David MacKay: Ein Realitätstest für erneuerbare Energien

Wie viel Landmasse würden erneuerbare Energiequellen benötigen, um eine Nation wie das Vereinigte Königreich zu versorgen? Die eines ganzen Landes. In dieser pragmatischen Rede zeigt David MacKay anhand einfacher Mathematik bedenkliche Anwendungsgrenzen für nachhaltige Energien auf und erklärt, warum wir trotzdem danach streben sollten. (Gefilmt in TEDxWarwick.)

Zu Beginn der Industriellen Revolution

war die Menge an Kohlenstoff,
die sich in Form von Kohle

im Erdreich Großbritanniens befand,
gleich groß wie die Menge

an Kohlenstoff in Form von Erdöl
in Saudi Arabien.

Dieser Kohlenstoff ermöglichte
die Industrielle Revolution,

er machte Großbritannien "Groß"

und führte zu dessen zeitweiser Weltherrschaft.

1918 erreichte die Kohle-Produktion
in Großbritannien ihren Höhepunkt

und ist von da an stetig zurück gegangen.

Zu gegebener Zeit begann Großbritannien,
Öl und Gas

aus der Nordsee zu fördern.
Im Jahr 2000

erreichte die Öl- und Gasproduktion
in der Nordsee

ihren Höhepunkt und geht nun zurück.

Diese Erkenntnis der Endlichkeit der

einfach zugänglichen, heimischen,
sicheren fossilen Brennstoffe,

ist ein Grund zu fragen:
"Was kommt jetzt?

Wie wird das Leben ohne fossile Brennstoffe sein?

Sollten wir uns nicht genau überlegen,

wie wir von fossilen Brennstoffen los kommen?"

Ein weiterer Beweggrund
ist natürlich der Klimawandel.

Wenn die Leute über ein Leben
nach den fossilen Brennstoffen

und Maßnahmen hinsichtlich des
Klimawandels reden, denke ich, gibt es

viel Blabla, grüne Rhetorik,
viel irreführende Werbung,

und ich sehe es als meine Pflicht als Physiker,

Menschen auf die Effekthascherei
aufmerksam zu machen

und ihnen verstehen zu helfen,
welche Maßnahmen tatsächlich wirken,

und sich auf Ideen zu konzentrieren,
die auch etwas bewirken.

Lassen Sie mich das
anhand dessen erklären, was Physiker

eine Überschlagsrechnung nennen.

Wir lieben Überschlagsrechnungen.

Man stellt eine Frage, schreibt ein paar Zahlen auf

und kommt zu einer Antwort.

Sie ist vielleicht nicht präzise,
aber vielleicht sagt man dann:

"Hmm."

Hier ist eine Frage: Stellen Sie sich vor,

wir sagen: "Klar geht es auch
ohne fossile Brennstoffe.

Wir nutzen einfach Bio-Brennstoffe.
Problem gelöst.

Wir brauchen im Verkehr kein Erdöl mehr."

Was wäre, wenn wir
die Bio-Brennstoffe für eine Straße

am Grünstreifen direkt daneben anbauen würden?

Wie breit müsste der Grünstreifen sein,
damit das funktioniert?

Okay, hier sind ein paar Zahlen.

Sagen wir, unsere Autos fahren
96 Kilometer pro Stunde und

verbrauchen 4 Liter auf 50 km.

Das ist der europäische
Durchschnitt für Neuwagen.

Nehmen wir weiter an,
die Bio-Öl-Felder produzieren

1.200 Liter Bio-Brennstoff pro Hektar im Jahr.

Das trifft auf europäische Bio-Brennstoffe zu.

Und jetzt stellen wir uns vor,
die Autos sind 80 Meter

voneinander entfernt und fahren
in gleichbleibender Geschwindigkeit

die Straße entlang.

Die Länge der Straße ist unwichtig, denn je länger

die Straße ist, desto mehr Bio-Öl-Felder haben wir.

Was machen wir nun mit diesen Zahlen?

Man nimmt die erste Zahl, teilt sie durch

die anderen drei Zahlen und man kommt auf 8 Kilometer.

Und das ist die Antwort.

So breit müsste das Bio-Öl-Feld

unter diesen Annahmen sein.

