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2007-10-15

Alternative Energien

Was sind alternative Energien? Gemeint sind bei dieser Frage meist andere Energie-Quellen als die bisher genutzten. Anstatt der bisherigen, begrenzten und die Umwelt stark belastenden Energie-Quellen möchte man nachhaltige Energie-Quellen nutzen, die nicht zeitlich begrenzt sind und sich umweltverträglicher verhalten.

Wir werden jedoch sehen, dass es bei dem Ersetzen von konventionellen Energie-Quellen durch Alternativen nicht nur um die Quellen unserer Energie geht, sondern damit zwangsweise ein Nachdenken über die Art der Speicherung, des Transports und der Verwendung nötig wird. Es geht also nicht allein darum, Strom in das bisherige Stromnetz aus anderen Quelle einzuspeisen oder den Brennstoff für einen Verbrennungsmotor anders zu gewinnen. Der Gedanke, man tausche die Quellen aus und ansonsten könnten die Systeme bleiben wie sie sind, ist trügerisch. Denn Energie-Quellen und -Verwendung hängen zwingend miteinander zusammen. Unsere heutigen Technologien haben zu genau den Systemen geführt, die wir derzeit vorfinden. Sie sind aufeinander angepasst.

Konventionelle Quellen

Die heutigen Energie-Träger für den Verkehr sind hauptsächlich Diesel, Benzin und Kerosin. Die Energie-Träger für Industrie und Haushalte sind das Stromnetz, Fernwärme und Erdgas. Und woher kommt diese Energie ursprünglich, was sind die Quellen dafür? Heutzutage wird diese Energie im Wesentlichen aus fossilen Stoffen gewonnen. Dies sind insbesondere Erdöl, Erdgas und Kohle. Daneben spielt zur Stromerzeugung noch das radioaktive Uran eine Rolle, welches ebenfalls zu den konvetionellen Energiequellen gezählt werden kann. Sie alle stellen keine nachhaltige Lösung dar.

Die fossilen Brennstoffe beinhalten Kohlenstoff (C), der der Atmosphäre während der erdgeschichtlichen Entwicklung entzogen und in der Erde abgelagert wurde. Damals lebende Pflanzen hatten der urzeitlichen Atmosphäre CO2 entzogen, wurden dann jedoch unter Erdschichten begraben und stark komprimiert. Für die Atmosphäre spielt es eigentlich keine Rolle, in welcher Form das CO2 gebunden und ihr somit entzogen wird.

Unrealistischer Weise könnte man sich also als Gedankenspiel vorstellen, dass in dem Umfange, in dem das zuvor gebundene CO2 nun freigesetzt wurde, zusätzlich zu den bereits existierenden Pflanzen neue Pflanzen angebaut würden, damit das durch die Verbrennung freigewordene CO2 von Ihnen gebunden wird, der Vorgang also CO2-neutralisiert würde. Das geht praktisch natürlich nicht. Und durch Rodung und Verwüstung wird heutzutage eher mehr pflanzliche Masse abgebaut als aufgestockt. Eine große Rolle spielen für unseren Planeten übrigens auch die Algen im Meer, deren Masse und damit Einfluss insgesamt sehr groß ist. Aber auch hier kann man ja nich mal eben beliebig die Algenmasse vergrößern.

Beim Verbrennen der fossilen Energieträger wird also CO2 in die Atmosphäre eingebracht, welches dadurch natürlich die Zusammensetzung der Atmosphäre verändert. Aufgrund des erhöhten CO2-Gehaltes entsteht der sogenannte Treibhauseffekt, bei dem nicht mehr ausreichend Wärmestrahlung die Erde verlassen und Wärme an den Weltraum abgeben werden kann. Dies ist ein wesentlicher Faktor für die globale Erwärmung.

Neben dem Treibhauseffekt gibt es noch einen weiteren großen Nachteil, den die fossilen Energieträger für uns haben: Ihr Vorrat ist begrenzt. In Absehbarer Zeit gibt es nicht mehr genug davon, um den Bedarf der Menschen zu decken. Es gibt somit also schon zwei Bedingungen, die eine Alternative erfüllen sollte: Das Klimaverhalten sollte neutral sein und die Vorräte sollten unbegrenzt sein. Das hört sich utopisch an.

