Strom / Energie

Die Energie im Wandel

Energie, die Energiewende und der Klimawandel sind landauf, landab ein viel diskutiertes Thema. Energie gibt es in verschiedenen Energieformen, die ineinander umgewandelt werden können. Beispiele für Energieformen sind etwa die potentielle, kinetische, elektrische, chemische und  die thermische Energie.

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Die Niederspannungs-Installationsnormen helfen, Installationen effizient und sicher zu meistern. Die Normen werfen aber auch Fragen und Themen auf, die wir im «ET Elektrotechnik» behandeln.

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E-Mobilität und Klimaziele

Aufgrund der CO2-Ziele hat die Schweiz keine Alternative als die Senkung ihrer Emissionen, sei es für das Heizen, Warmwasser oder für unsere Mobilität. Doch wie gross ist der Beitrag elektrisch angetriebener Fahrzeuge zur CO2-Reduktion?

Auf die Schädigung unserer Lebensgrundlagen wurde bereits 1973 vom «Club of Rome» im Buch «Grenzen des Wachstums» hingewiesen. Das Thema Erdöl war schon damals zentral, sei es wegen künstlicher Verknappung zur Durchsetzung höherer Preise («Ölkrise») oder wegen Umweltkatastrophen durch häufige Havarien von Öltankern. Ob Erdöl, Gas oder Lithium und Kobalt – die Erde und ihre Rohstoffe werden seit 200 Jahren rücksichtslos und profitorientiert ausgebeutet.

Bedrohtes Weltklima

Es müsste also längst etwas entschieden werden, doch es wird weiter diskutiert, so im Dezember 2021 am 26. Weltklimatag mit rund 30 000 Besuchern in Glasgow, die wohl kaum per pedes angereist sind. Solche Anlässe enden regelmässig mit Absichtserklärungen ohne griffige Vereinbarungen. Dabei bremsen stets solche Länder am meisten, in denen besonders viel CO2 erzeugt wird, so die USA, Russland, China oder Indien.

Wenn viel kleinere Länder ihre CO2-Emissionen reduzieren, ist dies ein wichtiger Beitrag, um zu zeigen, was machbar ist. Deren CO2-Gesetze und Abgaben allein können die Klimaerwärmung jedoch kaum stoppen, weil grosse Länder das CO2 in gänzlich anderen Grössenordnungen ausstossen. Bekanntlich kündigten ausgerechnet die USA – mit 6,7 Mrd. Tonnen zweitgrösster CO2-Sünder weltweit – unter Präsident Trump das Klimaabkommen, der später den Klimawandel sogar leugnete. Seit Februar 2021 sind die USA wieder Mitglied im Pariser Klimaabkommen und wollen bis 2050 klimaneutral werden. CO2-Abgaben werden weiterhin keine erhoben.

Hohe Schweizer CO2-Abgaben

Viele europäische Länder erheben seit Längerem CO2-Abgaben, die jedoch nicht 1:1 vergleichbar sind. Bereits heute hat die Schweiz eine der höchsten CO2-Abgaben weltweit. Sie wird seit 2008 auf fossilen Brennstoffen wie Heizöl oder Erdgas erhoben und automatisch erhöht, falls die in der geltenden Verordnung festgelegten Zwischenziele für die CO2-Emissionen aus Brennstoffen nicht erreicht werden. Zwar gingen sie laut Bundesamt für Umwelt (Bafu) im Vergleich zum Referenzjahr 1990 um 31 % zurück, verharrten 2020 jedoch auf ähnlichem Niveau wie 2019. Hinzu kommen die durch Importgüter im Ausland verursachten Emissionen, was den CO2-Ausstoss pro Kopf fast verdoppelt.

Weil die Schweiz ihre Emissionsziele verfehlte, wurde auf Anfang 2022 die CO2-Abgabe von bisher 96 auf nun 120 Fr. pro Tonne CO2 erhöht, was der zehnfachen Abgabe von 2008 entspricht. Die daraus resultierenden Einnahmen werden zu 2/3 an das Volk (via Krankenkassenprämie) und die Wirtschaft zurückverteilt. Das restliche Drittel fliesst ins Gebäudeprogramm der Kantone (max. 450 Mio. Fr.) sowie in Technologiefonds (max. 25 Mio. Fr.).

Weitere Treibhausgase

Für die gesamten Treibhausgasemissionen in der Schweiz waren 2019 gemäss dem Bafu folgende Quellen verantwortlich:

(1) 32 % Verkehr (ohne internationaler Flug- und Schiffsverkehr),

(2) 24 % Gebäude,

(3) 24 % Industrie,

(4) 19 % Landwirtschaft, Abfallbehand- lung und Ausstoss synthetischer Gase.

