Strom nach Ende der fossilen Brennstoffe
Im letzten Weblog habe ich mal die Frage angerissen wie es mit den Autos weitergehen soll, wenn irgendwann mal kein Erdöl da ist. Heute geht um eine andere Frage : Woher bekommen wir den Strom her. Nun sagen sie, die Frage ist leicht beantwortet aus Kernkraftwerken, Solarstrom, Wind- und Wasserenergie.
Ganz so leicht ist es nicht. Klammern wir einmal die Kernkraftwerke aus, selbst wenn wir welche bauen würden, auch das Uran ist in einiger Zeit verbraucht, auch wenn man es länger dauert als bei Erdöl. Wind- und Wasserenergie werden, selbst wenn man sie intensiv nutzt maximal 10 % des Strombedarfs decken können. Woher also die restlichen 90 % hernehmen. Nun in der Tat – Würde man die gesamte bebaute Fläche der Bundesrepublik mit Solarzellen verkleiden, so würde es reichen. Doch selbst wenn man die praktischen Probleme mal außen vor lässt (Schwankungen in der Einstrahlung nach Tages- und Jahreszeit, Notwendigkeit der Stromspeicherung, Verteilung des lokal erzeugten Stromes, Abdecken von Spitzenanforderungen). Solarzellen rentieren sich heute nicht. Bei ihrer Herstellung wird so viel Energie verbraucht, dass sie Jahre brauchen dies wieder hereinzubekommen und der erzeugte Strom ist um ein vielfaches teurer als konventioneller Strom. In Deutschland kann man je nach Region mit 1000-1200 kWh reiner Sonnenenergie pro m² rechnen. Bei dem niedrigen Wirkungsgrad von Solarzellen entspricht dies etwa 150 kWh/m² elektrischer Leistung.
Natürlich hängt dies von der Einstrahlung ab. So gab es schon früher die Idee in der Sahara die Solarzellen aufzubauen. Das wäre etwa um den Faktor 3 effektiver. Die nutzbare Einstrahlung an Sonnenenergie beträgt in der Sahara im Mittel 3740 kWh jährlich. Das kling nach viel, es ist in etwa der Energieverbrauch eines 2-3 Personen Haushalts. Selbst bei dem niedrigen Wirkungsgrad von Solarzellen könnte man mit 6-10 m² Fläche den Strombedarf eines privaten Haushalts decken. Doch man gewinnt den Strom in der Sahara.
Damit man halst sich ein anderes Problem auf: Wie bekommt man den Strom nach Europa. Bestimmt nicht per Stromleitung. Die Verluste wären zu hoch. Die Antwort vieler ist dann : Wasserstoff gewinnen. Falsch, total falsch ! Von 3 KWh die man in die Elektrolyse von Wasserstoff rein steckt bekommt man nur 1 kWh in Form von chemischer Energie in flüssigem Wasserstoff. Gasförmiger Wasserstoff liegt günstiger, weil man nicht so viel Energie für das Verflüssigen reinstecken muss, aber gasförmiger Wasserstoff diffundiert durch Metall und macht es spröde – Man hat also erhebliche Verluste in den Leitungen und muss diese oft erneuern.
Wenn schon Speicherung in chemischer Energie, dann wäre die Fischer-Tropisch Synthese das Mittel der Wahl. Bei diesem Verfahren wird Kohle mit Wasserstoff hydriert. Es wurde im Krieg bei uns eingesetzt und Südafrika setzte es lange wegen des internationalen Einfuhrstopp wegen der Apartheit ein. Der Vorteil: Man gewinnt Kohlenwasserstoffe, also das mit dem ihr Auto fährt, ihre Heizung arbeitet und auch Kraftwerke bei uns arbeiten. Natürlich ist das Verbrennen dieser nicht optimal. Aber dies wird aufgewogen durch die leichteren Transportmöglichkeiten und dass man im Zielland Deutschland nicht die gesamte Stromversorgung auf Brennstoffzellen umstellen muss. Das Verfahren ist natürlich von Kohle abhängig, doch von dieser gibt es einiges mehr als an Erdöl und man kann sie aus Pflanzen herstellen (siehe unten). Könnte man das Kohlendioxid der Luft effektiv anreichern, so könnte man auch aus Kohlendioxid und Wasserstoff Wasser und Methan herstellen (und aus Methan dann höhere Kohlenwasserstoffe). Doch das ist heute noch Zukunftsmusik.
Sinnvoller ist es aber die Solarzellen gleich außen vor zu lassen. Zwar gibt es in der Entwicklung recht einfach herzustellende Solarzellen die man als Beschichtung auf Glas aufbringt. Doch diese haben einen sehr geringen Wirkungsgrad.
