Überblick

  

Ergänzungen
Mitte 2023: Daten update
Entwicklung des Primärenergiebedarfs (PEB)
Für den Zeitraum von 1980 bis 2019 wurden von der Energy Information Administration (EIA) Daten zum Primärenergiebedarf der Welt publiziert. Die Daten der BP erstrecken sich über den Zeitraum von 1965 bis 2022 und wurden in der Abbildung rechts mit aufgenommen. Sie differieren um bis zu 10% zu den Angaben der EIA. Dies lässt die Unsicherheiten erkennen, mit denen publizierte Daten allgemein behaftet sind. In der Abbildung  rechts werden beide Datensätze (schwarze Kurven und lila Punkte) mit den Prognosen für die Entwicklung verglichen, welche in Energie2 unter verschiedenen Bedingungen berechnet wurden. Die Prognose 2 wurde gewählt als diejenige, deren Ergebnisse mit höchster Wahrscheinlichkeit eintreffen werden, obwohl alle 3 Prognosen bis zur Mitte des 21. Jahrhunderts zu fast identischen Resultaten führen. Dies gilt insbesondere auch für die Schlussfolgerung, dass bis zum Jahr 2050 eine gravierende Verknappung der konventionellen fossilen Energiereserven eintreten wird und die sich auftuende Energielücke nicht mithilfe der erneuerbaren Energien gefüllt werden kann, u.U aber mithilfe der unkonventionellen Energieträger, wie unten dargestellt.

Entwicklung des globalen Primärenergiebedarfs zwischen den Jahren 1980 und 2050. Die Daten  der EIA und ihre lineare Extrapolation sind schwarz gezeichnet , die Daten der BP als lila Punkte und die Prognosen ab dem Jahr 2000 in rot, grün und blau.
Der oben dargestellte Vergleich zeigt weiterhin:
  • Der tatsächliche Anstieg des Primärenergiebedarfs war von 1980 bis zum Jahr 2020 in guter Näherung linear, d.h. der Zuwachs im Energiebedarf war jedes Jahr etwa gleich groß und betrug ca. 2.4 PWh/a. Setzt sich dieses beobachtete Verhalten fort, so erreicht der Energiebedarf im Jahr 2050 einen Wert von ca. 240 PWh/a, wie es in Energie2 prognostiziert wurde. In der folgenden Tabelle sind die prozentualen Veränderungen in den 6 Ländern mit dem größten Primärenergiebedarf (siehe unten) zusammengestellt.

