Kitabı oku: «Zeitkapseln - Botschaften in die Welt von morgen», sayfa 7

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Ein bewohnbarer Planet Mars wäre beispielsweise durchaus in der Lage, die ökologisch angespannte Situation auf der Erde spürbar zu entlasten, auch wenn die Aufnahmekapazität dieser planetaren Welt nicht überschätzt werden sollte. Allerdings ist ungewiss, ob ein Terraforming des äußeren Planeten mit dem Ziel der Umsiedlung von Milliarden Menschen überhaupt eine realistische Option darstellt. Außerdem dürfte die physikalische, chemische und biologische Konditionierung des äußeren Nachbarplaneten Zeitspannen von Jahrtausenden in Anspruch nehmen. Solche langen Zeiträume werden unserer Gattung zur Eindämmung der Folgen der demografischen Katastrophe jedoch nicht zur Verfügung stehen.

So werden Milliarden und Abermilliarden Menschen wohl immer weiter die Biodiversität auf der Erde beschädigen, Artensterben verursachen, Umwelt und Natur zerstören, das Klima nachteilig beeinflussen und den Planeten mit Müll, Exkrementen und sonstigen Hinterlassenschaften im Übermaß belasten. Dazu kommt, dass sich das Spannungsfeld der weltweit wachsenden sozialen Disproportionen weiter vergrößern wird. Wenn die Menschen dieser Entwicklung nicht energisch und konsequent Einhalt gebieten, werden künftige Generationen alle Hände voll zu tun haben, um das Taumeln unserer Gattung in eine Art ökologisches und zivilisatorisches Endzeitszenario zu verhindern. Diese erschreckende Perspektive sollte von niemandem als eine bloße Science-Fiction-Vision missverstanden und auf die leichte Schulter genommen werden!

Matti, ich empfinde es als seltsam, aber wenn ich an die wenig ermutigenden globalen Zukunftsaussichten denke, beschleicht mich das Gefühl, froh sein zu müssen, dass ich aus einer zwar ganz und gar nicht heilen, aber trotzdem immer noch einigermaßen intakt erscheinenden Vergangenheit relativ unbekümmerte Grüße in eine Zukunft schicken darf, die angesichts der sich zuspitzenden demografischen Katastrohe nichts Gutes verheißt.

Der Dramatiker Heiner Müller hat die Ansicht vertreten, dass Optimismus nur durch einen Mangel an Information zu erklären sei. Ich möchte seine Aussage etwas modifizieren. Nach meinem Dafürhalten scheint Optimismus heutzutage nur noch durch das Verschweigen oder das bewusste Ausblenden von unliebsam erscheinenden Informationen möglich zu sein. Genau diese Weltsicht predigt der politische Zeitgeist des „Political Correctness“. Sein unheilvolles Credo ist wie ein „nicht sehen wollen, was doch zu sehen ist“ (Alain Finkielkraut) und „bedeutet, den Blick von einer unerträglichen Wirklichkeit abzuwenden und der Wahrheit aus Mutlosigkeit oder wegen irgendwelcher Rücksichten nicht ins Auge zu sehen“ (Jürg Altweg).

Na ja, mein Junge, so schwarzseherisch und pessimistisch will ich diesen Brief aber nicht ausklingen lassen. Ungeachtet der von mir skizzierten düsteren Aussichten für die Biosphäre unseres Planeten habe ich dennoch eine aufmunternde Botschaft oder, besser gesagt, Handlungs-Maxime für dich. Sie setzt auf das Prinzip Hoffnung und stammt von Johann Christoph Lichtenberg, der im 18. Jahrhundert gelebt hat. Der gescheite Mann war Physiker, Schriftsteller und Philosoph und hat uns eine Vielzahl von Aphorismen hinterlassen. Am Schluss meines Briefes möchte ich dir eine seiner aphoristischen Weisheiten ans Herz legen:

„Ich kann freilich nicht sagen, dass es besser wird, wenn es anders wird. Aber so viel kann ich sagen, es muss anders werden, wenn es gut werden soll!“

Lass’ dir die Spruchweisheit im Hinblick auf die sich dramatisch zuspitzende demografische Entwicklung in aller Ruhe durch den Kopf gehen und bemühe dich, dazu beizutragen, dass es in dieser, unserer, die ja vor allem auch deine Welt sein wird, künftig gut werden kann! Viele Grüße aus dem Jahr 2019 in das Jahr 2035 schickt dir ein zu eben dieser Stunde ziemlich nachdenklicher und ganz und gar nicht zuversichtlich in die Zukunft blickender

Großvater.

Anlagen

Nachdenkblatt – Energiewende einmal anders betrachtet – Das raumzeitliche Perpetuum mobile

Nachdenkblatt - Energiewende einmal anders betrachtet

1. Technische Innovationen der menschlichen Zivilisation – ein historischer Streifzug

Im Laufe der Menschheitsgeschichte hat sich der Energiebedarf eines erwachsenen Individuums ständig erhöht. Betrug er in der Jungsteinzeit noch ca. 8 bis 10 kWh, geht man im Mittelalter von einer Vervierfachung des steinzeitlichen Wertes aus. Heute soll der Energiebedarf in den modernen Industriegesellschaften für einen Erwachsenen etwa das 25-Fache des steinzeitlichen Wertes betragen. Seit der Beherrschung des Feuers in der Altsteinzeit ist der menschliche Energiebedarf neben der Muskelkraft mehrere Hunderttausend Jahre lang fast ausschließlich durch Feuerholz gedeckt worden.

Als die Menschen in der Jungsteinzeit sesshaft wurden, begannen sie, Ackerbau und Viehzucht zu betreiben. Durch diese neue Lebensweise gelang es ihnen, sich von der Jagd und den natürlichen Ressourcen in der Umwelt unabhängiger zu machen. Die neolithische Revolution bescherte den Menschen aber noch weitere Errungenschaften. Dabei handelte es sich beispielsweise um das Spinnen von Garnen, das Weben von Textilien, das Brennen von Keramik oder das Errichten von Häusern aus getrockneten Tonziegeln.

In der Bronzezeit erlernten die Menschen durch den Bau von Öfen mit Blasebälgen das Verhütten von Erzen und das Gießen und Schmieden von Metallen und Legierungen. Das betraf zunächst das Metall Kupfer. Später gelang es, aus diesem Metall und Zinn die härtere Bronze herzustellen. Eine weitere wichtige Erfindung dieser Epoche war die Erfindung des Rades. Es sollte fortan als Wagenrad den Transport von Lasten und Personen sowie als Töpferscheibe die Herstellung von Keramik erleichtern.

In der Eisenzeit gelang es, aus Eisenerz metallisches Eisen zu gewinnen, das mit seinen besseren Gebrauchseigenschaften die Waffen- und Werkzeugtechnik revolutionierte. Darüber hinaus kannten die antiken Hochkulturen der Griechen und Römer das Hebelgesetz und entwickelten Flaschenzüge und Winden, die das Heben von Lasten vereinfachten. Es entstanden erste Maschinen wie Katapulte, Aufzüge, Kräne oder archimedische Schnecken, die zur Entwässerung von Bergwerken genutzt wurden. In der Spätzeit der Antike profitierte auch die Landwirtschaft von den technischen Errungenschaften ihrer Zeit. Wasserräder und Schöpfwerke erlaubten eine effizientere Bewässerung der Felder. Infolge der Nutzung von Wassermühlen konnte das Mahlen von Getreide erleichtert und verbessert werden.

