Das Nachhaltigkeitsprinzip und seine vielfältigen Anwendungen

Inhalt

1 Nachhaltige Gesellschaft

2 Das Nachhaltigkeitsprinzip

3 Die Zukunft der Energie – Sauberer Strom aus
3.1 der Sonne
3.2 Wind

4 Energiespeicher – Notwendige Unterstützung sauberer Kraftwerke
4.1 Mechanische Energiespeicher
4.2 Wärmespeicher
4.3 Chemische Speicher

5 Wertvoller Müll

6 Nachhaltige Nahrungsmittelproduktion

7 Nachhaltige Zukunft

8 Literaturverzeichnis

1 Nachhaltige Gesellschaft

„What have we done to the world?

Look what we've done

What about all the peace

That you pledge your only son? “

Die Frage, was „die Menschheit der Erde angetan hat“, wurde 1995 von Michael Jackson in seinem Lied „Earth Song“ gestellt. Angesichts der drohenden Klimaerwärmung und dem daraus resultierenden steigenden Meeresspiegel, durch den Klimawandel verursachte Naturkatastrophen, wie Hurrikan Sandy in New York, sowie die immer knapper werdenden Ressourcen unseres Planeten, Kohle wie Öl und in Zukunft wahrscheinlich auch sauberes Wasser, ist diese Frage 15 Jahre nach Veröffentlichung des Liedes in der Gesellschaft und Politik zu einem wichtigen Thema geworden. Der nachhaltige Umgang mit den Ressourcen der Erde sowie die Vermeidung von Schäden am Ökosystem stellt aktuell eine der größten Herausforderungen dar, mit denen sich die Gesellschaft befassen muss.

Spätestens seit der nuklearen Katastrophe im japanischen Kernkraftwerk Fukushima Daiichi im März 2011 ist die Erzeugung sauberer und nachhaltiger Energie in Europa und insbesondere in Deutschland in den Vordergrund gerückt. Der Energiebedarf Deutschlands soll in Zukunft ausschließlich von regenerativen und ökologisch unbedenklichen Sonnen- oder Windkraftwerken gedeckt, der Anteil von Energie aus Kohle-, Öl- und Kernkraftwerken soweit es geht reduziert werden. Des Weiteren sollen bis 2022 alle Kernkraftwerke abgeschaltet und z.B. durch neue Windparks (Offshore wie Onshore) ersetzt werden (vgl. Beschlüsse des Energiewendepakets 2011). Das Prinzip der Nachhaltigkeit bestimmt somit aktuell die Zukunft der Energieerzeugung und die dafür nötigen Änderungen und Neuerungen werden vielerorts von Politikern und Experten diskutiert.

Das Prinzip der Nachhaltigkeit ist aber nicht nur auf die Frage nach ökologisch unbedenklicher Energie beschränkt; nahezu jegliches (wirtschaftliches) Handeln lässt sich unter Beachtung des Nachhaltigkeitsprinzips hinterfragen und bei Bedarf und Notwendigkeit optimieren. Aufgrund der Aktualität sollen im Rahmen dieser Hausarbeit das Nachhaltigkeitsprinzip kurz erläutert und anschließend sowohl neue Ansätze zur sauberen Energiegewinnung vorgestellt als auch der Blick auf Anwendungsfelder des Nachhaltigkeitsprinzips abseits der Energiegewinnung erweitert werden. Besonders in der Lebensmittelproduktion bieten sich viele Möglichkeiten, wo sich das Nachhaltigkeitsprinzip erläutern und vor allem auch als Privatverbraucher anwenden lässt. Während die von der Bundesregierung geforderte Energiewende hauptsächlich die entsprechenden Energiekonzerne betrifft, gibt es im Alltag noch weitere Möglichkeiten, wie Verbraucher einen Beitrag zum nachhaltigen Umgang mit den Ressourcen der Erde leisten können.

2 Das Nachhaltigkeitsprinzip

„Gott segnete sie und Gott sprach zu ihnen: Seid fruchtbar und vermehrt euch, bevölkert die Erde, unterwerft sie euch und herrscht über die Fische des Meeres, über die Vögel des Himmels und über alle Tiere, die sich auf dem Land regen. Dann sprach Gott: Hiermit übergebe ich euch alle Pflanzen auf der ganzen Erde, die Samen tragen, und alle Bäume mit samenhaltigen Früchten. Euch sollen sie zur Nahrung dienen. […] Gott sah alles an, was er gemacht hatte: Es war sehr gut.“ (Gen. 1, 28-31).

