Planwirtschaft für den Planeten

Klaus Töpfer hat im Rahmen der Green City Development Conference der TU Berlin und der Tsinghua Universität am 13. Oktober in Peking die damit verbundene Herausforderung deutlich formuliert: Die Nachhaltigkeit der modernen Gesellschaft gewinnen oder verlieren wir in unseren Städten. Der Energieversorger EnBW Energie Baden Württemberg AG hat daher im Jahr 2004 begonnen, die energieeffiziente Stadt der Zukunft zu entwerfen.

Doppelte Herausforderung: Klimawandel und globale Urbanisierung

Auch die Stadt der Zukunft hat sich im Bezug auf diese zwei Megatrends Klimawandel und globale Urbanisierung zu definieren. Der rapide menschengemachte Anstieg an Treibhausgasen erhöht die Speicherung von Sonnenenergie in der Atmosphäre und bewirkt eine Erwärmung der Erde. Bisher erscheinen die Folgen noch als graduelle, kaum merkliche Veränderung – die Häufung heißer Sommer und das Abschmelzen von Gletschern und Polkappen. Wissenschaftler gehen jedoch davon aus, dass ein weiterer Anstieg der Emissionen und der daraus folgenden Erwärmung um mehr als durchschnittlich zwei Grad bis zum Jahr 2050 zu einem kollapsartigen Wandel des Klimas führen würde. Professor Schellnhuber vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung hat berechnet, dass die weitere Zunahme an Emissionen zu einem Dominoeffekt von regionalen Klimaveränderungen führen könnte. Nach dem massiven Abschmelzen der Polkappen würden sich Meeresströmungen wie der Golfstrom sowie saisonale Klimazyklen wie der indische Monsun verschieben oder mittelfristig sogar verschwinden. Eine Abschwächung des Monsuns aufgrund hoher Luftverschmutzung scheint sich schon heute abzuzeichnen. Die Auswirkungen derart drastischer Änderungen lassen sich bereits prognostizieren: Dürren in Nordost- und Süddeutschland, Wirbelstürme mit steigenden Windgeschwindigkeiten über Europa und möglicherweise der Zusammenbruch des monsunabhängigen Reisanbaus in Ländern wie Indien – um nur wenige Aspekte zu nennen. Auf dem 1. Deutschen Klimakongress im September in Berlin1 wurde die Klimaherausforderung in einem Ziel formuliert: Die Emission von Treibhausgasen muss auf dem heutigen Niveau so stabilisiert werden, dass bis zum Jahr 2050 der Anstieg der Durchschnittstemperatur unter zwei Grad bleibt.

Der zweite Megatrend, der unsere Zukunft bestimmt, ist die globale Urbanisierung. Damit verbunden sind sowohl die Zunahme an Lebensstandard als auch der Anstieg des weltweiten Energieverbrauchs. Die Prognose für das Jahr 2050 lautet, dass drei Viertel der dann annähernd neun Milliarden Menschen in Städten wohnen werden. Die neuen Städter leben heute zu 40 Prozent in Industrie- und Schwellenländern (2030 voraussichtlich zu 57 Prozent). Das bedeutet, dass hier der Lebensstandard und damit auch der Druck auf Ressourcen und Umwelt besonders stark steigen.

Dieser dynamische Anstieg im Ressourcenbedarf manifestiert sich in den Zahlen, die das jährliche Weltwirtschaftswachstum dokumentieren. Seit 2001 liegt es bei knapp fünf Prozent. Diese aktuelle Wachstumsdynamik kollidiert frontal mit den Anforderungen des Klimaschutzes und der Ressourcenschonung. Vor diesem Hintergrund entstand das Konzept EnBW EnyCity: Der Plan, modernste Technologie aus Deutschland in der Infrastruktur einer Stadt zu konzentrieren – der energieeffizienten Stadt der Zukunft.

Lassen Sie uns diese Stadt an einem konkreten Beispiel betrachten und zwar an einem Beispiel, in dem wortwörtlich Berge versetzt werden: in China, in der Provinz Zheijang an der Hangzhou Bai. Um 12 Uhr dröhnt jeden Tag die dumpfe Detonation einer Sprengung durch die Mittagshitze – ein weiteres Stück des örtlichen Berges wird in die Luft gesprengt. Dann rollen die Lkw-Kolonnen von dem heute nur noch zur Hälfte stehenden Bergrücken in der flachen Küsten-ebene hin zum Meer, wo Felsbrocken in die Fluten geschüttet und zur systematischen Landgewinnung verwendet werden. Zheijang gilt als die Schweiz Chinas – hoch industrialisiert und wohlhabend, nur wenig Schwerindustrie, mehr Feinmechanik und Elektronik.

