ABC der Energie
A
Der bei der Kraft- oder Wärmeerzeugung oder bei chemischen Prozessen anfallende Anteil an Wärmeenergie, der ungenutzt in die Umwelt entweicht. Bei Kraftwerken und industrieller Produktion werden räumlich konzentriert auftretende große Mengen Abwärme über Kühltürme abgeleitet. Durch Nutzung von Abwärme zu Heizzwecken oder in anderen Industrie-Prozessen könnte ein wesentlicher Beitrag zur Energieversorgung geleistet und die Emission von Schadstoffen reduziert werden.
In einem Aufwindkraftwerk (vereinzelt auch Thermikkraftwerk genannt – englisch SCPP für «Solar Chimney Power Plant») wird Luft von der Sonne erwärmt und steigt in einem Kamin auf. Eine oder mehrere Turbinen erzeugen aus dieser Luftströmung elektrischen Strom.
Die Atmosphäre ist die gasförmige Schicht, die unsere Erdoberfläche umgibt. Sie besteht u.a. aus Stickstoff, Sauerstoff und Treibhausgasen. Die Atmosphäre schützt uns vor Strahlung der Sonne und ermöglicht das Leben auf der Erde. Vielfältige physikalische und chemische Vorgänge in der Atmosphäre steuern das Klima und das Wetter auf der Erde.
Aquifere sind Grundwasserleiter, also natürlich vorkommende, abgeschlossene Gesteinsformationen. Diese führen in bis zu einigen hundert Metern Tiefe Grundwasser. Als Aquiferspeicher werden unterirdische Speicher innerhalb von Gesteinsschichten bezeichnet. Sie speichern saisonale Wärme und Abwärme und sind somit wichtige Treiber für die Energiewende.
B
Biogasanlagen wandeln pflanzliche und tierische Rückstände in Biogas um. Die Rückstände werden zunächst – falls nötig – zerkleinert und in einem Faulbehälter, dem Fermenter, unter Luftabschluss vergoren. Das entstehende Biogas besteht größtenteils aus Methan und zu einem kleinen Teil aus Kohlendioxid. Andere Bestandteile, wie Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff, sind dagegen nur in sehr geringem Maße vorhanden. Das Biogas wird dann sogenannten Blockheizkraftwerken zugeführt, wo es zur Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie verwendet wird.
Blindstrom, auch als «Blindleistung» bezeichnet, ist die elektrische Leistung, die zum Aufbau von magnetischen Feldern (z. B. in Motoren, Transformatoren) oder von elektrischen Feldern (z. B. in Kondensatoren) benötigt wird. Der Blindstrom ist der Anteil des Stroms, der nicht nutzbar ist und als Blindleistung zwischen Verbraucher und Erzeuger pendelt. Dieser Effekt beruht darauf, dass manche Verbraucher im Wechselstromnetz einen höheren Stromverbrauch aufweisen, als sie in einem Gleichstromnetz hätten. Der Fluss von Blindstrom im Netz kann durch die Installation von Kondensatoren zur Blindstromkompensation vermieden werden. Diese fungieren quasi als eine Art Energie-Zisterne. Die Blindleistung pendelt nur noch zwischen der verursachenden Quelle und den Kondensatoren – nicht mehr durch das ganze Verteilernetz. In Unternehmen mit einem hohen Blindstromaufkommen amortisiert sich die Anschaffung einer Blindstromkompensationsanlage meist innerhalb von 1 bis 3 Jahren.
In einem Blockheizkraftwerk wird Strom, Wärme (in Form von Heißwasser oder Dampf) oder Kälte (in Form von Absorptions- oder Adsorptionskälte) produziert. Die Einspeisung von Wärme und Kälte erfolgt in Nah- oder Fernwärmenetze. Die bei der Stromerzeugung entstehende Abwärme wird direkt genutzt, sodass sich ein höherer Gesamtnutzungsgrad ergibt, als bei der getrennten Produktion von Strom und Wärme.
Ein Brennelement ist der Teil eines Kernkraftwerks, der den Kernbrennstoff enthält. In heutigen Leichtwasserreaktoren besteht es aus vielen Brennstäben. Diese enthalten meist Uranoxid in Form kleiner keramischer Brennstofftabletten, sogenannter Pellets. Im Reaktor werden Atomkerne im Brennstoff gespalten. Dabei entsteht Wärme, die zur Stromproduktion genutzt wird.
In der Brennstoffzelle wird über eine chemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff direkt elektrische Energie erzeugt. Die Größe und damit die Leistung von Brennstoffzellen ist sehr variabel, sie können für die elektrische Versorgung von Kleingeräten bis hin zum elektrischen Antrieb von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.
Bruttostromverbrauch bezeichnet die in einer Volkswirtschaft erzeugte oder eingeführte Gesamtstrommenge abzüglich der ausgeführten Energiemenge. Hierbei werden alle Stromerzeugungsquellen berücksichtigt. Im Vergleich zum Nettostromverbrauch sind hier auch der Eigenverbrauch der Stromerzeugungsanlagen, der Pumpstromverbrauch sowie Leistungsverluste enthalten. Synonyme: Gesamtstromverbrauch, Netzbelastung.
C
Eine kaum erprobte Technologie zum Abscheiden und Speichern von CO2 und schon jetzt ein unverzichtbares Puzzleteil der Klimaneutralität. Nur wenn Treibhausgase aus der Luft eliminiert werden können, lassen sich fossil betriebene Prozesse dereinst kompensieren. Eine der ersten CO2-Filteranlagen Europas wird im Zürcher Oberland direkt neben einer Kehrichtverbrennungsanlage, um deren Abwärme für das chemische Verfahren zu nutzen.
Chemische Wasserstoffspeicher werden als neue Medien zur Speicherung und zum Transport von Wasserstoff erforscht. Dabei dienen diese Stoffe nur als Transportmedium und werden nicht verbraucht, sondern im Kreislauf geführt. Chemische Wasserstoffspeicher „beladen“ die energiearme Form des Trägerstoffs in einer chemischen Reaktion mit Energie, z.B. elektrolytisch hergestelltem Wasserstoff. Durch die Anreicherung speichert das Medium dessen chemische Energie und kann dann verlustfrei über große Zeiträume gelagert, mit hoher Energiedichte transportiert und verteilt werden. Am Ort und zur Zeit des Energiebedarfs wird die energiereiche Form unter Freisetzung von Wasserstoff wieder energetisch entladen und zum Ort der Energieerzeugung zurückgebracht. Dort steht sie zur erneuten Energieaufnahme bereit.
Die Schweiz erhebt seit 2008 eine CO2-Abgabe, um den sparsamen Umgang mit fossilen Brennstoffen zu fördern. Ab 2018 beträgt der Abgabesatz 96 Franken pro Tonne CO2. Dies ergibt eine jährliche Abgabesumme von rund 1,2 Mrd. Franken. Ein Drittel der Steuereinnahmen fließt in ein Förderprogramm zur energetischen Sanierung von Gebäuden, zwei Drittel werden gleichmäßig an alle in der Schweiz wohnhaften Personen in Form eines Ökobonus zurück verteilt. Dabei erhält jede Person ungeachtet ihres Energieverbrauchs den gleichen Betrag. Dies begünstigt Haushalte mit niedrigen Einkommen, weil sie im Durchschnitt einen geringeren Energieverbrauch haben als Haushalte mit hohen Einkommen. Die Einnahmen aus der CO2-Abgabe, die von der Wirtschaft entrichtet wurden, werden entsprechend der Lohnsumme der Unternehmen zurück verteilt.