Die Verknappung der Vorräte trifft auch auf das Uran zu. Denn in den Überlegungen über Energiequellen muss natürlich berücksichtigt werden, dass ja die gesamte Menschheit versorgt werden muss, nicht nur eine kleine Minderheit mit gewissen Aktienanteilen. Wenn man also den Gesamtbedarf der Menschen betrachtet, haben wir ein ähnliches Ressourcenproblem wie bei den fossilen Brennstoffen. Hinzu kommt, dass die Atmosphäre durch Kernkraftwerke zwar nicht mit CO2 belastet wird, dagegen jedoch mit Radioaktivität. Dabei ist es unerheblich, ob die Vorfälle bekannt werden oder nicht. Unbekannte Vorfälle, auf die z.B. die Leukämiefälle in der Marsch bei Hamburg hinweisen, zeugen dabei ebenso von der Verseuchung unserer Umwelt wie offiziell bekannt gewordene Unfälle in Atomkraftwerken. Zu der Verknappung und der heimlichen und offiziellen Verseuchung kommt bei der Kernkraft das Problem der Endlagerung. Es erscheint vielen Menschen zweifelhaft, ob das Einlagern in die Erde auch noch von kommenden Generationen in tausend Jahren so unproblematisch gesehen wird, wie von den heutigen Fachleuten, die dann schon längst ihre Rente genossen haben. Ebenfalls beinhaltet der Transport und das Hantieren mit den radioaktiven Stoffen und dem dabei verseuchten Material an sich schon jederzeit das Risiko der Verstrahlung der Umwelt.

Alternative Energiequellen sollten uns also die Möglichkeit geben, die Energie klimaneutral zu gewinnen, keine zeitliche Begrenzung in der Nutzung zu haben und dabei sollen langfristig auch keine giftigen Substanzen anfallen.

Alternative Quellen

Alle alternativen Energiequellen gehen letztendlich auf die Strahlung der Sonne, die Wärme des Erdkerns oder die Rotation unseres Planeten zurück. Also Quellen, die bei der Entstehung unseres Sonnensystems geschaffen wurden (siehe dazu auch Wikipedia: Erneuerbare_Energien).

Daneben wird heutzutage noch versucht, Kernfusion als kontrollierten Prozess zu nutzen. Dies würde also eine Art selbstgebauter Mini-Sonne darstellen. Aber abgesehen davon, dass die praktische Nutzung bisher nicht in greifbarer Nähe erscheint, wird man es auch hier mit strahlenden Abfällen zu tun haben. Für die heute und in näherer Zukunft lebenden Generationen wird die Kernfusion also wohl keinen sinnvollen Beitrag leisten können.

Der Erdkern ermöglicht uns die Nutzung von Erdwärme (=Geothermie). Die Sonne stellt uns letztendlich folgende Energie-Quellen zur Nutzung bereit:

  1. Sonnenstrahlung für Photovoltaik
  2. Sonnenstrahlung als Sonnenwärme
  3. Windkraft
  4. Biomasse
  5. Wasserkraft

Erdwärme tritt in verschiedenen Formen auf. Geysire und heiße Quellen können ebenso genutzt werden wie hier in Mitteleuropa die überall vorhandene Wärme des Erdinneren. Geothermie wird dabei genutzt, um Flüssigkeit zu erwärmen. Ab ca. 10 m Tiefe herrschen bereits über das Jahr hinweg unveränderlich etwa 14 Grad Celsius, ab 1-2 Metern schon 5 Grad Celsius. Die Temperatur steigt mit zunehmender Tiefe um ca. 28-40 Grad pro 1000m an. Das hört sich nicht viel an, jedoch muss man bedenken, dass Erdwärme z.B. im Gegensatz zu einem kurzfristig heiß Verbrennenden Stück Kohle praktisch unendlich vorhanden ist. Man kann also beliebige Mengen von Wasser auf diese Temperatur erwärmen. Es muss jedoch immer noch zusätzlich Energie zugeführt werden, um den Kompressor zu Betreiben. Geothermie in dieser Form ist also keine alleinstehende Lösung. Die Energieersparnis ist jedoch immens. Die Funktion entspricht dabei einem umgekehrten Kühlschrank. Dabei muss der Kompressor nur noch relativ wenig Arbeit leisten, um das Wasser auf die Brauchtemperatur zu erhitzen. Die Bohrungen sind i.d.R. bis 100m tief. Jedoch gibt es die verschiedensten Lösungen. Es wird geschätzt, dass die Erde das 2,5-fache der von der Menschheit z.Zt. benötigten Energiemenge in den Weltraum abstrahlt.

Photovoltaik erzeugt elektische Spannung, die als Strom in ein Stromnetz eingespeist werden kann, oder z.B. mittels Elektrolyse für die Herstellung von Wasserstoff genutzt werden kann.

