Alternative Energie#

von Hermann Maurer, März 2017

Einleitung#

Es besteht kein Zweifel, dass der Energiebedarf wegen des weiteren Bevölkerungswachstums [12] und des Wunsches nach höheren Lebensstandards weiter steigen wird.

Fossile Energieträger#

Dabei ist aber die Verwendung fossiler Energieträger (Erdöl, Erdgas, Kohle) nur eine Notlösung, weil (a) diese Energieträger einmal zu Ende gehen (freilich langsamer als oft angenommen wird [1]), aber (b) weil der Ausstoß von CO2, wie er bei Verbrennungsprozessen notwendigerweise auftritt, oft als mit entscheidend für die globale Erwärmung gesehen wird und Verfahren, überschüssiges CO2 nicht als gefährlich sondern als Rohstoff zu behandeln, noch nicht weit genug entwickelt sind [2]. Umgekehrt ist eine Dekarbonisierung sicher sinnvoll, wie rasch sie gehen muss und wird, kann aber durchaus hinterfragt werden [8].

Staumauer eines Wasserkraftwerks., unter PD

Alternative Energiegewinnungsmethoden#

Daher die Bemühungen, fossile Brennstoffe durch andere Engeriequellen zu ersetzen. Ein Überblick über die verschiedenen Methoden der Energieerzeugung findet sich unter Energiegewinnungsmethoden [3], Energiespeicherung [4] und Energieversorgung in Österreich [5]. Unter dem Thema Energie insgesamt findet man viele Organisationen, die sich damit beschäftigen und viele Einzelbeiträge.

Wasserkraft und Atomenergie#

Daher seien hier nur die wichtigsten Punkte kurz gestreift: Eine der besten Alternativen ist Energie aus Wasserkraft[6]. Eine andere Alternative ist Atomenergie [7], die zwar statistisch gut abschneidet (also eigentlich geringes Gefahrenpotenzial birgt), die aber in weiten Kreisen als gefährlich missverstanden wird, wobei vor allem die Problematik der Endlagerung des lange und stark strahlenden Abfalls eine große Rolle spielt.

Erdwärme#

Eine ungefährliche Methode, an Energie heranzukommen, ist die Erdwärme, die man sowohl zur Klimatisierung von Häusern in bescheidenem Umfang einsetzt, in größerem Umfang auf große leicht zugängliche meist unterirdische Heißwasserseen zurückgreift. Diese Art der Energiegewinnung (die heute nur 2% des globalen Energiebedarfs deckt) sollte meiner Ansicht nach viel stärker forciert werden.

Windenergie#

Stark forciert wird hingegen Windenergie, wobei es kritische Stimmen gibt, dass man auch damit nicht das Ei des Kolumbus entdeckt hat.

Solarenergie#

Bleibt dann zunächst noch die Solarenergie in der Form von Solarwärme oder in der Form von Fotovoltaik. Beide Methoden füllen einige Nischen, den Energiebedarf wirklich lösen werden sie nicht, siehe z.B. einige der Argumente unten zum Thema Wasserstoff.

CO2 neutrale Verfahren#

Oft übersehen wird, dass es neben der CO2 produzierenden Energiegewinnung und Energiegewinnung, die nur diese ohne Nebenprodukte erzeugt, auch Erzeugungsprozesse gibt, die CO2 neutral sind. Wenn aus irgendeiner nachwachsenden Biomasse (Holz, Gras, Stroh,..) ein Brennstoff erzeugt wird, so erzeugt man bei der Verbrennung zwar CO2, aber dieses wurde ja vorher, im Wachstumsprozess, gebunden.

Energie als Treibstoff für Fahrzeuge#

Bei der Energiegewinnung geht es freilich nicht nur um Energie an sich, sondern auch um Antriebsenergie für Fahrzeuge.

Elektrischer Antrieb#

Dabei scheint der elektrische Betrieb etwa von Autos verlockend, nur muss der Strom dann auch ohne Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt werden, muss in großen Mengen überall verfügbar sein, und muss es Batterietechnologien geben, die noch besser sind als die gegenwärtigen [9]. Realistisch können E-Autos die Zukunft sein, aber viel später als Optimisten und manche Beschlüsse von großen Organisationen es wünschen: Dazu sind die erwähnten drei Probleme nicht hinreichend gut gelöst [11].

Wasserstoffantrieb#

Als Alternative zu Elektroautos werden oft Wasserstoffautos genannt, wobei der Wasserstoff meist durch Elektrolyse von Wasser gewonnen wird, wofür man viel (sinnvoller Weise "sauber erzeugte") Energie benötigt. In erster Linie kommen dafür Energie aus Wind oder Sonne (bei Solarenergie vor allem Fotovoltaik) in Frage, was dann besonders sinnvoll ist und einen hohen Wirkungsgrad ergeben kann, wenn die Elektrolyse lokal durchgeführt wird. Zwar gibt es auch Vorschläge für Solarfarmen in sonnenreichen Gegenden der Welt, etwa in der Sahara. Leider ist dann der letztendlich zu erreichende Wirkungsgrad unter 20%, sprich 80% der erzeugten elektrischen Energie gehen durch die Umwandlungssprozesse und den Transport verloren [10].