Vielleicht sagen Sie jetzt: "Hmm.

Vielleicht ist es ja doch nicht so einfach."

Vielleicht denken Sie,
das Problem könnte

an den Flächen liegen.
In diesem Vortrag

möchte ich über Bodenfläche reden und fragen,

gibt es ein Problem damit? Die Antwort wird

"Ja" sein, sie ist allerdings
abhängig vom jeweiligen Land.

Fangen wir mit dem Vereinigten Königreich an,

weil wir heute hier sind.

Den Energieverbrauch im Vereinigten Königreich,

den gesamten Energieverbrauch,
nicht nur den für Transport,

stelle ich gerne in Form von Glühbirnen dar.

Es ist, als ob wir alle durchgängig
125 Glühbirnen an hätten,

125 Kilowatt-Stunden pro Tag pro Person

ist der Energieverbrauch des Vereinigten Königreichs.

Es gibt also 40 Glühbirnen für Transport,

40 Glühbirnen für die Heizkosten,

40 Glühbirnen
für die Stromerzeugung,

und der Rest ist relativ klein,

verglichen mit diesen drei großen Brocken.

Der Fußabdruck ist sogar noch größer, wenn wir

den Energiebedarf für Importgüter

in unser Land berücksichtigen,
wovon 90 Prozent heute

immer noch von fossilen Brennstoffen
und nur 10 Prozent

von alternativen, möglicherweise
grüneren Energiequellen,

wie Atomkraft und erneuerbaren Energien, kommen.

Also,

das ist das Vereinigte Königreich, und die Bevölkerungsdichte in diesem Land

beträgt 250 Menschen pro Quadratkilometer.

Ich werde Ihnen nun andere Länder

anhand der selben beiden Kriterien zeigen.

Auf der senkrechten Achse zeige ich Ihnen,

anhand von Glühbirnen –
wie hoch der Energieverbrauch

pro Person ist, und wir liegen
bei 125 Glühbirnen pro Person,

und dieser kleine blaue Punkt hier
zeigt die Landmasse

des Vereinigten Königreichs.

Die Bevölkerungsdichte ist
auf der waagrechten Achse

und wir liegen bei 250 Personen
pro Quadratkilometer.

Nehmen wir nun weitere europäische
Länder als blaue Punkte hinzu

und Sie sehen, es gibt Unterschiede.

Ich sollte betonen, dass beide Achsen

logarithmisch sind. Von einem grauen Kästchen

zum nächsten erhöht man um den Faktor 10.

Als nächstes nehmen wir Asien in Rot dazu,

den Nahen Osten und
Nordafrika in Grün,

Afrika unterhalb der Sahara in Blau,

schwarz ist Südamerika,

violett ist Zentralamerika,

und dann in Grün-Gelb
haben wir Nordamerika,

Australien und Neuseeland.

Und man kann die große Vielfalt
in der Bevölkerungsdichte

und im pro-Kopf-Verbrauch sehen.

Die Länder unterscheiden sich.

Oben links haben wir Kanada und Australien, mit enormen

Landflächen, sehr hohem pro-Kopf-Verbrauch,

200 oder 300 Glühbirnen pro Person,

und sehr kleiner Bevölkerungsdichte.

Oben rechts hat Bahrain
den selben Energieverbrauch

pro Person, in etwa wie Kanada,

über 300 Glühbirnen pro Person,

doch die Bevölkerungsdichte ist 300 mal größer,

1.000 Menschen pro Quadratkilometer.

Unten rechts hat Bangladesh
die selbe Bevölkerungsdichte

wie Bahrain, aber verbraucht
100-mal weniger pro Person.

Unten links, nun, da ist niemand.

Aber da waren früher eine ganze Menge Menschen.

Dies ist eine weitere Botschaft dieses Diagramms.

Ich habe kleine blaue Schwänzchen an Sudan, Lybien,

China, Indien und Bangladesh gehängt.

Sie zeigen 15 Jahre Fortschritt.

Wo waren sie vor 15 Jahren und wo sind sie jetzt?

Und die Botschaft lautet, die meisten Länder
bewegen sich nach rechts

und nach oben,

nach rechts oben –
höhere Bevölkerungsdichte

und höherer pro-Kopf-Verbrauch.

