Ohne Frage: Trotz der gegenwärtigen Herausforderungen auf unseren Planeten, leben wir heute in den fortgeschrittensten und aufregendsten Zeiten in der gesamten Menschheitsgeschichte. Das haben wir vor allem der Wissenschaft und dem technologischen Fortschritt zu verdanken. Ohne diese Dinge, würden wir Menschen es als Zivilisation wahrscheinlich niemals so weit bringen. Es liegt an dir, ob Du das positiv oder negativ betrachten möchtest. Viele Dinge würden ohne gewisse Technologien heute nicht so gut funktionieren, wie wir es bisher kannten. Du könntest diese Webseite niemals lesen, wenn Du keinen Zugriff auf ein Smartphone oder einen Computer hättest, beziehungsweise wenn niemand diese Dinge erfunden und auf dem Markt gebracht hätte.

Ohne Technologien, die gewisse Prozesse beschleunigen, würden wir ansonsten wahrscheinlich noch in der Steinzeit leben. Selbst die Leute, die die Industrie verteufeln, tragen selbst Kleidung, die ganz oder teilweise von Maschinen hergestellt wurde, sie essen Nahrungsmittel, die ohne landwirtschaftliche Maschinerie vermutlich niemals hätte produziert werden können und sie nehmen Medikamente, die von Maschinen produziert, verpackt und versendet wurden. Allein die Technologie und ihr richtiger Einsatz, hat es uns überhaupt möglich gemacht, dass heute 7,9 Milliarden Menschen diesen Planeten bevölkern können. Doch mit technologischen Fortschritt geht auch eine Menge Verantwortung und ein hohes Risiko einher. Falsch und unbedacht angewendet, kann Technologie eine Gefahr darstellen und wir sehen schon heute die Auswirkungen davon: Umweltverschmutzung, Klimawandel, Verkehrsstaus und explodierende Atomkraftwerke. Ein weiteres Risiko, stellt der hohe Energieverbrauch und die damit verbundenen Umweltfolgen.

Der Energiehunger der Bevölkerung wächst aufgrund des steigenden Wohlstandes und der steigenden Bevölkerung. In diesem Sinne müssen wir Menschen uns die Frage stellen, wie wir in Zukunft, oder eigentlich schon jetzt, unseren ökologischen Fußabdruck minimieren und dadurch der Umwelt und uns selbst zugute kommen. Das Thema Energieverbrauch und die Art von Energieträger, die wir verwenden, spielt bei der Beantwortung dieser Frage die wesentlichste Rolle. Zu den Energieträgern der Zukunft, gehören ganz gewiss nicht fossile Brennstoffe, denn diese werden irgendwann aufgebraucht sein.

Durch das Verbrennen von fossilen Brennstoffen wie Erdöl, Kohle und Gas, werden hauptsächlich Treibhausgase wie Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4), Distickstoffmonoxid (N2O) und Schwefelhexafluorid(SF6) in die Erdatmosphäre befördert. Folgen davon sind Luftverschmutzung, Temperaturanstiege von 2 – 4° Celsius und die damit einhergehenden klimatischen Veränderungen, die zu extremen Wetterschwankungen wie Stürme, Hitze, Hurrikans und Dürreperioden sorgen. Auch wenn man in Ländern mit gemäßigten Klimazonen wie Deutschland oder die USA, noch kaum etwas von den klimatischen Veränderungen zu spüren bekommt, gibt es bereits jetzt an den Polkappen der Erde, Gletscherschmelze und in wärmeren Regionen des Planeten, insbesondere an den Küstengebieten wärmerer Länder, macht sich der Klimawandel durch Dürreperioden, Anstieg des Meeresspiegels und extremen Gewitter bemerkbar.

Wissenschaftliche Messungen, der globalen Durchschnittstemperatur 1880 – 2020

Treibhausgase Erwärmungsszenarios bis 2100 (Rot = Ohne Klimarichtlinien, Orange = Aktuelle Klimarichtlinien, Gelb = Zusagen & Ziele)

Es gab in der Vergangenheit viele hitzige Diskussionen darüber, ob der Klimawandel tatsächlich menschengemacht ist oder hauptsächlich natürlichen Phänomenen wie Sonnenstürme und vulkanischen Aktivitäten zuzuordnen sei. Dann gibt es noch die Seite der Klimawandel-Leugner (oft auch in der Öl-Lobby anzutreffen), die meinen, dass der Klimawandel nicht echt sei. Manche von ihnen meinen, dass der Klimawandel angeblich nur eine Erfindung der Umweltschutz-Lobbyisten wäre. Unabhängig davon, welche Seite Recht hat, ist das irdische Klima sehr komplex. Zahlreiche Faktoren fließen mit ein, wenn es um die Beeinflussung des Weltklimas geht. Dennoch stoßen wir Menschen mit unserer Industrie und unserem Verbrauch eine Menge Treibhausgase in die Erdatmosphäre.

