Erneuerbare Energien werden in der heutigen Welt ein immer wichtigeres Thema. Neben den steigenden Kosten fossiler Brennstoffe und dem drohenden Klimawandel gibt es auch in diesem Bereich positive Entwicklungen, darunter Effizienzsteigerungen sowie sinkende Preise.
All dies hat die Nachfrage nach alternativer Energie erhöht und den Übergang zu saubereren und nachhaltigeren Stromerzeugungsmethoden beschleunigt. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass es viele Arten gibt – Biomasse, Sonne, Wind, Gezeiten und Geothermie – und dass jede ihre eigenen Vor- und Nachteile hat.
Biomasse:
Die am weitesten verbreitete erneuerbare Energieform ist Biomasse. Biomasse bezieht sich einfach auf die Verwendung organischer Materialien und deren Umwandlung in andere nutzbare Energieformen. Obwohl einige Formen von Biomasse seit Jahrhunderten verwendet werden – wie die Verbrennung von Holz – konzentrieren sich andere, neuere Methoden auf Methoden, die kein Kohlendioxid produzieren.
Biomasse – bei der organische Materialien in Energie umgewandelt werden – kann aus verschiedenen Quellen stammen. Bildnachweis: ecoble.com
Es gibt beispielsweise sauber verbrennende Biokraftstoffe, die Alternativen zu Öl und Gas darstellen. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen, die durch geologische Prozesse hergestellt werden, wird ein Biokraftstoff durch biologische Prozesse – wie Landwirtschaft und anaerobe Vergärung – hergestellt. Gängige Brennstoffe, die mit diesem Prozess verbunden sind, sind Bioethanol, das durch Fermentieren von Kohlenhydraten aus Zucker- oder Stärkepflanzen (wie Mais, Zuckerrohr oder süße Sorghum) zu Alkohol hergestellt wird.
Ein weiterer gängiger Biokraftstoff ist Biodiesel, der aus Ölen oder Fetten in einem Verfahren, der sogenannten Umesterung, hergestellt wird – bei der Säuremoleküle mithilfe eines Katalysators gegen Alkohol ausgetauscht werden. Diese Arten von Kraftstoffen sind beliebte Alternativen zu Benzin und können in Fahrzeugen verbrannt werden, die darauf umgerüstet wurden.
Solarenergie:
Solarenergie (auch bekannt als Photovoltaik) ist eine der beliebtesten und am schnellsten wachsenden alternativen Energiequellen. Hierbei handelt es sich um Solarzellen (meist aus kristallinen Siliziumscheiben hergestellt), die auf dem photovoltaischen (PV)-Effekt beruhen, um Photonen zu absorbieren und in Elektronen umzuwandeln. Währenddessen beruht Solarthermie (eine andere Form von Solarenergie) auf Spiegeln oder Linsen, um einen großen Bereich des Sonnenlichts oder Solarthermie (STE) auf einen kleinen Bereich (d. h. eine Solarzelle) zu konzentrieren.
Anfangs wurde Photovoltaik nur für kleine bis mittelgroße Betriebe verwendet, von solarbetriebenen Geräten (wie Taschenrechnern) bis hin zu Hausarrays. Seit den 1980er Jahren sind kommerzielle konzentrierte Solarkraftwerke jedoch weit verbreitet. Sie sind nicht nur eine relativ kostengünstige Energiequelle, wenn Netzstrom unbequem, zu teuer oder einfach nicht verfügbar ist; Steigende Effizienz von Solarzellen und sinkende Preise machen Solarstrom wettbewerbsfähig gegenüber konventionellen Energiequellen (d. h. fossilen Brennstoffen und Kohle).
Die Ivanpah Solar Power Facility in Kalifornien zeigt ihre drei Türme, die konzentrierte Solarenergie liefern. Quelle: Wikipedia Commons/Sbharris
Heute wird Solarstrom zunehmend auch in netzgekoppelten Situationen genutzt, um CO2-arme Energie ins Netz einzuspeisen. Bis 2050 wird die Internationale Energieagentur geht davon aus, dass Solarenergie – einschließlich des STE- und PV-Betriebs – über 25 % des Marktes ausmachen wird und damit die weltweit größte Stromquelle sein wird (wobei die meisten Installationen in China und Indien eingesetzt werden).
