Copyright :   Dr.- Ing. Albert Ott   Wiesbaden         veröffentlicht :   17.09.2022  
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Von der Primärenergie zum Energieträger  
Primärenergie   
 
  Energieträger
Elektrizität Potentielle und
Kinetische
Energie
Thermische Energie
(Erdwärme)
Chemische Energie Kernenergie Strahlungs-energie
(Sonne)
Elektrizität Frequenz-
wandler 
Wasserturbine
Windturbine
Dampf-
kraftwerk 
  Kern-
kraftwerk 
elektrische
Solaranlage
Synthetische
Kraftstoffe
technisches
Verfahren 
  technisches
Verfahren 
technisches
Verfahren 
  Verfahren
 gesucht
Wasserstoff Elektrolyse          Verfahren
 gesucht
Warmwasser Wärmepumpe    Wärmeaus-
tauscher 
  Abwärme von
Kernkraftwerk 
thermisches
Solardach 
Benzin
Kerosin
technisches
Verfahren 
    technisches
Verfahren 
   
Ethanol
Methanol
technisches
Verfahren 
    technisches
Verfahren 
   
             

Primärenergie - Energieumwandlung - Energieträger

Die Tabelle zeigt in den blauen Blöcken heute wichtige Formen von Primärenergie und in den roten Blöcken die meistverwendeten Formen der Energieträger. Die im gelben Tabellenfeld rot eingerahmten Blöcke zeigen die wichtigsten Verfahren, mit denen die Primärenergie auf die Energieträger übertragen wird.
Die Tabelle ist natürlich keinesfalls vollständig; es sind nur die wichtigsten Formen der Energie und Energieträger aufgeführt.
Mechanische Energie in Form von potentieller und kinetischer Energie wird hier erwähnt, aber nicht vertieft betrachtet. Gezeitenkraftwerke, Strömungskraftwerke, Pumpspeicherkraftwerke sind wichtige umweltfreundliche Elektrizitätserzeuger oder -speicher, in Deutschland und Mitteleuropa aber geografisch bedingt nicht beliebig vermehrbar. Es gibt interessante Vorschläge für modifizierte Pumpspeicherwerke mit großen in Gewässern versenkten Kammern, die zur Zwischenspeicherung von Elektrizität wirksam beitragen können. Solche Zwischenspeicher werden umso notwendiger, je mehr von den nur zeitweise verfügbaren erneuerbaren Energien eingesetzt werden soll. Hydraulische  Speicheranlagen arbeiten mit sehr hohen Wirkungsgraden.
Elektrizität wurde in die Tabelle auch als Primärenergie aufgenommen, da sie bei der Erzeugung so gut wie aller Energieträger eine überragende Rolle spielt.


Wasserstoff

Die Energiediskussion wird  bereits seit vielen Jahren geführt, doch wird erst seit wenigen Jahren Wasserstoff als Energieträger ernsthaft in Betracht gezogen, nachdem er lange Zeit unbeachtet blieb oder ganz abgelehnt wurde. Hier hat man bedauerlicherweise viel Zeit verloren, die man hätte nutzen können, die technische Entwicklung voran-zubringen.
Idealerweise sollte man Wasserstoff aus Solarenergie erzeugen; für direkte Erzeugung, also ohne den Weg über Elektrizität, hat man heute (noch) kein Verfahren. Als grüner Wasserstoff wird der mittels Elektrolyse  CO2 - frei erzeugte Wasserstoff bezeichnet. Alle beteiligten Prozesse müssen durch weiteren Forschungs- und Entwicklungs-aufwand noch verbessert werden. Das gilt auch für die Verfahren zum Transport und zur Speicherung; mit weiterentwickelter Technik ist auch eine Verringerung der heute noch hohen Verfahrenskosten zu erwarten.
Für den Einsatz von Wasserstoff als Kraftsoff für PKWs und LKWs wird heute fast ausschließlich der Weg über die Brennstoffzelle diskutiert. Es sollte jedoch auch die Möglichkeit nicht vergessen werden, H2 direkt im Antriebsmotor zu verbrennen. Die Probleme, die sich bei ersten Versuchen gezeigt haben, sind nicht so groß, dass sie nicht durch geeignete Konstruktionsmaßnahmen lösbar wären. Der Motor ist zwar aufwendiger als ein Elektromotor, was jedoch durch den Wegfall der Brennstoffzelle aufgewogen wird.


Synthetische Kraftstoffe

Ähnliches Verhalten der Öffentlichkeit, also langsam erwachendes, dann steigendes Interesse, wie bei der Wasser-stoffdiskussion sieht man jetzt bei den synthetischen Kraftstoffen. Für die Anwendung bei PKW und LKW liegt der Fokus der Diskussion auf elektrischer Energie. Hier muss man eindeutig feststellen: Der ideale Antrieb ist der Elektromotor, der ideale Energiespeicher ist ein flüssiger Kraftstoff. Beides zusammenzubringen wird in Idealform nie gelingen. Man legt derzeit den Schwerpunkt auf den umweltfreundlichen Elektromotor und ist dadurch gezwungen, als Energiespeicher den nicht umweltfreundlichen und in der Praxis mit den bekannten Nachteilen behafteten Akku zu verwenden. Der Verbrennungsmotor ist eine heute hochentwickelte thermodynamische Maschine, mit den derzeit eingesetzten Kraftstoffen Benzin und Diesel aber eben leider nicht "umweltgerecht". Synthetische Kraftstoffe könnten hier eine deutliche Verbesserung bringen und auf dem Verkehrssektor zu dem führen, was engagierte Umweltschützer auf anderen Gebieten einen geschlossenen Kreislauf nennen.  In die synthetischen Kraftstoffe lassen sich auch Wasserstoff - Komponenten einbeziehen. Sie sind nach jetzigem Stand nicht billig herzustellen, es ist aber zu beachten, dass Produktionsverfahren sich bei zunehmender Anwendung stets verbilligen und dass Benzin und Diesel in der Zukunft sich stark verteuern werden.

Hier ist nochmals daran zu erinnern, dass die Verarbeitung von Kohle, Erdöl und Erdgas zu Kraftstoffen oder Heizmaterial nur noch für eine Übergangszeit zu verantworten ist, sondern dass sie als Rohstoffe der Verfah-renstechnik vorbehalten bleiben sollten.


Direktumwandlung von Solarenergie

Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe sind neben Elektrizität die wichtigsten Energieträger der Zukunft. Nach heutigem Stand der Technik werden sie aus verschiedenen Ausgangsrohstoffen unter Einsatz chemischer, elek-trischer und thermodynamischer Verfahren hergestellt. Hierbei sind geschlossene Kreisläufe möglich. Es wäre ein gewaltiger Fortschritt, könnte man, wie in der Tabelle durch die beiden grün markierten Blöcke (Verfahren gesucht) angedeutet, synthetische Kraftstoffe und Wasserstoff direkt durch Nutzbarmachung der solaren Strahlungsenergie in einem chemischen Verfahren erzeugen. Es gibt kein Naturgesetz, welches dem widerspricht. 


Geschlossener Kraftstoff - Kreislauf

Synthetische Kraftstoffe bieten vielleicht noch eine andere, bisher nicht einmal diskutierte Möglichkeit wie folgt: Seit Erfindung des Automobils mit Antrieb durch Otto - Motor  (später auch Diesel - Motor mit Diesel - Kraftstoff) wird aus dem Kraftstoff durch Oxydation soviel "Verbrennungs" - Energie erzeugt, bis ein gasförmiges Endprodukt entstanden ist, das zum größten Teil aus dem vielgescholtene CO2  besteht, welches in die Umgebung entweicht,  weil man keine praktikable Möglichkeit hat, es aufzufangen. Es ist aber denkbar, einen Oxydationsprozess unter Energieerzeugung nicht bis zu einem gasförmigen, sondern nur bis zu einem flüssigen Endprodukt zu führen. Dieses müsste nicht an die Umgebung abgegeben werden, man könnte es im Fahrzeug auffangen.
Aus der gleichen Kraftstoffmenge ließe sich dabei zwar nur weniger Antriebsenergie gewinnen, aber das Fahrzeug wäre komplett umweltneutral.
Das aufzufangende flüssige Endprodukt müsste nicht das nutzbare Tankvolumen verkleinern, da es ohne kon-struktive Schwierigkeiten möglich ist, einen Kraftstofftank mit flexibler Trennwand zu bauen, dessen eine Kammer den Kraftstoff, dessen andere das aufzufangende Endprodukt enthält.
Ein Tankvorgang bestünde dann aus zwei Teilen: das vom Fahrzeug mitgebrachte Endprodukt wird an der Tankstelle zentral gesammelt und der entleerte Tank wird wieder mit frischem Kraftstoff gefüllt. Das gesammelte Endprodukt wird an die Raffinerie zurückgebracht und dort unter Energieaufwand zu frischem Kraftstoff aufgearbeitet. Dieser Prozess müsste und könnte so geführt werden, dass die Regeneration völlig umweltneutral erfolgt.

o   Die Atmosphäre bekommt vom Verkehr überhaupt nichts mehr ab
o   Den umweltproblematischen Akku in jedem Fahrzeug gibt es nicht
o   Der im Fahrzeug zu treibende technische Aufwand ist kleiner als bei Ausrüstung mit Akkus
o   Der technische Aufwand zur Kraftstoff - Regeneration erfolgt zentral, damit ist für eine große Anzahl von Fahr-
      zeugen nur eine Anlage nötig
o    Die aufwendige elektrische Verkabelung von Tankstellen, vielen weiteren Ladepunkten und Gebäuden entfällt

 
Kernenergie

Wir sollten uns öfter mal daran erinnern: Nahezu die gesamte Energie, die wir auf der Erde umsetzen, hat ihren Ursprung in Kernenergie; dies in zweifacher Hinsicht:

o    Die auf der Erdoberfläche von Menschen gebauten Kernreaktoren liefern Energie, die wir zeitgleich mit der
      Erzeugung auch verwenden
o   Der mit Abstand größte Kernreaktor ist die Sonne. Sie liefert uns seit Bestehen der Erde Strahlungsleistung   
      mit einer Leistungsdichte von etwa 1 kW/m2 

Aus der in der Vorvergangenheit zugestrahlten Leistung hat die Erde durch verschiedene Prozesse Rohstoffe geformt und als Bodenschätze eingelagert, die von uns heute vor allem in Form von Kohle, Erdöl und Erdgas genutzt werden.

Die heute immer noch mit etwa gleichbleibender Leistungsdichte gelieferte Strahlungsleistung der Sonne beginnen wir gerade auch direkt nutzbar zu machen und vor allem als Elektrizität und thermische Energie zu verwenden.
Da die laufend bei uns eintreffende solare Strahlungsleistung allerdings nicht zur Deckung des mit global wachsender Weltbevölkerung stark steigenden  Energieverbrauches ausreicht, greifen wir auch auf die Boden-schätze zurück. Langsam wird uns aber nun die gern verdrängte Tatsache bewusst, dass wir dabei  unwiederbringlich Rohstoffe verbrauchen, die nur in endlicher Menge vorhanden sind und deren Entstehung eine für uns kaum vorstellbar lange Zeit gedauert hat.
Die Konsequenz: Wir dürfen Rohstoffe nicht oder nur noch für eine Übergangszeit "verfeuern", sondern müssen entweder mit der laufend eintreffenden solaren Strahlungsleistung zurechtkommen, können sie auch in andere, für uns gut nutzbare Energieformen umwandeln, oder wir müssen , falls die Solarstrahlung nicht ausreicht, auf die Ursprungsquelle aller Energiearten zurückgreifen: Kernenergie. 

Egal, wie leicht oder schwer man sich mit der gedanklichen Bewältigung tut, die folgenden fundamentalen Tatsachen muss man zur Kenntnis nehmen, sofern man nicht in den Status eines Entwicklungslandes geraten will.

o     Die hier bei Kernreaktoren eingesetzte Regelungstechnik und Sicherheitstechnik ist die höchstentwickelte
       aller technischen Prozesse
o     In Deutschland hat es noch nie einen ernsthaften Reaktorunfall gegeben
o     Bei uns ist das eigenmächtige Experimentieren der Bedienungsmannschaft an Reaktoren (wie in Tschernobyl  
        geschehen) prinzipiell unmöglich
o     Der kurz mit "Fukushima" bezeichnete Grossunfall in Japan war kein Reaktorunfall (wie oft insinuiert wird)
o     Der Grossunfall Fukushima war die Folge eines Tsunami,  ging nicht von den Reaktoren aus, sondern griff
       auf diese über
o     Die Reaktoren von Fukushima waren unzureichend konstruiert und an ungeeigneten Stellen gebaut 
o     Es gibt heute eigensichere Reaktortypen, bei denen die vielgefürchtete Kernschmelze vom Prinzip
       her unmöglich  ist
o     Wir haben immer noch gut ausgebildete und erfahrene Fachleute auf dem Gebiet Reaktortechnik
o     Kernreaktoren könnten ein gefragter Exportartikel sein,  jedoch nur dann, wenn im eigenen Land welche
        betrieben werden

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