Erneuerbare Energien: Energie der Zukunft

Was sind Erneuerbare Energien und welche Vorteile bieten sie im Vergleich zu fossilen Brennstoffen?

Immer mehr Menschen leben auf der Erde, die Industrie wächst und somit auch der Bedarf an Energie. Doch fossile Brennstoffe, wie Kohle und Erdöl, sind nicht unbegrenzt verfügbar. Was also tun? Die Welt braucht alternative Energieformen, die sich auf natürliche Weise erneuen und unbegrenzt zur Verfügung stehen. Dazu zählen Wasserkraft, Sonnen- und Windenergie, Biomasse und Erdwärme. Die Anlagen stoßen weder Treibhausgase noch Schadstoffe aus und produzieren Energie somit klima- und gesundheitsfreundlich.

Es gibt noch weitere Vorteile: Deutschland wird dank der Erneuerbaren Energien unabhängiger vom Import fossiler Brennstoffe. Das Land spart Kosten und verhindert Rohstoffkonflikte. Rund um die alternativen Energieformen entwickelt sich zudem eine Hightech-Branche, die Arbeitsplätze schafft. 2016 waren in Deutschland 338.600 Menschen in der Branche regenerativer Energien beschäftigt, 160.200 davon in der Windbranche, was eine Studie des Bundeswirtschaftsministeriums zeigt.

Weltweit gab es 2018 elf Millionen Arbeitsplätze im Bereich der Erneuerbaren Energien, erklärt die Internationale Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA) – ein Zuwachs von sieben Prozent im Vergleich zu 2017. Mit rund 3,3 Millionen Angestellten ist die Photovoltaikbranche dabei der größte Arbeitsmarkt.

Welche Erneuerbare Energiearten und Energiequellen gibt es?

Es gibt fünf verschiedene Arten an Erneuerbaren Energiequellen: Solarenergie, Windenergie, Wasserkraft, Biomasse und Erdwärme.

Solarenergie & Photovoltaik

Die Sonne schickt gigantische Energiemengen auf die Erde – in einer Stunde genug Energie, um theoretisch die ganze Erde ein Jahr lang mit Strom zu versorgen. Entsprechend verlockend sind Photovoltaikmodule, die weltweit auf Gebäudedächern und Freiflächen zu finden sind. Sie arbeiten mit Halbleitern aus Silizium, die Sonnenstrahlen in elektrischen Strom umwandeln. Alternativ lässt sich mit dem Sonnenlicht Wärme erzeugen. In diesem Fall heizen thermische Solarkollektoren mithilfe von Sonnenlicht Öl oder Wasser auf. Das warme Wasser dient anschließend zum Heizen. Der größte Solarpark der Welt steht übrigens in China. Über vier Millionen Panele umfasst der Longyangxia Dam Solar Park. Sie liefern rund 850 MW Strom – genug Energie für 140.000 Einfamilienhäuser.

Photovoltaikanlagen haben 2018 in Deutschland 46,2 Terawattstunden (TWh) Strom produziert, so das Umweltbundesamt ­– das entspricht 11 Prozent der Gesamtenergiebereitstellung der Erneuerbaren Energien. Genügend Strom für über 1,2 Millionen Haushalte. Hinzu kommen 8,9 TWh Wärme durch Solarthermie.

Windenergie

Fast überall in Deutschland stehen Windkraftanlagen. Der Wind versetzt den Rotor in Drehung. Ein Generator wandelt die Bewegungsenergie in Strom um ­– ähnlich wie bei einem Fahrraddynamo.

Windkraftanlagen haben in Deutschland 2018 insgesamt 111,6 TWh Strom erzeugt –die Anlagen übernehmen damit 26 Prozent der Stromproduktion der Erneuerbaren Energien. Das größte Windrad der Welt steht in Deutschland, in Gaildorf bei Stuttgart. Der Gigant ist 246,5 Meter hoch und hat eine Leistung von 3,4 Megawatt (MW).

