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Über dieses Buch

Das Buch behandelt die Energie als Mittel zur Entropieerzeugung, welche die Voraussetzung für alle auf der Erde ablaufenden Prozesse ist. Die verfügbaren Energieträger werden unterschieden in erneuerbar und nichterneuerbar. Für letztere wird ihre Reichweite mithilfe mathematischer Modelle berechnet, wobei die Entwicklung der Bevölkerungszahlen und des Lebensstandards berücksichtigt werden. Anhand physikalischer Gesetze wird untersucht, in welchem Umfang erneuerbare Energien den Verlust an nichterneuerbaren Energien ersetzen können. Gleichzeitig definieren diese Gesetze eine Grenze, welche Wachstumsprozesse auf der Erde nicht überschreiten dürfen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung
Das 21. Jahrhundert wird vielleicht einmal als das Jahrhundert in Erinnerung bleiben, in dem die natürlichen Ressourcen der Menschheit (Rohstoffe, Wasser, Luft, etc) bedrohlich knapp wurden. Auch die Energie kann man zu diesen Ressourcen rechnen. Dass deren Verknappung eintritt, ist um so erstaunlicher, da für viele dieser Ressourcen ein Erhaltungsgesetz gilt, ihre Menge also nicht ab- oder zunehmen kann. Falls wir die Erde als ein abgeschlossenes Systembetrachten, für das kein Austausch mit seiner Umgebungmöglich ist, dann gilt zum Beispiel in Bezug auf die Rohstoffe
Dietrich Pelte

2. Der Energiebegriff

Zusammenfassung
Die Energie ist eine physikalische Größe, die sich messen lässt und daher eindeutig bestimmbar ist. Trotzdem ist der Energiebegriff im Sprachgebrauch sehr undeutlich. Zum Beispiel werden viele der Behauptung zustimmen: „Es kostet mich viel Energie, morgens aufzustehen“. Damit ist aber eigentlich etwas ganz anderes gemeint: „Ich muss mich überwinden, morgens aufzustehen, weil ich eigentlich noch viel lieber weiterschlafen würde“. Physikalisch gesehen wird zum Aufstehen in der Tat Energie benötigt, weil der Massenmittelpunkt des Körpers angehoben wird, der Körper also seine Lage verändert. Aber dieser Energiebedarf ist minimal, er beträgt für einen normalen Menschen nur etwa 400 J (das Joule (J) ist die Maßeinheit der Energie, die wir auf der P-Ebene in diesem Unterkapitel definieren werden). Das entspricht der chemischen Energie von etwa 0,05g Weizenmischbrot, also etwa der Energiemenge eines Brotkrümels. Daher benötigen wir eigentlich fast keine Energie, um morgens aufzustehen!
Dietrich Pelte

3. Der Bedarf an Primärenergie

Zusammenfassung
Eigentlich besteht auf der Welt ein Bedarf an Endenergie, die jeder von uns nach seinen Bedürfnissen in Nutzenergie umwandelt. Trotzdem ist es üblich, den Energiebedarf mithilfe der Primärenergie zumessen, denn die Messung der Primärenergie ist relativ einfach: Sie ergibt sich zum Beispiel aus der Menge des geförderten Erdöls oder der Menge der abgebauten Kohle. Im Fall fossiler Energie besteht mengenmäßig kein größerer Unterschied zwischen Primärenergie und Endenergie (siehe (2.46)), wohl aber im Fall erneuerbarer Energien (siehe (2.55)).
Dietrich Pelte

