Erneuerbare Energien – das ist eines der Schlagworte der aktuellen Zeit. Früher oder später ist das Zeitalter der fossilen Energien zu Ende, und wir alle müssen auf alternative Energiequellen umsteigen. Diese Energiewende ist bereits in vollem Gange. Wie und aus welchen Energiequellen wird die Gewinnung in Zukunft aus Wärme, Elektrizität und vorgenommen?
Erneuerbare Energien und seine Formen
Für erneuerbare Energien, die auch regenerative Energien genannt werden, gibt es eine Reihe von Quellen. Für die Energiewende ist es erforderlich, all diese Energiequellen sinnvoll zu nutzen. Abhängig von der Quelle unterscheiden sich die Einsatzmöglichkeiten und auch die Art und Weise, wie die Energie gewonnen wird.
Sonnenenergie als beliebte Energiequelle
Sonnenenergie: Besonders beliebt ist die Sonnenenergie als Quelle für erneuerbare Energie. Das liegt an der hohen Verbreitung der Photovoltaik im privaten Bereich. Viele Verbraucher nutzen sie bereits, und vielleicht hast auch Du eine PV-Anlage auf dem Dach. Bei Photovoltaik wird mithilfe von Solarzellen elektrische Energie aus Sonneneinstrahlung gewonnen.
Es gibt aber noch andere Möglichkeiten, die Sonnenenergie zu nutzen. Ebenfalls weit verbreitet sind solarthermische Anlagen. Auch diese installierst Du auf dem Dach. Jedoch liefern die Röhrenkollektoren keine Elektrizität, sondern Heizwärme.
In größerem Maßstab wird die Sonnenenergie in Kraftwerken genutzt. Hier sind verschiedene Varianten im Einsatz, die sich teilweise noch in Tests befinden. Aufwindkraftwerke nutzen beispielsweise die Sonnenenergie, um Luft zu erwärmen, die dann durch die natürliche Konvektion in Türmen aufsteigt. Dort treibt die warme Luft Vertikalachsenturbinen an, die auf diesem Weg Elektrizität erzeugen. Der Vorteil solcher Anlagen ist, dass die Leistung nicht sofort einbricht, wenn die Sonne nicht mehr scheint. Das aufgeheizte Aufwindkraftwerk erwärmt noch weiter die Luft und treibt so die Turbine an.
Windkraft ein weiteres wichtiges Standbein
Windkraft: Ein zweites wichtiges Standbein der Energiewende und eine Quelle für erneuerbare Energie ist die Windkraft. Solche Lösungen kommen vor allem bei großen Anlagen zum Einsatz, finden sich im privaten Bereich also seltener. Das liegt vor allem daran, dass die Lage und Höhe der Windkraftanlagen eine zentrale Rolle spielt. So sind Windräder oft über 100 Meter hoch und haben Rotoren mit einem Durchmesser von 90 Metern und mehr. Windräder gibt es an Land (Onshore) sowie auf dem Meer (Offshore). Windkraftanlagen erzeugen Elektrizität und liefern bis zu 15 Megawatt pro Windrad.
Erneuerbare Energien, da darf die Erdwärme nicht fehlen
Geothermie / Erdwärme: Ebenfalls zu den erneuerbaren Energiequellen zählt die Geothermie. Hier wird die Erdwärme in verschiedenen Varianten nutzbar gemacht. So gibt es die Option, Erdwärme als Quelle für Heizenergie zu nutzen. Dann wird über Wärmetauscher die Energie zum Beispiel direkt in das Fernwärmenetz übertragen. Von dort gelangt die Erdwärme unter anderem auch in Dein Haus.
Die Alternative ist, mithilfe von geothermischen Kraftwerken Elektrizität zu erzeugen. Dort treibt der Dampf der Erdwärme eine Turbine an, was genau dasselbe Prinzip ist wie in einem Kraftwerk mit fossilem Energieträger.Die Geothermie kannst Du auch lokal und in kleinem Maßstab nutzen. Du hast zum Beispiel mithilfe von Erdwärmepumpen die Möglichkeit, lokal auf diese Energiequelle zuzugreifen. Diese Systeme decken problemlos das gesamte Jahr über den Heizbedarf von Ein- und Mehrfamilienhäusern.
Wasserkraft das Mühlenprinzip ist immer noch funktional
Wasserkraft: Die erneuerbare Energiequelle, die Menschen schon sehr lange nutzen, ist die Wasserkraft. Der Vorteil liegt in der Vielseitigkeit dieser Energiequelle. Wasserkraft kann sowohl Turbinen antreiben und so Strom erzeugen als auch direkt mechanische Arbeit leisten. Dieses Prinzip siehst Du bei alten Sägewerken oder auch Mühlen, die direkt an Flüssen gebaut wurden. Die mechanische Arbeit wird dort durch die Energie geleistet, die von den Wasserrädern stammt.
Grundwissen – erneuerbare Energien werden durch das so genannte Erneuerbare Energien Gesetzt – kurz EEG – geregelt.
Bioenergie aus Biomasse, Energiequelle mit Potential
Bioenergie: Ein besonders großer Bereich der erneuerbaren Energiequellen ist die Bioenergie. Es gibt sehr viele Möglichkeiten, wie sich Bioenergie nutzen lässt. Das liegt vor allem an den zahlreichen Formen. Die Basis bildet immer eine Biomasse. Sie wird zum Teil direkt genutzt, teilweise erfolgt auch zunächst eine Verarbeitung. Die Einstufung als erneuerbare Energiequelle ist nicht immer unumstritten. Umweltverbände und auch einige Mitglieder des Europäischen Parlaments fordern, Bereiche der Bioenergie nicht mehr als erneuerbare Quelle einzustufen. Der Grund ist der Verbrennungsprozess, der neben CO2 auch Feinstaub freisetzt.
