz der vorhandenen 37 grossen Windanlagen, nur 0.13 TWh, erbracht. Diese Windanlagen produzieren nur während 17 % der Zeit (dies wird als Kapazitätsfaktor bezeichnet). Die Schweiz ist leider kein windreiches Land! Gute Windanlagen an windreichen Gegenden weisen Kapazitätsfaktoren von 50 % aus. Die Opposition der Bevölkerung infolge Lärmbelästigung und negativen Auswirkungen auf die Fauna ist sehr gross und für ein dicht besiedeltes und gebirgsreiches Land sind die möglichen Standorte für Windenergieanlagen sehr rar.

Die seit 20 Jahren geplante und im Bau befindliche Windenergieanlage mit 5 Windturbinen auf dem Gotthard soll nach deren Fertigstellung 0.02 TWh produzieren. Windanlagen in über 2100 Meter über Meer müssten beheizt werden, um Eisbildung und die sich daraus ergebenden Probleme zu vermeiden. Die Zufahrtsstrassen für allfällige Reparaturen müssten mit Lastwagen auch im Winter befahrbar sein und die Schneeräumung erforderte zusätzliche Energie.

Die Abnahme der Windenergie infolge verminderter Sonneneinstrahlung auf der Erde ist schwierig zu quantifizieren. Nach der neuesten Studie von Carlos de Castro and Iñigo Capellán-Pérez beträgt der ERoEI_EXT für Onshore Windkraftanlagen für schweizerische Wind-Verhältnisse bei einer Lebensdauer von 20 Jahren nur 2.04. Mit anderen Worten: Der Netto-Energiebeitrag ist für die Schweiz praktisch Null. Der heutige Kapazitätsfaktor von 17 % liesse sich bei einer kommenden Kaltzeit schwerlich aufrechterhalten. Die Zielsetzung der Energiestrategie 2050 von 4,3 TWh ist offensichtlich mit Sicherheit nicht erreichbar. 

5. Fazit

Die von den IPCC-Klimatologen propagierten drei Rezepte für den Klimaschutz, Wasserkraft, Wind- und Solarenergie, würden bei einem Übergang zu einer Kaltzeit die in sie gesetzten Hoffnungen nicht erfüllen. Es wäre mit vermindertem Niederschlag und einem Vorrücken der Gletscher zu rechnen, was den Ertrag der Wasserkraft um etwa 2 TWh reduziert. Auch bei Solarstrom- und Windenergie gäbe es Reduktionen, die allerdings im Voraus schlecht quantifizierbar sind.

Bei der Ermittlung des ERoEI_EXT   – dem Verhältnis von investierter zur “neuen” Energie – ist es entscheidend, dass von den sich stark unterscheidenden lokalen Gegebenheiten ausgegangen wird. Die Enthusiasten der erneuerbaren Energie gehen immer von zu optimistischen Werten aus. Zudem berücksichtigen sie die Energieaufwendungen für Transport, Montage, Betrieb, Entsorgung, Endlagerung und Netzanpassungen und Speicherung zu wenig.

Die Zielsetzungen der Energiestrategie 2050 bezüglich Wasserkraft, Solar- und Windstrom werden mit Sicherheit nicht erreicht. Bei der seinerzeitigen Volksabstimmung wurde dem Volk suggeriert, auf Atomkraftwerke könne verzichtet werden, das Stromproblem sei mit Wasserkraft, Sonne und Wind einfach zu lösen. Im Nachhinein stellt sich die Frage, wie eine solche irreführende Fehlinformation überhaupt entstehen konnte.

Basis für die Energiestrategie des Bundes war eine ETH-Gefälligkeitsstudie unter der Leitung von Prof. Boulouchos. Die Studie mit dem Namen “Energiezukunft Schweiz” vom November 2011 vermittelte dem Schweizer Stimmvolk keine objektive Entscheidungsgrundlage. Sie hat den schon damals zum Stand der Wissenschaft gehörenden ERoEI-Wert nicht berücksichtigt und ging von einer viel zu hohen Stromausbeute bei PV-Anlagen von 241 kWh/m2 aus. Werden Alterung und mögliche Ausfälle der Anlagen berücksichtigt, ergibt sich, wie wir anhand detaillierter Berechnungen gezeigt haben, ein Wert von 88 kWh/m2.

Ein weiteres Beispiel einer ETH-Gefälligkeitsstudie erschien unter dem Titel “Current and future energy performance of power technologies in Switzerland” vom April 2018 herausgegeben vom Departement Energiepolitik der ETH (Autoren Bjarne Steffen, Dominique Hischier und Tobias S. Schmidt). Auch diese Studie weist gravierende Mängel auf, wurden doch u.a. die bereits damals hinlänglich bekannten Referenzen kritischer Forscher unterschlagen. Höhepunkt der Fehleinschätzungen war dann die Zusammenfassung der SATW (Schweizerische Akademie Technik Wissenschaft) der Studie in der Schlagzeile „Stromproduktion: Erneuerbare sind Spitze“ gipfelte.

Im Gegensatz dazu müsste dringend allgemein verständlich gemacht werden, dass nach dem heutigen Stand der Technik gilt:

In sonnenarmen und windarmen Regionen sind Photovoltaik und Windenergie keine Energiequellen; entgegen den weit verbreiteten Erwartungen führen beide zu Netto-Energieverlusten.

Als Bürger und ETH-Absolvent mit langjähriger ETH-Forschungserfahrung fühle ich mich betrogen, wenn ich Gefälligkeitsstudien der ETH mitfinanzieren muss. Mit unseren wissenschaftlichen Artikeln sowie Vorträgen und den Resultaten der neuen Studien von Carlos de Castro and Iñigo Capellán-Pérez ist ein neuer Stand der Wissenschaft gesetzt. Mit zusätzlichen Literaturreferenzen hätte man genügend Argumente für eine offizielle Beschwerde an die ETH-Leitung einzureichen mit Kopie an ausgewählten Bundespolitiker.

Auf alle Fälle ist offensichtlich:

Auf lange Sicht ist für die Schweiz nur die Kernenergie in der Lage, die Landesversorgung sicherzustellen.

F. Ferroni, Dipl. Ing. ETH

Präsident NIPCC-SUISSE

Referenzen

1. Ferroni F., Guekos A., Hopkirk R.J., Further considerations to: Energy Return on Energy Invested (ERoEI) for photovoltaic solar systems in regions of moderate insulation. Energy Policy 2017, 107, 498-505. Doi: 10.1016/j.enpol.2017.05.007

2. Carlos de Castro and Iñigo Capellán-Pérez. Standard, Point of Use, and Extended Energy Return on Energy Invested (EROI) from Comprehensive Material Requirements of Present Global Wind, Solar, and Hydro Power Technologies. Energies 2020, 13, 3036; doi:10.3390/en13123036