Heute rotieren hierzulande die Flügel von knapp 30.000 Windrädern. Auf mehr als einer Million Hektar leuchtet im Frühling der gelbe Raps für die Biospritproduktion. Die Kuppeln von 10.000 Biogasanlagen ragen aus endlosen Maisfeldern. Und auf Dächern und Freiflächen glitzern 1,6 Millionen Fotovoltaik-Anlagen in der Sonne. Wer dieser Tage durch Deutschland fährt, kann die Energiewende nicht mehr übersehen. Und doch ist all das nur ein kleiner Vorgeschmack auf die Umwälzungen, die uns bevorstehen.

Woher?

Quelle: AG Energiebilanzen © ZEIT-GRAFIK

Heute deckt erneuerbare Energie nicht einmal 15 Prozent unseres Bedarfs. Öl, Kohle, Erdgas und Uran steuern immer noch über 85 Prozent bei. Bis 2050 muss sich dieses Verhältnis umkehren, anders sind die Verpflichtungen aus dem Pariser Klimaabkommen nicht zu erfüllen. Die Union der deutschen Akademien der Wissenschaften, darunter Leopoldina und Acatech, haben jetzt ein Szenario entworfen, das die Folgen der bevorstehenden Energie-Revolution für Technik, Umwelt und Gesellschaft ausmalt. Kurzfassung: In 30 Jahren werden wir unser Land kaum noch wiedererkennen.

Bisher hat die Energiewende fast ausschließlich im Elektrizitätssektor stattgefunden. Fast ein Drittel unseres Strombedarfs stammt inzwischen aus erneuerbaren Quellen. Auch im internationalen Vergleich ist das ein bemerkenswerter Erfolg, und dieser dominiert die öffentliche Debatte. Aber das ist nur ein kleiner Anfang, eine Energiewende 1.0 sozusagen. Denn Strom stillt gerade mal ein Fünftel unseres gewaltigen Energiehungers. Die Hälfte verbrauchen Heizungen und Industrieprozesse; der Verkehr schluckt die letzten 30 Prozent (siehe Grafik). Und in diesen drei Sektoren werden fast ausschließlich Mineralöl, Kohle und Erdgas verfeuert. Dort decken Erneuerbare nur ein Zehntel des Bedarfs.

Was heißt Sektorkopplung?

Was jetzt ansteht, ist die Energiewende 2.0: Alle Sektoren müssen sich mit erneuerbaren Energien versorgen. Das geht nur, wenn sie zusammenwachsen – Fachleute sprechen von Sektorkopplung. Und: Die Sektoren müssen sich weitgehend mit Wind- und Solarstrom versorgen. Die Kapazitäten für die anderen Erneuerbaren sind so gut wie ausgereizt. Der Verbrauch an Biomasse, die heute zwei Drittel der gesamten erneuerbaren Energie ausmacht, kann nur noch in geringem Umfang gesteigert werden.

Außerdem dürfen Holz, Stroh oder Rapsöl künftig nicht mehr verbrannt werden. Als Ersatz für Erdöl werden sie zum unverzichtbaren Rohstoff in der chemischen Industrie und für die Herstellung synthetischer Kraftstoffe für Flugzeuge und Schiffe. Für neue Wasserkraftwerke gibt es kaum noch Platz, und auch andere erneuerbare Quellen wie Geothermie, Tiden oder Wellen haben nur geringes Potenzial in Deutschland.

Darum wird Elektrizität zum dominierenden Energieträger. Selbst wenn alle Möglichkeiten zur Einsparung und Effizienzsteigerung voll ausgeschöpft werden, wird sich der Stromverbrauch bis 2050 verdoppeln. Und weil der Wind nicht immer kräftig bläst und die Sonne in Deutschland selten aus wolkenlosem Himmel lacht, muss die Kapazität der Wind- und Solarparks dafür um das Fünf- bis Siebenfache anwachsen. Offshore-Windparks in Nord- und Ostsee können aber nur einen kleinen Teil beisteuern. Der große Rest der Energiewende 2.0 wird das Land umkrempeln.

Wohin?

