Seit August 2021 müssen auf Beschluss der Kultusministerkonferenz (KMK) bei einer Modernisierung von Ausbildungsordnungen die vier neuen Positionen „Umweltschutz und Nachhaltigkeit“, Digitalisierte Arbeitswelt“, Organisation des Ausbildungsbetriebs, Berufsbildung, Arbeits- und Tarifrecht“ sowie „Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit“ aufgenommen werden (BIBB 2021). Insbesondere die letzten beiden Positionen unterscheiden sich deutlich von den alten Standardberufsbildpositionen.

Diese Positionen begründet das BIBB wie folgt (BIBB o. J.a): „Unabhängig vom anerkannten Ausbildungsberuf lassen sich Ausbildungsinhalte identifizieren, die einen grundlegenden Charakter besitzen und somit für jede qualifizierte Fachkraft ein unverzichtbares Fundament kompetenten Handelns darstellen“ (ebd.).

Die Standardberufsbildpositionen sind allerdings allgemein gehalten, damit sie für alle Berufsbilder gelten (vgl. BMBF 2022). Eine konkrete Operationalisierung erfolgt üblicherweise durch Arbeitshilfen, die für alle Berufsausbildungen, die modernisiert werden, erstellt werden. Die Materialien der PA-BBNE ergänzen diese Arbeitshilfen mit einem Fokus auf Nachhaltigkeit und geben entsprechende Anregungen (vgl. BIBB o. J.b). Das Impulspapier zeigt vor allem in tabellarischen Übersichten, welche Themen der Nachhaltigkeit an die Ausbildungsberufe anschlussfähig sind.

Die neue Standardberufsbildposition „Umweltschutz und Nachhaltigkeit“ ist zentral für eine BBNE, sie umfasst die folgenden Positionen (BMBF 2022).

a) “Möglichkeiten zur Vermeidung betriebsbedingter Belastungen für Umwelt und Gesellschaft im eigenen Aufgabenbereich erkennen und zu deren Weiterentwicklung beitragen

b) bei Arbeitsprozessen und im Hinblick auf Produkte, Waren oder Dienstleistungen Materialien und Energie unter wirtschaftlichen, umweltverträglichen und sozialen Gesichtspunkten der Nachhaltigkeit nutzen

c) für den Ausbildungsbetrieb geltende Regelungen des Umweltschutzes einhalten 

d) Abfälle vermeiden sowie Stoffe und Materialien einer umweltschonenden Wiederverwertung oder Entsorgung zuführen

e) Vorschläge für nachhaltiges Handeln für den eigenen Arbeitsbereich entwickeln 

f) unter Einhaltung betrieblicher Regelungen im Sinne einer ökonomischen, ökologischen und sozial nachhaltigen Entwicklung zusammenarbeiten und adressatengerecht kommunizieren”

Die Schnittstellen zwischen der neuen Standardberufsbildposition „Umweltschutz und Nachhaltigkeit” werden in 

• Tabelle 1 – Die Standardberufsbildposition “Umweltschutz und Nachhaltigkeit”

fortlaufend aufgezeigt. Mit Ausnahme der Position c) werden in der Tabelle alle Positionen behandelt. Die Position c) wird nicht behandelt, da diese vor allem ordnungsrechtliche Maßnahmen betrifft, die zwingend zu beachten sind. Maßnahmen zur Nachhaltigkeit hingegen sind meist freiwillige Maßnahmen und können, müssen aber nicht durch das Ordnungsrecht geregelt bzw. umgesetzt werden. In der Tabelle werden die folgenden Bezüge hergestellt:

• Spalte A: Positionen der Standardberufsbildposition „Umweltschutz und Nachhaltigkeit”;
• Spalte B: Vorschläge für Fertigkeiten, Kenntnisse und Fähigkeiten, die im Sinne der nachhaltigen Entwicklung wichtig sind;
• Spalte C: Bezüge zur Nachhaltigkeit;
• Spalte D: Mögliche Aufgabenstellungen für die Ausbildung im Sinne der Position 3e) „Vorschläge für nachhaltiges Handeln entwickeln“;
• Spalte E: Zuordnung zu einem oder mehreren SDGs (Verweis auf das Hintergrundmaterial).

Nachhaltigkeit sollte integrativ vermittelt werden, sie sollte auch in den berufsprofilgebenden Berufsbildpositionen verankert werden (BIBB o.J.): 

• Die berufsübergreifenden Inhalte sind von den Ausbilderinnen und Ausbildern während der gesamten Ausbildung integrativ, das heißt im Zusammenspiel mit den berufsspezifischen Fertigkeiten, Kenntnissen und Fähigkeiten, zu vermitteln. 

