Regenerative Energie

In den Medien ist viel von grünem Strom und von Nachhaltigkeit zu lesen. Es wird von einer „Energiewende“ gesprochen, hin zu so genannten erneuerbaren bzw. regenerativen Energien. Betrachtet man die so genannte Energiewende einmal objektiv und möglichst wertungsfrei, dann wird schnell deutlich, dass sich in diesem Kontext viele Marketingphrasen entwickelt haben.

Sinn dieser Sprachkapriolen ist es natürlich auch, den etablierte Energieversorgern ein positives Images zu verleihen. Ob ein Energieversorger ein positives und vor allem „grünes“ Image erlangen kann, nur weil ab und zu ein Solarpark oder eine Windkraftanlage in Betrieb genommen wird, während das Unternehmen gleichzeitig große Summen beispielsweise in Braunkohle investiert, darüber lässt sich streiten. Auch ist es groß in Mode geworden, den Zuwachs regenerativer Energien als Begründung der Pläne für einen groß angelegten Stromtrassenausbau heran zu ziehen. Der Bedarf der Energiewirtschaft und eines europäischen Energiemarktes wird nur selten wahrgenommen. Auch diese Rahmenbedingungen sind jedoch für das Funktionieren einer modernen Gesellschaft von Bedeutung und es wäre naiv, diese Themen grundsätzlich auszusparen.

Eine erfolgreiche „Energiewende“ (der Begriff „Energiesystemtransformation“ erscheint passender) setzt voraus, dass die Menschen verstehen, worum es dabei überhaupt geht. In diesem Beitrag soll deswegen der Begriff der „regenerativen“ Energie und dessen Bedeutung erklärt werden.

Regenerativ bedeutet „erneuerbar“

Dem Physiker lässt der Begriff der „erneuerbaren“ Energie graue Haare wachsen, denn dieser Begriff an sich steht im klaren Widerspruch zum Energieerhaltungssatz! Nach dem Energieerhaltungssatz kann Energie weder erzeugt noch vernichtet und damit auch nicht „verbraucht“ werden. Somit kann Energie also auch nicht „erneuert“ werden. Energie kann nur von einem Zustand in einen anderen gewandelt werden!

Anders sieht es aus, wenn man den Energieträger betrachtet. Die Sonne geht jeden Tag neu auf. Wind weht – abhängig von der Region und der Jahreszeit – mehr oder weniger stark, aber eben auch grundsätzlich. Auch die Wasserkraft gehört zu den so genannten regenerativen Energieträgern. Wasser- und Windkraft sowie Solarenergie sind die klassischen umweltfreundlichen Energieträger. Vor allem aber stehen sie grundsätzlich jedermann zur Nutzung zur Verfügung. Es gibt kein Monopol auf diese Energieträger und diese Energieträger bieten große Chancen zur autonomen Selbstversorgung.

Etwas weniger im Fokus der Medien sind die Biomasse und die Geothermie. Beide Energieträger haben große Potenziale, sind aber auch kontrovers diskutiert.

Sind Öl und Kohle „regenerative“ Energieträger?

An dieser Stelle sei die kühne Behauptung aufgestellt: Öl und Kohle seien regenerative Energieträger! - Es sei noch weiter gegangen und behauptet, dass Öl und Kohle gespeicherte Solarenergie sind. Ein Teil Wahrheit steckt in diesen Aussagen, doch der Teufel steckt im Detail.

Ein Beispiel ist die Kohle: Kohle ist aus abgestorbenen Urwäldern in den damals sumpfigen Regionen entstanden. Die Biomasse der Bäume wurde im Laufe der Jahr von anderen Sedimentschichten - zum Beispiel Ton - überdeckt. Weitere Schichten durch erneutem Bewuchs führten letztlich zu der geologischen Struktur, wie man sie im Steinkohlebergbau kennt: die Flöze.

