Basisinformation erneuerbare Energie

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1 Basisinformation erneuerbare Energie Die fünf Formen erneuerbarer Energie Energie ist das Thema der Zukunft: Woher wird sie kommen? Welche Formen und Quellen der alternativen Gewinnung gibt es? Das Welios Energie.Erlebnis.Haus. widmet sich der Frage, welche Auswirkungen alternative Energieversorgungsysteme auf unser tägliches Leben haben. Was verbirgt sich also hinter den Begriffen Solarenergie, Wasserkraft, Windkraft, Geothermie und Biomasse? Ein Überblick. Biomasse: Erste erneuerbare Energieform, die Menschen nutzten Bereits vor Jahren begannen Menschen, Holz für das Heizen und Kochen zu verbrennen. Heutzutage benutzen wir so gut wie jedes organische Material Dinge die leben oder lebten um Energie zu gewinnen. Wir nennen es Biomasse: Pflanzen nutzen bei der Photosynthese Wasser, Kohlendioxid und Sonnenlicht um zu wachsen. Auf diese Art und Weise wird Sonnenenergie in Form von chemischer Energie in pflanzlichem Material gespeichert. Im Alltag bedeutet dies, dass auch aus organischem Abfall von Haushalten, Restaurants oder Bauernhöfen Energie gewonnen wird. Um sie zu nutzen, kann das Material einerseits verbrannt werden, um Wärme zu gewinnen. Die einfachste Nutzung ist dabei das Verbrennen von Holz, Holzpellets oder ähnlichen Produkten und die damit verbundene Gewinnung von Wärmeenergie. Andererseits lassen sich durch verschiedene Techniken Energieträger herstellen und so Biomasse in leicht verwendbare Energie verwandeln. Aus Biomasse lassen sich durch Auspressen, biologische Vergärung und chemische Umwandlung Kraftstoffe herstellen. Biodiesel wird aus Raps, Sonnenblumen und anderen ölhaltigen Pflanzen gewonnen. Das aus den Samen herausgepresste Öl wird mittels eines chemischen Verfahrens umgewandelt. Bioethanol und Biogas werden durch Fermentationsprozesse (Umwandlungsprozess von biologischen Materialien durch geeignete Kulturen oder Bakterien) aus organischem Abfall oder speziell dafür angebauten Pflanzen wie Zuckerrohr oder Zuckerrüben hergestellt.

2 So lässt sich mit Hilfe von Bioethanol oder Biogas auch Strom herstellen. Dabei wird ein Generator durch einen Verbrennungsmotor betrieben. Nutzt man wie in Blockheizkraftwerken auch die abgegebene Wärme, so spricht man von einer Kraft-Wärme-Kopplung. Die Nutzung von Biomasse kann unterschiedlichen Bedürfnissen angepasst werden und ist im Gegensatz zu Wind- und Sonnenenergie eine vom Wetter unabhängige Energieform. Biomasse steht teilweise kostenlos, in Form von organischem Abfall zur Verfügung. Biomasse kann sehr vielfältig genutzt werden, da unterschiedliche Produkte erzeugt werden können: Biogas, Biodiesel, Bioethanol oder Pellets. Aus Biomasse hergestellte Kraftstoffe lassen sich genauso wie fossile Kraftstoffe verwenden. Biomasse steht uns unabhängig von Wind und Wetter zur Verfügung. Spezielle Energiepflanzen wie zum Beispiel Raps lassen sich ohne großen Aufwand anbauen und haben einen hohen Energieinhalt. Aus Biomasse hergestellte Kraftstoffe lassen sich lagern und dienen so als Energiespeicher. Anbauflächen für Energiepflanzen sowie landwirtschaftliche Flächen zur Nahrungsmittelproduktion stehen in direkter Konkurrenz zueinander. Teilweise werden Urwälder gerodet, um Flächen zum Anbau von Biomasse zu gewinnen. Nahrungsmittel werden durch die Konkurrenz um Anbauflächen teurer. Der Anbau von Biomasse ist nicht in unbegrenztem Umfang möglich.