Aus diesem Grund haben wir die jeweiligen Berufsbildpositionen sowie die Lernfelder des gültigen Rahmenlehrplanes gleichfalls betrachtet in 

• Tabelle 2: Berufsbildpositionen und Lernfelder mit Bezug zur Nachhaltigkeit

Die Betrachtung ist beispielhaft, es wird kein Anspruch auf Vollständigkeit erhoben. Folgende tabellarische Darstellung wurde gewählt:

• Spalte A: Berufsbildposition und Lernfeld(er)
• Spalte B: Fertigkeiten, Kenntnisse und Fähigkeiten gemäß Ausbildungsordnung (AO) sowie Lernfelder des Rahmenlehrplans (RLP, kursive Zitierung). Explizite Formulierungen des RLP zu Themen der Nachhaltigkeit werden als Zitat wiedergegeben;
• Spalte C: Beispielhafte Bezüge zur Nachhaltigkeit;
• Spalte D: Referenz auf die jeweilige Position der Standardberufsbildposition (siehe Tabelle 1, Spalte A).

Zur Verbesserung der Anschaulichkeit der integrativen Förderung nachhaltigkeitsorientierter Kompetenzen wird in diesem Impulspapier eine exemplarische Aufgabenstellung für die betriebliche oder berufsschulische Unterrichtung vorgeschlagen:

• Zunächst wird die Herkunft ausgewählter Früchte von Konditoreiprodukten bestimmt und unter Nachhaltigkeitsaspekten beurteilt.
• Vertiefend erfolgt eine Auseinandersetzung mit Pro- und Kontra-Argumenten im Rahmen eines Rollenspiels, um die Kundenberatung bei Produktfragen nachhaltigkeitsorientiert ausrichten zu können und geeignete Verkaufsstrategien zu entwickeln.

Zielkonflikte und Widersprüche sind bei der Suche nach dem Weg zu mehr Nachhaltigkeit immanent und für einen Interessenausgleich hilfreich.  In dem Kapitel 7. werden beispielhafte Zielkonflikte aufgezeigt. Ergänzend werden in dem hierzu gehörigen Dokument auch einige Folien (pptx bzw. pdf) erstellt, die für Lernprozesse verwendet werden können. Ein Beispiel für einen berufsbildbezogenen Zielkonflikt ist der folgende:

• “Niedrige Retouren (wenige Überschüsse von Brot und Backwaren) vs. volle Regale bis Ladenschluss”: 
• Betriebe, die Lebensmittelabfälle bzw. Retouren vermeiden wollen, bieten den Kunden kurz vor Betriebsschluss unter Umständen nicht mehr dasselbe umfangreiche Angebot wie Betriebe, die den Kunden bis zum Ladenschluss das komplette Sortiment anbieten, um die Kunden nicht zu verlieren.
• Es ergibt sich somit der Konflikt zwischen der Notwendigkeit, Abfall zu vermeiden und dem Wunsch, die Kunden*innen durch ein jederzeit umfangreiches Angebot zufriedenzustellen.

Die in den folgenden Tabellen 1 und 2 im didaktischen Impulspapier (IP), im Hintergrundmaterial (HGM) sowie in den Foliensätzen zu den Zielkonflikten (FS) vorgeschlagenen Hinweise zu Fertigkeiten, Kenntnisse und Fähigkeiten bzw. Lernfelder, Aufgabenstellungen und Zielkonflikte bilden den in 2022 aktuellen Stand der Entwicklungen in Hinsicht auf technische Verfahren, Dienstleistungen und Produkte in Bezug auf Herausforderungen der Nachhaltigkeit bzw. deren integrative Vermittlung in den verschiedenen Berufen dar. Sie enthalten Anregungen und Hinweise ohne Anspruch auf Vollständigkeit.

Mit Lesen dieses Textes sind Sie als Ausbilder:innen und Berufsschullehrkräfte eingeladen, eigene Anregungen in Bezug auf die dann jeweils aktuellen Entwicklungen in ihren Unterricht einzubringen. Als Anregungen dient diesbezüglich z. B. folgende hier allgemein formulierte Aufgabenstellung (analog zu IP, Tabelle 1), die Sie in Ihren Unterricht aufnehmen können:

Recherchieren Sie (ggf. jeweils alternativ:) Methoden, Verfahren, Materialien, Konstruktionen, Produkte oder Dienstleistungen, die den aktuellen Stand der (technischen) Entwicklung darstellen und die in Hinblick auf die Aspekte der Nachhaltigkeit (ökologisch, sozial-kulturell und/oder ökonomisch) bessere Wirkungen und/oder weniger negative Wirkungen erzielen als die Ihnen bekannten, eingeführten und „bewährten“ Ansätze.

Beschreiben Sie mögliche positive Wirkungen dieser neuen Methoden, Verfahren, Materialien, Konstruktionen, Produkte und/oder Dienstleistungen auf die Nachhaltigkeit in Ihrem Betrieb.

Aufgabenstellung: 

Ermitteln Sie für die untenstehenden Beispiele, die mit unterschiedlichen Anlagen bzw. Energieträgern verbundenen THG-Emissionen. Die Emissionsfaktoren der Energieträger finden Sie in der untenstehenden Tabelle. Vergleichen Sie dabei pro Fall mindestens eine fossile sowie eine erneuerbare Energiequelle. Denken Sie auch an Fälle, die mehrere Energiequellen nutzen. Diskutieren Sie anschließend Ihre Ergebnisse. Welche Faktoren neben der Nutzung von erneuerbaren Energien können die THG-Emissionen von Gebäuden und Betriebsstätten verringern? 

