Erneuerbare Energien: Wasserenergie,

Sonnenenergie und Biomasse

Autoren: Epifanio Brañas Friedamn und Leonie Welsch

1. Die Solarenergie

1.1 Sonnenenergie Definition

Solarenergie (bzw. Sonnenenergie) ist die Energie, die in der Sonne durch ständige Kernfusionen entsteht und die zum Teil als elektromagnetische Strahlung auf die Erde gelangt. Die Sonne ist die größe Energiequelle der Erde, alles Leben auf der Erde ist von ihr abhängig. So basiert die Photosynthese der grünen Pflanzen auf der Zufuhr von Solarenergie.

1.2 Photovoltaik Systeme

Bei der Stromerzeugung durch Solarsysteme, die für zu Hause genutzt werden können, gibt es immer nur ein Grundsystem, das auf unterschiedliche Weisen montiert werden kann. Die Grundlage des Photovoltaik Systems ist immer gleich, mehrere Solarzellen stehen in einem Solarmodul und erzeugen in diesem Strom.

1.2.2 Wie funktioniert ein Solarmodul ?

Die Photovoltaik ermöglicht es, Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom umzuwandeln. Diese Umwandlung erfolgt durch den sogenannten photovoltaischen Effekt, sprich die Wechselwirkung zwischen einstrahlendem Sonnenlicht und dotiertem (mit Fremdelementen verunreinigten) Halbleitermaterial der Solarzelle. Dabei kommt es zur Freisetzung von elektrischen Ladungsträgern, die mittels metallischer Kontakte abgeführt werden.

1.2.3 Wie wird der erzeugte Strom gespeichert?

Der so erzeugte Gleichstrom lässt sich durch einen nachgeschalteten Wechselrichter in netztauglichen Wechselstrom transformieren (umwandeln). Wichtigstes Element eines Solargenerators ist die Solar- oder Photovoltaikzelle. Mehrere Solarzellen werden zu einer elektrischen Einheit zusammengefasst, das sogenannte Solarmodul.

1.3 Solarthermische Kraftwerke

Solarthermische Kraftwerke gelten als eine vielversprechende Lösung für die Energieprobleme der Welt. In der Wüste massenhaft aufgestellte Spiegel bündeln das Sonnenlicht und erhitzen so Öl oder Luft auf mehrere hundert Grad Celsius. In einem Generator kann auf diese Weise Strom erzeugt werden, der deutlich günstiger ist als jener aus Solarzellen.

1.3.1 Wie wird der erzeugte Strom gespeichert?

Die vergleichsweise einfache Zwischenspeicherung von Sonnenenergie macht die Solarthermie besonders attraktiv. In riesigen Behältern mit flüssigen Salzen kann Wärme über Stunden fast verlustfrei gespeichert werden. Ein derart konstruiertes Kraftwerk kann theoretisch rund um die Uhr eine konstante Energiemenge liefern - ein entscheidender Vorteil gegenüber Windkraft- und Photovoltaikanlagen.

1.3.2 Hintergrundinformationen

Im Oktober 2009 wurde die "Desertec Industrial Initiative" gegründet - eine Vereinigung von Firmen, die gewaltige

Solarstromprojekte in Nordafrika ermöglichen soll. Die riesigen Wüstenkraftwerke sollen Nordafrika, den Nahen Osten und zum Teil auch Europa versorgen.

Eine weitere Idee zur Energiespeicherung könnte die Solarthermik noch günstiger machen. Deutsche Forscher experimentieren derzeit mit Sand, ob dieser sich auch als Wärmespeicher eignet. Und da es bei fast allen potenziellen Standorten Sand in Massen gibt, würde das die Kosten enorm reduzieren.

2. Wasserkraft

Wasserkraft ist derzeit die bedeutendste erneuerbare Energiequelle. Sie deckt bundesweit knapp 5% des Strombedarfs. Über Laufwasser-, Speicher-, Pumpspeicher- und Gezeitenkraftwerke wird die Bewegungsenergie des Wassers genutzt und in Turbinen der Wasserkraftwerke in elektrische Energie umgewandelt. Weltweit sind augenblicklich

Wasserkraftwerke mit einer Leistung von 780.000 MW in Betrieb.

