Auf dem Weg zur biologischen Solarzelle

Einem Forschungsteam der Universität Cambridge, der Universität Rostock sowie der Ruhr-Universität Bochum ist es erstmals gelungen, Elektronen direkt aus den Anfangsstadien der Fotosynthese zu gewinnen. Dieser Durchbruch stellt das bisherige Modell zur grundlegenden Funktionsweise der Fotosynthese infrage und besitzt das Potenzial, die Entwicklung von Solarzellen auf Basis von biologischen Katalysatoren zu revolutionieren.

Marc Nowaczyk wechselte von der
Ruhr-Universität an die Universität Rostock.
Die aktuellen Arbeiten entstanden
teils in Bochum
(Foto: ITMZ/ Universität Rostock).

Biologische Katalysatoren, sogenannte Enzyme, bestimmen längst unseren Alltag. Sie werden beispielsweise als Zusätze in Waschmitteln verwendet, sie veredeln Lebensmittel oder werden in großtechnischen Prozessen eingesetzt, um Medikamente oder Rohstoffe für die chemische Industrie zu produzieren. Im Vergleich zu chemischen Katalysatoren haben sie den Vorteil, dass sie nur mit ganz bestimmten Ausgangstoffen reagieren und daher sehr spezifische Produkte herstellen. Zudem basieren biologische Katalysatoren niemals auf Edelmetallen oder anderen selten Rohstoffen. „In der Natur haben sich immer Lösungen durchgesetzt, die nicht durch die Verfügbarkeit von Rohstoffen limitiert sind“, sagt Prof. Dr. Marc Nowaczyk, Leiter des Lehrstuhls für Biochemie an der Universität Rostock und Ko-Autor der Studie, der Teile der Arbeiten an der Ruhr-Universität Bochum im Rahmen der Graduiertenschule Microbial Substrate Conversion, kurz MiCon, angefertigt hat.

Aber kann man biologische Katalysatoren auch zur Energiegewinnung nutzen, um zum Beispiel mit Sonnenlicht Wasserstoff herzustellen? Auch hierzu liefert die Natur mit dem Prozess der Fotosynthese eine Blaupause. So gut wie alles Leben ist direkt oder indirekt von der Umwandlung von Lichtenergie durch Pflanzen, Algen oder bestimmte Bakterien abhängig, die aus dem Kohlenstoffdioxid der Atmosphäre Biomasse herstellen. Genauer: Bei der Fotosynthese werden durch die Umwandlung von Kohlenstoffdioxid und Wasser mithilfe von Lichtzufuhr Zuckermoleküle und Sauerstoff erzeugt. Auch sämtliche fossile Energieträger wie Kohle, Öl oder Gas basieren letztendlich auf der Energieumwandlung durch fotosynthetische Organismen. Das Team um Marc Nowaczyk untersucht die molekularen Grundlagen der Fotosynthese und versucht auf dieser Basis biologische Lösungen zur Umwandlung und Speicherung von Energie zu konzipieren. „Wir wollen in einem interdisziplinären Ansatz beispielsweise Hybridsysteme entwickeln, die mithilfe biologischer Katalysatoren und Lichtenergie Wasserstoff als Energieträger produzieren“, erklärt Marc Nowaczyk.

Forschung bringt Überraschungen: Voraussetzung dafür ist jedoch ein genaues Verständnis der Funktionsweise der an der Fotosynthese beteiligten Biokatalysatoren, die sogenannten Fotosysteme. Dass dies Überraschungen mit sich bringen kann, zeigt die vorliegende Studie. Bisher war man davon ausgegangen, dass die Fotosysteme durch ihr Konstruktionsprinzip zwangsläufig hohe Energieverluste aufweisen müssten. Während die ersten Schritte der Energieumwandlung noch hocheffizient sind (bis zu 99 Prozent), geht ein Großteil der Energie bereits auf der Ebene der Fotosysteme durch den Transport von Elektronen verloren (etwa 60 Prozent Energieverlust) und am Ende des Prozesses liegen je nach Organismus weniger als ein Prozent der ursprünglichen Lichtenergie chemisch gebunden vor. In der vorliegenden Studie konnte jedoch gezeigt werden, dass die hohen Verluste prinzipiell vermieden werden könnten. Denn mit ultraschneller Spektroskopie wurde nachgewiesen, dass bestimmte synthetische Mediatoren – kleine chemische Vermittlermoleküle – Elektronen zu einem viel früheren Zeitpunkt aus den Fotosystemen abgreifen können als bisher gedacht. „Unsere Ergebnisse ermöglichen völlig neue Konzepte für das Design von biologischen Solarzellen, wodurch sich – zumindest theoretisch – die Effizienz deutlich verbessern ließe“, so Marc Nowaczyk. „Bis dies tatsächlich in der Praxis Anwendung finden wird, ist es aber noch ein längerer Weg und erfordert weitere Forschung“, ergänzt er abschließend.

