Der ökologische Nutzen erneuerbarer Energien. Legitimiert der Nutzen die ökonomische Investition?

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1. Einleitung
1.1. Relevanz nachhaltiger Energiegewinnung für Forschung, Gesellschaft und Schule
1.2. Ziel der Hausarbeit
1.3. Vorgehensweise

2. Erneuerbare Energien
2.1. Grundgedanken
2.2. Unterscheidung der verschiedenen Systeme erneuerbarer Energie
2.2.1. Solar
2.2.2. Wasserkraft
2.2.3. Windkraft
2.2.4. Biomasse
2.2.5. Geothermie
2.3. Anwendung
2.4. Kosten

3. Konventionelle Energien
3.1. Grundgedanken
3.2. Unterscheidung der verschiedenen Systeme konventioneller Energiegewinnung
3.2.1. Steinkohle
3.2.2. Braunkohle
3.2.3. Erdgas
3.2.4. Torf
3.2.5. Erdöl
3.3. Anwendung
3.4. Kosten

4. Chancen und Risiken beider Energiegewinnungsmöglichkeiten

5. Fazit

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Anstieg der CO2 Konzentration in der Atmosphäre als Funktion der Zeit in

Abhängigkeit der energiebedingten CO2-Emissionen (Stieglitz & Heinzel, 2012, S. 4)

Abbildung 2: Jahresverlauf von Wasserkraft und Windenergie (Windkraft Simonsfled AG)

Abbildung 3: Anbau nachwachsender Rohstoffe in Deutschland (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe)

Abbildung 4: Energiebereitstellung aus erneuerbaren Energieträgern (2019) (Umweltbundesamt, 2020)

Abbildung 5: Anteil erneuerbarer Energien am Bruttostromverbrauch, am Endenergieverbrauch für Wärme und Kälte sowie am Endenergieverbrauch im Verkehrssektor (Umweltbundesamt, 2020)

Abbildung 6: Anteil erneuerbarer Energien am Bruttoendenergieverbrauch (Umweltbundesamt, 2020)

Abbildung 7: Stromgestehungskosten für erneuerbare Energien und konventionelle Kraftwerke an Standorten in Deutschland im Jahr 2018 (Energie-Experten)

Abbildung 8: Entwicklung der Stromerzeugungskapazitäten aus Braunkohlen entsprechend dem Kohleausstiegsgesetz (Umweltbundesamt, 2020)

Abbildung 9: Kraftwerksleistung in Deutschland (Umweltbundesamt, 2020)

Abbildung 10: UBA-Empfehlung zu den Klimakosten (Umweltbundesamt, 2020)

1. Einleitung

1.1. Relevanz nachhaltiger Energiegewinnung für Forschung, Gesellschaft und Schule

Wie wird die Erde in einigen Jahren aussehen, wenn die Bevölkerung den Klimawandel nicht auf-hält? Eindeutig ist, dass es aktuell an der Zeit ist, die Energienutzung zu verändern, um schlimmere Folgen zu vermeiden. Vorwiegend die Industrieländer, und somit auch Deutschland, weisen einen höheren Energieverbrauch auf, weil Energie „ein Bestandteil aller Herstellungsprozesse von Wirt-schaftsgütern und Dienstleistungen]" (Stieglitz & Heinzel, 2012) ist und somit „für die industriali-sierten Länder einer der wichtigsten Rohstoffe" (Stieglitz & Heinzel, 2012). In der Praxis werden heutzutage allerdings „nur noch knapp 10% der landwirtschaftlichen Flächen [zur] Produktion nachwachsender Rohstoffe" (Löhle, 1993, S. 11) verwendet.

Die Abbildung 1 (siehe Seite 5) zeigt ebenfalls den Anstieg der CO2-KonzentrationinderAtmosphäre. Die Zeit steht hier in Abhängigkeit zu den energiebedingten CO2-Emissisonen und man kann deutlich erkennen, dass die Konzentration von CO2 in der Atmosphäre analog zu den CO2-Emissionen, die durch die Energienutzung verursacht sind, seit 1950 rapide angestiegen sind.

Die Themen EnergieundNachhaltigkeitsind,besonders im Zuge des voranschreitenden Klimawandels, in den letzten Jahren zu immer bedeutenderen Themen geworden. Seit einigen Jahren beschäftigen sich Forscher mit Möglichkeiten, die Energie-nutzung effizienter und nachhaltiger zu gestalten. Die Forschung für nachhaltige Entwicklung des Bundesministeriums hat angegeben, neben zahlreichen Geldern zur Forschung in anderen Berei-chen zur Nachhaltigkeit, auch „1,5 Milliarden Euro für die Projektförderung der Nachhaltigkeitsfor-schung zur Verfügung" (Bundesministerium für Bildung und Forschung) zu stellen.

