Erneuerbare Energien

Erneuerbare oder „regenerative“ Energien stehen nach menschlichem Ermessen unbegrenzt zur Verfügung. Zu ihnen zählt man die Energieträger Erdwärme, Sonne, Wasser und Wind.

Auch Agrarrohstoffe bzw. Biomasse zählt zu den Erneuerbaren Energien. Allerdings sind ihnen natürliche Grenzen gesetzt: Das Ackerland, welches zur Nahrungsproduktion gebraucht wird sowie schutzbedürftige Wälder dürfen nicht zur Biomasseproduktion eingesetzt werden, wenn die Definition der Erneuerbaren auf sie zutreffen soll.

Wasserkraft ist ein erneuerbarer Energieträger und leistet in Deutschland mit Abstand den größten Beitrag aller erneuerbaren Energien zur Stromerzeugung. In einem Wasserkraftwerk strömt Wasser durch eine oder mehrere Turbinen, die einen Generator antreiben; dieser erzeugt Strom. Weltweit liegt der Anteil an der Stromerzeugung aus Wasserkraft bei über 20 Prozent mit hohem Ausbaupotenzial; in Deutschland hingegen liegt dieser Wert bei lediglich vier Prozent, wobei das Potenzial bereits zu 80 Prozent ausgeschöpft ist.

Die Windenergie zählt neben der Solarenergie zu den bedeutendsten Energiegewinnungsverfahren im Bereich der erneuerbaren Energien. Bei Windenergie handelt es sich um kinetische Energie und ist eine indirekte Form der Sonnenenergie. Windenergie wird allerdings schon seit Jahrhunderten von den Menschen genutzt. Man denke dabei nur an die Fortbewegung von Ballons oder Segelschiffen. Doch Windenergie kann auch helfen mechanische Arbeiten zu verrichten, beispielsweise bei Windmühlen.

 

Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Die Umwandlung erfolgt über Solarzellen. Bei voller Sonnenstrahlung (ca. 1000 Watt pro Quadratmeter) kann eine Solarzelle 10,15 Prozent dieser Energie direkt in Strom verwandeln.

Solarthermische Systeme wandeln Sonnenlicht in nutzbare Wärme um. Sonnenkollektoren übertragen die Sonnenenergie auf einen Wärmetauscher, der die Wärme in einen Wasserspeicher überträgt. Dieser kann eine Heizanlage versorgen und das Trinkwasser erwärmen.

Biogas ist ein brennbares Gas, das durch Vergärung von Biomasse in Biogasanlagen hergestellt wird und zur Erzeugung von Bioenergie verwendet wird. Vor der Aufbereitung ist es eine wassergesättigte Gasmischung mit den Hauptkomponenten Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2). In Spuren sind meist auch Stickstoff (N2), Sauerstoff (O2), Schwefelwasserstoff (H2S), Wasserstoff (H2) und Ammoniak (NH3) enthalten. Deponiegas und Klärgas entstehen, ebenso wie Biogas, bei der als Vergärung oder Faulung bezeichneten anaeroben Zersetzung von organischem Material. Daher werden sie gelegentlich auch unter den Begriffen Faulgas oder Biogas zusammengefasst. Für die Verwertung des Biogases ist der Methananteil am wichtigsten, da er, als oxidierbare Verbindung, bei der Verbrennung Energie freisetzt.

Die Energiegewinnung aus Biomasse erfolgt aus pflanzlichen oder tierischen Produkten oder Rückständen. Dabei kann es sich um Mist, Holz, Stroh, Pflanzen, Klärschlamm oder auch Hausmüll handeln, die bei der Zersetzung Wärme freisetzen, die in Energie umgewandelt wird.

Die Geothermie oder Erdwärme ist die im zugänglichen Teil der Erdkruste gespeicherte Wärme. Sie umfasst die in der Erde gespeicherte Energie, soweit sie entzogen und genutzt werden kann, und zählt zu den regenerativen Energien. Sie kann sowohl direkt genutzt werden, etwa zum Heizen und Kühlen im Wärmemarkt (Wärmepumpenheizung), als auch zur Erzeugung von elektrischem Strom oder in einer Kraft-Wärme-Kopplung. Geothermie bezeichnet sowohl die ingenieurtechnische Beschäftigung mit der Erdwärme und ihrer Nutzung, als auch die wissenschaftliche Untersuchung der thermischen Situation des Erdkörpers.

Wird in einer Anlage gleichzeitig Wärme und Strom erzeugt, so spricht man von Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). In Kraftwerken, die über Verbrennungshitze und Dampfturbinen Strom erzeugen, wird die Abwärme aufgefangen und entweder zu Heizzwecken in Rohrsystemen den Verbrauchern zugeführt (siehe Fernwärme) oder direkt als Prozeßdampf in Industriebetrieben genutzt.

Die Kraft-Wärme-Kopplung gilt als sehr umweltfreundliches Verfahren, da sie den Wirkungsgrad von Kraftwerken stark erhöht. Dadurch wird mehr Energie aus den Rohstoffen gewonnen, wodurch der Rohstoffverbrauch und die Emissionsmenge pro gewonnener Energieeinheit sehr viel niedriger liegt als bei getrennter Wärme- und Stromerzeugung.