ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Aargau innovativ – Chance für ihr Unternehmen
„Weshalb wir uns auf den Weg in die Energiezukunft machen müssen “
Peter Morf
Leiter Schwerpunkt Energietechnologien und Ressourceneffizienz
23. Januar 2018
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Energiezukunft – Die Kostendiskussion; kein Konsens
...sagt, das Energiegesetz koste jeden Haushalt 3200 Franken pro Jahr. Der Bundesrat spricht von 40 Franken. Liegt die Wahrheit also in der Mitte?
Man kann es einfach ausrechnen: Die Förderbeiträge werden um 0,8 Rappen pro Kilowattstunde erhöht, das macht jährlich rund 450 Millionen Franken aus. Das ergibt für einen vierköpfigen Haushalt im Schnitt 40 Franken.
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Energie Evolutions-Zyklus - I
Break Point
Ausbalancieren
Wachstum und
Abhängigkeit
Druckaufbau
UmweltKräfte
SozialeKräfe
ÖkonomischeKräfte
GeopolitischeKräfte
PolitischeKräfte
«Magic Bullets»(Radikale Technologien und Technologieersatz)
«The Shock of the old»(Alte Technologien –innovative Neudesigns)
Kombiniert aus: P. Tertzakian, A THOUSAND BARRELS A SECOND: THE COMING OIL BREAK POINT AND THE CHALLENGES FACING AN ENERGY DEPENDENT WORLD, D. Edgerton The Shock Of The Old und M. Mazzucato The Entrepreneurial State.
Regulation &
Politik
2008-2014(Öl, Regenerative
Installationen)
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Regulation
Sozio-Ökonomisches Umfeld
Markt
− Photovoltaik / Wind
− Kernfusion
− Speicher
− Mobilität/Gebäude etc.
− Hybridtechnologien
− Effizienzsteigerungen
− CO2-Sequestrierung
Totalrevision:
− Energiegesetz
Teilrevision:
− Kernenergiegesetz
− Sromversorgungsgesetz
− CO2-Gesetz
− Raumplanungsgesetz
− Bundesgerichtssgesetz
− Bundesgesetz über die
direkte Bundessteuer und
Stuerharmonisierungsgesetz
4
Energie Evolutions-Zyklus - II
Ausbalancieren
«Magic Bullets»(Radikale Technologien und Technologieersatz)
«The Shock of the old»(Alte Technologien –innovative Neudesigns)
Regulation &
Politik
UmweltKräfte
SozialeKräfe
ÖkonomischeKräfte
GeopolitischeKräfte
PolitischeKräfte
− Knappe
Ressourcen
− Übernutzung
− Klima
− Abhängigkeit Öl
und Erdgas
− Geostrategie
− Lobbying
− Meinungsbildung
− Lobbying
− Innitiativen
− Vorstösse
− Meinungsbildung
− Innovation
− Preise
− Subventionen
Energiestrategie 2050
1. Steigerung der Energieeffizienz
2. Ausbau der Erneuerbaren
3. Atomausstieg
KELS: Klima- und Energielenkunssystem
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Endenergieverbrauch in der Schweiz
278 TWh
222 TWh
167 TWh
112 TWh
56 TWh
0
2
4
6
8
Ein
wo
hn
erz
ah
l S
ch
weiz
[M
io.]
Ve
rbra
uch
pe
r K
apit
a [a
.u]
0
Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2017, BFE
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Zunahme der Globalen Handelsströme
Warenhandel in Prozenten
innerhalb der Region
mit anderen Regionen800 400 200 100 50
Warenhandel mit anderen RegionenIn Mia. US Dollar
100300
50010001500
2500
5500Globaler WarenhandelIn Mia. US Dollar
2000 2010
Atlas der Globalisierung, Le Mond, 2012
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Entwicklung der Weltbevölkerung – UN 2017
United Nations, Department of Economics and Social Affairs, Populatoion Division (2017)
Entwicklung der Weltbevölkerung Entwicklung Afrika-Subsahara
Europa
Asien
Nordamerika
Lateinamerika
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Durschnittlicher Lebensfleischkonsum in Deutschland
945
44
37
12
46
46
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Nature volume 461, pages 472–475 (24 September 2009)
Planetary Boundaries
Klimawandel
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
COP 21 – Die Weltgemeinschaft setzt ein klares Zeichen
Drei langfristige Ziele, 195 Staaten unterzeichneten:
