Alternativen zu fossilen Brennstoffen
Warum
alternative Energien?
Es gibt keinen Zweifel, erneuerbare Energien
müssen einen wachsenden Beitrag zur weltweiten Energieversorgung leisten, weil
die fossilen Energieträger endlich sind.
Zunächst ein paar Worte zur Begriffsklärung:
Zu den erneuerbaren Energien zählt man all die Energiequellen, die sich stets
aufs neue regenerieren. Im Gegensatz dazu stehen die nicht erneuerbaren
Energiequellen, nämlich die fossilen Brennstoffe Erdgas, Erdöl, Kohle und Torf
sowie Uran als Kernbrennstoff. Sie haben sich alle im Laufe der Erdgeschichte
gebildet wie uns Christina bereits
erzählt hat und werden durch ihre Nutzung ein für allemal aufgezehrt. Ihre
Vorkommen sind begrenzt, werden also in absehbarer Zeit aufgebraucht sein.
Erneuerbar sind Wasserkraft, Sonnenenergie,
Wind- und Wellenenergie, Biomasse, Geothermik (=Erdwärme), Gezeitenenergie.
Neben dem großen Vorteil, unerschöpflich zu sein, haben fast alle erneuerbaren
Energien den Nachteil, dass sie nicht sehr konzentriert auftreten. Sonne und
Wind, aber auch Wellenenergie verteilen sich bei geringer Leistungsdichte
gleichmäßig über Tausende Quadratkilometer, um sie einzufangen muss man
ausgedehnte Anlagen errichten. Die gleichmäßige Verteilung kann aber mitunter
auch als Vorteil gelten: Sonne und Wind stellen dezentrale Energieträger da, d.
h. , dass sie fast an jedem Ort angezapft werden können, also auch unmittelbar
dort, wo sie benötigt werden.
Eine Erhöhung der Energieausbeute durch
Wasserkraft lässt sich vor allem durch eine Modernisierung bereits bestehender
Kraftwerke erreichen.
Rund um den Globus tragen die alternativen
Energien schon wesentlich zur Energieversorgung bei. Insbesondere in
Entwicklungsländern werden jedoch sog.
traditionelle Brennstoffe wie Holz, Holzkohle.. mangels bezahlbarer anderer
Energie nach wie vor stark genutzt. Deshalb besteht die Forderung, umwelt- und
ressourcenschonende Energienutzung deutlich zu verstärken und
weiterzuentwickeln. Potentiale dazu sind vorhanden: Das Wasserkraftpotential
anderer Kontinente ist längst nicht ausgeschöpft, Windenergie nur selten
genutzt und die Solarenergie zur weltweiten Energieversorgung noch
verschwindend gering.
Geothermik
Es liegt nahe, dass die an der Oberfläche
vorhandene Erdwärme aus dem glühenden Erdkern stammt. 70 % des Wärmestroms
haben aber eine andere Ursache: Beim radioaktiven Zerfall langlebiger Isotope
des Urans und des Thoriums wird kontinuierlich Wärme erzeugt. Das gesamte
Potential im Bereich der geothermischen Anomalien beträgt das 44fache des
derzeitigen Weltbedarfs an Primärenergie pro Jahr. Geothermische Anomalien sind
Gebiete bei denen das Magma nahe an die Oberfläche kommt, weil die Erdkruste
keine einheitliche Hülle ist. Zur Nutzung wird Wasser mit sehr hohem Druck
hineingepresst, es bilden sich Spalten im Gestein, dann wird das Wasser durch
ein zweites Bohrloch als Heißwasser mit
bis zu 300°C wieder heraufgebracht und
über spezielle Wärmeaustauschen zur Erzeugung elektrischer Energie oder zur
Bereitstellung von Heizwärme verwendet.
In Bayern finden wir eine solche Nutzung in unsere Nähe: In Füssing und
Griesbach beispielsweise, aber auch in Simbach am Inn wurde ein solches Wärmekraftwerk
gebaut. In Deutschland wird die Geothermik jedoch auch in Zukunft nur einen
geringen Anteil an der Energiedeckung haben.
Wasserkraft
Die Wasserkraft hat derzeit die größte
Bedeutung. Dies hängt mit der Leistungsdichte zusammen. Die Nutzung der
regenerativen Wasserkraft kann durch Laufwasserkraftwerke,
Speicherwasserkraftwerke, Pumpspeicherkraftwerke sowie durch Gezeiten- und
Wellenkraftwerke erfolgen. Relevant für die Stromerzeugung sind vor allem die
ersten drei. An Bayerns Flüssen sind mehr als 4000 Wasserkraftwerke
installiert. Der weitaus größt Anteil sind kleine Anlagen bis zu einer Leistung
von 100kW, die zusammen rund 3% des Wasserkraftstrom liefern.
