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Erneuerbare Energien
Als erneuerbare Energien (EE) oder regenerative Energien, auch alternative Energien, werden Energiequellen bezeichnet, die im menschlichen Zeithorizont für …
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Begriff, Quellen und weltweite Bedeutung
Erneuerbare Energien (EE), auch regenerative oder alternative Energien, sind Energiequellen, die im menschlichen Zeithorizont praktisch unerschöpflich verfügbar sind oder sich vergleichsweise schnell erneuern. Sie unterscheiden sich von fossilen Energiequellen, deren Vorräte endlich sind oder deren Neubildung Millionen Jahre dauert. Physikalisch wird Energie dabei nicht erzeugt, sondern nach dem Energieerhaltungssatz nur in andere Formen umgewandelt. Elektrizität, Wärme und Kraftstoffe aus diesen Quellen heißen ebenfalls erneuerbare Energien; erneuerbarer Strom wird auch Grünstrom oder Ökostrom genannt.
Zu den Quellen gehören Sonnenenergie, Windenergie, Wasserkraft, Bioenergie, Geothermie und Meeresenergie. Die Grundlage sind Kernfusion in der Sonne, radioaktiver Zerfall im Erdinneren und bei Gezeiten die Bewegung von Himmelskörpern im Gravitationsfeld. Das jährliche theoretische Energieangebot beträgt für Sonnenenergie 3.900.000 EJ, für Geothermie 996 EJ und für Gravitation 94 EJ. Die auf die Erde treffende Sonnenenergie entspricht mehr als dem Zehntausendfachen des aktuellen menschlichen Energiebedarfs.
Sonnenstrahlung kann direkt durch Photovoltaik und Sonnenwärme genutzt werden. Indirekt erzeugt sie Wind, den Wasserkreislauf und Biomasse durch Photosynthese. Geothermie dient vor allem zum Heizen oder in tieferen Lagerstätten zur Stromerzeugung. In Deutschland, Österreich und der Schweiz sind überwiegend Niederenthalpie-Lagerstätten vorhanden; ihre Wärmereservoirs können sich bei Entnahme über Jahrzehnte abkühlen. Gezeiten- und Meeresströmungskraftwerke nutzen durch Sonne und Mond verursachte Strömungen.
2023 deckten moderne erneuerbare Energien ohne traditionelle Biomassenutzung 13,5 % des weltweiten Endenergieverbrauchs: 7,8 % entfielen auf Ökostrom, 4,5 % auf erneuerbare Wärme und kleinere Anteile auf Biokraftstoffe. 2025 lieferten erneuerbare Energien 10.730 TWh beziehungsweise 33,8 % der Weltstromerzeugung und damit erstmals mehr als Kohlekraftwerke mit 10.476 TWh beziehungsweise 33 %. Wasserkraft stellte 14 %, Solarenergie 8,7 %, Windenergie 8,5 % und sonstige Erneuerbare 2,5 %.
Einbindung in Strom-, Wärme- und Verkehrssysteme
Im Übertragungsnetz muss Einspeisung jederzeit dem Verbrauch entsprechen, weil Strom dort nicht gespeichert wird. Dies sichert die Netzfrequenz von 50 Hertz. Erneuerbare Quellen ergänzen sich: Solarstrom fällt besonders mittags an, Windstrom eher im Winterhalbjahr. Doch Solar- und Windenergie schwanken wetterbedingt, während Wasser-, Geothermie- und Biomassekraftwerke grundsätzlich regelbar und grundlastfähig sind.
Für hohe Anteile erneuerbaren Stroms nennt der Artikel Netzausbau, flexible Nachfrage, Speicher und einen Mix der Technologien. In Deutschland könnten mehr als 1000 GW Photovoltaik rund 1000 TWh jährlich erzeugen; ein alleiniger Ausbau dieser Technik wäre wegen großer Überschüsse an sonnigen Mittagen und des Speicherbedarfs jedoch nicht zweckmäßig. Die größten Strompotenziale haben dort Windenergie und Photovoltaik, mit Abstand gefolgt von Biomasse.
