Wie entstand der Begriff „Nachhaltigkeit“?
Hanß Carl von Carlowitz:
Die Menge der holzwirtschaftlichen Entnahmen ist so zu bemessen, dass ein stabiles Ertragsniveau langfristig gesichert wird.
—> Übertragung auf die globale umweltpolitische Aufgabe des Ressourcenschutzes für kommende Generationen
Welche umweltschutzpolitischen Instrumente stehen grundsätzlich zur Verfügung?
Umweltschutzpolitischen Instrumente:
Aufklärung
a) Information
b) Appelle
Anreize/Einführung von Marktanreizen
a) Abgaben bzw. Subventionen Steuerung über Preise für Emissionen
b) Einrichtung von Umweltmärkten Steuerung über Begrenzung der Emissionsmengen; diese sind handelbar
Zwang
a) Verbote (z. B Großfeurungsanlagenverordnung)
b) Gebote
Welche Bedeutung haben hierbei Aufklärung und Zwang?
Bedeutung von Aufklärung und Zwang:
Aufklärung:
bringen i. d. R. keinen ausreichenden und hinreichend sicheren Erfolg
soziale Netzwerke haben große Wirkung gezeigt:
„Schwarmintelligenz“
freiwillige Einführung von ESG-Standards durch Investoren
Zwang (Verbote, Gebote)
schnelle und sichere ökologische Wirksamkeit
geringer administrativer Aufwand
ökologische Ziele werden oft nur mit hohen volkswirtschaftlichen Kosten erreicht z. B. Großfeuerungsanlagenverordnung, Vorgaben sind für jeden gleich, kein Ausgleichsmechanismus, Flexibilität durch Übergangsregelungen
Marktanreize (Abgaben/Subventionen, Umweltmärkte)
in der Praxis können i. d. R. keine bilateralen Marktbeziehungen aufgebaut werden, daher müssen optimale Bedingungen für Marktanreize formuliert werden
Wie leitet man die Regel „Grenzvermeidungskosten = Grenzschadenskosten“ ab?
Erläutern Sie grafisch die Steuerung von Emissionen durch Steuern. Zeigen Sie anhand einer Grafiken die Funktionsweise auf.
Abgaben/Subventionen —> Steuern
Um die ökologische Effektivität zu erreichen, müsste die Höhe der Abgaben/Subventionen vom Staat so festgelegt werden, sodass die Unternehmen durch ihr Eigennutzenstreben automatisch zu umweltschonendem Verhalten angeregt werden.
Statt die Abgabe zu zahlen und die Umwelt weiterhin zu verschmutzen, müsste es sich für sie lohnen, die Schadstoffemissionen zu vermeiden, und zwar für so viele Unternehmen, dass die Umweltziele erreicht werden.
D. h. für Unternehmen muss es kostengünstiger sein, Emissionen zu vermeiden und dafür Subventionen zu erhalten bzw. keine Abgaben zahlen zu müssen, als die Emissionen fortzusetzen.
Durch das Verhalten der Unternehmen, die Kosten mit dem Abgabesatz bzw. mit den Subventionen zu vergleichen, ergibt sich am Markt die optimale Emissionsmenge.
Erläutern Sie grafisch die Steuerung von Emissionen durch Emissionshandel. Zeigen Sie anhand einer Grafiken die Funktionsweise auf.
Verkauf von Zertifikaten —> Emissionshandel
Beim Emissionshandel wird für den Handel mit Zertifikaten ein eigener Markt eingerichtet, auf dem die Zertifikate für Emissionsrechte ge- und verkauft werden können.
Da der Staat die Menge der zu handelnden Zertifikate vorgibt, ergibt sich am Markt durch Angebot und Nachfrage ein optimaler Preis.Außerdem kann er für die Menge der Zertifikate oder deren Gültigkeit zeitlich begrenzen, sodass die Gesamtmenge der Emissionen im Laufe der Zeit immer weiter verringert wird.
Durch das Verhalten der Unternehmen, die Kosten für den Ausstoß von Emissionen mit den Kosten für den Kauf von Zertifikaten zu vergleichen, ergibt sich am Markt der optimale Zertifikatspreis.
Nennen Sie wichtige Beurteilungskriterien für umweltschutzpolitische Instrumente.
I. Ökologische Effektivität
II. Ökonomische Effizienz
1. im statischen Sinn
2. im dynamischen Sinn
III. soziale Akzeptanz spezieller Wirkungen auf z. B.
1. Verteilung à Betroffenheit der Maßnahmen
2. Beschäftigung
3. internationale Wettbewerbsfähigkeit à Carbon Leakage
4. praktische Handhabung
politische Durchsetzbarkeit als Folge der Instrumente und unter zusätzlicher Beachtung konkreter Besonderheiten in politischen Willensbildungs- und Entscheidungsprozessen
Welche Instrumente schneiden nach diesen Kriterien am besten ab?
