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Alternative Energieformen - Referat
Alternative Energieformen
(Das Kraftwerk Sonne)
An diesem Tag, schickt uns die Sonne 10000-15000mal soviel Energie zur Erde, wie wir heute weltweit verbrauchen; enthalten die Windströme 35mal soviel Energie wie verbraucht wird; wächst 10mal mehr Biomasse wie wir zur Gewinnung der gesamten Weltenergie nötig wäre, und allein die Wasserkraft enthält die Hälfte der Energie die wir an diesem Tag auf der ganzen Welt produzieren.
Theoretisch reichen also die direkte Sonnenenergie sowie die indirekte über Wind, Wasser, Biomasse, bei weitem aus, um den Energiehunger von 6 Mrd. Menschen zu stillen. Es gilt als gesichert, dass das Gesamtpotential erneuerbarer Energien in der Größenordnung des Zehntausendfachen gegenwärtigen gesamten Weltenergieverbrauchs liegt. Die Sonne ist Motor allen Geschehens auf unserem Planeten. Die Sonne schickt jedes Jahr 350 Millionen Milliarden (35*1015) Kilowattstunden Strahlungsenergie auf unseren Planeten. Das sind alle acht Minuten soviel Energie, wie die gesamte Menschheit in einem Jahr verbraucht. Alle irdischen Energiequellen verdanken wir der Sonne: die Kohle-, Erdöl-, und Erdgaslager, in denen Sonnenenergie von Jahrmillionen gespeichert ist. Ebenso sorgt die Sonne für die Kreisläufe des Wassers. Der Kernreaktor Sonne unterscheidet sich von irdischen Kernkraftwerken dadurch, dass er unfall- und strahlensicher ist, keine Atommüllbeseitigung erfordert und alle Menschen kostenlos mit Energie versorgt. Die Sonne ist unsere einzige unerschöpfliche Energiequelle. Die größte Gefahr für die Zukunft der Menschheit ist unsere falsche, Umweltzerstörende Energiepolitik. Statt Energie umweltfreundlich aus Sonne, Wind, Wasser und Biomasse zu gewinnen, benutzen wir umweltfeindliche Energiequellen. Mit öl, Gas und Kohle schaffen wir uns ein lebensfeindliches Treibhausklima. Und Atomkraftwerke sind allein dadurch, dass sie dastehen, lebensgefährlich.
Durch vieljähriger Erfahrung, von anderen Ländern wissen wir, dass mittlerweile Wasserkraftanlagen, wenn sie dezentral und gewässerschonend eingesetzt werden, effektive Stromerzeuger sind; Windkraftanlagen an der Küste, entlang großer Flüssen und in Mittelgebirgen wirtschaftlich arbeiten und beständig Strom liefern; Sonnenkollektoren für Warmwasserbreitung ausgereift sind und sich schon nach etwa sechs bis acht Jahren bezahlt machen; Biogas- und Biomasseanlagen im Winterhalbjahr wirtschaftlich und umweltfreundlich Strom- und Wärmeversorgung übernehmen können; Photovoltaik-Anlagen mit ihren heute noch hohen Kosten durch Massenproduktion innerhalb von 15 Jahren auf ein wirtschaftliches Niveau gesenkt und im Sommerhalbjahr gewinnbringend sehr viel Strom ins öffentliche Netz einspeisen können.
Die alten Energieträger gehen zu Ende, sind umwelt- und klimazerstörend und werden immer teurer werden. Die neuen Solarenergien sind unerschöpflich, umwelt- und klimaverträglich und werden immer billiger.
Energie aus der Kraft der Sonne
1. Direkte Nutzung der Sonnenkraft
a) Photovoltaik
Photovoltaik ist eine direkte Nutzung der Sonnenenergie. Mit der Photovoltaik wird Sonnenstrahlung und Licht mit Hilfe von Solarzellen in elektrische Energie umgewandelt. Solarzellen wandeln die Strahlungsenergie der Sonne auf photoelektrischem Weg durch Freisetzen von Elektronen im inneren von Silicium, Galliumarsenid oder Cadmiumtellurid in elektrische Energie um. Es wurde errechnet, dass Solaranlagen mit einem Wirkungsgrad von nur 10% in der Sahara-Wüste auf einer Fläche von 500000 qkm ausreichen würde, um die gesamte Menschheit mit Sonnenenergie zu versorgen. Gegenwärtig werden jährlich weltweit 50MW Solarzellen zur direkten Umwandlung von Sonnenlicht in Strom produziert, insgesamt sind bisher etwa 400 Megawatt hergestellt worden. Bis jetzt gibt es noch keine Produktion in automatisierten Großserien. Das oft genannte Argument, die Marktaussichten seinen noch zu ungewiss, ist in Wirklichkeit widerlegt:
Solarfachleute in den USA haben berechnet, dass Solarzellen auf einem Dreihundertstel der Fläche der Vereinigten Staaten den gesamten Strombedarf der Nation liefern würde. Eine Studie des britischen Solarforschers Robert Hill ergab, dass in Großbritannien der gesamte Strom über Photovoltaik-Zellen produziert werden kann, wenn nur 10% der heutigen Gebäudeflächen mit Photovoltaik-Anlagen ausgestattet werden. Auf Neubauten sollten Solaranlagen nicht auf den Dächern und Fassaden angebracht werden, sondern als Dächer oder Fassaden.