Förderung
Die Arbeiten wurden gefördert durch den Biotechnology and Biological Sciences Research Council, die Europäische Union und die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Graduiertenkollegs GRK2341 “Microbial substrate conversion (MiCon)".

Originalveröffentlichung
Tomi Baikie, Laura Wey, Joshua Lawrence, Hitesh Medipally, Erwin Reisner, Marc Nowaczyk, Richard Friend, Christopher Howe, Christoph Schnedermann, Akshay Rao, Jenny Zhang: Photosynthesis re-wired on the pico-second timescale, in: Nature, 2023, DOI: 10.1038/s41586-023-05763-9. https://www.nature.com/articles/s41586-023-05763-9

Zur englischen Pressemitteilung der University of Cambridge: https://www.cam.ac.uk/stories/hacking-photosynthesis

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Neu: Die Sauerstoff-Ionen-Batterie

An der TU Wien wurde eine neuartige Batterie erfunden: Die Sauerstoff-Ionen-Batterie soll extrem langlebig sein, ohne seltene Elemente auskommen und das Problem der Brandgefahr lösen.

Lithium-Ionen-Batterien sind heute allgegenwärtig – vom Elektroauto bis zum Smartphone. Das heißt aber nicht, dass sie für alle Einsatzbereiche die beste Lösung sind. An der TU Wien gelang es nun, eine Sauerstoff-Ionen-Batterie zu entwickeln, die einige wichtige Vorteile aufweist. Sie ermöglicht zwar nicht ganz so hohe Energiedichten wie die Lithium-Ionen-Batterie, aber dafür nimmt ihre Speicherkapazität im Lauf der Zeit nicht unwiderruflich ab: Sie lässt sich regenerieren und ermöglicht damit eine extrem lange Lebensdauer.

Außerdem kann man Sauerstoff-Ionen-Batterien herstellen, ohne dafür seltene Elemente zu benötigen, und sie besteht aus unbrennbaren Materialien. Die neue Batterie-Idee wurde zusammen mit Kooperationspartnern aus Spanien bereits zum Patent angemeldet. Für große Energiespeicher, etwa zum Aufbewahren elektrischer Energie aus erneuerbaren Quellen, könnte die Sauerstoff-Ionen-Batterie eine ausgezeichnete Lösung sein. 

Keramische Materialien als neue Lösung

„Wir haben schon seit längerer Zeit viel Erfahrung mit keramischen Materialien gesammelt, die man für Brennstoffzellen verwenden kann“, sagt Alexander Schmid vom Institut für Chemische Technologien und Analytik der TU Wien. „Das brachte uns auf die Idee, zu untersuchen, ob solche Materialien vielleicht auch dafür geeignet wären, eine Batterie herzustellen.“

Die keramischen Materialien, die das Team der TU Wien untersuchte, können doppelt negativ geladene Sauerstoff-Ionen aufnehmen und abgeben. Wenn man eine elektrische Spannung anlegt, wandern die Sauerstoff-Ionen von einem keramischen Material zum anderen, danach kann man sie wieder zurückwandern lassen und so elektrischen Strom erzeugen.

„Das Grundprinzip ist eigentlich sehr ähnlich wie bei der Lithium-Ionen-Batterie“, sagt Prof. Jürgen Fleig. „Aber unsere Materialien haben einige wichtige Vorteile.“ Keramik ist nicht brennbar – Brandunfälle, wie sie bei Lithium-Ionen-Batterien immer wieder vorkommen, sind damit also praktisch ausgeschlossen. Außerdem kommt man ohne seltene Elemente aus, die teuer sind oder nur auf umweltschädliche Weise gewonnen werden können.