Ökologische Effektivität/Treffsicherheit
Verbote/Auflagen: VK und GVK sind unbekannt
Zertifikate/Emissionshandel (cap and trade): Markt ergibt sich als Marktpreis, GVK ergeben sich erst im Nachhinein
Abgaben/Steuer: Mengeneffekt unsicher, da GVK normalerweise unbekannt sind, daher nicht treffsicher
Ökonomische Effizienz
statisch
ist erreicht, wenn die gesamtwirtschaftlichen Kosten minimiert werden. D. h., dass Emissionen dort zuerst reduziert werden, so wie am kostengünstigsten vermieden werden können
Steuern/Subventionen und Emissionshandel sind effizient
Verbote nicht
Dynamisch
ist erreicht, wenn Anreizwirkungen zur Weiterentwicklung der Technik gegeben werden
Problem: Grenzvermeidungskosten der zukünftigen Technologien müssten bekannt sein
statt „auf Verdacht“ den cap zu verringern oder Steuern herauf-/Abgaben herunterzusetzen sollte Technologieentwicklung gefördert und zeitlich befristete Anschubfinanzierungen angeboten werden
Wie funktioniert das EU-ETS?
Cap-and-Trade-System: Menge der auszugebenden Zertifikate wird begrenzt und mit der Zeit reduziert.
Anlagenbetreiber (mit Anlagen mehr als 20 MWth) müssen ihre Emissionsmengen über Emissionsberechtigungen (EUA) decken
durch EUA erhält der Anlagenbetreiber das Recht, 1 t CO2 zu emittieren
nicht genutzte EUA können am Markt verkauft werden, bzw. können bei Fehlmengen erworben werden
Zu Beginn des EU-ETS wurden den Unternehmen einige Zertifikate kostenlos zugeteilt („grandfathering), allerdings musste dennoch ein Teil der erforderlichen EUA zugekauft oder ersteigert werden. Unternehmen, die sich nicht am EU-ETS beteiligen, aber müssten, müssen eine Strafe zahlen.
Durch das sog. Clean Development Mechanism (CDM) können Staaten/Unternehmen mit Projekten in Entwicklungs- und Schwellenländern (ohne eigene Reduktionsverpflichtung) Emissionsgutschriften erwerben. Diese werden dann auf die eigenen Verpflichtungen angerechnet. Diese Gutschriften heißen Certified Emission Reductions (CER) und können auch von den Schwellenländern ohne die Einbindung eines Industrielandes erzeugt werden.
Was versteht man unter Carbon Leakage?
Industrieländer, die einem erheblichen Risiko ausgesetzt sind, die Produktion in Länder mit weniger strengen Emissionsauflagen zu verlagern, erhalten eine Sonderbehandlung, um ihre Wettbewerbsfähigkeit zu fördern —> Verhinderung der Verlagerung der CO2-Emissionen in andere Länder
unter das EU-ETS fallende Branchen erhalten bei erheblichem Carbon-Leakage-Risiko einen höheren Anteil kostenloser Zertifikate (wird schrittweise verringert)
in jedem Sektor erhalten nur die effizientesten Anlagen bedarfsdeckend kostenlos Zertifikate
Strompreiskompensation: Mitgliedsstaaten können den meisten stromintensiven Branchen einen Ausgleich für durch das EU-ETS gestiegene Stromkosten gewähren
Wie versucht das EU ETS damit umzugehen?
die gefährdeten Branchen stehen auf einer Liste und erhalten eine höhere Zuteilung als andere Branche
allerdings will man nicht, dass es hier zum Stillstand kommt. Deshalb werden die kostenlosen Zuteilungen Schritt für Schritt verringert, damit Anreiz bestehen bleibt.
nur die effizientesten Anlagen in einem Sektor werden unterstützt, d.h. es soll nicht der Stillstand belohnt werden, sondern die besten unterstützt
Warum ist es so schwierig, auf internationaler Ebene einen Emissionshandel einzuführen? Gehen Sie in Ihren Ausführungen auf das „Gefangenendilemma“ ein.
Trittbrettfahrerproblem: es gibt immer jemanden, der die anderen zahlen lassen und sich selbst durchmogeln möchte
es gibt Länder die das eher können und Länder, die sich das eher nicht leisten können —> OECD und nicht-OECD-Länder —> Unterscheidung nach Ländergruppen
klassische Argumentation: Industrie- und Entwicklungsland
Gefangenendilemma:
in Verhandlungssituationen geht es anders aus als erwartet:
Beschuldigen sich Täter beide gegenseitig, kommen beide nicht gut raus
gestehen beide nicht (Ganovenehre), würden beide straffrei ausgehen
Minimaxstrategie: man sucht bei den möglichen Strategien das größte Übel, das auf einen zukommen kann (nicht gestehen: 10 Jahre einsitzen, bei gestehen: 5 Jahre)
—> man/beide wählt/wählen kleineres Übel/das günstigste:
beide haben nicht die für sich beste Situation (die hätten sie, wenn beide nicht gestehen, außer, es gibt einen Kodex
Klima:
- Lösung: Ehrenkodex mit einer höheren Moral
Wie funktioniert das deutsche Emissionshandelssystem?