Wir mögen zwar in der oberen rechten Ecke liegen,

etwas ungewöhnlich,
das Vereinigte Königreich umringt von

Deutschland, Japan, Südkorea, den Niederlanden,

und einem Haufen weiterer,
leicht sonderbarer Länder,

doch viele Länder kommen nach oben

und nach rechts um uns Gesellschaft zu leisten.

Also sind wir sozusagen ein Beispiel dafür,
wie der zukünftige

Energieverbrauch auch in
anderen Ländern aussehen könnte.

Ich habe außerdem einige
rosa Linien in dieses Diagramm eingefügt,

die nach unten und nach rechts gehen.

Sie stellen gleich großen Energieverbrauch

pro Flächeneinheit dar, den ich in
Watt pro Quadratmeter ausdrücke.

Zum Beispiel diese mittlere Linie hier,

0,1 Watt pro Quadratmeter beträgt der Energieverbrauch

pro Flächeneinheit in Saudi Arabien,
Norwegen, Mexiko in Violett,

und Bangladesh vor 15 Jahren.

Die Hälfte der Weltbevölkerung
lebt in Ländern,

die jetzt schon jenseits
dieser Linie liegen.

Das Vereinigte Königreich verbraucht 1,25

Watt pro Quadratmeter.

Ebenso Deutschland, während
Japan etwas darüber liegt.

Nun wollen wir

feststellen, warum das relevant ist.
Warum ist das relevant?

Nun, wir können erneuerbare Energien

und andere Formen der Energieproduktion
in denselben Einheiten messen.

Erneuerbare Energien sind einer
der führenden Gedanken,

wie wir von unserer Sucht nach
fossilen Brennstoffe loskommen könnten.

Hier sind einige erneuerbare Energien.

Energiepflanzen liefern
ein halbes Watt pro Quadratmeter

in europäischem Klima.

Was bedeutet das? Und Sie haben
die Lösung vielleicht schon

vorhergesehen, in Anbetracht dessen,
was ich Ihnen

vorhin über Bio-Brennstoff-Plantagen erzählt habe.

Nun, wir konsumieren 1,25 Watt pro Quadratmeter.

Das bedeutet, selbst wenn wir

das ganze Vereinigte Königreich
mit Energiepflanzen bedecken würden,

könnten wir den heutigen Energiebedarf nicht decken.

Wind-Energie produziert etwas mehr,

2,5 Watt pro Quadratmeter, doch das ist
gerade mal doppelt so viel

wie 1,25 Watt pro Quadratmeter.

Das heißt also, wollte man buchstäblich den gesamten

Energiebedarf in jeglicher Form mit Wind-Farmen

decken, so müsste man das halbe
Vereinigte Königreich damit übersäen.

Ich habe übrigens Datenmaterial,
das all diese Behauptungen belegt.

Als nächstes schauen wir uns Solarenergie an.

Solarzellen, wenn man sie auf einem Dach anbringt,

liefern rund 20 Watt pro Quadratmeter in England.

Wenn man wirklich viel aus
Solarzellen heraus holen möchte,

müsste man die traditionellen bayerischen Landwirtschaftsmethoden übernehmen,

bei denen man nicht nur das Dach,
sondern auch die Landschaft

mit Solarzellen bedeckt.

Solar-Parks liefern aufgrund
der Lücken zwischen den Zellen

weniger. Sie liefern rund 5 Watt

pro Quadratmeter Landfläche.

Hier haben wir einen Solar-Park
in Vermont, der tatsächlich

4,2 Watt pro Quadratmeter liefert.

Zur Erinnerung: Wir stehen bei
1,25 Watt pro Quadratmeter.

Wind-Farmen 2,5, Solar-Parks etwa 5.

Das heißt, egal welche dieser
erneuerbaren Energien man wählt,

die Botschaft lautet, egal welche Kombination davon

man nutzt; wenn man das
Vereinigte Königreich mit ihnen versorgen möchte,

müsste man etwa

20 bis 25 Prozent des Landes

mit diesen erneuerbaren Energiequellen bedecken.

Und ich sage nicht,
dass das eine schlechte Idee ist.

Wir müssen nur die Zahlen verstehen.

Ich bin auf keinen Fall gegen
erneuerbare Energien. Ich liebe sie.

