All Electric Society: Unter Strom

Drei kleine Buchstaben, eine ganz große Vision: Die „AES“, die „All Electric Society“ beschäftigt immer mehr Unternehmen, Verbände und die Politik – und bald auch Verbraucherinnen und Verbraucher. Die Idee beschreibt eine CO2-neutrale und nachhaltige Welt, in der Energie fast ausschließlich elektrisch erzeugt und verbraucht wird: Statt Verbrennermotoren dominiert die E-Mobilität, statt Gaskraftwerk die Wärmepumpe, auch die Schwerindustrie greift in diesem Szenario auf elektrifizierte Speicher und Anlagen zurück. Mit dieser rein technischen Betrachtung ist es jedoch nicht getan. Hinter dem Konzept steht ein weitreichender Umbau unserer heutigen Welt. Es sei eine Vision, „in der alle gesellschaftlich relevanten Sektoren in klimaneutralen CO2-freien Kreislaufwirtschaften Wohlstand fördern“, sagt Dr. Gunther Kegel, Vorstandschef des Sensorikspezialisten Pepperl + Fuchs sowie Präsident des ZVEI, dem Verband der Elektro- und Digitalindustrie.

Ein hehres Ziel. Doch klar ist auch: Je detaillierter die All Electric Society skizziert wird, je mehr Branchen und Bereiche das Thema für sich entdecken, desto intensiver wird auch über die Hürden und Schwierigkeiten auf dem Weg diskutiert. Mit dem großen Anspruch kommen auch große Aufgaben auf die Antreiber der AES zu. Denn unter dem Oberbegriff versammelt sich gleich eine Vielzahl von Transformationsprojekten, die Politik, Wirtschaft und Gesellschaft bereits jetzt fordern. Die Wende hin zu erneuerbaren Energien ist unerlässlich, eine umfassende Digitalisierung ist notwendige Bedingung, zahlreiche regulatorische Fragen sind völlig ungeklärt, ein Konsens über die entstehenden Kosten liegt noch in weiter Ferne. Eine Bestandsaufnahme zeigt: In der All Electric Society liegt großes Potenzial – für Staat, Unternehmen und Verbraucher. Doch die Vision muss sich in der Wirklichkeit beweisen.

Die Vision von der All Electric Society arbeitet sich aus der Nische

Befürworter des Konzepts argumentieren, dass das Thema nicht nur an Fahrt aufnehmen wird, sondern muss. „Der Zeitpunkt ist gekommen. Aber wir müssen noch deutlicher machen, dass jetzt etwas passieren muss“, sagt Roland Bent, langjähriger Technik-Vorstand des Elektronikspezialisten Phoenix Contact sowie bis Ende 2022 Vorsitzender der DKE (Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE).

Lange Zeit wurde das Konzept vor allem in der vom VDE getragenen Normungsorganisation DKE und in der elektroniknahen Industrie diskutiert. Im vergangenen Sommer verpflichtete sich die DKE dazu, ihr Handeln künftig komplett auf die All Electric Society auszurichten. Die Gründe dafür: Zum einen haben explodierende Energiepreise als Folge des russischen Angriffskrieges auf die Ukraine die Neugier vieler Unternehmen und Politiker geweckt, sich grundlegend mit neuen Konzepten zu beschäftigen. Zum anderen drängen aktuelle und potenzielle Folgen der Klimakrise immer stärker in den Alltag vieler Menschen. Politische Ziele geben zudem einen ehrgeizigen Zeitplan vor: Bis 2045 soll Deutschland Klimaneutralität erreichen.