3 Geothermie: Einzige erneuerbare Energieform, die nicht von der Sonne gespeist wird In unserem Erdinneren ist es unglaublich heiß. Es herrschen Temperaturen von mehr als 5000 Grad Celsius. Sie lässt sich zum einen noch auf Restwärme aus der Entstehungszeit der Erde zurückführen, zum anderen entsteht sie durch radioaktiven Zerfall in den unterschiedlichen Schichten der Erde. Das große Potenzial der Erdwärme lässt sogar Gestein schmelzen. Faszinierende Naturschauspiele wie Geysire und Vulkanausbrüche zeugen von der Erdwärme. Dabei lassen sich an der Erdoberfläche Temperaturen von bis zu 1250 Grad Celsius beobachten. Normalerweise hat die Oberfläche der Erde Umgebungstemperatur. Je näher wir dem heißen Erdkern kommen, desto wärmer wird es. In der Erdkruste steigt die Temperatur im Durchschnitt pro 100 Meter Tiefe um 3 Grad Celsius. Geothermie nutzt die Wärmeenergie aus dem Erdinneren. So zum Beispiel bei der Erdwärme, die auch zum Betrieb von Klimaanlagen eingesetzt wird. Nur wenige Meter unter der Erdoberfläche beträgt die mittlere Temperatur konstant 10 Grad Celsius. Das nutzt man bei der oberflächennahen Geothermie zum Beispiel zum Heizen oder Kühlen von Häusern: Mit Erdwärmesonden oder Kollektoren lässt sich diese Wärme an die Oberfläche befördern. Wärmepumpen sorgen dann dafür, dass die Wärme dem Heizkreislauf des Hauses zugeführt wird. Bei der tiefen Geothermie wird die Wärme in tieferen Gesteinsschichten genutzt. Zur wirtschaftlichen Stromerzeugung benötigt man mindestens 100 Grad Celsius. Hierbei wird die Wärme mit Hilfe einer Flüssigkeit (zum Beispiel Wasser) an die Oberfläche gefördert. Diese Flüssigkeit ist entweder schon in der Gesteinsschicht enthalten oder wird extra hinabgepumpt. Anschließend wird die Wärmeenergie an eine weitere Flüssigkeit abgegeben, die zur Wärme- oder zur Stromerzeugung verwendet wird. Merke: Je schneller die Temperatur mit der Tiefe steigt, desto günstiger sind die Bedingungen für die Nutzung der Geothermie. Geothermie kann ganzjährig unabhängig von Wetter oder Tageszeit genutzt werden. Oberflächennahe Geothermie ist überall verfügbar.

4 Geothermie benötigt wenig Fläche, da sich die meisten Anlagenbauteile unter der Erde befinden. Die Technologie der Wärmepumpen ist ausgereift und führt bei oberflächennaher Geothermie zu hoher Wirtschaftlichkeit. Energiegewinnung durch Geothermie erzeugt kein CO 2. Die geförderte Menge der Energie lässt sich regeln und somit an den benötigten Bedarf anpassen. Tiefengeothermie erfordert hohe Investitionskosten durch aufwendige Bohrungen. Tiefengeothermie kann nicht überall wirtschaftlich genutzt werden. Gesteinsverschiebungen und -einbrüche können durch Bohrungen, sowie durch Einpumpen von Trägerflüssigkeiten hervorgerufen werden. Durch Tiefengeothermie gefördertes Wasser der enthält teilweise giftige Gase und Salze. Solarenergie: Die Sonne, das nahezu unerschöpfliche Kraftwerk Unsere Sonne strahlt permanent unerschöpfliche Mengen von Energie in das Universum. Nach Schätzungen wird sie das auch noch die nächsten 5 Milliarden Jahre tun. Diese Energie entsteht im Inneren der Sonne durch Kernfusion. Hierbei wird Wasserstoff zu Helium umgewandelt und Energie als Strahlung frei. Ein Teil dieser Energie erreicht unsere Erde in Form von Sonnenstrahlen. Wie energiereich diese Strahlung ist, merken wir zum Beispiel bei einem Sonnenbrand. Die Sonne ist Antrieb für das Leben und Klima auf unserem Planeten notwendig. Die gesamte Sonnenenergie, die unsere Erde erreicht, könnte 5000-mal den Energiebedarf der Menschheit decken. Die größte technische Herausforderung liegt darin, die über eine große Fläche verteilte Energie der Sonnenstrahlen zu konzentrieren.

