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Energiespeicherung#

Die Energiespeicherung gelingt zunächst durch jene drei Methoden, die im Abschnitt über die Speicherung Elektrizität schon behandelt wurden:#

(a) Als elektrische Energie

(b) Als Potenzialenergie und

(c) In Form von chemischer Energie

Bevor wir auf weitere seltener erwähnte Methoden eingehen, ist es faszinierend zu erwähnen, dass wir zwar (fast) jede Energieform in (fast) jede andere Energiefoum (mit Verlusten) transformieren können, aber kaum eine Energieform als solche speichern können:

Wir können Licht erzeugen, aber nicht speichern.

Wir können kinetische Energie erzeugen (etwa ein Schwungrad in Bewegung setzen), aber die kinetische Energie geht uns durch Reibung verloren.

Wir können elektrischen Strom erzeugen, aber Batterien und Akkus sind nicht nur noch immer unbefriedigend, sondern letztendlich eine Speicherung in chemischer Form.

Wenn wir schon in chemischer Form Energie speichern, dann sind normale Treibstoffe sehr effizient und ihre Langzeitlagerung kein Problem: 1000 l Treibstoff bleiben 1000 Liter Treibstoff über eine sehr lange Zeit, nur leider entstehen bei der Verbrennung diverse Gase (nicht nur das berüchtigte CO2!), die für gesundheitsgefährdende Luftverschmutzung mit Sicherheit verantwortlich sind und zur globalen Erwärmung beitragen. Eine potentiell interessante Speicherung von Energie ist die Speicherung von Wasserstoff, entweder flüssig (die Kühlprobleme sind inzwischen beherrschbar) oder unter hohem Druck (800 bar). Wasserstoff ist darum interessant, weil sein Brennwert pro kg fast dreimal höher ist als von Benzin und Diesel. Leider hat auch flüssiger oder hochkomprimierter Wasserstoff ein kleines relatives Gewicht, d.h. um 1 kg Wasserstoff zu speichern, benötitgt man ca. 10 l Volumen. Um also den Brennwert eines 50 l Benzintanks zu erreichen, benötigt man fast einen 200 l großen Wasserstofftank, der entweder tíefgekühlt oder wegen seines Drucks stark ummantelt sein muss. Als Alternative zur „normalen“ e-Mobilität bietet sich auch Wasserstoff als Treibstoff an: Entweder flüssig (die Kühlprobleme sind inzwischen beherrschbar) oder unter hohem Druck (800 bar). Wasserstoff ist darum interessant, weil sein Brennwert pro kg fast dreimal höher ist als von Benzin und Diesel. Leider hat auch flüssiger oder hochkomprimierter Wasserstoff ein kleines relatives Gewicht, d.h. um 1 kg Wasserstoff zu speichern, benötigt man ca. 10 l Volumen. Um also den Brennwert eines 50 l Benzintanks zu erreichen, benötigt man fast einen 200 l großen Wasserstofftank, der entweder tiefgekühlt oder wegen seines Drucks stark ummantelt sein muss. Wasserstoff ist auch insofern interessant, als man ihn durch Elektrolyse von Wasser (etwa mit dem Strom eines Windrades, wenn dessen Strom gerade nicht benötigt wird) erzeugen kann.

Tatsächlich ist man vom Wasserstoff als Verbrennungsmotor/Kolbenmotor wieder abgekommen (obwohl BMW ein solches Auto herstellte), weil bei der Verbrennung von Wasserstoff so hohe Temperaturen auf treten, das Stickstoff zu Stickoxiden NOx oxidiert, deren Giftigkeit bekanntlich auch bei Dieselmotoren große Probleme bereitete, und dort erst durch einen entsprechenden Katalysator („AddBlue“, in Wahrheit Harnstoff) einigermaßen in den Griff zu kriegen war. „Einigermaßen“ weil das Verfahren bei Temperaturen schon unter 10° kaum mehr anwendbar ist, obwohl hier inzwischen angeblich Lösungen existieren. Daher setzen die Proponenten von Wasserstoff heute auf Wasserstoff Brennstoffzellen, in denen Strom erzeugt wird, der das Fahrzeug mit einem Elektromotor antreibt. In diesen Sinn sind solche Wasserstoffahrzeuge auch e-Fahrzeuge.

Wir können Potentialenergie (meist in Form von Wasser) speichern. Pumpspeicherkraftwerke sind das beste Beispiel.