„In diesem Punkt ist die Verwendung von keramischen Materialien ein großer Vorteil, weil sie sehr gut angepasst werden können“, sagt Tobias Huber. „Man kann relativ problemlos bestimmte Elemente, die nur schwer zu bekommen sind, durch andere ersetzen.“ Der Prototyp der Batterie verwendet noch Lanthan – ein zwar nicht seltenes aber doch nicht völlig alltägliches Element. Doch auch Lanthan soll noch durch etwas Billigeres ersetzt werden, Forschungen daran laufen bereits. Auf Kobalt oder Nickel, die in vielen Batterien verwendet werden, kann man völlig verzichten.

Sehr lange Lebensdauer möglich

Der vielleicht wichtigste Vorteil der neuen Batterietechnik ist aber ihre potentielle Langlebigkeit: „In vielen Batterien hat man das Problem, dass sich die Ladungsträger irgendwann nicht mehr bewegen können“, sagt Alexander Schmid. „Dann können sie nicht mehr zur Stromerzeugung genutzt werden, die Kapazität der Batterie sinkt. Nach vielen Ladungszyklen kann das zum ernsten Problem werden.“
Die Sauerstoff-Ionen-Batterie hingegen lässt sich problemlos regenerieren: Wenn Sauerstoff durch Nebenreaktionen verloren geht, dann kann der Schwund einfach durch Sauerstoff aus der Umgebungsluft ausgeglichen werden.

Für Smartphones oder Elektroautos ist das neue Batterie-Konzept nicht gedacht, denn die Sauerstoff-Ionen-Batterie erreicht nur rund ein Drittel der Energiedichte, die man von Lithium-Ionen-Batterien gewohnt ist und läuft bei Tempersturen zwischen 200 und 400 °C. Höchst interessant aber ist die Technologie zum Speichern großer Energiemengen.

„Wenn man etwa einen großen Energiespeicher benötigt, um Solar- oder Windenergie zwischenzuspeichern, wäre die Sauerstoff-Ionen-Batterie eine hervorragende Lösung“, glaubt Alexander Schmid. „Wenn man ohnehin ein ganzes Gebäude mit Energiespeicher-Modulen errichtet, spielt die geringere Energiedichte und erhöhte Betriebstemperatur keine entscheidende Rolle. Die Stärken unserer Batterie wären gerade dort aber besonders wichtig: Die lange Lebensdauer, die Möglichkeit, große Mengen dieser Materialien ohne seltene Elemente herzustellen, und die Tatsache, dass es bei diesen Batterien keine Brandgefahr gibt.“

• A. Schmid, M. Krammer, Jürgen Fleig Rechargeable Oxide Ion Batteries Based on Mixed Conducting Oxide Electrodes, to be published in: Advanced Energy Materials (2023).

Quelle

TU | Technische UniversitätWien 2023

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Meyer Burger auf Wachstumskurs

Das Jahr des letzten grossen schweizerisch-deutschen Solarkonzerns in Stichworten: Der Nettoumsatz stieg in 2022 auf CHF 147,2 Millionen (2021: CHF 39,9 Millionen). Daraus resultierte ein Ergebnis auf EBITDA-Stufe von CHF -34,6 Millionen und ein Nettoergebnis von CHF -69,9 Millionen. Der Bestand liquider Mittel betrug per Ende Jahr CHF 293,2 Millionen. Wachstumsstrategie wird durch Erhöhung der Modul-Produktionskapazität in Goodyear, Arizona (USA) fortgesetzt. Diese vergrössert sich durch Optimierungen von rund 1,6 auf rund 2 Gigawatt. Die Zellproduktionskapazität in Deutschland wird entsprechend erhöht. Die Medienmitteilung:

Die Meyer Burger Technology AG hat 2022 ihre Position als europäischer Hersteller von Solarzellen und Solarmodulen weiter gefestigt. Die nominale Jahreskapazität wurde im vergangenen Jahr mehr als verdoppelt, der weitere Ausbau auf circa 1,4 Gigawatt (GW) soll 2023 abgeschlossen werden. Gleichzeitig wurden im Berichtsjahr durch einen ersten langfristigen Abnahmevertrag und die erfolgreiche Kapitalerhöhung um CHF 250 Millionen die Weichen für weiteres Wachstum und den geplanten Ausbau auf insgesamt zunächst circa 3 GW Jahreskapazität bis Ende 2024 gestellt. Die Ausbauprojekte in Deutschland und den USA befinden sich zum Berichtszeitpunkt im Zeitplan. 

