Mit dem neuen Jahrhundert hat das Zeitalter der regenerativen Energiequellen begonnen. So könnten laut einer Studie des Umweltbundesamtes schon Mitte des Jahrhunderts 50% des gesamten elektrischen Energiebedarfs von erneuerbaren Energiequellen wie Wasserkraft, Windenergie, Solaranlagen und Bioenergie stammen. Bereits heute kommen rund 6% des Stromes aus diesen umweltschonenden und unerschöpflichen Energieträgern. Wasserkraftwerke sind auch heute noch die wichtigsten regenerativen Energiequellen mit einer durchschnittlichen Jahresproduktion von ca. 16 Mrd. kWh. (Stand: 2000)
Die Zukunft scheint allerdings der Windenergie zu gehören. Ihr Anteil an der öffentlichen Stromversorgung beträgt mittlerweile ca. 2 %. Durch neu installierte Windkraftanlagen konnte die Energieerzeugung gegenüber dem Vorjahr um 50 % gesteigert werden. Nicht zuletzt durch das 100.000 Dächer-Programm der Bundesregierung sind auch auf dem Solaranlagensektor deutliche Fortschritte erkennbar.
Schon jetzt trägt die Sonnenenergie etwa 1 % zur öffentlichen Stromversorgung bei. Die Verwertung von Biomasse und die Nutzung von Erdwärme erschließen weitere enorme Potentiale erneuerbarer und umweltfreundlicher Energiequellen. Im internationalen Vergleich nimmt Deutschland in der Technik der Nutzung erneuerbarer Energien schon jetzt eine herausragende Rolle ein.
Wasserkraft
Wasserkraft ist die weltweit am häufigsten genutzte regenerative Energiequelle. In China und im Vorderen Orient wurden Wasserräder schon vor etwa dreitausend Jahren verwendet. Auch in Deutschland spielt die Energiequelle Wasserkraft eine bedeutende Rolle. 5 300 Wasserkraftwerke, davon 4 300 Anlagen allein in Bayern, erzeugten 1998 rund 16 Mio. Megawattstunden Strom. Über 90 % aller Flüsse in Deutschland wurden 1998 zur Wasserkraftgewinnung verwendet. Wasserkraft wird über Laufwasserkraftwerke oder Speicherwasserkraftwerke gewonnen.
Während die Laufwasserkraftwerke sich den natürlichen Verlauf von Bächen und Flüssen zu nutze machen, gewinnt man bei den Speicherwasserkraftwerken in der Regel die Energie durch künstliche Stauung von Wasser. Wasserkraftwerke haben allgemein eine sehr gute Energieausbeute. Ihr Wirkungsgrad beträgt bis zu 90 %. Ökologisch bedenklich ist allerdings der starke Eingriff in die Ökologie der Flüsse. Durch Aufstauungen werden weiträumig Auengebiete überschwemmt. Fische werden an ihrer Wanderung entlang von Flüssen gehindert und können zudem in die Turbinen der Wasserkraftwerken gelangen.
Solarenergie
Die Sonne strahlt im Jahr 10.000 mal mehr Energie auf die Erde, als von der gesamten Weltbevölkerung verbraucht wird. Allein die Sonnenenergie die jährlich auf die Fläche Deutschlands einstrahlt, würde ausreichen um den jährlichen Energieverbrauch Deutschlands 80 mal zu decken. 1998 konnte bereits 1 % der öffentlichen Stromversorgung durch Solarstrom bereitgestellt werden.
Zur Nutzung der Sonnenenergie werden drei unterschiedliche Technologien eingesetzt: die Solararchitektur, die thermischen Solaranlagen und die Solarzellenanlagen ( die sog. Photovoltaik). Schädliche Abgasemissionen fallen bei Solaranlagen eigentlich nur bei der Herstellung an. Die Solararchitektur nutzt die Sonneneinstrahlung überwiegend zur Gebäudeheizung.
