Erneuerbare Energien

Rapsfeld mit Windrad

Energie

Erneuerbare Energien

Fossile Brennstoffe wie Kohle oder Erdöl gehen langsam, aber sicher zu Ende. Nach Berechnungen vieler Experten lässt sich zum Beispiel die derzeitige Erdöl-Förderrate nicht mehr steigern. Gleichzeitig wird der Klimawandel immer deutlicher.

Saubere Energiequellen

Die Meldungen über schmelzende Gletscher, immer häufigere Wetterkapriolen, austrocknende Flüsse sind an der Tagesordnung. Der Mensch ist gezwungen, nicht nur Energie zu sparen, sondern sie auch möglichst umwelt- und klimafreundlich zu erzeugen. Deshalb werden Entwicklung und Ausbau erneuerbarer Energien vorangetrieben.

Anders als fossile Brennstoffe sind Sonnen- und Wasserkraft, Erdwärme, Windenergie oder Biomasse nicht nur klimafreundlich, sondern auch nahezu unbegrenzt vorhanden. Allerdings nicht überall gleichermaßen.

Wind weht nun mal nicht in allen Landstrichen gleich stark, und auch die Erdwärme ist in manchen Gegenden besser anzapfbar als in anderen – je nach geologischen Gegebenheiten. Um die Chancen für die Zukunft zu ergreifen, ist es sinnvoll, alle Energiequellen je nach geografischer Lage zu nutzen.

Ein Korb mit Holzpellets

Die Nachfrage nach Holz steigt

Die Möglichkeiten richten sich nach den regionalen Gegebenheiten, aber auch danach, wofür die Energie eingesetzt werden soll. Für das Heizen eines Gebäudes sind neben der Sonne vor allem Holz und Erdwärme sinnvoll. Mit Strom zu heizen, auch wenn es sich um Solarstrom handelt, ist pure Verschwendung und zu teuer.

Auch Elektroautos sind nur dann umweltfreundlich und hocheffizient, wenn sie mit Ökostrom fahren. Würden die Elektroautos Atom- oder Kohlestrom "tanken", wären die Energieverluste bei gleichzeitiger hoher Umweltbelastung extrem hoch.

Bei Atom- und Kohlekraftwerken kommt nur etwa ein Drittel der Energie, die in die Kraftwerke hineingesteckt wird, beim Endverbraucher an – das heißt sie haben nur einen geringen Wirkungsgrad.

Die erneuerbaren Energien, auch regenerative Energien genannt, hatten laut Statistiken des Bundesumweltministeriums 2014 in Deutschland einen Anteil von 13,7 Prozent am Endenergieverbrauch (hier sind alle Verluste abgezogen, die bei der Energieerzeugung aus der Primärenergie auftreten). Angestrebt werden bis 2020 18 Prozent.

Betrachten wir nur den Stromverbrauch, lag ihr Anteil für 2014 sogar schon bei 27,4 Prozent. Angestrebt werden bis 2050 mindestens 50 Prozent.

Energiequelle Sonne

Ein solarthermisches Kraftwerk in der Mojave-Wüste in Kalifornien

Solarthermisches Kraftwerk in der Mojave-Wüste in Kalifornien

Die Sonne ist eine unerschöpfliche Energiequelle. Sie liefert der Erde und ihren Bewohnern seit Millionen von Jahren lebensnotwendiges Licht. Mit diesem lässt sich vergleichsweise einfach Wasser erwärmen.

Solarthermieanlagen gehören daher in unseren Breiten inzwischen zur Standardausstattung neuer Häuser. Die von Solarkollektoren produzierte Wärme kann zum Heizen, Duschen und für die Spül- und Waschmaschine genutzt werden.

Für die Produktion von Strom stehen zwei Varianten zur Verfügung: Solarzellen wandeln Sonnenlicht direkt in Strom um. Der Staat unterstützt die Nutzung dieser Technik, die Photovoltaik genannt wird, finanziell durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG).

Wirtschaftlicher sind in sonnenreichen Ländern solarthermische Kraftwerke. Mit großen Spiegeln wird das Sonnenlicht gebündelt, in Wärme umgewandelt und so Dampfturbinen angetrieben. Der gewonnene Strom kann als Gleichstrom über große Entfernungen transportiert werden. Derartige Solarkraftwerke sind bereits in Andalusien und Kalifornien in Betrieb.

Energiequelle Wind

Drei große Windräder

Deutschland ist Windenergie-Weltmeister

Schon im Mittelalter nutzten die Menschen mit ihren Windmühlen den Wind, um Korn zu mahlen. Heute sind die Windmühlen technisch ausgefeilter und "greifen" den Wind in viel größeren Höhen ab. Ein Nachteil ist aber geblieben: Mal weht er, mal ist Flaute im Getriebe. Der Wind ist eben keine konstante Größe.

Aber heute können Meteorologen ziemlich genaue Windvorhersagen machen, auf die sich Stromnetzbetreiber und Stromhändler dann einstellen können. Zudem spielt der Verbund der verschiedenen erneuerbaren Energien eine zunehmend größere Rolle.

Windflauten bei uns können so durch Wind- und Wasserstrom aus anderen Regionen ausgeglichen werden. Stromspeicher, die größere Schwankungen abfedern können, müssen noch gebaut werden.