5 Wir nutzen die Sonnenstrahlung zur Erzeugung von Wärme und Strom. Ermöglicht die Wärme der Sonne aber auch das direkte Heizen? Gegenstände, auf die die Sonne scheint, heizen sich auf. Das erfährt man zum Beispiel, wenn man barfuß über heißen Sand läuft. Diesen Effekt macht man sich bei der passiven Heizung von Gebäuden zu nutze. Große Fenster und eine entsprechende Wärmedämmung machen ein herkömmliches Heizen praktisch überflüssig. Sonnenkollektoren hingegen nutzen die Energie aktiv. Ein Trägermedium (wie etwa Wasser) heizt sich auf, transportiert die Wärme und gibt sie an ein Heizungssystem weiter. Solarthermische Kraftwerke produzieren Strom, indem sie mit großen Spiegeln die Sonnenstrahlen konzentrieren. Es entwickeln sich so hohe Temperaturen, dass Dampf entsteht. Damit wird ein Generator angetrieben und Strom erzeugt. Photovoltaik-Anlagen hingegen wandeln Sonnenstrahlung mit Hilfe von Halbleitermaterialien (zum Beispiel Silicium) direkt in elektrische Energie um. Da Photovoltaik einen hohen Flächenbedarf hat, ist sie ideal für kleine, individuelle Energieverbraucher. Zum Beispiel auf dem Dach eines Hauses. Sonnenstrahlung ist fast überall vorhanden. Die Nutzung der Sonnenenergie ist in sehr kleinen Anlagen möglich und kann dezentral eingesetzt werden. Sonnenenergie kann zur Erzeugung von Warmwasser und Strom genutzt werden. Bei der Photovoltaik wird die Sonnenstrahlung direkt in Strom umgewandelt. Bei der Photovoltaik entstehen keine CO 2 - und Giftstoff-Emissionen. Die Technologie für die Erzeugung von Warmwasser in Kleinanlagen ist sehr ausgereift und daher sehr rentabel. Zur Stromerzeugung im größeren Maßstab sind sehr große Flächen notwendig, da die Energiedichte gering ist. Die Erträge sind aufgrund von der Witterungsabhängigkeit sehr schwankend.

6 Da nachts durch Sonne keine Energie erzeugt werden kann, sind zusätzlich Speichersysteme notwendig. Bei der Produktion von Photovoltaik-Zellen fallen giftige Materialien wie zum Beispiel Cadmium und auch CO 2 an. Der Wirkungsgrad von Solarzellen sinkt mit der Lebensdauer im Schnitt um ein Prozent pro Jahr. Die Effizienz von Solarzellen sinkt ab einer Temperatur über 25 Celsius um 0,3 % je weiteres Grad Celsius. Wasserkraft: Die Sonne treibt riesige Mengen von Wasser an Unsere Erdoberfläche ist zu 71 Prozent mit Wasser bedeckt. Die größten Mengen befinden sich in den Ozeanen. An deren Wasseroberfläche wird Wasser von der Sonne erwärmt und verdunstet. Steigt der Wasserdampf in der Atmosphäre weiter auf, kühlt er zunehmend ab. Es bilden sich Wolken und später Tröpfchen oder Eiskristalle, die als Regen oder Schnee auf die Erde fallen. Die durchschnittliche Höhe unserer Kontinente beträgt 800 Meter. Dem Wasser wird daher durch die Sonne Lageenergie zugeführt. Diese Energie nutzen wir mit Hilfe von Wasserkraftwerken. Durch Meeresströmungen, Gezeiten und Wellen bewegen sich im Ozean unvorstellbar große Wassermengen. Diese Bewegungsenergie des Wassers versuchen wir Menschen ebenfalls zu nutzen. Wasserkraft nutzt sowohl Lage- als auch Bewegungsenergie des Wassers. In der Forschung liegt derzeit ein Fokus auf der Entwicklung von Wellenkraftwerken. Denn alle Arten von bewegtem Wasser können zur Energieerzeugung genutzt werden. In bergigen Regionen nutzt man die Energie des Wassers in Wasserkraftwerken. Hier wird das Wasser in großen Stauseen gespeichert und durch lange Fallrohre auf eine Turbine gelenkt. Deren Drehbewegung treibt einen Generator an, der dann Strom erzeugt. Das gleiche Prinzip wird auch in Flüssen oder im Meer genutzt. Stauseen können große Mengen Wasser fassen. Deshalb ist die Wasserkraft für die Speicherung von Energie von großer Bedeutung. Während die Energieerzeugung mit Sonne und Wind vom Wetter und der Jahreszeit abhängt, ist Wasserkraft davon unabhängig. Zuviel erzeugte Energie anderer

