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Elektrifizierung
Veröffentlicht: 17. Mai 2024
Mitwirkende: Alice Gomstyn, Alexandra Jonker
Elektrifizierung ist die Umwandlung eines Geräts, Systems oder Prozesses, das von nicht-elektrischen Energiequellen wie fossilen Brennstoffen abhängig ist, in ein elektrisch betriebenes Gerät, System oder Prozess. Zu den wichtigsten Vorteilen der Elektrifizierung gehören niedrigere Energiekosten, eine verbesserte Energieeffizienz und die Unterstützung der Umstellung auf saubere, erneuerbare Energien.
Die Elektrifizierung findet in wichtigen Branchen wie Landwirtschaft, Bauwesen, Fertigung und Transportwesen statt. Zu den wichtigsten Technologien, welche die Elektrifizierung in diesen und anderen Branchen ermöglichen, gehören Elektrofahrzeuge (EVs), elektrische Wärmepumpen, Heizkessel und Warmwasserbereiter
Im 19. Jahrhundert gab es bedeutende wissenschaftliche Entwicklungen im Bereich der Elektrizität, wie die Entdeckung des Elektromagnetismus, die Erfindung von elektrischen Generatoren und die Erfindung von Elektromotoren. Diese trugen dazu bei, dass Elektrizität zu einer Energiequelle wurde, die tragfähig genug war, um andere Energiequellen wie Kohle, Erdgas und Erdöl zu ersetzen.
Der Bau von Stromkraftwerken ebnete den Weg für die weit verbreitete Nutzung von Strom. Der amerikanische Erfinder Thomas Edison eröffnete 1882 das erste zentrale Kraftwerk in New York City. Zu den ersten Beispielen für die Elektrifizierung gehören die Ersetzung gasbetriebener Straßenlaternen durch elektrische Modelle in Großstädten und die Umstellung von Dampfmaschinen auf Elektromotoren in industriellen Prozessen
Die Elektrifizierung bietet mehrere Vorteile:
Strombetriebene Energietechnologien wie Wärmepumpen sind effizienter als Technologien, die auf fossile Brennstoffe angewiesen sind, wie z. B. Gasboiler. Die mit der Elektrifizierung verbundene Effizienz ist bei erneuerbaren, sauberen Energien wie Windkraft, Solarenergie und Wasserkraft, bei denen während des Energieerzeugungsprozesses keine Energie verloren geht, sogar noch größer
Eine höhere Energieeffizienz durch Elektrifizierung führt zu niedrigeren Versorgungs- und Kraftstoffkosten, da alles, vom Transport bis zur Warmwasserbereitung, günstiger ist, wenn der Energieverbrauch elektrisch erfolgt. Eine Studie aus dem Jahr 2020 ergab, dass Haushalte, die sich für die Nutzung von mehr Elektrogeräten (anstelle von Geräten, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden) entscheiden und deren Bewohner Elektrofahrzeuge fahren, mehr als 2.500 USD pro Jahr an Energiekosten einsparen könnten.1
Die Elektrifizierung kann die Umstellung auf erneuerbare Energien unterstützen. Bei der Stromerzeugung durch saubere, erneuerbare Energiequellen entstehen keine Treibhausgasemissionen (einschließlich Kohlenstoffemissionen). Je mehr Strom aus erneuerbaren Energien den aus fossilen Brennstoffen erzeugten Strom ersetzt, desto näher rückt die Gesellschaft der Erreichung des Netto-Null-Ziels.
Während Luftschadstoffe, die durch Verkehr und industrielle Produktion entstehen, im Freien vorhanden sind, können durch fossile Brennstoffe betriebene Aspekte des häuslichen Lebens zur Zirkulation von Luftschadstoffen in Innenräumen führen.
Über 40 % der Weltbevölkerung verwenden Kohle oder Biomasse wie Holz zum Kochen, Heizen und für die Beleuchtung.2 Bei der Verbrennung dieser festen Brennstoffe werden neben anderen Luftschadstoffen auch Feinstaub und Kohlenmonoxid freigesetzt. Durch die Umstellung auf Strom aus sauberen Energiequellen kann die Schadstoffkonzentration sowohl in Innenräumen als auch im Freien gesenkt werden.
Elektrotechnologien sind ein wesentlicher Bestandteil von Programmen zur Steuerung der Stromnachfrage, die Versorgungsunternehmen dabei helfen, Energieangebot und -nachfrage über den Tag hinweg auszugleichen. Durch diese Programme werden Kunden durch variable Energietarife oder andere finanzielle Anreize dazu ermutigt, ihren Energieverbrauch außerhalb der Spitzenlastzeiten zu verlagern. Benutzer können Technologien wie elektrische Warmwasserbereiter und Elektrofahrzeuge in Zeiten aufladen, in denen die Stromnetze einer geringeren Stromnachfrage ausgesetzt sind.
Elektrische Systeme für die Energiespeicherung ermöglichen auch eine flexible Energienutzung: In Zeiten eines Überangebots wird Strom in elektrischen Energiespeichersystemen gespeichert und bei Bedarf wieder in die Stromnetze eingespeist
Zu den wichtigsten Branchen, die von der Elektrifizierung profitieren, gehören die Landwirtschaft, das Bauwesen, die Fertigungsindustrie und der Transportsektor.3
Neue Geräte und Systeme, darunter elektrische Traktoren, solarbetriebene landwirtschaftliche Sprühgeräte, Warmwasserbereiter und thermische Stromspeichersysteme, tragen zur Elektrifizierung des Agrarsektors bei. Neben Kosteneinsparungen und der Dekarbonisierung durch die Elektrifizierung profitieren Landwirte von einer geringeren Lärmbelastung und sichereren Arbeitsbedingungen.