Im europäischen Mittelalter wurden Wassermühlen durch Windmühlen ergänzt. Die agrarische Produktivität verbesserte sich aufgrund der Einführung der Dreifelderwirtschaft, der Anwendung des Räderpflugs und des Beschlagens der Pferdehufe mit Hufeisen. Die Erfindung des Kummets für Zugtiere erhöhte deren Zugkraft um ein Vielfaches, was den Lastentransport spürbar erleichterte. Im europäischen Spätmittelalter wurde mit dem Schießpulver sogar eine neue chemische Energiequelle entdeckt. Ihr technologisches Potenzial als Sprengstoff blieb jedoch zunächst ungenutzt, da das Schießpulver anfänglich nur in der Militärtechnik Anwendung fand.

Das Zeitalter der industriellen Revolution brachte neue innovative Ansätze hervor. Die Menschen begannen vermehrt, Steinkohle als Energiequelle zu nutzen. Die Erfindung der Dampfmaschine revolutionierte die maschinelle Industrie und das Transportwesen. Durch die Nutzung von Elektrizität, den Einsatz von Verbrennungsmotoren und verfahrenstechnische Errungenschaften sind in vielen industriellen und infrastrukturellen Bereichen weitere erhebliche Verbesserungen erzielt worden.

Der chemischen Industrie gelangen durch die Entwicklung neuer Werkstoffe und Materialien neue Innovationsschübe. In diesem Zusammenhang sind vor allem aber auch die Entwicklung und der Einsatz künstlicher Dünger und von Schädlingsbekämpfungsmittel wichtig gewesen. Durch diese neuen chemischen Anwendungsmethoden und die zunehmende Mechanisierung der Landwirtschaft ist es den Bauern gelungen, die Erträge der bewirtschafteten Flächen zu steigern und die Versorgung der Bevölkerung mit Nahrungsmitteln auf eine sichere Basis zu stellen.

In den letzten hundert Jahren sind neben Kohle vor allem Öl und Gas zu relevanten Energieträgern aufgestiegen. Mit der friedlichen Nutzung der Kernenergie steht global ein weiterer potenter Energieträger zur Verfügung. Heutzutage (2015) wird der Energiebedarf weltweit aus den folgenden Energiequellen gedeckt:

Kohle/Erdöl/Gas 81,4 %

Biobrennstoffe 9,7 %

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.

3.3 Biobrennstoffe

Als Verstromungsmethode spielen die aus Biomasse gewonnenen Biobrennstoffe (überwiegend Methan) weltweit noch eine untergeordnete Rolle. Soweit es sich um die Verwendung tierischer Abfälle als Reststoffverwertung handelt, ist diese Form der Energieerzeugung nicht zu beanstanden. Sie dürfte, wirtschaftlich betrachtet, ohnehin nur lokal in landwirtschaftsnahen Bereichen von Interesse sein. Sobald man jedoch beginnt, Nahrungsmittel (hier vor allem „Energiemais“) gezielt für eine energetische Nutzung anzubauen, gerät das Konzept in den Fokus öffentlicher Kritik. Solange der Hunger auf der Welt nicht besiegt ist, scheint die Verstromung von Pflanzen, die der Nahrungsversorgung dienen, ein fragwürdiges Unterfangen zu sein. Doch abgesehen davon ist die Verstromung von Energiemais und anderen Getreidepflanzen aus naturgesetzlichen Gründen (geringe Leistungsdichte) und wegen des riesigen Flächenverbrauchs unsinnig. Würde man beispielsweise den gesamten Inlandsstrom Deutschlands ausschließlich durch Energiemais erzeugen wollen, wäre dafür eine Anbaufläche – man höre und staune – von der Größe der Bundesrepublik erforderlich.

4. Technischer Fortschritt und Umweltschutz

Physikalische Überlegungen zeigen, dass technischer Fortschritt bei gleichzeitigem Umweltschutz nur mit größeren Leistungsdichten in der Stromerzeugung, der industriellen Produktion und dem Verkehr zu erreichen ist. Die benötigte Energie für eine wachsende Bevölkerung bei gleichzeitig zunehmendem Lebensstandard kann wirtschaftlich nur mit Energiegewinnungs-Methoden hergestellt werden, die hohe Leistungsdichten gewährleisten. Die sogenannten „erneuerbaren“ Energien scheinen deshalb zur alleinigen Deckung des Energiebedarfs moderner Industriestaaten ungeeignet zu sein.