Strom steht unbegrenzt und so gut wie gratis zur Verfügung

Noch klaffen zwischen Anspruch und Wirklichkeit jedoch Welten. Das zeigt sich etwa beim Schlüsselthema der Energieerzeugung. Das beschäftigt aktuell gleichermaßen Unternehmen wie Verbraucher – in der All Electric Society hingegen würde mit einer ganz anderen Kostenbasis kalkuliert werden. Elektrizität sei dort irgendwann „kein begrenzender und mit negativen Folgen behafteter Faktor mehr“, erklärt Roland Bent, „weil sie auf erneuerbarer Elektrizität, die CO2-neutral und zu Grenzkosten von nahezu null erzeugt werden kann, basiert.“ Das verändert Geschäftsmodelle. Und die Gesellschaft: Wege von A nach B könnten gewissermaßen ohne Verbrauchskosten zurückgelegt werden. Industriebetriebe wären in ihrer Preissetzung nicht mehr abhängig von globalen Auseinandersetzungen mit wichtigen Lieferanten von Öl oder Gas. Private Haushalte und Gewerbebetriebe wären ebenso Stromverbraucher wie -erzeuger.

Auch wenn die Vision der unbegrenzt zur Verfügung stehenden Energie verlockend ist, leben wir aktuell mit Energieknappheit und der Schwierigkeit, den erforderlichen Ausbau der erneuerbaren Energien schnell genug umzusetzen. Daher ist die Energieeffizienz auf absehbare Zeit wichtiger Bestandteil der Energietransformation in der All Electric Society. Seit 2020 – vor allem geprägt durch die Auswirkungen der Corona-Pandemie – steigt der Stromverbrauch in Deutschland jedoch wieder an. Und diese Zahlen werden zunehmen, je mehr Bereiche elektrifiziert werden: Fahren etwa alle 45 Millionen Autos auf deutschen Straßen elektrisch, wären dafür gut 100 Terawattstunden pro Jahr nötig, rechnet das Bundesverkehrsministerium vor. Das Leibniz-Zentrum für Europäische Wirtschaftsforschung (ZEW) hat aufgezeigt, dass der Energieverbrauch in Unternehmen steigt, wenn mehr Informationstechnologie zum Einsatz kommt. Der Ausweg: Der Strom muss aus erneuerbaren Energien gewonnen werden. Dann kann nach erfolgreicher Elektrifizierung die Gesamtenergieeffizienz günstiger ausfallen – auch wenn mehr Strom verbraucht wird.

Das Problem: Um auf diesen Pfad zu gelangen, müsste der Ausbau der erneuerbaren Energien deutlich an Geschwindigkeit aufnehmen. Im Vergleich zum Jahr 2022 müsste sich der Strom aus Wind, Sonne und Wasser bis 2045 etwa verfünffachen, sagt Kegel. Ein möglicher Weg aus Sicht des Spitzenfunktionärs: merklich gestraffte Planungs- und Genehmigungsverfahren.

Stromversorgung, Gebäude, Verkehr und Industrie werden elektrisch vernetzt

Denn klar ist: Die Vision verlangt einen tiefgreifenden Umbau quer durch alle Bereiche. Als eine wichtige Voraussetzung für ein mögliches Gelingen der All Electric Society gilt die Sektorenkopplung, also die Verknüpfung der Bereiche Elektrizität, Gebäude, Verkehr und Industrie (siehe dazu auch Artikel ab Seite 18). „Wir versuchen, die Infrastruktursysteme so zu bauen, dass man den Großteil der Energie in den vier Sektoren elektrisch zur Verfügung stellen kann“, sagt Dr. Tobias Teich, Professor für Vernetzte Systeme an der Westsächsischen Hochschule in Zwickau.

Bislang arbeiten die meisten Bereiche noch getrennt voneinander vor sich hin. In Pilotprojekten soll nun zumindest erprobt werden, wie diese Kopplung gelingen kann. In Jena etwa entstehen in den kommenden Jahren elektrische Großspeichersysteme, mehrere strategisch verteilte Photovoltaik- und Solarthermieanlagen, die Häuser, Büros, Gewerbe und Ladesäulen versorgen sollen – vernetzt über eine virtuelle Plattform. Das Projekt „JenErgieReal“ solle darstellen, „wie die Transformation urbaner Energiesysteme und die nachhaltige Versorgung von Städten mit Strom und Wärme gelingen kann“, sagte Stefan Wenzel, Parlamentarischer Staatssekretär im Bundeswirtschaftsministerium, im November. Um die Vision einer All Electric Society Realität werden zu lassen, müssten diese neuen Verbindungen bundesweit aufgebaut und ausgebaut werden. Das erfordert große infrastrukturelle Umbauten, um Erzeugung und Verbrauch ausbalancieren zu können. Und Speichertechnologien müssen in der Lage sein, sowohl regional und überregional als auch zeitlich und saisonal auf Schwankungen reagieren zu können.

