Benutzer:Wispanow~dewiki/Energie/Energieversorgung in der Zukunft

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Erstmal notdürftige Sicherung, ohne zu verschieben. wispanow dis 13:03, 14. Jan. 2008 (CET)

Die Energieversorgung in der Zukunft steht großen Herausforderungen gegenüber, unter anderem wegen der stetig wachsenden Weltbevölkerung, des Strebens nach höheren Lebensstandards sowie das Ziel geringerer Umweltverschmutzung und der Endlichkeit der fossilen Energieträger. Ohne Energie würde die industrialisierte Infrastruktur der Welt zusammenbrechen, einschließlich der Landwirtschaft, des Transports, der Reinigung von Abwasser, der Informationstechnik, der Kommunikationen und vieler anderer Grundvoraussetzungen, die aus Sicht einer Industrienation als selbstverständlich erachtet werden. Ein Energiemangel, der die Erhaltung dieser Infrastruktur gefährden würde, könnte zu einer Bevölkerungsfalle führen.

Allgemeine Überlegungen

Die gesamte Energie, die wir in Form von Arbeit verrichten, wird durch die natürlichen Grundkräfte der Physik erzeugt: Gravitation, Elektrodynamik, schwache und starke Wechselwirkungen. Eine Kernspaltung wird durch die Spaltung eines Kernes in leichtere Teile erzeugt. Eine Kernfusion wird erzeugt, indem zwei oder mehr Kerne zu einem oder mehreren Produkten verschmolzen werden, deren Masse als Ganzes wegen der großen Stärke der Kernkraft zwischen den nuklearen Bestandteilen geringer ist als die der ursprünglichen Kerne. Die daraus resultierende Differenz in der Masse wird gemäß Einsteins Gleichung E=mc2 in Energie umgewandelt.

Datei:Geothermie.jpg
Geothermische Anlage in Kalifornien

Die meisten Formen der Energie auf der Erde können auf Verschmelzungsreaktionen, die innerhalb der Sonne stattfinden, zurückverfolgt werden. Ausnahmen bilden hierbei die Bewegungsenergie, Gezeitenkraft, Kernenergie und Geothermie. Von Gezeiten abhängige Energie kommt von der potentiellen Bewegungsenergie aus dem Erde/Mond-System. Man nimmt an, dass Geothermie hauptsächlich durch radioaktiven Verfall innerhalb der Erde erzeugt wird. Die meisten Energiequellen der Menschen verwenden heute die Energie aus dem Sonnenlicht in Form von fossiler Energie wie Kohle, Öl und Gas. Da diese in absehbarer Zeit aufgebraucht sein werden, ist die langfristige Energieversorgung der Menschheit auf neue Technologien angewiesen. Auch die Atomkraft basiert auf Rohstoffen, die nicht unbegrenzt verfügbar sind und etwa in Deutschland schon heute importiert werden müssen. Das Sonnenlicht, das auf die Erde herabfällt, entspricht der mehr als 10.000-fachen Energiemenge des gegenwärtigen Welt-Bedarfs. Während das Sonnenlicht die Energie für fast alle anderen Lebewesen zur Verfügung stellt und den Kreislauf des Wetters lenkt, ist der gesamte Energieverbrauch der Menschheit heute ein unbedeutender Bruchteil hiervon.

Die weltweite Energieproduktion nach den jeweiligen Quellen teilt sich folgendermaßen auf: Öl 40%, Erdgas 22,5%, Kohle 23,3%, Wasserkraft 7,0%, Kernkraft 5,0%, Biomasse und andere Energieformen tragen insgesamt 0,7% bei. In den USA brachte der Transport im Jahr 2001 28% des gesamten Energieverbrauchs und 70% des Verbrauchs von Erdöl mit sich; Petroleum bildete insgesamt 97% des Kraftstoffs, der für Transportmittel verwendet wurde.

Geschichtlicher Überblick der Vorhersagen über die Energieversorgung in der Zukunft

Seit dem Beginn der industriellen Revolution hat die Frage nach der Energieversorgung in der Zukunft mehrere Wirtschaftswissenschaftler beschäftigt. [1]

  • 1865 - William Stanley Jevons veröffentlicht The Coal Question, in dem er behauptet, dass die Kohlenvorräte bald erschöpft seien und dass es keine Aussichten dabei gäbe, dass Öl ein wirksamer Ersatz sein könnte.
  • 1885 - US Geological Survey: Nur geringe oder keine Chance für Öl in Kalifornien.
  • 1891 - US Geological Survey: Nur geringe oder keine Chance für Öl in Kansas oder Texas.
  • 1914 - US Bureau of Mines: Zukünftige Produktion von insgesamt 5,7 Milliarden Barrel Öl.
  • 1939 - US-Innenministerium: Die Vorräte reichen nur noch 13 Jahre aus
  • 1951 - US-Innenministerium, Abteilung für Öl und Gas: Die Vorräte reichen noch 13 Jahre aus
  • 1956 - Der Geophysiker Marion King Hubbert prognostiziert, dass die Ölproduktion der USA zwischen 1965 und 1970 ihren Höhepunkt erreichen wird. Tatsächlich wurde dieser 1970 erreicht. Ebenso sagte er voraus, dass die weltweite Ölproduktion nach den Wachstumsprognosen aus dem Jahr 1956 ungefähr im Jahr 2000 ihren Höchststand erreichen werden
  • 1989 - Prognostizierter Höchststand laut Colin J. Campbell [2]
  • 2004 - Die OPEC schätzt, dass die Förderleistung von Öl sich spätestens im Jahr 2025 verdoppeln wird [3]

