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"The most fundamental attribute of modern society is simply this: ours is a high-energy civilization based largely on the combustion of fossil fuels." Dieses Zitat des Energie- und Umweltwissenschaftlers Vaclav Smil beschreibt in prägnanter Form die energetischen Voraussetzungen einer auf der Verbrennung fossiler Rohstoffe beruhenden Lebensweise weiter Teile der Menschheit, insbesondere in den industrialisierten Volkswirtschaften.

Die Konsequenzen dieser Lebensweise und ihrer immer weiteren Ausweitung infolge des globalen Wirtschaftswachstums sind nicht erst seit dem Bericht über die Grenzen des Wachstums des Club of Rome bekannt, dessen Erscheinen sich in diesem Jahr zum 50. Mal
jährt. Sowohl die Verfügbarkeit von natürlichen Ressourcen wie Kohle oder Mineralien als auch die Aufnahmefähigkeit der natürlichen Umwelt für die Abfallprodukte der globalen Volkswirtschaft wie Treibhausgase oder Umweltgifte sind begrenzt. Eine Zivilisation, die auf durch Extraktion gewonnenen Rohstoffen aufbaut, wird früher oder später an die entsprechenden Grenzen
stoßen, was zu extrem schmerzlichen Anpassungsprozessen für die dann lebende Weltbevölkerung führen könnte.

In dem Bemühen, derartige Krisen vorausschauend zu mildern oder gar zu verhindern, kommt dem schnellen Rückgang der Nutzung fossiler Energieträger eine mehrfache Bedeutung zu. Unter anderem in Deutschland ist er daher seit vielen Jahren ein erklärtes Politikziel. Allerdings zeigen der aktuelle Gasnotstand, die inflationäre Wirkung hoher Energiepreise oder die Proteste der sogenannten Gelbwesten in Frankreich, wie hoch die Abhängigkeit der hiesigen Volkswirtschaften von der günstigen Verfügbarkeit fossiler Energieträger immer noch ist. Wie steht es also um die Struktur der Energieversorgung Deutschlands zu Beginn der dritten Dekade des 21. Jahrhunderts, mehr als 20 Jahre nach der Einführung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes?

Rolle von Energie

Energie ist eine wichtige Zustandsgröße eines physikalischen Systems. Sie tritt in unterschiedlichen Formen auf, beispielsweise als thermische Energie (Wärme), kinetische Energie (Bewegung) oder elektrische Energie (Strom). Energie kann von einer Form in eine andere umgewandelt werden, Wärme zum Beispiel in Bewegung (Dampfmaschine) oder Bewegung in Strom (Generator).

Gemäß dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik bleibt Energie in einem abgeschlossenen System konstant (Energieerhaltungssatz). Energie kann weder aus dem Nichts erzeugt (erneuert) noch vernichtet werden. Daher kann eine Maschine Arbeit nur in dem Maße verrichten, in dem ihr Energie zur Verfügung steht. Aus dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik folgt, dass die Umwandlungsprozesse von Energie eine natürliche Richtung haben: vom Warmen zum Kalten. Daher können die Wärmeverluste, die bei Umwandlungsprozessen entstehen, beispielsweise durch Reibung, nicht vollständig aufgefangen und in nützliche Arbeit umgewandelt werden.

Ein biologischer Organismus kann trotz der Gültigkeit der beiden Hauptsätze seine Struktur aufrechterhalten, indem er energetische Umwandlungsprozesse unterhält, für die er mittels Nahrung Energie von außen zuführt und als Wärme wieder abgibt. Organismen der Spezies Homo sapiens betreiben zudem vielfältige Prozesse der Energieumwandlung außerhalb des menschlichen Körpers, insbesondere im Zusammenhang mit Verbrennungsprozessen.

