Wieviel Potenzial haben die natürlichen Energiequellen der Erde?
Die 1998 neu gewählte Rot-Grüne-Regierung ersetzte zum 1. April 2000 das Stromeinspeisegesetz durch das EEG (Erneuerbaren Energien Gesetz) und seitdem wächst der Anteil der erneuerbaren Energien am Stromverbrauch in Deutschland beständig: von rund sechs Prozent im Jahr 2000 auf rund 45 Prozent im Jahr 2020. Damit wurde die ursprüngliche Zielmarke von 35 Prozent für das Jahr 2020 deutlich übertroffen. Bis zum Jahr 2030 sollen mindestens 80 Prozent des in Deutschland verbrauchten Stroms aus erneuerbaren Energien stammen. Nach der Vollendung des Kohleausstiegs soll die Stromversorgung in Deutschland dann treibhausgasneutral sein. So sieht es das neue Erneuerbare-Energien-Gesetz – kurz EEG 2023 – vor. Aber warum brauchen wir eigentlich erneuerbare Energien? Welche Technologien gibt es und haben sie überhaupt das Potenzial, uns aus der Klimamisere rauszuholen?
Warum sind natürliche Energiequellen (erneuerbare Energien) die einzige zukunftsfähige Lösung einer gesicherten Stromversorgung?
- Begrenztheit fossiler Brennstoffe: Die meisten Stromversorgungssysteme sind derzeit auf fossile Brennstoffe wie Kohle, Öl und Gas angewiesen, die begrenzt und nicht erneuerbar sind. Es wird erwartet, dass die Vorräte an diesen Brennstoffen in den nächsten Jahrzehnten erschöpft sein werden. Daher müssen wir uns auf erneuerbare Energien umstellen, um eine langfristige und nachhaltige Energieversorgung sicherzustellen.
- Klimawandel: Der Einsatz von fossilen Brennstoffen trägt durch den hohen CO2 Ausstoß und die damit verbunden Folgen maßgeblich zum Klimawandel bei. Erneuerbare Energien sind hingegen kohlenstoffarm und somit „enkeltauglich“.
- Dezentralisierung: Erneuerbare Energien können dezentralisiert und vor Ort erzeugt werden, was die Abhängigkeit von großen zentralen Stromnetzen reduziert und die Energieversorgung sicherer macht. Dies ist besonders wichtig in abgelegenen Regionen oder in Ländern, die von Naturkatastrophen betroffen sind.
- Technologischer Fortschritt: In den letzten Jahren haben erneuerbare Energien wie Solarenergie und Windenergie signifikante technologische Fortschritte gemacht und sind mittlerweile wirtschaftlicher als fossile Brennstoffe. Dieser Trend wird voraussichtlich in Zukunft anhalten, was erneuerbare Energien noch attraktiver macht.
Die wichtigsten Energiequellen und Technologien, um diese zu nutzen
Solarenergie – Nicht nur Pflanzen können die Kraft der Sonne nutzen
Alles Leben auf der Erde bezieht seine Energie aus der Kraft der Sonne. Sie lässt Pflanzen wachsen, treibt das Wetter an und kann mit der richtigen Technologie auch direkt zur Stromgewinnung genutzt werden:
- Photovoltaikanlagen: Solarzellen wandeln Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom um. Herzstück jeder Solarzelle ist ein Halbleiter, der meist aus Silizium besteht und den „photovoltaischen Effekt“ nutzt: Bei bestimmten übereinander angeordneten Halbleiterschichten entstehen unter dem Einfluss von Licht (Photonen) freie Ladungen, die als Elektronen über einen elektrischen Leiter abfließen können. Der so entstehende Gleichstrom kann direkt zum Betrieb elektrischer Geräte genutzt oder in Batterien gespeichert werden. Wird er in Wechselstrom umgewandelt, kann er auch in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Moderne Solaranlagen sind für eine Lebensdauer von mindestens 20 Jahren ausgelegt. Während dieser Zeit benötigen die Solarpaneele in der Regel kaum Pflege oder Reparaturen: Die hochwertige Siliziumoberfläche ist enorm stabil und hält Hagel, Starkwind und Schnee stand.
