Bioenergie: Eine vielseitige Energiequelle

Bioenergie

• Bioenergie bzw. Biomasse ist eine vielseitige, regenerative Energiequelle
• Biomasse umfasst die gesamte organische Substanz, die durch Pflanzen, Tiere und Menschen erzeugt wird
• In Biomassekraftwerken wird Biomasse (oft Holz) anstelle von Kohle oder Gas verfeuert, hauptsächlich zur Stromerzeugung
• Biogas entsteht durch anaerobe Vergärung von organischem Material, hauptsächlich Mais und Gülle, aber auch Biomüll
• Biogas ist ein Gemisch aus Methan, Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid und Schwefelwasserstoff
• Biogas kann zu Erdgas oder Biogas-Treibstoff aufbereitet werden
• Biogas kann zur Stromerzeugung in Blockheizkraftwerken verbrannt werden, wobei die Restwärme zum Beheizen genutzt wird
• Pflanzliche Öle können zu Biodiesel und Zucker zu Bioethanol aufbereitet werden
• Über 40 % der Weltbevölkerung nutzen noch traditionell Biomasse durch das Verbrennen von Holz
• Beim Verbrennen von Biomasse wird CO2 freigesetzt, das zuvor der Atmosphäre entzogen wurde
• Eine unausgeglichene CO2-Bilanz entsteht, wenn die kurzfristig genutzte Menge die nachwachsende Menge übersteigt
• Nachteile der Bioenergie sind: Konkurrenz zum Nahrungs- und Futtermittelanbau, Urwaldrodung für Ölpflanzenplantagen, „Vermaisung“ der europäischen Kulturlandschaft und Schädlingsbefall durch Monokulturen
• Ein weiterer Nachteil ist ozonschädliches Lachgas aus der Stickstoffdüngung
• Biogas ist in Deutschland die teuerste erneuerbare Energie, teurer als Photovoltaik
• Aufgrund der Nachteile wird intensiv nach fortschrittlicheren Biokraftstoffen gesucht

Geoenergie

• Die Geothermie nutzt die unerschöpfliche Energiequelle im Erdinneren
• Im Erdvolumen herrschen zu 99% mehr als 1000°C, nur 0,1 % sind kälter als 100°C
• In Mitteleuropa herrscht in 100 Metern Tiefe eine durchschnittliche Temperatur von 10 °C
• Pro weiteren 100 Metern Tiefe steigt die Temperatur im Mittelwert um 3 °C, regionale Unterschiede sind vorhanden
• Oberflächennahe Geothermie nutzt Wärme in bis zu 400 m Tiefe mit Temperaturen bis zu 25 °C
• Die oberflächennahe Geothermie Wärme wird unmittelbar zum Heizen genutzt, beispielsweise durch Wärmegewinnung mit einer Sonde
• Im Jahr 2014 gab es in Deutschland rund 316.000 oberflächennahe Anlagen mit einer Gesamtleistung von 3.931 MW
• Tiefe Geothermie nutzt heißes Wasser und Wasserdampf in Tiefen von 4000 bis 6000 Metern
• Dort herrschen Temperaturen von bis zu 200 °C
• Das heiße Wasser kann zur Wärme- und Stromerzeugung genutzt werden
• In Deutschland sind derzeit nur 8 Kraftwerke mit einer elektrischen Leistung von 38 MW installiert, so dass die tiefe Geothermie kaum eine Rolle spielt
• Der Anteil der Tiefengeothermie an Stromerzeugung liegt bei 0,1 % und am Wärmeverbrauch bei 0,7 %
• Beide Geoenergie-Arten haben nur einen Anteil von 0,055 % am Primärenergieverbrauch
• Vorteile der Geothermie: fast emissionsfrei, landschaftsschonend, schwankungsfrei und grundlastfähig
• Nachteile der Geothermie: Verwerfungen im Erdreich durch unsachgemäße Bohrungen, Erdbebengefahr, Landabsenkungen durch Reinjektion des Wassers
• Einige Geothermie-Kraftwerke mussten aus genannten Gründen wieder geschlossen werden

