Der Energiemix im 21. Jahrhundert Günther Hasinger

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1 Standort Greifswald EURATOM Max-Planck-Institut für Plasmaphysik Der Energiemix im 21. Jahrhundert Günther Hasinger Standort Garching 10. Münchner Wissenschaftstage 23. Oktober 2010 LMU München

2 Das Energie-Dilemma Mensch = 100W Glühlampe In Zukunft mehr Energie: ca. 3kW/Kopf Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage,

3 Globales Bevölkerungswachstum Wachstum in Entwicklungsländern Millionen Menschen Stagnation oder Rückgang in entwickelten Ländern 10 Milliarden Menschen mit 3 kw/kopf benötigen 30 Terawatt (TW) Primärenergie! Etwa 12 TW Elektrizität: Watt Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage,

4 Weltweiter Strombedarf steigt um einen Faktor sechs an Energy-Modeling-Forum 22: 100 Modelle von insgesamt 15 verschiedenen Forschergruppen, mit und ohne CO 2 -Reduktion stimmen alle darin überein, dass die globale Stromnachfrage um etwa den Faktor 6 ansteigt, die Hälfte davon kommt nach 2050 (Clarke et al., 2009). Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage,

5 Beispiel England Maximale Ausnutzung aller Möglichkeiten für regenerative Energien in England: Wellenfarmen Gezeitenkraftwerke Windfarmen Sonnendächer Photovoltaik-Farmen Biotreibstoffe Holz/Elefantengras Nukleare Kraftwerke Abfallverbrennung Pumpspeicherkraftwerke CCS Kohlekraftwerke & Solarthermie aus der Wüste decken den Energiebedarf von England gerade mal nachhaltig ab Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage, Quelle: Sustainable Energy without the hot air: David JC MacKay 5

6 Beispiel England 13 neue riesige Pumpspeicherkraftwerke in Schottland Maximale Ausnutzung aller Möglichkeiten für regenerative Energien in England: Wellenfarmen Gezeitenkraftwerke Windfarmen Sonnendächer Photovoltaik-Farmen Biotreibstoffe Holz/Elefantengras Nukleare Kraftwerke Abfallverbrennung Pumpspeicherkraftwerke CCS Kohlekraftwerke & Solarthermie aus der Wüste decken den Energiebedarf von England gerade mal nachhaltig ab Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage, Quelle: Sustainable Energy without the hot air: David JC MacKay 6

7 Nachhaltiger Energiemix UK: Verschiedene Möglichkeiten Domestic NIMBY Liberal Green Economic Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage, Quelle: Sustainable Energy without the hot air: David JC MacKay 7

8 Deutschlands Rolle in der globalen Energieversorgung Quelle: PTJ-GIN Die Energieproblematik ist nicht auf nationaler Ebene zu lösen Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage,

9 Beitrag der Erneuerbaren zum deutschen Strommix Konrad Kleinknecht (2010) Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage,

10 Zuwächse der regenerativen Energien reichen nicht aus In den Anfangsjahren steigen Solar- und Windstrom dramatische exponentielle Zuwachsraten, die aber inzwischen bereits in die Sättigung gehen. Auch aus anderen Gründen (Speicher, Logistik etc.) sind mehr als 30% regenerativ global unrealistisch. Benötigtes jährliches Wachstum Elektrizität Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage,

11 Solarthermische Kraftwerke Pro Kraftwerk: Fläche ca. 2 km 2, Spiegel ca. 0.5 km 2 Elektrische Leistung ca. 50 MW Spitze, 14 MW im Mittel 100% Welt benötigte solcher Kraftwerke, ca. 25 pro Tag bis 2100!!! Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage, Quelle: SolarMillenium

12 Windkraft-Anlagen Montage von vor der dänischen Nordseeküste Quelle: Vestas Central Europe Pro Windrad: Spitzenleistung 2 MW im Mittel ca. 1 MW In Zukunft u.u. Spitzenleistung 10 MW im Mittel ca. 5 MW 100% Welt benötigt ca. 5 Mio. große Windräder, ca. eins alle 10 min bis 2100! Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage,

13 Energie-Szenarien Pessimistisches (Late admission, late technology) Szenario 450ppmv Overshoot Szenario: +2 C in 2100 Renewable Hydro Nuclear Bio CCS Biomass Gas CCS Gas Oil Coal Erneuerbare Nuklear Fusion (> 2050) bio-ccs CCS Maximaler Ausbau von Erneuerbaren & Biomasse (sehr optimistisch), verbraucht alle CCS-Speicher und alles Uran, benötigt >4000 neue Kernkraftwerke (ab 2050 hoffentlich Fusionskraftwerke) Quelle: EMF-22: Krey, V. & Riahi, K.; Energy Economics 31, S94 (2009) Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage,

14 Kernfusion und Magnetischer Einschluss SOHO/ESA TRACE/NASA Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage,

15 Die Ressourcen für die Kernfusion sind nahezu unbegrenzt Das Deuterium aus einer Badewanne voll Wasser und das Lithium aus einer verbrauchten Laptop-Batterie reichen für die Stromerzeugung für eine Familie über einen Zeitraum von 50 Jahren. Mit Lithium aus dem Meerwasser Ressourcen für Millionen Jahre! Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage,

16 Tokamaks und Stellaratoren Tokamaks ASDEX Upgrade Garching Stellaratoren JET Culham ITER Cadarache Mensch Wendelstein 7-AS Garching Wendelstein 7-X Greifswald DEMO Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage,

17 Wo steht die Fusion? Energie Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage,

18 Cadarache ( 1999; 2003) (2003) (2005) (2003) Joint work sites: Garching, Naka, San Diego ITER-Standort: Cadarache >50% der Weltbevölkerung und >80% des GDP Größtes und komplexestes Wissenschaftsprojekt Deutliche Kosten-Erhöhung: ca. 6.6 Mrd. f. EU Derzeit große politische Turbulenzen! ITER ist DAS Schlüsselexperiment Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage,

19 Der Weg zu einem Fusionskraftwerk Plasmaphysik Tokamak-Physik Stellarator-Physik (W7-X) Anlagen Technologie ITER 14 MeV n-quelle ITER-relevante Technologien DEMO-relevante technologien DEMO Erste Stromproduktion Erstes kommerzielles Fusionskraftwerk Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage,

20 Vorteile der Fusionsenergie Brennstoffvorrat fast unbeschränkt und für alle Nationen verfügbar Deuterium (D aus Wasser) und Lithium (Li aus Steinen und Meerwasser) Eine Badewanne Wasser und eine Laptop-Batterie = Familie Strom für 50 Jahre Praktisch unbegrenzte Vorräte (u.u. Symbiose mit Batteriewirtschaft möglich) Vorteile für die Umwelt: Clean Energy! Keinerlei CO 2 Emissionen Mittlere bis niedrige radioaktive Belastung, kein Endlagerproblem Unfall- und Verunreinigungsrisiko minimal Keine Explosionsgefahr, keine Kernschmelze <5 Minuten Brennstoff im Plasma Niedriges Proliferationsrisiko nuklearer Materialien Keine spaltbaren Materialien Extrem hohe Energie-Konzentration Minimale Landnutzung im Vergleich zu Solar-, Wind- und Wasserkraft Unabhängig von Tages-, Jahres- oder Regionalen Variationen Ideal für Ballungsräume und Grundlastversorgung Deutliche Vorteile im Vergleich zu Spalteaktoren und Brütern Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage,

21 Vision der Energie der Zukunft Deutschland bräuchte etwa Fusionskraftwerke (½-1 pro Jahr ab 2050) Hasinger, 10. Münchner Wissenschaftstage,