Der “Inkohlungsprozess“ erfolgt in zwei sehr langfristigen Phasen. In der ersten Phase, die biochemische Phase, bauen Mikroorganismen die organischen Substanzen wie Proteine und Kohlenhydrate ab. Mit der Zeit bildet sich im Moor eine Torfschicht. Die zweite, geochemische Phase, beginnt mit dem Abschluss des Torfsedimentes von der Luft und durch Kompression infolge des zunehmend stärkeren, auf der Torfschicht lagernden Gewichtes. Durch hohem Druck und hoher Temperatur werden unter anderem Wasser aus dem Material heraus gepresst und die Kohle beginnt, zu versteinern. Je nachdem, wie alt die Kohle ist und in welcher Tiefe sie gefunden wird, unterscheidet sie sich insbesondere durch ihren Gehalt an Kohlenstoff und Feuchtigkeit, aber auch durch eingeschlossene flüchtige Gase wie Methan und Kohlendioxid. Praktisch bedeutsam ist die Unterscheidung zwischen Torf, Braunkohle und Steinkohle. Während Steinkohle vorwiegend weit unter der Erdoberfläche zu finden ist (Ausnahmen sind durch geologische Verwerfungen begründet) wird Braunkohle nahe der Erdoberfläche im Tagebau gewonnen. Torf kann mit einfachsten Werkzeugen in trocken gelegten Moorgebieten abgebaut werden, allerdings wird dessen Abbau in weiten Teilen Europas durch den Naturschutz reglementiert oder sogar eingeschränkt.

Im Gegensatz zur Kohle, die in erster Linie aus pflanzlichen Ablagerungen entstand, ist Erdöl ein Produkt aus Kleinstlebewesen wie Algen. Nach deren Tod sanken diese auf dem Meeresgrund ab. Handelt es sich hier um sehr tiefliegende und sauerstoffarme Regionen, entsteht ein organischer Schlamm. Auch hier wirken letztlich wieder Druck und Temperatur und es entsteht Erdöl sowie Erdgas.

Sowohl Kohle als auch Erdöl und Erdgas sind in der Regel nur durch Grabungen bzw. Bohrungen zu erreichen. Nach dem lateinischen Begriff “fodio“ (graben) bzw. fossilis (ausgegraben), spricht man auch von fossilen Energieträgern.

Wie gesehen, sind also auch Kohle und Öl grob betrachtet – über den Lebenszyklus des Planeten betrachtet – regenerative Energieträger. Beide Materialien sind aus organischen Stoffen entstanden, die sich wiederum erst unter dem Einfluss von Sonnenenergie entwickelten. Tatsächlich setzt die Verbrennung von Öl, Gas und Kohle nur den Kohlenstoff in die Atmosphäre frei, den einst Pflanzen und Mikroorganismen aufnahmen. Zyniker mögen dies ins Feld führen und deswegen von einer CO2-neutralen Energiequelle sprechen. Dabei sollte jedoch nie vergessen werden, dass der Kohlenstoff vor rund 250 Millionen bis 400 Millionen Jahren der Atmosphäre entzogen wurde. In diesem Zeitraum gab es eine Kaltphase vor rund 300 Millionen Jahren, jedoch vor allem sehr ausgeprägte Warmphasen mit bis zu +10K bis +12K über dem aktuellen Temperaturniveau. Zum Vergleich: Auf dem Klimagipfel im Dezember 2015 in Paris wurde über einen möglichen Anstieg der durchschnittlichen Temperatur in der Erdatmosphäre um maximal 2K gestritten.

Öl, Kohle und Gas scheiden aus zwei Gründen für die Einstufung als „erneuerbare“ Energieträger aus: Die Zeit der Wandlung von der Biomasse bis zum Rohstoff Kohle oder Öl ist mit mehreren hundert Millionen Jahren zu lange. Eine Erneuerung der Öl-, Kohle- und Gasvorkommen in der Erdkruste wird also erst dann abgeschlossen sein, wenn es möglicherweise die Menschheit nicht mehr geben wird. Der zweite Grund ist die Menge des in den fossilen Energieträgern gespeicherten Kohlenstoffes. Diese Menge liegt deutlich über der Menge, die die heutige Atmosphäre aufnehmen kann, ohne die Durchschnittstemperatur der Erde signifikant zu erwärmen.

Kritiker der Theorie des Klimawandels führen an, dass Vulkane ebenso einen Einfluss auf diese Entwicklung haben. Das ist korrekt, jedoch hilft es wenig, als „meteorologischer Trittbrettfahrer“ durch unkontrollierten Ausstoß von Treibhausgasen den Erwärmungseffekt zu beschleunigen. Weiterhin fehlt die natürliche CO2-Kompensation durch die ungebremste Abholzung großer Waldflächen, insbesondere der tropischen Regenwälder, die maßgeblichen regulativen Einfluss auf das Weltklima haben.