D
Der wissenschaftliche Begriff, um den anthropogenen Einfluss auf den Treibhauseffekt zu stoppen. Hierzu braucht es CO2-freie oder klimaneutrale Alternativen für fossile Energieträger in sämtlichen Konsum- und Produktionsbereichen. Eine davon ist elektrische Energie: Im Individualverkehr soll der Elektromotor den Benzin- oder Dieselantrieb ersetzen. Und im Gebäudebereich soll Strom vermehrt emissionsarme Wärmepumpen antreiben. Eine Elektrifizierung mit der Dekarbonisierung gleichzusetzen, ist jedoch trügerisch: Nur die Herkunft bestimmt, ob die elektrische Energie effektiv als klimaneutral oder CO2-frei betrachtet werden kann. Um eine Dekarbonisierung auch in Industrieprozessen respektive im Flug- und Schiffsverkehr voranzubringen, sind noch keine einheitlichen Umsetzungsvarianten in Sicht. Anwendungstests mit Wasserstoff werden jedoch in der Schweiz und in Deutschland bereits durchgeführt.
Wärme kann dezentral erzeugt werden, das heißt in Anlagen, die sich in den jeweiligen Gebäuden befinden. Die Wärmeerzeugung findet dann direkt vor Ort statt, durch einen Heizkessel im Keller oder durch eine Etagenheizung mit Gas in einer Mietswohnung (Nahwärme). Fernwärme hingegen wird in zentralen Anlagen gewonnen und über Rohre in die jeweiligen Gebäude geleitet. Sie wird direkt zum Kunden geliefert, ist komfortabel und spart Platz, da kein Heizkessel, Brenner oder Schornstein benötigt wird.
Dieselkraftstoff ist ein fossiler Kraftstoff für Dieselmotoren, der aus mittelschweren Bestandteilen der Rohölverarbeitung («Mitteldestillat») stammt. Er kann auch Anteile synthetischen Diesels aus Erdgas (Gas-to-Liquids) enthalten.
Industrielles Verfahren zur großtechnischen Abscheidung von atmosphärischem CO2 – erfüllt zwei Aufgaben: (1) Als CO2-Quelle für die Herstellung kohlenstoffneutraler Kohlenwasserstoffbrennstoffe, welche die Umwandlung kohlenstofffreier Energie in Kraftstoffe mit hoher Energiedichte ermöglicht. So können beispielsweise Solarbrennstoffe an hochisolierten Low-Cost-Standorten aus DAC-CO2 und elektrolytischem Wasserstoff mittels Gas-to-Liquids-Technologie hergestellt werden, welche die Dekarbonisierung von schwer zu elektrifizierenden Sektoren wie der Luftfahrt ermöglicht. (2) Ermöglicht DAC mit CO2-Sequestrierung die Entfernung von Kohlenstoff.
Ein Druckwasserreaktor ist ein Kernreaktortyp, bei dem Wasser im Reaktor unter hohem Druck erhitzt wird, ohne zu sieden. Dieses Wasser zirkuliert im Primärkreislauf und gibt seine Wärme in einem Dampferzeuger an einen zweiten Wasserkreislauf ab. Dort entsteht Dampf, der eine Turbine antreibt und über einen Generator Strom erzeugt. Der radioaktive Primärkreislauf bleibt dabei vom Turbinenkreislauf getrennt. Druckwasserreaktoren gehören zu den Leichtwasserreaktoren, weil normales Wasser zugleich als Kühlmittel und zur Regelung der Neutronen im Reaktor verwendet wird. In der Schweiz sind Beznau 1, Beznau 2 und Gösgen Druckwasserreaktoren. Leibstadt ist dagegen ein Siedewasserreaktor.
E
In der Elektrifizierung des Individualverkehrs liegt ein wichtiger Schlüssel zum Erreichen der Klimaziele. Da aus den Ladesäulen ausschließlich grüner Strom fließt, zum Beispiel aus Windenergie, bewegen wir Elektrofahrzeuge vollständig emissionsfrei. Mit diesem sauberen Treibstoff kann die Elektromobilität ihren Umweltnutzen voll entfalten.
Stammen aus Klimaschutzprojekten im In- und Ausland und sind ein beglaubigter Nachweis, wie viele Treibhausgasemissionen eingespart worden sind. Staaten und private Unternehmen kaufen solche Zertifikate, um eigene Emissionen dadurch eins-zu-eins zu kompensieren oder zu neutralisieren. In der Automobilbranche sind die Emissionszertifikate des US-amerikanischen Elektroautoherstellers Tesla derzeit besonders begehrt. Die Schweiz hat solche Zertifikate im Umfang von etwa zwei Millionen Tonnen CO2 pro Jahr vor allem in Asien und Südamerika erworben. Die Europäische Union organisiert eine internationale Handelsbörse, an die sich die Schweiz letztes Jahr anschloss. Für energieintensive Unternehmen ist die Teilnahme am Handelssystem obligatorisch; im Gegenzug sind sie von der inländischen CO2-Abgabe befreit.
Die Endenergie ist die Energie, die zum Beispiel in Form von Fernwärme, Gas oder Strom in ein Gebäude oder in eine Liegenschaft geführt wird. Im nächsten Schritt wird daraus durch Umwandlung oder Verteilung Nutzenergie gewonnen.
Die Gebäudesanierung ist ein zentraler Baustein der Energiewende. Durch eine energetische Sanierung wird nicht nur Energie und Geld gespart, sondern auch erheblich zum Klimaschutz beigetragen. Um den Energieverbrauch langfristig zu senken, spielen Dämmung, Dach, Fassade, aber auch Fenster und die Art der Heizungsanlagen eine wichtige Rolle. Der energieeffiziente Neubau und auch die energetische Sanierung von Bestandsgebäuden wird über Förderprogramme gefördert.
Eine gesteigerte Energieeffizienz durch z.B. verbesserte Kraftwerkstechnologien, kann den Einsatz von Energieträgern wie Kohle verringern und somit als ein Baustein der Energiewende fungieren. Denn mehr Energieeffizienz bedeutet weniger Energieverbrauch. Privathaushalte und Unternehmen zahlen dann geringere Energiekosten. Zudem wird zum Klimaschutz beigetragen.
Die zentrale Kenngröße für den Klimawandel. Beschreibt den Anstieg der Durchschnittstemperatur auf der Erde. Wissenschaftler/innen sagen eine Erderwärmung im Vergleich zur vorindustriellen Zeit von mindestens 1,8 Grad Celsius bis maximal 4,0 Grad Celsius bis zum Jahr 2100 voraus. Diese Werte sind als globale Mittelwerte zu verstehen, die sich regional stark unterscheiden werden. Beispielsweise werden sich einige Kontinente deutlich stärker erwärmen als andere.
Erneuerbare Wärme ist die thermische Energie, die durch erneuerbare Energien wie Geothermie oder Solarthermie gewonnen wird und für das Heizen, Kühlen und die Warmwasserbereitung genutzt wird. Die Transformation der Wärmeversorgung von fossilen Energieträgern auf erneuerbare Energien wird als Wärmewende bezeichnet.
Unter Extremwetterereignissen versteht man besonders stark ausgeprägte (zum Teil plötzlich auftretende) Wetterphänomene wie starker Regen, schwere Gewitter, Orkane und Tornados aber auch extreme Trockenheit und Dürre. Wissenschaftler/innen gehen davon aus, dass die Häufigkeit und Intensität von Extremwetterereignissen im Zuge des Klimawandels ansteigt. Auch könnten sich ihre Eintrittswahrscheinlichkeiten im Jahresgang mit dem Klimawandel zeitlich verschieben.