    		2010 2011
    		 2012
    		 2013
    		 2014 2015
    		 2016
    		 2017
    		 2018
    		 2019 2020 2021 20221)
    USA
    		 3.6%
    		 -0.6%
    		 -2.5%
    		 2.8%
    		 1.2%
    		 -0.9%
    		 -0.4% 0.6%
    		 3.5%
    		 -1.0%
    		 -7.7%
    		 5.3%
    		 2.7%
    VRChina
    		 10.0%
    		 9.0%
    		 2.2%
    		 3.7%
    		 2.6%
    		 1.5%
    		 1.3% 3.1%
    		 4.3%
    		 4.4%
    		 2.1%
    		 7.1%
    		 0.9%
    Russland
    		 10.7%
    		 0.3%
    		 3.6%
    		 -0.9%
    		 -1.2%
    		 -3.3%
    		 -1.4% 1.5%
    		 3.8%
    		 -0.8%
    		 -5.5%
    		 8.7%
    		 -8.2%
    Japan
    		 5.8%
    		 -4.1%
    		 -2.9%
    		 -0.8%
    		 -3.0%
    		 -1.2%
    		 -0.4% 1.4%
    		 -0.2%
    		 -0.9%
    		 -7.5%
    		 3.8%
    		 -0.6%
    Indien
    		 4.9%
    		 3.9%
    		 1.8%
    		 3.8%
    		 7.1%
    		 5.2%
    		 5.4% 4.6%
    		 7.9%
    		 2.3%
    		 -5.9%
    		 10.4%
    		 5.6%
    Deutschland
    		 5.8%
    		 -3.9%
    		 -0.1%
    		 2.6%
    		 -4.5%
    		 2.8%
    		 1.2% 2.4%
    		 -3.0%
    		 -2.2%
    		 -7.5%
    		 2.6%
    		 -3.8%
    Demnach ist der dramatische Anstieg wesentlich auf die we-Länder VRChina und Indien mit ihren steigenden Einwohnerzahlen zurückzuführen, wobei die Auswirkungen der Coronakrise 2020 in Indien deutlicher zu spüren waren als in der VRChina. Allerdings scheinen in der VRChina die prozentualen Zuwächse seit 2010 abzunehmen, so dass immerhin Hoffnung besteht, dass der globale Primärenergiebedarf auch weiterhin nur linear und nicht exponentiell ansteigt. Bemerkenswert ist aber auch: Nach der BP Statistik ist im Jahr 2021 der PEB in allen der betrachteten Ländern wieder stark gestiegen, offensichtlich eine Folge der wirtschaftlichen Erholung nach der Coronakrise.
  • Die Prognosen 2 und 3 gehen in der Tat von der Annahme aus, dass die prozentualen Zuwächse des Bruttoinlandprodukts abnehmen. Diese Abnahme wird sich aber erst nach dem Jahr 2050 in einer Reduktion des Energiebedarfs bemerkbar machen. Auf der anderen Seite wird bereits nach 2020 das Energieangebot, bestehend vorwiegend aus den noch vorhandenen konventionellen fossilen Energieträgern, nicht mehr ausreichen, um den prognostizierten Bedarf zu decken. Es entwickelt sich aus der Differenz zwischen Bedarf und Angebot eine Energielücke, die in der nächsten Abbildung deutlich zu erkennen ist. Kann diese Lücke von den unkonventionellen Energieträgern gefüllt werden? Um den Tatsachen möglichst nah zu sein, habe ich mich ab der Ausgabe 2018 bemüht, deren Anteil gesondert auszuweisen (siehe Abbildung unten).
Bevor ich mich mit dem Ungleichgewicht zwischen Bedarf und Angebot beschäftige,  hier noch ein Aussage der Ökonomie:
Grundsatz: Die Gleichheit von Bedarf und Angebot bestimmt den Preis einer Ware.
Aber die Energie ist keine Ware, sondern bildet die Voraussetzung für jedes ökonomische Handeln. Die falsche Annahme im  ökonomischen Grundsatz besteht darin, dass eine Angebot immer vorhanden ist, wenn auch zu einem sehr hohen Preis. Es gilt aber:
Mit Geld erzeugt man keine Energie.
Anteile verschiedener Energieträger am Energieangebot (PEA)

Die prozentualen Anteile, welche die verschiedenen Energieträger (erneuerbare Energien, fossil konventionelle und unkonventionelle Energien) an der Deckung des Weltbedarfs an Primärenergie hatten, wurden in energie2 Deckungsgrad genannt und sind in der Abbildung rechts dargestellt. In dem Zeitraum von 1980 bis 2014 wurden die Daten der EIA2) verwendet, für die Jahre 2014-2022 die Daten der . Bezüglich des Beitrags unkonventioneller Energieträger verweise ich auf das relevante Kapitel.

Diese Datensätze enthalten nicht den thermischen Beitrag aus erneuerbaren Energien und sie basieren auf der Wirkungsgradmethode, welche auch für die Erstellung der Prognose 2 benutzt wurde (allerdings inklusive des thermischen Beitrags). Demnach erreichten die erneuerbaren Energien  nach den BP Daten im Jahr 2022 nur einen Anteil von 7.5% am PEA. Dies ist offensichtlich zu klein, ich habe daher alle Daten zu den erneuerbaren Energien korrigiert nach dem Verfahren in Kap. 3.1, um
Die prozentualen Anteile der verschiedenen Energieträger an der Deckung des Primärenergiebedarfs bis zum Jahr 2050. Die prognostizierten Anteile ab dem Jahr 2019 besitzen eine hellere Farbe, die sich ab 2020 öffnende Energielücke ist farblos gezeichnet.

  • die Substitutionsmethode als Berechnungsgrundlage zu verwenden,
  • den thermischen Anteil zu berücksichtigen.
Selbst nach dieser Korrektur lässt sich mit einiger Sicherheit feststellen: Im Zeitraum von 1980 bis 2022 haben sich die prozentualen Anteile aller Energieträger nicht dramatisch verändert und zeigen nur wenig Abweichung von der Prognose. Die einzig offensichtlichen Diskrepanzen treten bei der Kernenergie auf, deren Anteile zu groß prognostiziert wurden.  Das nicht vorhersehbare Unglück von Fukushima in Japan ist sehr wahrscheinlich eine der Ursachen für den Rückgang der Kernenergie. Eine zusätzliche, aber entscheidende Rolle spielt der Kostenfaktor: In den USA ist aufgrund der shale-gas  Vorkommen z.Z. die elektrische Energie aus KKWs teurer als die aus Gaskraftwerken und KKWs werden deswegen vom Netz genommen. Shale-gas ist Teil der unkonventionellen Energien, die eigentlich zu den fossilen Energieträgern Erdöl und Erdgas gehören.