In diesem Sinne lässt sich die physikalische Funktionsweise einer Volkswirtschaft mit derjenigen eines biologischen Organismus vergleichen: Sie hat einen Metabolismus, einen Stoffwechsel, der nur möglich ist, weil dieser Energie und Materie von außerhalb des Organismus bezieht und Wärme und Abfälle nach außen abgeben kann. Das relevante Umgebungssystem für die globale Volkswirtschaft ist dabei der Planet Erde, insbesondere die Biosphäre. Man spricht daher auch von der in die natürliche Umwelt "eingebetteten Ökonomie" (embedded economy).

Die Qualität des jeweiligen Umwandlungs- beziehungsweise Verbrennungsprozesses wird in der Kulturanthropologie als wichtige Determinante der sozialen Organisation betrachtet. Weithin anerkannt ist Rolf Peter Sieferles Unterscheidung zwischen der "Jäger- und Sammlergesellschaft", die durch eine passive, "periodentreue" Nutzung der Sonneneinstrahlung geprägt war, der "Agrargesellschaft", deren Merkmal eine aktive und periodentreue Nutzung der Sonneneinstrahlung war, und der "Industriegesellschaft", die sich durch eine aktive und periodenuntreue Nutzung der Sonne und die Nutzung fossiler Brennstoffe auszeichnet.

Moderne, industrielle Volkswirtschaften wandeln in vielerlei Hinsicht Energie um, um menschlichen Zwecken zu dienen, beispielsweise in Fabrikanlagen, Fahrzeugen, Haushaltsgeräten, Heizungen oder Informationssystemen. Je größer die Volkswirtschaft ist, desto größer ist in der Regel auch die Zahl derartiger Anlagen. Daher verwundert es nicht, dass die Größe einer Volkswirtschaft (hier gemessen am Bruttoinlandsprodukt) eine enge Korrelation mit der jeweils durchgesetzten Energiemenge aufweist.

Primärenergie für Deutschland

Mit Primärenergie wird diejenige Energie bezeichnet, die eine Volkswirtschaft aus der natürlichen Umgebung entnimmt. Dabei wird in der modernen Bilanzierung in aller Regel derjenige Teil der Primärenergie ausgeklammert, der von Menschen und Nutztieren über die Nahrungsaufnahme entnommen wird. Auch werden häufig nur diejenigen natürlich vorkommenden Energieträger bilanziert, die mittels kommerzieller Aktivitäten in den Wirtschaftskreislauf eingebracht werden, nicht aber beispielsweise privat gesammeltes Holz.

Der Primärenergieverbrauch kann nicht exakt gemessen, sondern muss aus verschiedenen Statistiken hochgerechnet werden. Hierfür gibt es international vereinbarte Standards, nach denen der Primärenergieverbrauch von thermischen Energieträgern wie Kohle, Erdgas oder Erdöl anhand ihrer jeweiligen Heizwerte ermittelt wird. Nicht-fossilen Energieträgern für die Stromerzeugung, vor allem der Kernenergie und den als erneuerbar bezeichneten Energieträgern, wird mit dem sogenannten Wirkungsgradprinzip ein äquivalenter Heizwert zugewiesen.

2021 betrug der so ermittelte Primärenergieverbrauch in Deutschland 12,4 Exajoule (EJ; ein Exajoule sind eine Trillion Joules). Das entspricht etwa 424 Millionen Tonnen Steinkohleeinheiten und rund 2 Prozent des globalen Primärenergieverbrauchs im Jahr 2021. Umgerechnet auf jeden Bundesbürger wurde also in Deutschland das Äquivalent von etwa 5,1 Tonnen Steinkohle pro Jahr oder 14 Kilogramm am Tag verbraucht.

Fossile Energieträger wie Öl, Erdgas, Stein- und Braunkohle haben im Jahr 2021 etwas mehr als 77 Prozent zum deutschen Primärenergieverbrauch beigetragen. Weitere 6 Prozent entfielen auf die Kernenergie. Erneuerbare Energieträger wurden mit einem Anteil von knapp 16 Prozent bilanziert. Der Rest entfiel auf sonstige Primärenergieträger sowie den Stromaustauschsaldo mit anderen Ländern.

