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Substitution

Substitution bedeutet generell das Ersetzen. Im Energiebereich geht es hier in der Regel um den Ersatz von Energieträgern durch andere mit vorteilhafteren Eigenschaften wie geringere Umweltbelastungen, geringere Knappheit, höhere Effizienz der Anwendung oder niedrigere Kosten – wobei häufig gewisse Vorteile durch Nachteile an anderer Stelle erkauft werden:

• Wenn Benzin im Auto durch Erdgas ersetzt wird (→ Erdgasfahrzeug), reduziert dies die CO₂-Emissionen und verringert die Abhängigkeit vom besonders knappen Erdöl.
• Benzin kann auch durch diverse flüssige Biokraftstoffe ersetzt werden, als Beimischung oder auch komplett. Soweit es sich nicht um Drop-in-Kraftstoffe handelt, müssen für eine reine Verwendung die Motoren entsprechend angepasst werden.
• Der Ersatz von Kohlekraftwerken durch Gaskraftwerke führt zu starken CO₂-Reduktionen und auch zu einer Verminderung anderer umweltschädlicher Emissionen. Dazu trägt auch bei, dass moderne Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke einen wesentlich höheren Wirkungsgrad aufweisen. Die Brennstoffkosten sind aber wesentlich höher (zumindest in Europa).
• In Kohlekraftwerken kann ein Teil der Kohle durch Holz als annähernd CO₂-neutralen Energieträger substituiert werden (→ Mitverbrennung). Allerdings ist es nicht unbedingt einfach, Holz in sehr großen Mengen auf wirklich CO₂-neutrale Weise zu beschaffen.
• Fossile Brennstoffe können durch Brennstoffe aus Biomasse ersetzt werden, beispielsweise durch Biogas oder Biodiesel. Dies reduziert häufig (aber nicht immer) die CO₂-Emissionen, wobei allerdings auch zusätzliche Umweltbelastungen auftreten können.
• Ein Atomausstieg kann zumindest mittelfristig zur Substitution durch Kohlekraftwerke führen. Reduzierte Gefahren der Kernenergie sind dann abzuwägen gegen erhöhte Klimagefahren und andere Umweltbelastungen durch die Kohleförderung und -verbrennung.
• Erneuerbare Energien können elektrische Energie zur Substitution von fossil befeuerten Kraftwerken liefern. Zwar werden oft kaum weniger konventionelle Kraftwerkskapazitäten benötigt, aber deren Auslastung und damit Brennstoffbedarf wird verringert.

Zusätzlich zum Austausch eines Energieträgers sind häufig auch Investitionen in neuen Anlagen nötig, z. B. in andere Kraftwerke. Oft bleibt die Energieerzeugung in der gleichen Hand, beispielsweise eines Energieversorgungsunternehmens, aber in anderen Fällen wechseln auch die Erzeuger (z. B. bei privat oder kommunal betriebenen Kleinkraftwerken zum Ersatz von Großkraftwerken).

Kopplung von Preisen

Bereits die Möglichkeit der Substitution führt zu einer Kopplung zwischen den Preisen für verschiedene Energieträger. Beispielsweise führt ein steigender Heizölpreis dazu, dass Heizöl zunehmend durch Holzpellets und Erdgas ersetzt wird (obwohl dies nicht überall möglich ist). Damit steigt die Nachfrage nach diesen Brennstoffen, und deren Preise können dadurch ebenfalls ansteigen. Schon vor Substitution tatsächlich geschieht, kann es zu entsprechenden Preisbewegungen kommen.

Grenzen der Substitution und Alternativen

Die Substitution ist oft eine relativ bequeme und einfache Strategie, um Umweltbelastungen oder Knappheitsprobleme zu reduzieren. Allerdings stößt dieser Ansatz oft an Grenzen:

• Der heutige Verbrauch an fossilen Energieträgern ist so groß, dass er kaum komplett durch erneuerbare Energien ersetzt werden kann. Diese sind zwar unerschöpflich, aber nicht unbegrenzt im Sinne der pro Jahr verfügbaren Mengen. Hinzu kommen Probleme mit höheren Kosten und schwierigerer Energiespeicherung.
• Häufig löst Substitution gewisse Probleme, während sie andere dafür vergrößert. Beispielsweise sind Umweltbelastungen und eine Verschärfung des Hungers in der Welt durch die Herstellung von Biokraftstoffen.