2.2 Geschichte

Früher wurde Wasserkraft über Wasserräder meistens zur Verrichtung mechanischer Arbeit genutzt (Mühlen). Seinerzeit

unterschied man zwischen oberschlächtigen Rädern (dabei werden die Schaufeln des Rades von oben mit Wasser gespeist) und unterschlächtigen Rädern (hierbei hängend die unteren Schaufelspitzen in fließendem Wasser).und mittelschlächtigen Rädern, wobei letzteres am effektivsten ist.

2.3 Wasserkraft Heute

Die heutige Nutzung der Wasserkraft erfolgt über Turbinen. Einer der großen Vorteile der Wasserkraft liegt in seiner einfachen Speicherbarkeit. Durch Aufstauung oder durch Hochpumpen auf ein höheres Niveau (Pumpspeicherkraftwerke) ist die Wasserkraft nicht nur fast verlustfrei speicherbar, sondern auch sehr kurzfristig verfügbar und somit gut zur Deckung von Spitzenlastbedarf einsetzbar.

2.3.1 Wie funktioniert Wasserkraft Heute ?

In einem Wasserkraftwerk strömt Wasser durch eine oder mehrere Turbinen, die einen Generator antreiben; dieser erzeugt Strom.

Wasserkraft ist ein erneuerbarer Energieträger und leistet in Deutschland mit Abstand den größten Beitrag aller erneuerbaren Energien zur Stromerzeugung. Weltweit liegt der Anteil an der Stromerzeugung aus Wasserkraft bei über 20 Prozent mit hohem Ausbaupotenzial; in Deutschland hingegen liegt dieser Wert bei lediglich vier Prozent, wobei das Potenzial bereits zu 80 Prozent ausgeschöpft ist.

2.3.2 Gezeitenkraftwerk

Ein Gezeitenkraftwerk ist eine spezielle Bauart des klassichen Wasserkraftwerks, welche die Energie aus dem ständigen Wechsel von Ebbe und Flut schöpft. Bei ausreichend hohem Tidenhub (Differenz zwischen Hoch-und Niedrigwasserstand)

können die Gezeiten in abgesperrten Buchten als durchaus effiziente Energiequelle genutzt werden.

Trotzdem gibt es bis heute noch keine rentable Stromerzeugungs-Technologie in diesem Bereich. Das weltweit größte Gezeitenkraftwerk mit einer Gesamtleistung von 240 MW befindet sich an der Mündung des französischen Flusses La Rance bei Saint-Malo. Diese im Jahre 1966 errichtete Anlage ist jedoch extrem korrosionsanfällig und das hat sehr negative Auswirkungen auf das Ökosystem des Flusses.

Außerdem gibt es weltweit nur wenige Standorte, die für ein Gezeitenkraftwerk dieser Art geeignet wären, denn es ist nur sinnvoll, wenn der Tidenhub mehr als 6 m beträgt. Ein britisch-deutsches Projekt will diese Probleme mit einer Anlage beheben, welche nicht den Tidenhub, sondern die durch Gezeiten verursachte Meeresströmung nutzt, eine Art "Unterwasser-Windkraftanlage".

3. Biomasse

Als Biomasse wird die gesamte organische Substanz bezeichnet. Basis für die Bildung von Biomasse ist die vor allem von Pflanzen betriebene Photosynthese, bei der Sonnenenergie absorbiert und durch Bildung von Biomasse gespeichert wird. Zur Biomasse werden sowohl lebende Pflanzen, als auch die von ihnen abgeleitete organische Substanz, wie Tiere und Mikroorganismen, als auch tote organische Substanz wie Totholz , Laub, Stroh und anderes gezählt.

Man bezeichnet sie daher auch als nachwachsende Rohstoffe. Die aus Biomasse entstandenen fossilen Energieträger (Kohle, Erdöl und Erdgas) werden ihr nicht zugeordnet. Die Natur produziert jährlich große Mengen an Biomasse, von der ein kleiner Teil als Nahrung, Futtermittel oder nachwachsender Rohstoff (Nawaro) zur stofflichen Nutzung oder zur Energiebereitstellung (Bioenergie) genutzt wird.

