Nur mit Sektorenkopplung kann die Energiewende gelingen
Im Jahr 2019 stammten rund 42 Prozent des in Deutschland erzeugten Stroms bereits aus erneuerbaren Energiequellen. Insgesamt betrug der Anteil der erneuerbaren Energien am Endenergiebedarf jedoch nur 17,4 Prozent. Die Differenz zwischen diesen Werten ergibt sich daraus, dass Energie nicht nur im Stromsektor, sondern auch in den Sektoren Wärme und Verkehr verbraucht wird. Dort ist der Anteil erneuerbarer Energien jedoch mit 15 Prozent bzw. 5,6 Prozent deutlich niedriger als im Stromsektor. Das liegt vor allem daran, dass sich die in Deutschland gut verfügbare Sonnen- und Windenergie besonders für die Stromerzeugung eignen. Ihr direkter Einsatz im Wärme- oder Verkehrssektor ist hingegen kaum möglich.
Um die Pariser Klimaschutzziele, insbesondere die Begrenzung der Erderwärmung auf 1,5° C bis 2100, zu erreichen, muss allerdings in allen Sektoren die Emission des klimaschädlichen Treibhausgases CO2 vermieden werden. Ein vielversprechender Ansatz, um nicht nur die Stromproduktion, sondern auch die Wärmeproduktion, den Verkehr sowie die Industrie CO2-neutral zu gestalten, ist die sogenannte Sektorenkopplung, bei der nachhaltig erzeugter Ökostrom fossile Rohstoffe in allen Sektoren ersetzt.
Wie funktioniert die Sektorenkopplung?
Die Sektorenkopplung (auch: „Sektorkopplung“ oder „integriertes Energiesystem“, engl. „integrated energy“) verbindet die verschiedenen Sektoren eines Wirtschaftssystems mit dem Ziel, diese ganzheitlich zu betrachten, zu optimieren und klimafreundlich zu gestalten. Von zentraler Bedeutung ist dabei der Stromsektor, denn dieser kann durch den Einsatz erneuerbarer Energien besonders leicht CO2-neutral werden. Dieser klimaneutrale Strom ist nach seiner Erzeugung nicht darauf beschränkt, herkömmliche elektrische Verbraucher mit Energie zu versorgen. In sogenannten „Power-to-X“-Verfahren wird Strom in andere Energieformen, z. B. Wärme (Power-to-Heat) oder synthetisches Erdgas (Power-to-Gas), umgewandelt, die dann in den anderen Sektoren eingesetzt werden können und dort fossile Energieträger ersetzen.
Im Bereich der Wärmeproduktion ist die Sektorenkopplung bereits recht weit fortgeschritten. Vor allem Wärmepumpen, die mit nachhaltig produziertem Ökostrom betrieben werden und so vollständig CO2-neutrale Wärme zu günstigen Preisen bereitstellen können, erfreuen sich wachsender Beliebtheit. Besonders effizient ist ihr Einsatz, wenn sie auf eine ergiebige Wärmequelle wie z. B. die Abwasserwärme zugreifen und diese über ein Fernwärmenetz zahlreichen Abnehmern zur Verfügung stellen können. Aber auch Anwendungen wie Heizstäbe oder Elektrodenkessel, die mit Strom Wärme produzieren, sind Beispiele für die Sektorenkopplung.
Im Verkehrssektor zählt vor allem die Elektromobilität zur Sektorenkopplung. Werden E-Autos mit klimafreundlichem Ökostrom betrieben, stoßen sie nicht nur keine schädlichen Abgase aus, sondern sie fahren völlig CO2-neutral. Aber auch der Einsatz synthetischer Kraftstoffe ist ein Beispiel für die Sektorenkopplung, denn diese lassen sich unter Einsatz von (Öko-)Strom herstellen.
Zu guter Letzt kann auch die Industrie in die Sektorenkopplung mit einbezogen werden. Denn mithilfe von Strom lässt sich Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufspalten. Diese chemische Reaktion kennen viele Menschen als Elektrolyse aus dem Chemieunterricht. Der so entstandene Wasserstoff dient als Ausgangsstoff für die Synthese weiterer Chemikalien wie Kohlenwasserstoffen oder Ammoniak, die in der chemischen Industrie benötigt werden.
Sektorenkopplung macht die Wirtschaft effizienter
Das besondere Potential der Sektorenkopplung liegt darin, dass die bereits heute vorhandenen Technologien zur CO2-neutralen Stromproduktion auch zur nachhaltigen Gestaltung der Sektoren Wärme, Verkehr und Industrie dienen können. Das ermöglicht den schnelleren Ausstieg aus der Kohlenstoffwirtschaft und damit die Dekarbonisierung der Gesellschaft. Gleichzeitig steigert es die Effizienz der Stromerzeugung mit Sonnen- und Windenergie. Denn bisher müssen Solar- und Windenergieanlagen bei zu hoher Produktion häufig abgeregelt werden, damit nicht mehr Strom ins Stromnetz eingespeist wird, als die Verbraucher benötigen. Bei einer vollständigen Sektorenkopplung könnten bei hoher Stromproduktion einfach bei Bedarf zusätzliche Lasten wie z. B. „Power-to-X“-Anlagen eingeschaltet werden, die die Überschüsse aufnehmen und sinnvoll verwerten. Für den Fall, dass einmal deutlich mehr Strom nachgefragt als produziert wird, ließe sich z. B. synthetisches Erdgas rückverstromen. Auch die Zahl der benötigten Stromspeicher, welche den Umstieg auf eine CO2-freie Stromwirtschaft verteuern, wird durch die Sektorenkopplung und die Möglichkeit, Strom in anderen Sektoren einzusetzen, gesenkt.
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