So viel zusammenhängendes, bebaubares Land wie hier – 390 Quadratkilometer inklusive Umland – findet man nur selten in der Umgebung von Schanghai, das lediglich 200 km entfernt liegt. „Ein strategisches Filetstück“ nennen chinesische Stadtentwickler den Landstrich. Dieser Auffassung schloss sich auch die Gemeinde von Shangyu an und versucht den großen Wurf. Hier soll  bis zum Jahr 2020 die Stadt der Zukunft entstehen.Mit diesem Ziel hat sich die Stadtverwaltung auf die Suche nach dem optimalen Stadtplaner gemacht – und hat sich dafür sogar verschuldet. Sie will insbesondere ausländischen Investoren an diesem Ort eine attraktive Zukunft bieten und strebt eine nachhaltige Standort- und Lebensqualität an – Nachhaltigkeit als Wettbewerbsvorteil. Von dieser Art von Wettbewerb zeugen inzwischen viele Webseiten mit Standortwerbungen von Städten, die das „Label“ Eco-, Energy- oder Sustainable Cities für sich reklamieren. Shangyu hat die Architekten Fink und Jocher aus München mit der Entwicklung des Masterplans beauftragt. Herausgekommen ist dabei die „synthetische“ Stadt Synia (Shangyu New Industrial Area).

Unsere Ingenieure haben die Stadtplanungsdaten verwendet, um auf dieser Grundlage aus Synia eine energieeffiziente Stadt zu machen. Eine Expertengruppe hat in einer Laborsituation in Karlsruhe in monatelanger Arbeit eine Methodik zur Planung energieoptimierter Städte erarbeitet. Dabei ist eine Verfahrensweise entstanden, die sich nun überall auf der Welt einsetzen lässt. Zunächst mussten ein paar grundsätzliche Fragen beantwortet werden: Was heißt das eigentlich, eine energieoptimale Stadt? Wer legt die Messkriterien fest? Und: Lässt sich die Komplexität einer 800 000-Einwohnerstadt mit Shopping Centern, Einfamilienhäusern, Industrieanlagen und Forschungszentren mit der erforderlichen gigantischen Datenmenge überhaupt in einen Rechner packen?

Der erste Schritt der Planung war die Reduktion der Komplexität – stets eine Gradwanderung zwischen Realitätstreue und Vereinfachung des Modells. Einerseits gilt es, die spezifischen Aspekte der Situation abzubilden. Wie sieht z.B. das Kochverhalten der Bevölkerung aus: Werden elektrische Reiskocher oder Gasherde verwendet? Man kann nicht einfach die Erfahrungswerte der Verbraucher aus Baden-Württemberg nehmen und damit das Verhalten von 800 000 Chinesen beschreiben. In umfangreichen Interviews und einer anschließenden Studie wurden so Eckdaten für das örtliche Verbraucherverhalten und übliche Technologien vor Ort ermittelt. Andererseits mussten wir bei der Prognose deutlich vereinfachen, um die Entwicklung der Stadt bis ins Jahr 2020 in einem vertretbaren Planungszeitraum überhaupt simulieren zu können. Dazu hat das Projektteam Teilaufgaben herausgelöst; ein Computerprogramm hilft in einem späteren Schritt, die Stadt der Zukunft aus ihren Einzelteilen wieder zusammenzusetzen. Drei Teilwelten wurden besonders untersucht: die Gebäude und ihr Energieverbrauch, die Transportnetze für die verschiedenen Energieträger und die Erzeugungszentren zur Umwandlung von Primärenergie in Strom, Wärme oder Kälte.