Besonders wichtig ist jedoch, dass sich der Anteil der erneuerbaren Energien am globalen Primärenergieangebot in den vergangenen 43 Jahren im Rahmen der statistischen Unsicherheiten nur wenig verändert hat. Er liegt nach meinen Berechnungen einschließlich der oben erwähnten Korrekturen  bei etwa 15±4% (siehe hierzu auch Kap.3.1). Der fast unveränderliche Anteil zeigt, dass die absoluten Zuwächse bei der Nutzung von erneuerbaren Energien gerade dem Zuwachs gefolgt sind, um den sich der Primärenergiebedarf insgesamt erhöht hat, wie in der oberen Abbildung dargestellt. Essentiell für die zukünftige Energieversorgung ist jedoch, dass die Nutzung erneuerbarer Energien viel stärker wächst als der Primärenergiebedarf insgesamt. Denn immerhin setzt ein großer Teil, insbesondere der Deutschen, ihre Hoffnungen darauf, dass erneuerbare Energien einmal den wesentlichen Teil in einer zukünftigen Energieversorgung übernehmen  werden. Nach der Wirkungsgradmethode berechnet müssten die erneuerbaren Energien dann im Jahr 2050 einen Beitrag von fast 50% zum PEA leisten (siehe Abbildung oben), was mir hoffnungslos erscheint und zur bereits erwähnten Energielücke führen würde. Diese Lücke ist Ausdruck für das Ungleichgewicht zwischen Bedarf und Angebot. Und betrachtet man die obige Abbildung, treten auch Zweifel auf, dass unkonventionelle Energieträger in der Lage sein werden, diese Lücke angemessen zu füllen. Denn letztere sind nur eine spezielle Art der fossil biogenen Energieträger, sie
  • haben nur eine endliche Reichweite,
  • sie produzieren bei ihrer Nutzung CO2,
  • sie erfüllen daher nicht den Wunsch nach einer umweltfreundlichen Energieversorgung.
Angesichts der Fakten muss man erkennen, dass die deutsche Hoffnung einer dominanten Versorgung mit erneuerbaren Energien im globalen Maßstab unrealistisch ist. Und gleichzeitig muss man bezweifeln, dass ein stärkerer Anteil erneuerbarer Energien an der Energieversorgung der Menschheit wirklich nachhaltig ist.

Die Zeit um die Jahre 2020/25 war und ist in vieler Hinsicht kritisch:
  • Der Primärenergiebedarf der we-Länder wird den der ve-Länder übersteigen.
  • Das letzte Kernkraftwerk in Deutschland wurde im Jahr 2023 endgültig abgeschaltet.
  • Das Paris Protokoll verlangt, dass ab 2020 jährlich 100 Mrd. USD von den ve-Ländern an die we-Länder umverteilt wird, um deren Energieversorgung zu "modernisieren".
  • Die Lücke zwischen Energiebedarf und Energieangebot wird ein wesentlicher Faktor in der weiteren Entwicklung des globalen Wohlstands werden, wenn es nicht gelingt, rechtzeitig alternative Energiequellen (neben den erneuerbaren Energien) zu erschließen.
Entwicklung der Energieeffizienz
Die Erhöhung der Energieeffizienz wird von vielen, insbesondere von Politikern, oft als Heilmittel gegen einen zu starken Anstieg des Primärenergiebedarfs ins Feld geführt. Dass dieses Heilmittel bisher nicht gegriffen hat, ist am Anfang dieses Kapitels gezeigt: Seit 1980 ist der Energiebedarf, trotz der Erhöhung der Energieeffizienz, stetig angestiegen. Und die in Energie2 untersuchten Prognosen sagen einen weiteren Anstieg des Energiebedarfs bis zum Jahr 2050 voraus, obwohl dort die Entwicklung der Energieeffizienz berücksichtigt wird. Aber es ist in diesem Zusammenhang natürlich wichtig, die tatsächliche Entwicklung der Energieeffizienz mit den dort gemachten Annahmen zu vergleichen.