Es wäre in dieser Hinsicht ziemlich kurzsichtig zu glauben, dass 7,9 Milliarden Menschen, die jeden Tag mit dem Auto herumfahren und Strom verbrauchen, der von Kohlekraftwerken kommt, nichts zum gegenwärtigen Klimawandel beitragen würden. Die aktuellsten wissenschaftlichen Daten, sprechen dafür, dass größtenteils wir Menschen für den Klimawandel verantwortlich sind. Seit Beginn der Industrialisierung im 19. Jahrhundert treiben wir Menschen mit unseren Maschinen und unserer Wirtschaft die globale Erderwärmung an. 97% aller Klimaforscher sind sich einig darüber, dass der Klimawandel hauptsächlich menschengemacht ist und das ist hauptsächlich unserem Energieverbrauch zu verdanken, der zum Großteil noch mit fossilen Brennstoffen läuft.

Im pariser Klimaabkommen, haben sich 195 Staaten dazu bereit erklärt, den weltweiten Temperaturanstieg auf 1,5° Celsius zu begrenzen. Wie das gehen soll? Einerseits, indem wir große Flächen der Erde mit Bäumen wiederbegrünen und andererseits, indem wir unseren Strom zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energieträger beziehen. Das alleine reicht für die Zielerreichung jedoch nicht aus. Gleichzeitig müssen wir negative Emissionen erzeugen, bedeutet, dass wir die bereits vorhandenen Treibhausgase in der Erdatmosphäre wieder entfernen.

Die gute Nachricht ist: Wir haben bereits heute mehr als genug technologische Möglichkeiten und Innovationen um bis zum Jahr 2050 unseren Strom klimaneutral zu produzieren. Die schlechte Nachricht: Die Umsetzung dieser Ziele geht noch zu schleppend voran, insbesondere aus finanziellen und politischen Gründen. Politiker und Unternehmen, stehen bei der Umsetzung der Klimaziele vor einem gewaltigen Mammutprojekt. Trotzdem wird die Energiewende kommen, ob wir es wollen oder nicht, weil fossile Brennstoffe schlicht begrenzt sind und wir nicht ewig weiter unsere Wirtschaft davon abhängig machen können. In diesem Sinne präsentiere ich nachhaltige, erneuerbare Energieträger, die in Zukunft definitiv vermehrt infrage kommen werden und das Potential haben, unseren Planeten vor einer Klimakatastrophe zu retten.


Fusionsreaktor

In einem Fusionsreaktor, werden mithilfe von Magnetfelder Deuterium- und Tritium-Atomteilchen mit viel Hitze zu einer Plasmawolke umgewandelt und mithilfe von Magnetfelder in einer hoher Geschwindigkeit fusioniert. Die Abwärme dieses Prozesses kann anschließend genutzt werden um Wasser zu erhitzen und damit Dampfturbinen zur Stromerzeugung anzutreiben.

Das ist aus meiner Sicht die größte Hoffnung die wir haben, um in Zukunft zuverlässigen, klimafreundlichen Strom für die Welt zu produzieren. Wenn es um den Energieverbrauch geht, bin ich sehr realistisch: Industrielle Prozesse, insbesondere in der Metallbearbeitung, brauchen viel Energie. Kannst Du dir vorstellen, wie viel Energie verbraucht wird um Stahl, Glas und Aluminium auf 1600°-2500° Celsius zu erhitzen? Glaubst Du ernsthaft, dass man diesen immensen Energiebedarf ausschließlich mit Solarenergie und Windkraft abdecken kann? Der Wind weht nicht immer und in einem Land wie Deutschland, wo es auch gerne mal bewölkt ist, wird nicht immer die Sonne scheinen.

Das ist wohl das größte Argument, warum Befürworter von Kohlekraftwerke auf ihre Meinung beharren. Wir brauchen somit nachhaltige Energieträger, die auch ohne Solar- und Windkraft auskommen können und möglichst die Umwelt schonen. Genau hier kommt der Fusionsreaktor ins Spiel. Die Idee des Fusionsreaktors ist schon etwas älter; erste Entwürfe entstanden während des 2. Weltkriegs, parallel zur Entwicklung der Atombombe. Zurzeit wird an 2 Typen geforscht: Tokamaks und Stellaratoren. Beim Fusionsreaktor wird eine Magnettechnologie eingesetzt. Einige wenige Gramm eines Deuterium-Tritium Gasgemisches, werden in ein luftleeres donutförmiges Behältnis auf 100 – 150 Millionen Grad Kelvin erhitzt. Bei diesen Temperaturen bildet sich aus dem Teilchengemisch ein elektrisch leitendes Plasma, was zustande kommt, indem sich durch die Hitze, die Elektronen von den Atomkernen trennen.

Es werden supraleitende Elektromagnete um die donutförmige Plasmakammer angeordnet, welche ein Magnetfeld von bis zu 10 Tesla Stärke erzeugen.

