Erneuerbare Energien und Klimaschutz

Frontmatter

1. Unser Hunger nach Energie

Zusammenfassung

Wer kennt sie nicht, die TV-Kultserie Raumschiff Enterprise. Dank ihr wissen wir bereits heute, dass man sich in nicht allzu ferner Zukunft aufmachen wird, die unendlichen Weiten des Weltraums zu erforschen. Die Energiefrage ist dann längst gelöst. Der im Jahr 2063 erfundene Warpantrieb liefert unbegrenzt Energie, mit der Captain Kirk sein Raumschiff Enterprise mit Überlichtgeschwindigkeit zu neuen Abenteuern steuern kann. Energie ist im Überfluss vorhanden, auf der Erde herrschen Friede und Wohlstand und Umweltprobleme gibt es nicht mehr. Doch vollkommen gefahrlos ist auch diese Art der Energieversorgung nicht. Einen Warpkernbruch schaut man sich am besten aus sicherer Entfernung an, wie seinerzeit den Super-GAU eines antiken Kernkraftwerks. Und auch das Warpplasma ist eine nicht ganz ungefährliche Materie, wie der regelmäßige Fernsehserienzuschauer zu berichten weiß.

Volker Quaschning

2. Klima vor dem Kollaps

Zusammenfassung

Dass sich das Klima ändert, wissen wir eigentlich schon lange. Unzählige Eis- und Warmzeiten haben gezeigt, dass die Klimabedingungen auf der Erde ständigen Wechseln unterworfen sind. Für menschliche Zeithorizonte dauert ein Wechsel jedoch relativ lange. Etwa alle 100 000 Jahre kam es in der jüngeren Erdgeschichte zu Eiszeiten, die jeweils durch deutlich kürzere Warmzeiten unterbrochen waren. Unsere jetzige Warmzeit, das sogenannte Holozän, begann vor etwa 11 700 Jahren. Da die letzten Warmzeiten im Schnitt nur rund 15 000 Jahren andauerten, müssten wir eigentlich unweigerlich auf die nächste Eiszeit zusteuern.

Volker Quaschning

3. Vom Energieverschwenden zum Energie- und Kohlendioxidsparen

Zusammenfassung

In modernen Industriegesellschaften steht Energie ohne Einschränkungen zu immer noch verhältnismäßig moderaten Preisen zur Verfügung. Wann immer wir wollen – wir können so viel Energie verbrauchen wie es uns gefällt. Durch die allgemein gestiegenen Energiepreise hat sich aber in den letzten Jahren ein neues Bewusstsein für den Wert der Energie entwickelt. Ein hoher Energieverbrauch macht sich nämlich auch immer stärker im Geldbeutel bemerkbar. Die Rechnung ist dabei sehr simpel: Gesparte Energie bedeutet auch gespartes Geld. Ganz neu ist der Gedanke des Energiesparens aber nicht.

Volker Quaschning

4. Die Energiewende – der Weg in eine bessere Zukunft?

Zusammenfassung

Der Begriff Energiewende hat das Potenzial, wie Sauerkraut, Kindergarten oder Autobahn dauerhaft Eingang in die englische Sprache zu finden. Ursprünglich stammt er aus dem Jahr 1980, in dem ein Bericht des Freiburger Öko-Instituts mit dem Titel „Energie-Wende. Wachstum und Wohlstand ohne Erdöl und Uran“ erschien. Auf viel Gegenliebe stieß das Werk seinerzeit allerdings nicht. In der ZEIT wurde das Buch knapp rezensiert und erhielt das Urteil „unseriös“. Seinen Durchbruch erlebte der Begriff Energiewende erst mit dem Reaktorunfall im japanischen Fukushima vom März 2011, nachdem die deutsche Bundesregierung eine kurz zuvor beschlossene Laufzeitverlängerung deutscher Kernkraftwerke wieder rückgängig machte und eine Kehrtwende in der Energiepolitik verkündete.