Wie unterscheidet es sich vom EU-ETS?
Funktionsweise nEHS:
nEHS funktioniert nach dem Prinzip “Cap and Trade” —> Treibhausemissionen aller Teilnehmenden werden auf eine Gesamtmenge begrenzt. So wird politisch entschieden, wie viel Treibhausgase alle insgesamt höchstens emittieren dürfen; aber: keine festgelegten Emissionsziele für einzelne Teilnehmer
Der Marktpreis ergibt sich aus den Auktionen und dem Handel zwischen den teilnehmenden Unternehmen. Werden Zertifikate knapp, weil aufgrund der Reduktion durch die EU insgesamt weniger Zertifikate verfügbar sind, steigt der Preis. D. h., es gibt einen finanziellen Anreiz, in Klimaschutzmaßnahmen zu investieren
Wenn es kostengünstiger ist, eine Tonne CO2 zu vermeiden, als ein Zertifikat zu kaufen, lohnt es sich, den EInsatz von fossilen Brennstoffen zu reduzieren udn Maßnahmen zur Emissionseinsparung durchzufürhen
Durch den marktwirtschaftlichen Emissionshandel werden die Emissioenn dort reduziert, wo es volkswirtschaftlich am günstigsten ist
Unterscheidung zu EU-ETS
EU-ETS
nEHS
Berichterstattung udn Ababe, wo Emissionen in Anlagen entstehen (Kraft-, Stahlwerke
—> Downstream-Emssionshandel)
Inverkehrbringer von Brennstoffen müssen Abgaben zahlen bevor die Brennstoffe bei der Anlage angekommen sind
—> Upstream-Emissionshandel
einbezogene Sektoren:
umfasst Industrie und Energieanlagen mit kleinerer Anzahl von Akteuren mit sehr hohen dirketen Emissionen
Einbeziehen der direkten Emissionen nicht praktikabel
Wenn man das gleiche System wie in der EU in Deutschland eingeführt hätte, hätte man jeden Verbraucher erfassen müssen.
Die Inverkehrbringer waren bereits erfasst —> weniger Aufwand, einfache Umsetzung.
Definieren Sie den Begriff „Nachhaltigkeit“ (nicht das 3-Säulen-Modell).
Brundtland-Definition:
Nachhaltig ist eine Entwicklung, bei der die Bedürfnisse heutiger Generationen befriedigt werden ohne die Bedürfnisse zukünftiger Generationen zu gefährden
Was versteht man unter dem „Drei-Säulen-Modell“?
Nachhaltigkeit als Konzeption einer dauerhaft zukunftsfähigen Entwicklung der ökonomischen, ökologischen und sozialen Dimension menschlicher Existenz. Diese drei Bereiche der Nachhaltigkeit stehen miteinander in Wechselwirkung und bedürfen langfristig einer ausgewogenen Koordination.
jeder Bereich wird als gleichwertig und gleichberechtigt angesehen
Aussage: Nachhaltigkeit kann nur bei gleichwertiger Rücksichtnahme auf alle drei Bereiche erreicht werden
Zielkonflikte zwischen
Ökonomie und Soziales
Ökonomie und Ökologie
Ökologie und Soziales
Worin liegt der Unterschied zwischen schwacher und starker Nachhaltigkeit?
Begriff der schwachen Nachhaltigkeit ist das flexiblere System, da es auch den Ersatz durch Human- und Sachkapital erlaubt:
schwache Nachhaltigkeit: flexibler, Ersatz durch Human- und Sachkapital, Vorrang für Know-How und Wissen sowie Kapital, das man übergibt
starke Nachhaltigkeit: Ökologie hat höheren Stellenwert, Ressourcen schonend behandeln, davon etwas für zukünftige Generationen übriglassen oder Alternativen dafür übriglassen
Was versteht man unter den „Managementregeln“?
bei erschöpfbaren Ressourcen ist ein Ersatz notwendig —> starke Nachhaltigkeit:
die Nutzungsrate der erneuernden Ressourcen (z. B. Fischbestände) darf deren Regenerationsrate nicht überschreiten
die Nutzung erschöpfbarere Ressourcen (z. B. Rohstoffbestände) darf nur in dem Umfang erfolgen, wie ein physisch und funktionell gleichwertiger Ersatz in Form sich regenerierender Ressourcen oder durch Erhöhung der Ressourceneffizienz (oder durch Erweiterung der Ressourcenbasis) geschaffen wird
die Schadstoffemissionen dürfen die Kapazität zur Schadstoffabsorption der Umwelt nicht überschreiten (z. B. Gewässereutrophierung)
Was versteht man unter der Attitude-Behaviour-Gap?