Annahmen: 

Legen Sie Ihren Berechnungen folgende Annahmen über die Gebäude zugrunde: 

• Wohnfläche: 100 qm (drei Personen im Haushalt)
• Fall 1: Nutzenergie/Heizwärmebedarf von 190 kWh/qm jährlich (Energieeffizienzklasse F)
• Fall 2: Nutzenergie/Heizwärmebedarf 90 von kWh/qm jährlich (Energieeffizienzklasse C)

Falls Sie in Ihrem Ausbildungsalltag gerade an dem Einbau oder der Wartung einer Anlage arbeiten und dafür die obenstehenden Informationen (Wohnfläche und Nutzenergie- bzw. Heizwärmebedarf) haben, können Sie folgende Berechnungen selbstverständlich auch für diesen Fall anstellen. 

In der nachfolgenden Tabelle finden Sie die Emissionsfaktoren der unterschiedlichen Energieträger. Zur Orientierung und Einordnung der Höhe der Emissionsfaktoren sind in der Tabelle auch Emissionsfaktoren für Primärenergieträger wie Stein- und Braunkohle oder Kernkraft aufgeführt die im Bereich der Nutz- und Endenergie eher von geringerer Relevanz sind.

Die Umrechnung von Energieträgern-Verbräuchen in THG-Emissionen hängt von mehreren Faktoren ab. Insbesondere der Heizwert ist maßgeblich. Der wiederum unterscheidet sich hinsichtlich der Qualität, die von der Herkunft des Energieträgers beeinflusst wird. Die vorliegenden Emissionsfaktoren sind deshalb nur Durchschnittswerte und ersetzen keine detaillierte Berechnung für individuelle Prozesse.

Die Menge des jeweiligen Energieträgers multipliziert mit dem „Emissionsfaktor gesamt“ ergibt die Gesamtmenge an CO2-Äquivalent. Beispielrechnung: Die Einsparung von 50 l Heizöl ergibt eine Einsparung von 165 kg CO2-Äquivalent.

Rechnung: 50 Liter Heizöl x 3,305 kg CO2-Äq / l = 165,25 kg CO2-Äquivalent.

Die unmittelbar am Ort der Energieumwandlung (z. B. im Kessel) anfallenden Emissionen werden als direkte Emissionen bezeichnet. Bei der Herstellung des Brennstoffes (z. B. Erdölgewinnung und -verarbeitung zu Heizöl) fallen aber zusätzlich Emissionen an, die hierbei noch nicht berücksichtigt sind. Für die Betrachtung des gesamten Prozesses sind sie aber ebenfalls relevant. Sie werden als indirekte (oder auch vorgelagerte) Emissionen bezeichnet. Die Gesamtemissionen setzen sich aus den direkten und indirekten Emissionen zusammen.

Tabelle: Emissionsfaktoren unterschiedlicher Energieträger

Quelle und Erläuterung: LfU 2021. *Biogene Energieträger sind zwar CO2-neutral, weil bei ihrer Verbrennung genauso viel CO2 freigesetzt wird, wie während ihres Wachstums aus der Atmosphäre aufgenommen wurden. Dies gilt aber nicht für die Treibhausgase Methan (CH4) und Lachgas (N2O). Deshalb werden im Emissionsfaktor für biogene Energieträger auch die Treibhausgase Methan und Lachgas berücksichtigt. Die Angaben sind über unterschiedliche Technologien (z.B. Luft-, Wasser- und Erdwärmepumpe) gemittelt. Aufgeschlüsselte Angaben zu den einzelnen Emissionsfaktoren sind in der Quelle zu finden (Quelle: LfU 2021)

Sollten in Ihrem Beispielgebäude Energieträger eingesetzt werden, die in der obigen Tabelle nicht aufgeführt sind, so können Sie einen CO2-Rechner benutzen, wie sie im Internet zu finden sind. z.B. 

https://uba.co2-rechner.de/de_DE/living-hs 

https://secure.umweltbundesamt.at/co2mon/co2mon.html 

https://www.lea-hessen.de/unternehmen/treibhausgasbilanzierung-erstellen/

Aufgabenstellung: 

Informieren Sie sich – etwa durch die Jahresabrechnungen für Strom und Heizenergie –, wie hoch der Energieverbrauch Ihres Betriebes oder alternativ Ihrer Berufsschule ist. Ermitteln Sie auch den Energieverbrauch für betriebseigene Mobilität pro Jahr. Ermitteln Sie dann mithilfe der oben aufgeführten Emissionsfaktoren-Tabelle die THG-Emissionen des Energieverbrauchs in Ihrem Betrieb.