Die Atomkerne stoßen darin schnell zusammen und erzeugen eine exotherme Kernreaktion, wobei energiereiche Neutronen freigesetzt werden. Die freigegebene Energie der Neutronen wird am Außenmantel (Blanket) der Plasmakammer abgegeben und erzeugt Wärme die zur Energiegewinnung genutzt werden kann. Der Prozess der Kernfusion ist derselbe wie in einem Stern, mit dem Unterschied, dass im Stern, die Kernfusion in seinem Inneren, durch den hohen Druck seiner eigenen Masse zustande kommt.

Die altbekannten Atomkraftwerke, funktionieren andersherum: Mit Kernspaltung. Als Abfallprodukt entsteht Atommüll, der in unterirdische Endlager verfrachtet wird. Die radioaktive Strahlung des Atommülls, hält für mehrere tausend Jahre an. Zukünftige Generationen müssen sich darum kümmern. Beim Fusionsreaktor entsteht ebenfalls radioaktiver Müll, dessen Strahlung aber wesentlich schwächer ist und die Halbwertszeit beim radioaktiven Zerfall bei 100 Jahren, deutlich kürzer ist, als beim Atommüll konventioneller Atomkraftwerke. Damit ist der Fusionsreaktor deutlich sicherer und umweltfreundlicher als die altbekannten Kernkraftwerke und ebenso eine bessere Alternative zum Flüssigsalzreaktor, der für die Stromversorgung der Zukunft, in der Diskussion stand, jedoch aufgrund seiner Bauweise und der Salzsäure, seine Risiken mit sich bringt.


Helix-Windturbinen

Erkennbar an ihrer Form, ist die Helix-Windturbine wesentlich leichter, leiser und sie ist kostengünstiger als das klassische Windrad

Windräder sind insbesondere auf hoher See eine gute Möglichkeit um mit der Windkraft, Strom zu erzeugen. Der Nachteil von Windräder besteht jedoch darin, dass sie eine Gefahr für Vögel darstellen. Leute, die auf dem Land leben, fühlen sich von Windräder zudem oft gestört. Eine hervorragende Alternative bieten die Helix-Windturbinen. Sie produzieren zwar weniger Strom, als ein großes Windrad, sind dafür während ihrem Betrieb leichter und leiser und stellen ein geringere Gefahr dar, wenn sie mal kaputt gehen. Für Vögel sind sie aufgrund ihrer kleineren Bauweise, ebenfalls weniger gefährlich als Windräder. Sie funktionieren ganz einfach: Der Wind kurbelt die Helix-Windturbine an, die anschließend den eingebauten Stromgenerator antreibt, welcher Elektrizität produziert. Gerade für Wohnhäuser oder Bürogebäude, könnten Helix-Windturbinen eine ideale Ergänzung zur Stromerzeugung sein. Eine abgewandelte Form dieser geräuscharmen Windturbinen findet man bereits auf deutschen Dächern, wie dieses Video zeigt:

Helix-Windturbine, Marke Eigenbau

Solarmodule

Solarmodule sind eigentlich nichts neues. Die erste Solarzelle wurde 1954 gebaut. Damals waren die Solarzellen aufgrund der knappen Materialen und der hohen Herstellungskosten, sehr teuer, weswegen es für die breite Masse nicht in Betracht kam. Das hat sich heute mittlerweile geändert. Das Hauptmaterial Silicium, ist mittlerweile einfacher zu bekommen und da sich Solarzellen auf dem Markt immer mehr etablieren, ist ihr Anschaffungswert erheblich gesunken. Heute kann man eine leistungsstarke Solarzelle mit 1000 Watt Leistung zusammen mit einem Wandler, für etw300 – 600 Euro auf dem europäischen Markt erwerben.

Doch was ist in einem Land wie Deutschland? Machen Solarzellen hier überhaupt einen Sinn, wenn hier sowieso nicht immer die Sonne scheint? Die Antwort lautet: JA. Die neueren Generationen Solarzellen, bringen immer mehr Leistung, auch bei wenig Sonnenlicht. Wissenschaftler und Ingenieure haben mittlerweile Solarzellen entwickelt, die 39,7% mehr Effizienz bringen. Es gibt unterschiedliche Arten von Solarzellen, wie:

  • Konzentratorzellen
  • Mehrfachsolarzellen
  • Kristalline Solarzellen
  • Amorphe Siliziumsolarzellen
  • Spannungsinduzierte Degradation
  • Intelligentes Modul
  • Fluoreszenz-Zelle
  • Plug-In-Photovoltaikmodule
  • Organische Solarzellen
  • Hybrid-Solarzelle
  • Dünnschichtzellen

Die meisten dieser Solarzellenarten, haben bei angemessener Pflege eine Lebenserwartung von 20 – 35 Jahre und können zu 95% recycelt werden. Das Recyceln verbraucht zugleich weniger Energie, als wenn man eine völlig neue Solarzelle herstellt. Eine weitere Art um Solarzellen einfacher und großflächiger in ein Gebäude zu integrieren, sind Solarfenster, bei denen die Solarzelle direkt im Fenster verbaut sind. In der Öffentlichkeit, ist diese Technologie jedoch nur wenig bekannt, wahrscheinlich weil hier die Energieausbeute geringer ist, als bei konventionellen Solarzellen. Dennoch ist es vorstellbar, dass man große Gebäude, die eine Glasfassade besitzen, mit solchen Solarzellen ausstattet:


Der Kostenunterschied wäre dabei kaum höher, als bei einem normalen Fenster, also warum nicht gleich das maximale Potential ausschöpfen? Bei großflächigen Einsatz an Hochhäuser, könnte man damit viel nachhaltigen Strom produzieren.