Günstiger und in [10] nicht besprochen ist die Situation, wenn z.B. Windenergie mehr oder minder vor Ort für die Elektrolyse zur Erzeugung von Wasserstoff verwendet wird [13]. Freilich gibt es dann noch die Problematik der Speicherung von Wasserstoff: Flüssiger Wasserstoff muss in Spezialtanks bei ca. - 240° aufbewahrt werden, und auch dieser Tanks können es nicht verhindern, dass der Wasserstoff allmählich (zwischen 0,3% bis 3% pro Tag) verdampft, d.h. diese Speicherung kommt nur für Tage in Frage, nicht für längere Zeiten. Zudem erfordert die Verflüssigung fast 30% der im Wasserstoff steckenden Energie. Wasserstoff unter hohem Druck (300 bis 900 bar) ist die andere Lösung, die heute realistischer erscheint: Auch hier gehen 20-30% der Energie durch die Verdichtung verloren, dann ist aber der komprimierte Wasserstoff in speziellen Tankwagen bzw. Gasflaschen transportierbar und über längere Zeite ohne große Verluste speicherbar, oder in Vermischung mit Erdgas über normal Gasleitungen verteilbar.

Verwendet man den Wassertoff als Treibstoff für Fahrzeuge, hat man zwei Alternativen: (a) man verwendet einen Verbrennungsmotor (Kolbenmotor) wie bei den meisten Autos. Da man mit Kolbenmotoren mehr als 100 Jahre Erfahrung hat, liegt diese Methode nahe. Leider verbrennt Wasserstoff bei so hohen Temperaturen, dass dabei Sticksotff oxydiert, d.h. Stickoxide NOx entstehen, giftige Abgase. D.h. dann erzeugt ein Wasserstofffahrzeug nicht nur Wasser wie man oft hört, sondern auch unangenehme Abgase. Aus diesem Grund scheinen Brennstoffzellen (b), in denen Wasserstoff in elekrischen Strom umgewandelt wird der direkt für den Antrieb verwendet wird die sinnvollere Lösung zu sein, obwohl auch da Energie verloren geht. Dazu kommmt, dass man als Katalysator, den man benötigt, heute (weil am effizientesten) Platin verwendet, was teuer und rar ist. Nicht zu übersehen ist aber, dass man Wasserstoff auch anstelle von z.B. Heizöl für Heizung oder Warmwasseraufbereitung verwenden kann, wobei man hofft, sehr hohe Temperaturen die zu Stickoxiden führen, vermeiden zu können.

Fazit#

Der Schlüssel für die Gewinnung und Verwendung von sauberer Energie ist noch nicht gefunden. Die unzähligen Forschungs-und Entwicklungsvorhaben können aber doch einen gewissen Optimismus aufkommen lassen, auch wenn die Entwicklung wirklich guter Lösungen nicht vor 2050 zu erwarten sein dürfte und in Wiklichkeit die Änderung von heute als gültige Gesetze der Physik erfordrn würde.

Elektrische Auto mit Wasserstoffbrennstoffzelle, Foto: hycenta

Für Fahrzeuge scheinen solche mit baterriebetriebenen Elektromotoren für kürzere Strecken (Stadtbetrieb) sinnvoll, aber die Ladezeiten sind für lange Fahrten ein Problem und die notwendigen Strommengen überfordern jedes gegenwärtige Stromnetz, auch wenn nur 5% aller Autos elektrisch betrieben werden. Die Idee, dass man Autos überall an Stromsteckdosen anschließen kann beachtet die Realität zu wenig, sie ist nicht leicht skalierbar. Da sind Versuche wie von Tesla, dass man an einem Tankstellennetz Baterien mit geigneten Robotern in Minuten durch fertig aufgeladene ersetzt vielleicht realistischer. Autos, die elektrisch, aber auf der Basis von Wasserstoffbrennstoffzellen arbeiten, erlauben rasche Ladezeiten und bei einem entprechenden Tankstellennetzwerk beliebige Reichweiten. Leider sind Wasserstofftankstellen so teuer, dass es bis heute (Frühjahr 2107) erst vier (!) in Österreich gibt. Zudem sind entprechende Autos sehr viel teurer als konventionell betriebene (was ja für bateriebetriebene e-Autos auch gilt), was wieder eine Nische für C02 neutrale Verbrennungsmotoren mit Biogas und Biodiesel zu öffnen scheint. Kann es sein, dass das Auto der Zukunft elektrisch fährt, bei kleinen Strecken mit dem Strom aus einer Baterrie, bei längeren aus einer Wasserstoffbrennstoffzelle?

Wie man es wendet: Das Ei des Columbus ist nocht nicht entdeckt. Der naive Zukunftsglaube, dass ein Durchbruch bei der Battrietechnologie oder bei der Wasserstoffspeicherung durch Bindung an eine geeignete chemische Verbindung gelingen wird ist nach dem gegenwärtigen Wissen in Physik und Chemie leider nur Wunschdenken.

Für die CO2 freie oder CO2 neutrale Energiegewinnung gibt es neben den bekannten Alternativen auch noch die erwähnten: Erwärme und Atomenergie, die man nach Ansicht des Verfassers ernster nehmen sollte, als dies zurzeit der Fall ist.

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