Diskrepanz zwischen dem Ziel, sein eigenes Handeln zu ändern und dem tatsächlichen Konsumverhalten, dem Behavior. Heißt: Das, was wir tun wollen, passt nicht mit dem zusammen, was wir wirklich tun
z. B. Windräder, Hochspannungsleitungen
Was sind die wichtigsten natürlichen Ursachen für Klimaveränderungen?
Wie kann man diese erforschen?
natürliche Ursachen für Klimaveränderungen:
terristrisch
extraterristrisch
Zusammensetzung der Atmosphäre
Atmosphärische Zirkulation
Ozeanzirkulation
Eis- und Schneebedeckung
Bewölkung
Vegetation
Vulkanismus
Kontinentaldrift, Gebirgsbil
Variation der Erdbahnparameter/ Langfristiger Trend der Sonnenaktivität
kurzfristige Variation der Sonnenaktivität
Einschlag von Meteoriten und Meteoren
(Gezeitenkräfte)
Erforschung:
Sedimentbohrungen, Eisbohrkerne
Analyse von Baumringen
Wie funktioniert der natürliche Treibhauseffekt?
Der obere Rand der Kurve stellt die Strahlung dar, die den vom Boden reflektiert wird
unterhalb dieser Kurve ist die menge der Strahlung, die am oberen Rand der Atmosphäre ankommt.
alles, was zwischen den beiden Kurven liegt, wird von Treibhausgasen (Wasserdampf, CO2, O3, CH4) über unterschiedliche Wellenlängen absorbiert. Dabei ist Wasserdampf über das gesamte Spektrum aktiv und somit wichtigstes Treibhausgas. Co2, CH4 und O3 wirken dagegen nur innerhalb bestimmter Wellenlängen besonders intensiv
in den Lücken zwischen den beiden Kurven ist die Rückstrahlungswirkung
nicht mehr ganz so groß, bei Überlagerung der Kurven ist die Absorption hoch.
Was kann man aus dem Vergleich der Absorption langwelliger Strahlung durch die Atmosphären von Erde, Venus und Mars lernen?
Entscheidend für die Temperatur ist die Kombination von Bodendruck und CO2-Konzentration
Falsch wäre die Annahme, dass viel CO2 keinen Einfluss auf die Temperatur auf der Erde hat, da in der Atmophäre des Mars 96 % CO2, bei einer Temperatur von -55 °C sind.
Erläutern Sie die Strahlungsbilanz des Systems Erde.
Strahlungsbilanz des Systems Erde:
Sonneneinstrahlung wird nicht gebremst (in beide Richtungen)
auf der Erde wären -3,15 °C
Sonnenstrahlung wird nach oben reflektiert
Wolken haben eine stark kühlenden Effekt
Kühlungseffekt und zurückgeworfene Sonnenstrahlung
ABER: Infrarotstrahlung wird zurückgehalten
Beschreiben Sie die wichtigsten Anomalien aus Sicht der Klimageschichte einschließlich der Warm- und Kaltzeiten der letzten zwei Jahrtausende.
Die wichtigsten Anomalien aus Sicht der Klimageschichte
5000 – 3000 v. Chr.
Klimaoptimum, 2 – 3 °C wärmer als heute
300 – 400 n. Chr.
römische Warmzeit, ca. 1 °C wärmer als heute
400 – 900 n. Chr.
Dark Ages —> Verschlechterung
900 – 1300 n. Chr.
kleines Optimum, mittelalterliche Warmzeit
1540 – 1890 n. Chr.
Beginn der industriellen Revolution
kleine Eiszeit, Häufigkeit extremer Wetterereignisse und Variabilität des Klimas nahm zu, ca. 1 – 1,5 °C kälter als heute
Anfang 1900
Warmzeit: Rückzug der Alpengletscher aus den Tälern
1940 – 1979
Abkühlung
1990er Jahre
massiver Emissionsanstieg
Erwärmung, 1990er Jahre waren die wärmste Dekade seit Temperaturmessung
Was sind die wichtigsten Ursachen für anthropogene Klimaveränderungen?
Ursachen für anthropogene Klimaveränderungen:
Einflussgröße
Wirkung
Viehzucht
Methanausstoß wirkt sich direkt auf das Klima aus, Ackerbau und Bodennutzung indirekt
Ackerbau/Bodennutzung
Veränderung der Erdoberfläche durch Trockenlegung von Mooren und Abholzung von Wäldern. Dadurch wird Methan und Lachgas emittiert.
Die ungenutzen, ursprünglichen Flächen, wie Moore, speichern Co2 und nehmen CO2 auf.
Durch den Kanalbau und die damit zusammenhängende Bodenbewegung wird das darin enthaltene Methan freigesetzt.
Und durch Umwandlungsprozesse beim Düngen wird Lachgas freigesetzt.