Szenarien für Energieversorgung und Energieinfrastruktur

So wurde die Vielfalt möglicher Gebäude auf Bürogebäude, Wohnhochhäuser, Reihenhäuser und Doppelhaushälften reduziert – so ließen sich unterschied-liche Siedlungsdichten durch eine jeweils verschiedene Mischung aus diesen Haustypen darstellen. Das Projektteam hat jeden dieser Gebäudetypen so detailliert ausgestaltet, dass die Temperatur- und Luftfeuchteentwicklung sowie Strom-, Heiz-, Kühlungs- und Gasbedarf für jeden einzelnen Gebäudetyp für jede der 8760 Stunden eines gegebenen Jahres berechnet werden konnten. Energieeffizienz ist hoch sensibel, sie muss sich penibel an der exakten Verteilung von kalten oder warmen Tagen und besonders auch der Luftfeuchte über das Jahr ausrichten. Ob eine Hochtechnologie wirtschaftlich eingesetzt werden kann, entscheidet das lokale Wetter. So macht es bei nur 17 Tagen mit Heizbedarf keinen Sinn, kosten- und energieintensive Heizungssysteme zu installieren – Kraft-Wärme-Kopplung als sehr energieeffiziente und in Deutschland hoch gelobte Technologie schien damit in diesem Teil Chinas nicht rentabel zu sein. Denkt man jedoch weiter, so lässt sich in einigen Teilen der Stadt Wärme aus Kraft-Wärme-Kopplung mit moderner Umwandlungstechnologie auch zur Kühlung verwenden. So entsteht eine Stadt in einem feucht-heißen Klima, in der Wärme aus Kraft-Wärme-Kopplung durch Umwandlung ähnlich genutzt werden kann wie etwa in einer Stadt im Dauerfrostgürtel Sibiriens oder in Frankfurt an der Oder. Dieses Beispiel  zeigt exemplarisch, wie Energie durch Technologie effizient und systemisch optimal eingesetzt werden kann. Zugleich zeigt es auch, dass pauschale Standardlösungen der Komplexität der Materie nicht gerecht werden – jede geographische Situation verlangt ihre eigene Lösung.

Wie findet man die? Zunächst werden mehrere alternative Zukunftsvisionen für die Energieversorgung und Energieinfrastruktur der Stadt entworfen. Jede dieser Alternativen wird in dem Computerprogramm über einen längeren Zeitraum simuliert und ökologisch wie ökonomisch bewertet. Am Ende vergleicht man die ökologischen und ökonomischen Bilanzen der Alternativen und wählt die beste als energieeffiziente Variante aus. Für die Stadt Synia war der Ausgangspunkt die „ganz normale“ chinesische Energieinfrastruktur, so wie sie die Stadtverwaltung und die Stadtplaner in ihrem Masterplan festgelegt haben. China „Base Case“ war damit der Referenzfall. Die Referenzstadt basiert auf dem Baustandard, den China in der Vorreiterregion Schanghai für das Jahr 2008 offiziell anstrebt. Wer sich in China allerdings auskennt, weiß, dass die Verabschiedung und die Einhaltung eines Standards im günstigsten Fall einige Jahre auseinander liegen – wenn es überhaupt zu einer flächendeckenden Durchsetzung kommt. Das EnBW-Team hat außer dem Referenzfall in interdisziplinärer Zusammenarbeit sieben weitere Zukunftsvisionen entwickelt – gewonnen hat die Vision, in der bei gleichen Gesamtkosten für Kauf, Bau und Betrieb von Infrastruktur erheblich an Primärenergie und CO2-Emissionen gegenüber der Referenzstadt eingespart werden konnte.

Bei den Alternativen haben wir auch extreme Vorgaben simuliert, etwa die Anwendung des höchsten deutschen Gebäudestandards auf Synia ab dem Jahr 2006 oder eine Bereitstellung der benötigten Energie mit einer im Wesentlichen auf Erdgas basierenden, stark dezentralen Erzeugung – in den Wohngebieten durch Blockheizkraftwerke. Überspitzt formuliert: ein auf 800 000 Einwohner und das Format einer Industriestadt aufgeblasenes Freiburg mit seiner vorbildlichen Ökobilanz. Dieses Szenario sah auch eine massive Nutzung aller regenerativen Energieträger vor. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass im dichtbesiedelten Umfeld von Synia die Voraussetzungen für Biomasse, Windenergie und Wasserkraft nur mäßig sind. Zudem gilt in diesem Teil Chinas Holz nicht als ökologisch nachhaltiger Wertstoff – es wird als ein zu seltenes Naturprodukt offiziell nicht für industrielle Anwendung berücksichtigt. Schließlich konnte bei dem Energiebedarf einer 800 000-Einwohner-Stadt ein sichtbarer Anteil an erneuerbaren Energieträgern nur dadurch erzielt werden, dass von der Errichtung eines Offshore-Windparks in der zweiten Hälfte der Entwicklungsphase ausgegangen wurde.