Meyer Burger hat nun beschlossen, die Kapazität der Modulfertigung in Goodyear (Arizona, USA) von circa 1,6 GW auf circa 2 GW zu erhöhen. Möglich wird die Produktivitätssteigerung der geplanten Glas-Glas-Fertigung um circa 25 Prozent durch die Optimierung der Fertigung auf Basis der bisher gewonnenen Erfahrungen, wobei nur die nötige Erweiterung der entsprechenden Zellkapazität in Thalheim (Stadt Bitterfeld-Wolfen, Deutschland) nennenswerte Investitionen in neue Anlagen erfordert. Die zusätzlich gewonnene jährliche Produktionsmenge wird im Rahmen neu abgeschlossener Abnahmevereinbarungen ab 2025 über mehrere Jahre an zwei namhafte Unternehmen verkauft. Die neuen Abnahmevereinbarungen lehnen sich strukturell eng an das Muster der ersten Abnahmevereinbarung mit dem US-Projektentwickler DESRI an. Darüberhinausgehend ist mit den neuen Vereinbarungen die Finanzierung der Investitionen in die neuen Anlagen durch entsprechende Vorauszahlungen der Kunden weitgehend abgedeckt. 

Kennzahlen reflektieren die Ausweitungen der Aktivitäten 
Die Ergebnisse des Finanzjahres 2022 spiegeln den Hochlauf der neuen Fertigungen wider: Der konsolidierte Nettoumsatz stieg auf CHF 147,2 Millionen (2021: CHF 39,9 Millionen), wovon CHF 125,0 Millionen auf den Verkauf von 250 Megawatt (MW) von Solarmodulen entfallen.

Mit dem Hochfahren der Produktion erhöhte sich die Anzahl der Mitarbeitenden, was zu einem Personalaufwand von CHF 68,0 Millionen (2021: 60,4 Millionen) führte. Insgesamt stellte Meyer Burger rund 400 neue Mitarbeiter ein, hauptsächlich an den deutschen Produktionsstandorten Thalheim und Freiberg. Das EBITDA lag bei CHF -34,6 Millionen (2021: CHF -72,5 Millionen). Das EBIT lag bei CHF -53,6 Millionen (2021: CHF -85,3) und das Nettoergebnis bei CHF -69,9 Millionen (2021: CHF -100,5 Millionen).

Wichtige Meilensteine erreicht
Die Premiummarke Meyer Burger wurde seit dem Verkaufsstart in 15 Ländern erfolgreich positioniert und attraktive Verkaufspreise konnten durchgesetzt werden. Die stärksten Märkte sind die Schweiz, Deutschland, Belgien, Italien; neue Märkte ab 2023 sind unter anderem Australien und Grossbritannien. Insgesamt vertreibt Meyer Burger aktuell an circa 50 Grosshändler und hat mehr als tausend registrierte Installateure, welche über das neue Meyer Burger Partner-Programm betreut werden.

Im Bereich Forschung und Entwicklung wurden neue Produktionstechnologien und entsprechende Maschinenentwicklungen vorangetrieben, welche teilweise bereits beim laufenden Ausbau auf circa 3,4 GW Jahreskapazität Verwendung finden werden. Die Umstellung auf grössere, sogenannte M10-Waferformate insbesondere für Module für das Solarkraftwerksegment wurde erfolgreich vorbereitet. Langlebigkeitsprüfungen an Testmodulen mit Rückkontaktzellen der IBC-Heterojunction-Generation konnten eine signifikante Reduktion der Degradation nachweisen. Bereits heute sind Meyer Burger-Produkte führend in Sachen Langlebigkeit. Gemeinsam mit einem Konsortium führender europäischer Forschungsinstitute trieb Meyer Burger die Entwicklung von Tandem-Solartechnologie weiter voran.

Neue Produkt-Plattform
Meyer Burger hat eine neue einheitliche Produkt-Plattform entwickelt. Diese basiert auf innovativen Glas-Glas-Modulen, die den derzeitigen Glas-Folie-Modulen in Gewicht, Abmassen und Erscheinungsbild weitgehend entsprechen. Die künftigen Module zeichnen sich durch eine noch höhere Produktlebensdauer aus und reduzieren für Meyer Burger die operative Komplexität in Fertigung, Logistik, Forschung und Entwicklung sowie Administration. Infolge der geplanten Umstellung und aufgrund anhaltender Lieferengpässe bei Industrieelektronik-Komponenten musste das Produktionsziel 2023 Anfang März auf etwa 0,8 GW angepasst werden.