Zwischen den Jahren 2000 und 2021 ist der Primärenergieverbrauch in Deutschland um etwa 14 Prozent gesunken. Der Anteil fossiler Energieträger betrug im Jahr 2000 noch knapp 84 Prozent, 13 Prozent entfielen auf die Kernenergie und 3 Prozent auf erneuerbare Energieträger.

Insgesamt hat sich der Primärenergieverbrauch der deutschen Volkswirtschaft also verringert und von fossilen und nuklearen zu erneuerbaren Energieträgern verschoben. Dennoch ist das deutsche Energiesystem immer noch zu mehr als drei Vierteln auf fossile Energieträger angewiesen und unterscheidet sich mit Blick auf diese Abhängigkeit nur geringfügig vom globalen Durchschnitt, der bei 82 Prozent liegt.

Austausch mit dem Ausland

Das Primärenergieaufkommen im Inland betrug 16,5 EJ im Jahr 2021. Davon stammte nur rund ein Fünftel (3,5 EJ) aus heimischer Primärenergiegewinnung, vor allem aus erneuerbaren Energieträgern (2 EJ) und Braunkohle (1,2 EJ). Die heimische Gewinnung von Erdgas und Erdöl ist dagegen vergleichsweise gering (je 0,2 EJ).

Der weitaus größte Teil des Primärenergieaufkommens (12,6 EJ) entfiel auf importierte Energieträger, vor allem Erdgas (5,5 EJ), Mineralöle (5,0 EJ) und Steinkohle (1,1 EJ). Für alle fossilen Importe war Russland 2021 das mit Abstand wichtigste Lieferland für Deutschland (Erdöl 34 Prozent; Erdgas 55 Prozent; Steinkohle 57 Prozent).

Die Bundesrepublik exportiert substanzielle Primärenergiemengen in ihre Nachbarländer, den Großteil als Weiterleitung vorheriger Importe. Im Jahr 2021 betrugen diese Ausfuhren 4,0 EJ. Zu weit mehr als der Hälfte handelte es sich hierbei um Ausfuhren von Erdgas (2,5 EJ); der Rest waren vor allem Mineralöle (1,1 EJ) sowie, in weit geringerem Umfang, Strom (0,3 EJ), erneuerbare Energieträger (0,1 EJ) und Kohle (0,1 EJ).

Endenergieverbrauch in Deutschland

"Endenergie" erfasst Energiemengen, die dem Endverbraucher zur Verfügung gestellt werden, zum Beispiel Strom aus der Steckdose oder Benzin an der Zapfsäule. Der Endverbrauch führt dann in aller Regel noch zu weiteren Energieumwandlungen etwa von Strom in Licht oder von Benzin in Bewegung, die jedoch bilanziell nicht mehr erfasst werden.

Der Endenergieverbrauch in Deutschland betrug 2021 8,7 EJ und lag damit um etwa 30 Prozent unter dem Primärenergieverbrauch. Der Unterschied zwischen den beiden Werten resultiert aus den Verlusten, die im Energiesektor entstehen, zum Beispiel bei der Umwandlung von Primärenergie in Endenergie in Kraftwerken oder Raffinerien. Umwandlungsverluste im Energiesektor können minimiert, aber aufgrund des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik nicht auf null gesenkt werden. Zusätzliche nicht bilanzierte Verluste ergeben sich bei der Verwendung der Endenergie am Ort des Verbrauchs.

Den größten Anteil an der Deckung des Endenergiebedarfs hatten im Jahr 2021 mit rund 33 Prozent Mineralölprodukte, gefolgt von Erdgas mit 27 Prozent und Strom mit 21 Prozent. Der Rest verteilt sich auf direkt genutzte erneuerbare Energieträger wie Biokraftstoffe oder Holzpellets, auf Fernwärme und Steinkohle sowie einen kleinen Rest sonstiger Energieträger.