Windenergie
Ende 1997 waren in Deutschland nach Angaben
des Windkraftverbands 5193 Windkraftwerke mit einer Gesamtleistung von über
2000 MW in Betrieb, die meisten davon in den windreichen Küstengebieten
Schleswig-Holsteins und Niedersachsens. In den nächsten Jahren wird der Ausbau
weiter zunehmen. Wegen der meteorologischen Bedingungen in Bayern sind selbst
moderne Windräder nur an relativ wenigen Standorten wirtschaftlich sinnvoll. An
den Küstenregionen ist die Stromerzeugung aus Windkraft mit Hilfe der
gesetzlich festgelegten Einspeisevergütung durch die
Stromversorgungsunternehmen auch schon ohne staatliche Förderung rentabel.
Durch die Entwicklung größerer Rotoreinheiten können die Kosten weiter gesenkt
werden.
Biomasse/ Biogas
Alles was wächst, ist Biomasse. Für die
Energieversorgung besonders interessant ist seit jeher Holz, zukünftig aber
auch Landschaftspflegeauswuchs, Stroh und spezielle Energiepflanzen. Biomasse
ist ein immer wieder nachwachsender Rohstoff, der mit Hilfe von Sonne und
Wasser aus dem Boden nachwächst. Ihre Nutzung ist durch den geschlossenen
Kohlenstoffkreislauf unschädlich für das Klima. Im waldreichen Bayern werden
Waldhackgut und Resthölzer zunehmend in hochmodernen Biomasse Heizwerken und
Heizkraftwerken zur Wärme- und Stromerzeugung genutzt. Raps ist das
Ausgangsprodukt zur Herstellung von Rapsöl und Biodiesel, die in Fahrzeugen den
herkömmlichen Dieselkraftstoff ersetzen können. In sog.
Pflanzenöl-Blockheizkraftwerken wird gleichzeitig Strom und Wärme aus Rapsöl
oder in seiner allgemeinen Form als Pflanzenöl erzeugt. In Biogasanlagen
entsteht durch Vergärung von Biomasse Biogas, das ebenfalls in
Blockheizkraftwerken energetisch genutzt werden kann. Biomasse ist heute neben
der Wasserkraft der wichtigste erneuerbare Energieträger in Bayern. Sie deckt
rund 3% des bayerischen Primärenergiebedarfs. Dieser Anteil soll auf 5%
gesteigert werden.
Wasserstoff
Wasserstoff, das ist der Stoff auf den große
Hoffnungen gesetzt werden. Er ist universell verwendbar und kann mit Hilfe von
Brennstoffzellen-Technologie emissionsfrei in Wärme und Strom umgewandelt,
sowie im Verkehrswesen verwendet werden.
Im Prinzip ist die 150 Jahre alte Brennstoffzelle allen anderen
Stromerzeugern mit Brennstoff überlegen: Sie wandelt Brennstoffe durch
Oxidation direkt, hochwirksam und umweltverträglich in Strom um.
Werkstoffprobleme haben jedoch ihre Entwicklung behindert. Die notwendigen
Techniken zur Speicherung, Verwendung und Erzeugung von Wasserstoff müssen
ebenfalls noch verbessert werden. Es gibt auf der Erde jedoch keine natürlichen
Vorkommen und so muss er im Moment noch durch Einsatz von Primärenergie, etwa
aus fossilen Brennstoffen gewonnen werden oder aus Wasser durch Elektrolyse
gewonnen werden. Er ist ein Energiespeicher, der es ermöglicht, auch andere
Energieträger vielfältig zu nutzen.
Energetisch wurde er bisher nur aus
Raketentreibstoff eingesetzt. Im Verkehrt bieten sich Wasserstoff und
Brennstoffzellentechnik als Antriebssystem für Flugzeuge, Schiffe, Eisenbahnen
und PKW an. Brennstoffzellen als Antriebsaggregate für Fahrzeuge haben nicht
nur einen höheren Wirkungsgrad als Verbrennungsmotoren, sie schonen auch die
Umwelt. Die Automobilindustrie will ab 2003 Null-Emissions-Fahrzeug in Serie
produzieren.