In einigen Kreisen der Politik und der Industrie ist die Skepsis noch groß, was eine vollständige Elektrifizierung angeht. Das gilt insbesondere für Großverbraucher, die die Hochöfen oder Steamcracker dieses Landes betreiben. Die fünf Branchen mit dem stärksten Energiebedarf in Deutschland – darunter die Chemieindustrie, die Metallindustrie oder Glas- und Papierhersteller – verbrauchten im Jahr 2020 drei Viertel der gesamten industriell benötigten Energie, obwohl sie nur 21 Prozent der Wertschöpfung in diesem Sektor erzeugten, rechnet das Statistische Bundesamt vor. Auf diese Bereiche komme es an, ist Kegel überzeugt: Eine industrielle Dekarbonisierung müsse in den energieintensiven Sektoren und Branchen erreicht werden, so der ZVEI-Präsident: „Die große Zahl zumeist wenig energieintensiver Unternehmen allein kann hier keinen wirksamen Beitrag leisten.“

Sowohl bei den Lastspitzen als auch bei dem permanenten Verbrauch können die erneuerbaren Energien heute jedoch nicht mithalten. Ein „Fokus auf die All Electric Society würde mit erheblichen Mehrkosten einhergehen“, heißt es dementsprechend in einem Bericht der Deutschen Energie-Agentur (dena) aus dem Frühjahr 2021. Stattdessen empfahlen die Expertinnen und Experten eine „Drei-Pfeiler-Strategie“, bestehend aus synthetisch erzeugten erneuerbaren Energieträgern und Rohstoffen, mit stärkeren Bemühungen in Sachen Energieeffizienz und dem Ausbau der direkten Nutzung aller Arten von erneuerbaren Energien, wozu auch Geothermie oder Biomasse gehören.

Befürworter einer umfassenden Elektrifizierung sehen darin keineswegs eine Sackgasse. Das Zielbild der All Electric Society schließe „grünen Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe, die wiederum unter Nutzung erneuerbarer elektrischer Energie erzeugt werden, explizit mit ein“, argumentiert etwa ZVEI-Präsident Kegel. Damit rückt die Vision wieder ein Stück näher an die Realität. Heute schon rollen die ersten mit Wasserstoff betriebenen Züge in Niedersachsen, Stahlkonzerne wie Salzgitter oder Thyssenkrupp experimentieren mit Direktreduktionsanlagen, in denen Eisenerz mithilfe eines Reduktionsmittels (Wasserstoff und / oder Erdgas in flexiblen Anteilen) in Eisenschwamm umgewandelt wird. Shell und ITM Power haben im Rheinland Europas größten Wasserstoff-Elektrolyseur in Betrieb genommen. „Grüner Wasserstoff sorgt dafür, dass erneuerbare Energie speicherbar und transportierbar wird“, sagt der langjährige DKE Vorsitzende Bent.