Die Geschichte der ständig in Bewegung stehenden Maschinen (perpetuum mobile) ist eine lange Liste gescheiterter und manchmal auch betrügerischer Erfindungen von Maschinen, die nützliche Energie produzieren sollen, die wiederum aus dem „Nirgendwo“ herkommt - also eine nicht versiegende Energiequelle bilden, ohne dass zusätzliche Energie benötigt wird.

Fossile Energien

Hauptartikel: Fossile Energie

Fossile Energien liefern heute den größten Teil der Energie. Sie sind Energiequellen, die technisch betrachtet sehr einfach zu nutzen sind. Sie stellen kostengünstige Energie bereit, wenn man die durch Umweltverschmutzung entstehenden Kosten und die Subventionen außer Acht lässt. Erdölprodukte liefern fast den ganzen Treibstoff moderner Verkehrsmittel.

Datei:Entwicklung CO2 EU02.png
Schätzung der weltweiten Kohlendioxid-Emission im Zeitraum 1990 bis 2030 (Quelle: VGB e.V.)

Die Umweltverschmutzung ist ein großes Problem. Fossile Energien tragen zur globalen Erwärmung und zum sauren Regen bei. Der Gebrauch fossiler Energien verursacht in den USA jährlich Zehntausende von Toten allein durch Leiden wie Atemkrankheit, Herz-Kreislauferkrankung und Krebs. Sowohl Verbrennungsprodukte von Treibstoff aus Kohlenwasserstoff an sich wie Kohlenstoffdioxid (CO2) als auch Verunreinigungen wie Schwermetalle, Schwefel und Uran tragen zur Umweltverschmutzung bei. Von allen fossilen Energieträgern ist Erdgas generell betrachtet derjenige, der am wenigsten umweltschädlich ist, während Kohle der Umwelt den größten Schaden zufügt. Einige der unkonventionellen Energieträger wie Ölschiefer können der Umwelt deutlich mehr Schaden zufügen als konventionelle Energieträger. Einige dieser Probleme könnten verringert werden, indem neue Möglichkeiten geschaffen werden, Treibstoffe zu verbrennen und Abgase zu reinigen. Die Lagerung der Asche und der Schadstoffe, die bei der Reinigung der Abgase anfallen, könnte auch ein Problem sein. Kohlendioxid wird auch als einer der Hauptfaktoren mit der globalen Erwärmung in Verbindung gebracht. Um die Ausstöße an Treibhausgasen, die bei der Verbrennung fossiler Energien entstehen zu verringern, wurden bereits viele Techniken der CO2-Sequestrierung vorgeschlagen. CO2-Sequestrierung ist die dauerhafte Einnahme und Lagerung von Kohlendioxid und anderer Schadstoffe, die bei der Verbrennung fossiler Energien entstehen. Solche Lösungsvorschläge würden die Kosten fossiler Energien erhöhen. Wenn allerdings nachgewiesen werden kann, dass diese Technologien für die Öffentlichkeit sicher und akzeptabel sind, könnten diese den fortwährenden Gebrauch fossiler Energien als Hauptenergiequelle ermöglichen.

Die Regierungen stellen gewöhnlich verschiedene Dienstleistungen bereit, die als Subventionen betrachtet werden können, um den Preis für fossile Energien zu senken.

Öl

Hauptartikel: Erdöl

Konventionelles Öl

Hauptartikel: Ölfördermaximum

[[Hilfe:Cache|Fehler beim Thumbnail-Erstellen]]:
Ölförderungsprognose nach Ländern
Datei:Hubbert-peak-erläuterung.png
Abb.1: Förderung einer Ölquelle in mehreren Phasen. Förderung mehrerer Ölquellen folgt der Hubbert-Kurve[4]. Diese Kurve ist keine Gaußkurve, sondern die erste Ableitung einer als „logistische Funktion“ bezeichneten Sättigungsfunktion.