Aus diesem Grund sollte eine nachhaltige Nutzung der endlichen Ressourcen im Sinne der Gesell-schaft sein, um das Voranschreiten des Klimawandels zu verlangsamen. Jeder kann in seinem All-tag auf Kleinigkeiten achten und Gewohnheiten ändern. Es kommt nicht darauf an, dass die Ge-sellschaft ihren Lebensstil unverzüglich in jeder Hinsicht ändert, sondern, dass die Menschen für das Thema und die Gefahren sensibilisiert werden und verstehen, worauf es ankommt, nämlich auf ein Umdenken. In der Mehrheit der Fälle haben die Menschen ein falsches Bild zu dem Thema, weil sie nicht gut genug informiert und aufgeklärt sind. Dies gilt es zu ändern, denn Nachhaltigkeit ist Voraussetzung dafür, dass auch Folgegenerationen auf dieser Erde leben können. Mir persönlich ist das Thema Nachhaltigkeit ein sehr wichtiges Anliegen und ich versuche seit geraumer Zeit meinen Lebensstil zu verbessern. Im Zuge dessen fällt mir immer wieder auf, in wie vielen Bereichen ich mein Handeln verbessern kann. Insbesondere die Energienutzung scheint mir ein Themenbereich zu sein, indem es heutzutage genügend nachhaltige Alternativen gibt, weshalb es mir leicht fällt, die Nutzung herkömmlicher Energien drastisch einzuschränken.

Abbildung 1: Anstieg der CO2 Konzentration in der Atmosphäre als Funktion der Zeit in Abhän-gigkeit der energiebedingten CO2-Emissionen (Stieglitz & Heinzel, 2012, S. 4)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

In Bezug auf meinen zukünftigen Beruf als Geographielehrerin, sehe ich es als meine Verantwortung, den Schülerinnen und Schülern diese Thematik und die Probleme, die die konventionellen Energien mit sich bringen, transparent und nachvollziehbar darzustellen. Aus diesem Grund ist es besonders wichtig, sich regelmäßig über den aktuellen Forschungsstand zu informieren. Die Erkenntnisse über die Nutzung erneuerbarer Energien ändern sich schnell, weshalb es sinnvoll wäre, in regelmäßigen Abständen, aktuelle Informationen an die Schülerinnen und Schüler weiterzugeben. Darüber hinaus sollten die folgenden Generationen bereits in jungen Jahren an die Themen herangeführt werden, damit es ihnen im späteren Leben leichter fällt, nötige Maßnahmen umzusetzen. Es erscheint mir sinnvoll, diese Maßnahmen bereits in der Schule zu realisieren, um die Schülerinnen und Schüler damit vertraut zu machen. Umsetzbar wäre in der Schule die Umstellung auf Solarenergie, da die meisten Schuldächer und -wände nicht anderweitig genutzt werden. Außerdem können die Schülerinnen und Schüler darauf achten, dass keine Elektrogeräte und keine Lichter unnötig mit Strom versorgt werden. Das Wasser für die Toilettenspülung kann aus Regenwasser gewonnen werden. Zielführend wäre ebenfalls eine gesonderte AG für Schülerinnen und Schüler, die sich intensiver mit den Themen beschäftigen wollen. Ich kann mir gut vorstellen, dass diese Schülerinnen und Schüler sehr kooperativ wären, obenstehende Maßnahmen mithilfe von Lehrkräften und gegebenenfalls Experten an der Schule umzusetzen.

1.2. Ziel der Hausarbeit

Das Ziel dieser Hausarbeit ist, mithilfe einer Gegenüberstellung von herkömmlichen und erneuerbaren Energien herauszufinden, ob der ökologische Mehrwert, den nachhaltige Energien mit sich bringen, die ökonomische Investition der Umstellung bereits bestehender, mit herkömmlicher Energie betriebene Systeme, legitimiert. Dieses soll erreicht werden, indem auf die Kosten und die Anwendung der einzelnen Energiequellen eingegangen und diese diskutiert werden.

1.3. Vorgehensweise

Zu Beginn werden in Kapitel 2 die verschiedenen nachhaltigen Energiesysteme und ihre Anwendung, die Kosten und die Grundgedanken dargestellt.