Smarte Algorithmen halten die komplexe All Electric Society am Laufen

Die Hindernisse auf dem Weg zu einer stärker elektrifizierten Welt sind durchaus zu bewältigen – auch wenn viele Vorhaben noch Jahre vom Regelbetrieb entfernt sind. „Technisch sehe ich die wenigsten Probleme, da ist tatsächlich eigentlich alles da, was wir benötigen“, sagt Wissenschaftler Teich. Zumal auch der Weg zu einer großen Vision mit kleinen Schritten beginnt. Wenn Photovoltaikzellen höhere Effizienzgrade erreichen, wenn Batteriespeicher mit größeren Kapazitäten auf den Markt kommen, macht das Teilschritte hin zur All Electric Society einfacher. „Man muss sich zuerst mit den Dingen beschäftigen, die funktionieren“, sagt Teich. „Dann finden sich Lösungen für die Dinge, die noch nicht funktionieren.“

Dabei wird schnell deutlich: Die Vision erfordert einen interdisziplinären Ansatz. Das lässt sich auch gut mit einem Blick auf die digitale Komponente der Vision erkennen. „Die entscheidenden Determinanten für die All Electric Society werden der Preis von Strom – und der Preis von Informationen“, sagt Teich. In Jena etwa soll eine digital vernetzte Infrastruktur entstehen, in der alle beteiligten Systeme ständig miteinander Daten austauschen.

Das hält die künftig stärker geforderten Netze im Gleichgewicht. Und ermöglicht es, dass die Infrastruktur automatisiert auf Schwankungen reagiert. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, dass Photovoltaikanlagen je nach Bedarf zu- oder abgeschaltet werden. Oder dass sich auch Verbrauchspreise verändern – und Ladestrom für Elektroautos oder der Haushaltsstrom günstiger werden, wenn Strom im Überfluss erzeugt wird. Um diese komplexen Berechnungen zu tätigen, wird an vielen Stellen Künstliche Intelligenz (KI) gefordert sein. „KI kann eine entscheidende Rolle spielen, um Daten zu analysieren und sogar Handlungsempfehlungen zu geben“, sagt Teich. Auch digitale Zwillinge, virtuelle Abbilder von Produkten oder Systemen, sind entscheidend, um Simulationen im hochkomplexen Gefüge einer All Electric Society fahren zu können.

Vorsichtigen reicht eine More Electric Society

Außerhalb der Technologie warten noch eine Menge Aufgaben auf die Visionäre. Befürworter sehen das Konzept als eine Chance, mit vielen Befürchtungen verbundene Themen wie der Energiewende oder der industriellen Transformation durch einen positiv besetzten Oberbegriff positiver aufzuladen. „Im Zentrum der All Electric Society steht nicht das Narrativ des Verzichts, sondern die Überzeugung, dass vor allem Innovationen helfen, diese Menschheitsaufgabe zu bewältigen“, sagt Kegel.

Auf der anderen Seite wird immer wieder dafür argumentiert, lieber von einer „More“ oder „Most“ Electric Society zu sprechen. Diese Begriffe klingen weniger radikal, beschreiben aber den gleichen Pfad: „Gegenwärtig beobachten wir einen Übergang zu einer stärker elektrisch geprägten Gesellschaft mit dem Endziel einer vollelektrischen Gesellschaft“, schreibt etwa das European Center for Power Electronics, ein industrienahes Forschungsnetzwerk. Wie sehr es um die richtigen Worte für die Vision geht, zeigt auch ein Blick nach Zwickau. Dort befindet sich einer der wenigen Orte in Deutschland, wo schon offensiv Projekte unter der Überschrift der All Electric Society vorangetrieben werden. Hier soll ein ganzer Stadtteil neu geplant und vernetzt werden. Plattenbauten wurden dafür bereits zurückgebaut, brachliegende Flächen werden neu belebt. „Da wollen wir einige Themen der All Electric Society und der Sektorenkopplung im Rahmen der Quartiersentwicklung erproben“, sagt Sven Leonhardt, zuständiger Projektleiter der Stadt Zwickau.

Dafür arbeitet die Kommune eng mit der örtlichen Hochschule zusammen, mit städtischen Gesellschaften wie dem Energieversorger oder dem Wohnungsbauunternehmen und privaten Konzernen wie Volkswagen, die in der Nachbarschaft ein Werk betreiben. Angesichts knapper Kassen geht es nicht so schnell voran wie erhofft: „Schritt für Schritt wollen wir ein paar Projekte vorantreiben – steter Tropfen höhlt den Stein“, sagt Leonhardt.