Gebündelte Sonnenstrahlen

Spiegel können eine wunderbare Möglichkeit sein um das maximale Potential der Sonne für die Energiegewinnung zu nutzen. Dafür wird entweder ein schüsselförmiger Spiegel verwendet, oder es werden mehrere quadratische Spiegel, schüsselförmig ausgerichtet. Die Spiegelform bündelt die Sonnenstrahlen und konzentriert sie auf einen Punkt.

An dem Punkt, wo die Sonnenstrahlen konzentriert werden, wird eine Hochleistungssolarzelle montiert, die mit der 25-fachen Kraft der üblichen Sonnenenergie bestrahlt wird. Das Modul wird dabei so heiß, dass es mit einer patentierten Kühltechnik herunter gekühlt werden muss. Alternativ, kann man gebündelte Sonnenstrahlen auch thermisch nutzen, indem man mit den gebündelten Sonnenstrahlen, Wasser erhitzt, welches anschließend genutzt werden kann, um Dampfturbinen anzutreiben.


Dieses Prinzip kann man im größeren Stil zur Energiegewinnung ausweiten. Wie dieses Kraftwerk in Spanien eindrucksvoll zeigt:

Energie aus der Sonne, mithilfe von Spiegel.
Sonnenwärmekraftwerk in Spanien

Gerade in Wüstengebiete mit viel Sonneneinstrahlung, können solche Kraftwerke mit der Macht der Sonne, eine Menge Energie produzieren. Diese Kraftwerke sind besonders wertvoll, wenn man Entsalzungsanlagen betreiben möchte. Gerade in Wüstenregionen, ist das Wasser knapp. Die dort lebenden Menschen müssen deshalb auf Salzwasser-Filteranlagen setzen, welche in ihrem Betrieb häufig besonders energieintensiv sind. Mit der Kraft der Sonne und entsprechender Technologie, kann man den Strombedarf solcher Anlagen spielend leicht abdecken.


Wasserkraftwerke / Staudämme

Wasserkraftwerke werden schon seit längerem genutzt um mit der immensen Kraft des Wassers Energie zu erzeugen. Es wird vor einem Fluss oder einem See, ein Staudamm errichtet um das fließende Wasser aufzustauen, während es auf der anderen Seite kontrolliert abfließt. Das abfließende Wasser treibt im inneren des Staudamms, Turbinen an, die saubere Elektrizität produzieren. Wasserkraftwerke, werden definitiv auch in Zukunft eine größere Bedeutung haben, wenn man bedenkt, dass der Klimawandel für einen steigenden Meeresspiegel sorgt. Den steigenden Wasserpegel, könnte man an einigen Küstenregionen mithilfe von Staudämme aus massiven Beton aufstauen und auf der anderen Seite kontrolliert abfließen lassen um daraus Strom zu generieren. Die Vorteile von Staudämme, sind ganz klar die konstante und saubere Energiegewinnung. Die Nachteile sind der hohe Aufwand, um so ein Konstrukt zu erbauen und zudem hinterlässt der Bau eines Wasserkraftwerks aufgrund des hohen Bedarfs an Stahlbeton, einen großen ökologischen Fußabdruck.

Der Betrieb eines Wasserkraftwerks, stellt ein Risiko für die Arbeiter dar. Richtig eingesetzt, könnten solche Dämme jedoch 2 Fliegen mit einer Klappe schlagen: Den steigenden Meeresspiegel aufhalten und gleichzeitig sauberen Strom produzieren. Wenn man noch zusätzlich eine Möglichkeit findet, um im Staudamm, Salzwasser in Süßwasser umzuwandeln, dann wären Staudämme auch für die zukünftige Trinkwasserversorgung interessant.