Wasserkraft

Auch fließend Wasser erzeugt Energie. In Wasserkraftwerken arbeiten Turbinen, die in einem Fluss oder in der Mauer eines Staudamms sitzen. Die Flussströmung bewegt dabei die Turbinenräder. Die Räder wiederum treiben Stromgeneratoren an. Das größte Wasserkraftwerk der Welt ist der Drei-Schluchten-Staudamm in China. Die Staumauer ist 185 Meter hoch und 2.309 Meter lang. Es hat eine Leistung von 22,5 Gigawatt (GW).

Die Wasserkraft spielt im deutschen Energiemix eine vergleichsweise kleine Rolle. Die Anlagen haben 2018 insgesamt 16,5 TWh Strom produziert ­– das entspricht 4 Prozent der Energiebereitstellung durch Erneuerbaren Energien. Anders sieht es bei unseren Nachbarn in Norwegen aus. Da das Land sehr viele Flüsse, Seen und Wasserfälle hat, spielt Wasserkraft eine bedeutendere Rolle. Sie deckt über 96 Prozent des Energiebedarfs.

Biomasse

Weitere Quellen für die Stromgewinnung sind unter anderem pflanzliche und tierische Abfälle. Verbrennt diese Biomasse in einem Kessel, setzt der Vorgang Hitze frei, die anschließend Wasser zum Sieden bringt.  Der daraus entstehende Wasserdampf treibt Turbinen an, die über Generatoren Strom erzeugen – ähnlich wie in einem klassischen Kohlekraftwerk.

Die optimale Effizienz erreichen Biomassekraftwerke dann, wenn sie gleichzeitig die Abwärme zum Heizen nutzen. Das weltweit größte Biomassekraftwerk steht im südpolnischen Polaniece. Es erreicht eine elektrische Leistung von 200 MW.

Biomassekraftwerke erzeugten 2018 in Deutschland 51,3 TWh Strom – das entspricht einem Anteil von 12 Prozent am Energiemix. Hinzu kommen allerdings 147,3 TWh Wärme. Insgesamt handelt es sich bei Biomasse um 34 Prozent  der gesamten Wärmegewinnung aus Erneuerbaren Energien.

Erdwärme

Unter unseren Füßen brodelt es. Alle 100 Meter erhöht sich die Temperatur in der Erde um drei Grad Celsius – in der schwäbischen Alp sogar um zehn Grad Celsius, aufgrund der Nähe zu Vulkanherden. Diese Wärme lässt sich nutzen, um Strom zu gewinnen. Riesige Bohrer in Erdwärmekraftwerken dringen hunderte Meter tief in die Erde. Pumpen befördern anschließend Wasser ins heiße Erdinnere. In dieser Tiefe verwandelt sich das vergleichsweise kühle Nass in Dampf, der Turbinen und somit Stromgeneratoren antreibt.

Im Vergleich zu Biomassekraftwerken spielen Erdwärmekraftwerke in Deutschland eine untergeordnete Rolle. Sie erzeugten 2018 etwa 0,2 TWh Strom. Hinzu kommen 14,7 TWh Wärme, gewonnen mit Geothermie und Umweltwärme.

Wie speichert man Erneuerbare Energie?

Erneuerbare Energien bringen jedoch auch Herausforderungen mit sich: Die Sonne scheint unregelmäßig. Wind ist wechselhaft. Es liegt also nahe, die Energie aus ertragreichen Zeiten zu speichern. Doch wie?

Elektrische Strompeicher

  • Der Strom der Erneuerbaren Energien lässt sich in Batterien und Superkondensatoren speichern – bislang jedoch noch nicht in nennenswerten Mengen.
  • Ebenfalls möglich ist das das Power-to-Gas-Verfahren: Eine Elektrolyse-Anlage nutzt den überschüssigen Strom, um Wasser in seine chemischen Bestandteile, Sauerstoff und Wasserstoff, zu teilen. Der Wasserstoff lässt sich als Energieträger speichern. Bei der Rückgewinnung wandeln Brennstoffzellen die chemische Energie des Wasserstoffs in Strom um.

