Wie wird die Schweiz CO2-frei?

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Der Schweiz steht ein umfassender Umbau des Energiesystems bevor, wenn der CO2-Ausstoss des Landes drastisch sinken soll. Wie ein solcher Umbau gelingen kann und welche Aspekte dazugehören, war Thema der ganztägigen Fachtagung «Energie und Dekarbonisierung» am 3. Juli in der Empa-Akademie. Mehr als 120 Fachleute diskutierten mit.

Noch immer beruht die Energieversorgung der Schweiz zum grossen Teil auf fossilen Energien. Um dies zu ändern, sind Eingriffe in mehreren Dimensionen nötig. Es braucht neue Technologien zur Bereitstellung, Speicherung und Umwandlung von Energie - und zugleich einen besseren Datenaustausch zwischen all den beteiligten Sektoren. Mehrere Abteilungen der Empa forschen auf diesem Gebiet. Die Veranstaltung «Energie und Dekarbonisierung» an der Empa-Akademie bot erstmals einen Überblick über alle Forschungsaktivitäten.

Den Auftakt des Seminars machte Benedikt Unger von der europaweit tätigen Energieberatungsagentur Pöyry Management Consulting. Er zeigte verschiedene Pfade auf, wie eine Volkswirtschaft die Dekarbonisierung angehen kann. Es gibt teure und weniger teure Varianten. Fazit des Experten: Der Energieverbrauch muss in Zukunft flexibler werden als er heute ist. Auch die Kunden seien gefragt, denn die Energieversorger allein können die Flexibilisierung nicht leisten.

Philipp Heer, Leiter des «Energy Hub» der Empa, referierte über die Möglichkeiten, die Energieversorgung in Wohnund Arbeitsquartieren zu flexibilisieren. Die Digitalisierung kann helfen, Angebot und Nachfrage besser in Einklang zu bringen. Bleibt die Frage: Sollen wir überschüssige Energie eher in Grossspeichern oder in dezentralen Kleinspeichern einlagern? Heer plädiert für lokale Batterien, nahe den Photovoltaik-Anlagen der einzelnen Häuser. Die Regelung des Ladezustands sollte aber nicht nur vom Hausbewohner bestimmt werden, sondern auch vom regionalen Energieversorger, der das Netz betreiben und stabilisieren muss. Die Interessen beider Parteien müssen abgewogen werden.

Christina Orehounig, Leiterin der Abteilung «Urban Energy Systems», stellte die Frage: Können Gebäude, die bislang nur Energie-Verbraucher waren, in Zukunft Energie-Dienstleister sein? Können sie Strom und Wärme erzeugen und speichern und damit die Energieversorgung der Region unterstützen? Orehounigs Team hat Modelle für mehrere Orte in der Schweiz errechnet, unter anderem Zürich-Altstetten, Basel, Zernez, Brig-Glis und Rheinfelden. Fazit: Die Energiesituation ist in all diesen Orten sehr unterschiedlich. Es gibt keine Patentlösung, die für alle gleichermassen passt.

Rund 51 Prozent des Energieverbrauchs der Schweiz entsteht bei der Erzeugung von Wärme. Es ist also sinnvoll, auch über die Speicherung von Wärme vom Sommer in den Winter nachzudenken, um den Gesamtverbrauch des Landes zu senken. Luca Baldini, ebenfalls aus der Abteilung «Urban Energy Systems», gab eine Überblick über diverse Wärmespeichertechnogien, zum Beispiel die an der Empa beforschte Speicherung mittels konzentrierter Natronlauge, die beim Verdünnen mit Wasser Wärme erzeugt. Saisonale Wärmespeicher müssen vor allem preisgünstig sein. Diese Systeme werden nur einmal im Jahr aufgeladen und einmal im Jahr entladen. Die Kosten der Speicherung müssen mit den Preisen für andere Energiequellen konkurrieren.

Der Ausbau von Photovoltaik ist sinnlos ohne den Ausbau von Speicherkapazität für den zur Mittagszeit erzeugten Strom. Ruben-Simon Kühnel von der Abteilung «Materials for Energy Conversion» gab einen Überblick über die Forschungsaktivitäten der Empa im Bereich Batterien. Forscher arbeiten etwa an einer leistungsfähigeren Variante der bewährten Lithium-Ionen-Batterie sowie an Festkörperbatterien, die in mittlerer Zukunft die aktuelle Technik ablösen könnten. Für Stromspeicher in Häusern oder Stadtquartieren könnten Schmelzsalz-Batterien wie die Natrium-Nickelchlorid-Batterie sinnvoll sein. Sie besteht aus preisgünstigen, weitverbreiteten Materialien, die nicht so schnell knapp werden. Auch auf diesem Gebiet ist die Empa aktiv.

Auch Solarzellen müssen im internationalen Preiskampf konkurrieren. Die effizienteste Solarzelle zum günstigsten Preis wird das Rennen machen. Thierry Moser von der Abteilung «Thin Films and Photovoltaics» stellte die Forschung auf diesem Gebiet vor. Der Trend geht hin zu flexiblen Dünnschicht-Solarzellen, die sich - ähnlich wie Verpackungsfolien für Kartoffelchips - auf Rollen produzieren lassen und für die Empa-Forscher vor kurzem eine neue Rekord-Effizienz erreicht haben. Eine Pilot-Anlage mit Empa-Beteiligung läuft bei der Spin-off-Firma Flisom in Niederhasli. Diese flexiblen Solarzellen können auch zweischichtig ausgelegt werden, in Form einer sogenannten Tandem-Zelle. Solche Zellen können theoretisch Wirkungsgrade erreichen, die die von kristallinen Silizium-Solarzellen übertreffen.

Christian Bach, Leiter der Empa-Abteilung «Fahrzeugantriebssysteme», verglich den CO2-Ausstoss von Elektroautos, Gasfahrzeugen und Benzinbzw. Dieselfahrzeugen über deren gesamte Lebensdauer und eine Laufleistung von 200’000 km. Auch hier gibt es nicht EINE passende Lösung für alle Bedürfnisse. Elektroautos bieten bei Kurzstreckenverkehr in der Stadt einen deutlichen ökologischen Vorteil. Doch auf Autobahnen und für Langstreckenreisen schmilzt dieser Vorsprung dahin, weil grosse Antriebsbatterien nötig sind und der Elektromotor bei hoher Last weniger effizient arbeitet. Gasund Benzinfahrzeuge mit nachhaltig erzeugten Treibstoffen sind hier eine Alternative.