Eine günstige Standortwahl, die Orientierung und Gestaltung von Gebäuden und der Einsatz von transparenten Elementen (wie Fenster und Wintergärten) ermöglichen eine effektive Nutzung der Sonneneinstrahlung. Bei solarthermischen Anlagen werden hohe Wachstumsraten beobachtet. So hatten 1997 Solarkollektoren einen Zuwachs von 380.000 m2 Kollektorfläche, das ist eine Steigerung um ca. 17% auf 2.5 Mio. Quadratmeter.
Das Prinzip eines Solarkollektors ist nicht neu und wurde schon Ende des 17. Jahrhunderts erdacht. Thermische Solaranlagen absorbieren Wärmestrahlung und geben sie an eine Wärmeträgerflüssigkeit weiter, die ihrerseits die Wärme an einen Warmwasserspeicher abgibt. Sie werden überwiegend für die Erzeugung von Niedrigtemperatur-Nutzwärme für den Warmwassergebrauch und die Raumheizung eingesetzt.
In Anbetracht dessen, dass etwa 40 % des gesamten Energiebedarfs in Deutschland auf den Niedrigtemperaturbereich entfallen, können thermische Solaranlagen einen wesentlichen Beitrag zur Senkung der klimaschädlichen CO2 Emissionen liefern. Einfamilienhäuserwerden üblicherweise mit einer Kollektorfläche von 6 m2 ausgestattet. Mit einer solchen thermischen Solaranlage kann ca. 50 % des jährlichen Warmwasserverbrauchs gedeckt werden. Durch die geringe Sonneneinstrahlung im Winter wird jedoch noch eine zusätzliche Energiequelle, wie die Zentralheizung oder die Gasheizung, benötigt.
Photovoltaik-Anlagen wandeln Licht, mit Hilfe von Solarzellen, direkt in Strom um. Solarzellen werden aus Silizium hergestellt, also aus Quarzsand. In den USA wurden 1954 die ersten Siliziumzellen entwickelt, um die Stromversorgung von Satelliten und Raumkapseln zu gewährleisten. Heute finden Solargeneratoren ( viele Solarzellen) Anwendung in Konsumgütern wie Uhren, Taschenrechner oder Solarmobilen. Sie erzeugen Leistungen von wenigen Watt bis zu 1 MegaWatt (Photovoltaik-Kraftwerke).
Das 100.000-Dächer-Programm der Bundesregierung fördert Photovoltaik- bzw. Solarstromanlagen. So vergab die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) 1999 für diese Zwecke Darlehen in einer Gesamtsumme von 103 Mio. DM für 3576 Anlagen. Außerdem sieht die geplante Verbesserung des Stromeinspeisungsgesetzes eine Vergütung für im Stromversorgungsnetz eingespeisten Solarstrom von 17 PF auf 99 PF pro kWh vor. Manche Energieversorgungsunternehmen vergüten Solarstrom sogar mit 2 DM pro kWh. Ein Drei-Personen-Haushalt kann mit dem Solarstrom einer 3 Kilowatt-Anlage ihren jährlichen Strombedarf decken. Pro Kilowatt installierter Anlage ist mit einem Preis von 15.000 DM und einer Fläche von 10 m2 zu rechnen. Zwischen 1992 und 1998 verzehnfachte sich die in Deutschland installierte Photovoltaikleistung fast. Die über 11 260 Anlagen erzeugen eine elektrische Leistung von ca. 50 MW.
Windenergie
Heute ist Windenergie nach der Wasserkraft die wichtigste erneuerbare Energiequelle Deutschlands. Erste Versuche mit Windanlagen wurden bereits vor dem ersten Weltkrieg unternommen, gerieten dann aber wieder in Vergessenheit. Nach zaghaften Anfängen in den 80er Jahren mit experimentellem Charakter, erlebte die Windkraftbranche in den letzten 10 Jahren einen wahren Boom. So stieg zum Beispiel die 1999 neu installierte Leistung gegenüber dem Vorjahr um 50 % (Stand: Januar 2000).