Ausblick
Mit nunmehr drei langfristigen Abnahmeverträgen im Segment Solarkraftwerk stärkt Meyer Burger sein Geschäft in den USA, dies nicht zuletzt auch aufgrund der derzeit im Vergleich zu Europa vorteilhafteren industriepolitischen Unterstützung der Solarindustrie mit dem Inflation Reduction Act (IRA). 

Die EU-Kommission hat im März 2023 Konzepte zur Stärkung der Solarindustrie in Europa kommuniziert, deren Implementierung auf Ebene der EU-Mitgliedsstaaten im zweiten Quartal zu erwarten ist und sich positiv auf das Geschäft von Meyer Burger in Europa auswirken könnte.

Der Jahresbericht 2022 ist unter folgendem Link zu finden:
https://www.meyerburger.com/de/investoren/berichte-publikationen

Quelle: meyerburger.com

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Sichere und saubere Energieversorgung - das AUCH IM WINTER

Heute und morgen findet in Bern zum 21. Mal die Schweizer Photovoltaik-Tagung statt. Ein zentrales Thema ist die Sicherstellung der zukünftigen Stromversorgung, insbesondere im Winter. «Die Solarbranche sieht den Weg in einem beschleunigten Ausbau der Photovoltaik auf Dächern, Fassaden, Infrastrukturen und alpinen Grossanlagen, kombiniert mit der Nutzung anderer erneuerbarer Energien sowie Effizienzmassnahmen», so Swissolar-Präsident Jürg Grossen. Bereits heute liefern Solaranlagen über 7 Prozent des jährlichen Strombedarfs. Ebenfalls im Fokus steht die Rolle der Schweiz beim Wiederaufbau einer europäischen PV-Industrie. 
 

Solarenergie steht im Rampenlicht wie noch nie zuvor. Dementsprechend gross ist das Interesse an der diesjährigen, mit rund 950 Teilnehmenden ausverkauften Photovoltaik-Tagung. Ein vielfältiges Programm deckt verschiedene aktuelle Fragestellungen ab, von der Sicherstellung der Stromversorgung über die aktuellen Rahmenbedingungen und Marktentwicklungen bis zum Umgang mit dem raschen Wachstum und den Abhängigkeiten von einzelnen Produktionsländern.
 
Rasches Wachstum als Beitrag zur Versorgungssicherheit – schon heute
Die Schweizer Solarwirtschaft verzeichnet seit 2019 jährliche Wachstumsraten von über 40 Prozent. Die im letzten Jahr neu installierten Anlagen liefern jährlich rund 1 Terawattstunde (TWh) zusätzlichen sauberen Strom, womit der Solarstromanteil an der Schweizer Versorgung auf über 7 Prozent steigt. Auch im laufenden Jahr wird wieder ein starkes Marktwachstum erwartet. Ziel ist es, einen jährlichen Zubau von mehr als 2 TWh zu erreichen. 
 
Nationalrätin und Swissolar-Vizepräsidentin Gabriela Suter erläutert an der Tagung, wie mit einem intelligenten Zusammenspiel von Wasserkraft, Solar- und Windenergie sowie mit Massnahmen zur Stromeffizienz eine sichere und saubere Winterstromversorgung erreicht werden kann: «Mit dem raschen Marktwachstum der Photovoltaik wird die Wasserkraft in den kritischen Wintermonaten entlastet, indem die Stauseen weniger rasch geleert werden müssen. Zum Zeitpunkt ihres Tiefststandes im März und April laufen die Solaranlagen bereits wieder auf Hochtouren.» 
 
Gebäude oder alpine Kraftwerke? Sowohl als auch!
Nach dem dringlichen Bundesbeschluss vom Herbst 2022 steigt das Interesse an alpinen Solarkraftwerken rasant. Kontrovers diskutiert wird diese Frage auch an der Podiumsdiskussion unter dem Titel «Versorgungssicherheit dank Grossanlagen?» mit Nationalrat und Swissolar-Präsident Jürg Grossen, VSE-Direktor Michael Frank, WWF-CEO Thomas Vellacott, Swissgrid-Vertreter Maurice Dierick sowie Frank Rutschmann vom BFE. Einigkeit besteht, dass die alpinen Grossanlagen eine wichtige Ergänzung zum Einsatzbereich auf Dächern und Fassaden bilden. 
 