Energie aus Wellen und Gezeitenkräfte

Wellenkraftwerke, die Strom aus Meeresenergie gewinnen

Diese Gerätschaften sind am besten dafür geeignet um an Küstengebieten Energie aus der Wellenkraft bzw. Gezeitenkraft zu gewinnen. Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, wie man aus den Wellen, Strom gewinnen kann. Die Firma SIMEC Atlantis Energy, produziert Wasserturbinen, die ähnlich wie eine Windturbine aufgebaut ist, mit dem Unterschied, dass sie den Strom unter Wasser mithilfe der Gezeitenkräfte erzeugen. Die Firma Oyster, stellt hingegen Flachwasser-Wellenkraftwerke her, wie oben im Bild dargestellt. Dort wird ein luftgefüllter Schwimmkörper durch den Wellenauftrieb bewegt. Die Bewegung der Wellen treibt ein hydraulisches System an, welches mit einer Osmose-Technik einen Generator antreibt, der anschließend Strom produziert. Der Vorteil in dieser Technologie liegt daran, dass die Wellenkraft wesentlicher öfter und konstanter vorhanden ist, als das die Sonne scheint oder der Wind weht.

Gerade für Orte mit starken Gezeitenkräfte, wie der Nord- und Ostsee in Deutschland, könnten diese Kraftwerke interessant werden. Diese Technologien, würden zwar niemals den gesamten Strombedarf der Welt abdecken, jedoch können sie als Ergänzung neben anderen Kraftwerkarten in Betracht gezogen werden. Insbesondere für kleine Küstenregionen oder Inseln, wären Wellenkraftwerke eine gute Möglichkeit zur Stromerzeugung. Es gibt mehr als genug verschiedene Technologien und Möglichkeiten um Strom aus Wasserkraft zu generieren:

Unterschiedliche Formen von Wasserturbinen

E-Autos mit eingebauter Solarzelle

E-Auto mit eingebauten Solarzellen

Damit wir in Zukunft zu 100 Prozent klimaneutral werden, braucht es nicht nur Veränderung in der Energiewirtschaft, sondern eine großflächige Veränderung im System als ganzes. Der Autoverkehr beruht im Jahr 2021 noch größtenteils aus Dieselmotoren, die Dieselkraftstoff verbrennen und damit eine Menge Treibhausgase und Stickoxide in die Luft blasen. Wir müssen langfristig von Verbrennungsmotoren wegkommen. Was ist die Alternative? Selbstverständlich der Elektromotor, der nebenbei bemerkt gar nicht so neu ist. Schon im Jahr 1832 wurde der erste praxistaugliche E-Motor vom deutsch-russischen Physiker und Ingenieur Hermann Jacobi entwickelt. Später folgten auch die ersten E-Autos. Damals war der Elektromotor um ein vielfaches schwerer als die heutigen Modelle und die damaligen Batteriekapazitäten waren im Vergleich zu heute eher bescheiden. Deshalb kam damals das E-Auto nicht infrage. Stattdessen wurde der Dieselmotor genutzt, der sich viele Jahre durchgesetzt hat.

Nun geht uns bald der Treibstoff aus und die Forschung hat mittlerweile Fortschritte gemacht. Die modernen Elektromotoren und die neuen Batterietechnologien, sind wesentlich leichter, effizienter und langlebiger. Mittlerweile ist es möglich E-Autos zu bauen, die mit einer Batterieladung eine Reichweite von 200 – 600 Kilometer erreichen. Mit zunehmender Forschung und Entwicklung, wird man die Reichweite in Zukunft sicher noch steigern können. Alles schön und gut, warum fährt dann nicht jeder bereits E-Auto, wenn es denn schon heute funktionierende Exemplare gibt? Einerseits liegt es an dem mangelnden Ausbau von Ladestationen in Deutschland. Die Politik arbeitet zurzeit daran, den Ausbau von weiteren Ladestationen zu fördern. Dann gibt es noch die Angst eines totalen Blackouts. So befürchten viele Bürger, dass es zu einer Überlastung des Stromnetzes kommen könnte, wenn jeder ein E-Auto fährt und es auflädt. Laut Hochrechnungen von Forscher, ist unser aktuelles Stromnetz für die Versorgung von 55 Millionen E-Autos ausreichend. Hierbei muss man bedenken, dass nicht alle Autofahrer ihre Autos gleichzeitig aufladen, was einen totalen Stromausfall aufgrund von Überlastung deshalb unwahrscheinlicher macht. Ein Unternehmen in Deutschland möchte diese Angst nehmen, indem sie E-Autos mit integrierten Solarzellen bauen. Das Auto kann sich während der Fahrt, mit Sonnenenergie wieder aufladen und ist somit weniger auf Ladestationen angewiesen.

Ein anderes Hindernis, welches dafür sorgt, dass E-Autos aktuell noch nicht so gefragt sind, ist der hohe Preis. Die Firma Tesla baut fast ausschließlich Fahrzeuge im Luxussegment. Das günstigste Auto-Modell gibt es für knapp 70.000 Euro. Damit ist es für die Mittelklasse definitiv zu teuer. Eine Firma aus Deutschland, möchte das ändern und E-Autos für die Masse produzieren, die bei etwa 35.000 Euro anfangen. Sobald E-Autos bei bleibender guter Qualität und Leistung erschwinglich werden, stehen die Chancen gut, dass mehr Menschen, sich zukünftig ein E-Auto zulegen wird. Trotzdem ist auch die Produktion von E-Autos nicht ganz umweltfreundlich.

