Die Option regenerativer Energieträger: Der REG-Pfad in der DLR-Studie

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Vorbemerkung

2 Einleitung
2.1 Treibhauseffekt
2.2 Atomenergie

3 Regenerative Energieträger
3.1 Wasser
3.2 Wind
3.3 Biomasse
3.4 Sonnenlicht
3.5 Geothermie

4 Effiziente Energienutzung
4.1 Kraft-Wärme-Kopplung
4.2 Blockheizkraftwerk

5 Der REG-Pfad
5.1 Begriff des Pfades
5.2 Inhalt des REG-Pfades
5.3 Finanzierbarkeit des REG-Pfades

6 Zusammenfassung

7 Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Vorbemerkung

Um die DLR-Studie „Strategien für eine nachhaltige Energieversorgung“ inhaltlich darstellen zu können, werden zunächst die Voraussetzungen dafür geschaffen: Die Notwendigkeit der regenerativen Energien, eine Auswahl regenerativer Energieträger sowie Methoden zur effizienten Energienutzung sollen den Leser in das Thema einführen. Dadurch werden die Thesen der Studie verständlicher.

2 Einleitung

„Bereits vor meinem Flug wußte ich, daß unser Planet klein und verwundbar ist. Doch erst als ich ihn in seiner unsagbaren Schönheit und Zartheit aus dem Weltraum sah, wurde mir klar, daß der Menschheit wichtigste Aufgabe ist, ihn für künftige Generationen zu hüten und zu bewahren.“^[1]

Sigmund Jähn, DDR-Kosmonaut

Die heutige Energieversorgung durch fossile Energieträger wie Öl (39,5%), Kohle (25,4%) und Gas (21,6%) sowie durch die Atomenergie (12,1%)^[2] bringt vielfältige Probleme mit sich. Treibhauseffekt und radioaktive Verstrahlung haben auf unseren Planeten unübersehbar negative Auswirkungen. Wenn wir den kommenden Generationen die Erde so hinterlassen wollen, wie wir sie heute kennen, dann ist es dringend erforderlich, daß wir der zerstörerischen Art der Energiegewinnung von heute möglichst rasch ein Ende setzen und sie durch eine umwelt-, wirtschafts- und sozialverträgliche Energiegewinnung ersetzen.

2.1 Treibhauseffekt

Ein Treibhaus in der Landwirtschaft zeichnet sich dadurch aus, daß es durch einfallendes Sonnenlicht aufgeheizt wird: Das Licht passiert die Glaswände des Treibhauses, wird von den Pflanzen durch Absorption eines Teils der Energie in längerwellige Wärmestrahlung gewandelt und kann nun das Glashaus nicht mehr verlassen. Dadurch heizt sich das Innere des Treibhauses auf. Das gleiche geschieht seit Jahrmilliarden in der Atmosphäre. Hier übernehmen Gase wie Kohlendioxid (CO2), Ozon (O3) und Wasserdampf (H2O) die Funktion der Glaswände. Dieser natürliche Treibhauseffekt ermöglicht erst das Leben auf der Erde, ohne ihn läge die mittlere globale Oberflächentemperatur statt bei +15 °C nur bei -18 °C.^[3]

