Erneuerbare Energien werden in der heutigen Welt zu einem immer wichtigeren Thema. Neben den steigenden Kosten für fossile Brennstoffe und der Bedrohung durch den Klimawandel gab es auch positive Entwicklungen in diesem Bereich, zu denen Effizienzverbesserungen sowie sinkende Preise gehören.
All dies hat die Nachfrage nach alternativer Energie erhöht und den Übergang zu saubereren und nachhaltigeren Methoden der elektrischen Energie beschleunigt. Es ist jedoch wichtig anzumerken, dass es viele Arten gibt - Biomasse, Sonnen-, Wind-, Gezeiten- und Geothermie - und dass jede ihre eigenen Vor- und Nachteile hat.
Biomasse:
Die am weitesten verbreitete Form erneuerbarer Energien ist Biomasse. Biomasse bezieht sich einfach auf die Verwendung organischer Materialien und deren Umwandlung in andere Energieformen, die verwendet werden können. Obwohl einige Formen von Biomasse seit Jahrhunderten verwendet werden - wie das Verbrennen von Holz - konzentrieren sich andere, neuere Methoden auf Methoden, die kein Kohlendioxid produzieren.
Zum Beispiel gibt es sauber brennende Biokraftstoffe, die Alternativen zu Öl und Gas darstellen. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen, die durch geologische Prozesse hergestellt werden, wird ein Biokraftstoff durch biologische Prozesse wie Landwirtschaft und anaerobe Vergärung hergestellt. Übliche Brennstoffe für diesen Prozess sind Bioethanol, das durch Fermentation von Kohlenhydraten aus Zucker oder Stärke (wie Mais, Zuckerrohr oder süßem Sorghum) zu Alkohol entsteht.
Ein weiterer üblicher Biokraftstoff ist der Biodiesel, der aus Ölen oder Fetten nach einem als Umesterung bekannten Verfahren hergestellt wird. Dabei werden Säuremoleküle mit Hilfe eines Katalysators gegen Alkohol ausgetauscht. Diese Arten von Kraftstoffen sind beliebte Alternativen zu Benzin und können in Fahrzeugen verbrannt werden, die für den Betrieb auf diesen umgerüstet wurden.
Solarenergie:
Solarenergie (auch bekannt als Photovoltaik) ist eine der beliebtesten und am schnellsten wachsenden alternativen Energiequellen. Hierbei handelt es sich um Solarzellen (normalerweise aus kristallinen Siliziumscheiben hergestellt), die auf dem Photovoltaikeffekt (PV) beruhen, um Photonen zu absorbieren und in Elektronen umzuwandeln. Währenddessen beruht solarthermische Energie (eine andere Form von Solarenergie) auf Spiegeln oder Linsen, um einen großen Bereich des Sonnenlichts oder der solarthermischen Energie (STE) auf einen kleinen Bereich (d. H. Eine Solarzelle) zu konzentrieren.
Anfänglich wurde Photovoltaik nur für kleine bis mittelgroße Betriebe verwendet, von solarbetriebenen Geräten (wie Taschenrechnern) bis hin zu Haushaltsgeräten. Seit den 1980er Jahren sind kommerzielle Solarkraftwerke jedoch weit verbreitet. Sie sind nicht nur eine relativ kostengünstige Energiequelle, bei der Netzstrom unpraktisch, zu teuer oder einfach nicht verfügbar ist. Steigerungen des Wirkungsgrads von Solarzellen und sinkende Preise machen Solarenergie wettbewerbsfähig gegenüber herkömmlichen Energiequellen (d. h. fossilen Brennstoffen und Kohle).
Solarenergie wird heute auch zunehmend in netzgekoppelten Situationen genutzt, um kohlenstoffarme Energie in das Netz einzuspeisen. Bis 2050 geht die Internationale Energieagentur davon aus, dass Solarenergie - einschließlich STE- und PV-Betrieb - über 25% des Marktes ausmachen wird. Damit ist sie die weltweit größte Stromquelle (wobei die meisten Anlagen in China und Indien eingesetzt werden).