Schon sehr kurzfristig wird es also keinen Weg geben, die CO2-Emissionen drastisch zu reduzieren, wenn möglich, vollkommen zu stoppen. Der ideale Weg ist möglicherweise der Entzug von CO2 aus der Atmosphäre. Die als Rechtfertigung für den Weiterbetrieb von Kraftwerken mit fossilen Brennstoffen entwickelte Carbon Capture and Storage-Technologie (CCS) sieht vor, CO2 aus den Kraftwerksabgasen heraus zu filtern und in tiefen Erdregionen endzulagern. CCS ist hoch umstritten, denn im Falle einer Störung können extrem große Mengen CO2 in die Atmosphäre entweichen. Jedes Lebewesen in der Umgebung würde ersticken, ohne die Gefahr rechtzeitig erkennen zu können.

Kohlendioxid ist also insgesamt ein großes Problem, dessen Tragweite keine weiteren Emissionen mehr zulässt. Weltweit ist dies aber nach wie vor nicht durchsetzbar. Offenbar sind die Risiken des CO2-Einflusses auf das Klima nicht verstanden worden. Oft kann man wohl aus reiner Profitgier sogar von berechnender Ignoranz ausgehen.

Kernkraft als eine Ur-Energie

Kernenergie, wie man sie aus den bekannten Kernkraftwerken oder gar aus den nuklearen Waffensystemen kennt, ist mitnichten eine regenerative und – trotz vieler Bekundungen – keinesfalls eine umweltfreundliche Energieform. Die Gewinnung des Rohstoffes Uran ist mit gefährlichen Eingriffen in die Natur verbunden. Das spaltbare Material ist in den falschen Händen brandgefährlich und die Entsorgung ausgebrannter Brennelemente aber auch des kontaminierten Materials, welches der Betrieb eines Kernkraftwerkes mit sich bringt, ist ausgesprochen problematisch.

Der geneigte Leser wird sich also fragen, warum Kernenergie in dieser Publikation und insbesondere in einem einleitenden Beitrag zur regenerativen Energie Erwähnung findet. Bei genauer Betrachtung wird man schnell erkennen, dass man sich der Kernenergie nicht entziehen kann, denn sie ist Teil der Natur und insbesondere des gesamten Universums. So ist Solarenergie, die man auf der Erde subjektiv als Licht und Wärmestrahlung wahrnimmt, das Ergebnis gewaltiger Kernfusionsprozesse. Geothermie hingegen basiert zu einem großen Teil auf Wärme, die bei Kernspaltungsprozessen tief innerhalb der Erde freigesetzt wird. Die Erde selbst ist also ein gewaltiges Kernkraftwerk. Ein Strahlungsrisiko gibt es allerdings mit der Nutzung von Geothermie nicht, denn die nuklearen Vorgänge finden in weit größeren Tiefen statt als in denen, wo Wärmesonden ins Erdreich getrieben werden.

Die Kraft des Mondes

Der Vollständigkeit wegen soll der Einfluss des der Erde am nächsten befindlichen Himmelskörpers nicht vergessen werden. Der Mond ist in Kombination mit der Erdrotation verantwortlich für die Gezeiten der Meere. Auch diese Bewegungen, die besonders an der Nordsee wegen der extrem flachen Struktur des Wattenmeeres eindrucksvoll zu beobachten, jedoch überall auf der Welt messbar sind, lassen sich energietechnisch nutzen. Auch Gezeitenkraft gehört zu den regenerativen Energieträgern.

Fazit: Verstehen ist wichtig!

Diese kleine Einführung – nicht nur – in die Thematik der regenerativen Energieträger zeigt bereits, wie kontrovers das Thema Energietechnik und Energiewirtschaft allgemein sein kann. Sogar dieser vorangehende Satz birgt erneut ein Beispiel, dass es besonders auf Begrifflichkeiten ankommt, um das sehr komplexe Thema und vor allem die unterschiedlichen Interessenlagen richtig zu verstehen. Das Thema ist spannend. In diesem Abschnitt werden deswegen die – vorwiegend technischen – Hintergründe sowie praktische Einsatzszenarien der regenerativen Energieträger dargestellt:

(rs/12-2015)