b) Solarthermische Kraftwerke
Eine weitere direkte Nutzung der Sonnenenergie ist die der solarthermischen Kraftwerke. Bei solarthermischen Anlagen werden mit Hilfe von Spiegeln Sonnenstahlen gebündelt. Dieses gebündelte Licht, das bei einigen Kraftwerkstypen mehrere Tausend Grad erreichen kann, wird zur Erhitzung von einer Bestimmten Flüssigkeit genutzt. Die Rinnenkollektoren sind hierbei am weitesten entwickelt und werden seit Jahren in Kalifornien eingesetzt. Die neuen Anlagen dieses Typs haben bereits einen Wirkungs-grad von 16%. Diese Kraftwerkstypen sind weltweit das Vorzeigeprojekt für solare Stromerzeugung.
Ihr Einsatz ist jedoch nicht überall möglich, weil für diesen Kraftwerkstyp eine Direktstrahlung von 1800 kWh pro qm im Jahr notwendig ist, so dass nur Sonnenreiche und weitgehend dunstfreie Flächen südlich des 40. Breitengrades dafür in frage kommen. Aber in zahlreichen Regionen, von Kalifornien bis Süditalien oder Südspanien, gibt es keinen vernünftigen Grund, weiter mit der Einführung auf Breiter Basis zu warten. Italien und Spanien könnten ihren gesamten Strombedarf durch solarthermische Stromgewinnung decken. Durch Kabelleitungen auf dem Meeresboden könnte man Strom von Nordafrika nach Europa leiten, von Südeuropa nach Mitteleuropa. Ein schweizerisches Stromversorgungsunternehmen plant den Bau eines solarthermischen Kraftwerks in Südspanien für den Schweizer Bedarf. Auch die Einführung solarthermischer Kleinkraftwerke bietet große Möglichkeiten, für individuelle Betreiber bis hin zu Dörfern.
Indirekte Nutzung der Sonnenkraft
a) Windkraft
Meteorologische Messungen haben ergeben, dass im ständigen wehenden Wind etwa 35mal soviel Energie steckt, wie die Menschheit verbraucht! Da der Wind jedoch ungleichmäßig stark weht und häufig seine Richtung ändert, kann nur ein Bruchteil davon auch praktisch genutzt werden.
Erst seit den 80er Jahren wird die Gewinnung von Strom aus Windkraft wieder versucht. Etwa 2000 MW sind weltweit installiert, davon fast drei Viertel in den USA - insgesamt also nicht mehr als die Kapazität zweier großer Atomkraftwerke. Aber obwohl der Forschungsaufwand minimal war und auch bisher nur kleine Stückzahlen produziert werden, sind die Kosten der Windstromerzeugung an günstigen Standorten mit denen der Atomkraft schon jetzt vergleichbar! In Zentralafrika, aber auch in großen Teilen Asiens und Lateinamerikas bläst der Wind mit durchschnittlichen Geschwindigkeiten unter 3,6 Meter in der Sekunde und ist damit heute für die Energieproduktion uninteressant. In Ostsibirien und Alaska, in Kanada, im Himalaja-Gebiet und in Nordeuropa hingegen ist der Wind meist schneller als 5,0 Meter in der Sekunde. Das bringt viel Energie. Allein für Westdeutschland gibt es Berechnungen, die Gebiete von zusammen etwa 20000qkm als für die Windenergienutzung geeignet bezeichnen. Danach könnte bei voller Ausnutzung eine Kapazität von insgesamt 250000MW erreicht werden, was fast 1 Million Anlagen bedeuten könnte und der doppelten Kapazität aller deutschen Kraftwerke entsprechen würde. Die Zahl der als geeignet erkannten Gebiete nimmt mit weiteren Analysen eher zu und nicht ab, und mit weiterer technischer Entwicklung werden auch Gebiete mit geringerer Windgeschwindigkeit interessant. 1992 wurde in Schleswig-Holstein bereits 182 000 kWh Strom aus Windkraft "geerntet". Diese Windernte hat eine einzigartige Umweltbilanz. Denn:
bei 182000 Kilowattstunden Windernte werden - bei vergleichbarem Steinkohleeinsatz - 165000 Tonnen CO2, 130 Tonnen Schwefeldioxid und 122 Tonnen Stickoxid vermieden. Außerdem fallen 2700 Tonnen Reststoffe, 3600 Tonnen Asche und 31000 Tonnen sonstige Stoffe nicht an.