Nutzung fossilier Energieträger
Rückstrahlung durch die Treibhausgase CO2 und CH4 (aus Leckagen bei Förderung und Transport von Erdgas und Gasschlupf)
SO2 wirkt kühlend
Flugverkehr
Emission von Spurengasen und CO2, Veränderung der Bewölkung
industrielle Prozesse
Emission von Spurenstoffen und Aerosolen, z. B. FCKW bei Nutzung als Kühlmittel,
Aerosole kühlen
Müll
Deponierung: Emission von Methan
Verbrennung: Emission von CO2
Erdoberfläche
Veränderung des Wasserhaushalts und der Albedo: dunkel (Ruß, Dächer) führt zur Absorption, hell zu Reflektion
Welche Treibhausgase (ausschließlich Wasserdampf) leisten den größten Beitrag zum anthropogenen Treibhauseffekt?
Wie ist das IPCC entstanden?
1987: Brundtlandkommission legt ihren Abschlussbericht vor à wichtigster Anstoß für den ersten Erdgipfel 1992 in Rio de Janeiro
1988: UN-Generalversammlung: UN-Mitgliedsstaaten beschließen, dass Welt-Meteorologie-Organisation (WMO) und das UN-Weltprogramm (Unep) den zwischenstaatlichen Ausschuss für Klimaänderungen (Intergovernmental Panel of Climat Change/Weltklimarat) gründen soll
—> Expertengremium erhielt den Auftrag, den Erkenntnisstand über den Treibhauseffekt zusammenfassen und Lösungsmöglichkeiten aufzeigen
Was sind Aufgaben des IPCC?
Expertengremium erhielt den Auftrag, den Erkenntnisstand über den Treibhauseffekt zusammenfassen und Lösungsmöglichkeiten aufzeigen
IPCC ist gleichzeitig staatlicher und wissenschaftlicher Ausschuss: In den Gremien sitzen Fachexperten, Regierungen nehmen die Bericht ab (nicht selbst forschen, Lösungsmöglichkeiten aufzeigen)
hat eine Reihe von Sachstandsberichten veröffentlicht
Benennen Sie die wichtigsten Ergebnisse des 6. Sachstandsbericht des IPCC 2021, “The Physical Science Basis“, Summary for Policymakers.
(Qualitative Beschreibung reicht)
Trockenheit: Anstieg ähnlich wie bei Hitze (Zusammenhang): mit steigender Temperatur nimmt die Anzahl der Ereignisse, sowie deren Eintrittswahrscheinlichkeit zu.
I: bei Trennung des natürlichen und des vom Menschen verursachenden Effekt. Trend wir den anthropogenen Ursachen zugeordnet. Anstieg ist zumindest weitestgehend anthropogen
II: Analyse der Beiträge der einzelnen Quellen, die die Klimaveränderung verursachen
III: Es wird Temperaturextreme über Land geben. Dabei wird nach unterschiedlichen Ausgangssituationen unterschieden: mit steigender Temperatur nimmt die Anzahl der Ereignisse, sowie deren Eintrittswahrscheinlichkeit zu.
IV: Regen und Trockenheit, Unterscheidung nach vorindustriellem Zustand und heutiger Situation
Regen: mit steigender Temperatur nimmt die “Feuchtigkeit” und deren Intensität. Zunahme weniger schnell als bei bei Hitzereignissen
Warum kommt es bei externen Effekten in Produktion und Konsum in der Regel zu Marktversagen?
Sowohl der Emittent als auch das durch die Immission betroffenen Wirtschaftssubjekt
sind nicht eindeutig zu identifizieren
die Immissionen können nicht anteilig zurückverfolgt werden
der entstandene Schaden kann nicht eindeutig ermittelt werden (Feststellen)
Lösung
es kann keine eigentumsrechtliche Regelung installiert werden, so dass der Emittent mit allen Betroffenen über das optimale Ausmaß der Emissionen verhandeln kann oder die Betroffenen dem Emittenten das Recht zu Emission zumindest teilweise abkaufen können oder entschädigt werden
die Transaktionskosten dürfen nicht zu hoch sein
die Umwelt ist ein öffentliches Gut —> Umwelt selbst ist kein Akteur, ist einfach da und steht allen zur Verfügung, niemand kann von ihrer Nutzung ausgeschlossen werden
Nennen Sie wichtige Maßeinheiten für Energie.
Naturwissenschaftlich: Umrechnung
1 Joule (J) = 1 WS = 1 NM
Praktiker-Einheiten/Einheiten in der Praxis:
1 kg Steinkohleeinheit (SKE) entspricht 8.141 kWh = 29 MJ
1 kg Rohöleinheit (RÖE, eng. OE 0 oil equivalent) entspricht 41,868 MJ
Nennen Sie wichtige Energieformen und ihre Charakteristika.