Seit der Jahrtausendwende hat sich der Endenergieverbrauch in Deutschland um rund 6 Prozent und damit nur geringfügig vermindert (2000 waren es 9,2 EJ). Da der Primärenergieverbrauch stärker als der Endenergieverbrauch zurückgegangen ist, hat sich rechnerisch die Effizienz des Energiesektors erhöht. Zu diesem Befund hat insbesondere der Aufwuchs der mit Umwandlungsverlusten von null bilanzierten erneuerbaren Energieträger beigetragen.

Die Struktur des Endenergieverbrauchs hat sich in den vergangenen beiden Jahrzehnten teilweise verändert, vor allem im Hinblick auf eine Verschiebung von Mineralölen zu direkt genutzten erneuerbaren Energieträgern. Hintergrund sind vor allem die staatlichen Maßnahmen zur Erhöhung des Anteils von Biokraftstoffen. Gleichzeitig hat sich der Anteil von Strom nur in geringem Umfang erhöht. Eine weitergehende Elektrifizierung wurde vermutlich auch durch die im Zeitverlauf stark gestiegenen Endverbrauchskosten von Strom verhindert.

Insgesamt ist der Endenergieverbrauch in Deutschland also seit dem Jahr 2000 leicht zurückgegangen. Zwar konnte die Bedeutung von Mineralölen in gewissem Umfang vermindert werden, dennoch sind die Veränderungen bislang auch auf der Ebene des deutschen Endenergieverbrauchs eher graduell als abrupt.

Verbrauchssektoren

Die Nutzung der Endenergie verteilt sich in Deutschland vergleichsweise gleichmäßig auf die größten Verbrauchssektoren: Rund 29 Prozent entfallen auf das verarbeitende Gewerbe, 28 Prozent auf private Haushalte und 27 Prozent auf den Verkehr. Weitere 16 Prozent vom Endenergieverbrauch macht der Bedarf des Sektors Gewerbe, Handel und Dienstleistungen aus. Der geringfügige Rest wird in der Landwirtschaft, der Fischerei sowie in der Bauwirtschaft verbraucht.

Die einzelnen Sektoren unterscheiden sich erheblich in der Struktur der verbrauchten Endenergieträger. Während der Verkehrssektor im Jahr 2021 beispielsweise zu weit über 90 Prozent auf Mineralöle angewiesen war, stützte sich das verarbeitende Gewerbe vorrangig auf Gas (36 Prozent) und Strom (30 Prozent). Bei den privaten Haushalten war im Jahr 2021 Erdgas mit Abstand der wichtigste Endenergieträger (42 Prozent); bei Gewerbe, Handel und Dienstleistungen waren es Elektrizität (37 Prozent) sowie Erdgas (30 Prozent).

Strukturell hat das verarbeitende Gewerbe in den vergangenen beiden Jahrzehnten leicht an relativem Gewicht gegenüber den anderen Sektoren gewonnen. In den Jahren 2020 und 2021 ist der bis dahin seit dem Jahr 2000 weitgehend konstante Anteil des Verkehrs pandemiebedingt spürbar gesunken.

Stromsektor

Der Stromsektor ist ein wichtiger Teilsektor der Energiewirtschaft, in dem Primärenergie in elektrische Endenergie umgewandelt wird. Der absolute Brutto-Stromverbrauch lag im Jahr 2021 bei 569 Terawattstunden (TWh), die inländische Bruttostromerzeugung bei 588 TWh und der Stromexportsaldo entsprechend bei 19 TWh.

Fossile Energieträger haben 44 Prozent zur Stromerzeugung im Jahr 2021 beigetragen, vor allem durch Braunkohle und Erdgas. Durch die Umwandlung erneuerbarer Energieträger wurden im gleichen Jahr etwa 40 Prozent des in Deutschland hergestellten Stroms erzeugt. Der Rest von knapp 12 Prozent entfiel beinahe vollständig auf Strom aus Kernenergie. Fast die Hälfte der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energieträgern entfiel auf Wind, je knapp ein Viertel auf Photovoltaik und Biomasse, der Rest vor allem auf Wasserkraft.