Damit wird derselbe CO2-Entlastungseffekt erzielt wie von 330000 Bäumen, die ja bekanntlich viele Kohlendioxid-Treibhausgase binden. Doch amtliche Naturschützer führen oft ihren Kampf gegen die Windmühlen mit landschaftsästhetischen Argumenten. Der unsinnige Streit zwischen Naturschutz und Umweltschutz nützt nur der Atomlobby und den Energieriesen, die grundsätzlich gegen jede eigene Stromversorgung der Verbraucher sind, weil ihr Monopol in Frage gestellt wird.
Keine Form der Energiegewinnung braucht so wenig Platz wie die Windenergie. Die tatsächlich verbrauchte Fläche durch Windkraftanlagen ist minimal und liegt bei unter 1% der für Windkraftanlagen ausgewiesen Fläche - bei 20000qkm die in Deutschland für die Windenergienutzung in frage kommen sind es demnach 200qkm für Anlagenplätze. Die heutige Windenergieszene wird beherrscht von Anlagen, die 30-50 Meter Bauhöhe und einen Rotordurchmesser von 30 Metern haben. Kleinere Windanlagen, mit denen schon vor Jahrhunderten alles angefangen hat, spielen zurzeit kaum eine Rolle. Es wird in Zukunft aber wieder viele Energieselbstversorger mit kleinen Windmühlen geben: Rotordurchmesser bis 10 Meter, Masthöhe bis 20 Meter, Generatorleistung von 20-30 Kilowatt. Damit können Millionen Menschen ihren Strom selbst erzeugen. Kombiniert mit Solarzellen, kann die eigene Kleinwindanlage eine intelligente, schadstoffarme und preiswerte Energieerzeugung werden.
b) Gezeitenenergie
Im nordfranzösischen La Rance gibt es ein 240 MW-Gezeitenkraftwerk; Großbritannien plant an der Westküste ein 16km langes Kraftwerk, das 7000 MW Strom erzeugen könnte, was 5% der britischen Stromversorgung ausmacht. Doch große Anlagen könnten Probleme verursachen durch eine Änderung der Gezeitenhöhen, der Küstenlandschaft und der Meeresbiologie; ein technisches Problem ist z.B. die Versandung. Zwar sind diese Probleme nicht mit denen der atomaren oder fossilen Energienutzung zu vergleichen, dennoch sollte man große Gezeitenkraftwerke im Bereich der erneuerbaren Energie eher als zweite Wahl betrachten. Bei Ausnutzung der anderen Potentiale gibt es dafür wahrscheinlich kaum noch Bedarf.
c) Wellenenergie
Bei der Wellenenergie erfolgt in einem Abstand von wenigen Kilometern vor der Küste mit Hilfe eines Kranzes von Bojen die Umwandlung der Meereswellen in Strom. Für Großbritannien wurde ein Potential von 120000 Megawatt an der Westküste errechnet, mehr als der gegenwärtige britische Stromverbrauch. Alle bereits laufenden Anlagen haben jeweils eine Kapazität von unter 50 kW. Umweltbeeinträchtigungen erwachsen aus diesen Anlagen nicht. Das Potential ist bisher weitgehend unterschätzt worden, ebenso wie die technischen Einsatzmöglichkeiten, die den besonderen Vorzug haben, dass die Bojen zwar vertaut werden müssen, aber vom Wasser getragen werden und keinen Aufständerung nötig ist.