Während (2) und (3) ihren CO2-Ausstoss in den letzten fünf Jahren um rund 20 % reduzierten, verharrte er bei (4) praktisch auf identischem Niveau und sank bei (1) nur um 5 %. Neben Kohlendioxid (CO2) gehören auch Methan (CH4), Lachgas (N2O) und Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) zu den langlebigen Treibhausgasen.

FCKW als «Killer der Ozonschicht» wird in 196 Ländern zwar nicht mehr verwendet und wurde weitgehend durch ähnliche Substanzen ohne Chlor ersetzt. Diese Fluorkohlenwasserstoffe (FKW) werden als Kühlmittel in Klimaanlagen und Kühlschränken, als Treibmittel für Sprays, Lösungsmittel oder Schäummittel bei der Schaumstoffherstellung verwendet. Leider beeinflusst auch FKW unser Klima und baut sich nur langsam ab. So ist das in Autoklimaanlagen verwendete und in der Schweiz unterdessen verbotene FKW-134a rund 1430-mal stärker als CO2.

Situation bei den Fahrzeugen

Gleichwohl dreht sich die Diskussion primär um CO2. So informierte der Bundesrat im November 2021 die Schweizer Autoimporteure darüber, dass die CO2-Abgabe ab Anfang 2022 ohne Einschränkung, also auch für sogenannte Nischen- und Kleinserienfahrzeugen erhoben wird (etwa Suzuki, Subaru, exklusive Sportwagen etc.). Damit strich der Bundesrat ab 2022 das 95 %ige Phasing-in aus der CO2-Verordnung.

Da in der Schweiz überwiegend Fahrzeuge mit zu hohen CO2-Emissionen verkauft werden, sollte das Phasing-in den Übergang auf die auch in der EU gültigen 95 g CO2/km erleichtern. Dies geschah seit 2020 in jährlichen 5 %-Schritten, startend bei 85 %. Die nun gültigen 100 % des EU-Wertes hätten eigentlich erst ab 1.1.2023 zur Anwendung kommen sollen, was den Branchenverband Auto Schweiz verärgerte.

Ein Boom, aber kein Verkaufsschlager

So liegt es nahe, emissionsarme Fahrzeuge auf den Markt zu bringen. Da jedoch in den meisten Kantonen Kaufanreize fehlen und im Gegensatz zu Deutschland auch keine Kaufprämien für Erdgas- oder Elektroautos existieren, verläuft der Umstieg harzig. (Plug-in-)Hybride erfreuen sich in der Schweiz hingegen grosser Beliebtheit. Im Gegensatz zu reinen Elektroautos führen sie zwar zwei Antriebssysteme mit, benötigen aber keine sehr grossen Akkus – zumindest die sogenannten Mild-Hybride. Hier wird der Akku während der Fahrt beim Bremsen oder Bergabfahrt durch Rekuperation nachgeladen.

Es verwundert nicht, dass die Verkaufszahlen für Automobile mit umweltfreundlichem Antrieb auch in der Schweiz weiter steigen. Während 2021 der Verkaufsanteil reiner Elektromobile nur 13,3 % betrug, waren Mild- und Plug-in-Hybride mit 31 % wahre Verkaufsschlager. Ende 2021 verfügte mehr als jeder zweite neue Personenwagen über einen elektrifizierten Antrieb oder eine Gasmotorisierung (53,5 %). Im nördlichen Nachbarland Deutschland stieg 2021 der Bestand an Elektromobilen dank Verkaufsbonus der Bundesregierung auf über eine Million Fahrzeuge an.

Wegen des Siliziummangels und pandemiebedingten Unterbrüchen von Lieferketten werden seit rund 18 Monaten deutlich weniger Fahrzeuge produziert und ausgeliefert als geplant. Derweil gewinnen die elektrischen Antriebe massiv an Marktanteilen, da viele Hersteller entsprechende Modelle in der gedrosselten Produktion und bei der Auslieferung priorisieren. Bei den Schweizer Händlern ist dies unübersehbar. Hier klagt man über lange Lieferfristen für kompakte Elektroautos und Nicht-Lieferbarkeit PS- und margenstarker Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor.

Rohstoffe als CO2-Booster

Aber auch mit Blick auf die von den grossen Importeuren priorisierten Elektroautos fragt man sich unweigerlich: Warum überhaupt so viel Leistung und so grosse ­Akkus? Die allermeisten täglichen Fahrstrecken übersteigen kaum 50 – 80 km, weshalb Akkus mit Ladung für mehrere 100 km fragwürdig erscheinen. Es liegt nahe, Kurzstrecken zu Fuss oder per Velo/E-Bike zurückzulegen und für mittlere bis längere Strecken den ÖV und nur im Ausnahmefall das Auto zu wählen, etwa für Transporte oder Reisen in abgelegene Gegenden oder während Randzeiten.