Es gibt viele Prognosen über die zukünftige Verfügbarkeit von Öl. Alle prognostizieren jedoch eine Höchstförderrate (das Ölfördermaximum), die in einem nicht sehr fernen Zeitpunkt erreicht sein wird. Die meisten Prognosen sagen ein Fördermaximum zwischen 2005 und ca. 2010 bis 2020 voraus. Eine Studie aus dem Jahr 2004 sagt vorher, dass der Höhepunkt (in drei Szenarios unterteilt und in Abhängigkeit von der Wahrscheinlichkeit der Existenz der anzunehmenden weltweiten Reserven) irgendwann zwischen 2004 und 2037 erreicht sein wird[5]. Sowohl die Internationale Energieagentur als auch die amerikanische Energy Information Administration sagen voraus, dass der konventionelle Ölbedarf und auch die dazu nötige tatsächliche Produktion bis zum Jahr 2030 von heute 87 Mill. Barrel pro Tag auf dann 130 Mill Barrel pro Tag steigen wird. Einige kritische Analysen, die die Förderländer und die Leistungsfähigkeit der einzelnen in Produktion befindlichen Felder bewerten, sehen das Höchstfördermaximum (Peak Oil) allerdings sehr bald erreicht, bzw. legen es rückwirkend auf das Jahr 2005. Ein prinzipielles Problem ist, bei der eigentlich bei Kenntnis der bisherigen Förderraten relativ sicher prognostizierbaren Förderraten einzelner Felder, dass sehr viele Länder (vor allem die der OPEC) keinerlei Daten über den Verlauf der Förderraten der einzelnen Ölfelder herausgeben. So hat Saudi-Arabien ca. 1980 die bis dahin üblichen Berichte eingestellt. Auch die jeweiligen EUR (estimated ultimate recovery, maximal mögliche Fördermengen) basieren auf nicht verifizierten Angaben dieser Länder. Dadurch ergeben sich die erheblichen Unsicherheiten und Unterschiede in den Prognosen der Ölförderung, neben der auch bei Kenntnis dieser Daten stets vorhandenen Schwankungsbreite in der Voraussage der Ergiebigkeit der einzelnen Ölfelder.

Unkonventionelles Öl

Unkonventionelle und somit eher unübliche Produktionsweisen sind unter anderem Ölsand, Ölschiefer und Bitumen. Diese Ressourcen enthalten schätzungsweise dreimal so viel Öl wie die verbleibenden konventionellen Ölressourcen, aber nur wenige von ihnen sind mit dem aktuellen Stand der Technik wirtschaftlich sinnvoll förderbar[6], was sich bald ändern könnte[7]. Die Förderung von Öl aus Ölsand ist bereits jetzt wirtschaftlich durchführbar, wobei Milliarden Dollar in neue Förderanlagen für Öl investiert werden. Problematisch ist es aber, die Förderrate auf die von der IEA prognostizierten Nachfrageraten anzuheben, da sehr große Mengen Wasser und Gas (zum Auskochen der Öl-Sande) benötigt werden. Eine Grenze für die Gewinnung von Öl aus unkonventionellen Ölquellen ist in jedem Fall, und zwar unabhängig vom Ölpreis, dann erreicht, wenn der Energiebedarf zur Förderung des Öls den Energiegewinn aus dem gewonnenen Erdöl übersteigt. Eine Betrachtungsweise der Ölfirmen für unkonventionelles Öl beinhaltet auch das in wenigen Randzonen der Weltmeere vorhandene Tiefsee-Öl, da es nicht mehr mit konventionellen Mitteln und somit nur zu sehr hohen Kosten explorierbar und anschließend förderbar ist.

Erdgas

Hauptartikel: Erdgas

Konventionelles Erdgas

Der Wendepunkt für konventionelles Erdgas wird wahrscheinlich etwas später kommen als beim Öl[8]. Es wird prognostiziert, dass der Höhepunkt der konventionellen Erdgasproduktion zwischen 2010 und 2020 eintreffen wird.

Unkonventionelles Erdgas

Es gibt große eher unübliche Ressourcen von Erdgas wie Methanhydrat oder Zonen, die geodruckfest gehalten werden, um die Menge des Gases zumindest zu verzehnfachen, falls sie ersetzbar ist[9][10].

Riesige Mengen Methanhydrat werden aus den eigentlichen Funden erschlossen. Methanhydrat ist eine Verbindung, nämlich eine Kristallform, in der Methanmoleküle gefangen sind. Die Form ist bei niedriger Temperatur und hohem Druck stabil. Diese Bedingungen existieren in mindestens 500 Metern unter dem Meeresgrund oder unter Permafrostboden. Die vermuteten weltweit vorhandenen Mengen von Methanhydrat überschreiten die Gesamtsumme der anderen fossilen Energien, einschließlich Öl, konventionelles Erdgas und Kohle[11]. Eine Technik, um Methangas aus dem Hydratvorkommen zu gewinnen, wurde bisher noch nicht entwickelt. Ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt in Japan zielt darauf ab, bis 2016 Technologien auf einer Kaufmannsskala zu entwickeln[12].

Zurzeit gibt es mehrere Firmen, die Anlagen für die Fischer-Tropsch-Synthese entwickeln, um die praktische Nutzung so genannter gestrandeter Gasreserven zu ermöglichen. Gestrandete Gasreserven sind Vorkommen, bei denen die Transportkosten (Rohrleitungsbau) zu hoch sind, um das Gas wirtschaftlich zu fördern.