F
Feinstaub sind feine Teilchen in der Luft, die durch das Verbrennen von fossilen Brennstoffen entstehen. Diese Partikel entstehen vor allem durch Verbrennungsmotoren oder beim Heizen. Das heizt wiederum die Klimakrise direkt an und hat Einfluss auf unsere Gesundheit. Es gibt Grenzwerte für die Feinstaubbelastung, die vor allem in den großen Städten immer wieder überschritten werden. Feinstaub gelangt beim Einatmen bis tief in die Lunge. Die Stoffe sind krebserregend und teilweise hochgiftig, denn in den kleinen Partikeln befinden sich u.a. auch Schwermetalle wie Arsen, Blei, Kadmium oder Quecksilber.
Als Fernkälte wird die zentralisierte Versorgung des Verbrauchers mit Kälte durch ein Rohrleitungssystem bezeichnet. Durch effiziente Fernkältemaschinen kann perspektivisch Erneuerbarer Strom in Kälte umgewandelt werden (Power-to-Kälte), um die Stromnetze zu entlasten und so eine Abregelung von Windkraftanlagen zu vermeiden.
Als Fernwärme wird die zentrale Versorgung von Gebäuden und Wohnquartieren mit thermischer Energie bezeichnet, die für Raumwärme (Heizung) und Warmwasser genutzt wird. Fernwärme wird größtenteils in zentralen Erzeugungsanlagen gewonnen und als heißes Wasser oder Dampf über isolierte, größtenteils unterirdische Rohrleitungen zu den angeschlossenen Gebäuden transportiert. Die Wärme kann hier sofort genutzt werden. Fernwärme gilt als eine der effizientesten Formen der Energieversorgung.
Ein Flüssigsalzreaktor ist ein Kernreaktor, bei dem geschmolzene Salze eine zentrale Rolle spielen. Je nach Bauart dienen sie als Kühlmittel oder enthalten zusätzlich den Kernbrennstoff in gelöster Form. Häufig werden Fluorid- oder Chloridsalze verwendet. Die Salze bleiben bei hohen Temperaturen flüssig und ermöglichen den Betrieb bei vergleichsweise niedrigem Druck. Flüssigsalzreaktoren zählen zu den fortgeschrittenen Reaktorkonzepten. In der Schweiz ist kein Flüssigsalzreaktor in Betrieb. Das Paul-Scherrer-Institut PSI plant jedoch im Projekt BALDER zusammen mit dem dänischen Unternehmen Copenhagen Atomics, am Standort Villigen einen Flüssigsalz-Testreaktor beziehungsweise ein Kritikalitätsexperiment zu testen.
Fossile Energie, auch konventionelle Energie genannt, wird aus fossilen Brennstoffen, wie Braunkohle, Steinkohle, Torf, Erdgas oder Erdöl gewonnen, Die kohlenstoffhaltigen Energieträger, welche in über Jahrmillionen dauernde Prozessen entstanden sind, tragen heute rund 90 Prozent zur weltweiten Energieversorgung bei. Bei der Verbrennung der fossilen Energienträger wird Kohlenstoffdioxid (CO2) freigesetzt und in die Atmosphäre abgegeben. Dies führt zur Veränderung der Zusammensetzung der Atmosphäre und erfordert deshalb dringend die auf eine Emissionsreduktion zielenden Maßnahmen der Klimapolitik. Zu den konventionellen Energien zählt auch die Kernenergie, die radioaktive Abfälle produziert und deshalb auch nicht als „sauber“ angesehen wird.
G
Bei einer Gas- und Dampfturbinenanlage (GuD) handelt es sich um ein Kraftwerk, in welchem die Abwärme eines Gasturbinenkraftwerkes in einem Dampfkraftwerk genutzt wird. Es gehört zu den effizientesten Kraftwerken zur Energiezeugung aus fossilen Brennstoffen.
Gilt als Vorbild für den staatlich verordneten Klimaschutz. Die Emissionen sanken in den letzten 30 Jahren von 16 auf rund 11 Tonnen CO2 pro Jahr, was einer Reduktion um über 30 % entspricht. Dies ist das Resultat von mehr Energieeffizienz im Neubau und der starken Zunahme von CO2-armen Heizsystemen – trotz gleichzeitigem Wachstum der Energiebezugsfläche um fast 50 %. Diesem Erfolg ist jedoch entgegenzuhalten, dass Erstellen und Sanieren von Gebäuden seinerseits Treibhausgase verursachen (siehe Bauen, das;), obwohl deren Gesamtmenge bislang nicht als solche bilanziert werden muss – mit Ausnahme der Vorgaben für ein 2000-Watt-gerechtes Bauen (siehe Watt, das).
Unter der Erdoberfläche befindet sich eine für den Menschen unerschöpfliche Energiequelle, die Erdwärme. Je tiefer unter der Erde, desto höher die Temperatur. Die Erdwärme lässt sich durch unterschiedliche Verfahren zur Energiegewinnung nutzen. Bei der oberflächennahen Geothermie (bis zu 400 Meter tief) werden oftmals Wärmepumpen eingesetzt. Hier wird Bodenwärme über Wasser erschlossen, weiter erwärmt und in einem Pufferspeicher gespeichert. Die Wärme kann zum Heizen oder zur Warmwasseraufbereitung genutzt werden.
Unter dem Begriff «Grüne Wärme» versteht man die Produktion von Wärme durch die Verbrennung von beispielsweise Biogas. Die «Grüne Wärme» zählt somit zu einer klimafreundlichen Form der Fernwärmeversorgung.
H
Ein messbarer Hinweis, dass sich Städtebau und Architektur stärker mit dem Kühlen von Gebäuden auseinandersetzen müssen. Denn trotz erfolgreicher Anstrengungen, den CO2-Ausstoss beim Heizen zu senken, wird der Klimawandel das Anforderungsprofil an die Raumklimatisierung verändern. Erwartet wird, dass der Heizwärmebedarf konstant bleibt oder eher zurückgeht. Demgegenüber steigt der Klimakältebedarf deutlich, um die prognostizierte Zunahme der Aussentemperaturen auszugleichen. Neubauten und Gebäudeerneuerungen geraten bereits für die kommende Nutzungsperspektive von 30 bis 40 Jahren unter zusätzlichen Anpassungsdruck.
I
Der Import von CO2-Emissionen versteckt sich in jeder – individuellen oder territorialen – Treibhausgasbilanz. Gemäss Analysen des Bundes sind zu jeder im Inland ausgestossenen Tonne CO2 zwei weitere im Ausland hinzuzuzählen. Etwas vorsichtiger ist die Schätzung der 2000-Watt-Methode: Zur Nettobilanz von einer direkt verursachten Menge an Treibhausgasemissionen kommt ein halber Anteil indirekter bzw. importierter Emissionen dazu. Was sich hinter einer versteckten Emission verbirgt, enthüllt der sogenannte Treibhausgas-Fussabdruck von importierten Produkten, Gütern oder immateriellen Dienstleistungen, die in der Schweiz konsumiert werden. Dazu zählen alle klimarelevanten Prozesse in der Herstellungs- und Lieferkette von Nahrungsmitteln, Textilien, Baustoffen, Energieträgern oder auch bei einem Online-Click. Die Schweiz steht mit ihrem CO2-Fussabdruck weltweit an 14. Stelle und in Europa auf dem dritten Platz.
J
Das Mass dafür, aus wie wenig Strom wie viel Wärme eine Wärmepumpe bereitstellen kann. Das aktuell meistverkaufte Heizsystem der Schweiz sind Luftwärmepumpen mit durchschnittlicher Jahresarbeitszahl (JAZ) zwischen 2,5 und 3. Die JAZ-Formel berechnet das Verhältnis zwischen Wärmeertrag aus Erdreich, Grundwasser oder Aussenluft und dem Stromverbrauch für den Wärmepumpenantrieb. Eine JAZ bis 2 weckt Zweifel, ob die Wärmelieferung als gewinnbringend zu betrachten ist; hocheffiziente Anlagen erreichen dagegen 5. Der JAZ-Wert lässt sich positiv beeinflussen, wenn unter anderem die Temperaturdifferenz zwischen Umweltwärme und Heizwärme möglichst gering ausfällt. Was auch noch zu beachten ist: Die Herkunft des Stroms, der für den Betrieb einer Wärmepumpe erforderlich ist, prägt seinerseits die spezifische CO2-Bilanz.