Windkraft:
Windkraft wird seit Jahrtausenden genutzt, um Segel zu schieben, Windmühlen anzutreiben oder Druck für Wasserpumpen zu erzeugen. Die Nutzung des Windes zur Stromerzeugung ist seit Ende des 19. Jahrhunderts Gegenstand der Forschung. Allerdings ist die Windkraft im 20. Jahrhundert erst durch große Anstrengungen zur Suche nach alternativen Energiequellen in den Mittelpunkt umfangreicher Forschung und Entwicklung gerückt.
Im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energien gilt Windkraft als sehr zuverlässig und stabil, da der Wind von Jahr zu Jahr konstant ist und in Spitzenzeiten nicht nachlässt. Der Bau von Windparks war anfangs ein kostspieliges Unterfangen. Aber dank der jüngsten Verbesserungen hat die Windkraft begonnen, Spitzenpreise auf den Energiegroßhandelsmärkten weltweit zu setzen und in die Umsatz und Gewinn der fossilen Brennstoffindustrie.
Laut einem Bericht des Energieministeriums vom vergangenen März könnte das Wachstum der Windkraft in den Vereinigten Staaten in vielen Kategorien zu noch höher qualifizierten Arbeitsplätzen führen. Betitelt „Wind Vision: Eine neue Ära für Windkraft in den Vereinigten Staaten“ , heißt es in dem Dokument, dass die Industrie bis 2050 bis zu 35 % der US-Elektroproduktion ausmachen könnte.
In Dänemark macht Windkraft 28% der Stromproduktion des Landes aus und ist jetzt billiger als Kohlestrom. Bildnachweis: Denmark.dk
Darüber hinaus wurde im letzten Jahr die Globaler Windenergierat und Greenpeace International kamen zusammen, um einen Bericht mit dem Titel „Globaler Windenergieausblick 2014“ . In diesem Bericht heißt es, dass Windkraft bis 2050 weltweit 25 bis 30 % des weltweiten Stroms liefern könnte. Zum Zeitpunkt der Erstellung des Berichts hatten kommerzielle Anlagen in mehr als 90 Ländern eine Gesamtkapazität von 318 Gigawatt (GW) und lieferten etwa 3% des weltweiten Angebots.
Gezeitenkraft:
Ähnlich wie Windkraft gilt die Gezeitenkraft als potenzielle Quelle erneuerbarer Energie, da die Gezeiten stetig und vorhersehbar sind. Ähnlich wie Windmühlen wurden Gezeitenmühlen seit den Tagen des antiken Roms und des Mittelalters verwendet. Das ankommende Wasser wurde in großen Teichen gespeichert, und bei Ebbe drehten sie Wasserräder, die mechanische Kraft zum Mahlen von Getreide erzeugten.
Erst im 19. Jahrhundert wurde in den USA und Europa der Prozess der Stromerzeugung durch fallendes Wasser und sich drehende Turbinen eingeführt. Und erst seit dem 20. Jahrhundert wurden solche Betriebe auf den Bau entlang von Küsten und nicht nur auf Flüssen umgerüstet.
Traditionell leidet die Gezeitenkraft unter relativ hohen Kosten und der begrenzten Verfügbarkeit von Standorten mit ausreichend hohen Gezeitenbereichen oder Strömungsgeschwindigkeiten. Viele neuere technologische Entwicklungen und Verbesserungen sowohl in der Konstruktion als auch in der Turbinentechnologie weisen jedoch darauf hin, dass die Gesamtverfügbarkeit der Gezeitenkraft viel höher sein kann als bisher angenommen und die wirtschaftlichen und ökologischen Kosten auf ein wettbewerbsfähiges Niveau gesenkt werden können.
Künstlerisches Konzept einer Serie des Gezeitensystems der Carnegie Wave Energy, bei dem Bojen am Meeresboden verankert sind und Dünungen verwenden, um eine Reihe von Pumpen zu bewegen. Credit: Carnegie Wave Energy
Das erste große Gezeitenkraftwerk der Welt ist das 1966 in Betrieb genommene Rance Tidal Power Station in Frankreich 2003, um die Entwicklung der Wellen- und Gezeitenenergieindustrie in Großbritannien zu beginnen.
