Die Vereinigten Staaten könnten die Kohlenstoffemissionen bei der Stromerzeugung um bis zu 78 Prozent senken, ohne neue Technologien entwickeln oder teure Batterien einsetzen zu müssen, so eine neue Studie. Es gibt jedoch einen Haken. Das Land müsste ein neues nationales Übertragungsnetz aufbauen, damit die Staaten Energie teilen können.
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"Unsere Idee war, wenn wir eine nationale Autobahn für Elektronen hätten, könnten wir den Strom nach Bedarf bewegen und die Wind- und Solaranlagen an den allerbesten Orten platzieren", sagt der Co-Autor der Studie, Alexander MacDonald. der kürzlich als Direktor des NOAA-Labors für Erdsystemforschung in Boulder, Colorado, in den Ruhestand getreten ist.
Vor einigen Jahren war MacDonald neugierig auf die Behauptungen, dass es keine Technologie gibt, mit der die Kohlendioxidemissionen gesenkt werden könnten, ohne die Stromkosten zu verdoppeln oder zu verdreifachen. Als er das Problem untersuchte, stellte er fest, dass die Studien, die hinter den Behauptungen standen, das wechselhafte Wetter des Landes nicht sehr gut berücksichtigten.
Eines der großen Probleme bei Wind- und Sonnenenergie ist, dass ihre Verfügbarkeit vom Wetter abhängt. Solar ist nur an sonnigen Tagen verfügbar, nicht während Stürmen oder nachts. Windkraftanlagen funktionieren nicht, wenn der Wind nicht genug weht - oder wenn es zu viel weht. Aus diesem Grund haben einige Studien argumentiert, dass diese Technologien nur dann rentabel sind, wenn Batterien mit hoher Kapazität zur Verfügung stehen, um Energie aus diesen Quellen zu speichern und zu verwenden, wenn sie nicht funktionieren. Das würde die Stromkosten weit über die heutigen Preise erhöhen.
"Es gibt aber immer irgendwo Wind- und Sonnenenergie", bemerkt MacDonald. Er und seine Kollegen machten sich deshalb daran, ein kohlenstoffarmes Stromerzeugungssystem zu entwickeln, das das Wetter des Landes besser einbezieht und sogar ausnutzt. Ihre Studie erscheint heute in Nature Climate Change .
Ihr Computermodell zeigte, dass die Vereinigten Staaten durch den Umstieg auf Wind- und Sonnenenergie - mit ein wenig Hilfe von Erdgas, Wasserkraft und Atomkraft, wenn das Wetter nicht mitspielt - die CO2-Emissionen gegenüber 1990 um 33 bis 78 Prozent senken könnten, abhängig von den genauen Kosten für erneuerbare Energien und Erdgas. (Je niedriger die Kosten für erneuerbare Energien und je höher die Kosten für Erdgas sind, desto mehr CO2-Einsparungen.) Durch die Beimischung von Kohle wurde der Strom nicht billiger, aber die CO2-Emissionen stiegen um 37 Prozent.
Der Schlüssel für diese Zukunft wäre die Entwicklung eines Systems zur Übertragung von Elektrizität im ganzen Land, damit ein windiger Tag in North Dakota einen wolkigen, ruhigen Tag in New York antreiben kann. Dies würde nicht nur neue Vereinbarungen zwischen Staaten erfordern - Texas hat zum Beispiel ein eigenes Stromnetz -, sondern auch ein Upgrade der Übertragungsleitungen, die Elektronen von einem Ort zum anderen befördern.
In den meisten Gebieten bewegt sich Energie über Hochspannungswechselstromleitungen, aber es gibt Einschränkungen, inwieweit diese Leitungen Energie übertragen können. Durch die Umstellung auf Hochspannungsgleichstrom könnten Energieerzeuger mehr Strom über eine größere Entfernung übertragen. Das bedeutet, dass an den Orten, an denen das größte Potenzial für Wind- und Sonnenenergie besteht, neue Windturbinen und Solarkraftwerke gebaut werden könnten, da die Entfernung von dem Ort, an dem Energie benötigt wird, keine Rolle spielt.
Der Aufbau eines neuen Stromnetzes wäre eine große Aufgabe. Das Computermodell hat jedoch gezeigt, dass es kostengünstig sein kann, da es auf lange Sicht die Verfügbarkeit billigen Stroms zulässt, merkt der Co-Autor der Studie, Christopher Clack, Mathematiker am Genossenschaftlichen Institut für Umweltwissenschaftliche Forschung an der Colorado University-Boulder an .
„Durch den Bau dieser Übertragungsanlagen reduzieren wir die Kosten für die Entfernung des Kohlenstoffs, anstatt ihn zu erhöhen“, sagt er.
Einige Bundesstaaten wie Kalifornien und New York befinden sich bereits auf dem Weg in diese kohlenstoffarme Zukunft, und Vermont hat gerade Pläne für eine Hochspannungs-Gleichstromleitung aus Kanada genehmigt, bemerkt Mark Jacobson, ein Atmosphärenforscher an der Stanford University. Im vergangenen Jahr leitete er eine Studie, die in den Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht wurde und zeigte, wie die USA mit Hilfe der Speichertechnologie ein Stromnetz mit ausschließlich erneuerbaren Energien schaffen können.
"Wir können vorhandene Übertragungswege nutzen", sagt Jacobson, und nur die Leitungen verbessern, die über sie verlaufen. "Sie brauchen nicht so viele neue Wege, wie Sie denken."
Der Ausbau erneuerbarer Energien hätte neben geringeren CO2-Emissionen auch Vorteile wie eine Verringerung der Luftverschmutzung und niedrigere Kosten. "Es gibt wenig Nachteile beim Übergang", sagt er.
Laut MacDonald könnte die Umstellung auf eine kohlenstoffarme Stromerzeugung als Katalysator für geringere Kohlenstoffemissionen in Sektoren wie Heizung und Verkehr zu Hause dienen. „Egal was passiert, du musst zuerst Strom machen“, sagt er und der Rest wird folgen.