Kapitel 3 beinhaltet analog die Anwendung, Kosten und Grundgedanken, allerdings von konventionellen Energiesystemen.

In Kapitel 4 werden beide Energiegewinnungssysteme miteinander verglichen und ihre jeweiligen Vor- und Nachteile herausgearbeitet. Die Arbeit schließt mit einem Fazit in Kapitel 5 ab.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2. Erneuerbare Energien

2.1. Grundgedanken

Unter erneuerbaren Energien werden alle Formen von Energie zusammengefasst, die nicht auf endliche Ressourcen zurückgreifen. Sie sind somit regenerativ und ihre Quellen werden niemals vollständig ausgeschöpft. Zudem sind sie wirtschaftlich unabhängig und der Großteil erneuerbarer Energien hat keinen negativen Einfluss auf die Umwelt, weshalb sie auch als saubere Energien bezeichnet werden (vgl. RP-Energie-Lexikon, kein Datum).

Das Hauptziel erneuerbarer Energien ist die Einsparung von Kohlenstoffdioxid, welches durch die Nutzung konventioneller Energien entsteht, um das Voranschreiten des Klimawandels zu bremsen. Das Vorhaben, in Zukunft die komplette Stromversorgung auf erneuerbaren Rohsoffen umzustellen, kann nur erreicht werden, wenn erneuerbare Energien „kontinuierlich in das Stromversorgungssystem integriert werden, damit sie konventionelle Energieträger mehr und mehr ersetzen" (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie). In den vergangenen Jahren kam es „zu einer deutlichen Steigerung der Energiegewinnung aus erneuerbaren Energieträger" (Stieglitz & Heinzel, 2012, S. 20) aufgrund von finanzieller Unterstützung von Seiten des Staates. Der Ausbau erneuerbarer Energien „leistet [...] einen erheblichen Beitrag zur Versorgungssicherheit und zur Verminderung von Rohstoffkonflikten" (Hennicke & Fischedick, 2007, S. 13), weil sich Deutschland dadurch zunehmend unabhängig von Energieimporten macht.

2.2. Unterscheidung der verschiedenen Systeme erneuerbarer Energie

2.2.1. Solar

Die Sonne liefert schätzungsweise „umgerechnet täglich den weltweiten Energiebedarf von acht Jahren" (Häusser, Schmitz, Nickels, & Goerke, 2020), weshalb die Nutzung dieser Energie, besonders in Ländern mit einer hohen Sonneneinstrahlung, sinnvoll erscheint. Im Gegensatz zu herkömmlichen Energiegewinnungsprozessen, entstehen bei der Herstellung von Sonnenenergie kein CO2 oder andere umweltbelastende Nebenprodukte. Das Prinzip der Solarenergie besteht darin, die Sonnenstrahlen einzufangen und diese in Strom umzuwandeln. Dabei muss darauf geachtet werden, dass die Energie zwischengespeichert wird, um auch, in Zeiten ohne direkte Sonneneinstrahlung, eine uneingeschränkte Stromversorgung gewährleisten zu können. Wie hoch der Ertrag der Sonnenenergie tatsächlich ist, hängt von Faktoren, wie der Dauer und der Intensität der Sonneneinstrahlung, sowie dem Einfallswinkel der Strahlen auf die Anlage ab.

Unterschieden wird zwischen Photovoltaikanlagen und großen Solarkraftwerken. Für die private Nutzung eignen sich Photovoltaikanlagen, die „aus vielen miteinander verkoppelten Solarzellen" (Häusser, Schmitz, Nickels, & Goerke, 2020) bestehen. Die dadurch entstehende Energie kann „direkt genutzt werden, in Solarbatterien gespeichert oder auch ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden" (Häusser, Schmitz, Nickels, & Goerke, 2020). Interessant scheint es, ungenutzte Flächen, wie zum Beispiel Dächer oder Fassaden mit Photovoltaikanlagen auszustatten und damit bis zu „60% unseres Stromverbrauchs im Haushalt ab[zu]decken" (Häusser, Schmitz, Nickels, & Goerke, 2020). Solarkraftwerke hingegen arbeiten mit „Parabolrinnen, Parabolspiegel oder Heliostate[n]" (Häusser, Schmitz, Nickels, & Goerke, 2020), die die Lichteinstrahlung zusammenfassen und damit im Stande sind „ganze Regionen mit umweltfreundlicher Energie [zu] versorgen" (Häusser, Schmitz, Nickels, & Goerke, 2020). Im Jahr 2019 wurde eine Leistung von „49.016 MW" (Umweltbundesamt, 2020, S. 8), durch Photovoltaikanlagen produzierte Energie, aufgezeichnet, und damit ein Anstieg von „über 8 Prozent gegenüber dem Vorjahr" (Umweltbundesamt, 2020).

