Der Verbrennungsmotor der Zukunft

In nicht allzulanger Zeit werden wir unsere Treibhausgasemissionen auf nahezu Null heruntergefahren haben müssen (siehe z.B. hier). Treibstoff für Verbrennungsmotoren wird dann nur noch regenerativ hergestellt werden können. Es wird also wenig davon geben. Das bedeutet, dass Verbrennungsmotoren extrem effizient werden sein müssen.

Das effizienteste Motorprinzip ist der Gegenkolbenmotor (siehe z.B. hier und hier). Die effizienteste Zylinderzahl ist 1.

Das heißt, dass unter der Bedingung extremer Emissionseinschränkung sich der Einzylinder-Gegenkolbenmotor durchsetzen wird.

Er wird möglicherweise einen kleineren und einen größeren Zylinder haben, und für kleinere und mittlere Geschwindigkeiten den kleineren Zylinder nutzen und bei größeren Geschwindigkeiten oder bergauf den Größeren.

28 % weniger Strom verbraten

(Habe nach der letzten Lichtblick-Rechnung heute ein Jubelmail an meine Mitbewohner versandt. Unsere WG verbrät zu viert weniger Strom als ein mittlerer deutscher Einpersonenhaushalt (laut Lichtblick – Statistik).

Gründe:

• Kein Durchlauferhitzer, sondern Warmwasser von der Zentralheizung
• Nur LED – Leuchten
• Neuer Kühlschrank der Klasse AAA+
• Gasherd

Das sagt natürlich noch nicht viel über die Treibhausgasemissionen aus, denn da wäre noch der Wärmeverbrauch in der Rechnung.

Während wir bei der Heizwärme sparsam waren, sah es beim Warmwasserverbrauch nicht so toll aus. Da sind noch Entwicklungsmöglichkeiten. Allerdings erzeugt Warmwasser aus der Erdgas-Zentralheizung unter günstigsten Umständen nur ein Fünftel der Treibhausgasmenge der gleichen Menge Warmwasser aus elektrischen Erhitzern ¹! In der Praxis ist es nicht ganz so günstig, weil die Zirkulationspumpe elektrische Energie aufnimmt und die Wärmeverluste der Rohrleitungen nicht zu 100 % Heizwärme ersetzt, sondern ein Teil verloren geht. (Noch besser wäre natürlich Kraft-Wärme-Kopplung, idealerweise ein Gasmotor mit Wärmepumpe …)

Kochen mit Gas ist ebenfalls klimafreundlicher als mit Strom (Quelle).

Noch ein Wort zum neuen Kühlschrank: wir ersparen der Welt ca. 500 kWh Strom pro Jahr, das sind ca. 140 €. Und 250 kg CO₂. Damit hat sich das Ding nach 4 – 5 Jahren finanziell amortisiert. Energetisch wesentlich früher!

Was den Lichtblickstrom angeht bin ich eher illusionslos. Wir unterstützen zwar damit die erneuerbaren Energien etwas stärker als mit einem Standardvertrag, aber leider gilt auch für „Ökostrom“ , wie ich hier dargelegt habe, dass jede Kilowattstunde mehr Stromverbrauch eine Kilowattstunde mehr Emissionen aus fossilen Kraftwerken bedeutet.

Anmerkung:

¹ Fossile Kraftwerke haben in D. einen Wirkungsgrad von ca 0,43 (Quelle). Gasbrennwertheizungen von 0,99 (Quelle). Erdgas erzeugt an CO₂ 0,24 kg/kWh, während Strom bei 0,52 kg/kWh liegt (Quelle). Hieraus ergibt sich ein Verhältnis von

(0,99*0,52)/(0,43*0,24) = 4,98

Wärme aus Strom erzeugt also 5 mal mehr Treibhausgasemissionen als Wärme aus Gas! (Deshalb bin ich dafür, Wärme aus Strom glattweg zu verbieten… Seufz!)

pro-Kopf-Treibhausgasemissionen einiger großer Länder

In t pro Jahr

Treibhausgas-Emissionen in der Welt: pro Kopf und absolut

Treibhausgasemissionen pro Kopf, in t pro Jahr

 

Quelle

Treibhausgasemissionen absolut in Mio. t pro Jahr

Quelle

China macht ca. die Hälfte von Asien aus.

Deutschland hat den Mund zu voll genommen (ein bischen)

Die Bundesregierung legt in jedem Jahr einen Monitoringbericht zur Energiewende vor, der die Entwicklung des Energieverbrauchs und der Emissionen in Deutschland darstellt. Wer Zahlen liebt, für den ist das ein Paradies(1). Zusätzlich haben vier professorale Energieexperten dazu eine Stellungnahme verfasst (2), deren Tenor im Wesentlichen dem Titel dieses Postings entspricht.

Auf fast allen Teilgebieten ist die Wahrscheinlichkeit, die bis 2020 gesetzten Ziele zu erreichen, nur mittel bis gering.

Als Beispiel hier eine Grafik für die meiner Meinung nach wichtigste Zielgröße, die Treibhausgasemissionen (3):

Es wurde durchaus etwas erreicht, aber das da rechts bei 2020 ist die Zielmarke, und das werden wir wohl nicht schaffen, besonders nicht bei dem langsamen Tempo seit 2008.