In den Akkus steckt sehr viel «graue Energie» darin für Rohstoffabbau, Transport, Zell- und Akkufertigung sowie dereinst für die Entsorgung, die bei der Berechnung der Energieeffizienz aber keine zentrale Rolle zu spielen scheint. Leider wird dieser Umstand «totgeschwiegen» und nur die lokale CO2-Emission ins Feld geführt, so auch bei offiziellen Pressemeldungen des Bundesamtes für Energie (BFE).

Tatsache ist aber, dass besonders die hierzulande beliebten Elektro-SUVs und Grosslimousinen mit grossen und schweren Akkus mit rund 100 KWh und mehr – je nach Berechnungsmodell und Akkugrösse – erst nach ca. 160 000 km in einen Bereich kommen, wo effektiv CO2 eingespart wird, just dann, wenn der Akku wieder ersetzt wird, weil er keine praxistaugliche Reichweite mehr garantiert, besonders im Winter (Heizung) und im Hochsommer (Klimaanlage). Zu all dem schweigt das BFE.

Bedenkliches Lithium

Ähnlich wie bei Erdöl und Erdgas wird der CO2-intensive, zerstörerische und menschenrechtlich bedenkliche Abbau und Transport der rund 30 Rohstoffe aus praktisch allen Kontinenten für einen modernen Akku ausgeblendet. Im Zentrum der Kritik steht immer wieder das hochgiftige und nur schwer recycelbare Lithium. Dies ist im Gegensatz zu Silizium immer noch relativ preiswert zu bekommen, da es genügende und noch nicht durchgehend von China kontrollierte Vorkommen gibt.

Etwa 60 % der weltweiten Lithium-Vorkommen stammen aus den Anden auf einer Fläche von 140 000 km in bis zu 6000 m Höhe. In einem der wasserärmsten Gebieten der Erde mit nur 1,5 mm Niederschlägen pro Jahr werden allein in der Atacamawüste/Chile täglich 21,5 Mio. L Grundwasser zur Lithiumförderung heraufgepumpt (s. ET 3/18). Nach dessen Verdunstung bleibt ein Salz übrig, das 6,7 % Lithium enthält. Dieses wird nach seiner Extrahierung mit Baggern auf Lastwagen und dann auf lange, mit alten Dieselloks bespannte Güterzüge verladen. Ziel ist der Hafen in Antofagasta, von wo der begehrte Rohstoff mit schwerölbefeuerten Transportschiffen zu Zellfabriken primär in China und Japan gebracht wird.

Der VW-Konzern plant, Lithium für eine CO2-neutrale Zellfertigung in Deutschland aus Thermalwasser 4 km unter dem Rhein zu gewinnen. Ende 2021 hat VW dazu einen verbindlichen Abnahmevertrag mit der Vulcan-Gruppe unterzeichnet. Die kommerzielle Lieferung von Lithiumhydroxid in Batteriequalität soll 2026 beginnen.

Nicht nur Lithium

Bei anderen der 30 Rohstoffe und seltenen Erden ist das Bild uneinheitlich. Neben Lithium (überwiegend aus Südamerika und Australien) und Kobalt (vor allem aus dem Kongo) stecken in einem Akku u. a. Nickel, Wolfram, Kupfer, Mangan und Kohlenstoff. Der Kobaltanteil in den Akkus wurde in den letzten Jahren deutlich reduziert, was für die Kinder und Jugendlichen im Kongo wohl eher eine gute Nachricht sein dürfte. So wird der Schulbesuch wieder möglich und damit Bildung statt Kinderarbeit sowie weniger tödliche Unfälle in fragwürdigen, da nicht gesicherten Tagesminen. ■

 

 

 

Was erzeugt Energie?

Unter Strom und Energie fallen Themen der Elektrotechnik wie Starkstromtechnik (Energie- und Antriebstechnik) sowie Schwachstromtechnik (Nachrichtentechnik) und Mess- und Automatisierungstechnik.

Auch das Thema Licht ist mit der Lichtsteuerung, Lichtplanung, Beleuchtungskonzepten, Blaulichtgefährdung, Raummanagement-Anwendungen und Strassenbeleuchtung Teil des Bereichs Strom und Energie. Zudem ist E-Mobilität gerade heute mit den verschiedensten Mobilitätskonzepten und Facetten der Stromerzeugung ein immer wichtiger werdendes Thema.

Unter Elektrotechnik und damit Energietechnik sowie Strom fällt aber auch die Gebäude-, Installations- und Verteiltechnik mit Messen, Steuern und Regeln, Gebäudeautomation, Smart Home sowie IoT, ICT, Multimedia, Multimedia und Netzwerktechnik. Zu all diesen Fachgebieten gibt es ausserdem Aus- und Weiterbildungsangebote.