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Energieversorgung der Zukunft

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Fachbericht | Wörter: 1923 | Aufrufe: 9914 | Druckbare Version

Energieversorgung der Zukunft – ganz einfach?
Ein Entwurf für die Zeit nach 2050

von Jörg Müller, Enertrag AG, Nechlin/Uckermark

Eine Energieversorgung allein aus Erneuerbaren Energien ist technisch möglich. Viele Menschen haben dies gehört und viele glauben, dass es so ist. Aber wer weiß, warum?

Das Erstaunlichste am ausklingenden Energiezeitalter ist das Unwissen der meisten Menschen über Energie. Auf die einfachsten Fragen des täglichen Lebens weiß kaum jemand Antwort: Wie viel Energie verbrauche ich? Was kostet Energie? Was kostet Strom? Wie viel Energie steckt in Öl, Gas oder Kohle? Wie viel Energie steckt in Sonne, Wind und Biomasse?

Bild: 1. Photovoltaik-Anlagen versprechen höchste Energie-Erträge pro Hektar
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Quelle: Robb Williamson, National Renewable Energy Laboratory (USA)

Einschlägige Medienberichte machen den Leser nicht schlau. Niemand kann mit der Information, dass die Ölreserven von Shell noch 14,5 Mrd. Barrel betragen, wirklich etwas anfangen. Dass diese Ölmenge den Energiebedarf Deutschlands gerade fünf Jahre decken würde, wäre eine interessantere Information.

Das verbreitete Unwissen ist eine der wesentlichen Ursachen für die unsinnigen Verwirrungen in der Diskussion über Erneuerbare Energien. Versuchen wir, ein wenig Klarheit in diese Dinge zu bringen - dann beantworten sich die Fragen nach einer zukünftigen Energieversorgung fast von selbst.

Die erste Frage ist zum Verständnis des Folgenden notwendig: Was sind Kilowatt und Kilowattstunde? Watt ist die Einheit der (energetischen) Leistung, Kilowatt das Tausendfache davon. Die meisten Elektromotoren in Staubsaugern haben eine Leistung von ca. 1 Kilowatt. Wenn dieser Elektromotor eine Stunde lang läuft, dann hat er das Produkt aus Leistung und Zeit, nämlich 1 Kilowatt mal 1 Stunde, gleich eine Kilowattstunde verbraucht. Läuft er 10 Stunden, sind es 10 Kilowattstunden. Dieses Produkt aus Leistung und Zeit nennt man Arbeit. Man merkt es sich leichter, wenn man daran denkt, dass die Leistung der Quotient aus Arbeit und Zeit ist, oder anders gesagt: Je mehr man in derselben Zeit arbeitet, um so höher ist die Leistung.

Wichtig für alle Fragen zum Energieverbrauch ist natürlich die Arbeit (Kilowattstunden), d.h. die Energiemenge, die verbraucht wird. Die Leistung spiegelt nur die Geschwindigkeit des Energieverbrauchs wieder. Zum Vergleich: Wenn man von A nach B fährt, ist die eine Frage der Benzinverbrauch (Arbeit) und die andere, wie schnell das Auto fährt (Leistung). Leider bedeute höhere Leistung meist überproportional hohen Verbrauch.

Die zweite Frage ist die Frage nach den Energiequellen. Wie viel Energie steckt in ihnen? Diese Frage beantwortet sich anhand des Flächenverbrauches unserer Energiequellen. Der Gesamtflächenverbrauch für die Braunkohlegewinnung in der Lausitz und Mitteldeutschland beträgt ca. 120.000 ha. Mit dieser Fläche wurden zu Spitzenzeiten sehr grob betrachtet etwa 20 Mio. Kilowatt Kraftwerksleistung betrieben, also 6.000 ha Fläche pro 1 Mio. Kilowatt verbraucht. Geht man davon aus, dass jedes Kraftwerk mit 1 Mio. Kilowatt Leistung jährlich 6000 in Betrieb war, so konnte es 6000 Mio. Kilowattstunden erzeugen. Teilt man 6000 Mio. Kilowattstunden durch 6000 ha Flächenverbrauch, so ergibt sich eine Energiemenge von 1 Mio. Kilowattstunden pro Hektar. Viel mehr ist aus der Erde nicht herauszuholen.

Interessant aber ist der Vergleich. Eine moderne Windkraftanlage erzeugt auf einer Rotorfläche von 0,4 ha jährlich bis zu 4 Mio. Kilowattstunden. Das sind erstaunliche 10 Mio. Kilowattstunden pro Hektar - das Zehnfache der Kohle! Leider kann man Windkraftanlagen nicht dicht bei dicht stellen, so dass aufgrund der Abstände in einem Windfeld sich dieser Wert auf ein Zehntel verringert. Aber auch dies ist erstaunlich: Windkraftanlagen erzielen dieselben Hektarerträge wie Kohlekraftwerke. Und das ohne Landschaftszerstörung, denn sie können spurlos abgebaut werden.