Zu den Technologien, die üblicherweise für die Elektrifizierung des Bausektors eingesetzt werden, gehören Warmwasserbereiter, Wärmepumpen, Induktionskochfelder und andere Elektrogeräte. Solche Technologien können sowohl in Neubauten als auch in älteren Gebäuden nachgerüstet werden. Da die Elektrifizierung die Energiekosten für Gebäudeeigentümer senkt, trägt sie auch zur Verringerung von Sicherheitsrisiken bei, die mit Geräten und Kochmethoden verbunden sind, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden (z. B. Erdgaslecks und offene Flammen an Gasherden).
Zu den neuen elektrischen Technologien, die von Herstellern übernommen wurden, gehören Heizkessel, Gabelstapler, Öfen, Wärmepumpen und Steinbrecher. Wie in der Landwirtschaft gelten elektrische Geräte, die in Produktionsanlagen zum Einsatz kommen, als sicherer als ihre mit fossilen Brennstoffen betriebenen Vorgänger. Moderne elektrische Geräte ermöglichen außerdem schlankere Produktionsprozesse und sparen Arbeitskosten.
Elektro-Limousinen und SUVs sind die prominenteste Form der Elektrifizierung von Transportmitteln. Zu den weiteren Elektrifizierungstechnologien gehören jedoch auch elektrische Leichtlastfahrzeuge (wie leichte Pick-ups), elektrifizierte gewerbliche Flotten (wie Lieferfahrzeuge und Sattelschlepper), elektrifizierte öffentliche Busse und Züge sowie Elektroflugzeuge.
Die Vorteile einer geringeren Luftverschmutzung und weniger Treibhausgasemissionen durch Elektrofahrzeuge sind bekannt. Aber wie bei landwirtschaftlichen Elektrogeräten kann auch der elektrische Transport zur Verringerung der Lärmbelastung beitragen. Außerdem könnten Batterien von Elektrofahrzeugen eines Tages als Energiespeicher für Stromnetze eingesetzt werden.
Obwohl die Elektrifizierung auf lange Sicht Kosteneinsparungen verspricht, können die Vorlaufkosten für die Umrüstung auf Elektrifizierungstechnologien für Verbraucher und Geschäftsinhaber eine zu hohe Hürde darstellen. Die Installation von Solarmodulen zur Stromerzeugung vor Ort kann zwischen 25.000 USD für ein Wohnhaus und 1 Million USD oder mehr für große Geschäftsgebäude kosten.
Als Reaktion auf diese Hindernisse haben politische Entscheidungsträger auf der ganzen Welt Anreize geschaffen, um eine flächendeckendere Elektrifizierung und die Nutzung sauberer Elektrizität zu fördern.
- In den USA wurden ab 2023 Steueranreize für die Installation von Solarmodulen auf Dächern und den Kauf von elektrischen Wärmepumpen angeboten. Darüber hinaus wurden mit dem „Inflation Reduction Act“ von 2022 neue Steuergutschriften für den Kauf verschiedener Elektrofahrzeuge eingeführt.
- Finnland hat 2022 einen Subventionsfonds zur Unterstützung der Elektrifizierung der Schwerindustrie aufgelegt.
- Neuseeland hat 2021 den Einbau neuer Kohlekessel verboten, um die Industrie zur Nutzung sauberer Alternativen anzuhalten.
- China hat sein langjähriges Subventionsprogramm für den Kauf von Elektrofahrzeugen im Jahr 2022 auslaufen lassen, gewährt aber seit 2024 Steuererleichterungen für Käufer von Elektrofahrzeugen.
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Erneuerbare Energie ist Energie, die aus natürlichen Quellen gewonnen wird, die sich schneller regenerieren als sie verbraucht werden.
Thermische Energie bezieht sich auf die Energie innerhalb eines Systems, die durch die zufällige, also nicht vorhersagbare, Bewegung von Molekülen und Atomen entsteht.
Die Dekarbonisierung ist sowohl eine Methode zur Bekämpfung des Klimawandels als auch der Prozess, bei dem der Ausstoß von Treibhausgasen in der Atmosphäre deutlich reduziert oder eliminiert wird.
Auf dem Weg der Unternehmen zur Klimaneutralität werden neue Partnerschaften mit Versorgungsunternehmen, Netzwerke und Marktplätze unerlässlich sein.
Wir können die Kohlenstoffemissionen von Gebäuden reduzieren, indem wir zur Deckung des Energiebedarfs von fossilen Brennstoffen auf Strom umsteigen.
Die Fähigkeit zur Energiespeicherung ist der Schlüssel zur Verringerung der Umweltauswirkungen von Energieerzeugung und -verbrauch.
Fußnoten
1 „No Place Like Home: Fighting climate change (and saving money) by electrifying America’s households” (Link befindet sich außerhalb von ibm.com), Sam Calisch, Saul Griffith, RewiringAmerica.org, 21. Oktober 2020.
2 „Household Energy and Clean Air“ (Link befindet sich außerhalb von ibm.com), US Environmental Protection Agency, 3. April 2024.
3 „Voices of Experience | Electrification: A Stakeholders Guide“ (Link befindet sich außerhalb von ibm.com), US Department of Energy, Office of Electricity, abgerufen am 8. Mai 2024.