Zur Zeit sind über 7800 Windkraftanlagen in Betrieb, mit einer Gesamtleistung von über 4400 Megawatt und einem Gesamtanteil am bundesweiten Strombedarf von rund 2 %. In Niedersachsen, der Nummer Eins in der Windkraft-Nutzung, werden schon 5 % des Strombedarfs aus der Windkraft gedeckt. Die Hälfte des europaweiten Windradstroms wird in Deutschland erzeugt, gefolgt von Dänemark, Spanien und den Niederlanden.
Nach Meinung des Bundesverbandes Windenergie e.V ist Deutschland auch weiterhin international führend in der Nutzung dieser Technologie (ca.4400 Megawatt), noch weit vor den USA mit rund 2500 Megawatt installierter Leistung. Windenergieanlagen gibt es in unterschiedlichen Größen und Leistungsklassen. Die 2 Megawatt-Turbine ist zur Zeit die Spitzenklasse unter den Windrädern.
Die weltgrößte Anlage wird nun für die Weltausstellung in Hannover, der Expo 2000 errichtet. Mit einer Höhe von 170 Meter und einem Rotordurchmesser von 112 Meter wird sie eine Leistung von 4 Megawatt erreichen. Gute Chancen werden Windenergieparks in Küstengewässern, sogenannte Offshore-Windparks eingeräumt. Diese Windfarmen sollen, auf Grund der günstigen Windverhältnisse auf See, Energiemengen von über 1000 Megawatt liefern. Zukunftsperspektiven eröffnen sich auch in Form interkontinentaler Windenergietransfers. So könnte erneuerbare Energie bald auch aus dünn besiedelten Regionen mit günstigen Windverhältnissen importiert werden. Dafür würden sich die Küstenregionen Nordafrikas genauso eignen wie die Steppengebiete Kasachstans.
Bioenergie
1998 wurde in Deutschland aus Biomasse eine Energiemenge von 1,1 Mrd. kWh erzeugt – im Vergleich mit Windenergie 4,5 Mrd. kWh und Wasserkraft 16,1 Mrd. kWh, ein bescheidener 3. Platz unter den regenerativen Energiequellen. Eine alltägliche und wohl auch eine der ältesten Formen der Bioenergienutzung ist das Brennholz. Weitere Ausgangsstoffe zur Erzeugung von Bioenergie sind Stroh, Gülle, Mist, Tier- und Pflanzenabfälle und Ölpflanzen wie Raps und Hanf. Schnell nachwachsende Rohstoffe wie Ölpflanzen und Stroh eignen sich dabei für den sogenannten Energiepflanzenanbau.
Mit Hilfe von Umwandlungstechnologien werden aus den Ausgangsstoffen verwertbare Energieträger oder Energieformen erzeugt. Zum Beispiel wird bei der Verbrennung von Biomasse Wärmeenergie oder elektrische Energie erzeugt. Alkohol, der bei der Vergärung von Biomasse entsteht, wird als Treibstoffzu- und Ersatz verwendet. Das aus Biogasanlagen gewonnene Biogas wird als Brennstoff in Heizanlagen eingesetzt. Aus Ölpflanzen kann man durch Auspressung und Extraktion Öl gewinnen. Biodiesel wird aus Rapsöl und Methanol (Alkohol) hergestellt. Allerdings ist der Nutzen von Biodiesel umstritten: Nachteilig ist der große Flächenverbrauch durch den Rapsanbau und der damit verbundene Dünger- und Pestizid- Einsatz.
Ein marktwirtschaftliches Hindernis ist der hohe Preis für Biodiesel, der gegenüber normalem Dieselkraftstoff fast doppelt so hoch ist. Ein Vorteil von Biodiesel ist sein geringer Schadstoffausstoß bei seiner Verbrennung. Die biologisch leichte Abbaubarkeit von Biodiesel ist ein weiterer Vorteil gegenüber herkömmlichem Dieselöl. In Anwendungsbereichen, bei denen Gewässerschutz oder Bodenschutz im Vordergrund stehen, wie in der Forstwirtschaft (Kettensägenöl) oder der Binnenschifffahrt, ist der Einsatz von Biodiesel daher eine sinnvolle Alternative.
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