Das Wachstum bewältigen
Das rasche Marktwachstum ist eine grosse Herausforderung für die Branche. Die Lieferengpässe von Komponenten sind zwar weniger gravierend als im vergangenen Jahr, aber der Fachkräftebedarf ist weiterhin eine grosse Herausforderung. An der Tagung werden mehrere Initiativen zur Ausbildung von Fachpersonen vorgestellt, unter anderem die von Swissolar initiierten und ab Herbst 2024 angebotenen Berufslehren. Swissolar-Geschäftsleiter David Stickelberger sagt dazu: «Wir sind zuversichtlich, dass viele junge Menschen eine sinnstiftende Arbeit im Umbau der Energieversorgung leisten wollen. Gleichzeitig müssen wir auch Umsteigerinnen und Umsteigern attraktive Pfade eröffnen, um in der Solarbranche arbeiten zu können.» 
 
Abhängigkeiten reduzieren
Ein grosser Teil der Photovoltaik-Komponenten kommt heute aus Asien. Diese Abhängigkeit soll verringert werden. Während in den USA ein gross angelegtes Förderprogramm zum Aufbau einer eigenen PV-Industrie läuft, gibt es diesbezüglich in Europa bislang erst Absichtserklärungen. Die aktuelle Situation wird von einem Vertreter der Internationalen Energieagentur sowie des European Solar Manufacturing Council erläutert. Mit grosser Spannung wird das Referat von Gunter Erfurt, CEO von Meyer Burger Technology AG, erwartet. Die Firma mit Sitz in der Schweiz und Produktionsstandort in Deutschland ist an der Spitze bezüglich der Bemühungen zum Wiederaufbau einer europäischen Photovoltaikindustrie. 
 
Weitere Themen der Tagung sind Neuigkeiten aus der Forschung, bei der die Schweiz zur Weltspitze gehört, sowie die Vorstellung aktueller Beispiele zum innovativen und praktischen Einsatz der Photovoltaik.

Mehr Informationen 

• Die Rolle der Photovoltaik bei der Schliessung der Winterstromlücke. Swissolar-Arbeitsdokument, Version 1.0
• Programm der 21. Schweizer Photovoltaiktagung
• Übersicht der Referentinnen und Referenten der 21. Nationalen Photovoltaiktagung

  
Über die 21. Schweizer Photovoltaiktagung 

Gemeinsam mit dem Verband Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen (VSE) und dem Bundesamt für Energie (BFE) organisiert Swissolar jährlich die nationale Photovoltaik-Tagung. Die diesjährige 21. Ausgabe findet heute und morgen im Kursaal Bern und online statt. Es wurden rund 950 Teilnehmende verzeichnet. 
 
Die Schweizer Photovoltaik-Tagung live auf Twitter: #pvtagung23 

 

Quelle: www.swissolar.ch

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Neue AKW-Projekte riskant und unrentabel

Die letzten drei deutschen Kernkraftwerke „Emsland“, „Isar-2“ und „Neckarwestheim-2“ gehen am Mitte April vom Netz. Angesichts der Energie- und Klimakrise werden aber nicht nur in Deutschland zunehmend Stimmen laut, die Atomforschung voranzutreiben. Alle derzeit diskutierten neuen Kernkraftprojekte sind gemäss neuer Studie ökonomisch und technisch weder zukunftsfähig noch sinnvoll. 

Zu diesem Ergebnis kommt eine Analyse von Wissenschaftler*innen des Deutschen Instituts für Wirtschaftsforschung (DIW Berlin). „Atomenergie war, ist und bleibt technologisch riskant und unrentabel. Daran ändern auch angeblich innovative Reaktorkonzepte nichts, die in Wirklichkeit ihren Ursprung in der Frühzeit der Atomenergie in den 1950/60er Jahren haben“, erläutert Christian von Hirschhausen, Forschungsdirekter der Abteilung Energie, Verkehr, Umwelt im DIW Berlin. Daher könne Atomenergie auch keinen kostengünstigen und zeitnahen Beitrag zum Klimaschutz leisten oder die Stromversorgung sichern. „Neben der Klimaneutralität brauchen wir eine Plutoniumneutralität, weil es nicht nur darum geht, CO₂ zu reduzieren, sondern auch das gefährliche, langlebige Plutonium in radioaktiven Abfällen.“