Obwohl Deutschland nicht zu den windreichsten Ländern der Welt gehört, ist es mittlerweile Windenergieweltmeister. Im Jahr 2015 produzierten die knapp 26.000 Windräder mit einer Leistung von mehr als 41.000 Megawatt über 13 Prozent des deutschen Strombedarfs. Und das Ende der Fahnenstange ist noch lange nicht erreicht.

Collage: Windräder vor Sonnenkollektoren

Energie aus Wind und Sonne

An Land werden ältere Windenergie-Anlagen durch neue, leistungsstärkere Maschinen von zwei bis fünf Megawatt ersetzt. Dieses sogenannte Repowering nutzt die schon vorhandenen Standorte besser aus. Außerdem beginnt der Ausbau von Offshore-Windparks an der deutschen Nord- und Ostseeküste.

Im April 2010 wurde der erste vor der Küste Borkums eröffnet. Die Branche rechnet damit, dass sich die installierte Leistung in Deutschland bis etwa 2020 gegenüber heute verdoppeln wird.

Energiequelle Erdwärme

Schematische Darstellung der Geothermie

Mit Erdwärmekollektoren kann man bereits in zwei Meter Tiefe Energie gewinnen

Unter unseren Füßen brodelt es. Bis zu 5000 Grad Celsius heiß ist der flüssige Kern unseres Planeten und erwärmt die zehn bis 70 Kilometer dicke Erdkruste. So sind in zehn bis 20 Metern Tiefe jahreszeitliche Schwankungen nicht mehr spürbar. Wer schon mal in einer unterirdischen Höhle war, hat vielleicht gemerkt, dass die Temperatur nie unter sieben Grad Celsius sinkt.

Diese Wärme wird genutzt. Bei der tiefen Geothermie wird bis zu 200 Grad Celsius heißes Wasser aus bis zu fünf Kilometern Tiefe geholt und zu einem Wärmekraftwerk gepumpt. Ist das Wasser sehr heiß, kann auch Strom erzeugt werden.

Bei der oberflächennahen Geothermie muss oft nur wenige Meter tief gebohrt werden. Für Gebäudeheizungen werden Erdwärmesonden im Boden vergraben. Außerdem ist es möglich, mit Erdwärme im Winter die Straßen eisfrei zu halten.

Die Nutzung der Erdwärme ist zwar von den geologischen Voraussetzungen abhängig. Aber die Geothermie-Branche schätzt das Potenzial für die Strom- und Wärmeerzeugung als enorm hoch ein. Es fehlen allerdings noch die notwendigen Erfahrungen.

Energiequelle Biomasse

Nahaufnahme einer blühenden Rapspflanze

Raps liefert unter anderem Bio-Diesel

Es klingt vielversprechend: Energie gewinnen aus Rohstoffen, die immer wieder nachwachsen. Und hinter allem steht die Sonne. Ihre Energie aus einem biochemischen Prozess in den grünen Blattzellen (Photosynthese) ist es letztlich, die in den Pflanzen gespeichert wird.

Diese gespeicherte Energie wird frei, wenn Mais, Raps, Weizen oder Gras verbrannt werden. Bekannt sind uns auch flüssige Brennstoffe wie der aus Zuckerrohr gewonnene Alkohol und der aus Raps- oder Sonnenblumenöl gewonnene Agrodiesel (Biodiesel). Biomasse kann ebenso in energiereiches Gas verwandelt werden, wenn Mikroben organische Abfälle vergären.

Unter den erneuerbaren Energien spielt Biomasse eine große Rolle, weil sie speicherbar ist. Allerdings sind die Flächen, auf denen man Energiepflanzen anbauen kann, begrenzt.

Der Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU) empfiehlt daher, Energiepflanzen effektiver, das heißt zur kombinierten Strom- und Wärmegewinnung zu verwenden. Damit erziele man einen etwa drei- bis fünffach höheren Klimaschutzeffekt als bei Agro-Kraftstoffen.

Eine Ausnahme bildet Agrogas: Als Kraftstoff genutzt, entstehen fast genauso wenig Treibhausgase wie bei der Verstromung und Wärmenutzung. Allerdings sollte das Gas nicht aus frischen Rohstoffen, sondern aus Gülle, Grassilage (konserviertes Grünfutter) und Reststoffen gewonnen werden.

In Deutschland geerntete Energiepflanzen könnten bis 2030 rund zehn Prozent des Primärenergieverbrauchs (inklusive aller Umwandlungs- und Leitungsverluste) decken.

Biogene Kraftstoffe sind in den vergangenen Jahren ziemlich in Verruf geraten. Wird nämlich für den Rohstoffanbau für Palm- oder Sojaöl Regenwald abgeholzt, ist die Bilanz der Treibhausgas-Emissionen gar nicht mehr so günstig.

Diskutiert wurde auch über den sogenannten Teller-Tank-Konflikt. Dabei geht es um die Frage, ob auf einer Fläche Nahrungsmittel oder Kraftstoffe angebaut werden, also letztlich um die ethische Frage, für welchen Zweck die landwirtschaftliche Fläche genutzt werden darf, für die Fortbewegung oder um den Hunger von Menschen zu stillen.

Autoren: Inge Bachl/Ute Goerke/Alfried Schmitz

Stand: 10.10.2016, 10:52

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