Damit wir eine rein auf Sonnenenergie basierte Weltstromversorgung garantieren können, wird „lediglich 0,0433284 Prozent der Land(!)-Fläche unseres Planeten" (Achilles, 2012) benötigt. Achilles spricht davon, „dass die Epoche der fossil-atomaren Energieversorgung [...] nur ein Wimpernschlag in unserer gemeinsamen Geschichte" (Achilles, 2012) sei und die Gesellschaft wieder auf Energie zurückgreifen muss, die bereits vorhanden ist. Zudem könne man ein Solarmodul „zu 96 Prozent komplett [recyceln]" (Achilles, 2012), weshalb sie eine sehr gute Ökobilanz aufweisen. Er behauptet sogar, dass uns Solarenergie den „Weltfrieden näher bringen" (Achilles, 2012) wird, weil es, aufgrund der ausreichenden Energie für alle, zu keinen Konflikten auf internationaler Ebene mehr kommen wird.

2.2.2. Wasserkraft

Die wichtigste und sehr nachhaltige Energiequelle Wasserkraft ist die drittgrößte „bei der Erzeugung von elektrischer Energie mit ca. 19% nach Kohle (40%) und Öl/Gas (24%)" (Horlacher, 2007). Bei der Energiegewinnung mit Wasser wird zwischen Laufwasserkraftwerken, die „vom natürlichen Abflussgeschehen eines Fließgewässers abhängig" (Horlacher, 2007) sind, und sogenannten Spitzenkraftwerken unterschieden. Spitzenkraftwerke können große Mengen Wasser einsparen und gleichzeitig dienen sie dem „Hochwasserschutz, [der] Bewässerung oder [der] Trinkwasserbereitstellung" (Horlacher, 2007), und haben somit mehrere nützliche Funktionen. Die in Wasserkraftanlagen genutzte Technik hat, im Vergleich zu anderen Energiegewinnungsmöglichkeiten, viele Vorteile. Zum einen ist sie äußerst zuverlässig und die Kosten der Betreibung sind gering, genauso wie der Wartungsaufwand. Darüber hinaus ist der benötigte Rohstoff, Wasser, nicht endlich und ebenfalls ist man bei der Produktion nicht auf die Schwankungen in der Wirtschaft angewiesen (vgl. Horlacher, 2007). Zudem ist die Langlebigkeit der Anlagen ein bedeutender Voteil, der die hohen finanziellen Investitionen legitimieren soll. Der einzige Nachteil ist die Speicherung, welche nur in „Pumpspeicherwerke[n]" (Horlacher, 2007) wirtschaftlich möglich ist.

Der Großteil des „technische[n] Potentials] der Wasserkraftnutzung" (Horlacher, 2007) in Deutschland liegt in Byern und Baden-Württemberg, aufgrund der geographishen Gegebenheiten. Zudem sind rund 70% der Gesamtenergie aus Wasserkraft direkt aus Flüssen gewonnen (vgl. Horlacher, 2007). Die derzeitige Wasserkraftnutzung in Deutschland ist noch stiegerungsfähig und kann mithilfe von „Revitalisierung stillgelegtet Anlagen, ein[em] Ausbau bzw. eine[r] Modernisierung bestehender Anlagen und ein[em] Neubau" (Horlacher, 2007) ausgeweitet werden. Im Jahr 2019 lag der „Anteil der Wasserkraft am gesamten Bruttostromverbrauch [...] bei etwas 3,5 Prozent" (Umweltbundesamt, 2020, S. 10) mit einer Stromerzeugung von 20,2 Mrd. kWh.