Was die Energieerzeugung anbelangt, stellen die in den Medien oft bemühten Gesichtspunkte „sanft“ und „erneuerbar“ im Hinblick auf den Umweltschutz die Fakten auf den Kopf. Es verhält sich genau umgekehrt. Je sanfter, weniger intensiv und damit großflächiger eine Methode zur Erzeugung von elektrischer Energie erscheint, desto kostspieliger und durch den hohen Flächenverbrauch umweltschädlicher ist meistens ihre Anwendung.

5. Der Erntefaktor ERoEI (Energy Returned on Energy Invested)

Dieser Faktor erlaubt es, die Energieeffizienz unterschiedlicher Methoden der Stromerzeugung zu quantifizieren. Er ist, vereinfacht ausgedrückt, das Verhältnis der während der gesamten Lebenszeit einer angewendeten Methode zur Stromerzeugung erzeugten elektrischen Energie zu derjenigen Energie, die für die Ingangsetzung und den Betrieb des Verfahrens aufgewendet werden muss. Der ERoEI ist ein Energiemultiplikator. Bei einem Wert von ≥ 1 investiert man eine KWh und erhält ein Vielfaches davon zurück. Daneben ist die Forderung ERoEI ≥ 7 zu beachten. Unterhalb dieses Wertes gilt eine Methode zur Energiegewinnung volkswirtschaftlich als nicht mehr sinnvoll (siehe nachfolgende Übersicht):

Erntefaktoren ERoEI für verschiedene Verfahren der Stromerzeugung:

Sonnenenergie 1,6

Biobrennstoffe 3,5

Windenergie 3,9

--------------------------------------------

Wirtschaftlichkeitsgrenze (Faktor 7)

--------------------------------------------

Gas 26

Kohle 30

Wasser 35

Kernkraft 75

Nach dem Erntefaktor-Ansatz ergeben Gas, Kohle und Wasserkraft Erntefaktoren von 26 bis 35, Kernkraft erreicht dagegen sogar einen Wert von 75. Allerdings existieren verschiedene Berechnungsmethoden, die auch die Entsorgung berücksichtigen. Unbestritten ist jedoch, dass Sonnenenergie, Biobrennstoffe und Windkraft unter der Wirtschaftlichkeitsgrenze von Faktor 7 bleiben. Damit haben die sogenannten erneuerbaren Energien auch unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit keine Vorteile gegenüber den konventionellen Energieträgern.

6. Nutzung eines wetterabhängigen Fluktuationsstroms – Probleme und Konsequenzen

Die Wetterabhängigkeit von Sonnen- und Windenergie stellt einen bedeutenden Nachteil für ihre Nutzung dar. Diese Energiearten tragen damit praktisch nicht zur Versorgungssicherheit mit elektrischem Strom bei und erfordern nach dem heutigen Stand der Technik zu 100 % planbare Backup-Systeme. Wie untauglich das Konzept für sich genommen ist, zeigt sich beispielsweise an einem grauen dunklen und dazu noch windstillen Novembertag. Dann können die sogenannten erneuerbaren Energien nur noch etwa 3 % des in Deutschland benötigten Strombedarfs liefern. Insofern erweist sich die Pufferung des fluktuierenden Zufallsstromes als ein gravierendes Problem. Pumpspeicherwerke wie beispielsweise in Norwegen werden als Alternative zu Backup-Kraftwerken mit fossilen Brennstoffen hierzulande wohl eher die Ausnahme bleiben. Deshalb dürfte die wirtschaftliche Speicherung von Fluktuationsstrom eine große technologische Herausforderung bei der Nutzung „erneuerbarer“ Energien darstellen.