Falls Sie in Ihrem Betrieb Öko-Strom aus erneuerbaren Quellen (v.a. Sonne, Wind, Wasserkraft) beziehen, hängt der Emissionswert von der jeweiligen Quelle bzw. der Kombination aus diesen verschiedenen Quellen und den entsprechenden Mengenverhältnissen ab. Dies lässt sich leider nicht aus der Stromrechnung ablesen. Die dort aufgeführten Emissionsfaktoren beziehen sich meist nur auf die reinen CO2-Emissionen, nicht jedoch auf die gesamten Treibhausgase (CO2-Äquivalente). Um dennoch einen Eindruck vom Unterschied zu bekommen, den der Bezug von Ökostrom macht, aber auch nicht zu positiv zu rechnen, wird vorgeschlagen, den ungünstigsten der drei infrage kommenden Emissionsfaktoren (Photovoltaik, Wind- oder Wasserkraft) zu verwenden.

Falls Ihr Betrieb derzeit keinen Ökostrom bezieht, berechnen Sie die THG-Emissionen trotzdem auch für den Fall, dass Ihr Betrieb zu einem Ökostromanbieter wechseln würde. Vergleichen Sie die THG-Emissionen in diesem Fall mit den THG-Emissionen, die durch die derzeitige Stromversorgung entstehen. 

Diskutieren Sie Ihre Ergebnisse. Wie viel des Energiebedarfs in Ihrem Betrieb entfällt auf Raumwärme und Warmwasser? Was denken Sie, wie unterscheidet sich der Energiebedarf zwischen Wohn- und Nichtwohngebäuden? Welche Faktoren denken Sie sind für den Stromverbrauch vor allem verantwortlich? Was für Strategien fallen Ihnen ein, um in Ihrem Betrieb die THG-Emissionen zu reduzieren? Welche Strategien fallen Ihnen ein, um den Energiebedarf (selbst wenn die Energie aus erneuerbaren Quellen stammt) zu reduzieren? 

Aufgabenstellung: 

Erarbeiten Sie eine Übersicht über alle Heizungsanlagen und Anlagen zur Warmwasserbereitstellung, die auf erneuerbaren Energien basieren. Listen Sie für alle Anlagentypen die Faktoren und Rahmenbedingungen auf, die dafür nötig bzw. günstig sind. Beispiele für mögliche relevante Faktoren und Rahmenbedingungen sind: Gehört ein Grundstück zum Gebäude? Welche Energieeffizienzklasse hat das Gebäude, besteht ein Potential für zusätzliche Dämmung? Ist das Gebäude/die Wohnung Eigentum der Auftraggeber*innen? Sammeln Sie anschließend alle Vor- und Nachteile bzw. Herausforderungen, die die unterschiedlichen Anlagentypen mit sich bringen. Vergleichen Sie Ihre erstellte Übersicht mit denen Ihrer Mitschüler*innen und ergänzen Sie gemeinsam die Übersichtsentwürfe. 

Diskutieren Sie mit ihren Mitschüler*innen wie Sie, mithilfe der Übersicht, Kund*innen in Bezug auf eine nachhaltige Anlagenauswahl beraten können. Was sind Herausforderungen? Was müssen Sie in einem Beratungsgespräch beachten? 

Aufgabenstellung: 

Nehmen Sie die Übersicht aus Teilaufgabe 6.2.1 zur Hand. Überlegen Sie sich zwei unterschiedliche Bauvorhaben mit unterschiedlichen Eigenschaften (z.B. Einfamilienhaus mit Grundstück, städtisches Mehrfamilienhaus…). Welche nachhaltigen Anlagentypen aus der Übersicht wären für diese beiden Bauvorhaben besonders geeignet? 

Denken Sie dann an die Vorplanungsphase der Bauprojekte (die Planungsphase 0): Was muss in dieser Phase schon geplant werden, um den Einbau und die optimale Nutzung der gewählten Anlagentypen möglich zu machen? Es wird erwartet, dass der Bedarf nach Raumkälte in Zukunft auch im Wohngebäudebereich wichtiger wird. Beziehen Sie daher auch mögliche Methoden zur Reduzierung von Energie, die zur Kühlung von Räumen benötigt wird, mit ein. Erstellen Sie eine Liste von Punkten, die in die frühe Planung einfließen sollen. Vermerken Sie auch, mit welchen Gewerken man sich dazu absprechen und koordinieren muss. 

Gebäude, die heute gebaut werden, sollen möglichst lange nutzbar sein. Über längere Zeit können sich die Nutzungsanforderungen an Gebäude aber verändern. Beispielsweise kann ein Gebäude die ersten Jahrzehnte als Einfamilienhaus dienen, aber später als Haus mit unterschiedlichen Wohneinheiten genutzt werden. Was kann im Hinblick auf Heizungs-, Klimatisierungs- und Sanitäranlagen in der Planungsphase getan werden, um unterschiedliche Nutzung in unterschiedlichen Phasen möglich zu machen? Fügen Sie Ihre Ideen zu der Liste hinzu. Warum ist langfristige Gebäudeplanung wichtig und was hat das mit Klimaschutz zu tun? Sammeln Sie Gründe und diskutieren Sie mit ihren Mitschüler*innen. 