In der sächsischen Stadt mit etwas mehr als 90.000 Einwohnern zeigt sich, wie viele Beteiligte es zu berücksichtigen gilt. Nach Diskussionen mit dem Stadtrat musste das Team von Leonhardt beispielsweise noch einmal nachsitzen: „Wir hatten da ein Konzept, das städtebaulich super war – aber im ersten Anlauf zu wenig an den Menschen gedacht hat“, sagt Leonhardt. So ist eine Pendelstrecke für automatisiertes Fahren mit in den Plan gekommen, um das Stadtviertel besser an die Innenstadt anzuschließen. Aber auch sogenannte Quartiersteiche, die zum Flanieren am Wasser einladen und die Aufenthaltsqualität erhöhen. Nach der Überarbeitung ist das Konzept mal nah, mal weniger nah dran an der All Electric Society – aber findet politische Mehrheiten.

Elektrifizierte Welt soll nächste Erfolgsgeschichte werden

Denn nur mit einer breiten Unterstützung aus Politik und Gesellschaft lassen sich die ambitionierten Pläne der All Electric Society verwirklichen. Gunther Kegel von Pepperl + Fuchs setzt sich auf dem Weg dorthin für eine Neudefinition des Strommarktes ein, um die Attraktivität zu steigern. „Nur ein wettbewerbsfähiger Strompreis wird dazu führen, dass sich Strom als bevorzugter Energieträger durchsetzt.“ Noch sehen einige Beteiligte jedoch Verbesserungsbedarf, was Tempo und Stoßrichtung der Transformation angeht: „Wir verschwenden immer noch viel Zeit damit, über die Zielsetzungen zu sprechen statt über die Umsetzungen“, sagt der langjährige DKE Vorsitzende Bent. Wissenschaftler Teich beobachtet mit Sorge, wie in manchen Gremien angesichts zurückgehender Energiepreise auch das Interesse an neuen Konzepten sinkt: „Wenn man fachlich engagiert ist, ist es durchaus frustrierend zu beobachten.“

Wenn unter anderem die Politik deutliche Signale in Richtung der All Electric Society setzen will, kann es daher nicht schaden, die Potenziale einer vollelektrischen Gesellschaft stärker zu betonen. Das gilt erstens für das mögliche Erreichen von Klimazielen. Zweitens wachsen die Beschäftigungsmöglichkeiten in zahlreichen Bereichen. Eine Studie des Kreditversicherers Allianz Trade aus dem vergangenen Jahr hat aufgezeigt, dass allein durch die Gesetzesänderungen der Bundesregierung bis zu 400.000 zusätzliche Jobs in den kommenden zehn Jahren entstehen. Drittens könnte der Pfad der All Electric Society insgesamt zur wirtschaftlichen Erfolgsgeschichte werden: „Wenn ich darauf schaue, was in der Wärmebranche, der Solarbranche oder im Bereich der Ladeinfrastruktur passiert, sind das gute Anzeichen“, sagt Bent. „Der Weg zur All Electric Society bietet enorme Chancen für Innovationen und Investitionen – vielleicht ist es sogar das größte wirtschaftliche Wachstumsprogramm, das wir jemals hatten.“

MANUEL HECKEL beschäftigt sich als freier Wirtschaftsjournalist in Köln auch mit der Auswirkung von Transformationsprozessen auf die Gesellschaft.

DKE Innovation Campus 2023 – Speichertechnologien

Speichertechnologien haben für die Elektrifizierung von Gebäuden, Industrie, Verkehr und Gesellschaft eine große Bedeutung. Und genau deshalb standen die verschiedenen Energiespeichertechnologien im Mittelpunkt der Veranstaltung. #Zuhören, #Mitreden, #Mitgestalten und #Respekt – das Credo nicht für diesen einen Tag. Für die Normung. Für uns als Gesellschaft. Für die Vision der All Electric Society.