In den Schöpfungsberichten liegt der Ausgangspunkt kirchlicher Beiträge zu nachhaltiger Entwicklung. Sowohl der erste als auch der zweite Schöpfungsbericht fordern den geschaffenen Menschen auf, die Erde als Raum des geschenkten Lebens anzusehen und diesen Raum in Ehrfurcht und Verantwortung nicht nur zu bebauen, sondern ihn auch zu bewahren (vgl. Vogt 2007, S. 9). Der Mensch soll sich um die Erde sorgen und erhalten; Pflanzen und Tiere sind Mitgeschöpfe des Menschen und besitzen schon allein deshalb einen Wert jenseits ihres unmittelbaren Nutzens als Nahrungsquelle oder Arbeitskraft in der Landwirtschaft. Ebenso verpflichtet nicht zuletzt die Struktur des christlichen Glaubens zu einem praktischen Umweltengagement. Der christliche Glaube will nicht bloß eine dogmatische und abstrakte Wahrheit sein, sondern „eine Wahrheit mit praktischer und gemeinschaftsbildender Bedeutung“ (Vogt 2007, S. 10). Trotzdem ist der Begriff der Nachhaltigkeit in seiner heutigen Bedeutung vergleichsweise neu. Erste Verwendungen des nachhaltigen Wirtschaftens gehen auf ökonomische Lehren des 18. Jahrhunderts zurück, allerdings fand der Begriff des Nachhaltigkeitsprinzips in seiner ganzen Tragweite erst 1992 nach der 2. Weltumweltkonferenz der UN in den politischen Sprachgebrauch und ist erst zu Beginn des 21. Jhrds. vor allem angesichts der Energiewende fast inflationär in den politischen Diskussionen zu finden (vgl. Vogt 2007, S. 3). Sowohl umweltökonomische, ökologische als auch ethische Gedanken haben ihren Beitrag zur heutigen Bedeutung geleistet; (nachwachsende) Ressourcen dürfen nicht übermäßig beansprucht werden, sodass keine natürliche Regeneration mehr möglich ist. Die Zinsen sollen anstatt des Kapitals verbraucht werden oder allgemein: der Umgang mit Systemen muss so gestaltet werden, dass sich diese selbst regenerieren können (vgl. Vogt 2007, S. 3-5). Die ökonomischen, ökologischen und sozialen Folgerungen aus dem Nachhaltigkeitsprinzip sind sehr weitreichend und über verschiedene Ebenen vernetzt; eine ökonomische Anwendung des Nachhaltigkeitsprinzips auf eine Situation zieht ökologische und soziale Folgen nach sich, ebenso hat eine Anwendung des Nachhaltigkeitsprinzips aus ökologischer Sicht Folgen auf die Ökonomie. In der aktuellen Diskussion zu einem nachhaltigen Umgang mit den Ressourcen der Erde, wird sich eine Position alleine daher nicht durchsetzen können. Ein Kompromiss muss gefunden werden. Die Problematik liegt nun darin, den optimalen Kompromiss für das Leben jedes einzelnen zu finden.

3 Die Zukunft der Energie – Sauberer Strom aus...

Der jährliche Energieverbrauch steigt an; nicht nur in Deutschland, die gesamte Welt braucht immer mehr Energie. Beträgt er aktuell 16 Terawatt, so wird sich der Bedarf nach aktuellen Schätzungen in den nächsten 40 Jahren verdoppeln. Besonders die (ehemaligen) Schwellenländer wie China werden für ihre wachsende Industrie immer mehr Strom brauchen (vgl. Müller 2011b, S. 72). Befasst man sich mit der Frage, wie der Strom in Zukunft produziert werden soll, bieten sich einem viele verschiedene Ansätze. Energie aus Sonne, Wind und Wasser sind dabei die aktuell vielversprechendsten Möglichkeiten, jedoch scheitert man bisher daran, die zur Verfügung stehende Energie effektiv zu nutzen und in Strom zu wandeln; lediglich ein geringer Prozentteil der theoretisch möglichen Energie wird z.B. in Solarkraftwerken in den Photovoltaikanlagen auch wirklich umgesetzt. Aber auch andere Ansätze zur Energiegewinnung aus Biotreibstoffen, hergestellt aus Zuckerrohr oder Mais, bieten noch nicht das Energiepotential fossiler Brennstoffe und sind darüber hinaus ethisch fragwürdig, wenn man die Nahrungsmittelsituation in der Welt betrachtet. Zwar behaupten Befürworter der Biotreibstoffe, dass es sich dabei um ein ökologisches Wunder handele und führen neben dem Klimaschutz und der Unabhängigkeit von Erdöl auch die Einkommenssicherheit der beteiligten Bauern an, allerdings lassen sich Schwankungen der Nahrungsmittelpreise mittlerweile auf die Biospritproduktion zurückführen (vgl. Schuh 2012, S. 29). Auch wenn die Energiewende in Deutschland beschlossen ist, werden zumindest für die nächsten Jahre die Energiekonzerne ihre Kohlekraftwerke noch weiter betreiben müssen, um den Grundlastbedarf zu decken (vgl. Müller 2011a, S. 69).