Die Sektorenkopplung ist die Verbindung von verschiedenen Infrastrukturen, also Sektoren der Energieversorgung. Das Hauptziel ist dabei die umfassende Dekarbonisierung mittels der Verknüpfung der Strom-, Wärme-, Gas- und den Mobilitätssektoren sowie der Industrie. Zwischen diesen sollen Synergieeffekte entstehen um somit Ressourcen effizient zu nutzen und gleichzeitig ein stabiles Stromnetz zu sichern.
Erneuerbare Energien sind abhängig von Wind und Sonne, wodurch Schwankungen in der Produktion entstehen. Für das Sicherstellen der Stromversorgung ist die Sektorenkopplung ein Lösungsansatz für das effiziente Nutzen von Strom. Das heißt, dass Energie zur richtigen Zeit am richtigen Ort sein soll und auf diese Weise ein stabiles Stromnetz gewährleistet sowie Schwankungen der erneuerbaren Energien ausgeglichen werden können.

Folgende Links dienen der Recherche für die Abschnitte 6.3.1. und 6.3.2.:

https://www.evergabe.de/glossar/sektorenkopplung/ 

https://www.dvgw.de/themen/energiewende/sektorenkopplung 

Aufgabenstellung:

Benenne die wichtigsten Merkmale und Ziele der Sektorenkopplung aus o.g. Text und Abbildung:

• Verbindung der verschiedenen Infrastrukturen, Sektoren der Energieversorgung
• Dekarbonisierung der Energieversorgung
• Verknüpfung der Sektoren
  Strom
  Wärme
  Gas
  Mobilität
  Industrie
• Ausgleich wetterbedingter Schwankungen bei Wind- und Sonnenenergie
• Nutzung der Stromüberschüsse für die Wärmeerzeugung
• Sicherstellen der Netzstabilität
• Effektivitätssteigerung der Energieversorgung

Nutzung von Speichertechnologien

Aufgabenstellung:

Benenne die wichtigsten Technologien für das Durchführen der Sektorenkopplung:

• Power-to-X-Technologien (PtX):
  Allgemeine Bezeichnung verschiedener Technologien (Power-to-X-Technologien) für das Durchführen der Sektorenkopplung und für kommende Energiesysteme, welche ausschließlich durch erneuerbare Energien versorgt werden.
• Power-to-Gas (PtG):
  Energiegase wie Wasserstoff aus erneuerbarem überschüssigem Strom durch Elektrolyse erzeugen
• Power-to-Heat (PtH):
  Überschüssige Strommengen im Wärmesektor einsetzen
• Power-to-Mobility (PtM):
  Überschüssigen Strom für die Ladung von Elektrofahrzeugen nutzen
• Power-to-Valuables (PtV):
  Überschüssigen Strom in der Industrie für Produktion nutzen
• Power-to-Liquids (PtL):
  Treibstoffe aus Strom herstellen

Benenne die Einsatzbereiche diese Technologien:

• Kraft-Wärme-Kopplung (KWK):
  Hier verwendet man das in Erdgasspeichern zwischengespeicherte Gas aus Power-to-Gas-Anlagen zum hocheffizienten, gekoppelten Erzeugen von Strom und Wärme.
• Blockheizkraftwerk (BHKW):
  Die entstehende Wärme, bei der Stromerzeugung in kleinen Kraftwerken, wird zum Heizen genutzt.
• Brennstoffzellenkraftwerk:
  Der zwischengespeicherter Wasserstoff aus dem Power-to-Gas-Prozess wird wieder in Strom umgewandelt
• Gas-und Dampfturbinen-Kraftwerke GUD:
  In diesen kommt es zur Produktion von Strom sowie zum Bereitstellen von Wärme.
• Biomethan-Aufbereitung:
  Mit dieser Aufbereitung wird Biogas als Ersatz für Erdgas in das Erdgasnetz eingespeist.

Energiespeicher werden allgemein als „Anlagen, die Energie mit dem Ziel der elektrischen, chemischen, elektrochemischen, mechanischen oder thermischen Speicherung aufnehmen und einer zeitlich verzögerten Nutzung wieder zur Verfügung stellen“ definiert. Energiespeicher nehmen jedoch über die reine Speicherfunktion eine wesentlich umfassendere Bedeutung innerhalb ihrer intelligenten Vernetzung mit dezentralen Energieerzeugungsanlagen ein.

Nur wenn PV-Anlagen, Windkraftwerke, Mikro-KWK-Anlagen sowie andere Energieerzeuger und -verbraucher miteinander digital verknüpft und gesteuert werden, ist in Zukunft Energieverbrauch und Energieerzeugung bei Haushalten, Gewerbebetrieben und Industrie möglichst zu jeder Stunde des Tages in Einklang.

Essentiell, um die Energieversorgung der Zukunft zu realisieren, sind moderne Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) sowie Energiespeicher. PV-Speicher, Wärmespeicher, Power-to-Gas-Anlagen oder Power-to-Heat-Aggregate stellen die Frequenzhaltung im Stromnetz sicher und sind die Basis dafür, dass Energienachfrage und -bedarf im intelligenten Stromnetz flexibel aufeinander abgestimmt werden können.

