Offene Fragen, Forschungsaktivitäten und Forschungsbedarf

A) Technologie-Entwicklung:

x Entwicklung von robusten Vergasungsverfahren für die Produktion eines definierten Gases aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausgangsmaterialien

x Gewährleistung der Kompatibilität von biogenen Gasen mit Downstream-Prozessen (Energiekonverter, wie Gasmotoren, Gasturbinen, Hochtemperatur-Brennstoffzellen) durch optimierte Prozessführung und wirksame Gasreinigungsverfahren

x Praxiserprobung von Vergasungssystemen x Demonstrationsanlagen

x Entwicklung von thermischen Verfahren für die vollständige Vergasung von nassen Biomassen (hydrothermale Verfahren)

x Weiterentwicklung und anwendungsorientierte Optimierung von Vergärungsverfahren

6.8 Schlussfolgerungen

Das ökologische Biomassepotenzial in der Schweiz lässt eine deutliche Steigerung der Stromproduktion aus Biomasse zu. Einerseits sind Steigerungen der Mengen der für die energetische Nutzung geeigneten Biomassesortimente zu erwarten, andererseits wird die Entwicklung der Umwandlungstechnologien den Verstromungswirkungsgrad um einen Faktor 2 bis 3 steigern können, was das Stromerzeugungspotenzial entsprechend erhöht. Die Kostenentwicklung hängt zum einen von der Kostenentwicklung in der Landwirtschaft bzw. Forstwirtschaft ab, zum anderen von den Entsorgungsgebühren, welche für die Verwertung von Abfällen erhoben werden können. Die Kostenentwicklung für die Umwandlungstechnologien hängt zu einem grossen Teil (mind. 50%) von den Entwicklungen in der Nutzung von fossilen Ressourcen ab. Insbesondere hängen die Einsatzmöglichkeiten der Brennstoffzellentechnologien davon ab, ob sich diese auf dem Markt der fossilen Stromerzeugung bzw. WKK durchsetzen werden.

In der vorliegenden Studie wird von zwei Szenarien für die Markt- bzw. Technologieentwicklung ausgegangen. Im so genannten WKK-Szenario gehen wir davon aus, dass Biomasse schwergewichtig in WKK-Anlagen genutzt wird. Dabei werden die Anlagen wegen dem erwarteten abnehmenden Wärmebedarf tendenziell kleiner und deren elektrischer Wirkungsgrad grösser. Die Stromgestehungs-kosten in diesem Szenario werden höher sein, als im zweiten untersuchten Szenario, welches die Stromproduktion maximiert. Im so genannten Strom-Szenario wird die Entwicklung in Richtung grössere Anlagen gehen. Die Massstabsvergrösserung und die sich ergebenden Möglichkeiten der Hybridisierung mit fossilen Stromerzeugungsanlagen (z.B. Koppelung mit einem Kombikraftwerk auf der Basis Erdgas) lassen für dieses Szenario stärker sinkende Kosten erwarten.

6.9 Abkürzungsverzeichnis

CC Gas und Dampf

FC Brennstoffzelle FCCC Gas und Dampf Brennstoffzelle GT Gasturbine

GWh Gigawattstunden HT Hochtemperatur

HTFC Hochtemperatur – Brennstoffzelle KVA Kehrichtverbrennungsanlage ÖK Ökologisches Potenzial

PJ Petajoule TJ Terajoule u.ä. und ähnliches

WKK Wärme-Kraft-Kopplung z.B. zum Beispiel

waf wasser- und aschefrei

6.10 Literaturverzeichnis

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7 Photovoltaik

7.1 Einleitung

Die Photovoltaik (PV) ist die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität. Dies ist wohl der physikalisch eleganteste Weg zur Stromerzeugung. Sonnenlicht ist eine höchst wertvolle Form von Energie. Ihr Exergiegehalt beträgt 94.8% (vgl. Anhang, Kap. 7.10.1). Es ist demzufolge physikalisch möglich, Photozellen mit einem Wirkungsgrad von 94.8% herzustellen. Obwohl der photovoltaische Effekt bereits 1839 (Becquerel) entdeckt wurde, dauerte es bis 1954, bis die erste Siliziumsolarzelle von RCA und Bell Labs angekündigt wurde. Heute rangiert die Solarenergie und damit auch die Photovoltaik in vielen Ländern auf Platz eins der Sympathieskala. Viele renommierte Energieexperten halten die Photovoltaik für eine aussichtsreiche Option für die nachfossile Zeit.

In den vergangenen Jahrzehnten erzielte die Photovoltaik beachtliche Fortschritte. So wuchs beispielsweise die weltweite Solarzellen-Produktion seit 1978 mit durchschnittlich 25.5% pro Jahr.

Bis Ende des Jahres 2003 wurde weltweit eine kumulierte elektrische Leistung von etwa 3100 MWp

produziert.^a Die weltweite Jahresproduktion von Solarzellen wird noch 2004 oder spätestens im Jahr 2005 die 1000 MW-Grenze überschreiten. Dies wird einem Photovoltaikmarkt von rund 10 Mrd. CHF entsprechen. Die im Labor ereichten Wirkungsgrade stiegen seit 1954 von 3% auf 36.9% (Spectrolab, USA). In der Roadmap von Spectrolab wird bis 2009 eine Zelle mit einem Wirkungsgrad von über 45% anvisiert. Am Lawrence Berkeley National Laboratory, LBNL, wurde eine Mehrband-Legierung hergestellt, mit der Wirkungsgrade bis über 50% erreichbar sein sollen.

Dies verdeutlicht, dass das technologische Entwicklungspotenzial noch längst nicht ausgeschöpft ist.

Dazu sind aber weitere und erhebliche Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen erforderlich, insbesondere um die Stromgestehungskosten zu senken und ökonomische Konkurrenzfähigkeit zu erreichen. Für die Photovoltaik wichtig sind aber auch günstige politische Rahmenbedingungen zur beschleunigten Markteinführung, z.B. zinsgünstige Kredite (soft loans) und erleichterte Bewilligungs-verfahren zum Bau von Photovoltaik-Anlagen, sowie erhöhte Akzeptanz durch die Elektrizitäts-wirtschaft. Wie in zahlreichen EU-Ländern könnte auch in der Schweiz eine gesetzlich verankerte Vergütung für Photovoltaikstrom durch die Elektrizitätswerke den PV-Markt wieder ankurbeln.

Im Jahr 2003 stammten 59% der gesamten Stromerzeugung in der Schweiz oder etwa 30 TWh aus Wasserkraftwerken, rund 19 TWh (37%) aus Kernkraftwerken und etwa 2 TWh (4%) aus konventionell-thermischen und anderen Anlagen (BFE 2003c). Dem gegenüber haben die in der Schweiz installierten Photovoltaikanlagen „nur“ 0.017 TWh bzw. 0.03% der Schweizer Strom-prodution (Jauch & Tscharner 2004) erzeugt.

In der Schweiz werden nach wie vor praktisch keine Solarzellen produziert. Sämtliche bisher in der Schweiz gebauten Photovoltaik-Anlagen basieren auf importierten Photovoltaik-Generatoren (-Modulen). Dennoch wird die Schweiz in der internationalen Photovoltaik-Community immer wieder auf mehreren Gebieten als Pionier bezeichnet. Es betrifft dies z.B. Wechselrichter einschliesslich Messtechnik, Anlagenengineering, Montagesysteme, Gebäudeintegration und Verkabelungstechnik.

Die Rahmenbedingungen in der Schweiz haben sich inzwischen aber derart geändert, dass der