Kohle

Hauptartikel: Kohle

Die Kohlereserven sind zwar groß, aber trotzdem begrenzt. Sie könnten allerdings in zunehmendem Maße als Energiequelle verwendet werden, da die Ölreserven rückläufig sind. Die wirtschaftlich nutzbaren Reserven werden beim aktuellen Verbrauch noch etwa 200 Jahre lang reichen.[13]. Diese statische Reichweite verringert sich jedoch bei steigendem Verbrauch entsprechend. Viele Prognosen sagen der Synthese von flüssigem Treibstoff aus Kohle eine wirtschaftliche Zukunft voraus. Ebenso werden viele geplante Gaskraftwerke in den USA (die sehr große Kohlevorräte besitzen) aufgrund abnehmender Gasreserven nicht realisiert. Anstelle dessen werden neue Kohlekraftwerke entwickelt, bei denen auch mit CO2-Abscheidetechnik experimentiert wird, um bis zu 75% des CO2-Anteils aus dem Verbrennungsprozeß zu entfernen und ohne Klimawirksamkeit abgeschlossen zu lagern.

Kernenergie

Hauptartikel: Kernenergie

Kernspaltung

Zurzeit existieren weltweit mehr als 400 Kernreaktoren welche 2771TWh (stand 2005 [14]) an Strom weltweit produzierten.

Bei der aktuellen Verbrauchsrate stehen die weltweiten Uranreserven noch ca. 70 Jahre [15] lang zur Verfügung. Die Treibstoffkosten für die Kernspaltung sind derzeit noch ein untergeordneter Kostenfaktor, eine zukünftige Verknappung wird nach Marktgesetzen aber auch hier eine Preissteigerung nach sich ziehen. Atomkraftgegner sind der Ansicht, dass diese Zahlen beiden Laufzeiten fossiler Energien keine „eingebetteten Kosten“ enthalten, die beim Bergbau, bei der Herstellung, der Bauweise und der Beseitigung von nuklearem Abfall benutzt werden, die bei solchen Berechnungen nur selten berücksichtigt werden. Eine andere mögliche Alternative für die Zukunft wäre, Thorium als Treibstoff für die Kernspaltung zu verwenden, da es in der Erdkruste dreimal so oft vorkommt wie Uran und vom Thorium viel mehr verwendet werden kann, oder anders ausdrückt, in Uran-233 umgewandelt werden kann, um dann verarbeitet zu werden. Da Indien große Reserven an Thorium besitzt, engagiert sich dieses Land dafür, diese Technologie weiterzuentwickeln.

Aktuelle Leichtwasserreaktoren verbrennen den nuklearen Treibstoff auf eine unwirtschaftliche Weise, was wiederum zur Energieverschwendung führt. Wiederaufarbeitung oder den ein bessere Verbrennung des Treibstoffs, indem verschiedene Reaktorkonstruktionen verwendet werden, würde das hervorgerufene überschüssige Material reduzieren und würde einen besseren Gebrauch der vorhandenen Ressourcen ermöglichen. Allerdings bleibt dies trotzdem eine sehr umstrittene Technologie.

Kernfusion

Bei der Kernfusion werden leichte Atomkerne zu schwereren Kernen fusioniert (meistens Wasserstoff zu Helium). Dieser Prozess findet auch in der Sonne statt. Es gibt in der Forschung bereits mehrere Fusionsreaktoren, die jedoch nicht zur Energiegewinnung gebaut wurden, sondern dazu dienen, das Phänomen der Fusion näher zu untersuchen. Mit dem Bau des ITERs in Südfrankreich soll erstmalig ein Fusionsreaktor entstehen, der mehr Energie liefert, als aufgewendet werden muss. Der ITER-Reaktor soll im Jahr 2018 in Betrieb gehen.

Die Kernfusion bietet gegenüber der Kernspaltung zwei entscheidende Vorteile: Einerseits lassen sich größere Energiemengen gewinnen. Andererseits hat der entstehende radioaktive Abfall eine wesentlich kürzere Halbwertszeit und fällt auch nur in relativ geringer Menge, bestehend aus Konstruktionsmaterial der Anlage nach ihrer Nutzungsdauer, an. Ein nutzbarer Kernfusionsreaktor zur Energiegewinnung wird regelmäßig erst in mehr als 50 Jahren prognostiziert, so dass diese Energiequelle auf absehbare Zeit nicht als Ersatzenergiequelle einplanbar ist.

Erneuerbare Energie

Hauptartikel: Erneuerbare Energie

Vor der industriellen Revolution war erneuerbare Energie größtenteils die einzige Energiequelle, die von der Menschheit genutzt wurde. Ganzer Biokraftstoff wie Holz ist für viele arme Menschen in Entwicklungsländern immer noch die wichtigste Energiequelle.