- Solarthermische Kraftwerke: Hier werden die Sonnenstrahlen mit Brennspiegeln, sogenannten konzentrierenden Spiegelsystemen, gebündelt. Sie erhitzen eine Flüssigkeit, die dann eine konventionelle Turbine antreibt. Die Anlagen können zur reinen Stromerzeugung oder zur Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt werden, also zur Erzeugung von Strom und Prozesswärme.
- Solarwärmeanlagen/ Sonnenkollektoren: Mit Solarkollektoren wird die Strahlung der Sonne in Wärme umgesetzt, um Wasser für den täglichen Bedarf zu erwärmen oder Gebäude zu heizen.
Windenergie – Stromerzeugung an Land und „im Wasser“
Windkraftanlagen wandeln die Energie des Windes in mechanische Energie um, aus der wiederum elektrische Energie gewonnen wird. Das funktioniert so: Wenn Wind auf die Rotorblätter einer modernen Windanlage trifft, entsteht ein Unterdruck, der die Windflügel in Bewegung setzt. Dadurch beginnt der Rotor zu laufen und die kinetische Energie des Windes wird in eine Drehbewegung umgewandelt.
Die Drehbewegung treibt im Inneren der Anlage einen Generator an und dieser wandelt die mechanische Energie in elektrische Energie um. Anschließend wird die elektrische Energie in das Energieversorgungsnetz eingespeist und an die Stromkunden verteilt. Windkraftanlagen können wie auch Solaranlagen entweder Privathaushalte versorgen oder in sogenannten On – oder Offshore-Parks Energie erzeugen, die dann in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Der Verbrauch von Primärenergie, den die Herstellung von Windenergieanlagen erfordert, beträgt laut BWE (Bundesverband Windenergie) zwei bis drei Prozent der Nettoenergieerzeugung während des gesamten Lebenszyklus, ausgehend von einer Lebensdauer von 20 Jahren. Daraus folgt eine energetische Amortisationszeit von circa fünf bis zwölf Monaten.
Wasserkraft – eine der ältesten Energiequellen der Erde
- Wasserkraftwerke nutzen z.B. ausschließlich Wasserströmungen, die in einem Stausee oder einem Fluss in Form von Gefällen entstehen. Von den großen Wasserkraftanlagen in Deutschland sind 20% Speicherkraftwerke und 80% Laufwasserkraftwerke.
- Speicherkraftwerke: Speicherkraftwerke nutzen das hohe Gefälle und die Speicherkapazität von Talsperren und Bergseen zur Stromerzeugung. Beim Talsperren-Kraftwerk befinden sich die Turbinen am Fuß der Staumauer. Beim Bergspeicherkraftwerk wird ein in der Höhe liegender See über Druckrohrleitungen mit der im Tal liegenden Kraftwerksanlage verbunden. Pumpspeicherkraftwerke werden nicht durch natürliche Wasservorkommen, sondern durch aus dem Tal gepumptes Wasser aufgefüllt. Damit wird in Schwachlastzeiten erzeugter elektrischer Strom als potenzielle Energie des Wassers zwischengespeichert und kann in Spitzenlastzeiten wieder über eine Turbine abgerufen werden.
- Laufwasserkraftwerke: Laufwasserkraftwerke nutzen wie die Wassermühlen früher die Strömung eines Flusses oder Kanals zur Stromerzeugung. Charakteristisch ist eine niedrige Fallhöhe bei relativ großer, oft jahreszeitlich mehr oder weniger stark schwankender Wassermenge. Die Anlagen werden aus wirtschaftlichen Gründen oft in Verbindung mit Schleusen gebaut.
