Bertwin Minks - Zeitkapseln - Botschaften in die Welt von morgen

Kernkraft 4,9 %

Wasserkraft 2,5 %

Wind/Sonne/Gezeiten 1,5 %

Geothermie

Trotz der in Deutschland politisch vorangetriebenen Energiewende, die eine andere Nutzungsstruktur der Energiequellen anstrebt, dürfte sich weltweit an dieser Verteilung der Nutzung der verschiedenen Energieträger in den nächsten Jahren kaum etwas ändern.

2. Der Gesichtspunkt der Leistungs- und Energiedichte

In der Energieerzeugung hat die Leistungsdichte = Leistung/Wirkfläche eine zentrale Bedeutung. Eine effiziente Energiegewinnung mit hoher Leistungsdichte erfordert gemäß der o. g. Beziehung eine begrenzte Wirkfläche. Die nachfolgende Übersicht listet für einige Methoden der Stromerzeugung die anzusetzenden Wirkflächen und zu erzielenden Leistungsdichten auf:

Stromerzeugungsmethode Leistungsdichte (W/m2)/Wirkfläche

Erdwärme 0,03/Erdboden

Fotovoltaik 10/Solarzellenfläche

Wind/Land ca. 45/Propellerfläche

Wind/See ca. 200/Propellerfläche

Wasser (v= 6 ms-1) 100.000/Turbinenfläche

Kohle 250.000/Brennkesselwand

Kernkraft 300.000/Hüllrohrfläche des Brennstoffes

Die Tabelle macht deutlich, dass man mit Fotovoltaik oder Windenergie niemals große mobile Objekte wie Förderbrücken, Eisbrecher, Flugzeuge oder Raumfähren betreiben kann.

Die Leistungsdichte erklärt auch die Limitierung der mittelalterlichen Energieerzeugung. Die dort erzielten minimalen Leistungsdichten konnten trotz riesiger, aber ertragsschwacher Ackerflächen keinen ausreichenden Ertrag liefern. Bei Windturbinen ist die energetische Situation ähnlich gelagert. Um aus turbulenter oder strömender Luft ausreichend Energie zu gewinnen, benötigen Windräder riesige Propeller. Der entscheidende Grund für diese Mammut-Ausmaße ist die zu geringe Leistungsdichte. Energietechnologisch fühlt man sich bei den Anlagen in die Welt der mittelalterlichen Windmühlen zurückversetzt. Es waren auch die zu geringen Leistungsdichten, die unsere Vorfahren veranlasst haben, Segel auf Last- und Passagierschiffen zugunsten eines Dampf- oder Dieselantriebs aufzugeben.

Bei der Fotovoltaik stellt sich die Situation ähnlich dar. Mit einer Leistungsdichte von 10 W/m2 lassen sich selbst bei modernster Computersteuerung keine leistungsstarken Motorfahrzeuge betreiben. Das liegt nicht nur daran, dass die Sonneneinstrahlung zwischen dem 50. und 60. Grad nördlicher Breite nicht ausreichend intensiv ist. Hierbei spielen auch die Bedeckung des Himmels durch Wolken, der Wechsel von Tag und Nacht sowie die relativ geringen Wirkungsgrade von Fotovoltaik-Zellen eine Rolle. Insofern existieren, was die Effizienz der Nutzung von Windkraft und Fotovoltaik anbelangt, naturgesetzliche Schranken, die aus den zu geringen Leistungsdichten resultieren. Das Dilemma lässt sich auch mit modernster Technik und Computersteuerung nicht beseitigen.

Neben der Leistungsdichte spielt in der Diskussion über eine effiziente Erzeugung und Nutzung von Energie vor allem die Energiedichte = Energie pro Masseneinheit eine maßgebliche Rolle. Dieser Gesichtspunkt wird am Reichweiten-Problem Batterie getriebener Elektrofahrzeuge deutlich. Benzin hat nach Abzug der Wirkungsgradverluste eine Energiedichte von 4 kWh/kg. Ein Lithiumionen-Akku kommt dagegen nur auf ca. 0,2 kWh/kg. Das heißt, dass ein batteriegetriebenes Auto etwa das 20-fache Treibstoffgewicht mit sich führen muss, wenn es die Energieeffizienz eines Fahrzeuges erreichen will, das mit einem konventionellen Verbrennungsmotor betrieben wird. Dazu kommen die relativ langen Ladezeiten von Batterien, die diese Antriebsart in ihrer Praktikabilität beeinträchtigen. Aufgrund der geringen Energiedichte von Li-Ionen-Batterien scheint auch die effiziente Umrüstung von LKW-Antrieben auf Batterie-Konzepte unrealistisch zu sein. Immerhin werden über 70 % der Güter Deutschlands (oft über weite Strecken und mit engen Zeitvorgaben) mit LKW auf Straßen bewegt. Darüber hinaus sind Batterie-Autos aufgrund der Umweltschädlichkeit der Batterien (bei der Herstellung und Entsorgung) ökologisch bedenklich. Batterie-Konzepte der Elektromobilität werden daher künftig wohl nur in Nischen (z. B. Stadtverkehr) eine sinnvolle Option sein können.