Ein anderes Szenario simulierte die Stromversorgung durch ein bereits geplantes Kernkraftwerk auf der anderen Seite der Hangzhou-Bai. Für die chinesischen Gesprächspartner ist dieses eines der modernsten Szenarien und aufgrund der bestehenden Planungen der Zentralbehörde doppelt wichtig. In diesem Fall hat das EnBW-Team sich um eine Maximierung der Verwendung von Kraft-Wärme-Kopplung zwischen Industrie- und nahe gelegenen Wohngebieten bemüht. Dadurch lässt sich bei diesem Szenario die Energieeffizienz insbesondere für Heizung und Kühlung optimieren. Die weiteren Szenarien unterscheiden sich im Ausstattungsstand der Isolation und Gerätetechnik der Gebäude, im jeweiligen Energiemix, im Grad der Dezentralisierung der Erzeugung und in dem Einsatz von Wärme- oder Kältefernnetzen. Für jedes dieser Szenarien wurden die Gebäude, Energienetze und Kraftwerke spezifisch einzeln ausgelegt und Energieverbrauch, Investitions- und Betriebskosten wie auch Emissionen für die gesamte Stadt über die nächsten 20 Jahre berechnet.

Chance für Nachhaltigkeit?

Was hat die aufwendige Berechnung der Energiezukunft der Stadt Synia gebracht? Der geplante CO2-Ausstoß konnte im Gewinner-Szenario um ca. 25 Prozent gegenüber dem Referenzfall vermindert werden. Der Bedarf an Primärenergie soll um ca. 15 Prozent geringer sein. Dies bedeutet eine erhebliche Schonung der Energiereserven und für die Investoren geringere Abhängigkeit von steigenden Energiepreisen. Die Gebäudetechnologien führen zur Verbesserung der Lebensqualität in den neuen Ballungszentren. Und: Das Klima wird geschont. Der Einsatz von Technologie und energietechnischem Know-how aus Deutschland bietet tatsächlich eine Chance für Nachhaltigkeit und ist gleichzeitig ökonomisch lohnend – mit Spitzentechnologien lässt sich ein signifikanter Beitrag zur Verbesserung des Klimas leisten. Das Projekt EnBW EnyCity zeigt aber auch, dass die 20- oder 40-prozentige Reduktion der Emissionen beim Neubau von Städten allein nicht ausreicht, um der Klimafalle zu entgehen. Auch eine neue, energieeffiziente Stadt emittiert mit heutigen Technologien CO2. Weitere, noch bessere Technologien müssen entwickelt werden, um die Emissionsreduktion weiter zu treiben. Die Verkehrssysteme haben wir in unsere Szenarien ebenfalls nicht einbezogen. Hier liegt immenses Potenzial. Es reicht auch nicht, nur die Städte der Zukunft energieeffizient zu machen. Wir müssen auch die Städte des Jetzt und der Vergangenheit so verändern, dass sie energieeffizienter und damit zukunftstauglicher werden.

Die Größe der Herausforderung – energieeffizienter Städtebau für drei Milliarden zusätzliche Städter bis 2050 und eine Effizienzsteigerung der Gebäude für die heutigen drei Milliarden Stadtbewohner – macht klar: Nur marktwirtschaftliche Ansätze kommen zur Bewältigung dieser großen Aufgabe in Betracht. Kein Staat – weder unter den industrialisierten Staaten noch den sehr stark betroffenen Schwellenländern – kann diese Investitionen in Form von Subventionen aufbringen. Unternehmen müssen vor allem auch in Geschäftsmodellen Innovationskraft beweisen, damit die Finanzierung der Zukunftstauglichkeit unserer Städte möglich wird. Als Weiterentwicklung des Kyoto-Prozesses muss man sich auch folgende Rahmenbedingungen vorstellen: Entwicklung passender Bauverordnungen, Fokussierung auf relevante Forschungsvorhaben, Weiterentwicklung und Durchsetzung von Gebäudestandards, gezielte Investitionsförderung – um nur einige Instrumente zu nennen. Aufgabe wie Risiken sind enorm: Das Klima trifft uns alle, die Rohstoffe sollen für alle reichen und die Menschheit wächst – zahlenmäßig und auf ein höheres zivilisatorisches Niveau. Unsere EnBW EnyCity-Methodik zeigt: Wir können die Herausforderung meistern.

1 Dokumentation des Kongresses und Links zu weiteren Quellen unter: www.enbw.com/content/de/impulse/ gesellschaft/klimawandel-kongress.