Quelle: AG Energiebilanzen, AGEE-Stat, BMWi © ZEIT-GRAFIK

Grob gerechnet, werden fast 5.000 Quadratkilometer für Solarparks gebraucht, weitere 7.000 für Windparks. Zusammen ist das weit mehr als alle Wasserflächen in Deutschland zusammen, also Seen, Flüsse, Kanäle und küstennahe Binnengewässer. Wer schon heute über "verspargelte Horizonte" klagt, wird sich die Augen reiben. Denn die Windraddichte muss im Bundesdurchschnitt doppelt so hoch werden, wie sie es schon heute in den Küstenländern Niedersachsen und Schleswig-Holstein ist. Die Autoren der Akademie-Studie schreiben vorsichtig von "Veränderungen im Landschaftsbild, die an Akzeptanzproblemen scheitern könnten".

Das Schreckgespenst der Energiewende: die "Dunkelflaute"

Dabei ist das noch gar nicht alles an möglicherweise schmerzhaften Erneuerungen. Die konventionelle Kraftwerkskapazität wird zum Beispiel weiterhin gebraucht, um das Schreckgespenst der Energiewende abzuwenden: die sogenannte Dunkelflaute. Falls sich Wind und Sonne einige Tage rar machen, müssen die konventionellen Kraftwerke das Stromnetz vor dem Blackout bewahren. Statt Braun- und Steinkohle werden sie dann allerdings Gas verbrennen. Nur im äußersten Notfall soll das Erdgas sein, ansonsten Biogas, vor allem aber Wasserstoff. Um diesen in ausreichender Menge herzustellen, werden Zehntausende von Elektrolyse-Anlagen benötigt, möglichst in direkter Nachbarschaft zu Wind- und Solarparks, um mittels Elektrizität Wasserstoff zu erzeugen. Und schließlich – auch das ein gewaltiges Unternehmen – muss das Stromnetz um Tausende Kilometer Hochspannungsleitung erweitert werden.

All das ist keine Träumerei von Öko-Aktivisten. Es ist das, was gebraucht wird, um die Pläne der Bundesregierung umzusetzen. Schon 2010 hatte sie, noch als schwarz-gelbe Koalition, beschlossen, die Treibhausgasemissionen bis 2050 um 80 bis 95 Prozent zu vermindern. Erst im vergangenen Jahr hat die große Koalition dieses Ziel in ihrem Klimaschutzplan noch einmal bekräftigt. Die Grünen waren in beiden Regierungen nicht vertreten.

Die Wirtschaft macht Druck

Egal, wie die nächste Regierung aussieht, um die Energiewende 2.0 wird sie nicht herumkommen. Denn auch ein Großteil der Wirtschaft macht inzwischen Druck. Nach der Bundestagswahl forderten Großunternehmen, darunter Siemens, Telekom, SAP und die Energiekonzerne E.on und EnBW, in einem gemeinsamen Aufruf, "Planungssicherheit zu schaffen und den Klimaschutzplan im Koalitionsvertrag möglichst verbindlich zu bestätigen". Die neue Regierung solle dafür sorgen, ihre Klimaziele "mit bis zu 95 Prozent Emissionssenkung für 2050 am oberen Rand des derzeitigen Zielkorridors" auszurichten.

Tatsächlich hinkt Deutschland bereits deutlich hinter den selbst gesetzten Zielen her. Die erste Zwischenetappe ist kaum noch zu erreichen. Bis 2020 sollten die jährlichen Treibhausgasemissionen gegenüber 1990 um 40 Prozent gesenkt werden. Tatsächlich konnten bisher erst 28 Prozent eingespart werden – und es bleiben nur noch drei Jahre. "Um das Ziel doch noch zu erreichen, müsste die Hälfte aller Kohlekraftwerke bis 2020 abgeschaltet werden", sagt Manfred Fischedick, Vizepräsident des Wuppertal Instituts für Klima, Umwelt, Energie und Mitautor der Studie der Wissenschaftsakademien. Und die 2016 von Bundestag und Bundesrat beschlossene Deckelung des Wind- und Solarstromausbaus wurde so niedrig angesetzt, dass derzeit nicht einmal die Hälfte des notwendigen Zubaus möglich ist. Statt deutlich zu wachsen, sinkt die jährlich neu installierte Wind- und Solarleistung.