Es wird aber noch spannender. Eine photovoltaische Solaranlage erzeugt heute pro Quadratmeter jährlich rund 100 Kilowattstunden Strom. Das sind wieder 1 Mio. Kilowattstunden pro Hektar!

Nun fehlt die Biomasse, deren Nutzung uns allen so wichtig erscheint. Einen Richtwert liefern die Hektarerträge von Raps mit ca. 4000 kg/ha. Bei 40% Ölgehalt erhalten wir 1600 kg Rapsöl mit einem Energiegehalt von 10 Kilowattstunden je Kilogramm, also 16.000 Kilowattstunden pro Hektar. Wenn daraus mit einem Wirkungsgrad von 33% Strom erzeugt würde, so verblieben nur 0,005 Mio. Kilowattstunden pro Hektar – weniger als 1% der oben ermittelten Strommengen. Auch der Einsatz anderer effektiverer Pflanzen kann nicht viel daran ändern, dass man auf Biomassebasis die hundertfache Fläche benötigt, um dieselbe Energiemenge wie aus Kohle, Wind oder Sonne zu erzeugen.

Zum Verständnis sei hinzugefügt, dass die Sonneneinstrahlung jährlich pro Quadratmeter 1000 Kilowattstunden beträgt, das sind ca. 10 Mio. Kilowattstunden pro Hektar Fläche jährlich. Wenn man weiß, dass eine photovoltaische Solaranlage problemlos ca. 10% Wirkungsgrad erbringt, so erschließt sich der oben genannte Wert von 1 Mio. Kilowattstunden je Hektar von selbst. Da Wind lediglich ein direktes Produkt der Sonneneinstrahlung ist und auf dem Wege der Umwandlung der Sonnenenergie in Windenergie relativ wenig Verluste anfallen, wundert es nicht, dass Windkraftanlagen pro Hektar Fläche ähnlich viel Strom erzeugen können, wie Solaranlagen.

Pflanzen hingegen sind nicht auf hohen Wirkungsgrad optimiert. Der energetische Wirkungsgrad einer Pflanze zur Stromerzeugung beträgt weniger als ein Prozent. Kohlekraftwerke wiederum erreichen die Effektivität von Wind- und Solaranlagen lediglich deshalb, weil die Biomasse aus Zehntausenden von Jahren in kurzer Zeit verbrennt – was in Anbetracht des Wertes dieser Biomasse für andere Industriezweige sehr schade ist.

Sicher gibt es weitere Energiequellen, wie Wasserkraft oder Erdöl. Jedoch erbringt die Untersuchung dieser Quellen keine neue Erkenntnis - die Verhältnisse wiederholen sich nur. Etwas anders verhält es sich lediglich bei der Kernenergie, deren Gefahren angesichts des ebenfalls nicht endlosen Uranangebotes nicht hinnehmbar sind, und bei der Geothermie, welche künftig ebenfalls einen Betrag zu Energieversorgung leisten kann, jedoch zumindest in Deutsch

land erst noch erforscht werden muss.

Um sich aber ein Bild einer zukünftigen Energieversorgung zu machen, genügt auch das bisher Gesagte. Wichtig ist zu wissen, dass aus Wind und Sonne je 1 Mio. Kilowattstunden pro Hektar gewonnen werden können.

Und interessant ist zu wissen, dass der Strombedarf in Deutschland ca. 0,014 Mio. Kilowattstunden pro Hektar beträgt (500.000 Mio. Kilowattstunden pro Jahr), wohingegen der Gesamtenergiebedarf bereits 0,09 Mio. Kilowattstunden je Hektar erreicht (4.200.000 Mio. Kilowattstunden). Der gesamte Energieverbrauch entspricht also 1% der Sonneneinstrahlung oder 10% der aus Wind und Sonne derzeit gewinnbaren Energie.

Damit ist klar, dass es so nicht dauerhaft weitergehen kann. Um den heutigen Energiebedarf zu decken, müssten 10% der Landesfläche für Windkraft und Solaranlagen bereitgestellt werden. Dies ist zwar machbar, aber zuviel. Um sich auf das herannahende Ende der fossilen Energieträger vorzubereiten, bedarf es etwas mehr Überlegung.

Der einfachste Weg ist, den Energieverbrauch zu senken, also dieselben Werte mit weniger Energie zu erzeugen.

Die dritte Frage ist also die nach dem Energiebedarf. Hier bieten sich beim Übergang zu Erneuerbaren Energien einige erstaunlich einfache Lösungen an:


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