Windkraft:
Windkraft wird seit Tausenden von Jahren verwendet, um Segel zu schieben, Windmühlen anzutreiben oder Druck für Wasserpumpen zu erzeugen. Die Nutzung des Windes zur Stromerzeugung ist seit dem späten 19. Jahrhundert Gegenstand von Forschungen. Erst mit großen Anstrengungen, im 20. Jahrhundert alternative Energiequellen zu finden, ist die Windenergie zum Mittelpunkt erheblicher Forschung und Entwicklung geworden.
Im Vergleich zu anderen Formen erneuerbarer Energien gilt die Windenergie als sehr zuverlässig und stabil, da der Wind von Jahr zu Jahr konstant ist und in Spitzenzeiten der Nachfrage nicht abnimmt. Der Bau von Windparks war zunächst ein kostspieliges Unterfangen. Dank der jüngsten Verbesserungen hat die Windenergie begonnen, Spitzenpreise auf den Energiegroßhandelsmärkten weltweit zu setzen und die Umsätze und Gewinne der fossilen Brennstoffindustrie zu schmälern.
Laut einem Bericht des Energieministeriums vom vergangenen März könnte das Wachstum der Windenergie in den USA in vielen Kategorien zu noch höher qualifizierten Arbeitsplätzen führen. Das Dokument mit dem Titel „Wind Vision: Eine neue Ära der Windenergie in den USA“ weist darauf hin, dass die Industrie bis 2050 bis zu 35% der US-amerikanischen Stromerzeugung ausmachen könnte.
Darüber hinaus haben der Global Wind Energy Council und Greenpeace International im vergangenen Jahr einen Bericht mit dem Titel „Global Wind Energy Outlook 2014“ veröffentlicht. In diesem Bericht heißt es, dass Windkraft weltweit bis 2050 bis zu 25 bis 30% des weltweiten Stroms liefern könnte. Zum Zeitpunkt der Erstellung des Berichts hatten kommerzielle Anlagen in mehr als 90 Ländern eine Gesamtkapazität von 318 Gigawatt (GW) etwa 3% des weltweiten Angebots.
Gezeitenkraft:
Ähnlich wie Windkraft wird Gezeitenkraft als potenzielle Quelle erneuerbarer Energie angesehen, da die Gezeiten stabil und vorhersehbar sind. Ähnlich wie Windmühlen werden seit den Tagen des alten Roms und des Mittelalters Gezeitenmühlen verwendet. Eingehendes Wasser wurde in großen Teichen gespeichert, und als die Gezeiten ausgingen, drehten sie Wasserräder, die mechanische Kraft erzeugten, um Getreide zu mahlen.
Erst im 19. Jahrhundert wurde in den USA und in Europa der Prozess der Verwendung von fallendem Wasser und sich drehenden Turbinen zur Stromerzeugung eingeführt. Und erst seit dem 20. wurden diese Operationen für den Bau entlang der Küsten und nicht nur der Flüsse umgerüstet.
Traditionell hat die Gezeitenkraft unter relativ hohen Kosten und einer begrenzten Verfügbarkeit von Standorten mit ausreichend hohen Gezeitenbereichen oder Strömungsgeschwindigkeiten gelitten. Viele neuere technologische Entwicklungen und Verbesserungen sowohl in der Konstruktion als auch in der Turbinentechnologie weisen jedoch darauf hin, dass die Gesamtverfügbarkeit von Gezeitenkraft viel höher sein kann als bisher angenommen, und dass die wirtschaftlichen und ökologischen Kosten auf ein wettbewerbsfähiges Niveau gesenkt werden können.
Das weltweit erste große Gezeitenkraftwerk ist das Rance Tidal Power Station in Frankreich, das 1966 in Betrieb genommen wurde. In Orkney, Schottland, wurde die weltweit erste Testanlage für Meeresenergie - das European Marine Energy Centre (EMEC) - in gegründet 2003, um die Entwicklung der Wellen- und Gezeitenenergieindustrie in Großbritannien zu beginnen.