Aufgabenstellung:
Systematische Einordnung von Energiespeicher-Technologien aus der Abbildung:

Technologisch unterscheidet man Energiespeicher in:

• mechanische Energiespeicher
• chemische Energiespeicher
• elektrochemische Energiespeicher
• elektrische Energiespeicher
• thermische Energiespeicher 

Bezogen auf die entsprechenden technischen Anlagen, mit denen sich die Energiespeicherung realisieren lässt, ergibt sich folgendes Bild (in Klammern erfolgt die Angabe der Energieform, die die Energiespeicher speichern):

zu den mechanischen Energiespeichern zählen:

• Pumpspeicher (potentielle Energie des Wassers)
• Druckluftspeicher (kinetische Energie des Gasdrucks)
• und Schwungradspeicher (kinetische Energie der rotierenden Masse)

zu den chemischen Energiespeichern zählen:

• Power-to-Gas-Anlagen (Umwandlung in Gas)

• Power-to-Liquid-Anlagen (Umwandlung in Kraftstoff)
• Power-to-Chemicals-Anlagen (Umwandlung in Chemieprodukte)

zu den elektrochemischen Energiespeichern zählen:

• klassische Batteriespeicher (elektrochemische Energie in der Elektrode)

• Redox-, Hybrid-Flow-Batteriespeicher (elektrochemische Energie im Elektrolyt)

zu den elektrischen Energiespeichern zählen:

• supraleitende magnetische Speicher (elektrische Energie im magnetischen Feld)

• Superkondensatoren (elektrische Energie im elektrischen Feld)

zu den thermischen Energiespeichern zählen:

• sensible Wärmespeicher (thermische Energie in Teilchenbewegung)

• Latentspeicher (Enthalpie thermodynamischer Zustandsänderungen)
• Thermochemische Speicher (Wärmespeicherung durch endotherme Reaktion)

Der folgende Link dient zur Recherche des Abschnitts 6.3.3.:

https://www.energie-experten.org/erneuerbare-energien/oekostrom/energiespeicher

Sektorenkopplung gilt als Schlüsseltechnologie für die Energiewende. Denn sie verbindet die einzelnen Energiesektoren Strom, Wärme und Mobilität und sorgt so für eine effiziente Nutzung erneuerbarer Energie. Nur so kann die Dekarbonisierung der Weltwirtschaft gelingen. Mit den neuen Möglichkeiten der Digitalisierung öffnet Sektorenkopplung die Tür zur Energieversorgung 4.0.

Aufgabenstellung:

Recherchiere und benenne die wesentlichen Vorteile der Sektorenkopplung aus dem verlinkten Artikel:
https://www.sma-sunny.com/5-gruende-warum-sektorenkopplung-wichtig-ist/  

Energiewende durch nachhaltige Energieerzeugung und weniger klimaschädliches CO2

Weniger Krankheiten/Todesfälle durch geringere Schadstoffbelastung der Luft: Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen neben CO2 auch Schwefeloxide, Stickoxide, Kohlenmonoxid, Feinstaub, Distickoxid, Quecksilber, Blei, Nickel, Kupfer, Arsen

Weniger Kernkraftrisiken (Betrieb und Abfälle) durch Ersetzen atomarer Stromerzeugung

Wasserverbrauch reduzieren (44 % des deutschen Wasserverbrauchs geht zurück auf Kühlung fossiler Kraftwerke)

Versorgungssicherheit steigern: Endliche Ressourcen gegen unendlich verfügbare Rohstoffe in der Energieerzeugung ersetzen, Import-Unabhängigkeit durch Nutzung heimisch verfügbarer Rohstoffe, keine Nutzung von Rohstoffen aus politisch instabilen Gebieten nötig

Niedrige Strompreise für Verbraucher: Solar- und Windstrom wird kontinuierlich günstiger, fossile und atomare Erzeugung hingegen immer teurer

Mehr Flexibilität, weniger Lobby: Wertschöpfung aus den Händen weniger Großkonzernen in die Hände vieler dezentraler Akteure und Bürger

Entwicklungshilfe für netzferne Regionen: Erneuerbare Energie-Technologien ermöglichen eine nachhaltige Stromversorgung und wirtschaftliche Entwicklung

Effizienz beschreibt unter anderem Wirtschaftlichkeit. Wenn so wenig wie möglich von einer notwendigen Ressource verwendet wird, so gilt dies als effizient. So könnte man meinen, dass Effizienzsteigerungen im Unternehmensalltag folglich auch zu einem nachhaltigen Wirtschaften führen. Weniger Abfall oder Energieaufwand bedeutet gleichzeitig weniger Umweltbelastung und längere Verfügbarkeit von endlichen Ressourcen – oder? Nicht unbedingt!