Da Biomasse rund um die Uhr verfügbar und flexibel einsetzbar ist, kommt ihr eine bedeutende Rolle bei der Energieversorgung auf Basis Erneuerbarer Energien zu. Die Bioenergie bietet der Landwirtschaft ein zusätzliches Standbein. Rund 130.000 Arbeitsplätze werden bundesweit in diesem Bereich gezählt. Die dezentrale Nutzung der Bioenergie stärkt zudem die kommunale Wertschöpfung: Nach Berechnung des Instituts für ökologische Wirtschaftsforschung sorgte die Erzeugung von Strom, Wärme und Kraftstoffen aus Biomasse im Jahr 2010 für 1,9 Milliarden Euro an Einkommen, Steuereinnahmen und Unternehmensgewinnen in den Kommunen. Biomasse wird vor allem von Pflanzen als Primärproduzenten gebildet. Konsumenten ernähren sich von diesen Pflanzen oder von anderen Konsumenten und setzen so z. B. die pflanzliche in

tierische Biomasse um. Auch abgestorbene Pflanzen, Tiere und andere Lebewesen werden als Biomasse bezeichnet. Diese wird wiederum von Destruenten zersetzt und zum Aufbau lebender Biomasse genutzt. Fossile Energieträger sind in Millionen Jahre andauernden chemischen und geologischen Prozessen zwar aus Biomasse entstanden, werden dieser jedoch nicht zugeordnet. Torf wird meist nicht als Biomasse bezeichnet, sondern ebenfalls den fossilen Energieträgern zugeordnet. Biomasse hat eine wichtige Funktion als Lebens- und Futtermittel, Rohstoff (Nachwachsender Rohstoff) und Energieträger (so genannte Bioenergien wie Brennholz, Biokraftstoff etc.). Aber auch vom Menschen nicht genutzte Biomasse hat eine wichtige Funktion in Ökosystemen, z. B. als Nährstoff oder Lebensraum für verschiedenste Lebewesen. Darüber hinaus sind große Mengen des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) in Biomasse gespeichert, so dass sie eine bedeutende Rolle für das Klima spielt. Der größte Teil der in Deutschland erzeugten und einer Nutzung zugeführten Biomasse dient der Erzeugung von Lebensmitteln und Futtermitteln, als Nawaro zur stofflichen Nutzung (Nutzholz, Stärke etc.) oder der klassischen energetischen Verwendung in Form von Brennholz. Seit mehreren Jahren findet eine deutliche Zunahme der Biomassenutzung statt. Hauptgrund ist die zunehmende energetische Verwendung (Bioenergie). Durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) wird unter anderem der Einsatz von Biomasse zur Stromerzeugung gefördert. Das geschieht beispielsweise durch die Verbrennung von Holz in Biomassenheizwerken bzw. Biomasseheizkraftwerken oder durch die Gärung von Gülle und Silage aus Energiepflanzen in Biogasanlagen und anschließende Verstromung des Biogases. Eine exakte rechtliche Definition von Biomasse findet durch die Biomassenverordnung (BiomasseV) statt. Die Nachhaltigkeit soll durch die Biomassenstrom-Nachhaltigkeitsverordnung

(BioSt-NachV) sichergestellt werden. Eine weitere bedeutende energetische Verwendung ist die Erzeugung und Nutzung von Biokraftstoffen. Durch im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen reduzierten Steuersätzen (Energiesteuergesetz) und eine Zwangsbeimischung gemäß dem Biokraftstoffquotengesetz findet eine Förderung statt. Insbesondere bei importierten Rohstoffen zur Biokraftstoffherstellung war die Nachhaltigkeit bisher nicht sichergestellt. Durch die seit September 2009 gültige Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung (Biokraft-NachV) soll die Herkunft der Rohstoffe kontrolliert werden, z. B. durch die Zertifizierung von Biomasse. Durch das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) soll die nachhaltige Bereitstellung von Wärme, z. B. für das Heizen von Gebäuden, gewährleistet werden. Die Nutzung von Biomasse (Pelletheizung, Hackschnitzelheizug etc.) stellt eine Option dar.

Und unserer Meinung stellt sie eine überaus wichtige Option dar, eine Möglichkeit lebenswichtige Energie zu erzeugen, die auch gleichzeitig nachhaltig ist.