d) Geothermische Energie
Die Reserven sind begrenzt und nicht unbedingt erneuerbar. Wenn Druck und Temperatur in einem angezapften Reservoir nach einer Zeit des Wärmeentzugs absinkt, ist es für die Energienutzung erschöpft. Auch diese Form der Energienutzung ist Umweltfreundlicher als die Nutzung der fossilen oder Atomaren Energie, aber dennoch in ihrer ökonomischer Qualität nicht mit der Sonnenenergie vergleichbar. Zum Beispiel kann der Geothermische Dampf toxische Elemente wie etwa Arsen enthalten.
e) Meereswärme
Meereswärme ist wieder eine Variante der Sonnenenergie. "Ocean Thermal Gradient" Kraftwerke nutzen den Temperaturunterschied zwischen der Meeresoberfläche und der Tiefe aus und nutzen die durch Sonnenenergie aufgewärmten Oberflächenschichten der Meere. Ihr Potential beträgt mehr als das 100fache des weltweiten Energiebedarfs. Meereswärme könnte ein solares "Reservepotential" darstellen - aber vieles spricht wiederum dafür, dass ihre Nutzung in großem Umfang nicht unbedingt notwendig werden wird.
f) Energie vom Acker
Was der Wind im nördlichen Küstenland schafft, bringen Energiepflanzen im südlichen Ackerland. Der größte Teil der in der land- und forst-wirtschaftlichen Produktion gebundene Bioenergie, d.h. die in organischen Kohlenstoffverbindungen chemisch gespeicherte Sonnenenergie, wird nicht energetisch genutzt, so dass aus dem daraus möglichen Nutzen sogar eine zusätzliche ökologische Belastung geworden ist.
Biomasse ist ein Sonnenenergieträger großen Umfangs, wenn ihre Regenerierbarkeit genutzt wird: Sie steht, unter der Voraussetzung einer Bestanderhaltenen Bewirtschaftung, weltweit und zeitlich unbegrenzt zur Verfügung. Deshalb kann sie einen enormen Beitrag zur Ablösung fossiler und atomarer Energiequellen leisten.
Schilfgras ist die interessanteste Energiepflanze. Nach langjähriger Forschung steht fest: Chinaschilf bringt etwa 10mal soviel Biomasse wie der Wald und dreimal soviel Biomasse wie Raps. Schilfgras gehört zur Gruppe der C4-Gräser, die eine weit effektivere Photosynthese haben als die heimischen C3-Pflanzen. Sie heißen C4-Pflanzen weil das erste stabile Produkt nach der Fixierung des Kohlenstoffs aus dem CO2 ein Molekül ist, das vier Kohlenstoff-Atome besitzt. C3-Pflanzen geben große Teile des durch Photosynthese gebildeten Kohlenstoffs als CO2 wieder an die Atmosphäre ab, wobei potentielle Biomasse verloren geht. C4-Pflanzen hingegen binden mehr CO2 und binden deshalb auch mehr Biomasse. Ein weiterer Vorteil der C4 -Pflanzen ist die Architektur der Blätter. Die oberen Blätter stehen steil und senkrecht zur Sonne, die unteren Blätter bekommen deshalb noch genügend Licht und wachsen parallel zum Boden. Die Blätter ! solcher C 4-Pflanzen sind deshalb die besten und natürlichsten Sonnenkollektoren der Welt.
Es gibt über 1700 C4-Gräser, so dass diese Energiepflanze nicht als Monokultur angebaut werden müsste. C4-Pflanzen brauchen nur halb so viel Wasser wie C3-Pflanzen. Die Verwendungsmöglichkeiten von C4-Pflanzen sind vielfältig: Man kann Strom, Wärme und Benzin daraus gewinnen; man kann sie als chemische Ersatzstoffe benutzen, zum Beispiel für die Produktion von Lacken, Lösungsmittel und Kunststoffe; man kann biologisches Baumaterial daraus gewinnen, aber auch Papier und Verpackungsmaterial, das problemlos in den biologischen Kreislauf zurückgeführt werden kann. Also nicht nur als Alternative zur Atomkraft ist die C4-Pflanze das landwirtschaftliche Produkt der Zukunft.
Der größte Vorteil von Pflanzenenergie ist jedoch: kein CO2-Problem, kein Treibhauseffekt! Die Pflanzen nehmen beim Wachsen nämlich genau soviel CO2 aus der Luft auf, wie beim Verbrennen und Vergasen freigesetzt wird: ein geschlossener CO2-Kreislauf.