Solarzellen, selbst die besten heute herzustellenden, nutzen nur maximal 16 % des Sonnenlichts. Das ist verdammt wenig. Dafür kosten sie sehr viel. Dabei gibt es eine Technik, wie man kostengünstig Sonnenenergie nutzen kann schon seit langem: Sonnenkollektoren, die man zur Herstellung von Warmwasser und zum Heizen nutzt. Dies sind im einfachsten Fall mit schwarzer Folie ausgekleidete Kästen durch die Kupferrohre verlaufen. Die schwarze Folie erwärmt die Kästen und das Wasser in den Rohren wird auch erwärmt. Man kann dies optimieren indem man z.B. mit parabolischen Spiegeln das Sonnenlicht auf die Rohre lenkt. Dann erreicht man Wirkungsrade von 60-75 % Prozent, also erheblich mehr als Solarzellen.
Aber sie erzeugen keinen Strom ! Ja, aber ….. 70 Grad heißes Wasser kann man in einem Carnot-Prozess zur Stromgewinnung nutzen. Überträgt man die Energie zuerst einmal auf ein Medium mit niedrigerem Gefrierpunkt wie Ammoniak oder FCKW so kann man über einen Carnot Prozess daraus Strom gewinnen. Beim Abkühlen von 70 auf 10 Grad beträgt der theoretische Wirkungsgrad etwa 17 %. In der Summe braucht man dann etwa die gleiche Fläche wie zur Stromgewinnung. Aber: Solarzellen sind viel teurer als Solarkollektoren und man kann damit nicht auch noch die Heizung und Warmwasserversorgung gewährleisten.
In jedem Falle ist es eine dezentrale Architektur, d.h. jeder muss zumindest einen Teil seines Stroms selbst erzeugen. Das dürfte für einige Energiekonzerne keine gute Nachricht sein. MSN kann dies aber auch zentralisieren, also mit drehbaren Spiegeln Sonnenlicht auf einen Turm lenken und dort ein Medium erhitzen. Dann erreicht man viel höhere Temperaturen und Wirkungsgrade, aber die Anlagen sind auch um ein vielfaches teurer.
Zuletzt: Es gibt noch die Natur. Man kann aus organischen Substanzen Energie gewinnen, indem man sie verbrennt, vergärt oder in Autoklaven zu Kohle verarbeitet (damit wäre auch die Kohle für die Fischer-Tropsch Synthese bereitgestellt). Jedoch: Man braucht dafür enorme Flächen, den die Natur ist beim Ausnutzen der Sonnenenergie nichts sehr effizient. Chinaschilf ist eine sehr produktive Pflanze. Ihre Biomasse pro Hektar entsprecht beim Verbrennen der Energie die 7000 l Heizöl liefern. Klingt viel. 7000 l Heizöl entsprechen 240 GJ. Der Energieverbrauch der BRD lag 2004 bei 14438000000 GJ. Würde man diesen durch Chinaschilf decken wollen, so bräuchte man eine Fläche von 73 Millionen Hektar dazu. Hmmmm… Leider beträgt die Gesamtfläche der Bundesrepublik nur 34.8 Millionen Hektar. Die landwirtschaftlich genutzte Fläche sogar nur 17.1 Millionen Hektar. Das ist keine Lösung für das Energieproblem. Es zeigt aber das eigentliche Problem: Der Energieverbrauch. Wir verbrauchen viel zu viel Energie, trotz gestiegener Energiepreise.
Das muss man auf allen Ebenen angehen: Vielleicht fangen Sie bei sich an. Ich habe letzten Jahr alle Glühbirnen und Strahler bis auf das Treppenhaus durch Energiesparlampen ersetzt. Im Vergleich zum Vorjahr sank der Stromverbrauch so um 20%. Geräte mit Stand By Funktion hängen bei mir an einer Steckdosenleiste – Sie werden vor dem Bett gehen abgeschaltet und wenn ich wieder sie in Betrieb nehmen will angeschaltet. Das ist wenig, aber wenn man überall nach Einsparmöglichkeiten sucht, wenn man vielleicht auch mal auf etwas Komfort verzichtet dann denke ich kann man auch den Energieverbrauch deutlicher senken. Vielleicht haben wir in einigen Jahrzehnten Solarzellen die so preiswert in der Herstellung sind, dass sie den Strom zu heutigen Preisen liefern können, doch bis dahin sollte man alles tun um weniger Energie zu verbrauchen.