Gegenüber dem Jahr 2000 ist der Brutto-Stromverbrauch geringfügig um 11 TWh gesunken, während die Brutto-Stromerzeugung im selben Zeitraum um 12 TWh gestiegen ist. Dabei hat sich die Erzeugung aus erneuerbaren Energieträgern um 196 TWh erhöht, vor allem durch Wind an Land (plus 80 TWh), Photovoltaik (plus 50 TWh) und Biomasse (plus 43 TWh). Im Gegenzug ist die Stromerzeugung aus Kernenergie zwischen 2000 und 2021 um 100 TWh zurückgegangen, sodass im Saldo aus erneuerbaren Energieträgern und Kernenergie die emissionsarme Stromerzeugung in Deutschland seit dem Jahr 2000 um knapp 96 TWh gewachsen ist. Parallel ist die Stromerzeugung aus fossilen Energieträgern um 87 TWh gesunken.

Insgesamt ist der politisch angestrebte Umbau des Energiesystems in Richtung einer möglichst ausschließlichen Nutzung von erneuerbaren Energieträgern im Stromsektor zwar weiter fortgeschritten als bei den anderen Endenergieträgern. Dennoch sind auch in diesem Sektor konventionelle Formen der Energiebereitstellung immer noch von größerer Bedeutung als die erneuerbaren Energieträger, sowohl mengenmäßig als auch in Bezug auf die Gewährleistung jederzeitiger Versorgungssicherheit.

Aktuelle Situation

Im Zusammenhang mit dem Krieg in der Ukraine sowie den daraufhin beschlossenen Wirtschaftssanktionen der Europäischen Union gegen die Russische Föderation ist es zu erheblichen Rückgängen russischer Energielieferungen in die EU gekommen. Beispielsweise erhält Deutschland seit dem 2. September 2022 keinerlei Gas mehr über die Pipeline Nord
Stream 1.

Aktuelle Abschätzungen der Gasmengenbilanz für den relevanten geografischen Raum deuten darauf hin, dass es bei einem vollständigen Wegfall russischer Gaslieferungen nach Europa je nach Wetterlage zu Engpässen kommen kann. Als kritisch erweist sich dabei nicht nur die Mengenverfügbarkeit in diesem Winter, sondern potenziell auch im Winter 2023/24. Denn selbst, wenn die Gasspeicher am 30. April 2023 noch nicht ganz leer wären, müssten sie bis zum Herbst 2023 wieder fast vollständig gefüllt werden. Damit dies möglich wird, müsste der Winter 2022/23 entweder extrem mild werden, die Nachfrage dauerhaft stärker als bislang sinken oder das Angebot um mehr als die bislang geplanten neuen Flüssiggasterminals in den Niederlanden, Norddeutschland, Norditalien und Griechenland erweitert werden.

Vor diesem Hintergrund ist es nicht verwunderlich, dass im Jahresverlauf 2022 fast durchgängig extrem hohe Gaspreise in Deutschland gezahlt werden. Der hohe Preis für Erdgas schlägt auch auf den Strommarkt durch – und wird umgekehrt durch die aktuelle Situation auf dem Strommarkt weiter verschärft. Denn durch den derzeitigen Ausfall einer Vielzahl französischer Kernkraftwerke wird die Stromerzeugung aus Gaskraftwerken notwendiger als ohnehin schon. Der hohe Erdgaspreis macht also auch Strom teuer. Und umgekehrt übersetzt sich die hohe Zahlungsbereitschaft für (knappen) Strom auch in eine hohe Zahlungsbereitschaft für (knappes) Erdgas.

Aktuell lassen die Terminmarktpreise für die Lieferung von Strom und Gas in den Jahren 2023 bis 2026 darauf schließen, dass die Marktteilnehmer trotz der bisher beschlossenen politischen Maßnahmen nur eine vergleichsweise langsame Entspannung der kritischen Knappheitssituation erwarten. So sinkt der Terminpreis für Gas zwar kontinuierlich mit jedem späteren Erfüllungsjahr bis 2026 ab, er liegt aber auch für die Lieferung in vier Jahren weiterhin deutlich über dem Niveau des Jahres 2021. Ein ähnliches Bild zeigt sich für die Terminpreise für die Lieferung von Strom.