Geothermie – die Kraft aus dem Inneren
Auch wenn es sich bei der Geothermie streng genommen um Erdwärme handelt, fällt sie eigentlich in den Bereich der Wasserenergie. In Geothermie-Kraftwerken wird heißes Wasser aus dem Inneren der Erde für die Antreibung einer Dampfturbine genutzt. Durch diese Dampfturbine wird elektrischer Strom erzeugt, der aufgrund seiner natürlichen Erzeugungsweise als Ökostrom bezeichnet wird. Bei der Stromgewinnung erfüllt das Wasser eine wichtige Rolle: Es holt die Wärme aus verschiedenen Tiefen aus dem Erdinneren an die Oberfläche, damit sie dort genutzt werden kann. Das heiße Wasser gibt dann seine Wärme an den Dampfkreislauf (zweiter Kreislauf) ab, bevor es wieder zurück ins Erdinnere fließt und neue Wärme „abholt“. In der Regel erzeugen Geothermie-Kraftwerke elektrischen Strom. Es gibt jedoch auch Kraftwerke, die sich auf die Gewinnung von Heizungsenergie spezialisiert haben. Im kleineren Stil wird diese Art von Wasserenergie in Form von Wärmepumpen genutzt. Diese haben eine ähnliche Funktionsweise wie die großen Anlagen in Geothermie-Kraftwerken und versorgen das eigene Haus mit natürlicher Energie.
Biomasse – aus Abfall wird Energie
Biomasse ist jedes organische Material, das als Energiequelle genutzt werden kann. Neben der land- und forstwirtschaftlich bereitgestellten Biomasse stehen Reststoffe und Abfälle biogenen Ursprungs für die energetische Nutzung zur Verfügung. Hierzu zählen, neben dem Alt- und Gebrauchtholz, Bioabfälle (z.B. die Biotonne), Gülle/Festmist und Getreidestroh. Biomasse wird in fester, flüssiger und gasförmiger Form genutzt, um Wärme oder Strom zu erzeugen, oder sie kann in Biokraftstoffe wie Biodiesel umgewandelt werden.
Bei der Verbrennung von Biomasse kann die entstehende Wärme zur Erzeugung von Dampf genutzt werden, der dann Turbinen antreibt und Strom erzeugt. Die Vergasung ist ein weiteres Verfahren, das zur Stromerzeugung aus Biomasse eingesetzt werden kann. Bei diesem Verfahren wird die Biomasse in ein brennbares Gas umgewandelt, das dann in einem Gaskraftwerk zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Der in Deutschland mit Abstand wichtigste Bioenergieträger ist das Holz. Der inländische Verbrauch von Holzrohstoffen hat in den vergangenen zwei Jahrzehnten kontinuierlich zugenommen. Zu den Holzrohstoffen gehören Waldholz, Altholz (Gebrauchtholz), Landschaftspflegematerial, aber auch Industrierestholz, das auch im Waldholz bereits enthalten ist. Neben der Forstwirtschaft ist die Landwirtschaft ein wichtiger Lieferant von Biomasse für die energetische Nutzung. Im Vordergrund steht dabei der Rapsanbau zur Biodieselproduktion, die Bereitstellung von Substraten für die Biogaserzeugung und der Anbau von stärke- und zuckerhaltigen Pflanzen zur Bioethanolherstellung.