Das Missverständnis hinter dieser Annahme soll anhand eines Beispiels aufgedeckt werden. Seit 1990 hat sich der deutsche Luftverkehr mehr als verdreifacht. Mit Hilfe technischer Innovationen, besserer Raumnutzung und weiterer Maßnahmen konnte der durchschnittliche Kerosinverbrauch pro Person seitdem um 42 Prozent gesenkt werden – eine gute Entwicklung auf den ersten Blick. Auf den zweiten Blick ist jedoch auch zu erkennen, dass das Verkehrsaufkommen im gleichen Zeitraum stark zugenommen hat. Daraus folgt, dass trotz starker Effizienzsteigerungen absolut betrachtet immer mehr Kerosin verbraucht wird – nämlich 85 Prozent mehr seit 1990.

Wissenschaftler sprechen daher auch von einer „Effizienzfalle“. Denn obwohl sich mit Effizienzsteigerung eine relative Umweltentlastung erzeugen lässt, bleibt die Herausforderung des absoluten Produktionswachstums weiterhin bestehen. So ist das effiziente Handeln aus der ökonomischen Perspektive zwar zielführend, aus der ökologischen Perspektive jedoch fraglich. Es lässt sich schlussfolgern, dass Effizienzstreben und Nachhaltigkeitsorientierung zwei eigenständige Rationalitäten darstellen, die von Unternehmen beide gleichermaßen beachtet werden sollten, um zukunftsfähig zu wirtschaften. Eine langfristig erfolgreiche Unternehmensführung würde demnach aus den zur Verfügung stehenden Ressourcen unter Erhalt der Ressourcenbasis möglichst viele ökonomische Werte erschaffen, um somit intergenerational und intragenerational gerecht zu wirtschaften. Somit sollte sich ein zukunftsorientiertes berufliches Handeln sowohl den Herausforderungen der eher kurzfristigen Effizienzrationalität als auch der langfristigen Nachhaltigkeitsrationalität stellen und beide Perspektiven verknüpfen. 

Im Rahmen des beruflichen Handelns entstehen jedoch Widersprüche zwischen der Effizienzrationalität („Funktionalität“, „ökonomische Effizienz“ und „Gesetzeskonformität“) und der Nachhaltigkeitsrationalität („ökologische Effizienz“, „Substanzerhaltung“ und „Verantwortung“). Ein zukunftsfähiges berufliches Handeln zeichnet sich dadurch aus, mit diesen Widersprüchen umgehen zu können.

Doch stellt sich nun die Frage, was der Umgang mit Widersprüchen für den Berufsalltag bedeutet. In diesem Zusammenhang kann von so genannten „Trade-offs“ – auch „Zielkonflikte“ oder „Kompromisse“ – gesprochen werden. Grundsätzlich geht es darum, den möglichen Widerspruch zwischen einer Idealvorstellung und dem Berufsalltag zu verstehen und eine begründete Handlungsentscheidung zu treffen. Dabei werden Entscheidungsträger häufig in Dilemma-Situationen versetzt. Im beruflichen Handeln geht es oftmals um eine Entscheidung zwischen knappen Ressourcen, wie Geld, Zeit oder Personal, für die es gilt, Lösungen zu finden.

Im Folgenden werden einige Zielkonflikte aufgezeigt.

Der Beruf der Anlagenmechanikerin/des Anlagenmechanikers beinhaltet die besondere Verantwortung für die Sicherung der menschlichen Lebensgrundlagen im Zusammenhang mit einer auf Nachhaltigkeit orientierten Energie- und Ressourcennutzung. Im Hinblick auf die aktuellen politischen Entwicklungen, mit dem Ende der Gaslieferungen aus Russland, dem Ausstieg aus der Kernenergie, dem beschlossenen Aus für Öl- und Gasheizungen sowie Verbrennungsmotoren ist ein Paradigmenwechsel verbunden, der nahezu alle Bereiche der öffentlichen Versorgung  und deren Schnittstellen umfasst.

Daraus ergibt sich die Notwendigkeit für einen technologischen Umbau der Infrastruktur und Gebäudebewirtschaftung hin zu Versorgungssystemen und Verfahren, die mittel- bis langfristig ausschließlich aus erneuerbaren Energien und nachhaltigen Rohstoffen gespeist werden.

Gerade an diesen Schnittstellen ist das Berufsbild der Anlagenmechanikerin/des Anlagenmechanikers angesiedelt. Im Folgenden sind beispielhafte Zielkonflikte angeführt, die im Rahmen von Unterrichts- oder Ausbildungsgesprächen diskutiert werden können:

Die Substitution von Erdgas durch Flüssiggas ist als kurzfristige Notlösung und Brückentechnologie zur Abwehr von Gas Mangellagen anzusehen, da die CO₂-Belastung weiterhin bestehen bleibt, mit dem Einsatz von Fracking-Gas aus den USA massive Umweltschäden einhergehen und mit dem Bezug von Flüssiggas aus Katar die Abhängigkeit zu einem diktatorischen Regime bestehen bleibt, in dem die Einhaltung von Menschenrechten fraglich ist. Hier muss also abgewogen werden, welcher Ausbau, z.B. von Flüssiggasterminals, tatsächlich notwendig ist, bei welchen die ökologischen Nachteile überwiegen, wo auch ökonomisch die Beschleunigung des EE-Ausbaus mehr Sinn ergibt und wo, ggf. durch zu starke Fokussierung auf Flüssiggas, wieder ein falscher Entwicklungspfad eingeschlagen wird. 