1. Begrenzung der Erwärmung auf deutlich unter 2 °C. Möglichst 1.5 °C erreichen.
2. Erhöhung der Fähigkeit zur Anpassung an den Klimawandel (Resilienz).
3. Umlenken aller Finanzströme, um sie mit diesen Klimazielen kompatibel zu machen.
United Nations Framework Convention on Climate Change, 21st Conference of the Parties COP21
Paris, 30. November bis 12. Dezember 2015
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
CO2 und globale Temperatur
11Klima und Mensch eine 12’000 jährige Geschichte, Heinz Wanner, Haupt 2016
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Klimawandel – Temperaturverlauf
Te
mp
era
tur
[°C
]
Der menschliche Einfluss auf das Klima
Te
mp
era
tur
[°C
]
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
IPCC Spezialreport 15
Mangroven Arktische
Region
Ernteerträge
TourismusLokale Fischerei
äquatorialen ZonenTerrestrische
Ökosysteme
Überflutung
der Küsten
Binnen-
Hochwasser
Hitze bedingte
Krankheit und
Sterblichkeit
2006-2015
Warmwasser-
korallen
0
1.0
1.5
2.0
Glo
ba
le Ä
nd
eru
ng d
er
Ob
erf
läche
nte
mp
era
tur
im V
erg
leic
h z
ur
vo
rin
du
str
ielle
n L
eve
l [°
C]
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Globales CO2-Budget: „Drei Jahre….“
Figueres et al. Nature, 546, 595, 2017
Christiana Figueres und Kollegen stellen einen Sechspunkteplan vor, um den CO2-Trend ab 2020 neu auszurichten. G
lobale
CO
2-E
mis
sio
nen [
Gtpro
Jahr]
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Endergieverbrauch nach Sektoren
Anteil 2017 der vier Sektoren in %
BFE, SCHWEIZERISCHE GESAMTENERGIESTATISTIK 2017
Effizienz/Tempo
Elektrifizierung
Vermeiden
Verlagern
Effizienz/Dämmung
Grün-Strom
Effizienz/Wärmepumpe
Effizienz/Dämmung
Grün-Strom
Effizienz/Wärmepumpe
Effizienz/Dämmung
Effizeinz/Prozesse
Grün-Strom
Effizienz/Wärmepumpe
Emissions-Anteile CO2
Abfall: 8%
Landwirtschaft: 13%
18%
20%9%
32%
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Globaler Primärenergiebedarf und regenerative Potentiale
Volker Quaschning, Eneuerbare Energie und Klimaschutz, Hanser 2008
Erdwärme
Wind
Sonne
Biomasse
Nutzbare
Wasserkraft
Kohle
Gezeiten
Erdöl
Erdgas
Uran
Weltweiter
Jährlicher
Primärenergiebedarf
Jährliches regeneratives
Energieangebot
Insgesamt vorhandene
konventionelle Energieträger
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Globalstrahlung – Jahresmittelwerte - Solarstrompreise
Dubai2.8 Rappen/kWhMexiko
3.5 Rappen/kWh 20161.8 Rappen/kWh Q4 2017
Kalifornien4.0 Rappen/kWh
Chile3.0 Rappen/kWh
Saudi Arabien1.8 Rappen/kWh
Global: Photovoltaik erzeugt die tiefsten Strompreise
Deutschland7.4 Rappen/kWh 20166.5 Rappen/kWh Q2 20174.3 Rappen/kWh Q1 2018
Strompreise für Freiflächenanlagen
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Potentiale der regenerativen Energietechnologien I
https://www.psi.ch/lea/HomeEN/Final-Report-BFE-Project.pdf
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Potentiale der regenerativen Energietechnologien II
Leveliced Cost of Electricity (LCOE) 2015/16
https://www.psi.ch/lea/HomeEN/Final-Report-BFE-Project.pdf
0 25 50 75 100 125
Rp./kWh
Konzentrierende Solarthermie - import
Welle & Ebbe/Flut - import
Kohle CO2-Abscheidung - import
Kohle - import
Brennstoffzelle (Erdgas)
Geothermie (EGS)
Wind, offshore, EU - import
Wind, CH
Photovoltaik (PV), aufdach
Biomasse, Landwirtschaft
Biomasse, Forstwirtschaft
Biomasse, Abfallmanagement
Erdgas, CHP
Erdgas, CC mit CO2-Abscheidung
Erdgas, CC
Kleinwasserkraft (SHP)
Grosswasserkraft (LHP) – neu heute
Nuklearenergie* - hypothetisch neu
Nuklearenergie - existierend
Grosswasserkraft (LHP) – existierend
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Potentiale der regenerativen Energietechnologien III
Leveliced Cost of Electricity (LCOE) 2050
https://www.psi.ch/lea/HomeEN/Final-Report-BFE-Project.pdf
0 25 50 75 100 125
Rp./kWh
Konzentrierende Solarthermie - import
Welle & Ebbe/Flut - import
Kohle CO2-Abscheidung - import
Kohle - import
Brennstoffzelle (Erdgas)
Geothermie (EGS)
Wind, offshore, EU - import
Wind, CH
Photovoltaik (PV), aufdach
Biomasse, Landwirtschaft
Biomasse, Forstwirtschaft
Biomasse, Abfallmanagement
Erdgas, CHP
Erdgas, CC mit CO2-Abscheidung
Erdgas, CC
Kleinwasserkraft (SHP)
Grosswasserkraft (LHP)
Nuklearenergie*
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Potentiale der regenerativen Energietechnologien IV
Leveliced Cost of Electricity (LCOE) 2050
GWh/a (neu Zubau)
https://www.psi.ch/lea/HomeEN/Final-Report-BFE-Project.pdf
0
Konzentrierende Solarthermie - import
Welle & Ebbe/Flut - import
Kohle CO2-Abscheidung - import
Kohle - import
Brennstoffzelle (Erdgas)
Geothermie (EGS)
Wind, offshore, EU - import
Wind, CH
Photovoltaik (PV), aufdach
Biomasse, Landwirtschaft
Biomasse, Forstwirtschaft
Biomasse, Abfallmanagement
Erdgas, CHP
Erdgas, CC mit CO2-Abscheidung
Erdgas, CC
Kleinwasserkraft (SHP)
Grosswasserkraft (LHP)
Nuklearenergie*
5’000 10’000 15’000 20’000
BFE: 50 TWh (Dach)
HSLU: 50+10 TWh
(Dach & Fassade)
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Spezielle Anwendungen – bifaciale Module als Schallschutz
22TNC, Thomas Nordmann Consulting
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Elektrifizierung & Effizienz: Plusenergie Gebäude
Zürich, Wollishofen.62 Wohnungen mit einem jährlichen Energieüberschuss um ca. 38 E-Fahrzeuge zu betreiben.