wichtige Energieformen und ihre Charakteristika
mechanische Energie
wird benötigt, um z. B. Körper zu bewegen, also um mechanische Arbeit zu leisten
sie kann gespeichert werden als Lageenergie (=potentielle Energie, Umwandlung in Lageenergie (i. V. m. Verlusten)) oder als elastische Energie (z. B. in Druckluftspeichern)
Wärmeenergie
wird benötigt, um Materie zu erwärmen
sie kann in isolierten Behältern oder durch Wechsel des Aggregatzustands (Salzspeicher) gespeichert werden (geringere Verluste als bei chemischen Prozessen)
große Umwandlungsverluste
elektrische Energie
universell verwendbare Energieform
lässt sich gut in viele Energieformen umwandeln und umgekehrt
gut zu transportieren, aber schlecht zu lagern
chemische Energie
Energie, die sich bei chemischen Prozessen freisetzen lässt
fossile Energieträger Kohle, Erdöl und Erdgas enthalten alle chemische Energie
Sekundäre chemische Energieträger: Methanol, Wasserstoff, Ammoniak
hohe Energiedichte
Kernenergie
Energie, die bei Umwandlungen von Atomkernen freigesetzt wird, insbes. Kernspaltung und Kernfusion
Energiedichte: noch vorteilhafter als chemische Energie
Definieren Sie die Begriffe Primär-, Sekundär-, End- und Nutzenergie. Geben Sie jeweils Beispiele.
Primärenergie:
Energie aus den genutzten natürlichen Quellen, die noch nicht umgewandelt oder umgeformt wurden
wichtige Beispiele:
fossil: Kohle, Rohöl, Erdgas
erneuerbar: Biomasse, Sonnen- und Windenergie, Wasserkraft
Sekundärenergie:
Energie aus Energieträgern, die nicht direkt der Natur entnommen, sondern durch Umwandlung von Primärenergie oder anderen Sekundärenergieformen künstlich hergestellt oder wesentlich verändert wurde. Bei der Herstellung von Sekundärenergieträgern treten Umwandlungs-Energieverluste auf.
Beispiele:
Aus der Primärenergie Wasserkraft wird elektrische Energie als Sekundärenergie erzeugt.
Aus der Primärenergiequelle Erdöl werden Sekundärenergieträger wie Benzin und Heizöl hergestellt.
Aus Steinkohle wird der Sekundärenergieträger Koks hergestellt
Endenergie:
Endenergie ist die Energie, die beim Endverbraucher ankommt, insbesondere in Form von Brennstoffen, Kraftstoffen und elektrischer Energie (ohne nicht-energetischen Verbrauch und nach Umwandlungsverlusten).
Erzeugt der Endverbraucher selbst Energie, z. B. aus Photovoltaik, und dann weiter umwandelt, wird diese trotzdem als Endenergie betrachtet, da es die gleiche Energieform ist, wie die elektrische Energie aus entfernten Kraftwerken und diese unmittelbar ersetzt.
Nutzenergie:
Als Nutzenergie bezeichnet man die Energiemengen bzw. -formen, die vom Endverbraucher nach der letzten Umwandlung in seinen Geräten für den jeweiligen Zweck benötigt werden - nicht die beschaffte Energie, sondern die Energie, die in den Geräten genutzt wird (ohne Umwandlungsverluste), also die Energiedienstleistung zur Befriedigung von Bedürfnissen
Was versteht man unter einer Energiebilanz?
In einer Energiebilanz werden die Energieströme einer Volkswirtschaft für eine vergangene Periode statistisch erfasst. Dabei wird nur die kommerziell gehandelte Energie erfasst, d. h. z. B. im eigenen Garten geschlagenes Holz wird nicht registriert.
Für die deutsche Primärenergiebilanz zählen zunächst heimische Energieträger. Bei Grenzübertritt werden aber auch Produktenimporte registriert.
Was bedeutet in diesem Kontext „Wirkungsgradmethode“ und „Bruttoendenergieverbrauch“?
Wirkungsgradmethode:
Nach der Wirkungsgradmethode wird für die primärenergetische Bewertung von Kernenergie ein Wirkungsgrad von 33 % zugrunde gelegt.
Bei der Stromerzeugung aus Wasserkraft und anderen erneuerbaren Energieträgern, denen kein Heizwert beigemessen werden kann (Wind, Photovoltaik), wird jeweils ein Wirkungsgrad von 100 % angerechnet.
Der Stromaustauschsaldo wird mit einem Umrechnungsfaktor von 3 600 kJ/kWh bewertet.
Bruttoendenergieverbrauch:
Der Bruttoendenergieverbrauch setzt sich zusammen aus dem Endenergieverbrauch den Fackel- und Leitungsverlusten von Strom und Fernwärme sowie dem Eigenverbrauch der Kraftwerke, Umwandlungsverluste werden nicht berücksichtigt.
Der Bruttoendenergieverbrauch entwickelt sich nicht parallel zum Primärenergieverbrauch.
Vergleichen Sie im Hinblick auf die Energiespeicherung die Energiedichte von fossilen Energieträgern/Chemikalien wie Methanol mit Methan/Wasserstoff oder mit Batterien.
Es gibt Gesetzmäßigkeiten zwischen der Energie pro Volumeneinheit und der Energie pro Masse verschiedener Energiespeichermedien. Während Batterie zwischen 0,1 und 10 MJ/l und MJ/kg aufweisen, liegen Methanol und Methan über 10 MJ/l und MJ/kg.