K
Ein Kernkraftwerk erzeugt Strom aus Wärme, die bei der Spaltung von Atomkernen entsteht. Im Reaktor wird durch Kernspaltung Wärme freigesetzt. Diese Wärme erhitzt Wasser und erzeugt Dampf. Der Dampf treibt eine Turbine an, die mit einem Generator verbunden ist und elektrischen Strom erzeugt. Je nach Reaktortyp geschieht dies über einen oder mehrere Wasserkreisläufe. In der Schweiz sind die Kernkraftwerke Beznau 1, Beznau 2, Gösgen und Leibstadt in Betrieb. Mühleberg wurde 2019 abgeschaltet und wird zurückgebaut. Bestehende Kernkraftwerke dürfen in der Schweiz so lange betrieben werden, wie sie sicher sind. Ob diese Voraussetzung erfüllt ist, beurteilt das Eidgenössische Nuklearsicherheitsinspektorat ENSI. Seit 2018 werden keine neuen Kernkraftwerke mehr bewilligt.
Ein Kernreaktor ist der technische Teil eines Kernkraftwerks, in dem die Kernspaltung stattfindet. Dabei werden Atomkerne im Brennstoff gespalten. Die freigesetzte Energie entsteht vor allem als Wärme. Diese Wärme wird durch ein Kühlmittel, meist Wasser, aus dem Reaktor abgeführt und zur Stromproduktion genutzt. In einem Kernkraftwerk treibt der daraus erzeugte Dampf eine Turbine und einen Generator an.
Kernspaltung ist ein physikalischer Prozess, bei dem ein schwerer Atomkern in kleinere Atomkerne zerfällt. In Kernkraftwerken wird dafür meist Uran-235 verwendet. Trifft ein Neutron auf einen Uran-235-Kern, kann dieser gespalten werden. Dabei entstehen Spaltprodukte, weitere Neutronen und Energie, die vor allem als Wärme freigesetzt wird. Diese Wärme wird in einem Kernkraftwerk zur Stromproduktion genutzt.
Kilowatt (kW) beschreibt die Leistung, also wie viel Energie ein Gerät in einem bestimmten Moment benötigt oder erzeugt. Kilowattstunde (kWh) hingegen steht für die Energiemenge, die über eine gewisse Zeit verbraucht oder produziert wird. Ein einfaches Beispiel: Läuft ein Gerät mit einer Leistung von 1 kW während einer Stunde, ergibt das einen Energieverbrauch von 1 kWh. Kurz gesagt: kW ist die momentane Leistung, kWh die gesamte verbrauchte Energie.
Klima ist der mittlere Zustand der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum (meist 30 Jahre = Klimanormalperiode). Das Klima wird beschrieben durch Mittelwerte, Häufigkeiten oder Extremwerte. Kenngrößen sind u.a. Durchschnittstemperaturen, durchschnittliche Niederschlagsmengen, Hauptwindrichtungen oder durchschnittliche Sonneneinstrahlung.
Bereits heute wissen wir, dass wir nicht alle negativen Folgen des Klimawandels durch Klimaschutzmaßnahmen verhindern können. Grund dafür ist die „Trägheit“ des Klimasystems auf Grund der langen Verweildauer von Treibhausgasemissionen in der Atmosphäre. Klimaanpassung umfasst daher alle Maßnahmen und Aktivitäten, um die Gesellschaft/eine Region/ein Unternehmen auf die Auswirkungen des Klimawandels vorzubereiten und so gut es geht vor den negativen Folgen zu schützen, sowie Chancen zu nutzen.
Computergestützte Modelle bestehend aus mathematischen und physikalischen Formeln zur Vorhersage der Entwicklung des Klimas. Ziel von Klimamodellen ist es, verlässliche Abschätzungen zu den zukünftigen Veränderungen des Klimas in Form von Wahrscheinlichkeiten treffen zu können. In Klimamodellen werden hochkomplexe Prozesse im Klimasystem der Erde vereinfacht dargestellt. Klimamodelle stellen das wichtigste Werkzeug in der Klimaforschung dar. Aus Klimamodellen lassen sich sogenannte Klimaszenarien ableiten, indem unterschiedliche Eingangswerte für menschliche Einflussfaktoren (z.B. Ausstoß von CO2) angenommen werden und mit den Modellen ausgerechnet wird, welche Entwicklung unter den gewählten Prämissen zu erwarten ist.
Immer mehr Kommunen, Destinationen oder Unternehmen setzen sich das Ziel, klimaneutral werden. Eine Reise ist dann klimaneutral, wenn der Ausstoß der klimaschädlichen Emissionen (u.a. bei An- und Abreise, Unterkunft, Verpflegung, Aktivitäten in der Destination) auf ein absolutes Minimum reduziert wird und alle unvermeidbaren Emissionen durch Maßnahmen zum Klimaschutz an anderer Stelle kompensiert werden.
Unter Klimaschutz versteht man alle Maßnahmen und Aktivitäten um die globale Erderwärmung auf ein Minimum zu reduzieren. Die meisten Maßnahmen zum Klimaschutz haben eine Verringerung des Ausstoßes von Treibhausgasemissionen (vor allem CO2) zum Ziel, um den menschengemachten Beitrag zum Klimawandel zu verringern bzw. zu stoppen. Weitere Klimaschutzmaßnahmen versuchen vorhandenes CO2 zu binden (z.B. durch die Aufforstung von Wäldern oder die Renaturierung von Mooren).
Das häufigste Treibhausgas. Es entsteht in der Schweiz aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Heizöl und Erdgas, sowie von fossilen Treibstoffen wie Benzin, Diesel oder Gas. Weitere CO2-Quellen sind die Kehrichtverbrennung und die Zementherstellung. Im Treibhausgasinventar der Schweiz nehmen die CO2-Emissionen einen Anteil von 80 % ein. Die übrigen 20 % sind ihrerseits klimaschädliche, flüchtige Verbindungen wie Methan (10 %; aus Landwirtschaft), Lachgas (7 %; aus Industrie und Landwirtschaft) und FCKWs (3%; Kühlmittel). Weil sie langlebiger als Kohlendioxid sind, ist deren Treibhauseffekt um ein Mehrfaches – zwischen 30 bis 300 Mal – höher.
Ein Kühlturm ist eine Anlage, die erwärmtes Kühlwasser wieder abkühlt. In einem Kernkraftwerk wird nach der Turbine der Dampf im Kondensator abgekühlt und wieder zu Wasser. Die dabei aufgenommene Wärme wird über einen separaten Kühlkreislauf zum Kühlturm geführt. Dort wird das warme Wasser verrieselt und gibt Wärme an den aufsteigenden Luftstrom ab. Ein Teil des Wassers verdunstet. Dadurch wird der übrige Teil des Wassers abgekühlt und kann erneut zur Kühlung verwendet werden. Die sichtbare Fahne über einem Kühlturm besteht überwiegend aus feinen Wassertröpfchen. Sie ist kein Rauch aus einer Verbrennung. Kühltürme sind nicht nur bei Kernkraftwerken möglich, sondern auch bei anderen thermischen Kraftwerken. In der Schweiz verfügen unter anderem Gösgen und Leibstadt über grosse Kühltürme.