Sonnenwärme kann für die Bereitstellung von Warmwasser genutzt werden. Oder mittelbar über die Erhitzung von Wasser und dadurch betriebene Turbinen Strom bereitstellen. Ebenso kann aus Sonnenwärme Windkraft erzeugt werden, welche in Aufwindkraftwerken zum Betreiben von Generatoren dient. Der Strom kann in ein Stromnetz eingespeist werden oder z.B. ebenfalls zur Herstellung von Wasserstoff genutzt werden.

Windkraft erzeugt ebenfalls Strom, der über ein Stromnetz abtransportiert wird oder vor Ort zum Herstellen von Wasserstoff genutzt werden kann. Auch können direkt z.B. mechanische Wasserpumpen u.a. betrieben werden.

Ausgewählte Kohlenwasserstoffe:

Methan: CH4
Ethan: C2H6
Propan: C3H8
Butan: C4H10

Methanol: CH30H
Propylen(Propen): C3H6
Butylen(Buten): C4H8
Biomasse wird duch Pflanzen oder Tiere produziert. Sie kann zur direkten Herstellung von Wasserstoff genutzt werden. Ebenfalls kann Biogas hergestellt werde, bei dem Wasserstoff nicht die entscheidende Rolle spielt. Biogas enthält zu 50-75% Methan (CH4), daneben im Wesentlichen CO2, Dampf, Ammoniak, Schwefelwasserstoff und Sauerstoff. Es kann aus Proteinen, Fetten und Kohlenhydraten gewonnen werden. Die Ausgangamaterialien reichen von Stroh über Küchenabfällen bis Gülle, die zur aneroben Vergärung genutzt werden. Biomasse sind auch Treibstoff in Form von Pflanzenöl oder Holz als Brennstoff.

Wasserkraft ist letztendlich wie die anderen Formen auch umgewandelte Sonnenenergie. Mit Generatoren wird Strom erzeugt, der in ein Stromnetz eingespeist wird oder zur Herstellung von Wasserstoff genutzt werden kann. Wasserkraft besteht in Form von Gefälle von Flüssen, Wellen, Gezeiten- und Meeresströmungen.

Wasserstoff

Wasserstoff ist keine Energiequelle. Es ist nur der Träger. Wenn z.B. die Primärenergie Sonnenstrahlung in die Sekundärenergie Stom umgewandelt wurde, kann diese Energie in Form von Wasserstoff gespeichert werden. Ebenso geschieht dies bei der Vergasung von Biomasse. Wasserstoff dient zur Speicherung und zum Transport der Sekundärenergie.

Wasserstoff selbst ist frei von Kohlenstoff, wodurch bei seiner Verwendung fast nur Wasserdampf ensteht. Dies ist ein wichtiger Unterschied z.B. zu Methanol, mit dem heute bereits viele Brennstoffzellen arbeiten. Für die Produktion von Wasserstoff gibt es entgegen der landläufigen Meinung nicht nur die Möglichkeit der Hydrolyse durch elektischen Strom. Eine weitere Möglichkeit ist die Vergasung von Biomasse oder auch fossiler Energieträger. Der große Vorteil hierbei ist, dass CO2 an einer Stelle in konzentierter Form anfällt. Dies eröffnet die Möglichkeit, das CO2 einer weiteren Verwendung zuzuführen, anstatt es in die Atmosphäre zu entlassen. Bei der Vergasung von Biomasse aus der Landwirtschaft fällt natürlich nur soviel CO2 an, wie zuvor durch die Pflanzen aufgenommen wurde. Das Verfahren wäre so gesehen also bereits CO2-neutral. Eine weiter Möglichkeit zur Produktion von H2 sind z.B. bestimmte Algenarten, die direkt Wasserstoff abgeben.

Der Vorteil der Verwendung von Wasserstoff liegt gerade auch in seiner Bedeutung für die regenerativen Energiequellen. Mittels Wasserstoff als Speicher können so die zeitlichen Unterschiede zwischen schwankender Menge in der Energie-Produktion und dem tatsächlichen Energie-Bedarf ausgeglichen werden. Die durch unterschiedlich starke Winde oder Sonneneinstrahlung gewonnene Energie steht somit genau dann zur Verfügung, wenn sie am meisten gebraucht wird.

Zur Speicherung von Wasserstoff kann dieser per Tiefgekühlung verflüssigt werden (LH2, liquid H2) oder komprimiert werden (GH2). Ebenso wird an Verfahren gearbeitet, Wasserstoff zwecks Speicherung an Metallen zu binden.