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Innovative Konzepte mit alter, nicht bewährter Technologie? Die DIW-Forscher*innen nehmen drei Reaktorkonzepte unter die Lupe, die aktuell die internationale Atomdebatte bestimmen: Leichtwasserreaktoren, SMR („Small Modular Reactors“) und schnelle Brüter. Kernkraftwerke der dritten Generation, Leichtwasserreaktoren mit einer elektrischen Leistung von 600 bis 1600 Megawatt, basieren auf einer Technologie der 1980er Jahre und werden noch heute gebaut. Als problematisch erweisen sich jedoch überbordende Kosten und Bauverzögerungen, wie sie seit ihrer Entwicklung in besonders eklatanter Weise in den USA und Europa beobachtet wurden.

Befürworter*innen von Kernkraftwerksneubauten sehen insbesondere SMR als Hoffnungsträger, wie sie unter anderem von Microsoft-Gründer Bill Gates propagiert werden. Es handelt sich um Leichtwasserreaktoren mit einer Kapazität in der Regel bis zu 300 Megawatt. Sie sind den Studienautor*innen zufolge allerdings keineswegs innovativ, sondern gehen auf die 1950er Jahre zurück, als Atomkraft als Antriebstechnologie für Militär-U-Boote nutzbar gemacht wurde. Bereits damals konnte sich die Technik wegen Kostennachteilen gegenüber leistungsfähigeren Reaktoren nicht durchsetzen. Heute gibt es einige Pilotprojekte, etwa in den USA, Kanada und Großbritannien, die jedoch Modellrechnungen zufolge wesentlich teurer werden dürften als herkömmliche Reaktoren. Noch dazu ist die Marktnachfrage gering. Trotz jahrzehntelanger Forschung konnte kaum ein Kernkraftwerk des Typs SMR den kommerziellen Leistungsbetrieb aufnehmen. Insbesondere besteht aber keine Perspektive, die erheblichen Größennachteile durch Massenproduktion wettzumachen. Hierfür wäre bei optimistischer Betrachtung der Bau von mehreren Tausend baugleichen Kernkraftwerken notwendig.

Auch schnelle Brüter und andere nicht leichtwassergekühlte Reaktoren sind auf absehbare Zeit nicht wettbewerbsfähig, wie die DIW-Forscher*innen in ihrer Studie aufzeigen. Die Technik stammt ebenfalls aus dem vergangenen Jahrhundert, die meisten angeschobenen Projekte wurden wegen sicherheitstechnischer Mängel und fehlender wirtschaftlicher Perspektiven gestoppt, so unter anderem der schnelle Brüter im nordrhein-westfälischen Kalkar, der niemals in Betrieb ging und heute zu einem Freizeitpark umgebaut wurde. Da bei schnellen Brütern viel spaltbares Material entsteht, gibt es auch ein größeres Proliferationsrisiko, also die Gefahr der Weitergabe zu Atomwaffenzwecken.

Bei Weitem teurer als Erneuerbare! „Technisch sind bei der Atomenergie keine signifikanten Durchbrüche absehbar“, bilanziert Claudia Kemfert, Leiterin der Abteilung Energie, Verkehr, Umwelt im DIW Berlin. „Atomkraft ist zudem die mit Abstand teuerste Energie – und bei Weitem teurer als Erneuerbare.“ Diese Erkenntnis habe sich inzwischen auch bei der Modellierung von Energiesystemen durchgesetzt. Während zuvor aufgrund überoptimistischer Annahmen immer ein wesentlicher Anteil an Atomenergie angenommen worden sei, richte sich der Fokus nun immer stärker auf Erneuerbare und weg von Kernkraft.