Neben dem Problem der Energiegewinnung ist auch die ständige Verfügbarkeit von genügend Energie eine Frage, die parallel mit der Energiewende diskutiert werden muss. Kohle-, Gas- und Kernkraftwerke können bei Bedarf (z.B. in Ferienzeiten) die ins Netz gespeiste Energie verringern aber auch kurzfristig erhöhen, um Energiespitzen und den damit verbundenen höheren Energiebedarf zu decken. Diese Möglichkeit bietet Strom aus regenerativen Quellen vorerst nicht; Solarkraftwerke sind darauf angewiesen dass die Sonne scheint und produzieren daher nachts überhaupt keinen Strom. Windkraftwerke sind auf genügend Wind angewiesen, müssen bei zu starkem Wind aber aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden. Ebenso sind Wasserkraftwerke durch die vorhandene Wassermenge in ihrer Energiegewinnung begrenzt. Somit ist bei der Energiewende nicht nur auf die Umstellung auf regenerative Energien zu achten, auch die Frage nach der (Zwischen-)Speicherung ist zu bedenken. Dafür stehen jetzt schon verschiedene Möglichkeiten von Stromspeichern bereit, allerdings können diese den gespeicherten Strom nur zu einem geringen Anteil wieder zur Verfügung stellen. Im Folgenden sollen aktuelle Forschungsprojekte zu regenerativen Energien vorgestellt werden. Dabei wird der Schwerpunkt auf die in Deutschland am häufigsten vorkommenden regenerativen Energien, Solarkraftwerke und Windräder, gelegt. Daran anschließend werden verschiedene Möglichkeiten der Speicherung diskutiert und ein im Rahmen dieser Hausarbeit möglicher Ausblick für die Zukunft gegeben.

3.1 der Sonne

Solarenergie ist die in Deutschland am meisten geförderte regenerative Energie. In der Bevölkerung ist sie so beliebt wie keine andere Form der Stromerzeugung und auch das Vertrauen in diese Form der Stromerzeugung ist so hoch wie bei keiner anderen Form (vgl. Müller 2011a, S. 69). Gerade widersprüchlich erscheint es da, dass die Technik, die hinter den Solarzellen steckt, die Solarenergie zur teuersten regenerativen Energiequelle macht. Auch ist die Klimabilanz von Solaranlagen noch nicht positiv; keine der deutschen Photovoltaikanlagen hat bisher Kohlendioxid eingespart, da bei der Herstellung der notwendigen Module sehr viel Energie verbraucht wird. Dazu kommt die Verwendung seltener Erden, die immer aufwendiger gefördert werden müssen und deren Vorkommen mit der Zeit schwinden werden. Dieser Aufwand ist erst nach mehreren Jahren Betriebszeit, verbunden mit sauberer Stromproduktion, ausgeglichen (vgl. Müller 2011a, S. 71). Die Gründe, weshalb gerade Deutschland in der Photovoltaik eine Vorreiterrolle mit einer Gesamtleistung von 17 Gigawatt aus Solarstrom einnimmt, müssen also woanders liegen. Einerseits führt das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) dazu, dass die Besitzer einer Anlage über den Zeitraum von 20 Jahren eine fixe Einspeisevergütung erhalten; aus wirtschaftlicher Sicht ist der Betrieb einer (hauseigenen) Photovoltaikanlage daher lohnenswert. Eine Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetzes wurde nicht durchgeführt, daher werden auch in Zukunft die Vergütungen weiterhin auf einem hohen Niveau bleiben (vgl. Vorholz 2012, S. 21). Andererseits wird die nötige Technologie bisher größtenteils in Deutschland entwickelt. Forschung im Bereich der Photovoltaik ist lange nur von deutschen Instituten, wie dem Fraunhofer-Institut für solare Energiesysteme in Freiburg, betrieben worden. Erst kürzlich haben andere Länder diesen Markt für sich entdeckt und drängen nun auf diesen (vgl. Müller 2011a, S. 70). Ob die Solarenergie in Zukunft aber konkurrenzfähig bleibt sowie einen ausreichenden Beitrag zur Stromerzeugung leisten kann, hängt von mehreren Faktoren ab. Aktuelle Forschungsprojekte des Fraunhofer Instituts für solare Energiesysteme versuchen, den Wirkungsgrad von Solarzellen mit Hilfe von Lasern zu erhöhen. Die aktuell leistungsfähigsten Solarmodule besitzen einen Wirkungsgrad von lediglich 16%. Diesen Wirkungsgrad zu verbessern, ist eine der Hauptaufgaben, die in den nächsten Jahren von der Forschung angegangen werden muss. Zusätzlich muss die Stromerzeugung mit dem Verbrauch besser abgestimmt werden. Die Leistung von Solarkraftwerken ist stark wetterabhängig; schon leichte Bewölkung reicht aus, um einen Verlust von 50% bei der Stromerzeugung zu verzeichnen. Ein sogenanntes intelligentes Verteilernetz, welches größere elektrische Verbraucher wie Spülmaschinen oder Waschmaschinen nur tagsüber startet, könnte dabei helfen (vgl. ebd., S. 70-71). Allerdings ist die Entwicklung dieser unterstützenden Systeme noch weit zurück, weshalb diese ähnlich stark wie der Ausbau von Solaranlagen unterstützt und forciert werden sollte, damit die Sonnenenergie in Zukunft auch wirklich einen großen Beitrag zur Energiegewinnung in Deutschland bzw. in Europa leisten kann.