Ein ganz und gar abstrus erscheinender Gedanke, der jedoch schon mal hier und da geäußert wird, ist die Vorstellung, dass Batterie getriebene Flugzeuge im internationalen Flugverkehr routinemäßig eingesetzt werden könnten. Solche Überlegungen ignorieren naturgesetzliche Schranken und scheinen die Gläubigkeit an eine praktikable Batterie gestützte Elektro-Mobilität vollends zu karikieren.

Eine ernst zu nehmende Konkurrenz für die umweltschädlichen Verbrennungsmotoren könnten dagegen Fahrzeuge sein, die über einen Brennstoffzellenantrieb verfügen. Der in diesem Konzept als Treibstoff verwendete Wasserstoff weist nämlich die erforderliche hohe Energiedichte auf (ohne Berücksichtigung von Wirkungsgradverlusten etwa 30 kWh/kg). Dazu bedarf es allerdings noch der Entwicklung effizienter Antriebstechnologien und einer Ergänzung des bestehenden Tankstellennetzes.

3. Probleme bei der der Nutzung von Fotovoltaik, Windkraft und Biogas für die Stromerzeugung

3.1 Windkraft

Bei kleinen Leistungsdichten sind sehr große Nutzungsflächen zur Erzeugung der betreffenden Energie erforderlich. Daher steigt der Aufwand an Energie, Material und die Kosten für den Bau und den Betrieb der jeweiligen Anlagen. Um die gleiche jahresgemittelte Leistung eines großen Kohle- oder Kernkraftwerkes zu erreichen, müssten beispielsweise Windturbinen auf eine Länge von 100 km unter Beachtung der strömungstechnisch erforderlichen Abstände hintereinander angeordnet werden. Windkraftanlagen werden in der Regel nicht einzeln, sondern als Ansammlung in Windparks aufgestellt. Hierbei müssen aus strömungstechnischen Gründen Mindestabstände eingehalten werden. Die Leistungsdichte ist daher bezogen auf die Landschaftsfläche mit etwa 1,1 W/m2 sehr viel geringer als diejenige einer einzelnen Windturbine bezogen auf die Propellerfläche. Eine Windturbine in einem Windpark beansprucht etwa 0,3 km2 Bodenfläche. Gegenwärtig (2015) sind in Deutschland knapp 30.000 Windräder installiert, die eine Inlandsstrommenge von ca. 80 TWh erzeugen. Der Inlandsstromverbrauch in der BRD beträgt etwa 600 TWh. Für eine alleinige Stromvollversorgung mit Windrädern würde man daher ungefähr eine Fläche von der Größe des Freistaates Bayern benötigen.

Der gewaltige Flächenverbrauch bei der Nutzung dieser Energieform lässt daher Pläne für den weiteren Ausbau der Windenergie unrealistisch erscheinen. Es sei denn, die Politik setzt sich bei der Durchsetzung der Energiewende um jeden Preis über die Nöte, Vorbehalte und Bedenken der Menschen (Abstand zu Wohngebieten) und ökologische Gesichtspunkte (z. B. Standorte in Waldgebieten) hinweg!

Der weitere Ausbau der Windkraftanlagen verliert auf dem Lande zunehmend an Akzeptanz. Lärm, Infraschall, Schattenwurf und Flugbefeuerungen sorgen bei den Anrainern von Windparks in Windvorranggebieten aufgrund gesundheitlicher Beeinträchtigungen und Belästigungen für wachsenden Unmut, zunehmende Ablehnung und kollektiven Widerstand.

Darüber hinaus sollte nicht vergessen werden, dass die Stromerzeugung durch Windturbinen auch mit erheblichen Umweltschäden verbunden ist. Wer vermag schon die Unmengen an vernichteten Insekten, geschredderten Vögeln und getöteten Fledermäusen zu zählen. Außerdem müssen Standorte von Anlagen in Waldgebieten aus naturschutzrechtlichen Gründen abgelehnt werden, weil sie gewachsene Biotope beeinträchtigen oder zerstören. Darüber hinaus sind die bei intensivem Einsatz von hohen Windturbinen erzeugten mikroklimatischen Veränderungen in der tiefen Atmosphäre der Öffentlichkeit nahezu unbekannt.

3.2 Fotovoltaik

Die auf Hausdächern installierten Fotovoltaik-Elemente zur Erzeugung von elektrischer Energie zum Eigenverbrauch beanspruchen dagegen keine Landschaftsflächen. Diese Nutzungsform der Fotovoltaik ist daher ökologisch nicht als bedenklich oder nachteilig einzuschätzen. Anders verhält es sich dagegen bei Anlagen, die in Solarparks errichtet werden. Hier sind, ähnlich wie bei Windparks, ökologische Vorbehalte und eine Kritik des unangemessenen Flächenverbrauchs aufgrund der zu geringen Leistungsdichten angebracht. Schließlich wird auch die Entsorgung von Solarzellen aufgrund giftiger Metalle wie Cadmium problematisch bleiben.