Erdgas ist hinsichtlich der Energie pro Volumeneinheit genauso gut wie (flüssiger) Wasserstoff. Im Hinblick auf die Energie pro Masse ist Wasserstoff allerdings sowohl flüssig als auch unter höherem Druck (700 bar) besser. Beide Energieträger kommen nah an die fossilen Energieträger sowie Methanol und Ethanol ran, allerdings liegt das Dilemma beim Volumen.
Welche praxisrelevanten Möglichkeiten zur Speicherung von Strom gibt es?
Speicherung in anderen Energieformen, aus denen wieder Strom gewonnen werden kann:
Chemische Energie: Batterien (Blei, Nickel-Metallhydrid, Li-Ionen)
Potentielle Energie: Pumpspeicher (Wasserkraft), Druckluft
Kinetische Energie: Schwungmassenspeicher (Turbinen in Kraftwerken)
Wärme: Warmwasserspeicher, Salzspeicher
Derzeit wird in Deutschland nur die Speicherung von Wasser in Pumpspeicherkraftwerken großtechnisch genutzt.
Unterscheiden Sie kurz- und langfristige Speicherung von Strom und nennen Sie die zugehörigen Technologien.
Kurz- und langfristige Speicherung von Strom
Kurzzeitspeicher (Sekunden, Minuten, Stunden, Tage)
Langzeitspeicher (Wochen, Monate, Saison,
Jahre)
Kurzzeitspeicher speichern Energie von wenigen Nanosekunden bis hin zu einem ganzen Tag, wobei die meisten Kurzzeitspeicher als Stunden- und Tagesspeicher ausgelegt sind. Sie weisen im Stromsektor in der Regel ein Verhältnis zwischen Energie und Leistung (E/P-Ratio) von 1–10 h sowie hohe Zyklenzahlen und Zykluswirkungsgrade auf. Aufgrund dieser Eigenschaften werden sie vor allem zum Ausgleich von kurzfristigen Schwankungen im Stromnetz eingesetzt.
Langzeitspeicher halten Energie über viele Tage
und Wochen bis hin zu mehreren Monaten und
Jahren vor. Dadurch können saisonale Schwankungen wie langanhaltende Windflauten, geringe Wassermengen in der Wasserkraft oder
längere dunkle Perioden in der Energieversorgung ausgeglichen werden. Sie weisen in der Regel ein großes Verhältnis zwischen Energie und Leistung auf, besitzen sehr hohe Speicherkapazitäten mit geringen Speicherverlusten und haben geringe Zyklenzahlen und Zykluswirkungsgrade.
Beispiele: Kurzzeitspeicher werden in folgende Speicher unterteilt:
Sekundenspeicher: Schwungräder, supraleitende elektromagnetische Energiespeicher, Doppelschichtkondensatoren sowie Batterien
Minutenspeicher: Batterien, sensible Wärmespeicher
Stundenspeicher: Batterien, Pumpspeicher, Druckluftspeicher, sensible Wärmespeicher
Tagesspeicher: Batterien, Pumpspeicher, Druckluftspeicher, sensible Wärmespeicher
Speicher
unterteilt:
Wochenspeicher: Pumpspeicher, Kavernen und Porenspeicher, sensible Wärmespeicher
Monatsspeicher: Speicherwasser, Kavernen- und Porenspeicher, sensible Wärmespeicher
Jahresspeicher: Speicherwasser, Kavernen- und Porenspeicher, sensible Wärmespeicher
Was ist Power-to-X?
Power-to-X beschreibt die Wandlung von Strom als Primärenergie und Rohstoff in einen Energieträger, also in Wärme, Kälte, Produkt, Kraft- oder Rohstoff.
Das bei der Elektrolyse entstandene H2O kann auf unterschiedliche Weise in Power-to-x umgewandelt werden:
Synthese Methanisierung (Power-to-Fuels): Durch Zugabe von CO2 entstehen, Methan, Methanol und Fischer-Tropsch-Produkte. Diese können als klimaneutrale Kraft-, chemische Rohstoffe oder zur Rückverstromung genutzt werden. Methan dient außerdem als Energieträger für Wasserstoff.
direkter Einsatz von Wasserstoff (keine Synthese, Power-to-Hydrogen): Wasserstoff kann direkt in Brennstoffzellen oder Kraftwerken eingesetzt oder als chemischer Rohstoff genutzt werden.
Haber-Bosch-Verfahren: Durch Zugabe von Stickstoff aus der Luft entsteht Ammoniak. dieses kann als Düngemittel, Rohstoff oder als Energieträger für Wasserstoff bzw. die direkte Energienutzung eingesetzt werden.