Natürliche Strompeicher

  • Wasserspeicher: Mit überschüssigem Strom aus Erneuerbaren Energien lassen sich Pumpen betreiben, um Wasser in ein hoch gelegenes Sammelbecken zu pumpen. Um die Energie zurückzugewinnen, fließt das Wasser durch Stromturbinen zurück zum Ausgangspunkt.
  • Eine weitere Speichermöglichkeit: Mit dem überschüssigen Strom pumpen Kompressoren Luft in unterirdische Druckluftspeicher – in Salzkavernen oder in Gesteinsschichten unter dem Meeresboden. Für die Rückgewinnung schießt die Druckluft durch Turbinen, die Stromgeneratoren antreiben.

Erneuerbare Energien in Deutschland

Der Klimaschutzplan sieht vor, bis 2050 Strom weitgehend treibhausneutral zu erzeugen. Dafür haben die Politiker Etappenziele gesteckt. Bis 2025 soll der Anteil der Erneuerbaren Energien bei bis zu 45 Prozent liegen. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) verpflichtet Netzbetreiber deswegen, vorrangig Erneuerbare-Energien- Anlagen an ihr Netz anzuschließen.

Und wie weit ist Deutschland bislang? Die Erneuerbaren Energiequellen haben 2018 insgesamt 428 TWh Energie erzeugt. 53 Prozent dieser Energiemenge entfielen auf die Stromproduktion, rund 40 Prozent (171 TWh) auf den Wärmesektor und rund sieben Prozent auf den Verkehrsbereich (32 TWh).

Damit produzierten die Erneuerbaren Energiequellen 37,8 Prozent des Stroms in Deutschland und 13,9 Prozent der Wärme. Das Land sparte dadurch 184 Millionen Tonnen CO2 ein. An einem Tag, dem 28. Januar 2018, deckten die Ökoenergien sogar 81 Prozent des Stromverbrauchs in Deutschland ab.

Erneuerbare Energien weltweit

Auch weltweit ist der Ausbau Erneuerbarer Energien im Gange. Die globale Erzeugungskapazität lag Ende 2018 bei 2.351 GW, so die International Renewable Energie Agency (IRENA). Das entspricht in etwa einem Drittel der weltweiten Stromkapazität. Mit 1.172 GW macht die Wasserkraft dabei den größten Anteil aus. Es folgen Windenergie mit 564 GW und Solarenergie mit 480 GW.

Die Wachstumsrate der Erneuerbaren Energien betrug im Vergleich zum Vorjahr 7,9 Prozent – das entspricht einem Zuwachs von 171 Gigawatt. Am stärksten stieg die Kapazität in Ozeanien an (17,7 Prozent), gefolgt von Asien (11,4 Prozent) und Afrika (8,4 Prozent).

Welche weiteren Erneuerbaren Energien können in Zukunft hinzukommen?

Forscher weltweit experimentieren mit weiteren Erneuerbaren Energien. Das US-Unternehmen Solaren will Solarparks im Weltraum bauen, um Sonnenergie noch effizienter zu tanken. Zu den neuen Ansätzen zählen auch schwimmende Solarkraftanlagen. Sie erreichen wegen der Kühlung durch das Wasser einen höheren Wirkungsgrad.  Und vor der Küste von North Devon in England steht eine Pilotanlage, in der Turbinen die Meeresströmung in Energie umwandeln.

Auch die Schweden zeigen sich experimentierfreudig. Wissenschaftler wollen die Außenhaut eines Hochhauses in Stockholm (Söder Torn) mit einer Art Plüschfell bekleiden. Das Fell besteht aus Millionen winziger Härchen, die einen piezoelektrischen Kern haben. Bewegen sich die Härchen im Wind, erzeugen sie Strom. Es wird also spannend werden, was die Zukunft der Erneuerbaren Energien bereithält.

Weitere Themen