Die Energiewende verändert die Struktur der Versorgung: Neben Großkraftwerken wachsen viele kleine und mittlere Anlagen. Künftige Systeme sollen dezentrale und zentrale Ansätze verbinden, denn nicht jede Region kann sich selbst versorgen. Große Netze können regionale Überschüsse und Mangel ausgleichen. Für sehr weite Transporte wird Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) eingesetzt; bei 800 kV liegen die Verluste über 5.000 km bei weniger als 14 %.
Sektorenkopplung verknüpft Strom, Wärme und Verkehr. Sie erfordert zusätzlichen erneuerbaren Strom, kann aber etwa mit Wärmespeichern, Wärmepumpen und zeitlich flexiblem Wärmeverbrauch Schwankungen ausgleichen. Speicher werden nach dem Artikel ab etwa 40 % EE-Anteil in größerem Umfang wichtig, Langfristspeicher wie Power-to-Gas meist erst bei 70–80 %. Möglichkeiten sind Pumpspeicher, Akkumulatoren und Redox-Flow-Zellen, Wärme- und Druckluftspeicher, Schwungräder sowie Power-to-Gas: Elektrolyse erzeugt Wasserstoff, gegebenenfalls Methan. Für Wasserstoff nennt der Artikel perspektivisch 49 bis 55 % Gesamtwirkungsgrad bei Rückverstromung, für Methan in einem GuD-Kraftwerk 39 %.
Virtuelle Kraftwerke vernetzen Wind-, Solar-, Wasser- und Biogasanlagen rechnerisch und steuern sie gemeinsam. Smart Grids und Demand Side Management verschieben flexible Verbräuche wie Kühl-, Heiz- oder Industrieanlagen in Zeiten mit Stromüberschuss. Regelbare Gaskraftwerke werden als Brückentechnologie genannt; Biogas-, Wasser- und Speicherkraftwerke können ebenfalls kurzfristig ausgleichen. Genaue Vorhersagen von Wind- und Solarleistung erleichtern diese Planung.
Umweltwirkungen und Klimaschutz
Auch erneuerbare Energietechniken wirken auf Menschen, Ökosysteme und Ressourcen. Eine vollständige Bewertung betrachtet den gesamten Lebenszyklus: Herstellung, Aufbau, Betrieb, Abbau und Entsorgung. Gegenüber konventionellen Energien ist ihre Umweltbilanz laut Artikel grundsätzlich besser; insbesondere sind ihre externen Umwelt-, Gesundheits- und Klimakosten geringer.
Photovoltaikanlagen amortisieren ihren Energieaufwand nach einer Studie von Peng et al. je nach Standort und Technik in 0,75 bis 3,5 Jahren, im Mittel etwa 1,5 bis 2,5 Jahren. Ihre rechnerischen Emissionen liegen bei 10,5 bis 50 g CO2/kWh. Solarthermische Kollektoren amortisieren sich energetisch nach 12 bis 24 Monaten und halten mindestens 30 Jahre. Staudämme können Flächen überfluten, Menschen zur Umsiedlung zwingen und Flussökosysteme verändern. Windkraft kann an bestimmten Standorten Vögel und Fledermäuse gefährden; laut NABU sterben in Deutschland etwa tausend Vögel jährlich durch Windkraftanlagen. Schall, Infraschall und Schattenwurf können belasten, weshalb Abschaltsysteme den Schattenwurf begrenzen.
Bioenergie umfasst feste, flüssige und gasförmige Energieträger aus Holz, Energiepflanzen und organischen Abfällen. Ihre Flächeneffizienz beträgt weniger als ein Zehntel der Photovoltaik. Dies kann Nutzungskonflikte mit Nahrungserzeugung, Biodiversität und Naturschutz verursachen. Palmöl steht wegen möglicher Rodung tropischer Regenwälder in Kritik. Biokraftstoffe aus Ackerpflanzen sind wegen Dünger, Pestiziden und möglicher Lachgasemissionen umstritten; die Leopoldina sieht für sie keinen CO2-Vorteil gegenüber fossilem Kraftstoff. Geothermie kann geringe Erdbeben oder bei problematischen Gesteinsschichten Bodenhebungen auslösen.