Einlagerung von CO2

Seit mindestens 650 Millionen Jahren war der CO2-Gehalt der Atmosphäre nicht so hoch wie er heute durch die Menschheit verursacht ist. Dabei lag der bisherige CO2-Pegel durchgehend unter 300 ppm (Teile pro Millionen). Bei einer Fortschreibung dieser Entwicklung auf die nächsten 50 Jahre sind die Effekte gar nicht mehr abzusehen. Es ist also ganz klar, dass die Menschheit (1) erstens eine Energiewirtschaft betreiben muss, die nachhaltig und klimaschonen ist, (2) zweitens CO2 aus der Atmosphäre wieder entfernen muss und (3) drittens trotzdem höchstwahrscheinlich weitere Maßnahmen gegen den nicht sofort endenden Treibhauseffekt unternommen werden müssen.

Es ist also absehbar, dass ein zukünftiges CO2-neutrales Verhalten bereits nicht mehr ausreicht, um das Fortbestehen und die Lebensqualität der meisten Menschen zu sichern, da die Entwicklungen nicht ohne Zeitverzögerung aufzuhalten oder gar umzukehren sind. Wie fatal ist daher die Ignoranz des öffentlichen Bewußtseins und der Entscheidungsträger gegen dieses Problem. Wie fatalistisch erscheint einem die Zukunft, wenn man sieht, wie weit wir noch von dem ersten Punkt entfernt sind. Wissenschaftler arbeiten heute bereits an Szenarien, bei denen z.B. mit Schwefel gefüllte Ballons oder Raketen in die höheren Schichten der Atmosphäre gebracht werden, um in Form einer Partikelschicht die Sonneneinstrahlung schon in diesen Schichten abzufangen. In abgeschwächter Form aber ganz entsprechend wie nach einem großen Vulkanausbruch, nach einem vernichtenden Meteoriteneinschlag oder dem sogenannten nuklearen Winter. Und diese Szenarien sind keine Hingespinste realitätsfremder Spinnner, sondern resultieren daraus, dass gewisse Wissenschaftler ihren geistigen Horizont weiter legen als engstirnige Politiker, Staaten oder das beschränkte öffentliche Bewußtsein.

Wasserstoff kann auch beim zweiten Schritt, der Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre einen Beitrag leisten. Bei der Herstellung von Wassestoff aus Biomasse fällt Kohlendioxyd in konzentrierter Form an. Egal ob es sich um Biomasse aus dem lebenden Kreislauf handelt oder um fossile Brennstoffe. Ebenso fällt natürlich auch jetzt schon bei der Verbrennung fossiler Energieträger CO2 an. Dieses CO2 kann abgefangen und gespeichert werden.

Das CO2 trägt ja Kohlenstoff, welcher später für die Produktion von verschiedenen Materialien bis hin zur Produktion von Eiweiß genutzt werden kann.

Solare Wasserstoffwirtschaft

Der Begriff Solare Wasserstoffwirtschaft bedeutet, dass der gesamte Umgang mit Energie von ihrer Gewinnung über Speicherung und Transport bis hin zur Verwendung entsprechend dem Energieträger Wasserstoff und seiner nachhaltigen Produktion gestaltet wird. Dies bedeutet u.a. den Trend hin zur Dezentralisation, weshalb diese Entwicklung von großen Konzernen und andern Interessen nicht unterstützt und somit unterdrückt wird. So könnte z.B. das bereits an vielen Orten vorhandene Erdgasnetz schrittweise in ein Wasserstoffnetz umgebaut werden, indem schrittweise der bereits auch jetzt schon vorhandene Wasserstoffanteil erhöht wird. Mit Unterdrückung der Entwicklung ist keine Verschwörungstheorie gemeint, sondern die heute bestehende Anatomie unserer Energiewirtschaft erlaubt es gar nicht, andere Wege zu gehen als die, welche von den Energiekonzernen bewußt gewählt werden oder von der Politik mit Nachdruck eingefordert werden. Da das Bewußtsein und der Konsens über die zwingende Notwendigkeit einer solaren Wasserstoffwirtschaft gar nicht vorhanden ist, kann sie sich nicht entwickeln. Auch hier wieder scheint die Entwicklung den realen Notwendigkeiten nicht gerecht zu werden.

- www.openh2.de/h2
- www.bio-wasserstoff.de
- www.bio-wasserstoff.info

Ulrich Hung 2007-10-15

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