Staatlich geförderte Forschung sollte sich künftig auf die Bereiche konzentrieren, von denen substanzielle Beiträge zur Energiewende zu erwarten sind“, empfiehlt Kemfert. „Dies sind etwa erneuerbare Energien oder Speichermöglichkeiten und andere Flexibilitätsoptionen, Atomkraft gehört definitiv nicht dazu. Die Bundesregierung sollte auch davon absehen, mit Atomkraft erzeugter Energie ein grünes Label anzuhängen, wie es derzeit beim Wasserstoff diskutiert wird. Stattdessen sollte mit Hochdruck nach sicheren Zwischenlagern und einem Endlager gesucht werden, um das Atomkapitel endgültig abzuschließen.“

• Studie im DIW Wochenbericht 10/2023
• Infografik in hoher Auflösung (JPG, 0.67 MB)
• Interview mit Studienautor Christian von Hirschhausen

Quelle: DIW Berlin 2023

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Nationalrat: Grünes Licht für Solarausbau

Swissolar begrüsst die Beschlüsse des Nationalrats zum Mantelerlass. Sie werden den Ausbau der Photovoltaik in der Schweiz fördern und beschleunigen. Einige Hürden sind aber noch zu beseitigen. Der Ball liegt beim Ständerat. «Wir nehmen mit grosser Genugtuung zur Kenntnis, dass der Nationalrat zahlreiche Massnahmen aus dem 11-Punkteplan von Swissolar, dem Fachverband der Solarwirtschaft, in die Gesetzgebung aufgenommen hat. So etwa die ambitionierten Zubauziele für neue erneuerbaren Energien, die Verschuldungsmöglichkeit für den Netzzuschlagsfonds, eine einheitliche Abnahmevergütung, die Solarpflicht und die lokalen Elektrizitätsgemeinschaften (LEG)» kommentiert Swissolar-Präsident Jürg Grossen. Die Photovoltaik wird einen Grossteil zur vorgesehenen Jahresproduktion von 35 TWh (2035) respektive 45 TWh (2050) beitragen. Die Solarbranche setzt alles daran, um die dafür notwendige Verdoppelung des jährlichen Zubaus zu bewältigen. Verschiedene Massnahmen zur Abdeckung des Fachkräftebedarfs wie etwa die Einführung einer Berufslehre sind bereits eingeleitet worden.   Verschiedene weitere Beschlüsse des Nationalrats werden diesen Zubau fördern und beschleunigen, wie etwa die Befreiung der Speicher vom Netznutzungsentgelt sowie die Liberalisierung des Messwesens, die den lokalen Verbrauch von Solarstrom unterstützen und damit die Notwendigkeit von Netzausbauten verringern. Positiv zu bewerten sind auch die Vereinfachungen für den Bau von Solaranlagen an Fassaden und über Parkplätzen.   Nachbesserungen nötig beim Bau alpiner Anlagen und bei Agri-PV In einigen Fällen sind Nachbesserungen nötig, um weiterhin bestehende Hindernisse für die Solarenergie auszuräumen. So wurde der Vorschlag der vorberatenden Kommission, eine Kategorie «Solaranlagen von nationalem Interesse» einzuführen, abgelehnt. Damit wird der Bau grosser alpiner Anlagen nach Ablauf der Frist bis Ende 2025 gemäss dringlichem Bundesbeschluss gefährdet. «Die Gegner argumentierten, man solle primär die Potenziale auf Gebäuden nutzen, aber die gleichen Gegner waren nicht bereit, eine Solarpflicht für bestehende grosse Bauten einzuführen», sagt Gabriela Suter, Vizepräsidentin von Swissolar.   Weiter wurde die äusserst restriktive bestehende Regelung für PV-Anlagen in Kombination mit landwirtschaftlichen Kulturen (Agri-PV) nicht gelockert. Da solche nur gebaut werden dürfen, wenn sie Vorteile für die landwirtschaftlichen Kulturen bringen, ist das nutzbare Potenzial aktuell äusserst gering. Swissolar setzt auf die Differenzbereinigung mit dem Ständerat, damit auch diese Hürden beseitigt werden können.   Über Swissolar Swissolar vertritt als Fach- und Branchenverband die Interessen von 870 Verbandsmitgliedern mit rund 10’500 Arbeitsplätzen der Schweizer Solarbranche in der Öffentlichkeit, in der Politik und gegenüber den regulierenden Behörden. Swissolar unterstützt die Branche zudem mit Tools, Tagungen und Weiterbildungsangeboten. Swissolar setzt sich für die Zunahme der Solarenergienutzung in der Schweiz ein, sei es in Form von Solarwärme für Warmwasser und Heizung, als Solarstrom oder durch die Anwendung der Grundsätze des solaren Bauens. ^^^ Nach oben