2.2.3. Windkraft

Die Windkraft stellt eine „indirekte Form der Sonnenenergie" (Rohrer, 2012, S. 14) und somit eine weitere Art erneuerbarer Energie. Durch den Luftstrom wird ein innerer Generator angetrieben, der die Energie in elektrischen Strom umwandelt. Je höher die Windgeschwindigkeit, umso mehr Strom kann die Anlage erzeugen. Dieser Strom wird „in ein Energieversorgungsnetz eingespeist" (Rohrer, 2012, S. 15) und kann effizient genutzt werden. In einigen Windkraftanlagen wird, wie bei Flugzeugen, „das aerodynamische Auftriebsprinzip" (Rohrer, 2012, S. 16) genutzt, weshalb „bis zu 60%" (Rohrer, 2012, S. 16) der Windenergie entzogen werden können. Die Leistung des Generators verachtfacht sich, bei doppelter Windgeschwindigkeit und der Wind wird stärker, je weiter er von der Erdoberfläche entfernt ist. Aus diesem Grund kann man die Leistung der Windkraftanlagen deutlich steigern (vgl. Rohrer, 2012, S. 16). Aufgestellt werden die Windkraftanlagen entweder an Land oder auf dem Meer. An Land werden sie als „Onshore-Windkraftanlagen" (Rohrer, 2012, S. 16) und auf dem Meer als „Offshore-Windkraftanlagen" (Rohrer, 2012, S. 16) be- zeichnet. Der Vorteil von Anlagen auf dem Meer besteht darin, dass das Panorama der Landschaft nicht beeinträchtigt wird und, dass keine großen Flächen zur Verfügung gestellt werden müssen, um die Anlagen bauen zu können. Darüber hinaus herrschen auf dem Meer höhere Abbildung 2: Jahresverlauf von Wasserkraft und Windenergie (Windkraft Simonsfled AG) Windstärken [...], [sojdass OffshoreAnlagen mehr Strom produzieren können" (Rohrer, 2012, S. 16). Windkraft lässt sich während des Jahresverlaufs nicht konstant abrufen, jedoch steigt das Potential „während der Wintermonate, in denen der Energiebedarf z.B. für Heizungszwecke ebenfalls zunimmt" (Rohrer, 2012, S. 18). Damit ist Windkraft eine bestmögliche Ergänzung zur Wasserkraft, die ihr Maximum in den Sommermonaten erreicht. Insgesamt wurde im Jahr 2019 Strom aus Windkraft von 126 Mrd. kWh erzeugt. Im Gegensatz zum Vorjahr stellt das einen „Anstieg von fast 15 Prozent" (Umweltbundesamt, 2020, S. 9) dar. Darüber hinaus wurden „über 17 Prozent" (Umweltbundesamt, 2020, S. 9) mehr Offshore-Windkraftanlagen im Vergleich zum Vorjahr installiert, was zu einem starken Anstieg der gewonnenen Energie aus Windkraft auf dem Meer geführt hat.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Jahresverlauf von Wasserkraft und Windenergie (Windkraft Simonsfled AG)

2.2.4. Biomasse

Unter Biomasse versteht man, laut der Erneuerbare-Energien-Richtlinie der Europäischen Union, den „biologisch abbaubaren Teil von Erzeugnissen, Abfällen und Reststoffen der Landwirtschaft mit biologischem Ursprung (einschließlich tierischer und pflanzlicher Stoffe), der Fortwirtschaft und damit verbundener Wirtschaftszweige einschließlich Fischerei und der Aquakultur" (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe). Diese Art der Energiegewinnung ist nachwachsbar und eignet sich besonders gut für die Nutzung freistehender Ackerflächen. Löhle schreibt, „[d]ie Landwirtschaft ist bereit und in der Lage, hochwertige Energiepflanzen in gleichbleibender Qualität zu erzeugen und dies unter Beachtung ordnungsgemäßer Fruchtfolgen, umweltschonender Anbauweisen und regionaler ökologischer Bedingungen" (Löhle, 1993, S. 14). In Abbildung 3 wird dieses Potenzial deutlich. 2016 wurden 2421 ha der Gesamtbaufläche zum Anbau von Energiepflanzen genutzt und damit mehr als doppelt so viel im Vergleich zu 2005. Im Zuge dieses Strukturwandels werden neuen Rahmbedingungen benötigt, die den Landwirten erlauben, unbebaute Flächen zur Herstellung von Energiepflanzen zu nutzen. Diese Möglichkeit würde den Bauern „gesellschaftliche Anerkennung als vollwertiges Glied der Volkswirtschaft" (Löhle, 1993, S. 15) erbringen und die Gesellschaft würde für die Wichtigkeit dieses Sektors und der Thematik sensibilisiert werden. Außerdem wird der Anbau von Energiepflanzen im Zuge der CO2-Energiesteuer einen „ökonomischen Anreiz" (Ahl, 1993, S. 28) geben. Im Jahr 2019 stellt Strom aus Biomasse einen Anteil von „etwa 8,7 Prozent des gesamten Bruttostromverbrauchs" (Umweltbundesamt, 2020, S. 10) dar.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Anbau nachwachsender Rohstoffe in Deutschland (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe)

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