Diese Pflanzen brauchen keine Pestizide und nur etwas Dünger im ersten Jahr. Sie werden einmal gepflanzt und wachsen dann immer wieder: jahrzehntelang nachwachsende Energie. Im Vereinten Europa, liegen demnächst etwa 25-30 Millionen Hektar Fläche brach, die nicht mehr zur Nahrungsproduktion gebraucht werden. Eine Fläche von 80000 qkm würde den Energiebedarf der Europäischen Union decken. Mit einem Ertrag von 25-30 Tonnen Trockenbiomasse pro Hektar kann genau soviel Energie erzeugt werden wie von 10000-14000 Litern Erdöl. Das bedeutet Jahr für Jahr über 10000 Liter Öl pro Hektar - automatisch nachwachsend-, eine niemals versiegende Energiequelle.
Eine Modellrechnung besagt: Wenn ein Dorf von 1000 Einwohnern 10 Bauern jeweils 15 Hektar Schilfgras anbauen, dann kann damit das gesamte Dorf mit Strom und Wärme versorgt werden. Nach der Ernte kann man Schilfgras maschinell leicht zu Staub zerkleinern. Über eine Turbine kann dann Strom und Wärme erzeugt werden. Aus dem Pflanzenstaub kann aber auch Treibstoff für Autos gewonnen werden. Ja sogar für Karosserieteile der Autos oder für Zementgebundene Faserplatten beim Bau von Häusern kann das Material verwendet werden. Schon 1991 machte der Einsatz von Biomasse in Dänemark 5% des gesamten Energieverbrauchs aus, in den österreichischen Bundesländern Kärnten und Steiermark bereits 15%, in Schweden ebenfalls 15% und in Finnland gar 20%.
Es wäre theoretisch denkbar, den gesamten Energiebedarf der Menschheit aus den Biomassen zu decken; aber dies ist wiederum wegen den anderen Sonnenenergieträger nicht notwendig.
Die Speicherung der solaren Energie
Solarer Wasserstoff
Das Hauptproblem bei der Nutzung der Sonnenenergie besteht darin, die wenig konzentrierte und unregelmäßig einfallende Energie zu sammeln, zu speichern und zu transportieren. Mit Ausnahme der Biomasse ist Sonnenenergie nur mit hohem Aufwand speicher- und transportierbar. Die solare Technologie wird weltweit die fossilen und atomaren Energieträger nur dann vollständig ersetzen können, wenn es gelingt, einen Energieträger zu finden, der diese Nachteile der Sonnenenergie auf umweltfreundliche Art ausgleichen kann. Ein solcher Energieträger sollte - aus technischen Gründen - eine brennbare chemische Verbindung sein. Der chemische Energieträger für eine solare Zukunft muss allerdings mehrere wichtige Voraussetzungen erfüllen:
Der Brennstoff sollte aus einem Rohstoff gewonnen werden, der reichlich vorhanden ist. Seine Produktion muss Umweltfreundlich sein, und er sollte beim Verbrennen keine giftigen Abfallprodukte hinterlassen.
Diese Anforderungen sind mit dem leichtesten aller chemischen Elementen vereinbar, - dem Wasserstoff. In gebundener Form füllt Wasserstoff als Bestandteil des Wassers die Weltmeere. Man kann mit Hilfe der Elektrolyse aus Wasser Wasserstoff in nahezu unbegrenzter Menge herstellen. Und wenn der Brennstoff verbrannt wird, entsteht aus der Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff als einziges Produkt wieder reines Wasser.
Die solare Zukunft
Der solare Energiemix
Die Sicherheit einer Energieversorgung verlange einen "Energie-Mix". Man stützt sich auf mehrere Energiequellen, um nicht von einer einzigen abhängig zu sein. Genau das ist mit der Sonnenenergie ideal zu erreichen. Die parallele Einführung von solarthermischen und photovoltaischen Technologien, von Windkraft und Biomasse, von Wasserkraft und solarem Wasserstoff. Dazu gehört auch eine Mischung von heimischen Sonnenenergieträger und Sonnenenergie-Importen. Das Spektrum der Sonnenenergie ist sehr viel breiter und technologisch vielfältiger als das des herkömmlichen Energie-Mixes. Eine reelle Möglichkeit für die Energiewende bis in das Jahr 2050 wäre:
50% direkte Solarenergie
25% Biomasse aus Schilfgras und Biogas aus landwirtschaftlichen Abfällen
15% Windenergie
10% Wasserkraft
Diese vier Faktoren könnten vollständig die Energiegewinnung aus fossilen und atomaren Energieträgern ersetzen.
Dieses Referat wurde eingesandt vom User: Irgendeiner
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