Der große Potenzialvergleich
Erneuerbare Energiequellen haben gemeinsam, dass sie CO2-arme Stromerzeugung ermöglichen und theoretisch unendlich verfügbar sind. Doch worin unterscheiden sich die verschiedenen Möglichkeiten? Was sind ihre Vorteile, was sind ihre Nachteile? Hier haben wir für dich alle vorgestellten Energien für einen groben Überblick in einer Tabelle gegenübergestellt:
| ERNEUERBARE ENERGIEQUELLE | VORTEILE | NACHTEILE |
| Solarenergie | emissions-, geräusch- und geruchsfrei zum Heizen und für Mobilität geeignet Solaranlagen sind robust und wartungsarm | hohe Investitionskosten für die private Anschaffung Nicht privat: verbraucht viel Platz und nur an geeignetem Standort mit genügend Sonnenstunden Solaranlagen produzieren nur bei Tageslicht Strom Solaranlagen und Speicher sind (noch) nicht komplett recycelbar Solarenergie lässt sich nur begrenzt speichern |
| Windenergie | auch nachts verfügbar Benötigt vergleichsweise wenig Platz Deckung der Investitionskosten schnell erreicht Schaffung von Arbeitsplätzen in Windparks | Unzuverlässigkeit Wind lässt sich nicht speichern und muss direkt in transportfähigen elektrischen Strom umgewandelt werden Relativ hohe Geräuschbelastung in Siedlungsnähe Gefahr für die Tierwelt, vor allem Vögel |
| Wasserkraft | Nutzbarkeit unabhängig von Wetter und Zeit Gute Regelbarkeit der erzeugten Energie Speicherkraftwerke sind gleichzeitig in den Hochwasserschutz eingebunden Aufgestaute Flüsse sind besser schiffbar Lange Lebensdauer von Wasserkraftwerken | Flächenverbrauch durch Stauraum, notwendige Umsiedlung von Bewohnern, Überflutung von Kulturgütern, etc. Ökologische Auswirkungen auf Flora und Fauna, Zerstörung der natürlichen Fließgewässer, hoher baulicher Aufwand zur Überwindung der Höhenunterschiede zwischen Ober- und Unterwasser, z.B. Fischtreppen Versandung und Verschlammung im Stauraumbereich durch das Absinken von Schwebstoffen und Sedimenten, dadurch Volumenverkleinerung des Stauraums Mögliche Störung des Grundwasserhaushalts durch Absinken oder Ansteigen und durch Verunreinigung |
| Geothermie | Zu jeder Zeit unabhängig verfügbar Es lässt sich Strom und Wärme erzeugen Effektive Gewinnung | Es müssen große Löcher in den Boden gebohrt werden, die zu Erosionen führen können Hoher installationsaufwand Turbinen werden mit Wasserdampf betrieben, der Verunreinigungen enthält |
| Biomasse | Kann Kohlenstoffdioxid einfangen und abspeichern Kann zur Herstellung von Kraftstoffen verwendet werden | Benötigt viele Land- und Wasserressourcen, Verlust von Lebensräumen Transport zum Kraftwerk nicht emissionsarm Bei der Verbrennung werden immer noch Kohlendioxid und andere Treibhausgase in die Atmosphäre freigesetzt |
Wenn du dich tiefergehend informieren möchtest: In Studien des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit oder des Landes NRW werden die Potenziale der verschiedenen Technologien näher beschrieben. Klicke einfach auf die Begriffe in der Tabelle.
Ausblick auf die Zukunft der erneuerbaren Energietechnologien
Bis zum Jahr 2030 sollen mindestens 80 Prozent des in Deutschland verbrauchten Stroms aus erneuerbaren Energien stammen. Damit wir diesen Anteil erreichen können, müssen wir auf die richtigen Technologien setzen und ihr Potenzial nutzen. Dabei wird es voraussichtlich nicht DIE richtige Methode zur Energiegewinnung geben, denn sie alle haben ihre Vor- und Nachteile und füllen eine Lücke, die zum Beispiel durch Standort- oder Wetterunsicherheiten entstehen. Ein Faktor, der für die aktuelle Klimakrise jedoch von Bedeutung ist, ist Zeit. Klar ist auch, dass die Solarenergie und die Windenergie die saubersten und am einfachsten umzusetzenden Formen der alternativen Stromversorgung sind, jedoch müsste sich der jährliche Ausbau um das 20-fache erhöhen, um die geplanten Klimaziele zu erreichen. Außerdem müssen wir nachhaltige Systeme entwickeln, die den Strom effizienter speichern und umwandeln können, neue Technologien müssen besser gefördert werden und auch an das Recycling der Solarmodule muss gedacht werden. Die Wissenschaft ist sich einig, dass es an den richtigen Ideen nicht mangelt, sie müssen nur umgesetzt werden. Wenn die richtigen Maßnahmen greifen und an den richtigen Stellen subventioniert wird, ist es sehr gut möglich den gesamten Strombedarf mit erneuerbaren Energiequellen zu decken.