Eine weitere sehr interessante Grafik bieten die Treibhausgasemissionen je € Inlandsprodukt und je Nase der Bevölkerung:

Wir emittieren für unseren Wohlstand je Einheit nur noch die Hälfte des Werts von 1990, aber pro Kopf liegen wir immer noch um die 11 t.

Das muss man in Beziehung setzen dazu, dass bei momentaner Emissionsrate die 50 % – Chance mit der Temperaturerhöhung unter 1,5 K zu bleiben, in 9 Jahren unterschritten ist, und die 50 % – 2 K – Chance in 27 Jahren (4). Und dazu, dass der Zielwert bei 2 t / Kopf und Jahr.

(1) http://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Publikationen/Energie/fuenfter-monitoring-bericht-energie-der-zukunft.html

(2) http://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Downloads/V/fuenfter-monitoring-bericht-energie-der-zukunft-stellungnahme-zusammenfassung.pdf

(3) Die Daten des Monitoringberichtes als Exceldatei

(4) https://www.carbonbrief.org/analysis-only-five-years-left-before-one-point-five-c-budget-is-blown

 

Mit dem Golfstrom spielen

Wie sehr interessiert uns, was in zwei- oder vierhundert Jahren passieren wird?

Hypothetischer Zeitverlauf der Konvektionsströmung im Atlantik nach einer sprunghaften CO2-Verdopplung bei monostabiler (blau) und bistabiler AMOC (rot)(Quelle)

Ob zum Beispiel die Antlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) zusammenbrechen wird oder nicht?

Wie sehr sind wir verbunden mit den Menschen, die dann leben werden, sechs oder zwölf Generationen entfernt?

Die AMOC ist der Konvektionsanteil des Golfstromsystems, der nicht vom Wind, sondern von Abkühlung des Wassers in der Arktis angetrieben wird. Es ist noch nicht abschließend geklärt, ob sie bistabil ist oder nicht. Klar ist, dass die Klimaerwärmung sie schwächt. Wenn sie bistabil ist, gibt es einen Grad der Schwächung, ab dem sie fast völlig zusammenbricht (und auch bei einer Temperatursenkung nicht wieder anspränge). Dieses Zusammenbrechen findet auf einer Zeitskala von einigen hundert Jahren statt.

Wie Stefan Rahmstorf hier schreibt, mehren sich die Hinweise, dass die Zirkulation bistabil ist. Ein kleiner Unterschied in der Verdunstung und dem Niederschlags über den Ozeanen, verusacht einen großen Unterschied in der Meereströmung.

Dieser Unterschied in der Ursache ist so klein, dass er durch die bisherigen Messungen nicht entschieden werden kann. Er kann nur erschlossen werden dadurch, dass mit ihm die Simulationsergebnisse besser zu den Messdaten passen als ohne ihn.

Ein Beispiel dafür, wie vertrackt Klimawissenschaft ist und wie sträflich es wäre, die Mittel dafür zu streichen.

 

Klotzen, nicht kleckern

Es ist wichtig, sich die Dimensionen der Investitionen klar zu machen, die ein komplettes Zurückfahren unserer CO₂  -Emissionen erfordert.

Ein Versuch dazu ist im Artikel „The transition to sustainable energy: how much will it cost?“ auf Ugo Bardis Blog nachzulesen: wir müssen jedes Jahr unsere globalen Investitionen um 6 – 9 % erhöhen, so dass wir schließlich 2045 bei 1,5 – 2,5 Trillionen USD landen. Zum Vergleich: das globale Sozialprodukt liegt bei 72 Trillionen USD, und die Militärausgaben bei 1,7 Trillionen. (Alle Zahlen vom angegebenen Blogartikel.)

Ein anderer, martialische Dringlichkeit verbreitender Artikel ist Bill McKibbens „A World At War“ auf newrepblic.com: Er vergleicht die Anstrengungen, die gegen den Klimawandel nötig sind mit denen, die gegen Nazideutschland und Japan nötig waren und kommt zu dem Schluss, dass es möglich ist, aber Entschlossenheit erfordert. Es gibt (noch) genügend Rohstoffe dafür (z.B. Neodym für die Magnete der Generatoren in Windturbinen und Lithium für Batterien). Er argumentiert weiter, dass der zweite Weltkrieg von den USA durch eine komplette Umstellung der Industrie gewonnen wurde, und der „Krieg gegen den Klimawandel“ eine ähnlich massive Umstellung erfordere, und ein ähnlich robustes Eingreifen der Regierung. (Er schreibt das für den US-Leser, aber man kann es durchaus auf den Rest der Welt übertragen.)

Die Eingriffe der Regierung unter Roosevelt in die Wirtschaft damals waren massiv und fanden gegen den Widerstand der Industrie statt – wie es heute auch wäre. Aber es gab ein starkes kollektives Gefühl der Dringlichkeit und der Solidarität, durch eine allgemein anerkannte und sehr greifbare Bedrohung.

In Buffalo wird gerade eine riesige Fabrik für Photovoltaik-Panels gebaut, die Module mit 1 GW Nennleistung pro Jahr produzieren wird. Allein die Vereinigten Staaten brauchen an die 300 dieser Fabriken, um das Ziel zu erreichen.