Zielführender kann hier demnach die Substitution durch den Einsatz von ‘grünem’ Wasserstoff und der verstärkten Nutzung von Biomasse/Biogas für Nahwärme-Lösungen vor allem im städtischen Bereich sein. Hier sind Möglichkeiten in Betracht zu ziehen, die vorhandene Gasinfrastruktur für den Einsatz von Biogas, “grünem” Wasserstoff (power-to-gas) zu ertüchtigen bzw. die vorhandenen Leitungen als Speichermedium zu nutzen. Auch hier können sich aber Zielkonflikte ergeben, denn ein schneller Aufbau z.B. von Elektrolyseanlagen für “grünen” Wasserstoff führt zum Fehlen des benötigten EE-Stroms für andere Zwecke – wie E-Mobilität – wo er wesentlich effizienter eingesetzt werden kann.

Mit dem Rückgang der fossilen Verbrennung ergibt sich eine Zunahme der Elektrifizierung im Bereich der Wärmeversorgung durch den gesteigerten Einsatz von Wärmepumpen und Brennstoffzellen. Die CO₂-Bilanz fällt hierbei nur dann positiv aus, wenn der Strom zu 100% aus EE gewonnen wird. Wärmepumpen sind in der Anschaffung wesentlich teurer als herkömmliche Gas-Verbrenner und nur bei Neubauten bzw. Passivhaus-Bauweise energieeffizient, für den Bestandsbau also nur bedingt geeignet, bzw. setzen entsprechende energetische Sanierungen voraus, um effizient eingesetzt werden zu können.

Für eine umfassende Energie- und Wärmewende müssen im Bereich der öffentlichen Institutionen, städtischen Verwaltungen die Weichenstellungen dafür gelegt werden, dass eine durchgehende Versorgung mit EE bis zum Endverbraucher gewährleistet ist. Für eine zukunftsfähige Infrastruktur ist besonderes Augenmerk auf intelligente und vernetzte Systeme zu legen, Sektorenkopplung, intelligente Schwarmkraftwerke, Quartierslösungen, Klein- und Nahwärmenetze, Kraft-Wärme-Kopplung, BHKWs, weg von monopolistischen Strukturen hin zur Diversifizierung, Flexibilisierung des Strom- und Gasmarktes mit einem abgestimmten Mix aus EE unter Einsatz geeigneter Speichertechnologien. Bisher abhängige Verbraucher werden zu Selbstversorgern, vom Konsument zum Prosument. Auch dieses Ziel ist nicht konfliktfrei, da es möglicherweise viele Verbraucher gibt, die diesen Weg zum “Prosumenten” nicht so einfach mitgehen können oder wollen, sei es aus Zeit-, Kompetenz- oder sonstigen Gründen.   

Im Sinne eines effizienten Energieeinsatzes kommt der Wärmerückgewinnung, also der Nutzung von Abwärme, eine besondere Bedeutung zu. Vielfältig ungenutzte Potenziale liegen in der Gewinnung der Abwasserwärme aus Gebäuden und der öffentlichen Kanalisation, aber vor allem Prozesswärme aus industrieller oder verfahrenstechnischer Produktion, die oft an die Umgebung abgegeben wird bzw. sogar mit weiterem Energieaufwand heruntergekühlt werden muss. Die mitgeführte Heizwärme kann unter Einsatz von Wärmetauschern und Wärmepumpen für den eigenen Arbeitsbereich verwendet oder Nahwärmenetzen zugeführt werden, die benachbarte Gebäude oder Produktionsstätten mit Heizwärme versorgen. Die Stromgewinnung unter dem Einsatz von Dampfturbinen ist ebenfalls möglich. Zielkonflikte treten an dieser Stelle dann auf, wenn die Kleinteiligkeit der Wärmeströme ihre Nutzung unwirtschaftlich macht, was durch höhere Energiekosten zunehmend wegfällt. Aber auch staatliche Regeln können hier Nutzungspflichten einführen. In vielen Fällen sind die notwendigen neuen Strukturen das Haupthindernis, denn in den meisten Fällen gehören (Ab)-Wärmequelle und Wärmeabnehmer nicht zu einem Betrieb oder einer Einrichtung.

Auf Basis des erläuterten Strukturwandels ergeben sich weitreichende Implikationen für ein öffentliches Beschaffungswesen unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit SDG 12. Auf politischer Ebene muss dem Ende der fossilen Verbrennung ein Ende der Subventionen in diese Richtung folgen. Die Zuwendungen aus Subventions- und Fördertöpfen müssen vorrangig für Klimaschutzmaßnahmen, für den Ausbau von erneuerbaren Energien und Energieeffizienztechnik und zur Abmilderung sozialer Härten eingesetzt werden. Auch dies ist nicht widerspruchsfrei, denn auf politischer Ebene wird grundsätzlich um die Mittelvergabe für verschiedene Aufgabenfelder gestritten.