Die wohl bekannteste Form der Biomasse ist Holz. Als Brennmaterial ist Holz ebenfalls eine der ältesten erneuerbaren Energiequellen, die die Menschheit einsetzt. Heutzutage wird Holz in verschiedenen Varianten genutzt. Du kannst auch zu Hause mit Pellets oder Hackschnitzeln sowie klassisch mit Scheitholz heizen. Primär wird so Heizwärme erzeugt, die oft in Wasser gespeichert wird und somit problemlos auch Wohnhäuser vollständig und zuverlässig mit Wärmeenergie versorgt.
Die Gewinnung von Gas entsteht aus Biomasse. Dieses wird dann in verschiedenen Varianten als Ersatz für Erdgas genutzt. Somit dient Biogas zur Erzeugung von Elektrizität in Kraftwerken oder auch in chemischen Prozessen, wo es ebenfalls Erdgas ersetzt. Auch die direkte Verbrennung von Biogas zur Wärmeerzeugung ist möglich.
Eine weitere Option, diesen Energieträger zu nutzen, ist in Form von Biokraftstoffen. Du kennst wahrscheinlich den Ethanol-Kraftstoff, der mit einem Anteil von bis zu zehn Prozent dem klassischen Benzin beigemischt wird und dann E10 heißt. Andere Länder sind hier schon viel weiter. So gilt Schweden als Vorreiter bei den Biokraftstoffen in Europa. Dort ist E85, also ein Kraftstoff für Benzinmotoren mit einem Anteil von 85 Prozent Ethanol, schon lange Standard.
Welches Potenzial haben die erneuerbaren Energien, und wo muss noch ein Ausbau erfolgen?
Die erneuerbaren Energien haben ein enormes Potenzial. Rein rechnerisch liefern Sonne, Wasser, Wind, Geothermie und Biomasse so viel Energie, dass sich der gesamte Energiebedarf der Weltbevölkerung tausend Mal decken lässt. Davon ist die Menschheit aber noch weit entfernt.
Es gibt aktuell bereits viele sinnvolle und bewährte Lösungen, um erneuerbare Energiequellen zu erschließen. Diese funktionieren sowohl im großen Maßstab als auch auf kleiner Ebene. Offshore-Windkraftanlagen sowie die Photovoltaik auf Deinem Dach sind zwei gute Beispiele.
Erneuerbaren Energien und das Verbesserungspotential bei der Speicherung
Verbesserungspotenzial gibt es hingegen noch bei der Speicherung der erneuerbaren Energie. Bei der Photovoltaik zum Beispiel steht die Elektrizität nur dann zur Verfügung, wenn die Sonne scheint. Batteriespeicher sind teuer und nur eine kurzfristige Lösung. Zudem benötigen sie noch enorme Mengen Seltener Erden und Rohstoffe wie Lithium, die ebenfalls nur begrenzt zur Verfügung stehen.
Biogas ist eines der Konzepte, mit denen die Speicherung effizient über einen längeren Zeitraum gelingt. Mit Power-to-Gas* und der Wasserelektrolyse lässt sich zudem aus überschüssiger Elektrizität, die aus erneuerbaren Energien stammt, Wasserstoff gewinnen. Das erlaubt die Produktion von Energiereserven im Sommer, die dann im Winter zur Verfügung stehen. Das löst ein Problem der erneuerbaren Energien.
Auch die Geothermie ist eine Lösung, die vielversprechend ist und in Zukunft wahrscheinlich mehr genutzt wird. Gerade als Lösung für die Bereitstellung von Heizwärme für Ein- und Mehrfamilienhäuser ist die Erdwärme effektiv. In einigen Ländern Europas, wie etwa Finnland, liegt der Anteil an Erdwärmepumpen bei den Zentralheizungen von Neubauten bereits bei über 50 Prozent.
Fazit Erdwärme kann bei erneuerbare Energien Zukunft eine große Rolle einnehmen
Bei der Energiewende spielen erneuerbare Energien eine zentrale Rolle bei der Energiewende. Es gibt eine Reihe von Energiequellen, die zum Teil ein großes ungenutztes Potenzial haben. Für Dich als Verbraucher ist vor allem die Solarenergie interessant, aber auch die Erdwärme wird in Zukunft eine wichtige Position einnehmen.
* Power to Gas
Power to Gas ist ein neues Strom-Speicherverfahren, das in Zukunft die Energiewirtschaft revolutionieren wird. Statt herkömmlichen Strom zu speichern, wird hier Wasserstoff aufbewahrt. Das chemische Element kann anschließend wieder in hochwertige Energie umgewandelt werden. Power to Gas basiert auf dem Prinzip der Elektrolyse: Hierbei wird Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff getrennt. Durch die Elektrolyse entsteht also Wasserstoff, der später als Strom genutzt werden kann.
Power to Gas ist ein sehr umweltfreundliches Verfahren, da es keine schädlichen Emissionen produziert. Der Strom, der aus dem Wasserstoff gewonnen wird, ist absolut emissionsfrei und kann so zukünftig auch im Rahmen einer nachhaltigen Energiewirtschaft genutzt werden. Zudem ist Power to Gas sehr effizient: Der gespeicherte Strom ist mindestens doppelt so hochwertig wie herkömmlicher Strom.