Ohne eine fundamentale Veränderung der Rahmendaten könnte die Energiekrise also noch über mindestens zwei Winter andauern. Insbesondere die anhaltend fehlenden Gaslieferungen aus Russland können wohl erst in einigen Jahren vollständig aus anderen Quellen ersetzt werden, nämlich erst dann, wenn die hierfür erforderliche Infrastruktur errichtet worden ist. Angesichts der Größenordnung der absehbaren finanziellen Belastungen für Unternehmen und private Haushalte durch die stark gestiegenen Energiepreise könnte aus der aktuellen Energiekrise eine systemische Krise für die europäischen Volkswirtschaften erwachsen.

In allen von den enormen Preisanstiegen betroffenen Staaten sowie auf Ebene der Europäischen Union werden vor diesem Hintergrund Maßnahmen zur Bewältigung der Folgen dieser extremen Situation diskutiert. Dabei ist vor allem zwischen drei Arten von Maßnahmen zu unterscheiden: Maßnahmen zur Ausweitung des Angebots von Gas und Strom, Maßnahmen zur außermarktlichen Reduktion der Nachfrage nach Gas und Strom sowie Maßnahmen zur Korrektur unerwünschter Verteilungswirkungen. Aus ökonomischer Sicht tragen nur die ersten beiden Arten von Maßnahmen zu einer fundamentalen Entlastung bei, während es bei den letztgenannten Maßnahmen um eine veränderte Allokation der mit der Knappheit verbundenen (finanziellen) Lasten geht.

Fazit

Der Nobelpreisträger für Chemie des Jahres 1921, Frederick Soddy, schrieb vor über einem Jahrhundert, dass die moderne Zivilisation bei einem Ausfall der Energieversorgung so abrupt an ihr Ende käme wie die Musik einer Orgel ohne Wind. Der enorme Anstieg der Strom- und Gaspreise in Europa im Angesicht einer historischen Knappheit auf diesen Märkten mag als aktueller Beleg für die fortgesetzte Gültigkeit dieser Aussage gelten.

Tatsächlich hängt die deutsche Volkswirtschaft, wie alle entwickelten Volkswirtschaften, in erheblichem Umfang von der Nutzung von Primärenergie ab. Dabei ist trotz aller Bemühungen im Zusammenhang mit der angestrebten Energiewende der Rückgriff auf fossile Energieträger nach wie vor von großer Bedeutung sowohl für den globalen als auch für den deutschen Energie-Metabolismus.

Deutschland ist bezüglich seiner Energieversorgung in hohem Maße abhängig von Importen, derzeit vor allem im Hinblick auf fossile und nukleare Energieträger. Die hier berichteten Daten über die Struktur der deutschen Energieversorgung legen nahe, bei allen Bemühungen zum Ausbau der Stromerzeugung aus Wind- und Solarenergie sowie zur Erhöhung der Energieeffizienz auch in den kommenden Jahren noch sehr aufmerksam über Strategien für den noch auf absehbare Zeit großen Rest der Primärenergiebeschaffung nachzudenken.

Hinzu kommt, dass mit den neuen Energieträgern auch neue Abhängigkeiten entstehen können, beispielsweise mittelbar bei Photovoltaik-Modulen, Batterien oder einer Vielzahl von Rohstoffen, die für die ausgewählten Energie-Technologien gebraucht werden. Auch unmittelbare Abhängigkeiten können perspektivisch entstehen, beispielsweise bei neuen Sekundärenergieträgern wie Wasserstoff. Insgesamt war, ist und bleibt Energiepolitik daher ein essenzieller Bestandteil einer übergreifenden Geostrategie für Deutschland.