Doch ich bin ebenso für Arithmetik. (Lachen)

Konzentrierte Solarenergie in Wüsten liefert

mehr Energie pro Flächeneinheit, da man hier

kein Problem mit Wolken hat.

Somit liefert diese Anlage 14 Watt pro Quadratmeter,

diese hier 10 Watt pro Quadratmeter

und diese in Spanien 5 Watt pro Quadratmeter.

Konzentrierte Solarenergie

könnte durchaus 20 Watt

pro Quadratmeter liefern. Das klingt gut.

Selbstverständlich hat Großbritannien keine Wüsten.

Bis jetzt. (Lachen)

Hier ist ein Überblick:

Alle erneuerbaren Energien,
so sehr ich sie liebe, sind diffus.

Sie alle liefern wenig Energie pro Flächeneinheit

und diese Tatsache müssen wir akzeptieren.

Das heißt,
wenn erneuerbare Energien

bei aktuellem Energieverbrauch
einen wesentlichen Unterschied

für Länder wie das Vereinigte Königreich
ausmachen sollen,

so muss man erneuerbare
Energieanlagen entwerfen,

die zwar nicht so groß wie das ganze Land sind,

aber doch einen erheblichen
Teil des Landes bedecken.

Es gibt außerdem weitere Möglichkeiten
der Energiegewinnung,

die keine fossilen Brennstoffe beinhalten.

Es gibt Atomenergie.
Auf dieser Landvermessungskarte

können Sie ein Kernkraftwerk B

innerhalb eines blauen Quadratkilometers sehen.

Das ist ein Gigawatt innerhalb eines Quadratkilometers,

was sich auf 1.000 Watt pro Quadratmeter berechnet.

Nach dieser speziellen Metrik
braucht Atomenergie

nicht so viel Platz wie
erneuerbare Energien.

Natürlich gibt es weitere Metriken,
die von Belang sind, und Atomenergie

hat eine ganze Menge Imageprobleme.

Dasselbe gilt allerdings auch
für erneuerbare Energien.

Hier habe ich ein Foto
einer Beratungsübung in vollem Gange

in dem Städtchen Penicuik, nahe Edinburgh.

Sie können sehen, die Kinder von Penicuik feiern

die Verbrennung des Abbildes einer Windmühle.

Die Leute sind also gegen alles und wir müssen

alle Möglichkeiten offen halten.

Was kann ein Land wie das
Vereinigte Königreich als Anbieter tun?

Nun, ich würde sagen,
es gibt folgende drei Möglichkeiten:

Unsere erneuerbaren Energien und
anerkennen, dass sie

fast die ganze Landfläche brauchen.
Erneuerbare Energien anderer,

und die Leute

links oben im Diagramm ganz höflich fragen,

"Ähm, wir wollen die erneuerbaren
Energien nicht vor unserer Haustür,

aber, äh, könnten wir sie bitte bei euch aufstellen?"

Und das ist eine ernstzunehmende Option.

Es ist eine Möglichkeit für die Welt,
dieses Problem zu lösen.

Länder wie Australien, Russland, Libyen, Kasachstan

könnten also unsere besten Freunde für erneuerbare Energien sein.

Und eine dritte Möglichkeit ist Atomenergie.

Das sind also einige Optionen für die Anbieter.

Zusätzlich zu den Nachfrage-Hebeln,
die wir nutzen können

und denken Sie daran, wir benötigen große Mengen,

denn im Moment

bekommen wir 90 Prozent unserer Energie
aus fossilen Brennstoffen.

Zusätzlich zu diesen Hebeln könnten wir
über andere Wege reden,

dieses Problem zu lösen,
nämlich die Nachfrage zu reduzieren.

Das bedeutet, die Bevölkerungszahl zu reduzieren –

wie das funktionieren soll, weiß ich nicht –

oder den Pro-Kopf-Verbrauch zu vermindern.

Reden wir über drei weitere große Hebel,

die auf der Verbraucherseite
sehr hilfreich sein könnten.

Erstens, Transport. Hier zeigen
uns die Grundsätze der Physik,

wie wir den Energieverbrauch
im Verkehr reduzieren können

und die Leute sagen oft, "Oh, ja,
Technologie hat auf alles eine Antwort.