Für die Produktion der Lithium-Batterien, werden Kobald, Nickel und Lithium abgebaut, dessen Abbau nicht nur gefährlich für die Umwelt, sondern auch für die Gesundheit der Arbeiter ist. Zudem verbraucht die Produktion einer Lithium-Autobatterie sehr viel Wasser und durch den massenhaften Lithium-Abbau, geraten Ökosysteme aus dem Gleichgewicht.

Umwelteinflüsse von Lithium-Batterien

Aus diesem Grund werden auch alternative Batterietechnologien entwickelt, wie unter anderem die Kohlenstoff-Brennstoffzelle. Höchstwahrscheinlich werden in Zukunft auch vermehrt Carsharing-Dienste und selbstfahrende Autos eingesetzt werden. In Zukunft werden weniger Menschen ein eigenes Auto besitzen, weil dafür schlichtweg weniger Bedarf herrschen wird. Bereits heute, können die meisten Menschen aufgrund von Home-Office vermehrt auf den Besitz eines eigenen Autos verzichten. Das wirkt sich positiv auf die Klimabilanz aus und entlastet Straßen und Autobahnen. Die Luft der Innenstädte wird zudem sauberer. Ebenfalls wird der Flug- und Schiffsverkehr in Zukunft vermehrt auf erneuerbare Energien laufen:

Leichter Flieger, angetrieben mit Solarzellen
Yacht, die mit Strom aus Solarmodule läuft
Rotorsegel als Schiffsantrieb der Zukunft

Fakt ist: Es wird nicht die eine Technologie geben, die in Zukunft all unsere Klimaprobleme lösen wird. Vielmehr wird man für unterschiedliche Bereiche, unterschiedliche Technologien einsetzen.


Energiespeicher der Zukunft für heute

Was ist, wenn eine Solarzelle oder ein Windrad zu viel Strom produziert? Der überproduzierte Strom kann dann entweder in das öffentliche Netz eingespeist werden, oder in Batterien gespeichert und später genutzt werden. Es gibt unzählige Technologien und Möglichkeiten um überproduzierte Energie zu speichern und diese effizient weiterzunutzen. Jede Technologie hat ihre Vor- und Nachteile. Es gibt beim Thema Energieerzeugung und Energiespeicherung, nicht den einen Königsweg. Vielmehr wird man einen Mix aus allen denkbaren Technologien nutzen und jeder dieser Möglichkeiten dort einsetzen, wo es am meisten Sinn macht. Das sind die Energiespeicher für die Zukunft, die für die Energiewende infrage kommen:


Lithium-Ionen-Akkus

Diese Art von Batteriespeicher kennt man bereits aus Autos, Kameras und Smartphones. Lithium-Ionen-Akkus funktionieren folgendermaßen: Im Akku sind auf der einen Seite, Graphitbeschichtungen vorhanden, während auf der anderen Seite Metalloxid eingebaut ist. Zwischen diesen beiden Schichten befinden sich gelöste Lithiumsalze bzw. geladene Lithium-Ionen. Wenn man die Batterien auflädt, werden die Ionen zur der Graphitbeschichtung rüber gebracht und dort eingelagert. Wenn die Batterie durch die Nutzung entladen wird, dann gehen die Lithium-Ionen wieder zurück in das Metalloxid-Gitter. Die Firma Tesla, stellt mittlerweile neben Elektroautos, ebenfalls Batterien für Privathaushalte namens Tesla Powerwall zur Stromspeicherung von überschüssigen Solarstrom her:

Tesla Powerwall zur Speicherung von überschüssiger Solarenergie

Vorteile dieser Technologie sind eine hohe Lebensdauer, eine hohe Leistungsfähigkeit, eine hohe Energiedichte und wenn diese Batterien in Masse produziert und recycelt werden, kann dadurch der Preis gesenkt werden. Die Nachteile davon sind verglichen mit anderen Batteriespeicher, der noch teure Preis, das aufwendige Batteriemanagement und die Explosionsgefahr, wenn die Batterie beschädigt wird. Zudem werden die benötigten Rohstoffe dieser Batterie unter anderem in Ländern abgebaut, wo die Menschenrechte verletzt werden und die Arbeitsbedingungen prekär sind. Deshalb werden parallel dazu andere Batterietechnologien verwendet, wie:

  • Zink-Luft
  • Lithium-Schwefel
  • Nikel-Metallhydrid
  • und viele weitere

Redux-Flow-Batterie

Auch bekannt als Flüssigbatterie oder Nasszelle, ist eine Art wiederaufladbarer Energiespeicher, der es ermöglicht, Strom in chemischer Form abzuspeichern. Der Energiespeicher ist so aufgebaut, dass auf jeder Seite ein Elektrolyt existiert. Dazwischen befindet sich eine galvanische Zelle. Je größer die Tanks sind, desto mehr Strom, kann auf diese Weise gespeichert werden.