Bis vor kurzem konnten wir auch Wärme nicht gut speichern: Der Tee in der Thermoskanne war nach einem Tag nur noch lauwarm. Überraschend neu, aber noch nicht produktreif (Stand 2016), ist die Speicherung von Wärmeenergie (Solarenergie) in der Form von Zeolith, das die Wärme bei Befeuchtung wieder abgibt, sei es zur Klimatisierung oder zum Betrieb einer Turbine!

Neben den oben erwähnten Methoden (a) - (c) Energie zu speichern gibt es diverse andere, die in Einzelfällen sinnvoll sind: Man kann Energie in Form komprimierter Luft speichern oder durch den Einsatz von tiefkalten (kryogenen) Flüssigkeiten, wie beispielsweise flüssige Luft oder flüssigen Stickstoff. Eine ungewöhliche Methode ist die Verwendung eines Stoffes, der den Zustand der "unterkühlten Schmelze" zulässt und damit die Speicherung kleiner Energiemengen in Form von Wärme (Latentwärmespeicher) ermöglicht, usw.

Die Natur bietet mit der Photosynthese die Möglichkeit, Sonnenenergie in Form von Pflanzen oder Bakterienkulturen (Cyanobakterien= Blaualgen, Hefe,...) in großem Stil zu speichern, und diese Energie, sei es für die Entwicklung von Produkten, von Nahrung oder für Heizzwecke zu verwenden, sei es durch die Verbrennung von Holz oder daraus hergestellten Pellets. Siehe dazu Punkt (i) und (j) unter Energie.

Hier soll etwas genauer die Speicherung von Energie in der Form von Holz, oder genauer die Rückgewinnung der Energie durch die Verbrennung von Holz erklärt werden, wobei auf den Aussagen des deutschen Bundesumweltamtes aufgebaut wird.

Holz ist ein durchaus umweltgerechter Brennstoff. Allerdings können unter bestimmten Bedingungen – zum Beispiel wenn minderwertiges Holz verwendet wird oder die Holzöfen alt und schlecht gewartet sind – beim Verbrennen unnötig viele Emissionen entstehen. Darunter Treibhausgase, die das Klima schädigen. Aber auch Schadstoffe wie Feinstaub, die gefährlich für die Gesundheit werden können. Gerade in Ballungsräumen verschlechtern Holzheizungen die Luftqualität.

Ganz ohne Emissionen geht es nicht. Idealerweise entstehen bei der Verbrennung aber nur Kohlendioxid (CO2), Asche und Wasser. Dieses CO2 wirkt nur dann klimaschädlich, wenn mehr Holz verbrannt wird, als nachwächst. Denn nachwachsende Bäume und Sträucher binden das bei der Verbrennung entstandene CO2 und neutralisieren so die klimaschädlichen Wirkungen. Man sollte generell darauf achten, Holz aus der Region zu verwenden – denn je länger der Transportweg ist, desto mehr Treibstoff wird auch verbraucht, was wieder schädliche Umweltwirkungen mit sich bringt. Bei unvollständiger Verbrennung kann außerdem giftiges Kohlenmonoxid und klimaschädliches Methangas entstehen, das 21mal stärker zur Erderwärmung beiträgt als die gleiche Menge Kohlendioxid.

In der Praxis entstehen beim Verbrennen auch schädliche Stickstoff- und Schwefeloxide, Salzsäure und Feinstaub. Die winzig kleinen Feinstaubpartikel werden eingeatmet – das kann das Herz-Kreislauf-System belasten oder zu Bronchitis und Asthma führen. Feinstaub steht außerdem im Verdacht, Krebs auszulösen. Bei unvollständiger Verbrennung können zudem Krebs erzeugende polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) in Asche und Abluft entstehen.

Zusammenfassend ist die Verbrennung von hochwertigem, regionalem Holz in gut gewarteten Brennanlagen klima- und gesundheitsbetreffend unbedenklich. Die Verwendung von Pellets in Heizungsanlagen ist einfacher als die direkte Holzverbrennung. 2.000 kg Pellets entsprechen dem Heizwert von ca. 1.000 l Heizöl.

Holz kann auch durch Vergasung als Treibstoff verwendet werden. Gute Anlagen können 1 l Benzin durch 3 kg Holz ersetzen.

Holz kann auch als Ausgangsprodukt für viele andere Produkte wie Zucker verwendet werden, wobei man auch ohne Verwendung von Enzymen bereits 500 kg Zucker aus 1.000 kg Holz herstellen kann. Holz kann auch Ausgangsprodukt vieler anderer chemischer und pharmazeutischer Stoffe sein.

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