Wasserkraftwerke

Wasserkraftwerke produzieren die einzige erneuerbare Energiequelle, die einen großen Beitrag zur weltweiten Energieproduktion leistet. Man glaubt, dass das langfristige technische Potential neun- bis zwölfmal so hoch ist wie die derzeitige Produktion von Wasserkraft, aber zunehmende umweltbedingte Bedenken verhindern neue Staudämme.[16]. Allerdings wächst das Interesse an kleineren Wasserkraftprojekten[17], die viele Probleme umgehen können, die durch die größeren Dämme entstehen könnten.

[[Hilfe:Cache|Fehler beim Thumbnail-Erstellen]]:
Sonnenkollektor auf einem Hausdach

Solarenergie

Man unterscheidet zwei Verfahren zur Gewinnung von Sonnenenergie, Solarthermie und Photovoltaik. Bei der Solarthermie wird Wärme (und aus dieser Wärme ggf. auch Strom) aus Solarenergie gewonnen, bei der Photovoltaik wird direkt elektrische Energie gewonnen. Solarzellen können zurzeit zwischen 6 Prozent (Dünnschichtmodule) und 17,7 Prozent (monokristalline Module) des einfallenden Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln. Ein Prozent des weltweiten Landes, das heute für Feldfrüchte und Weideland verwendet wird, könnte, wenn sie zu Sonnenkollektoren ausgebaut werden, den gesamten weltweiten Energieverbrauch bereitstellen. Ein ähnliches Einsatzgebiet wird heute für Wasserkraft verwendet, da der Elektrizitätsertrag pro Gebietseinheit eines Sonnenkollektors zwischen 50- und 100-mal so groß ist wie ein durchschnittliches Wasserprojekt.[18] Solarzellen können auf den Dächern der existierenden städtischen Infrastruktur montiert werden, weshalb weder Ackerland noch Parklandschaften dafür geopfert werden müssen. Zurzeit betreibt die deutsche Bundesregierung eine Initiative für ein riesiges Photovoltaik-Projekt, das von anderen Ländern mit großen Interesse betrachtet wird. Thermische Solaranlagen sind in der Lage, zwischen 70 und 80 Prozent der Insolation als brauchbare Hitze einzufangen. Passive Solarkraft und Solarschornsteine können Wohngebäude und andere Bauwerke sowohl erwärmen als auch kühlen.

Solarthermisches Kraftwerk in Kalifornien/USA, Kramer Junction

Es gibt verschiedene Szenarien, wie in der Zukunft eine regenerative Energieversorgung der EU realisiert werden kann, unter anderem auch mittels Solarthermischer Kraftwerke in Nordafrika und Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung.[19] So ergaben zum Beispiel satellitengestütze Studien des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), dass mit weniger als 0,3 Prozent der verfügbaren Wüstengebiete in Nord-Afrika und im Nahen Osten durch Thermische Solarkraftwerke genügend Energie und Wasser für den steigenden Bedarf dieser Länder sowie für Europa erzeugt werden kann.[20] Die Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation, ein internationales Netzwerk von Wissenschaftlern, Politikern und Experten auf den Gebieten der erneuerbaren Energien und deren Erschließung, setzt sich für eine solche kooperative Nutzung der Solarenergie ein.

Datei:Windräder bei Poppenwurth.JPG
Windpark

Windenergie

Windenergie gehört heute unter den erneuerbaren Energien zu den konkurrenzfähigsten. Man nimmt an, dass ihr langfristiges technisches Potential das fünffache des weltweiten Energieverbrauchs und somit 40-mal den aktuellen Bedarf an Elektrizität abdeckt. Dazu würde man in etwa 13% der gesamten Landfläche benötigen oder Landfläche der Klasse 3 oder noch größerem Potential in einer Höhe von achtzig Metern. Sie nimmt die Lage von sechs großen Windenergieanlagen pro Quadratkilometer an Land ein. Erfahrungen mit küstennahen Standorten haben ergeben, dass die Windgeschwindigkeit zu etwa 90% größer ist als die an Land, sodass küstennahe Standorte erheblich mehr Energie beitragen können. [21][22]. Deren Anzahl könnte sich noch erhöhen, indem diese noch in Höhengebieten errichtet werden beziehungsweise in der Luft stehende Windenergieanlage entwickelt werden.[23] Jedoch steht einem großflächigen Ausbau der Windenergie noch das schwache europäische Stromnetz entgegen.

Geothermie

Geothermie sowie Gezeitenkraftwerke sind heute noch auf ganz bestimmte Standorte beschränkt. Die Ganze von Gezeiten abhängige Energie, die zurzeit vorrätig ist, entspricht heute einem Viertel des menschlichen Energieverbrauchs. Die Geothermie besitzt ein sehr großes Potential, wenn alles in allem die ganze Hitze innerhalb der Erdkruste berücksichtigt wird, obwohl der Hitzefluss vom Inneren zur Oberfläche nur ein 20.000stel so groß ist wie die Energie, die die Sonne spendet oder zwei bis dreimal so groß wie die von Gezeiten abhängige Energie. [24] Zurzeit sind Island und Neuseeland die beiden intensivsten Nutzer der Geothermie, obwohl viele andere auch Potential besitzen. Manche Länder erforschen auch das Hot-Dry-Rock-Verfahren der geothermischen Technologien, die einige Chancen haben.