Der Klimaschutz ist ein zentraler Grund für den Umstieg, weil fossile Energieträger CO2 freisetzen und den menschengemachten Treibhauseffekt verstärken. Im Betrieb sind erneuerbare Anlagen emissionsfrei; die meisten Emissionen entstehen bei Herstellung und Transport und werden über die Lebensdauer mehrfach amortisiert. 2019 sparten erneuerbare Energien in Deutschland 203 Mio. Tonnen CO2 ein. Bioenergie ist prinzipiell klimaneutral, weil das bei ihrer Nutzung frei werdende CO2 zuvor von Pflanzen gebunden wurde; Methan- und Lachgasemissionen können ihre Bilanz aber verschlechtern.
Versorgungssicherheit, Kosten und wirtschaftliche Folgen
Erneuerbare Energien sollen endliche fossile und nukleare Brennstoffe schonen, Importabhängigkeit senken und Versorgungssicherheit erhöhen. Fossile Rohstoffe können zudem politische Abhängigkeiten schaffen. Die im Artikel genannte Reichweite wurde 2009 auf 41 Jahre für Erdöl, 62 Jahre für Erdgas und 124 Jahre für Steinkohle geschätzt. Die langfristige Verfügbarkeit von Uran ist umstritten.
Stromgestehungskosten umfassen Investition, Finanzierung, Betrieb, Wartung und gegebenenfalls Brennstoff, aber keine externen Kosten. Erneuerbare Anlagen haben meist hohe Investitions- und niedrige Betriebskosten; Biomasse ist eine Ausnahme, weil Brennstoff benötigt wird. Wind- und Solarstrom wurden stark günstiger: Zwischen 2015 und 2020 sanken die Kosten um 45 beziehungsweise 56 %, Batteriekosten um 64 %. Für 2021 nennt das Fraunhofer ISE in Deutschland Stromgestehungskosten von 3,94–8,29 ct/kWh für Wind an Land und 3,12–5,70 ct/kWh für große PV-Freiflächenanlagen. Braunkohle lag bei 10,38–15,34 ct/kWh, Steinkohle bei 11,03–20,04 ct/kWh.
Niedrige Kosten je Kilowattstunde reichen jedoch nicht zur Bewertung eines Gesamtsystems: Strom hat je nach Viertelstunde einen anderen Wert, und Speicher sowie Netze verursachen zusätzliche Kosten. Wind- und Solaranlagen erzielen wegen gleichzeitiger Einspeisung häufig niedrigere Marktwerte als der durchschnittliche Börsenpreis. An der Strombörse bestimmt die Merit-Order, also die Reihenfolge der Kraftwerke nach Grenzkosten, den Preis. Da Wind und Sonne fast keine Grenzkosten haben, können sie den Börsenpreis senken; der starke Gaspreisanstieg führte 2022 dagegen zu hohen Strompreisen.
Externe Kosten sind Schäden, die nicht im Energiepreis enthalten sind, etwa Klima-, Umwelt- und Gesundheitsschäden. Bei 180 €/tCO2-Äquivalent nennt der Artikel in Deutschland 20,81 ct/kWh für Braunkohle, 18,79 für Steinkohle, 0,28 für Windenergie und 1,64 für Photovoltaik. CO2-Steuer oder Emissionshandel können solche Kosten teilweise einbeziehen. Der Ausbau kann außerdem Wertschöpfung und Beschäftigung fördern: 2022 arbeiteten weltweit rund 13,7 Millionen Menschen direkt oder indirekt in der Branche, davon 4,9 Millionen in der Photovoltaik. Bürgerenergiegenossenschaften sollen die Beteiligung an der Energieversorgung stärken.