Deswegen sind zusätzlich zur Substitution andere Ansätze nötig:

• Eine erhöhte Energieeffizienz ermöglicht eine Reduktion des Verbrauchs unter Beibehaltung der Mengen von erhaltener Nutzenergie oder Energiedienstleistung.
• Die Suffizienz (der Verzicht) reduziert den Verbrauch auch ohne technische Maßnahmen.

Substitution mit begrenzt oder unbegrenzt verfügbaren Mitteln

Wenn fossile Energieträger durch erneuerbare Energie ersetzt werden, kommen entweder begrenzt oder unbegrenzt verfügbare andere Energiequellen zum Einsatz. Für die Frage, wo die Substitution sinnvoll ist, hat dies einen wichtigen Einfluss. Dies wird im Folgenden erläutert.

Substitution von Erdgas durch solare Wärme

Wenn in einem Gebäude Erdgas oder Heizöl durch Solarthermie ersetzt wird, z. B. in dem solare Warmwasserbereitung (ggf. mit Heizungsunterstützung) genutzt wird, so verringert dies in keiner Weise die Möglichkeit dieser Substitution an anderen Orten. Schließlich ist die Sonnenenergie unbegrenzt verfügbar, und ihre Nutzung erfordert auch keine Ressourcen (abgesehen von finanziellen Mitteln), die Grenzen setzen würden. Deswegen stehen auch z. B. dezentrale und eher zentrale Ansätze kaum in Konkurrenz zueinander. Lediglich ist es sinnvoll, die Mittel jeweils auf die Ansätze zu konzentrieren, wo dies ökonomisch am günstigsten ist. So erreicht man die niedrigst möglichen CO₂-Vermeidungskosten, also den maximalen Klimaschutzeffekt bezogen auf das eingesetzte Kapital.

Substitution von Erdgas durch Brennholz

Holz ist ein zwar unerschöpflicher, aber trotzdem pro Jahr nur in begrenzter Menge verfügbarer Rohstoff. Also lässt sich zumindest mit heimischem Holz nur ein begrenzter Teil der fossilen Energieträger ersetzen. Deswegen ist es nicht sinnvoll, Erdgas und Erdöl an so vielen Orten wie möglich durch Holz zu ersetzen. Vielmehr sollte dies genau an den Orten erfolgen, wo die Bedingungen optimal sind:

• Die Holznutzung sollte mit maximaler Energieeffizienz erfolgen, so dass eine maximale Menge von Erdgas oder Heizöl ersetzt werden kann.
• Die Verbrennung sollte so erfolgen, dass minimale Mengen von Schadstoffen (Feinstaub, Stickoxide etc.) entstehen.
• Die Kosten für Anlagen, deren Wartung sowie für Transport und Lagerung des Brennstoffs sollten so klein wie möglich sein.

Daraus ergibt sich klar, dass die Nutzung von Brennholz in größeren Feuerungen zu bevorzugen ist: Alle der genannten Kriterien werden damit in der Regel besser erfüllt als beim Einsatz in Kleinfeuerungen. Zwar sind Pelletheizungen eine Ausnahme bezüglich Abgasqualität und Energieeffizienz (wo sie etwa gleich gut abschneiden wie große Feuerungen), aber auch sie schneiden insgesamt eher schlechter ab als große Feuerungen. Insbesondere die Holznutzung in kleinen manuell betriebenen Feuerungen für Holzscheite ist kritisch zu bewerten: Wenn die dort eingesetzte Holzmenge stattdessen in großen Feuerungen genutzt würde, würde dies einen höheren Nutzen mit geringeren Kosten und geringerer Umweltbelastung ergeben. Siehe hierzu auch Ref. [1].

Siehe auch: Energieträger, Drop-in-Kraftstoff, Energieeffizienz, Suffizienz, erneuerbare Energie, Biokraftstoff, Ökostrom