4. Das Wachstum und seine Grenzen

Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden wir uns mit drei Entwicklungen beschäftigen, nämlich der
• Entwicklung derWeltbevölkerung,
• Entwicklung des Bruttoinlandprodukts,
• Entwicklung des Primärenergiebedarfs.
Entwicklungsprognosen werden bis in die Mitte oder das Ende des 22. Jahrhunderts erstellt. Manchen mag dieser Zeitraum viel zu groß erscheinen, denn gesicherte Vorhersagen über zukünftige Entwicklungen sind normalerweise nur für die folgenden 20 bis 30 Jahre möglich. Es ist jedoch ein Missverständnis anzunehmen, dass eine Prognose immer tatsächlich eintretende Entwicklungen fehlerfrei vorhersagenmuss. Vielmehr ist es auch Sinn einer Prognose aufzuzeigen, dass sich unter den und den Voraussetzungen die und die Entwicklungen in der Zukunft vollziehen werden. Stoßen diese Entwicklungen an die von der Natur gesetzten – und durch physikalische Gesetze beschriebenen – Grenzen, so kann man ganz sicher sein, dass sie nicht stattfinden werden. In diesem Sinn ist auch ein Prognosezeitraum von 150 Jahren nicht sinnlos, sondern kann im Gegenteil sehr instruktiv sein.
Dietrich Pelte

5. Die Weltenergievorräte

Zusammenfassung
Welche Energievorräte besitzt die Welt, die zur Versorgung mit Primärenergie genutzt werden könnten? Wir werden uns mit dieser Frage in den folgenden Abschnitten beschäftigen und anschließend überlegen, wie lange die Vorräte aus diesen Quellen noch reichen, wenn der prognostizierte Energiebedarf zugrunde gelegt wird. Im Prinzip sind alle Energieträger entstanden durch die Umwandlung von zwei fundamentalen Energieformen in andere Energieformen. Die fundamentale Energieform mit der größten Bedeutung ist die
• Kernenergie. Von wesentlich geringerer Bedeutung ist die
• Gravitationsenergie.
Es mag überraschen, dass die Kernenergie die eigentliche Urformdes größten Teils der von uns genutzten Energiequellen ist. Das liegt daran, dass Kernreaktionen für die Sternentwicklung verantwortlich sind und damit auch für die, von unserer Sonne emittierten und von der Erde empfangenen elektromagnetischen Strahlung. Die Solarenergie wiederum ist über die Fotosynthese verantwortlich für den Aufbau der fossil biogenen Lagerstätten, in denen die Energie in Form chemischer Energie gespeichert ist und die wir über lange Zeiten genutzt haben.
Dietrich Pelte

6. Die erneuerbaren Energien

Zusammenfassung
In diesem Kapitelwerden wir die Fähigkeit der erneuerbaren Energien untersuchen, einen wesentlichen, wenn nicht gar den dominanten Beitrag zur zukünftigen Energieversorgung der Welt zu leisten.
Dietrich Pelte

7. Eine Zukunft ohne Energie?

Zusammenfassung
Dies ist natürlich keine Option, denn ohne Energiewandlung bzw. Entropieproduktion geschieht in der Natur nichts. Eher sollte die Frage lauten:
Eine Zukunft mit weniger Energie?
Dietrich Pelte

8. Die Energiespeicherung

Zusammenfassung
Wir haben uns daran gewöhnt, dass die für unser tägliches Leben notwendige Endenergie immer und ohne Beschränkungen zur Verfügung steht, also zu jedem Zeitpunkt und in der Menge vorhanden ist, die wir benötigen. Dass dem so ist, liegt daran, dass die fossilen Energieträger, auf denen unsere Energieversorgung jetzt noch basiert, einen enormgroßen Energiespeicher bilden, einen Speicher für chemische Energie. Ist dieser Energiespeicher in wenigen Jahrzehnten geleert, muss er durch andere Formen von speicherbarer Energie ersetzt werden. Für Viele sind die erneuerbaren Energien, die wir in den beiden letzten Kapiteln behandelt haben, die erwünschte Alternative. Aber erneuerbare Energien stehen nicht immer und ohne Beschränkung zur Verfügung, wenigstens die Solarenergie und die Windenergie unterliegen starken Fluktuationen im Angebot. Unser Anspruch auf eine kontinuierliche Energieversorgung erfordert darum, dass für alle Formen der erneuerbaren Energien die notwendigen Speicher entwickelt werden, welche die fossilen Energiespeicher ersetzen können. Und weiterhin: Wegen des großen Flächenbedarfs von Solar- und Windenergie kann dieWandlung in Endenergie nicht nur in der Nähe von Industrie- und Bevölkerungszentren durchgeführt werden, sondern die gewandelte Energie muss über große Distanzen transportiert werden. Der Energietransport kann übrigens auch das Speicherproblem teilweise lösen, wie wir es z. B. vom Erdöl gewohnt sind, das per Schiff oder Rohrleitung über Distanzen vonmehr als 10.000 km transportiert wird. Daraus wird deutlich, dass die Probleme der Energiespeicherung und des Energietransports eng verknüpft, aber für die erneuerbaren Energien bisher nicht gelöst sind.Warum ist das so und welche Lösungen bieten sich an?
Dietrich Pelte