Neben der Verbesserung des Wirkungsgrades der Solarzellen mit Lasern gibt es noch andere Ansätze, um leistungsfähigere Solarmodule zu entwickeln. Vielversprechende Ergebnisse werden dabei mit Tandemzellen erzielt. Normale Solarzellen können nur einen Ausschnitt des Wellenlängenspektrums in Strom umwandeln, da eine einzelne Zelle das gesamte Lichtspektrum nicht abdecken kann. Bei einer Tandemzelle werden daher mehrere Zellen übereinander geschichtet, wobei jede Zelle auf eine bestimmte Wellenlänge optimiert wird. Damit können Tandemzellen mehr Energie des Sonnenlichts nutzen und in Strom umwandeln. So erreichte z.B. ein Prototyp einer amerikanischen Firma einen Wirkungsgrad von 43,5%. Mit zu erwartenden Fortschritten in der Nanotechnologie können in Zukunft auch die Herstellungskosten von Tandemzellen gesenkt und diese so auch aus wirtschaftlicher Sicht von den Energiekonzernen gewinnbringend eingesetzt werden (vgl. Müller 2011a, S. 74). Würden die in Deutschland vorhandenen Solaranlagen diese Tandemzellen verwenden, so könnten 70% des deutschen Strombedarfs gänzlich mit Solarenergie abgedeckt werden. Zusätzlich zu den Tandemzellen, wird an der ETH Zürich nach Möglichkeiten geforscht, die Energie der nicht nutzbaren (weil zu kurzer) Lichtwellen zu nutzen. Treffen diese Lichtwellen auf das Solarmodul, besitzen die entstehenden Elektronen mehr Energie, als durch die Leiterbahnen des Moduls aufgenommen werden kann. Diese Energie wird daher in Form von Hitze abgegeben, die Solarmodule heizen sich auf. Wird diese Wärmeenergie auch noch zugänglich für die Stromerzeugung gemacht, können die Wirkungsgrade von Solar- bzw. Tandemzellen auf 66% gesteigert werden (vgl. ebd., S. 75). Zusätzlich zu Verbesserungen in der Fertigung der Solarmodule ist auch der Standort der Solaranlagen von Bedeutung. Unabhängig vom Neigungswinkel sowie der Möglichkeit, die Solarmodule dem Stand und Lauf der Sonne anzupassen, produzieren Solaranlagen in sonnenreicheren Gegenden mehr Strom. Gerade Deutschland ist mit 1550 Sonnenstunden pro Jahr für flächendeckende Solarkraftwerke offensichtlich nicht so gut geeignet wie etwa Spanien, Kalifornien oder die Wüsten Nordafrikas.

Zusätzlich zur Stromgewinnung aus Solarmodulen ist der Ansatz der thermischen Photovoltaik für die Zukunft vielversprechend. In der thermischen Photovoltaik wird die Photovoltaik zusammen mit der Solarthermie zu einem System kombiniert, weshalb sich mehrere Möglichkeiten ergeben, die gewonnene Energie zu nutzen und vor allem auch zu speichern. Das 2008 in Südspanien erbaute solarthermische Kraftwerk Andasol 1 besteht aus vielen Parabolspiegeln, die auf einer Fläche von ca. 2 Quadratkilometern das eingefangene Sonnenlicht konzentriert auf mit Öl gefüllte Rohre lenken. Dadurch wird das Öl auf 400 Grad Celsius erhitzt und kann damit eine Dampfturbine betreiben. Da das Kraftwerk Andasol 1 mit einem zusätzlichen Salzspeicher ausgestattet ist, kann die gewonnene Wärme auch für einen größeren Zeitraum gespeichert und später für die Stromgewinnung abgegeben werden. Diese Technik wäre also in der Lage, überschüssigen Strom zu speichern und bei Bedarf (etwa bei Stromspitzen) kurzfristig abgeben zu können; damit könnten solarthermische Kraftwerke die Aufgabe übernehmen, die Grundlast abzudecken (vgl. Müller 2011a, S. 77).

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