Wo kann es hingehen?
man braucht entsprechende große Speicher —> Großspeicher
Technologie muss hochskaliert werden —> leistungsfähige Elektrolyseure und Kavernen
In welcher Form wird Wasserstoff genutzt und transportiert werden? —> Abhängig von der Infrastruktur
Was versteht man unter Rebound-Effekt/Jevons’ Paradoxon?
Einkommenseffekt: Menschen haben nicht nur mehr Kaufkraft, wenn ihr Einkommen sich erhöht, sondern auch, wenn die Ausgaben in bestimmten Bereichen zurückgehen. Z. B. wenn der Raumwärmebedarf durch bessere Isolierung zurückgeht, gehen die Ausgaben c. p. zurück. d. h. die Ausgaben gehen in diesem Bereich zurück. Der Haushalt hat dann mehr Möglichkeiten, mit dem zur Verfügung stehenden Geld umzugehen, z. B. sich eine größere Wohnung leisten oder eine Urlaubsreise mit dem Flugzeug (beides führt zu höherem Energieverbrauch als vorher).
Ein weiteres Beispiel für den Einkommenseffekt ist die Effizienzsteigerung der Verbrennungsmotoren, mit der gleichzeitig eine Verbrauchssenkung verbunden war. Es wurden Fahrzeuge mit größerem Gewicht und/oder größerer Leistung angeschafft. Oder es ist bei gleichbleibenden Verbrauchskosten eine höhere Jahresfahrleistung möglich. Man nennt den Effekt, dass durch die Effizienzsteigerung nicht weniger, sondern u. U. mehr Energie nachgefragt wird auch den Rebound Effekt: [Autos werden immer effizienter, aber es wird trotzdem nicht mehr Energie eingespart (mehr Größe, mehr Gewicht, aber effizienterer Verbrauch) Effizienz ist nicht alles!]
Jevons: durch die Erhöhung des Wirkungsgrads brauchte man weniger Energie, um die Dampfmaschinen zu betreiben. Die Dampfmaschine wurde immer interessanter/attraktiver, da sie immer mehr Anwendungsmöglichkeiten hatte. So wurde sie u. a. auch in der Kohleförderung eingesetzt, was dazu führte, dass die Kohle, die für den Betrieb der Dampfmaschine notwendig war, ebenfalls günstiger wurde. Der Kohleverbrauch stieg dadurch rasant an.
Unterscheiden Sie zwei Effizienzbegriffe unter gesamtwirtschaftlicher Perspektive.
Effizienzbegriffe unter gesamtwirtschaftlicher Perspektive
Energieproduktivität: Bruttoinlandsprodukts (BIP, real) pro PEV
Analogie zu anderen Größen
Energieintensität: PEV je Einheit des BIP (real)
es gibt noch andere Intensitäten, die von Interesse sind, auf was anderes als den BIP bezogen, z.B. PEV je Einwohner, Flächeneinheiten
Was versteht man unter Gesamtwirkungsgrad?
Ist es realistisch, dass Power-to-X bei der Speicherung von Strom den Wirkungsgrad eines PSW erreicht?
Gesamtwirkdungsgrad: Multiplikation der Wirkungsgrade einzelner Maschinen oder Prozesse einer Anlage oder eines Systems.
Gesamtwirkungsgrad Pumpspeicher: 0,8 – 0,9 —> 0,7 Gesamtwirkungsgrad)
Beim Wasserstoff selbst ist eine Lücke, die in Zukunft noch geschlossen werden könnte und Gesamtwirkungsgrade von 0,8 erreichen kann. (Wasserstoff: Elektrolyse und Produktion von Wasser und Energie in der Brennstoffzelle, Verknüpfung von 2 Bandbreiten: 0,3 bis weniger als 0,6)
Bei der Methanisierung ist der Gesamtwirkungsgrad noch geringer, hier liegt er zwischen 0,3 und 0,5.
Je weiter man in der Spezialisierung der Brennstoffe geht, desto geringer wird der Gesamtwirkungsgrad.
Alternativen zu Pumpspeicherwerken: Nutzung von Kavernen, Nutzung vorhandener Infrastruktur wie des Gasnetzes zur Speicherung.
Erläutern Sie den versorgungsökonomischen Effizienzbegriff.
Auswirkung der Haushaltsproduktion von Energie, die nicht in den marktgängigen Energieverbrauch eingeht. Z. B. ÖPNV statt eigener PKW.
Größerer Zeit- und (eigener) Energieaufwand —> Endenergieverbrauch sinkt, Nutzenergie und BIP sinken ebenfalls.
Weniger Zeit —> weniger andere Dienstleistungen nachfragen
Beschreiben Sie die Grundlagen und Entwicklungsmöglichkeiten von Power-to-X.
Power-to-X beschreibt die Wandlung von Strom als Primärenergie und Rohstoff in einen Energieträger, also in Wärme, Kälte, Produkt, Kraft- oder Rohstoff. Es ist ein Sammelbegriff für Power-to-Gas, Power-to-Liquid, Power-to-Fuel, Power-to-Chemicals, Power-to-Product und auch Power-to-Heat.
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