9. Der Energietransport

Zusammenfassung
Die Energieversorgung ist heute davon abhängig, dass Energie über weite Strecken transportiert werden kann. Es mag uns nicht immer bewusst sein, aber der Transport von Energie begann bereits mit dem Aufbau der fossil biogenen Energieträgern vor Millionen von Jahren. Diese sind durch Fotosynthese aus der Solarenergie entstanden, die mithilfe der Strahlung von der Sonne zur Erde transportiert wurde. Und heute transportieren wir die in den fossilen Energieträgern gespeicherte Energie um den ganzen Erdball, überwiegend mit Schiffen und Rohrleitungen. Dieser Transport wird dadurch erzwungen, dass fossile Energien in konzentrierter Form nur an ausgesuchten Standorten in der Erdkruste zu finden sind. Wie sehr wir vom Energietransport abhängen, kann man sich ausmalen, wenn wir uns zum Beispiel vorstellen, es gäbe keine Tankschiffe oder Ölleitungen, um uns mit Rohöl zu beliefern.
Dietrich Pelte

10. Die Möglichkeiten des Energiesparens

Zusammenfassung
In diesem Buch werden die Probleme der Energieversorgung global, also nicht länderbezogen, behandelt. Diese Behandlung ist angemessen und naheliegend: Einmal, weil die Energie eine physikalische Größe ist und physikalische Gesetze globale Gültigkeit besitzen. Dann aber auch, weil die Globalisierung der Volkswirtschaften eine Tatsache und dafür verantwortlich ist, dass derWelthandel seit der Mitte des 20. Jahrhunderts stetig zunimmt und damit auch der weltweite Lebensstandard. Trotzdem existieren weiterhin, wie in Abb. 3.2 gezeigt, enorme Schwankungen im normierten Primärenergiebedarf (̃PEB) verschiedener Länder, welche sicherlich keine physikalischen Ursachen haben. Aus globaler Sicht ergibt sich die einfachste Möglichkeit des Energiesparens aus einer Nivellierung dieser Schwankungen auf niedrigem Niveau. Das würde bedeuten, dass ve-Länder auf einen Teil ihres Lebensstandards verzichten. Dies ist aber nicht der Ausgangspunkt für die Analysen in diesem Buch, obwohl es sich als Folge dieser Analysen durchaus ergeben könnte.
Dietrich Pelte

11. Schlusswort

Zusammenfassung
Mit dem Buchtitel „Die Zukunft unserer Energieversorgung“ verbinden die meisten Leser wahrscheinlich die Erwartung, dass am Schluss des Buchs ein Vorschlag steht, mit welchen Energieträgern der Primärenergiebedarf des 21. Jahrhunderts gedeckt werden kann, so dass eine Fortentwicklung des globalen Lebensstandards garantiert ist. Dieser Erwartung wird das Buch nicht gerecht, und das aus verständlichen Gründen: Eine Vorhersage über zukünftige Entwicklungen benutzt naturwissenschaftliche Methoden und berechnet Entwicklungen auf der Basis von unveränderlichen Gesetzen und den veränderlichen Ausgangslagen der Gegenwart. Bei letzteren spielen menschliche Gewohnheiten, die sich in der Vergangenheit herausgebildet haben, eine bedeutende Rolle. Und die in diesem Buch errechneten Vorhersagen ergeben, dass eine dieser Erwartungen, nämlich die eines uneingeschränkten und ausreichenden Zugangs zu den Primärenergieträger der Erde, in Zukunft nicht mehr erfüllt werden kann.
Dietrich Pelte

Backmatter

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