Eine abgelegene Möglichkeit, die in den Foundation Series-Büchern von Isaac Asimov zur Sprache gebracht wird, ist im Grunde, in die Erdkruste hineinzugraben, bis eine Tiefe erreicht wird, in der die Hitze so groß ist, dass sie Dampf erzeugen kann, um elektrische Turbinen anzutreiben. Bei solchen Bohrungen in die Erdkruste hinein wird die Temperatur ungefähr alle anderthalb Kilometer in die Tiefe um etwa 40° C steigen. Um in irgendeiner Form wirklich an eine solche Energiequelle heranzukommen, müsste man mindestens sechs Kilometer in die Kruste hineingraben. Sollte tatsächlich mal ein solcher Erzeuger installiert werden können, würde dies grundsätzlich eine ewig andauernde Energiequelle darstellen, die darüber hinaus auch kein Umweltrisiko darstellen und eine erhebliche Energiemenge stünde zur Verfügung.

Wellenkraftwerke

Wellenkraftwerke nutzen die Energie der Meereswellen, um elektrischen Strom zu erzeugen, es sind sowohl Wellenkraftwerke an den Küste, sowie im offenen Meer geplant. Nach Berechnungen des internationalen Weltenergierates in London könnten alleine die küstennahen Wellen- und Gezeitenkraftwerke 15 Prozent des weltweiten Strombedarfs decken. Geeignete Standorte in Europa seien die Küsten Großbritanniens, Spaniens, Portugals, Irlands und Norwegens. In Schottland könnten bis zum Jahr 2020 rund vierzig Prozent des Strombedarfs durch Wellenkraftwerke erzeugt werden. Es gibt etliche verschiedene Möglichkeiten für eine Stromerzeugung aus der Wellenenergie. Etliche Pilotanlagen sind bereits in Betrieb.

Bioenergie

Andere erneuerbare Energieformen sind Biomasse, bei der biologische Materialien verbrannt werden, um Wärme zu erzeugen, Biokraftstoffe, bei denen biologische Materialien gegärt werden, um Ethanol zu erzeugen, und Biogas, bei dem Biogasanlagen verwendet werden, um aus Verwesungsmaterial Methan zu erzeugen.

Weitere

Es gibt eine große Anzahl an weiteren Energiequellen, von denen einige bisher nur theoretisch bedacht wurden, andere bereits kommerziell verwendet werden. Mehr dazu finden sie unter Erneuerbare Energie.

Energieversorgung braucht Entropieentsorgung

Eine steigende Effizienz der Energienutzung ist der Schlüssel zur Senkung der Umweltbelastung durch Energieverbrauch, denn Energieverbrauch ist nur ein anderes Wort für Entropieproduktion. Die Biosphäre ist ein beschränkt offenes System. Wird darin mehr Entropie erzeugt, als über die Schnittstellen zum Weltraum abgegeben werden kann, denn steigt die Entropie. Ansteigen der Entropie bedeutet, dass in der Biosphäre der Anteil nur statistisch beschreibbarer Vorgänge gegenüber dem Anteil prinzipiell deterministisch beschreibbarer Vorgänge zunimmt. Die interessiertesten Beobachter an diesen Veränderungen sind die Versicherungen und ihre Rückversicherungen.

Energiehunger ist gewissermaßen „eingebaut“ in die Menschen [25] als Erbe aus einer Zeit, in der selbst ein Kaminfeuer noch Luxus war und die Menschen nie daran gedacht hätten, einmal mit hundert Pferdestärken kurz zum Einkaufen fahren zu können. Gemessen an den Energieumsatzfähigkeiten der Menschen in einer Menschheitsgeschichte von tausenden von Jahren, verfügen die Menschen heute über die Fähigkeit, in der Biosphäre einen um mehrere Größenordnungen angestiegenen Energieumsatz zu betreiben. Es gibt keinen zum Menschen vergleichbaren Organismus auf der Erde, der seine Fähigkeiten ohne wesentliche eigene genetische Veränderungen derart dramatisch vervielfachen konnte.

Zunahme der Entropie = Verringerung der Wandlungsfähigkeit

Fokussiert auf die Suche nach der Energieversorgung der Zukunft, hat die Suche nach der Entropieentsorgung der Zukunft immer noch den niedrigeren Stellenwert. Zwar geht in einem thermodynamischen System bei der Energieumwandlung keine Energie verloren, aber jede Energieumwandlung im System führt zur

  • Verringerung der Möglichkeit für weitere nachfolgende Energieumwandlungen im System beziehungsweise
  • Erhöhung der Entropie im System.

Beide Sätze haben die gleiche Bedeutung. Jeder Erfolg bei der Suche nach „neuen Energien“ ist darum auch gleichzeitig eine neue Aufgabenstellung. Wie „sauber“ Energie auch immer sein mag, am Ende der Umwandlungskette wird ihre Nutzung unvermeidlich Entropie erzeugt haben (vgl. Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik).