Zum natürlichen Treibhauseffekt kommt der anthropogene, also menschgemachte künstliche Treibhauseffekt hinzu. Dieser entsteht u.a. dadurch, daß der Mensch durch Verbrennungsprozesse zusätzliches CO2 in die Atmosphäre einbringt. Hauptemittent von CO2 in Deutschland ist die Energiewirtschaft mit 38% aller deutschen CO2-Emissionen^[4]. Global betrachtet trägt CO2 zu 60% zum künstlichen Treibhaus­effekt^[5] bei, er kann bereits heute mit einer Temperaturerhöhung von 0,5 °C während der letzten 100 Jahren beziffert werden.^[6] Für die nächsten 100 Jahre sagte 1990 das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) eine Erwärmung um 2,5 °C (Spanne zwischen 1,5 °C und 4,5 °C) voraus, wenn der Mensch weltweit weiterhin in dem Maße Treibhausgase emittiert wie bisher.^[7] Die Folgen sind bereits heute sichtbar: starke Zunahme von Unwetterkatastrophen, Wüstenausbreitung, abschmelzende Polkappen. Dieser Trend wird sich bei der prognostizierten Erwärmung noch verstärken und dadurch vielfältige ökonomische, ökologische und soziale Probleme schaffen. Deshalb fordert das IPCC von den Industrieländern eine Verringerung der CO2-Emission um 60% bis 80% bis zum Jahr 2050. Daraus läßt sich das „Kohlenstoffbudget“ berechnen, also die Kohlenstoffmenge aus fossilen Quellen, die weltweit noch verbrannt werden darf, um eine Temperaturerhöhung von mehr als 1 °C während der nächsten 100 Jahre zu vermeiden. Bei einer solchen Temperaturerhöhung würden laut UN keine drastischen Klimaänderungen eintreten. Das Kohlenstoffbudget beträgt 225 Mrd. t fossilen Kohlenstoffs, der bis zum Jahr 2100 freigesetzt werden darf. Heute ist jedoch bereits die vierfache Menge dessen in Form von Öl, Kohle und Gas wirtschaftlich erschließbar. Das bedeutet, daß beim heutigen Trend das Kohlenstoffbudget in 30 bis 40 Jahren erschöpft sein wird.^[8] Wir können es uns jedoch weder leisten, innerhalb einer Generation das gesamte Kohlenstoffbudget zu verbrauchen, noch die gesamten heute bekannten fossilen Ressourcen zu verbrennen und damit das Klima zu gefährden. Die anthropogenen Treibhausgas-Emissionen müssen also drastisch gesenkt werden, um eine Klimakatastrophe zu vermeiden oder zumindest diese zu minimieren.

2.2 Atomenergie

Die Atomenergie wird in Deutschland seit 1961 zur Energieerzeugung eingesetzt. Die ökologischen Probleme der Atomenergienutzung sind vielfältig und sollen hier nur kurz angesprochen werden:

- Der Uranerzabbau führt zu enormen Mengen radioaktiven Abraums. Die Uranbergwerksarbeiter sowie die Anwohner sind also einer ständigen Bestrahlung ausgesetzt, mit allen bekannten Gesundheitsfolgen wie Krebs und Mißgeburten. „Allein die Wismut-Uranminen in der ehemaligen DDR [...] hinterließen 320 Mio. m3 Abfallgestein sowie knapp 200 Mio. m3 giftige und hochradioaktive Aufbereitungsrückstände.“^[9]
- Beim Betrieb eines Atomkraftwerks (AKW) treten ständig radioaktive Partikel aus. Auch bei Störfällen wird Radioaktivität frei. Dies führt zu einer schleichenden Verstrahlung. So ist die Leukämierate bei Kindern im Umkreis des AKW Krümmel (bei Hamburg) ca. siebenmal so hoch wie im Bundesdurchschnitt.^[10]
- Radioaktiver Müll wird in Langzeitzwischenlagern wie Ahaus oder Gorleben eingelagert. Jedoch ist weltweit bis heute kein Endlager gefunden, das den Atommüll für die nächsten Jahrmillionen sicher von der Biosphäre abschirmt.
- Abgebrannte Brennelemente werden meist der sogenannten Wiederaufarbeitung (WA) zugeführt. Beim WA-Prozeß verzwanzigfacht^[11] sich das Volumen des radioaktiven Mülls. Die WA-Anlagen Sellafield (England) und La Hague (Frankreich) sind für die mehrere 1.000fache Verstrahlung der Irischen See und des Ärmelkanals verantwortlich.^[12]
- Der größte anzunehmende Unfall (GAU) ist nicht erst seit der Katastrophe von Tschernobyl im April 1986 eine ernstzunehmende Gefahr. Auch alte deutsche AKW wie Stade (bei Hamburg) oder Obrigheim (bei Heilbronn) können jederzeit auf Grund von Materialermüdungen am Druckbehälter explodieren, weite Teile Deutschlands radioaktiv verseuchen und vielen Menschen das Leben kosten.