Effizienz:IsolationBaustoffe
Energie Bereitstellung:
Elektrische Energie:Photovoltaik & Netz(& Speicher)
Wärme:Wärmepumpen(& Speicher)
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Photovoltaik Fassade I
24
Zürich Leimbach
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Photovoltaik Fassade II
25
Basel Kohlesilo, 2015Romanshorn
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Agrophotovoltaik
26
Fraunhofer ISE, Freiburg Heggelbach, Bodensee-Oberschwaben
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Power-Blox AG – Innovation im Aargau
27
Intelligenter Energie-Speicher-Würfel für Anwendungen in Schwellen- und Entwicklungsländer.
Hightech Zentrum Aargau:
• Projektberatung
• Interdisziplinärer Kreativ-Workshop zur Gestaltung und Funktionalität.
• Forschungspartner:
+ Industriepartner
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Power-Blox AG – Innovation im Aargau
28
• Eigene Stromerzeugung
• Einfach Einstecken
• Strom ohne Netz
• Skalierbar
• Mit Schwarmintelligenz
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
29
Kapazität2016
28GWh
174GWh
Kapazität2020
Neue Kapazität
289GWh
Batterietechnologien – Produktionsvolumen nahe Zukunft
2020/2016 = Faktor 5.62020/2016 = Faktor 10
Anteil e-Fahrzeuge
von 1% (2016) zu ca. 10% (2020)
Weltkapazitäten Batterieproduktion
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Was zeigt Mercedes-Benz an der Intersolar 2016
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Protera, BYD, YUTONG, HESS, ABB - Elektrobusse
Max Range: 1000 km
Frankfurt – Mannheim: 90 km, BYD C9
Paris – Amiens: 150 km, Yutong ICe 12
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Schwere Baumaschinen - Batterieelektrisch
Ciments Vigier SA commissioned
Arbeitsgemeinschaft (ARGE) E-Dumper
Bei jeder Fahrt hinunter werden
durch das elektrische Bremsen 40 KWh in die Batterien
geladen, was dieses Fahrzeug zu einm Energieerzeuger macht.
Der Überschuss von 200 KWh äglich wird am Abend ins Netz
eingespiesen.
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Energieautarkes Gebäude – PV auf Dach und Fassade
Speicher
Stromspeicher: Wasserstoff
Direktelektrisch: Batteriespeicher
Thermisch: Wasserspeicher
Wärme
Wärmepumpe
Brennstoffzelle
Strom
Direkt PV
Batterie
Brennstoffzelle
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
Innovation Networks - Crossinnovation
V2G
Batterien/Speicher
ICT
GebäudetechnikRegenerative Energie
Intelligente Netze/Systeme
E-Mobilität/Autonomes Fahren
ENERGIETECHNOLOGIENNANOTECHNOLOGIENINNOVATIONSBERATUNG
«Wir Wissenschaftler wissen nicht wie das gemacht wird»
Gus Speth
(James Gustave Speth)
«Ich glaubte zu wissen, dass die wichtigsten
Umweltprobleme die Biodiversität, die Ökosysteme und das
Klima betraffen.
Ich dachte, dass wir innert 30 Jahren durch gute Forschung
in den Naturwissenschaften diese Probleme gelöst werden
könnten.
Aber ich hatte mich geirrt.
Die wichtigsten Umweltprobleme sind Selbstsucht, Gier und
Apathie…
...um damit einen Umgang zu finden braucht es einen
geistige und kulturelle Transformation.
- und wir Naturwissenschaftler wiessen nicht wie man das
macht.»