Weltweiter Ausbau und Zukunftserwartungen
Weltweit wachsen besonders Windenergie und Sonnenenergie neben Wasserkraft und Bioenergie. Die installierte Leistung stieg von 2003 bis 2023 bei Photovoltaik von 2,6 auf 1.590 GW, bei Windenergie von 48 auf 1.023 GW und bei Wasserkraft von 715 auf 1.244 GW. 2015 wurden 147 GW erneuerbare Leistung neu installiert, darunter 63 GW Windenergie, 50 GW Photovoltaik und 28 GW Wasserkraft.
Der Artikel weist darauf hin, dass Teile der Angaben zum weltweiten Ausbau seit 2021 beziehungsweise 2023 möglicherweise nicht mehr aktuell sind. Für 2010–2015 wird ein Anteil erneuerbarer Energien am globalen Endenergiebedarf von etwa 16 % genannt; ein großer Teil war traditionelle Biomassenutzung. 2013 betrug der Anteil der Erneuerbaren an der weltweiten Stromerzeugung 22,1 % und die regenerative Strommenge etwa 5.070 TWh. 2015 wurden weltweit 329,3 Milliarden US-Dollar in erneuerbare Energien investiert.
Frühere Prognosen unterschätzten laut Artikel das Wachstum von Windenergie und Photovoltaik häufig. Die IEA erwartet im WEO 2020, dass erneuerbare Energien bis 2030 knapp 40 % des weltweiten Elektrizitätsbedarfs decken; Photovoltaik sei mit geschätzten 13 % Wachstum pro Jahr von 2020 bis 2030 der zentrale Treiber. Ein IPCC-Bericht von 2012 nennt unter optimistischen Annahmen bis 2050 77 % erneuerbaren Anteil am weltweiten Primärenergieangebot. Studien skizzieren zudem technisch mögliche und wirtschaftlich attraktive globale 100-%-EE-Systeme bis 2050; die IEA prognostizierte 2023 einen Höhepunkt des Verbrauchs fossiler Energien in den 2030er Jahren.
Entwicklung in Europa und ausgewählten Staaten
In der Europäischen Union lag der Anteil erneuerbarer Quellen am Bruttoendenergieverbrauch 2025 bei 26,2 %, nach 18 % im Jahr 2018 und 8,5 % im Jahr 2004. Deutschland erreichte 2025 etwa 23,8 % am Bruttoendenergieverbrauch und 55,1 % an der Stromerzeugung. In Frankreich wurde 2015 beschlossen, 400 Millionen Euro für erneuerbare Energien bereitzustellen; bis 2030 sollen 40 % des Stroms aus erneuerbaren Quellen stammen.
In Österreich stammt ungefähr ein Drittel des Bruttoendenergieverbrauchs aus erneuerbaren Quellen; Wasserkraft ist die wichtigste erneuerbare Stromquelle. Portugal erzeugte im ersten Quartal 2021 79,5 % seines Stroms erneuerbar: 44 % Wasserkraft, 28 % Windkraft, 5,6 % Biomasse und 2 % Solarenergie. In der Schweiz stieg der erneuerbare Anteil am Endenergieverbrauch von 15,8 % im Jahr 1990 auf 29,9 % im Jahr 2024. Die Wasserkraft stellte 14,2 %, Holz/Biogas 6,3 %, Umweltwärme 3,2 % und Sonnenenergie 2,9 %.
In den USA betrug der Anteil erneuerbarer Quellen 2022 etwa 13,1 % am Primärenergieverbrauch und 25,1 % an der Stromproduktion; seit 2019 ist Windkraft dort die größte erneuerbare Stromquelle. China investiert weltweit am stärksten in den Ausbau. 2025 installierte das Land laut Artikel mehr als 300 GW Photovoltaik und rund 100 GW Windkraft; die fossile Stromproduktion sank um rund 1,6 % auf 6.164 TWh. Indien verfügte 2026 über mehr als 300 GW installierte erneuerbare Leistung und erzeugte 29,2 % erneuerbaren Strom; bis 2030 sind 500 GW nichtfossile installierte Stromleistung vorgesehen.