Redux-Flow-Batterie

Um den Strom zu nutzen, pumpt man die Flüssigkeiten aus den beiden Tanks in die dazwischenliegende Zelle. Die Flüssigkeit der Elektrolyte zirkulieren durch die Zelle mittels einer Membran, wodurch ein Ionenaustausch stattfindet. Die Elemente werden in der Zelle chemisch reduziert, bzw. oxidiert. Daraus entsteht elektrische Energie. Der Preis dieser Technologie fällt höher aus, als bei anderen Energiespeicher und macht nicht überall Sinn, wie beispielsweise in der Elektromobilität.

Für stationäre, großflächige Einsätze machen diese Energiespeicher durchaus Sinn, wie beispielsweise auf Inseln und entlegenen Orten, die nicht am öffentlichen Stromnetz angeschlossen sind.


Strom zu Gas

Mit einem chemischen Verfahren, kann man Strom in Gas umwandeln. Das Gas kann einfacher genutzt und vielfältiger eingesetzt werden. Das funktioniert mithilfe der Elektrolyse. Man spaltet dabei Wasserstoffatome zu gasförmigen Wasserstoff und gasförmigen Sauerstoff. Den Wasserstoff, kann man anschließend speichern und in Wasserstoffzellen einsetzen oder anteilig in das Erdgasnetz dazu mischen. Eine andere Methode um den Wasserstoff zur Energieerzeugung weiterzunutzen ist die Methanisierung. Dabei verbindet man die Wasserstoffatome mit CO²-Moleküle, woraus Methangas entsteht. Methangas ist in seiner Zusammensetzung das selbe wie Erdgas, mit dem Unterschied, dass es nicht aus der Erde kommt. Mit dem erzeugten Methangas, kann man anschließend Heizungen wärmen, Autos mit Erdgas-Antrieb versorgen oder man macht daraus wieder Strom. Der Strom wird aus Methangas erzeugt, indem er verbrannt wird. Die daraus entstehende Wärme kann dann genutzt werden um damit Dampfturbinen anzutreiben, die Strom erzeugen.


Flexibilisierte Biogasanlagen zum Ausgleich von Versorgungslücken.

Halbkugelförmiger Biogas-Speicher

Das Problem mit erneuerbaren Energien ist, dass in einem Land, welches in einer gemäßigten Klimazone liegt, nicht immer die Sonne scheint und nicht immer der Wind weht. Sicherlich sind dir Biogasanlagen bekannt, in denen Bioabfälle, wie etwa Gülle oder Nahrungsabfälle in einem riesigen Tank befüllt werden und dort mithilfe von Bakterienkulturen Biogas produzieren, welcher anschließend für die Energieproduktion genutzt wird, oder für die Wärmeerzeugung verwendet werden kann. Das Problem damit ist, dass sie in der konventionellen Energiewirtschaft immer unter Grundlast laufen, das bedeutet, sie produzieren immer gleichviel Strom, auch wenn nicht immer der ganze Strom genutzt wird.

Dabei wird eine Menge Energie und Potential verschwendet, denn der Energieverbrauch schwankt, während die Energieproduktion immer gleichviel ist. Warum, also nicht das Potential von Biogasanlagen voll ausschöpfen? Hier kommen die flexibilisierten Biogasanlagen ins Spiel. Sie funktionieren im Prinzip genauso wie die konventionellen Biogasanlagen, mit dem Unterschied, dass ein Zwischenspeicher verwendet wird, der das Biogas zwischenspeichert. Mit der Möglichkeit zur Zwischenspeicherung, kann das Biogas dann gezielt an den Stellen eingesetzt werden, wo es wirklich gebraucht wird, wie beispielsweise um die Versorgungslücken bei Solar- und Windkraft auszufüllen. Die Energie aus den Biogasanlagen, wird mit dieser Möglichkeit viel sinnvoller und effizienter genutzt.


Saisonale Wärmespeicher

Saisonaler Wärmespeicher in Dänemark

Die überschüssige Energie aus Solarzellen, kann nicht nur als Strom gespeichert werden, sondern auch in Form von Wärme. Dänemark ist in Sachen Energiewende uns um Jahre voraus. Dort werden saisonale Wärmespeicher, beziehungsweise Jahreszeitenspeicher gebaut. Das Wasser kann anschließend zum Heizen aus Fernwärme genutzt werden. Dafür werden riesige, isolierte Wasserbecken in den Boden gegraben, die anschließend mit einer Isolierschicht gut abgedeckt werden. Die Vorteile dabei liegen auf der Hand: So kann die überschüssige Energie, die Im Sommer produziert wurde, in Form von warmen Wasser gespeichert und weiter für die Beheizung im Winter genutzt werden. Mit dieser Technologie kann man auf das Heizen mit Gas und fossile Brennstoffe verzichten. Das ist wohl die nachhaltigste bekannte Art des Heizens und definitiv auch in Deutschland und anderen Länder denkbar.