Der Ausstieg aus der Atomenergie ist angesichts all dieser Probleme dringend nötig und in Deutschland bis zum Jahr 2005 möglich.^[13]

3 Regenerative Energieträger

Die notwendige drastische Verringerung der CO2-Emissionen um 60% bis 80% bis 2050 und der Atomausstieg bis zum Jahr 2005 haben zur Folge, daß über kurz oder lang große Energiemengen auf andere Weise als durch Verbrennung fossiler Rohstoffe oder durch Urankernspaltung erzeugt werden müssen. Dabei bieten sich die alternativen Energieträger an, die fast alle direkt oder indirekt auf der schier unendlichen Energieabgabe der Sonne beruhen. Sie sind im Betrieb CO2-neutral, bergen keine atomarene Risiken, werden seit altersher ohne nachteilige Auswirkungen eingesetzt und ihre Nutzung ist inzwischen auf einem hohen technischen Niveau angelangt. Nachfolgend werden die wichtigsten vorgestellt. (Zur Vergleichbarkeit der Zahlenangaben: Primärenergieverbrauch weltweit: 100.000 TWh/a^[14] ; Primärenergieverbrauch in Deutschland: 4.000 TWh/a^[15] ; Leistung AKW Neckarwestheim: 1 GW)

3.1 Wasser

Der Energieträger Wasser wird in allen Anwendungsbereichen als kinetisches Medium eingesetzt: Die Flüssigkeit strömt mit hoher Geschwindigkeit durch eine Turbine, die die kinetische Bewegungsenergie Ekin in Rotationsenergie Erot wandelt. Der angeschlossene Generator wandelt Erot in elektrische Energie Eel. Der Wirkungsgrad h liegt bei 90%.^[16] Die Anwendungsbereiche sind unterschiedlich:

- Flußlaufkraftwerk: Ein Flußlaufkraftwerk zeichnet sich durch eine geringe Fallhöhe aus und wird wegen des nahezu konstanten Wasserdurchsatzes und der damit verbundenen konstanten Energieabgabe gerne in die Strom-Grundlastversorgung eingebunden. Ein Flußlaufkraftwerk an einem mittelgroßen deutschen Fluß mit einer Leistung von ca. 7 MW erzeugt etwa 0,04 TWh/a^[17].
- (Pump-)Speicherkraftwerk: Dieser Wasserkraftwerkstyp besteht aus einem Stausee, einem Fallrohr, einer Turbine und einem Generator. Das Wasser hat im Stausee zunächst potentielle Energie Epot, diese wird im Fallrohr in Ekin umgewandelt. Da auf Grund der großen Fallhöhe (25 m bis 2000 m) die kinetische Energie des Wassers beim Auftreffen auf die Turbinenschaufeln größer ist als beim Flußlaufkraftwerk, ist auch die Energieabgabe von Speicherkraftwerke größer. Bei einem Pumpspeicherkraftwerk wird Wasser aus einem unteren Staubecken mit billigerem Nachtstrom in den höhergelegenen Stausee zurückgepumpt, um dann tagsüber teureren Tagstrom produzieren zu können. Allerdings muß der Nachtstrom ebenfalls umweltfreundlich, also regenerativ gewonnen werden.

[...]

^[1] vgl. Kelley (Heimatplanet)

^[2] Stand 1996, vgl. Interministerielle Arbeitsgruppe zur CO2-Reduktion (4. Bericht)

^[3] vgl. Gassmann (Treibhaus Erde), S. 15 ff.

^[4] Stand 1993, vgl. Umweltbundesamt (Umweltdaten), S. 16

^[5] vgl. Gassmann (Treibhaus Erde), S. 29

^[6] vgl. Gassmann (Treibhaus Erde), S. 68

^[7] vgl. Gassmann (Treibhaus Erde), S. 46 und Intergovernmental Panel on Climate Change (Climate Change)

^[8] vgl. Greenpeace (Ölförderung), S. 3

^[9] vgl. Greenpeace (Endlager), S. 4

^[10] vgl. Uni Bremen (Leukämie), S. 3

^[11] vgl. Greenpeace (Atomzeitalter), S. 10

^[12] vgl. Greenpeace (Atomzeitalter), S. 11

^[13] vgl. Greenpeace (Atom-Ausstieg 2005), S. 1-5

^[14] Stand 1993, vgl. Heinloth (Energie und Umwelt), S. 93

^[15] Stand 1993, vgl. Umweltbundesamt (Umweltdaten), S. 8

^[16] vgl. Heinloth (Energie und Umwelt), S. 114

^[17] vgl. Kugeler, Phlippen (Energietechnik), S. 294