Für die Entwicklung der Energieeffizienz
e_e = BIP / PEB
wurde aus den empirischen Daten eine Funktion abgeleitet:
e_e = 0.175 (PEB / 4000)0.01(t - 1970),  (1)
die sich sowohl mit der Zeit t (in der Einheit a) wie auch mit dem Primärenergiebedarf PEB pro Person verändert. Besonders diese letzte Abhängigkeit unterscheidet die Energieeffizienzen von ve- und we-Ländern: Erstere hatten im Jahr 2000 einen etwa 10mal so großen Primärenergiebedarf als letztere. Außerdem ist es notwendig, für die we-Länder die Effizienzfunktion (1) noch so zu korrigieren, wie es in Energie2 beschrieben ist.

Für die 6 Länder, die im Jahr 2016 den höchsten Primärenergiebedarf aufwiesen, ist die Entwicklung ihrer Energieeffizienzen von 1980 bis 2011 in der Abbildung rechts gezeigt, wie sie sich aus den Daten der EIA ergibt. Zu diesen Ländern zählen, in der Reihenfolge ihres Bedarfs:
1. 
USA
2.
 VRChina
3.
 Russland
4.
 Japan
5.
 Indien
6.
 Deutschland
Zusammen macht ihr Bedarf mehr als 3/4 des Weltbedarfs nach Primärenergie aus.


Entwicklung der Energieeffizienzen. Die Daten sind als schwarze Kurven gezeigt (siehe Text), die Vorhersage als goldgelbe Fläche. Zur Berechnung wurde das reale BIP auf der Basis des USD im Jahr 2000 verwendet.3)
Die goldgelbe Fläche in der obigen Abbildung zeigt, wie sich in der Prognose 2 die Energieeffizienzen von ve- und we-Ländern entwickeln werden. Übereinstimmend mit den empirischen Daten besitzen auch in der Prognose die ve-Länder eine höhere Energieeffizienz als die we-Länder. Da aber in der Prognose alle Länder in diese beiden Kategorien eingeordnet werden, sind die Unterschiede zwischen den Kategorien geringer als die zwischen einzelnen Ländern. Zur Verdeutlichung enthält das Bild oben jetzt auch die Entwicklung der globalen Energieeffizienz.

Die Energieeffizienzen der oben genannten Länder weisen enorme Unterschiede auf. Die höchste Energieeffizienz im gesamten betrachteten Zeitraum besaßen Japan und Deutschland, die geringste Russland. Diese 3 Länder werden allgemein zu den ve-Ländern gezählt. Insofern ist die sehr schlechte russische Energieeffizienz schon verwunderlich, sie liegt noch unter der chinesischen. Die Energieeffizienz der VRChina hat von 1980 bis 2003 enorm zugenommen. Trotzdem erreichte sie im Jahr 2000 nur etwa die von Indien, die sich in diesem Zeitraum nur wenig veränderte. In beiden we-Ländern sind die Energieeffizienzen immer noch um mehr als einen Faktor 4 kleiner als die, welche  von Japan (ve-Land) erreicht wird. Global betrachtet, ist die Energieeffizienz seit 2000 etwa konstant geblieben, in krassem Gegensatz zu den Erwartungen von Politikern.

Die in der obigen Abbildung gezeigten Energieeffizienzen wurden den statistischen Übersichten der EIA entnommen und beruhen auf den Währungsparitäten im Referenzjahr 2000.4) Die mit diesem Verfahren zu beobachtenden, Länder abhängigen Unterschiede werden geringer, wenn anstelle des Wechselkurses die Kaufkraft einer Währung als Maßstab zugrunde gelegt wird. Dies ist nur eine der Konsequenzen für den in Energie2 diskutierten Umstand, dass ökonomische Größen kein eindeutig definiertes Maßsystem aufweisen. Dass nach einem rasanten Anstieg die Energieeffizienzen in der VRChina nach dem Jahr 2000 wieder um fast 17% zurückgingen, ist u.U. auf diesen Umstand zurückzuführen. Eine andere Erklärung könnte sein, dass der schnelle Anstieg des Lebensstandards ohne eine entsprechende Modernisierung der Industrie erfolgte. In einem Sonderkapitel werden wir uns mit dem Zusammenhang zwischen Energieeffizienz und der Energieproduktivität moderner Industrienationen beschäftigen und untersuchen, welche Parameter ihre zeitliche Entwicklung beeinflussen. In einem weiteren Kapitel wird untersucht, welche entscheidende Bedeutung die Energieeffizienz bei der Erzeugung von Wohlstand besitzt.