Fazit:

Wir alle wollen glücklich sein. Wir alle wollen ein lebenswertes Leben führen und auch den zukünftigen Generationen einen lebenswerten Planeten hinterlassen. Damit wirklich alle Menschen in Frieden und Harmonie auf dieser Welt leben können, müssen wir unsere Wirtschaft und unseren Ressourcenverbrauch nachhaltiger gestalten und dabei langfristig weg von klimaschädlichen fossilen Brennstoffen kommen. Werden wir jetzt all unsere Energieprobleme lösen können, wenn wir von jetzt an vollständig nur noch auf nachhaltige Energieträger setzen? Nicht unbedingt. Wenn der Energiehunger ununterbrochen weiter wächst, dann können wir noch so viele Solaranlagen und Windräder installieren wie wir wollen, die Stromversorgung würde irgendwann an ihre Grenzen stoßen. Es hat zudem nichts mit Nachhaltigkeit zu tun, wenn wir verschwenderisch mit unserem Stromverbrauch umgehen. Während wir dafür sorgen, dass unsere Energiegewinnung maximal nachhaltig ist, müssen wir auch unseren Energieverbrauch nachhaltig, effizient und ressourcenschonend gestalten, denn schließlich kostet es Geld, Aufwand und Ressourcen, neue Windräder, Solarzellen und Energiespeicher zu installieren. Bei der Umstellung auf erneuerbare Energien, müssen wir auch an die Arbeiter denken, die mit der Arbeit in den alten Energieträger ihr täglich Brot verdienen. Diese Leute brauchen eine professionelle Umschulung, in den Bereichen der erneuerbaren Energien, damit sie auch nach der Energiewende, weiterhin ihr täglich Brot verdienen können.

Nicht nur seitens der Stromerzeugung, können wir auf Nachhaltigkeit umstellen. Eine nachhaltigere Nutzung unserer Ressourcen kann bereits durch einfache Veränderungen im Wirtschaftssystem stattfinden. Jetzt wo wegen der Corona-Pandemie, eine Menge Leute im Home-Office arbeiten und nur die wenigsten mit dem Auto zum Büro pendeln müssen, gibt es weniger Autoverkehr und dementsprechend wird weniger Energie verbraucht. Ampeln sind weniger überlastet, die U-Bahnen werden seltener genutzt und in leeren Bürogebäuden, muss man keine Heizung anstellen und auch nicht großflächig die Lichter anstellen. All das spart viel Energie. Man könnte zudem die Lebensmittelproduktion, sowie die Produktion anderer lebenswichtiger Güter regionaler gestalten, damit die Lieferstrecken sich verkürzen. In einem anderen Artikel gehe ich auf die Landwirtschaft der Zukunft ein, wo man mit einem geringeren Strom- und Wasserverbrauch, regional höhere und nährstoffreichere Erträge produzieren kann.

Neuere Technologien, wie beispielsweise die LED-Beleuchtung, Smarthome-Ausstattungen und Wärmepumpen, können ebenfalls ihren Beitrag zur Energieeffizienz leisten. Wir müssen somit an allen erdenklichen Stellschrauben in unserem Wirtschaftssystem drehen, damit unser Strom maximal nachhaltig produziert und verwendet wird und unser Energieverbrauch bis 2050 erfolgreich klimaneutral wird. Die Technologien dafür sind längst da, wir müssen sie nur noch umsetzen. Die Gesellschaft als Ganzes, muss bei diesen Veränderungen mitmachen, was unter anderem bedeutet, dass alle ihr Kauf- und Konsumverhalten überdenken und hierbei auf mehr Nachhaltigkeit umrüsten. In meinem Buch Minimal Besitzen – Maximal Leben, welches auf Amazon erhältlich ist, erkläre ich wie man das tun kann. Vor allem müsste sich die Mobilität verändern. Es müssten mehr Car-Sharing-Dienste etabliert werden und der öffentliche Nahverkehr müsste weiter ausgebaut werden. Je weniger unnötige Autos da draußen herumfahren, desto besser für die Klimabilanz.

Regierungen, Investoren und Unternehmen müssen alle Hand in Hand, harmonisch zusammenarbeiten, damit so ein Vorhaben erfolgreich vonstatten geht. Gewiss, ist das eine Mammutaufgabe und nicht einfach. Trotzdem ist so ein Vorhaben nicht unmöglich und insbesondere innovative und technologisch fortgeschrittene Länder wie Deutschland, Schweden oder die Niederlande, haben nun zu diesen Zeiten, die einmalige Gelegenheit um der ganzen Welt, als positives Beispiel voranzugehen. Wenn die Umsetzung und Finanzierung dieser Mittel schneller und ohne hohe bürokratische Hürden geschehen würde, dann könnten wir die Energiewende vermutlich deutlich schneller erreichen. Es liegt an jeden einzelnen von uns, ob wir zur Lösung oder zum Problem beitragen. Der beste Zeitpunkt um das zu tun ist JETZT.