7 Energieträger wird genutzt, um Wasser in hoch gelegene Stauseen zu pumpen. Wenn die Sonne dann einmal nicht scheint und kein Wind weht, wird die benötigte Energie mit Wasserkraft erzeugt. Energie aus Wasserkraft zu gewinnen, ist eine seit Jahrzehnten betriebene Methode und besitzt deshalb eine sehr ausgereifte Technik. Beim Betrieb von Wasserkraftwerken entstehen keine schädlichen Emissionen. Die ausgereifte Technik liefert sehr hohe Wirkungsgrade. Pumpspeicherkraftwerke können auch zur Speicherung von Energie verwendet werden. Wasserkraft steht in der Regel kontinuierlich zur Verfügung. Energie in Form von Wellen und Meeresströmungen stellen ein enormes Potenzial dar. Wasserkraftprojekte integrieren oft Maßnahmen zum Hochwasserschutz. Wasserkraftwerke haben oft eine sehr lange Laufzeit, bis zu einhundert Jahre. Wasserkraftwerke und die dazugehörigen Staudämme verursachen meist einen starken Eingriff in die Natur. Größere Wasserkraftwerke lassen sich nur an bestimmten Standorten realisieren und der Strom muss oft sehr weit transportiert werden. Zum Bau von Kraftwerken sind hohe Investitionskosten nötig. Die meisten relevanten Standorte werden schon genutzt, daher ist ein signifikanter Ausbau von konventionellen Wasserkraftwerken kaum möglich. Wasserkraftwerke beeinträchtigen das Ökosystem von betroffenen Gewässern.

8 Windkraft: Erst die Sonne macht sie möglich Die Windkraft zählt zu den ältesten Formen erneuerbarer Energien. Sie ist das Ergebnis von Druckunterschieden in der Atmosphäre, weshalb sie stets vom Wetter abhängig ist. Wind ist das Ergebnis der unterschiedlichen Erwärmung der Erdoberfläche durch die Sonne. Pole erwärmen sich zum Beispiel weniger als der Äquator, Meere langsamer als Land und Berge anders als Täler. Die unterschiedliche Erwärmung führt zu Druckunterschieden in der Atmosphäre. Winde gleichen diese Luftdruckunterschiede aus. Solange also die Sonne scheint, wird es auf unserer Erde Wind geben. Deshalb zählt Wind zu den erneuerbaren Energien. Windkraft wird normalerweise in Strom umgewandelt. Nur noch selten findet man Windmühlen, die die mechanische Energie des Windes direkt nutzen, zum Beispiel für das Mahlen von Getreide. Wind besitzt durch seine Geschwindigkeit Energie. Diese Energie nutzt der Mensch zum Beispiel bei Segelschiffen, um sich vom Wind fortbewegen zu lassen. In Windmühlen treibt die Kraft des Windes ein Rad an und erzeugt so eine mechanische Bewegung. Moderne Windkraftanlagen folgen diesem Prinzip. Sie nutzen die Kraft des Windes, um mit Hilfe der Rotorblätter einen Generator zur Stromerzeugung anzutreiben. Die Leistung solcher Windkraftanlagen schwankt sehr stark mit der Windgeschwindigkeit. Da in Küstennähe häufig konstant Wind weht, herrschen hier die besten Bedingungen für den Betrieb von Windkraftanlagen. So werden auch derzeit im Meer große, sogenannte Offshore-Windparks aufgestellt, weil dort der Wind kaum beeinflusst wird. Windkraftanlagen werden vor allem in Regionen mit konstantem Wind gebaut. In Österreich liegt hier insbesondere Niederösterreich günstig. In Oberösterreich finden sich nur sehr wenige nutzbare Stellen. Die Technologie von Windkraftanlagen ist sehr ausgereift und liefert daher Strom zu einem relativ geringen Preis. Bereits nach einem halben Jahr hat sich ein Windkraftrad energetisch amortisiert. Windkraft benötigt eine vergleichsweise geringe Fläche, zum Beispiel im Vergleich zu Photovoltaik-Anlagen.

9 Angrenzende Flächen sind weiter landwirtschaftlich nutzbar. Windenergie hat ein großes Ausbaupotential, vor allem in sogenannten Offshore-Parks. Insbesondere im Winterhalbjahr steht Wind ausreichend zur Verfügung und bietet somit eine gute Ergänzung zur Sonnenenergie. Die Nutzung von Windenergie ist auch dezentral möglich, wobei Transportverluste vermieden werden. Durch unterschiedliche Witterungsbedingungen sind die Erträge von Windenergieanlagen sehr schwankend. Für eine kontinuierliche Nutzung wären Speichersysteme notwendig. Durch das Aufstellen von Windrädern wird das Landschaftsbild weithin sichtbar beeinträchtigt. Die rotierenden Flügelblätter von Windenergieanlagen werfen einen sich bewegenden Schatten auf angrenzende Gebiete.