Im Übrigen gehe auch ich von der optimistischen Erwartung aus, dass die Energieeffizienzen weltweit im Mittel zunehmen werden. Ob aber die Grenze e_e > 1 USD(2000)/kWh je überschritten wird, ist keineswegs so sicher. Aus der Zunahme folgt auch nicht, dass der globale  Energiebedarf abnehmen wird. Denn dieser ist im Wesentlichen abhängig von der Zunahme der Weltbevölkerung und ihres Lebensstandards, und nur in geringerem Maße von der Entwicklung der Energieeffizienz.
Die Energieversorgung Europas

Die europäischen Länder, einschließlich Deutschlands, haben sich zum größten Teil in der EU-27 zusammengeschlossen. Die Energieversorgung eines einzelnen Lands ist damit abhängig geworden von der Energieversorgung aller EU-27 Länder insgesamt und sollte auch nur in diesem Rahmen analysiert werden.

Während der globale Primärenergiebedarf im Zeitraum von 2000 bis 2019 um etwa +50% zugenommen hat, ist er in Europa (EU-27)  mit ca.  16 PWh/a fast konstant geblieben (siehe Abbildung rechts). Trotzdem befindet sich Europa  in einer prekären Situation, denn es ist, viel mehr als die USA, mit seiner Energieversorgung von Energieimporten abhängig. Die prozentualen Importanteile sind ebenfalls in der Abbildung rechts dargestellt, sie haben trotz des fast konstanten PEB in dem betrachteten Zeitraum um etwa 1% jährlich zugenommen und erreichten 2019 ihr Maximum von 60.69%. Dies liegt im Wesentlichen an der Erschöpfung der eigenen europäischen Erdöl- und Erdgasvorkommen, zumal Norwegen der EU-27 nicht beigetreten ist.

Der totale Primärenergiebedarf der EU-27 Länder (blau) und der prozentuale Anteil davon (rot), der durch Importe gedeckt werden muss.
In den Kap. 2.2 , 2.3 , 2.4 wird  genauer untersucht, aus welchen Ländern die europäischen Importe an fossilen Energieträgern kommen. Bezüglich Erdöl und Erdgas sind Russland und Norwegen demnach die größten Versorger Europas. Der Anteil Norwegens wird aber in Zukunft sehr schnell abnehmen wegen der sinkenden Nordseeölproduktion. Und ob Russland auch weiterhin seine dominierende Stellung einnehmen kann und will, sollte man bezweifeln angesichts der Tatsache, dass die VRChina immer stärker auf den russischen Energiemarkt drängt. Daher die essentielle Frage5): Aus welchen Ländern soll Europa in Zukunft die erforderlichen Mengen an Primärenergie importieren?
1) Entnommen dem "BP Statistical Review 2023". Wie schon beim globalen Primärenergiebedarf unterscheiden sich auch die relativen Steigerungsraten, welche von EIA und BP publiziert werden. Für das Jahr 2010 z.B. lauten diese (EIA , BP): USA (-0.8% , 3.4%) VRChina (8.7% , 11.3%) Russland (11.7% , 4.0%) Japan (-4.4% , 6.0%) Indien (7.7% , 5.7%) Deutschland (-6.1% , 4.8%). Ursache müssen unterschiedliche Berechnungsverfahren sein, aber es ist nicht klar, worin die Unterschiede bestehen. Jedenfalls sind sie nicht klein, für Japan und Deutschland machen sie mehr als 10% aus.
2) Dies geschah, weil der EIA offensichtlich von der Regierung die Finanzmittel gekürzt wurden und seither internationale Statistiken nur noch sehr zeitverzögert publiziert werden.
3) Dies ist das Referenzjahr, für welches auch die theoretische Beschreibung (1) hergeleitet wurde. Die Abnahme der globalen e_e um 1990 ist wahrscheinlich nicht real, sondern verursacht durch die Berücksichtigung von bis dahin nicht bekannten Daten.
4) Die EIA benutzt seit 2011 als Berechnungsbasis ebenfalls die Kaufkraftparitäten. Ich gehe darauf in einem Extrakapitel ein.
5) Diese Frage unterstreicht auch die Problematik des deutschen Ausstiegs aus der Kernenergie und der Kohleverstromung.  Es ist nicht zu erwarten, dass sich die anderen EU-27 Staaten dieser Sonderrolle Deutschlands widerstandslos fügen werden.