Gleichgewicht der Entropiebilanz

Das die Menschen interessierende System ist die Biosphäre, in der wir leben. Sie ist ein offenes System, das heißt, das die im System erzeugte Entropie exportiert wird. Für die Energieversorgung der Zukunft bedeutet das, dass bei der technischen und biologischen Umwandlung von Energie (einschließlich Sonnenenergie) nicht mehr Entropie produziert werden darf, als aus der Biosphäre exportiert werden kann. (Hier ist überwiegend der Weltraum die Entropiesenke.) Dafür müssen wir die Entropiebilanz beobachten, woran Forschungseinrichtungen auch bereits schon arbeiten.

Aufbewahrung von Energie und Transport von Treibstoff

Es besteht ein weit verbreiteter Irrglaube, dass Wasserstoff zu den erneuerbaren Energien gezählt werden könne. Unvereinter Wasserstoff wird stattdessen mit Hilfe von anderen Energiequellen erzeugt. Er könnte eine wichtige Rolle in der zukünftigen solaren Wasserstoffwirtschaft als allgemeiner Energiespeicher spielen, da er sowohl dafür verwendet werden kann, um den Kraftausstoß durch periodische Energiequellen wie der Solarkraft zu ebnen als auch als Treibstoff für Fahrzeuge und Luftfahrzeuge. Allerdings ist die Idee zurzeit nicht umsetzbar: Die Herstellung von Wasserstoff und die Aufbewahrung sowie der Transport und die erneute Umstellung auf Elektrizität ist sehr teuer. Neue Techniken könnten dies eventuell verändern, obwohl die Entwicklung technologischer Lösungen mehrere Jahrzehnte lang dauern kann und Wasserstoff wahrscheinlich nie die rentabelste Lösung für die Energiebedürfnisse sein wird.

Viele erneuerbare Energiesysteme stellen Energie her, die periodisch ist. Anderen Erzeugern auf dem Gitternetz können gedrosselt werden, um unterschiedliche Produktionen auf erneuerbare Energiequellen abzustimmen; das meiste gedrosselte Fassungsvermögen ist jedoch bereits auf die Handlungsabweichungen bei der Ladung festgelegt. Eine weitere Entwicklung periodischer erneuerbarer Energie wird eine gleichzeitig stattfindende Entwicklung von Aufbewahrungssystemen wie dem Wasserstoff. Periodische Energiequellen könnten zu höchsten 20-30% der Elektrizität begrenzt sein, die für das Gitternetz ohne solche Aufbewahrungssysteme produziert wird. Eine bestimmte Menge an Energie wird verloren gehen, wenn die zum oder vom Aufbewahrungen umgewandelt wird und die Aufbewahrungssysteme werden auch zu den Kosten der periodischen Energiesysteme gezählt werden, die sie brauchen. Falls die Verteilung der Elektrizität Verluste einfängt und die Kosten in sehr großem Maße reduziert werden können, könnte die periodische Kraftproduktion aus vielen verschiedenen Quellen im Durchschnitt zu einem ruhigen Ausstoß werden. Erneuerbare Energien, die allerdings nicht periodisch sind, sind Wasserkraftwerke, Geothermie, das Konzept Energy Tower, Meereswärmekraftwerke, Windturbinen, die sich hoch in der Luft befinden, Biokraftstoff und Solarkraft-Satelliten. Photovoltaik erzeugt Elektrizität bei Spitzenperioden, obwohl sie technisch gesehen periodisch ist, und reduziert daher das benötigte Fassungsvermögen, um die Variationen bei der Ladung zu regeln. Programme, die die Nachfrage berücksichtigen, und die die Marktpreise den Verbrauchern überbringen, können ein sehr effektiver Weg sein, um Elektrizität dann zu benutzen, wenn sie hergestellt wird.

Spekulationen

In der langfristigen Zukunft könnte die Raumfahrt eine ganze Anzahl von Energiequellen liefern, obwohl es unwahrscheinlich ist, dass sie bei den aktuellen Schwierigkeiten bezüglich der Energiequellen eine entscheidende Rolle spielen.

Die naheliegendste Möglichkeit sind Solarkraft-Satelliten, bei denen Solarzellen auf umkreisende Plattformen montiert werden, die wiederum rund um die Uhr im Sonnenlicht stehen. Die Energie wird dabei in Form von Mikrowellen, die von in Reihen gegliederten Antennen kommen, auf die Erde gestrahlt. Eine grundlegende Entwicklung bei der Weltraumtechnologie wie beispielsweise der Weltraumlift und beziehungsweise oder massive industrielle Entwicklungen jenseits der Erdumlaufbahn werden benötigt, um einen solchen Plan wettbewerbsfähig mit Energiequellen auf der Erde zu machen.