Solarenergie

• Die Energiefreisetzung in der Sonne basiert auf der Verschmelzung von Wasserstoffatomen zu Helium
• Bei der Kernfusion entsteht eine gewaltige Menge an Energie
• Sonnenenergie kann zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden
• Die Funktionsweise der Photovoltaik wird modellhaft erklärt: Solarzellen wandeln Sonnenlicht in Strom um
• Ein Wechselrichter wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um
• Der Strom wird entweder direkt zu den Verbrauchern, zu Akkus oder ins Stromnetz geleitet
• Die Solarthermie nutzt Sonnenkollektoren zur Wärmeerzeugung
• Die auftreffende Sonnenstrahlung wird in Wärme umgewandelt
• Eine Wärmeträgerflüssigkeit nimmt die Wärme auf einen Wärmespeicher/-tauscher
• Bei Bedarf wird die Wärme an Brauchwasser und Heizungswasser abgegeben
• Neben der Solarthermie wird die Bündelung der Direktstrahlung der Sonne durch Solarkraftwerke eingesetzt
• Solarturm- und Solarfarmkraftwerke sind Beispiele für Solarkraftwerke
• Auf einer Weltkarte werden die Gebiete angezeigt, in denen Sonnenkraftwerke wirtschaftlich einsetzbar wären
• Der wesentliche Nachteil der Solarenergie ist die Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung, was zu starken täglichen und jahreszeitlichen Schwankungen führt

Wasserenergie

• Im Jahr 2014 betrug ihr Anteil an der weltweiten Stromversorgung etwa 17 %
• Laufwasserkraftwerke stauen Wasser und leiten es zur Stromerzeugung durch Turbinen
• Laufwasserkraftwerke erzeugen 24 Stunden am Tag Strom und sind somit grundlastfähig
• Laufwasserkraftwerke stellen fast unüberwindliche Hindernisse für Wasserlebewesen dar
• Speicherkraftwerke leiten Wasser bei Bedarf durch eine Druckleitung zu tiefer gelegenen Turbinen
• Pumpspeicherkraftwerke funktionieren ähnlich wie Speicherkraftwerke, werden aber prinzipiell als Stromspeicher genutzt mit einem hohen Wirkungsgrad von rund 80 %
• Mit Elektropumpen wird Wasser aus einem unteren Becken in ein oberes Becken hochgepumpt
• Bei Strombedarfsspitzen wird Wasser aus dem Oberbecken abgelassen, um die Turbinen anzutreiben
• In Deutschland gibt es rund 30 Pumpspeicherkraftwerke mit einer Gesamtleistung von ca. 6,7 GW
• Nachteile von (Pump-)Speicherkraftwerken sind der hohe Flächenbedarf, die hohen Baukosten und der Eingriff in Geologie und Lebensraum der Pflanzen und Tiere
• Gezeitenkraftwerke können in Buchten oder Flussmündungen mit großem Tidenhub installiert werden
• Bei Flut läuft Wasser in ein Staubecken und treibt Turbinen samt Generatoren an. Bei Ebbe läuft das gesamte Wasser über die Turbinen wieder zurück ins Meer und es wird wieder Strom erzeugt
• Nachteile der Gezeitenkraftwerke sind ihre hohen Baukosten und der erhebliche Eingriff in das Ökosystem Küste
• Wellenenergie wird durch Bauarten wie das Tidenhub-Kraftwerk oder die „Seeschlange" genutzt
• Vorteile der Wasserenergie sind geringe Betriebskosten der meisten Kraftwerkstypen und lange Laufzeiten
• Wasserenergie verursacht zudem keine Geruchs- oder Lärmbelästigung

Windenergie

• Windenergie entsteht durch Temperatur- und Druckunterschiede in der Atmosphäre
• Diese Unterschiede werden durch Sonneneinstrahlung erzeugt
• Der Film zeigt den Anteil von Windenergie an der Stromerzeugung der erneuerbaren Energien, der gesamten Bruttostromerzeugung und am Primärenergieverbrauch im Jahr 2014
• Windkraftanlagen verfügen über drei verstellbare Rotorblätter, die durch den Wind in Bewegung gesetzt werden
• Ein Getriebe übersetzt die Drehgeschwindigkeit in höhere Umdrehungen, um einen Generator anzutreiben
• Die Gondel wird mithilfe von Messgeräten zum Wind ausgerichtet
• Offshorewindparks erzeugen mehr Strom als Anlagen an Land, da auf See höhere Windgeschwindigkeiten herrschen
• Der Bau von Offshore-Anlagen ist jedoch aufgrund der Gründung der Fundamente im Meeresboden teuer
• Der notwendige Bau von Stromtrassen ist umstritten
• Windkraftanlagen können eine tödliche Gefahr für Großvögel und Fledermäuse darstellen
• Bewohner empfinden Laufgeräusche und Lichtirritationen als Belästigung
• Windenergie ist wenig flächenintensiv und vergleichsweise energieeffizient
• Aufwindkraftwerke nutzen transparente Dachflächen, unter denen Luft und Boden aufgeheizt werden, um einen Aufwind zu erzeugen
• Nachteil von Aufwindkraftwerken ist ihr enormer Platzbedarf und ihre Sturmempfindlichkeit aufgrund ihrer Höhe