Sonnenenergie
Die Sonne ist die Quelle nahezu aller
erneuerbaren Energien. Der Energieinhalt der Sonneneinstrahlung auf die Erde
übersteigt den Energiebedarf der gesamten Menschheit um ein Vielfaches. Die
einfachst direkte Nutzung der
Sonnenenergie erfolgt dadurch, dass Gebäude sonnenausgerichtet gebaut und
gestaltet werden. Relativ einfach und in einigen Fällen bereits wirtschaftlich
ist die Nutzung von Solarkollektoren zur Brauchwassererwärmung. Hier treten
jedoch neben den Vorteilen auch viele Nachteile auf: Die Anschaffungskosten
sind sehr hoch und können in einem einfachen Haushalt erst nach 25 Jahren
Nutzung abgebaut werden, d.h. die Rentabilität einer solchen Anschaffung ist
sehr gering. Im Winter vor allem ist kaum genügend Sonneneinstrahlung
vorhanden, um das Wasser auf eine angenehme Temperatur zu erwärmen. Im Sommer
fehlt im Gegensatz oft die Kapazität, um die überschüssige Warmwasserenergie zu
speichern. Es ist also auch auf diesem Gebiet noch eine Menge Fortschritt
nötig.
Die aufwendigste und teuerste Art
Sonnenenergie zu nutzen, ist die direkte Umwandlung in Strom mittels Photovoltaik.
Der Preis einer kW-Stunde liege bei 2 DM, bei Strom aus fossilen Energieträgern
beträgt ca. 20 Pfennig. Kraftwerke, die Strom liefern können auch, im Gegensatz
dazu rund um die Uhr liefern. Die Bedeutung der Photovoltaik liegt deshalb für
uns noch in der Zukunft. Für sonnenreiche Entwicklungsregionen kann sie heute
jedoch schon der Schlüssel zu Zivilisation und Fortschritt sein.
Übersicht
Abschließend lässt
sich sagen, dass die meisten alternativen Energieträger noch nicht mit der
Leistungsfähigkeit und dem Preis fossiler Energieträger mithalten können. Doch
im Sinne der Umwelt wird ihr Anteil an der Energieversorgung Deutschlands in
den nächsten Jahrzehnten durch technische Innovationen deutlich steigen.
Danke
Quellen: IZE, Bayerisches Staatsministerium
für Wirtschaft, Verkehr und Technologie
Leistungsdichte der erneuerbaren
Energien (Quelle: IZE)
Energienutzung Leistungsdichte
Sonnenstrahlung weniger als 1,4 kW
je m2
Windenergie 0,5 kW je m2
Wasserkraft weniger
als 0,05 kW je m2
Biomasseverbrennung 0,0003 kW je m2
Erdwärme 0,00004 kW je m2
zum Vergleich:
Kohle-, Kernkraftwerke 500
– 600 kW je m2
Herkunft der erneuerbaren Energien
Erwärmung
von Boden und Luft Wärmepumpe
Meereserwärmung und
Strömung Strömungskraftwerk
Verdunstung,
Niederschlag Wasserkraftwerk
Sonne
Bewegung
der Atmosphäre Windkonverter
Pflanzenwuchs,
Bioproduktion Biomasseverbrennung
direkt Fotozelle,
Kollektor
Erdinneres Geothermik Erdwärmekraftwerk
Gravitation Gezeiten Gezeitenkraftwerk
Alternativen zu fossilen
Brennstoffen
Erneuerbare Energien => regenerieren sich stets aufs Neue
Beispiele: Wasserkraft, Sonnenenergie, Wind-
und Wellenenergie, Biomasse,
Erdwärme (=Geothermik), Gezeitenenergie,..
Fossile Brennstoffe => sind endlich, begrenzt
Beispiele: Erdgas, Erdöl, Kohle, Torf, Uran
(als Kernbrennstoff)
Vorteile
erneuerbarerer Energien: unerschöpflich
umweltfreundlich
Nachteile: geringe
Leistungsdichte
(im Moment noch) teuer
technisch noch nicht ausgereift
Geothermik:
Erdwärme aus dem glühenden Erdkern bzw. durch radioaktiven Zerfall => heißes
Wasser, Dampf zur Erzeugung elektrischer Energie bzw. Heizwärme
Wasserkraft:
Wasserkraftwerke zur Erzeugung von Strom
Windenergie:
Windräder vor allem an Küsten => Stromerzeugung
Biomasse:
Nachwachsender Rohstoff, Ausgangsprodukt Raps => Herstellung von
„Biodiesel“, Wärme- und Stromerzeugung in Heiz(kraft)werken
Wasserstoff:
Brennstoffzellentechnik, Umwandlung von Brennstoffen durch Oxidation direkt in
Strom (keine Emission !) => Raketentreibstoff, Antriebssystem im Verkehr
Sonnenenergie:
Nutzung von Solarkollektoren => Brauchwassererwärmung => im Moment noch
geringe Rentabilität (Winter!), hohe Anschaffungskosten
Photovoltaik => Stromerzeugung, aber: sehr
teuer
Quellen: IZE, Bayerisches Staatsministerium
für Wirtschaft, Verkehr und Technologie