Volker Quaschning

5. Photovoltaik – Strom aus Sand

Zusammenfassung

Der Begriff Photovoltaik wird aus den zwei Wörtern Photo und Volta gebildet. Hierbei steht Photo für Licht und kommt vom griechischen phõs beziehungsweise photós. Der im Jahr 1745 geborene italienische Physiker Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Graf von Volta war Erfinder der Batterie und gilt zusammen mit Luigi Galvani als Begründer der Elektrizität. Mit der Photovoltaik verbindet ihn jedoch nicht sehr viel. Im Jahr 1897, siebzig Jahre nach Voltas Tod, wurde ihm zu Ehren jedoch die Maßeinheit der elektrischen Spannung Volt genannt. Photovoltaik steht also für die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität.

Volker Quaschning

6. Solarthermieanlagen – mollig warm mit Sonnenlicht

Zusammenfassung

Licht und Wärme, das sind zwei Begriffe, die wir direkt mit der Sonne verbinden. Hell und mollig warm ist es im Sommer, wenn wir uns auf der Wiese im örtlichen Freibad sonnen. Eine stets angenehme Temperatur um uns herum ist wichtig für unser Wohlbefinden. Dabei soll nicht nur die Luft im Sommer, sondern auch die Wohnung im Winter, das Wasser der Dusche, der Badewanne und natürlich auch das Wasser im Schwimmbecken die richtigen Grade aufweisen. Der Luxus, stets die gewünschte Temperatur einstellen zu können, ist heutzutage eine Selbstverständlichkeit, eine der angenehmsten Errungenschaften unserer Wohlstandsgesellschaft. Schwer vorzustellen, die Zeiten nach dem Krieg: die kalten Winter, in denen es nicht genug Brennstoffe gab, um die Behausungen auch nur auf halbwegs angenehmen Temperaturen zu halten. Doch unser Wohlstand und die fossilen Brennstoffe haben diese Zustände ein für alle Mal beseitigt, zwar nicht überall auf der Erde, aber doch zumindest bei uns.

Volker Quaschning

7. Solarkraftwerke – noch mehr Kraft aus der Sonne

Zusammenfassung

Unter Kraftwerken stellen sich viele noch große zentrale Anlagen mit riesigen Schornsteinen und qualmenden Kühltürmen vor. Vom Begriff her ist ein Kraftwerk lediglich eine technische Anlage, die einen bestimmten Energieträger in Elektrizität umwandelt. Ein Solarkraftwerk erzeugt aus Sonnenstrahlung elektrischen Strom. Eine Art von Solarkraftwerken – die Photovoltaikanlagen – haben wir bereits kennen gelernt. Im Prinzip ist eine kleine Photovoltaikanlage auf einem Einfamilienhaus bereits ein Solarkraftwerk. Da viele sich unter einem Kraftwerk aber etwas deutlich Größeres als nur ein paar wenige Quadratmeter an Solarmodulen vorstellen, widmet sich dieses Kapitel auch wirklich großen Anlagen zur Stromerzeugung aus Sonnenlicht.

Volker Quaschning

8. Windkraftwerke – luftiger Strom

Zusammenfassung

Die Windenergie gilt unter den regenerativen Energien als eine Mustertechnologie, denn sie hat es geschafft, sich innerhalb weniger Jahre vom Mauerblümchendasein zu einer Branche mit Milliardenumsatz zu entwickeln. Während noch Mitte der 1980er-Jahre die Windkraft in Deutschland praktisch bedeutungslos war, standen im Jahr 1995 bereits 3655 Anlagen mit einer Gesamtleistung von über 1000 Megawatt. Ende des Jahres 2020 drehten sich an Land bereits 29 608 Windräder mit einer stolzen Leistung von 54 938 Megawatt und auf See 1 501 Windräder mit einer Leistung von 7 770 Megawatt. Weit über 100 000 neue Arbeitsplätze entstanden dadurch alleine in Deutschland.

