Der neue Artikel erklärt die Energiewende aus einfacher, aber grundlegend physikalischer Sicht. Und ganz Grundlegendes, das führt uns früher oder später zur Entropie. Mit ihr versteht man, warum strombasierte Technologien wesentlich effizienter sind als solche, die Verbrennung und Wärme als Zwischenschritt nutzen. Und wieso deshalb die Energiewende einer technischen Revolution gleichkommt, nämlich weg von der Wärme und hin zum Strom, mit erheblich höherer Effizienz.
Was hat die Energiewende mit Entropie zu tun? Die Entropie ist eine physikalische Größe, die bestimmt, wieviel wir Energie nutzen können. Für Effizienzbetrachtungen brauchen wir also Entropie.
Genauer gesagt sind es Entropieunterschiede, die wir brauchen. Die gibt es, wenn es einen Temperaturunterschied gibt. Dann kann man aus diesem Unterschied nutzbare Energie gewinnen. Jedes thermische Kraftwerk funktioniert so, wenn es nutzbare Energie in Form von Strom erzeugt. Je größer der Temperaturunterschied, desto mehr nutzbare Energie lässt sich gewinnen.
Wie heiss kann es bei der Verbrennung werden?
Das führt uns zu der grundlegenden Frage, welche Temperatur wir bei Verbrennung eigentlich maximal erreichen können. Das ist natürlich nichts Neues, das Konzept dazu heisst adiabatische Flammentemperatur. Einfach kann man sie so abschätzen: Bei einer Verbrennung entsteht Wärme, also erreichen wir die höchste Temperatur, wenn wir mit der freigesetzten Wärme die wenigste Luft erwärmt wird. Bei üblichen Brennstoffen führt uns das zu Temperaturen von etwa 2500-3000 Grad.
Diese Temperaturen werden in der Regel nicht erreicht, da dann ja Metalle schmelzen. Aber wenn dann nur eine geringere Temperatur genutzt wird, dann verschwenden wir bereits einen Teil der nutzbaren Entropie. Und wenn wir verbrennen, nur um unser Wohnzimmer auf 20 Grad zu halten, dann verschwenden wir den Grossteil an nutzbarer Energie.
Wenn wir dann noch berücksichtigen, dass Photosynthese bei sehr geringer Effizienz die Brennstoffe erst hergestellt hat, typischerweise mit einem Wirkungsgrad von 1%, dann ist das Ganze einfach sehr, sehr ineffizient. Warum Photosynthese so ineffizient ist, dazu gibt es in diesem Blogpost mehr.
Wie geht‘s besser? Mit Strom!
Die Antwort ist einfach: Verbrennung, und allgemeiner, Wärme als Zwischenschritt vermeiden. Strom direkt aus Photovoltaik, nicht aus Verbrennung. Mobilität aus Strom, nicht aus Verbrennung. Raumwärme über Wärmepumpe, nicht aus Verbrennung. Dies ist wesentlich effizienter, wir brauchen dann weniger Energie, um das gleiche Ziel zu erreichen.
Damit folgen wir einer technologischen Entwicklung, die wir anderswo schon längst erreicht haben. Licht wird inzwischen mit LEDs direkt aus Strom erzeugt, nicht mehr über Verbrennung oder heißen Glühdrähten. Züge fahren überwiegend mit Strom, Dampfloks gibt‘s nicht mehr. In der Stromerzeugung in Deutschland sehen wir den gleichen Trend – geringerer Einsatz von Primärenergie bei gleichbleibender Stromerzeugung. Und das, weil PV und Wind nicht verbrennen. Aus gutem Grund sind also strombasierte Technologien einfach überlegen. Und damit lässt sich der Primärenergieverbrauch ganz erheblich senken. Der lässt sich dann einfacher durch PV, Wind, und Speicher decken. Mehr dazu gibt es im Artikel.
Was ich an diesem Artikel ganz wunderbar finde
Am Ende möchte ich dies noch kurz persönlich einordnen. Zum einen bin ich sehr froh und zufrieden über diesen Artikel, weil er die Energiewende ganz einfach und ganz grundlegend physikalisch als einen gewaltigen Effizienzsprung beschreibt. Und Entropie in einen wirklich praktischen und relevanten Zusammenhang setzt. Und ich finde, dass dieser Fokus auf das Wesentliche ja letztendlich der Kern von Wissenschaft ist.
Zum Anderen finde ich diese Erkenntnis wirklich wichtig, weil es der ganzen Diskussion zum Klimawandel und der Notwendigkeit der Energiewende eine ganz andere, mehr fundamentale Rechtfertigung gibt. Die Energiewende ist keine grün-versiffte Ideologie, sie ist kein Luxus. Sie ist ein ganz natürlicher Trend, sie folgt aus der Physik. Und wenn wir sie verschlafen, werden wir technologisch abgehängt. Je schneller wir sie umsetzen, desto mehr sind wir bei den notwendigen Innovationen mit dabei, und werden wirtschaftlich erfolgreich bleiben.
Jetzt geht es also „nur“ noch darum, den übermächtigen Einfluss der Feinde von Freiheit und Fortschritt entschieden entgegen zu treten, und das Richtige zu tun.
Referenzen
Axel Kleidon und Harald Lesch (2025) Strom statt Wärme: Vermeidung von Verbrennung senkt Primärenergiebedarf deutlich. Physik in unserer Zeit, veröffentlicht online/im Druck. https://doi.org/10.1002/piuz.202501742. Englische Übersetzung auf arXiv: https://arxiv.org/pdf/2506.12714
Eine Kolumne im Terra-X Blog erschien zu diesem Thema im Januar 2025.
Zwei Videos zu dem Thema sind auf Youtube. Das erste Video beschreibt direkt den Inhalt der neuen Veröffentlichung:
Im zweiten Video diskutieren Harald Lesch und ich zu dem Thema:
Earthsystem.org 