Wir können Fahrzeuge entwickeln,
die hundertmal effizienter sind."

Und das stimmt fast. Ich zeige es Ihnen.

Der Energieverbrauch dieser
typischen Blechkiste hier

beträgt 80 Kilowatt-Stunden
pro 100 Personen-Kilometer.

Das entspricht dem durchschnittlichen
europäischen Auto.

80 Kilowatt-Stunden.
Können wir etwas hundertmal

besser machen, indem wir die eben
genannten Grundsätze der Physik anwenden?

Ja. Hier ist es. Es ist das Fahrrad.
Es ist 80-mal besser, was

Energieverbrauch angeht und wird
mit Biotreibstoff betrieben, mit Müsliriegeln.

(Lachen)

Und es gibt weitere Möglichkeiten,
dazwischen, denn möglicherweise

sagt die Dame in der Blechkiste, "Nein, nein, nein,

das ist eine Änderung meines Lebenstils.
Ändern Sie bitte nicht meinen Lebensstil."

Nun gut, wir könnten sie dazu bewegen,
den Zug zu nehmen

und das wäre immer noch
viel effizienter als ein Auto.

Aber das könnte eine Änderung
des Lebensstils bedeuten.

Oder es gibt das Öko-Auto, oben links.

Es bietet bequem ausreichend Platz für einen Teenager

und es ist kürzer als ein Verkehrshütchen.

Und es ist beinahe so effizient wie ein Fahrrad

solange man nicht schneller
als 25 Stundenkilometer fährt.

Dazwischen einige, vielleicht
etwas realistischere Optionen.

Auf diesem Hebel, dem Verkehrshebel,
sind Elektrofahrzeuge,

also Elektroräder und Elektroautos in der Mitte,

etwa vier mal energieeffizienter

als eine typische
benzinbetriebene Blechkiste.

Als nächstes haben wir den Heizhebel.

Heizkosten machen ein Drittel des
Energieverbrauchs in Großbritannien aus,

und eine Menge davon fließt in Wohnungen

und andere Gebäude, um Räume
und Wasser zu heizen.

Hier haben wir ein typisches
mieses britisches Haus.

Es ist mein Haus, mit dem Ferrari in der Einfahrt.

Was können wir damit machen?

Nun, hier oben sind die Gesetze der Physik aufgelistet,

die beschreiben, wie der Energieverbrauch

für Wärme durch Dinge bestimmt wird,
die man kontrollieren kann.

Man kann den Temperaturunterschied

zwischen drinnen und draußen kontrollieren;
und es gibt diese

bemerkenswerte Technologie namens Thermostat.

Man greift nach dem Regler, dreht ihn nach links

und der Energieverbrauch im Haus fällt.

Ich habe es ausprobiert. Es funktioniert.
Manche nennen es Veränderung des Lebensstils.

Sie können auch die Dämm-Männer holen,
um den Wärmeverlust

Ihres Gebäudes zu verringern –
Dämmung in die Wände, Dämmung ins Dach,

eine neue Tür und so weiter.

Die traurige Wahrheit ist, Sie sparen damit Geld.

Das ist nicht traurig, sondern gut,
aber die traurige Wahrheit ist, es wird nur

etwa 25 Prozent der Undichtheit
Ihres Gebäudes beseitigen,

wenn Sie diese Dinge tun, die eine gute Idee sind.

Wenn Sie wirklich etwas näher an schwedische

Gebäudestandards kommen wollen,
müssen Sie bei einem miesen Haus wie diesem

externe Isolation anbringen,

wie hier, bei diesem Wohnblock in London.

Sie können außerdem Wärme
effizienter liefern, indem Sie Pumpen

nutzen, die weniger hochgradige
Energie wie Strom beötigen

um Wärme vom Garten ins Haus zu bewegen.

Die dritte Option der Nachfrageseite,
über die ich reden will,

der dritte Weg zu vermindertem Energiekonsum ist,

Ihren Stromzähler abzulesen.

Und die Leute reden oft von intelligenten Stromzählern

aber Sie können es selbst tun.

Benutzen Sie Ihre eigenen Augen,
seien Sie schlau, lesen Sie den Stromstand.