Volker Quaschning

9. Wasserkraftwerke – nasser Strom

Zusammenfassung

Heute gibt es deutlich weniger Wasserkraftanlagen als in deren Blütezeit Ende des 18. Jahrhunderts. Damals drehten sich zwischen 500 000 und 600 000 Wassermühlen allein in Europa [Köni99]. Die Hauptnutzung fand seinerzeit in Frankreich statt. Aber auch in anderen europäischen Ländern drehten sich Tausende von Mühlen. Wasserräder trieben aber nicht nur Mühlen, sondern auch eine Vielzahl anderer Arbeits- und Werkzeugmaschinen an. Entlang von Wasserläufen war das Bild durch Wassermühlen mit Kehrrädern von bis zu 18 Metern Durchmesser geprägt. Die durchschnittliche Leistung der damaligen Wasserräder war mit fünf bis sieben Pferdestärken noch vergleichsweise bescheiden.

Volker Quaschning

10. Geothermie – tiefgründige Energie

Zusammenfassung

Als unser Heimatplanet vor gut 4 Milliarden Jahren entstanden ist, unterschied sich seine Gestalt erheblich von der heutigen. Damals befand sich die Erde in einem teilweise geschmolzenen Zustand. Erst vor etwa 3 Milliarden Jahren sank die Temperatur der Oberfläche unter 100 Grad Celsius und die Erdkruste verfestigte sich zunehmend.

Volker Quaschning

11. Wärmepumpen – aus kalt wird heiß

Zusammenfassung

Durch den Anstieg der Öl- und Gaspreise in den vergangenen Jahren und durch die gestiegene öffentliche Aufmerksamkeit für die Klima- und Schadstoffproblematik geht der Trend im Heizungsbereich mehr und mehr zu Alternativen wie Holzpelletsheizungen, solarthermischen Anlagen und Wärmepumpen. Hersteller von Wärmepumpenanlagen in Deutschland verzeichnen seit dem Jahr 2000 ein starkes Wachstum.

Volker Quaschning

12. Biomasse – Energie aus der Natur

Zusammenfassung

Bereits seit 790 000 Jahren – also seit der Entdeckung des Feuers durch den Steinzeitmenschen – wird vermutlich die Energie von Brennholz genutzt. Damit ist die Biomasse der mit Abstand am längsten genutzte regenerative Energieträger. Bis weit ins 18. Jahrhundert war die Biomasse weltweit der wichtigste Energieträger überhaupt. Auch heute decken noch einige Länder wie Mozambique oder Äthiopien rund 90 Prozent ihres Primärenergiebedarfs durch sogenannte traditionelle Biomasse.

Volker Quaschning

13. Erneuerbare Gase und Brennstoffzellen

Zusammenfassung

Wer kennt sie nicht: die Knallgasreaktion aus dem Chemieunterricht. Bei der Oxidation von Wasserstoff mit Luftsauerstoff setzt das Wasserstoffgas explosionsartig seine gespeicherte Energie frei. Ein Funke reicht aus, um eine Mischung aus Wasserstoff und normaler Luft zu entzünden. Im Gegensatz zu vielen anderen Verbrennungsprozessen ist das Reaktionsprodukt unter Umweltgesichtspunkten absolut unbedenklich. Wasserstoff und Sauerstoff reagieren lediglich zu reinem Wasser.

Volker Quaschning

14. Sonnige Aussichten – Beispiele für eine nachhaltige Energieversorgung

Zusammenfassung

Die vorangegangenen Kapitel haben die große Bandbreite der erneuerbaren Energien vorgestellt. Regenerative Energien müssen in weniger als 20 Jahren die herkömmlichen Energieträger vollständig ablösen, um die Folgen des Klimawandels in überschaubaren Grenzen zu halten. Die moderne Nutzung regenerativer Energien kann noch nicht auf eine jahrzehntelange Tradition zurückblicken. Oftmals ist deren Einsatz neu und ungewöhnlich.

Volker Quaschning

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