L
Ein Leichtwasserreaktor ist ein Kernreaktor, bei dem normales Wasser verwendet wird. Dieses Wasser dient als Kühlmittel und als Moderator. Als Kühlmittel nimmt es die im Reaktor entstehende Wärme auf. Als Moderator bremst es Neutronen ab, damit die Kernspaltung kontrolliert ablaufen kann. Zu den Leichtwasserreaktoren gehören Druckwasserreaktoren und Siedewasserreaktoren. Die Schweizer Kernkraftwerke Beznau 1, Beznau 2, Gösgen und Leibstadt sind Leichtwasserreaktoren. Beznau und Gösgen sind Druckwasserreaktoren, Leibstadt ist ein Siedewasserreaktor.
Setzt bei natürlichen Prozessen an, um den CO2-Gehalt der Luft aktiv zu reduzieren. Dazu wird die Biosphäre als Klimasenke benutzt. So verpflichten sich immer mehr private und öffentliche Waldbesitzer, die Holzmenge in den bewirtschafteten Flächen anzureichern. Im Gegenzug erhoffen sie sich daraus finanzielle Einnahmen, weil die Vorratshaltung handelbare Emissionszertifikate generiert. Eine weitere Möglichkeit, mehr CO2 in der Natur zu speichern, hat die Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL evaluiert: In geschützten Moorbiotopen liesse sich vielorganischer Kohlenstoff binden, wenn die teilweise trocken gelegten Torfböden revitalisiert und wieder vernässt würden.
M
Entsteht infolge des Klimawandels. Die wärmer werdende Atmosphäre gibt Energie an das Wasser der Meere und Ozeane ab. Dadurch erwärmt sich das Wasser, dehnt sich aus und der Meeresspiegel steigt. Durch das Abschmelzen der Eisschilde an Nord- und Südpol wird der Meeresspiegelanstieg verstärkt. Wissenschaftler/innen sagen für die kommenden 100 Jahre einen Meeresspiegelanstieg an unseren Küsten von rund einem Meter voraus.
Ein Meereswärmekraftwerk gewinnt elektrische Energie aus dem Temperaturunterschied zwischen kalten und warmen Wassermassen in unterschiedlichen Tiefen der Meere. International gebräuchlich für diese Art der Erneuerbaren Energie ist die Abkürzung «OTEC» (englisch Ocean Thermal Energy Conversion – auch «ozeanothermisches Gradient-Kraftwerk»). Das Wasser an der Oberfläche der Ozeane besitzt eine höhere Temperatur als das Wasser in tieferen Schichten. Dieses thermale Gefälle (thermaler Gradient) macht sich das Meereswärmekraftwerk zu Nutze. Wenn der Unterschied zwischen den oberen (0–50 m) und den unteren Schichten (ab 600–1000 m) des Wassers mehr als 20 °C beträgt, kann ein Kreislauf in Gang gesetzt werden, der in der Lage ist, Energie, beispielsweise an einen Generator, abzugeben.
Fluch und Segen für die Kreislaufwirtschaft und die Energieversorgung. Mit dem Verbrennen von jährlich rund 4 Millionen Siedlungsabfällen werden Stoffressourcen vernichtet, aber zugleich Strom und Wärme für Stadtquartiere produziert. Eine Kehrseite dieser Medaille bleibt: Kehrichtverbrennungsanlagen (KVA) gehören zu den grössten Emittenten von Treibhausgasen in der Schweiz. Für die Gewichtung dieser CO2-Emissionen gilt allerdings: Die Hälfte der verbrannten Siedlungsabfälle ist biogener Herkunft, weshalb daraus erzeugte Treibhausgase als klimaneutral taxiert werden. Die andere Hälfte wird aber nicht der Wärmenutzung, sondern der Müllverbrennung angerechnet. Dessen ungeachtet sollen technische Lösungen eine KVA vollständig auf Netto-Null-Niveau bringen, etwa mithilfe von CO2-Adsorptionstechnologien.
N
Bei der Versorgung mit Wärme in einem kleinen Gebiet um die jeweilige Erzeugungsanlage herum wird von Nahwärme gesprochen.
Netto-Null strebt die Klimastrategie des Bundesrats für 2050 an. Die Stadt Zürich will «Netto-Null» bis 2040 erreichen. Die Klimastreikbewegung fordert dagegen Netto-Null ab 2030. Doch nicht nur die zeitliche Perspektive ist unterschiedlich, auch Bilanzierung und Definition des Netto-Null-Konzepts, das meistens als Synonym für klimaneutral verwendet wird, sind nicht einheitlich geregelt. Der Bund will im Einklang mit der Energiestrategie 2050 so 90 % der inländischen CO2-Emissionen einsparen und den Rest natürlich oder technisch neutralisieren. Der Stadtzürcher Klimaplan sieht derweil vor, auch einen Teil der indirekten CO2-Emissionen verbindlich zu reduzieren. Eine Klärung des Klimaneutralitätskonzepts ist auf Stufe EU in Vorbereitung.
O
Die Obergrenze im Emissionshandelssystem der EU startete bei zwei Milliarden CO2-Zertifikaten. So viele wurden 2013 an Betreiber von Kraftwerken, Fabriken und weiteren Treibhausgase verursachenden Anlagen verteilt. Seither wird die Obergrenze jedes Jahr um fast 40 Millionen reduziert. Ab 2021 erhöht die EU die Reduktionsrate und will jährlich 2,2 % der Emissionsrechte aus dem Verkehr ziehen. Zwischen 2017 und heute stieg der Handelsumsatz von 23 auf 182 Milliarden Euro. Nicht nur die Anzahl der gehandelten CO2-Zertifikate, sondern auch deren Preise nahmen zu, von anfänglich unter 10 auf inzwischen 50 Euro. Für die CO2-Emissionen der Luftfahrt wird ein eigenes Handelssystem organisiert.
Ein Ökosystem beschreibt das Zusammenspiel aus Lebensgemeinschaften (Pflanzen, Tiere, Menschen, weitere Organismen) und ihrer physischen Umwelt (Wasser, Erde, Gesteine, Klima). Lebensgemeinschaften und Lebensräume stehen in einer komplexen Wechselwirkung. Durch den schnell voranschreitenden Klimawandel geraten vielerorts Ökosysteme aus dem Gleichgewicht.
Die meisten kennen Ozon als schützende Schicht in der Stratosphäre, die ultraviolette Strahlung abhält und uns somit vor Krankheiten wie Hautkrebs schützt. Die Ozon-Schicht wurde von uns Menschen stark beschädigt. Doch durch ein Verbot von FCKW – also Fluorchlorkohlenwasserstoffen – konnte die Menschheit das Schwinden der Ozonschicht stoppen. Das ist ein gutes Beispiel dafür, dass der Mensch die Möglichkeit hat, selbstgeschaffene Probleme (wie eben auch die Klimakrise) durch ein neues Regelwerk in den Griff zu bekommen. Es gibt aber auch bodennahes Ozon. Was die wenigsten wissen: Seit Beginn des Industriezeitalters hat sich dieses Ozon nach CO₂ und Methan zum dritthäufigsten Klimagas entwickelt. Das bodennahe Ozon wird u.a. durch Autoabgase freigesetzt und ist als sogenannter «Sommersmog» bekannt. Bei hohen Konzentrationen hat das eine sehr schädliche Wirkung für Augen und Atemwege.
P
Im Pariser Klimaabkommen haben sich 195 Länder auf drei übergeordnete Ziele verständigt: 1. Gemeinsam soll die globale Erderwärmung bis 2100 auf deutlich unter 2°C (möglichst 1,5 °C) im Vergleich zur vorindustriellen Zeit begrenzt werden, 2. die Fähigkeit zur Anpassung an den Klimawandel soll gestärkt werden und 3. Finanzmittelflüsse sollen mit Klimazielen in Einklang gebracht werden. Das rechtsverbindliche Abkommen wurde im Dezember 2015 im Rahmen der Pariser Klimakonferenz (COP21) von 195 Ländern unterschrieben. Zur Einhaltung des Pariser Klimaabkommens müssen laut Weltklimarat (IPCC) bis zur Hälfte des Jahrhunderts (2050) alle klimaschädlichen Emissionen auf null reduziert werden. Das Abkommen wurde 2016 von der EU ratifiziert.