2015 ging vor der Küste Westaustraliens das weltweit erste netzgekoppelte Wellenkraftwerk (CETO, benannt nach der griechischen Meeresgöttin) ans Netz. Entwickelt von Carnegie-Wellenenergie , dieses Kraftwerk arbeitet unter Wasser und pumpt mit Unterwasserbojen eine Reihe von am Meeresboden verankerten Pumpen, die wiederum Strom erzeugen.
Geothermie:
Geothermische Elektrizität ist eine weitere Form der alternativen Energie, die als nachhaltig und zuverlässig gilt. Dabei wird Wärmeenergie aus der Erde – meist aus Magmaleitungen, heißen Quellen oder Hydrothermalzirkulation – gewonnen, um Turbinen zu drehen oder Gebäude zu heizen. Es gilt als zuverlässig, weil die Erde 10 . enthält31Joule an Wärmeenergie, die auf natürliche Weise durch Wärmeleitung mit einer Rate von 44,2 Terawatt (TW) an die Oberfläche strömt – mehr als das Doppelte des derzeitigen Energieverbrauchs der Menschheit.
Ein Nachteil besteht darin, dass diese Energie diffus ist und nur an bestimmten Orten kostengünstig genutzt werden kann. In bestimmten Gebieten der Welt, wie Island, Indonesien und anderen Regionen mit hoher geothermischer Aktivität, ist es jedoch eine leicht zugängliche und kostengünstige Möglichkeit, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und Kohle zur Stromerzeugung zu verringern. Zu den Ländern, die mehr als 15 Prozent ihres Stroms aus geothermischen Quellen erzeugen, gehören El Salvador, Kenia, die Philippinen, Island und Costa Rica.
Die Krafla ist ein geothermisches Kraftwerk in Island. Quelle: Wikipedia Commons / Ásgeir Eggertsson
Die weltweite geothermische Stromkapazität beträgt 2015 12,8 Gigawatt (GW), die bis 2020 auf 14,5 bis 17,6 GW anwachsen soll. Darüber hinaus schätzt die Geothermal Energy Association (GEA) nur 6,5 Prozent des gesamten globalen Potenzials bisher erschlossen, während der IPCC ein geothermisches Energiepotenzial im Bereich von 35 GW bis 2 TW meldete.
Probleme bei der Adoption:
Ein Problem bei vielen Formen erneuerbarer Energien besteht darin, dass sie von den Gegebenheiten der Natur – Wind, Wasserversorgung und ausreichend Sonnenlicht – abhängen, was zu Einschränkungen führen kann. Ein weiteres Problem waren die relativen Kosten vieler alternativer Energieformen im Vergleich zu herkömmlichen Quellen wie Öl und Erdgas. Bis vor kurzem war der Betrieb von Kohle- oder Ölkraftwerken billiger, als Millionen in den Bau großer Solar-, Wind-, Gezeiten- oder Geothermieanlagen zu investieren.
Kontinuierliche Verbesserungen bei der Produktion von Solarzellen, Windturbinen und anderen Geräten – ganz zu schweigen von Verbesserungen bei der Energieerzeugung – haben jedoch dazu geführt, dass viele alternative Energieformen gegenüber anderen Verfahren wettbewerbsfähig sind. Auf der ganzen Welt arbeiten Nationen und Gemeinschaften daran, den Übergang zu saubereren, nachhaltigeren und autarkeren Methoden zu beschleunigen.
Wir haben viele interessante Artikel über alternative Energien auf Universe Today geschrieben. Hier ist Was ist alternative Energie? , Was ist Solarenergie? und Woher kommt Geothermie? , Könnte die Welt mit Solar- und Windkraft betrieben werden? , und Gewinnung von Sonnenenergie aus dem Weltraum .
Sie sollten auch vorbeischauen das Nationale Labor für erneuerbare Energien und Erneuerbare-Energien-Politikprojekt.
Astronomy Cast hat auch eine Episode zu diesem Thema. Hier ist Folge 51: Erde .
Quellen:
