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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