Permafrostböden tauen durch die globale Erwärmung auf. Ähnlich wie in Mooren, sind in Permafrostböden enorme Mengen an klimaschädlichen Gasen gespeichert. Den überwiegenden Teil der gespeicherten Gase macht Methan aus. Und genau da liegt das große Problem: Wenn die Permafrostböden in Skandinavien und Sibirien auftauen, werden riesige Mengen an Methan freigesetzt. Das ist fatal, denn Methan ist in etwa 28-mal klimaschädlicher als CO₂.
Ein natürlicher Umwandlungsprozess, bei dem Kohlendioxid aufgespalten wird. In einer langen Kette von chemischen Reaktionen entstehen daraus Sauerstoff und Kohlehydrate. Pflanzen nutzen Sonnenlicht, CO2 und die Photosynthese, insofern für das eigene Wachstum. Allerdings sind die Reaktionsketten sehr energieintensiv, nur ein Hundertstel der gewonnenen Energie wird gespeichert. Die Photosynthese künstlich zur Energiegewinnung nachzuahmen, lohnt deshalb sich nicht. Im Vergleich dazu liegt die Ertragsquote der Photovoltaik deutlich höher, bei 20 %. Dennoch arbeiten Forscher daran, nicht nur CO2 einzufangen, sondern dieses analog einer Photosynthese mithilfe von künstlichen «Halbleiter-Blättern» aufzuspalten und in Brennstoffe umzuwandeln.
Die direkte Umwandlung von Strahlungsenergie, vornehmlich Sonnenenergie, in elektrische Energie. Seit 1958 zur Energieversorgung der meisten Raumflugkörper mit Solarzellen im Einsatz. Inzwischen wird sie auch auf der Erde zur Stromerzeugung eingesetzt und findet Anwendung auf Dachflächen, bei Parkscheinautomaten, in Taschenrechnern, an Schallschutzwänden oder auf Freiflächen. Der Name setzt sich aus den Bestandteilen Photos – das griechische Wort für Licht – und Volta – nach Alessandro Volta, einem Pionier der Elektrotechnik – zusammen. Die Photovoltaik gilt als Teilbereich der umfassenderen Solartechnik, die auch andere technische Nutzungen der Sonnenenergie einschließt.
Q
Quellen, welche Kohlendioxid erzeugen und in die Erdatmosphäre ausstossen, können biogener, geogener und anthropogener Herkunft sein. Biogen meint organisches Material an Land, im Boden und im Meer, wobei CO2 durch die Zellatmung entsteht. Über 95 % der Treibhausgasemissionen sind natürlichen Ursprungs. Mehr Kohlendioxid als derzeit in der Atmosphäre befindet sich in Permafrostböden von Hochgebirgs- und Polarregionen. Tauen diese Böden auf, setzt sich geogenes (das heisst nicht pflanzlich oder tierisch gebundenes) CO2 frei. Der Mensch aktiviert weitere geogene CO2-Quellen, wie zum Beispiel bei der Zementherstellung, respektive der Verarbeitung von Kalkstein. Das Verbrennen von Erdöl, Kohle und Gas gehört derweil zu den hauptsächlichen, anthropogenen Quellen. Dies verursacht zwar nur einen Zwanzigstel der Gesamtemissionen, aber erhöht den CO2-Gehalt in der Erdatmosphäre von 280 auf derzeit über 410 ppm. Die Zunahme zeigt, wie sehr die Pufferkapazitäten der natürlichen CO2-Senken, wie Wälder oder Ozeane, überfordert sind.
R
Radioaktive Abfälle enthalten radioaktive Stoffe und entstehen in der Schweiz bei der Stromproduktion in Kernkraftwerken sowie in Medizin, Industrie und Forschung. Sie werden nach Aktivität und Wärmeentwicklung unterschieden. Schwach- und mittelaktive Abfälle stammen zum Beispiel aus Betrieb, Unterhalt und Stilllegung von Kernanlagen sowie aus medizinischen oder industriellen Anwendungen. Hochaktive Abfälle umfassen insbesondere abgebrannte Brennelemente aus Kernkraftwerken.
Reaktoren der Generation I sind frühe Kernkraftwerke aus den 1950er- und 1960er-Jahren. Sie dienten vor allem dazu, die Stromproduktion mit Kernspaltung im grossen Massstab zu erproben. Viele Anlagen hatten noch Prototypcharakter und waren technisch weniger standardisiert als spätere kommerzielle Reaktoren.
Reaktoren der Generation II sind kommerzielle Kernkraftwerke, die vor allem ab den 1960er- und 1970er-Jahren entwickelt und gebaut wurden. Sie folgten auf die frühen Prototypen der Generation I und prägten den weltweiten Ausbau der Kernenergie. Zu dieser Generation gehören unter anderem ältere Druckwasserreaktoren und Siedewasserreaktoren. Generation-II-Reaktoren verwenden häufig angereichertes Uran als Brennstoff und werden meist mit Wasser gekühlt und moderiert. Viele heute betriebene Kernkraftwerke weltweit beruhen auf Reaktordesigns dieser Generation. Auch die bestehenden Kernkraftwerke in der Schweiz basieren im Grundsatz auf Reaktordesigns der Generation II. Sie wurden seit ihrer Inbetriebnahme laufend nachgerüstet und unterliegen regelmässigen Sicherheitsüberprüfungen. Deshalb ist ihr heutiger sicherheitstechnischer Zustand nicht mit dem ursprünglichen Zustand bei der Inbetriebnahme gleichzusetzen.
Reaktoren der Generation III und III+ sind weiterentwickelte Kernkraftwerke, die auf Reaktoren der Generation II aufbauen. Sie beruhen meist auf bekannten Reaktortypen wie Druckwasser- oder Siedewasserreaktoren, verfügen aber über stärker standardisierte Anlagenkonzepte, längere Auslegungsbetriebsdauern und weiterentwickelte Sicherheitssysteme. Generation III+ bezeichnet meist zusätzliche evolutionäre Verbesserungen innerhalb dieser Reaktorfamilie. Zu den Merkmalen vieler Generation-III/III+-Reaktoren gehören passive Sicherheitssysteme. Diese nutzen physikalische Prinzipien wie Schwerkraft, natürliche Zirkulation oder Druckunterschiede und sind dadurch weniger stark auf aktive Pumpen oder externe Stromversorgung angewiesen. Reaktoren dieser Generation sind weltweit bereits in Betrieb.
Reaktoren der Generation IV sind fortgeschrittene Reaktorkonzepte, die über heutige Leichtwasserreaktoren hinausgehen. International werden sechs Technologielinien unterschieden: gasgekühlter schneller Reaktor, bleigekühlter schneller Reaktor, Flüssigsalzreaktor, natriumgekühlter schneller Reaktor, überkritischer wassergekühlter Reaktor und Höchsttemperaturreaktor. Generation-IV-Konzepte sollen Fortschritte bei Sicherheit, Ressourcennutzung, Wirtschaftlichkeit, Nachhaltigkeit und beim Schutz vor Missbrauch von Kernmaterial ermöglichen. Viele Konzepte arbeiten mit höheren Temperaturen, schnellen Neutronen oder neuen Brennstoffkreisläufen. Die meisten dieser Reaktoren befinden sich jedoch noch in Forschung, Entwicklung oder Demonstration. Für die Schweiz hält das BFE fest, dass bei Generation-IV-Anlagen weiterhin grosse Unsicherheiten bezüglich Technologie und Wirtschaftlichkeit bestehen. Das Paul-Scherrer-Institut plant im Projekt BALDER zusammen mit Copenhagen Atomics ein Flüssigsalz-Kritikalitätsexperiment am Standort Villigen.