Schlecht steht es auch um die Sektorkopplung, also die Verknüpfung aller Energieverbraucher mit dem Stromnetz. Schlusslicht ist der Verkehr. Elektrizität deckt dort bisher nur ein Prozent des Energiebedarfs, vor allem im Zugverkehr. Der Anteil von Elektrofahrzeugen auf der Straße liegt bei einer Promille. Im ersten Halbjahr 2017 gab es selbst unter den Neuzulassungen trotz Kaufprämie und Steuerersparnis nur 0,6 Prozent E-Autos. Und der Energieverbrauch des Verkehrs nimmt weiter zu – dabei wollte ihn die Bundesregierung eigentlich bis 2020 um zehn Prozent verringern.

Ähnlich finster sieht es im Wärmesektor aus. Ein Drittel des deutschen Energieverbrauchs entfällt auf Gebäudeheizungen und Warmwasser. Erdgas und Heizöl dominieren den Markt, Holz spielt nur eine untergeordnete Rolle, Solarthermie eine noch geringere. Die Fernwärmeversorgung müsste auf ein Drittel aller Gebäude ausgeweitet werden, stagniert jedoch bei 14 Prozent. Und Wärmepumpen, die im Energienetz der Zukunft einen Großteil der Heizenergie bereitstellen sollen, sind heute erst bei jeder zehnten neuen Heizungsanlage im Einsatz. Für einen Großteil des industriellen Energiebedarfs kommen sie gar nicht infrage. Die Prozesse der Chemieindustrie, Metallverarbeitung und Zementherstellung erfordern Temperaturen weit über 200 Grad. Wärmepumpen sind dafür ungeeignet.

"Damit die Sektorkopplung ihr volles Potenzial entfalten kann, müssen die Märkte für Strom, Wärme und Verkehr zusammenwachsen und gleiche Bedingungen für alle Energieträger bieten", fordert die Studie der Wissenschaftsakademien. Die "zentrale Rolle" könne dabei ein einheitlicher CO₂-Preis für alle Emissionen spielen. Pro Tonne müsste er dafür allerdings deutlich über 30 Euro betragen, derzeit liegt er bei rund sieben Euro. Als Alternative schlagen die Autoren eine nationale oder europaweite CO₂-Steuer vor. Eine Importsteuer auf Produkte, deren Herstellung hohe Treibhausgasemissionen verursacht, könnte einen international fairen Wettbewerb sichern.

Bis zu 60 Milliarden Euro kostet die Energiewende 2.0 im Jahr

Die deutsche Energiewende hat 1991 mit dem ersten Einspeisegesetz für Strom aus erneuerbarer Quelle begonnen. Inzwischen ist die Phase 1.0 abgeschlossen. Die Technologien für die Umwandlung von Solar- und Windenergie in Strom sind konkurrenzfähig, die technischen Voraussetzungen der Sektorkopplung bekannt und erprobt. Rund 150 Milliarden Euro hat das bisher gekostet. Die Energiewende 2.0 wird wesentlich teurer. Die Studie der Akademien schätzt die Kosten auf ein bis zwei Prozent des Bruttoinlandsprodukts, das wären derzeit 30 bis 60 Milliarden Euro im Jahr. Zum Vergleich: Die deutsche Einheit hat bisher zwischen 1.000 und 2.000 Milliarden Euro gekostet. "Für ein reiches Land wie unseres ist das beherrschbar", meint Hans-Martin Henning, Direktor des Freiburger Fraunhofer-Instituts für solare Energiesysteme und Hauptautor der Wissenschaftsakademie-Studie.

Den hohen Kosten stünden schließlich "enorme Chancen" gegenüber. Deutschland könne sich die Technologieführerschaft für das Null-Emissions-Zeitalter und damit Arbeitsplätze und hohe Exporterlöse sichern. Die Kosten der Anpassung an den Klimawandel und Gesundheitsgefahren durch Luft- und Bodenverschmutzung ließen sich ebenso verringern wie die Importabhängigkeit der deutschen Energieversorgung.

"Auch technisch kriegen wir das hin", meint Henning. Unsicher ist er dagegen in der Frage der gesellschaftlichen Akzeptanz: "Insbesondere die nötigen Windparks und Überlandleitungen werden auf Widerstand stoßen." Sehr viel Informations- und Aufklärungsarbeit sei dann gefordert, außerdem müsse es Beteiligungs- und Verdienstmöglichkeiten für die betroffene Bevölkerung geben. Entscheidend sei am Ende aber die Vernunft der politischen Entscheidungsträger. Ob die vorhanden sein wird? "Ich hoffe darauf", sagt der Physiker.

Unsere ganze Berichterstattung zur Energiewende lesen Sie auf dieser Seite.