Wenn Sie ein bisschen so sind wie ich,
wird es Ihr Leben verändern.

Hier ist ein Diagramm, das ich erstellt habe.

Ich habe ein Buch über
nachhaltige Energie geschrieben

und ein Freund fragte mich:
"Wie viel Strom verbrauchst du denn daheim?"

Das war mir peinlich, denn ich wusste es nicht.

Also begann ich, jede Woche
den Stromzähler abzulesen.

Die alten Zählerstände sind

in der oberen Hälfte des Diagramms zu sehen. 2007

ist unten in Grün zu sehen,
und das war, als

ich den Zähler jede Woche gelesen habe,
und mein Leben veränderte sich,

denn ich fing an zu experimentieren und sah,

was den Unterschied ausmachte.
Mein Gas-Verbrauch

fiel schlagartig, da ich anfing,

am Thermostat und an
der Zeitschaltuhr herumzudrehen,

und ich senkte meine Gasrechnung
somit um mehr als die Hälfte.

Es war dieselbe Geschichte
mit meinem Stromverbrauch,

wo das Abschalten des DVD-Players,
der Stereoanlage,

des Computerzubehörs,
die durchgehend an waren –

und sie nur anzuschalten,
wenn ich sie brauchte –

meine Stromrechnung um ein Drittel reduzierte.

Wir brauchen also einen wirksamen Plan,
und ich habe Ihnen

6 große Hebel aufgezeigt.
Wir brauchen große Handlungen, denn

90 Prozent unserer Energie wird
aus fossilen Brennstoffen gewonnen.

Deshalb müssen Sie die meisten, wenn nicht
alle diese Hebel in Bewegung setzen.

Die meisten dieser Hebel
sind nicht sehr beliebt,

und falls es einen Hebel gibt,
den Sie nicht unterstützen wollen,

denken Sie bitte daran, dass das bedeutet,

dass Sie sich mit den restlichen
umso mehr ins Zeug legen müssen.

Ich bin ein starker Verfechter
von ernsthaften Diskussionen,

die auf Zahlen und Fakten
basieren, und ich möchte

mit dieser Karte schließen,
die Ihnen veranschaulichen soll,

wie viel Land und so weiter benötigt wird, um

auf 16 Glühbirnen pro Person zu kommen,

von den vier großen möglichen Quellen.

Wenn Sie auf 16 Glühbirnen
kommen wollen, denken Sie daran,

der heutige Verbrauch liegt bei 125 Glühbirnen.

Wenn Sie 16 aus Windenergie wollen,
verdeutlicht diese Karte die Lösung

für das Vereinigte Königreich.
Es hat 160 Wind-Farmen,

jede 100 Quadratkilometer groß.

Das würde einen 20-fachen Anstieg

der heutigen Windenergiemenge bedeuten.

Um mit Atomenergie 16 Glühbirnen
pro Person zu erreichen, bräuchte man

zwei Gigawatt auf jedem
der violetten Punkte auf der Karte.

Das ist ein vierfacher Anstieg

des heutigen Atomenergie-Levels.

Biomasse: Für 16 Glühbirnen pro Kopf bräuchte man

eine Fläche, etwa in der Größe
von dreieinhalbmal Wales,

entweder im eigenen oder einem anderen Land,

vielleicht Irland, vielleicht anderswo. (Lachen)

Und die vierte Option auf Angebotsseite,
konzentrierte Solaranlagen

in den Wüsten anderer.

Wollen wir Solarenergie für 16 Glühbirnen,

dann befinden wir uns in diesen acht Sechsecken

im unteren rechten Eck.

Die Gesamtfläche dieser Sechsecke

entspricht der Fläche von 2x London
und Umgebung in der Sahara anderer Leute.

Und man bräuchte Stromkabel
die gesamte Strecke durch Spanien

und Frankreich, um den Strom
nach Surrey in Südengland zu bringen.

Wir brauchen einen Plan, der Sinn macht.

Wir müssen aufhören zu schreien
und anfangen zu reden

und wenn wir zu einem ernsthaften Gespräch
unter Erwachsenen kommen,

einen sinnvollen Plan erstellen und anfangen zu bauen.

Vielleicht wird diese kohlenstoffarme Revolution

sogar Spaß machen. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

(Applaus)