Diese Energien erneuern sich im Rahmen natürlicher Kreisläufe. Zu ihnen gehören Biomasse, Wasserkraft, Wind- und Sonnenenergie sowie die Geothermie.
Wesentlicher Teil des nationalen CO2-Abgabesystems auf fossile Brenn- und Treibstoffe. Aktuell sind 96 Franken pro Tonne CO2 zu entrichten; es droht eine Erhöhung, wenn die bisherigen Reduktionsziele nicht erreicht werden. Der Verteilschlüssel für die Einnahmen sieht folgendermassen aus: Ein Drittel darf zweckgebunden zum Beispiel für Fördermassnahmen verwendet werden. Zwei Drittel der Erträge fliessen zurück an die inländische Wohnbevölkerung. Letztes Jahr wurden 639 Millionen Franken rückverteilt, über eine Gutschrift von rund 80 Franken auf die individuelle Krankenkassenprämie. Nicht zu verwechseln ist die Rückverteilung mit einer vollumfänglichen Rückerstattung der CO2-Abgabe: Letztere steht Unternehmen zu, die mit Emissionszertifikaten handeln oder sich anderweitig zur Reduktion von Treibhausgasen verpflichten.
S
Ein Schwerwasserreaktor ist ein Kernreaktor, der schweres Wasser verwendet. Schweres Wasser enthält Deuterium, ein schweres Wasserstoffisotop. Es dient im Reaktor als Moderator und meistens auch als Kühlmittel. Als Moderator bremst es Neutronen ab, damit die Kernspaltung kontrolliert ablaufen kann. Schweres Wasser absorbiert Neutronen weniger stark als normales Wasser. Dadurch können Schwerwasserreaktoren mit Natururan betrieben werden und benötigen keine Urananreicherung. Ein verbreiteter Typ ist der kanadische CANDU-Reaktor. Schwerwasserreaktoren werden international genutzt, in der Schweiz sind jedoch keine Schwerwasserreaktoren in Betrieb.
Ein Siedewasserreaktor ist ein Kernreaktortyp, bei dem Wasser im Reaktordruckbehälter erhitzt wird und dort direkt siedet. Der entstehende Dampf wird aus dem Reaktor zur Turbine geleitet. Die Turbine treibt einen Generator an, der elektrischen Strom erzeugt. Nach der Turbine wird der Dampf wieder zu Wasser kondensiert und in den Kreislauf zurückgeführt. Siedewasserreaktoren gehören zu den Leichtwasserreaktoren. Normales Wasser dient dabei sowohl als Kühlmittel als auch zur Regelung der Neutronen im Reaktor. Im Unterschied zum Druckwasserreaktor gibt es keinen separaten Dampferzeuger zwischen Reaktor und Turbine. In der Schweiz ist Leibstadt ein Siedewasserreaktor. Das frühere Kernkraftwerk Mühleberg war ebenfalls ein Siedewasserreaktor, ist aber ausser Betrieb und befindet sich in Stilllegung.
Ein SMR, ausgeschrieben Small Modular Reactor, ist ein kleiner modularer Kernreaktor. SMR haben in der Regel eine deutlich kleinere elektrische Leistung als grosse Kernkraftwerke. Die Internationale Atomenergieagentur IAEA nennt als Richtwert bis zu 300 Megawatt elektrischer Leistung pro Einheit. «Modular» bedeutet, dass zentrale Komponenten standardisiert und teilweise industriell vorgefertigt werden sollen. Dadurch sollen Bau, Transport und Montage einfacher werden. SMR können auf unterschiedlichen Reaktortechnologien beruhen, etwa auf Leichtwasserreaktoren oder fortgeschrittenen Reaktorkonzepten. SMR befinden sich international in unterschiedlichen Stadien von Entwicklung, Demonstration und Bewilligung. In der Schweiz ist derzeit kein SMR in Betrieb.
Als Sonnenenergie oder Solarenergie bezeichnet man die von der Sonne durch Kernfusion erzeugte Energie, die in Teilen als elektromagnetische Strahlung (Strahlungsenergie) zur Erde gelangt. Die Sonnenenergie ist annähernd konstant, seitdem sie gemessen wird; es gibt auch keine Hinweise auf deutliche Schwankungen in historischer Zeit. Die Intensität der Sonneneinstrahlung beträgt an der Grenze der Atmosphäre etwa 1,367 kW/m²; dieser Wert wird auch als Solarkonstante bezeichnet. Ein Teil der eingestrahlten Energie wird von den Bestandteilen der Atmosphäre – festen (z. B. Eiskristallen, Staub), flüssigen oder gasförmigen Schwebeteilchen – reflektiert. Ein weiterer Teil wird von den Bestandteilen der Atmosphäre absorbiert und bereits dort in Wärme umgewandelt. Der dritte – und insgesamt überwiegende – Teil geht durch die Atmosphäre hindurch bis zum Erdboden. Dort wird er entweder in Wärme umgewandelt, oder er betreibt zum Beispiel die Photosynthese, die Photothermik oder die Photovoltaik. Die prozentuale Verteilung der Einstrahlung auf Reflexion, Absorption und Transmission hängt vom jeweiligen Zustand der Atmosphäre ab. Dabei spielen die Luftfeuchtigkeit, die Bewölkung und die Länge des Weges, den die Strahlen durch die Atmosphäre nehmen müssen, eine Rolle. Die auf die Erdoberfläche auftreffende Strahlung beträgt auf eine senkrecht dazu stehende Fläche noch ungefähr 0,8–1 kW/m² (je nach Breitengrad, Höhenlage und Witterung). Auf schräg zur einfallenden Strahlung aufgestellte Flächen trifft weniger Strahlung auf. Letztlich wird die gesamte Energie der Sonne in Form von Wärmestrahlung wieder an den Weltraum abgegeben.
Bei der solarthermischen Nutzung der Sonnenenergie wird die Strahlung der Sonne mittels sogenannter Kollektoren in Wärmeenergie umgewandelt. Solarwärme wird in der Regel zur Erwärmung von Wasser zum Duschen und Waschen oder zur Raumheizung eingesetzt. Zudem kommen solarthermische Anlagen häufig bei der Erwärmung von Schwimmbadwasser zum Einsatz. Sonnenkollektoren absorbieren solare Strahlung, wandeln sie in Wärme um und geben die Wärme an ein Wärmeträgermedium ab. Dieses wird über ein Rohrsystem zu einem Speicher gepumpt, wird dort mit Hilfe eines Wärmetauschers an das Brauchwasser abgegeben und strömt abgekühlt zu den Kollektoren zurück. Solange nutzbare Wärme in den Kollektoren zur Verfügung steht, hält der Regler die Pumpe in Betrieb. Im Winter heizt ein Kessel die fehlende Wärme nach.
Wird als pauschale Angabe der Produktionsquelle verstanden und liefert Hinweise für den Klimafussabdruck von elektrischer Energie. Allerdings gilt es zu unterscheiden zwischen dem Mix der inländischen Stromerzeugung und demjenigen, der an der Steckdose bezogen wird. Letzterer setzt sich im nationalen Durchschnitt aus rund 75 % erneuerbaren Energien wie Wasserkraft, Photovoltaik, Wind und Biomasse, 19 % Kernenergie, 2 % Abfälle und fossile Energieträger zusammen. 4 % der Stromlieferungen sind nicht nachvollziehbar. Der Mix in der inländischen Stromproduktion unterscheidet sich davon: 56 % sind aus Wasserkraft, knapp 6 % aus anderen erneuerbaren Energien, 35 % aus Kernenergie und 3 % aus fossilen Energien. In den Wintermonaten importiert die Schweiz jeweils rund 10 % der Stromlieferungen an Haushalte und Gewerbe, mit einem hohen Anteil an Energie aus fossilen Kraftwerken.