2015 ging das weltweit erste netzgekoppelte Wellenkraftwerk (CETO, benannt nach der griechischen Göttin des Meeres) vor der Küste Westaustraliens online. Dieses von Carnegie Wave Energy entwickelte Kraftwerk arbeitet unter Wasser und pumpt mit Unterwasserbojen eine Reihe von Pumpen mit Meeresbodenverzweigung, die wiederum Strom erzeugen.
Geothermie:
Geothermie ist eine weitere Form alternativer Energie, die als nachhaltig und zuverlässig gilt. In diesem Fall wird Wärmeenergie von der Erde abgeleitet - normalerweise aus Magmakanälen, heißen Quellen oder hydrothermaler Zirkulation -, um Turbinen zu drehen oder Gebäude zu heizen. Es wird als zuverlässig angesehen, da die Erde 10 enthält31 Wärmeenergie im Wert von Joule, die auf natürliche Weise durch Wärmeleitung mit einer Geschwindigkeit von 44,2 Terawatt (TW) an die Oberfläche fließt - mehr als das Doppelte des aktuellen Energieverbrauchs der Menschheit.
Ein Nachteil ist die Tatsache, dass diese Energie diffus ist und nur an bestimmten Orten kostengünstig genutzt werden kann. In bestimmten Regionen der Welt wie Island, Indonesien und anderen Regionen mit hoher geothermischer Aktivität ist dies jedoch eine leicht zugängliche und kostengünstige Möglichkeit, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und Kohle zur Stromerzeugung zu verringern. Zu den Ländern, die mehr als 15 Prozent ihres Stroms aus geothermischen Quellen erzeugen, gehören El Salvador, Kenia, die Philippinen, Island und Costa Rica.
Ab 2015 beträgt die weltweite Geothermiekapazität 12,8 Gigawatt (GW), die bis 2020 voraussichtlich auf 14,5 bis 17,6 GW ansteigen wird. Darüber hinaus schätzt die Geothermal Energy Association (GEA), dass nur 6,5 Prozent des gesamten globalen Potenzials vorhanden sind Bisher erschlossen, während das IPCC ein Geothermiepotential im Bereich von 35 GW bis 2 TW meldete.
Probleme mit der Annahme:
Ein Problem bei vielen Formen erneuerbarer Energien besteht darin, dass sie von den Umständen der Natur abhängen - Wind, Wasserversorgung und ausreichend Sonnenlicht -, was zu Einschränkungen führen kann. Ein weiteres Problem waren die relativen Kosten vieler Formen alternativer Energie im Vergleich zu herkömmlichen Quellen wie Öl und Erdgas. Bis vor kurzem war der Betrieb von Kohle- oder Ölkraftwerken billiger als die Investition von Millionen in den Bau großer Solar-, Wind-, Gezeiten- oder Geothermiebetriebe.
Laufende Verbesserungen bei der Herstellung von Solarzellen, Windkraftanlagen und anderen Geräten - ganz zu schweigen von Verbesserungen bei der erzeugten Energiemenge - haben jedoch dazu geführt, dass viele Formen alternativer Energie gegenüber anderen Methoden wettbewerbsfähig geworden sind. Überall auf der Welt verstärken sich Nationen und Gemeinschaften, um den Übergang zu saubereren, nachhaltigeren und autarkeren Methoden zu beschleunigen.
Wir haben viele interessante Artikel über alternative Energie im Space Magazine geschrieben. Was ist alternative Energie? Was ist Solarenergie? und woher kommt Geothermie? Könnte die Welt mit Solar- und Windkraft betrieben werden und Solarenergie aus dem Weltraum gewinnen.
Sie sollten sich auch das National Renewable Energy Laboratory und das Renewable Energy Policy Project ansehen.
Astronomy Cast hat auch eine Episode zu diesem Thema. Hier ist Episode 51: Erde.
Quellen:
- Wikipedia - Erneuerbare Energie
- US Energy Information Administration - Erneuerbare und alternative Kraftstoffe
