Energie und Umwelt. Klimaverträgliche Nutzung von Energie. Dr. rer. nat. Klaus Heinloth Professor für Physik an der Universität Bonn

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Ilse Maier
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1 Energie und Umwelt Klimaverträgliche Nutzung von Energie Dr. rer. nat. Klaus Heinloth Professor für Physik an der Universität Bonn 3 vdf B. G. Teubner Stuttgart Hochschulverlag AG an der ETH Zürich

2 Vorwort iii 1 Probleme Bevölkerung und Lebensbedingungen Entwicklung der Bevölkerung Entwicklung der Besiedlungsdichte Entwicklung des Verkehrsaufkommens Entwicklung des Lebensstandards Entwicklung des Energiebedarfs Energie für Güterproduktion und Dienstleistungen Energiebedarf für Ernährung Zunehmende Bedrohung der Umwelt Klima im Treibhaus Erde Der natürliche Treibhauseffekt Entwicklung des natürlichen Treibhausklimas, natürliche Klimaschwankungen Eingriffe des Menschen in das irdische Treibhausklima: Belastung der Troposphäre mit klimarelevanten Spurengasen Resultierende Treibhauserwärmung Weitere Rückkopplungen zwischen Temperaturanstieg und Freisetzung von Spurengasen 45

3 Auswirkungen der vom Menschen verursachten, steigenden Erwärmung des Treibhauses Erde Die notwendige Beschränkung der Klimaänderungen auf ein erträgliches Ausmaß Ozon in der Stratosphäre Natürlicher Ozon-Kreislauf in der Stratosphäre Menschliche Eingriffe in den Ozon-Kreislauf Auswirkungen erhöhter Einstrahlung von ultraviolettem Sonnenlicht auf Organismen Grüne Erde Kosten für den Erhalt der Umwelt 67 Möglichkeiten Deckung unseres Bedarfs an Nahrung Wirkungsgrad und Ergiebigkeit der Photosynthese von Biomasse Potential landwirtschaftlich nutzbarer Flächen auf der Erde und darauf wachsender Biomasse Erträge in Relation zum Energieaufwand in Land- und Viehwirtschaft Wie viele Menschen kann die Erde künftig ernähren? Energie in Form von Wärme, Elektrizität, Treibstoffen Übersicht über Quellen, Umwandlung, Speicherung und Transport von Energie Verfügbarkeit von Primärenergie Verfügbarkeit der fossilen Brennstoffe Kohle, Erdöl, Erdgas, Torf Verfügbarkeit an Kernbrennstoffen Uran und Thorium Verfügbarkeit von Solarenergie 90

4 vii Verfügbarkeit an Energie aus Holzabfällen und anderen organischen Abfällen Nutzung der Wasserkraft Nutzung der Windkraft Wärme aus Luft, Wasser, Boden Kernfusion Bilanz der Potentiale aller erneuerbarer Energiequellen Bereitstellung und Umwandlung von Energie Energie-Wirkungsgrade und Erntefaktoren Dampfkraftwerke, Gas- und Dampf-Kombikraftwerke, Heizkraftwerke Umweltbelastungen durch Schadstoffe aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe Kraft-Wärme-Kopplung Entsorgung von Kohlendioxid Kohlevergasung Kohleverflüssigung Ölraffinerie Gewinnung von Biogas Wärme und elektrische Energie aus Solarstrahlung Windkraftwerke Wasserkraftwerke Kernkraftwerke Kernspaltung Umweltbelastung durch radioaktive Schadstoffe bei der Nutzung von Kernenergie mittels Leichtwasser-Reaktoren Kernkraftwerke Kernfusion Vergleich der verschiedenen Kraftwerkstechnologienl45

5 viii Inhaltsverzeichnis Wasserstofferzeugung mittels Elektrolyse Transport und Speicherung von Energie Transport fossiler Brennstoffe Transport von elektrischer Energie Transport von Wärme: Fernwärme Transport von Wasserstoff Speicherung von Wärme Speicherung von elektrischer Energie Speicherung von mechanischer Energie Speicherung von Wasserstoff Nutzung von Energie Heizwärme Prozesswärme und ihre Rückgewinnung Wärmekraftmaschinen im Verkehr Elektromotoren Vergleich des Energie-Aufwandes für verschiedene Verkehrsmittel Licht und Beleuchtung Brennstoffzellen Optimierung der Energie-Nutzung Technische Potentiale für die Verminderung von Kohlendioxid-Emissionen Konzept einer bundesweit optimierten Energieversorgung Konzept einer Verkehrsoptimierung Kosten der Realisierung einer Optimierung von Energieversorgung und Verkehr Hemmnisse 209

6 ix 3 Wege: Herausforderung und Chance Landwirtschaft und Wälder Bestand, Bedeutung und Gefährdung Sicherung intensiver Landwirtschaft Sicherung der Wälder in den gemäßigten und nördlichen Breiten Sicherung extensiver Landwirtschaft Sicherung der Wälder in den Tropen Energie Bestand, Bedeutung und Gefährdung Sicherung der Energieversorgung Sicherung der Versorgung mit Energie in Industrieländern am Beispiel Deutschland Sicherung der Energieversorgung in Schwellenländern am Beispiel China Sicherung der Energieversorgung in Entwicklungsländern am Beispiel einiger zentralafrikanischen Länder Bilanz, Kosten 233 Resümee 237 A Benutzte Einheiten 239 A.l Schreibweise von Größenangaben 239 A.2 Energie-Einheiten 239 B Radioaktivität 241 Literaturverzeichnis 247

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