T
Ein geologisches Tiefenlager ist eine Anlage tief im Untergrund zur langfristigen Entsorgung radioaktiver Abfälle. Die Abfälle werden dort in geeigneten Gesteinsschichten eingelagert. In der Schweiz sieht das Entsorgungskonzept ein Lager für hochaktive Abfälle und ein Lager für schwach- und mittelaktive Abfälle vor.
Er steht am Ursprung des Klimawandels. Es wird unterschieden zwischen dem natürlichen Treibhauseffekt und dem menschlich (anthropogen) verstärkten Treibhauseffekt. Treibhausgase in der Atmosphäre absorbieren (Absorption = Aufnahme der Strahlung und Umwandlung in Wärmeenergie) einen Teil der Strahlung der Sonne, der von der Erdoberfläche in Form von langwelliger Wärmestrahlung ausgestrahlt wird. Die dabei aufgenommene Energie lässt die Temperatur in der Atmosphäre ansteigen. Der Treibhauseffekt bewirkt, dass die Strahlungsenergie der Sonne an der Erdoberfläche und in der Atmosphäre mehrfach umgesetzt wird. Dadurch hält er die Erde warm und ermöglicht erst das Leben. Ohne den Treibhauseffekt läge die Mitteltemperatur der Erde nicht bei +15 Grad Celsius, sondern bei -18 Grad Celsius.
Die Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre war über Jahrtausende relativ stabil. Durch den Ausstoß von CO2 durch den Menschen (u.a. durch die Verbrennung von fossilen Energieträgern) steigt die Menge von Treibhausgasen in der Atmosphäre in einer kurzen Zeitspanne stark an. Wissenschaftler/innen messen bereits heute die höchste Konzentration von CO2 in der Atmosphäre seit 800.000 Jahren. Mehr Treibhausgase in der Atmosphäre verstärken den Treibhauseffekt, was den Klimawandel verursacht.
Die wichtigsten Treibhausgase sind Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan, Lachgas und Fluorkohlenwasserstoff (FCKWs). Weitere zum Treibhauseffekt beitragende Stoffe sind Wasserdampf, Ozon, Wolken und Aerosole (kleine Teilchen in der Luft, wie Ruß, Pollen, Staub).
U
Die Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen, die zur Überwachung und Kontrolle der globalen Klimaschutzbemühungen dient. Das Rahmenwerk schafft methodische Einheitlichkeit, zum Beispiel für die Berichterstattung in nationalen Treibhausgasinventaren oder für den Handel mit Emissionszertifikaten. Das UNFCCC gilt für alle Länder, die dem Klimaabkommen der UNO beigetreten sind. In der ersten Konferenz von Rio de Janeiro 1992 haben sich 178 Länder auf ein Klima-Rahmenabkommen geeinigt. Im Protokoll der Klimakonferenz von Kyoto 1997 setzten sich die Industrieländer erstmals verbindliche Reduktionsziele. Und im Nachfolgeabkommen von Paris 2015 versprachen 195 Länder, den weltweiten Treibhausgasausstoss bis 2050 auf Netto-Null zu senken. Die Schweiz hat dieses Abkommen ihrerseits ratifiziert und muss nun eine Folgeregelung für das auslaufende CO2-Gesetz ausarbeiten, um das Klimaziel zu erreichen.
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Der Verkehr ist noch vor der Industrie und den Gebäuden der Hauptverursacher von CO2-Emissionen. Im inländischen Treibhausgasinventar wird dem Verkehrssektor ein Anteil von rund 32 % zugewiesen, wobei der aktuelle Ausstoss fast gleich hoch ist wie vor 30 Jahren. Seit 1990 haben die CO2-Emissionen des Individual- und Güterverkehrs leicht zugenommen. Gesunken ist dagegen der Beitrag des öffentlichen Verkehrs. Die Treibhausgase des Flugverkehrs werden im Einklang mit den internationalen Klimaabkommen separat gezählt. Gleichwohl hat sich der Ausstoss des internationalen Flugverkehrs seit 1990 verdoppelt und verantwortet deutlich über 10 % aller inländischen Treibhausgasemissionen.
Unter einem virtuellen Kraftwerk wird das Zusammenschalten verschiedener Anlagen verstanden, die zentral gesteuert werden und so eine hohe Flexibilität und Effizienz aufweisen.
W
Der Verkehr ist noch vor der Industrie und den Gebäuden der Hauptverursacher von CO2-Emissionen. Im inländischen Treibhausgasinventar wird dem Verkehrssektor ein Anteil von rund 32 % zugewiesen, wobei der aktuelle Ausstoss fast gleich hoch ist wie vor 30 Jahren. Seit 1990 haben die CO2-Emissionen des Individual- und Güterverkehrs leicht zugenommen. Gesunken ist dagegen der Beitrag des öffentlichen Verkehrs. Die Treibhausgase des Flugverkehrs werden im Einklang mit den internationalen Klimaabkommen separat gezählt. Gleichwohl hat sich der Ausstoss des internationalen Flugverkehrs seit 1990 verdoppelt und verantwortet deutlich über 10 % aller inländischen Treibhausgasemissionen.
Unter einem virtuellen Kraftwerk wird das Zusammenschalten verschiedener Anlagen verstanden, die zentral gesteuert werden und so eine hohe Flexibilität und Effizienz aufweisen.
Y
Ein Jugendprogramm des Internationalen Roten Kreuzes, das ursprünglich in Indonesien entwickelt wurde. Daraus entstand ein weltweites Climate Center, das in den Regionen für Sensibilisierung und Aufklärung über lokale Klimagefahren sorgen soll, deren Bevölkerung vom Klimawandel heute schon betroffen ist. So werden Selbsthilfe-Projekte zur Klimaanpassung angeregt, meist in Zusammenarbeit mit anderen Entwicklungs- und Hilfsorganisationen vor Ort. Unter anderem haben Jugendliche auf den Philippinen ein Y-Adapt-Projekt entwickelt, bei dem sie Mangroven anpflanzen, als Hochwasserschutz für Kulturland. Oder in Uganda entstanden so öffentliche Schulgärten, damit Dorfgemeinschaften besser auf Dürreperioden vorbereitet sind.
Z
Sie liefert den wichtigsten Baustoff überhaupt und ist trotzdem als Klimakiller in Verruf geraten. Weltweit verantwortet dieser Industriezweig fast drei Mal mehr Treibhausgase als die Luftfahrt. Nur die Energieerzeugung ist ein grösserer CO2-Emittent als die Zementproduktion. Auch die sechs Werke in der Schweiz prägen das nationale Treibhausgasinventar; ihr Emissionsanteil beträgt 5 %. Seit 1990 ist der CO2-Ausstoss jedoch über einen Drittel gesunken. Zur Hauptsache ist dies dem Ersatz von fossilen Brennstoffen verdanken. Um Kalkstein und Mergel im Ofen bei rund 1500 °C zu brennen, werden vermehrt Abfälle mit hohem Brennwert eingesetzt. Doch noch mehr CO2 – zwei Drittel der Emissionen – entweichen aus dem Kalkstein bei genau diesem Brennvorgang. Insofern hat sich auch die Rezeptur verändert: Der Klinkergehalt im Zement ist um einen Viertel geringer als vor wenigen Jahrzehnten. Doch um dereinst ein klimaneutrales Produkt aus der Zementfabrik anzubieten, benötigt die Industrie den Einsatz von CCS-Technologie.