Ein weiteres Einspeisungsproblem stellt die Stabilität der Soll-Netzfrequenz von 50 Hz dar. Bei Kohle-, Gas-, Öl- oder Kernkraftwerken mit ihrem stetigen und stabilen Grundlaststrom war dieses Problem gänzlich unbekannt.

Fotovoltaik

Die geringe Leistungsausbeute dieser Energieform ist mit den Schwankungen des solaren Strahlungsflusses und den geringen Wirkungsgraden von Solarzellen hinreichend erklärt. Darüber hinaus gibt zu denken, dass sich auch in Ländern mit einer weitaus höheren Sonneneinstrahlung als in Deutschland eine flächendeckende Anwendung von Fotovoltaik- oder Sonnenspiegelanlagen bisher praktisch nicht durchgesetzt hat. Dieses Erscheinungsbild betrifft afrikanische Länder, aber auch die Südstaaten der USA und sogar Australien. In Ländern mit einer großen Insolation scheinen allenfalls lokale Lösungen für eine Nutzung der Sonnenenergie wirtschaftlich interessant zu sein. Für Großanlagen kann, was die Wirtschaftlichkeit anbelangt, die höhere Sonnenausbeute den Nachteil des kleinsten Erntefaktors offenbar nicht wettmachen.

Windkraft

Neben der Fluktuation des Windes ist bei Windturbinen auch die Kennlinie der Windmaschinen zu beachten. Für Strömungsmaschinen gilt das v3-Gesetz. Eine Verdopplung der Windgeschwindigkeit führt daher zu einer Verachtfachung der Stromleistung, eine Halbierung bewirkt dagegen eine Verringerung der Ausbeute auf ein Achtel. Im Binnenland sind häufige Windgeschwindigkeiten bis zu 6 m/s für eine effiziente Ausbeute viel zu gering. Im Offshore-Bereich liegen die Windgeschwindigkeiten zwar erheblich darüber, doch ab v=8 m/s muss wegen der zu hohen mechanischen Belastungen begonnen werden, die Windradleistung zu drosseln. Ab 13 m/s ist aus denselben Gründen eine Begrenzung der Maximalleistung auf die Nennleistung erforderlich. Aufgrund der mechanischen Instabilität der Windturbinen ist daher die Windenergie bei hohen Windgeschwindigkeiten nur eingeschränkt nutzbar.

Sicherheitsgrenzen

Dem weiteren Ausbau der Nutzung „erneuerbarer“ Energien werden auch durch die Garantie der Netzstabilität Grenzen gesetzt. Der verbleibende Anteil von Grundlastkraftwerken hängt wesentlich von der Netzstruktur und den Akzeptanzgrenzen eines noch tolerierbaren Black-out-Risikos ab. Expertenkreise schätzen ein, dass in der Bundesrepublik eine Grundkraftwerk-Mindestleistung von 20 GW nicht unterschritten werden sollte. Die totale Abschaltung der noch betriebenen Kernkraftwerke und der beschlossene Ausstieg aus der Nutzung fossiler Energieträger für die Strom- und Wärmeerzeugung könnte jedoch die Energieversorgung in Deutschland gefährden. Daher sollten die naturgesetzlichen und technologischen Schranken sowie die wirtschaftlichen Grenzen eines weiteren Ausbaus der sogenannten erneuerbaren Energien von den Entscheidungsträgern nicht länger ignoriert werden.

7. Wie erneuerbar sind die „erneuerbaren“ Energien?

Der Begriff „erneuerbare“ Energie scheint eine unglückliche Wortschöpfung zu sein. Unter dem Vorgang der Erneuerung werden gemeinhin die Aufbereitung und Instandsetzung eines verschlissenen oder verbrauchten Produktes oder Objektes verstanden. Was aber bedeutet diese Vorstellung für die Erneuerung der Energie?