Spaltbare Materialien könnten theoretisch vom Gesteinsabbau bei Asteroiden hergeholt werden; allerdings sind die technischen Barrieren dazu wahrscheinlich beträchtlich höher als die der Brutreaktoren. Eine andere langfristige Möglichkeit ist der Gesteinsabbau von Helium-3 vom Mond für den Gebrauch von aneutronischen Kernfusionsreaktoren, die gegenüber den Designs der Kernfusionsreaktoren, mit denen zurzeit experimentiert wird, mehrere Vorteile haben. Helium-3 ist auf der Erde nicht vorhanden. Allerdings sind selbst „konventionelle“ Kernreaktoren zurzeit noch Jahrzehnte von der Kommerzialisierung entfernt. Ein weiterer Vorschlag sind sogenannte elektrodynamische Seile.

In ganz ferner Zukunft hätte eine Menschheit, die durch das Weltall reist, eine Reihe von Optionen zur umfangreichen Krafterzeugung, wie z.B. Kernfusion und in sehr großen Mengen die Solarkraft, die im günstigsten Fall aus einer Dyson-Sphäre her gewonnen werden kann. Zudem hat es Spekulationen darüber gegeben, wie eine extrem fortgeschrittene Gesellschaft das energiereiche Umwandlungspotential von schwarzen Löchern ausnutzen könnte. Solche Technologien liegen offenkundig sehr weit jenseits unserer gegenwärtigen Fähigkeiten und sind im Grunde genommen zum jetzigen Zeitpunkt nur Gedankenexperimente für Pioniere und Science-Fiction-Autoren (siehe auch Science-Fiction-Technologie).

Siehe auch

Literatur

  • Dennis L. Meadows, Donella Meadows, Erich Zahn, Peter Milling: Die Grenzen des Wachstums - Berichte des Club of Rome zur Lage der Menschheit. Deutsche Verlags-Anstalt, München 1972, ISBN 3-42-102633-5.
  • Karl-Heinz Büschemann: Der Rauswurf aus dem Paradies. Wohlstandskiller Energie. Murmann-Verlag, Hamburg 2007, ISBN 978-3938017845

Einzelnachweise

  1. ↑ Kahn, H. et al. (1976) The Next 200 Years: A Scenario for America and the World Seiten 94 und 95 infra
  2. ↑ Oil Price Leap in the Early Nineties,” Noroil, Dezember 1989, Seiten 35-38
  3. ↑ Opec Oil Outlook to 2025 Tabelle 4, Seite 12
  4. ↑ http://en.wikipedia.org/wiki/Hubbert_curve
  5. ↑ http://www.esf.edu/efb/hall/pdfs/Hallocetal04.pdf
  6. ↑ http://www.btinternet.com/~nlpwessex/Documents/DeutscheBankOil.htm
  7. ↑ http://www.worldoil.com/Magazine/MAGAZINE_DETAIL.asp?ART_ID=2378&MONTH_YEAR=Aug-2004
  8. ↑ http://www.btinternet.com/~nlpwessex/Documents/DeutscheBankOil.htm
  9. ↑ http://www.naturalgas.org/overview/unconvent_ng_resource.asp
  10. ↑ http://www.naturalgas.org/overview/resources.asp
  11. ↑ http://www.iea.org/textbase/nppdf/free/2000/weo2001.pdf
  12. ↑ http://www.mh21japan.gr.jp/english/mh21/02keii.html
  13. ↑ http://www.worldenergy.org/wec-geis/publications/reports/ser/coal/coal.asp
  14. ↑ http://www.bp.com/multipleimagesection.do?categoryId=9011001&contentId=7021619
  15. ↑ http://www.energywatchgroup.org/files/PMUranlang.pdf
  16. ↑ http://www.spe.org/spe/jpt/jsp/jptmonthlysection/0,2440,1104_11038_1040074_1202151,00.html
  17. ↑ http://www.british-hydro.org/mini-hydro/
  18. ↑ http://physicsweb.org/articles/world/14/6/2/1
  19. ↑ Nadine May: Ökobilanz eines Solarstromtransfers von Nordafrika nach Europa. (PDF, 6,0 MB) Diplomarbeit an der TU Braunschweig, 2005.
  20. ↑ Franz Trieb: Studie TRANS-CSP über einen interkontinentalen Stromtransfer – Studie des DLR für das BMU aus dem Jahr 2006
  21. ↑ http://www.stanford.edu/group/efmh/winds/global_winds.html
  22. ↑ http://www.ens-newswire.com/ens/may2005/2005-05-17-09.asp#anchor6
  23. ↑ http://www.wired.com/news/planet/0,2782,67121,00.html?tw=wn_tophead_2
  24. ↑ http://www.spe.org/spe/jpt/jsp/jptmonthlysection/0,2440,1104_11038_1040074_1202151,00.html
  25. ↑ Bernhard Verbeek: Die Anthropologie der Umweltzerstörung, 1998, ISBN 3896780999

[[Kategorie:Energiepolitik]] [[Kategorie:Energiewirtschaft]]

Abgerufen von „https://de.wikiup.org/index.php?title=Benutzer:Wispanow~dewiki/Energie/Energieversorgung_in_der_Zukunft&oldid=141207421“