Der Energieerhaltungssatz besagt, dass Energie eine Erhaltungsgröße ist, die weder erschaffen noch vernichtet werden kann. Die verschiedenen Formen der Energie lassen sich jedoch ineinander umwandeln. Der Wind, der gestern geweht hat, und die Sonnenstrahlen, die noch am Abend die Erde gewärmt haben, sind am nächsten Tag scheinbar verschwunden. Doch die mechanische Energie des Windes und die von der Wärme der Sonnenstrahlen verursachte Konvektionsenergie in der Atmosphäre sind nicht verloren gegangen. Das verbietet der Energieerhaltungssatz. Über Nacht ist durch dissipative Prozesse lediglich die Entropie der Atmosphäre und der Erdoberfläche erhöht worden. Daher kann eine Erneuerung der gestrigen Wind- und Sonnenenergie auf der Erde gar nicht stattfinden, weil ja überhaupt keine Energie verschwunden oder verloren gegangen ist. Freilich könnte man versuchen, die scheinbar verloren gegangene Energie mit hoher Entropie in eine Energieform mit niedrigerer Entropie „zurückzutransferieren.“ Bei diesem Vorgang würde es sich aber nicht um einen Erneuerungsprozess, sondern wiederum nur um eine Umwandlung handeln.

Die Wortschöpfung „erneuerbar“ zielt offensichtlich auf eine andere, etwas naive Vorstellung ab. Auf der Erde scheint am nächsten Tag in der Regel irgendwo und irgendwann wieder die Sonne und es wehen natürlich auch wieder Winde durch die Atmosphäre. Für einen unbedarften Beobachter auf der Erde stellt sich die Sachlage daher so dar, als sei der gestrige Zustand mit einigen Variationen schlichtweg erneuert worden. Doch der schöne Schein trügt.

Das Prinzip der Energieerhaltung gilt streng genommen nur für abgeschlossene Systeme. Bei der Erde handelt es sich aber um ein thermodynamisch offenes System, in das Energie hineinströmen und herausfließen kann. In diesem Fall ist die Energiebilanz zu betrachten. Die Energie, die ein System erhält, minus der Energie, die es verlässt, ist die Änderung der Energie des Systems (Erde). Die auf dem Planeten in einen Zustand höherer Entropie umgewandelte und überwiegend in den Weltraum abgegebene Energie wird sozusagen immer wieder ersetzt. Bei der scheinbar erneuerten Energie handelt es sich vor allem um einen Nachschub von Sonnenenergie. Allerdings ist der Energievorrat unseres Sterns, der diesen Zauber bewirkt, nicht unerschöpflich. Der Prozess wird sich nicht unendlich lange jeden Tag wiederholen können. Irgendwann werden die Fusionsprozesse im Innern der Sonne sie zu einem roten Riesen aufblähen, der später als ein weißer Zwerg, eine Art Sternenleiche, enden wird. Spätestens dann dürfte ein fiktiver Beobachter auf dem Planeten Erde oder der Welt, die davon übrig geblieben ist, feststellen, dass es „erneuerbare“ Energien nicht wirklich geben kann!

Anmerkung:

Das Nachdenkblatt zur Energiewende basiert maßgeblich auf dem Artikel von Prof. Dr. H.-J. Lüdecke „Naturgesetzliche Schranken der Energiewende“ Naturwissenschaftliche Rundschau, 71. Jahrgang, Heft 6/2018, S. 284–287.

Das raumzeitliche Perpetuum mobile

Ein Mann von großem Wissen und Verstand

erfand mit Scharfsinn eine seltsame Maschine.

Mit visionärem Weitblick hatte er erkannt,

dass solch’ ein Gerät ja vielen Menschen diene.

Die Maschine funktionierte wie ein Wunderding,

sie konnte unaufhörlich Energie erzeugen,

kein Mensch wusste, wie das wirklich ging,

sie schien die Gesetze der Physik zu beugen.

Die Maschine löste das Energieproblem der Welt

und auch das Klima ließ sich mit ihr retten.

Die Menschen feierten den klugen Mann als Held,