Erneuerbare Energien
Als erneuerbare Energien (auch regenerative Energien) werden Energiequellen bezeichnet, die als unerschöpflich gelten. Sie erneuern sich beständig, da sie ihre Energie durch Prozesse erhalten, die in der Umwelt permanent ablaufen.Sie gelten als kohlendioxidneutral, da sie entweder kein Kohlendioxd emittieren, oder nur soviel Kohlendioxid abgeben, wie sie im Laufe ihrer Entstehung aufgenommen haben.
Die wichtigsten erneurbaren Energien sind: Biomasse, Geothermie, Windkraft, Wasserkraft, Sonnenenergie.
Biomasse
Biomasse entsteht durch die Umwandlung von Licht und Kohlendioxid in Pflanzenstoffe. Diesen Prozess nennt man Photosynthese. Die Energie kann entweder direkt verwendet werden wie bei Holz, oder sie bedarf weiterer Umwandlungen (Beispiel: Raps => Rapsöl => Biodiesel). Als Holz kann die Biomasse in verschieden Formen eingesetzt werden. Als Holzschnitzel, Pellets oder auch als Scheite für offene Kamine, Kaminöfen oder Heizkessel. Ein großer Produzent von Biomasse ist zur Zeit Brasilien. In Brasilien wird in riesigen Plantagen Zuckerrohr, das maschinell geerntet wird, angebaut und in Bioethanol umgewandelt. Dieses Bioethanol wird dem Treibstoff für Kraftfahrzeuge zugesetzt. Die Brasilianer planen damit in wenigen Jahren von Energieimporten unabhängig zu sein.
Geothermie
Geothermie ist die Nutzung der Energie, die in der oberen Erdkruste gespeichert ist. Sie wird hauptsächlich auf zwei Wegen genutzt. Einmal wird die oberste Schicht (bis 100 m) der Erdkruste zur direkten Nutzung verwendet (Wärmepumpe). Der zweite Weg ist die Nutzung tiefer liegender Schichten, da mit zunehmender Tiefe die Temperatur stark ansteigt. Diese Erdwärme kann ebenfalls direkt verwendet werden, oder aber sie dient zur Stromerzeugung.
Windkraft
Windkraft wird in der Form von Windrädern, die oft zu mehreren in Windanlagen zusammengefasst sind, zur Stromerzeugung genutzt. Deutschland und Dänemark sind die Hauptproduzenten von Windkrafträdern. Die Windkraftanlagen können auf dem Land und "offshore" (= vor der Küste) betrieben werden. In beiden Fällen gibt es Bedenken von Natürschützer, die die Zerstörung der Landschaft bzw. eine Beeinträchtigung des empfindlichen Wattenmeeres befürchten. Daneben exisitieren auch die kleineren Windgeneratoren, die einen Rotordurchmesser von ca. 50-100 cm haben und als Kleinanlagen etwa zur Energieversorgung von Pumpen in der Landwirtschaft genutzt werden.
Wasserkraft
Wasserkraft wird von den Menschen seit
vielen Jahrhunderten genutzt. So wurden die Mühlsteine der an Flußläufen
gelegenen Mühlen zur Herstellung von Mehl mit Wasserkraft angetrieben.
Auch der Antrieb der Hammerwerke in Schmieden erfolgte durch
Wasserkraft. Außerdem wurde mit Wasserschöpfrädern den Flüssen Wasser
zur Feldbewässerung entnommen. Bekannt sind die historischen
Wasserschöpfräder an der Regnitz bei Möhrendorf in Mittelfranken.
Wasserkraft wird in Gezeitenkraftwerken (z. B. Saint-Malo in
Frankreich), die die Wasserstandsunterschiede bei Ebbe und Flut und in
Form von Stauseen und Talsperren zur Stromerzeugung eingesetzt.
Island
In
einer besonders glücklichen Lage ist die Insel Island. Durch seine
außergewöhnliche Geologie kann dieses Land seinen gesamten Strombedarf
aus erneuerbaren Energien decken. Dies geschieht zu 80 % aus Wasserkraft
und zu 20 % aus Geothermie. Man denke an die weltberühmten Geysire.
Sonnenenergie
Bei
der Sonnenenergie unterscheidet man zwei Arten der Energiegewinnung.
Zum einen wird das Sonnenlicht, das an Kollektoren, die es in
verschiedenen Ausführungen gibt, absorbiert wird, zur
Warmwassererzeugung zur Raumheizung verwendet. Zum anderen wird das
einfallende Sonnenlicht in elektrischen Strom umgewandelt. Bei der
Umwandlung in elektrischen Strom, der sogenannten Photovoltaik, wird die
Sonnenenergie an mono- oder polykristallinen Solarzellen aus Silizium
in Gleichstrom umgesetzt.
Monokristalline Solarzellen sind dünne
Scheiben, die aus einem monlithischen Siliziumeinkristall geschnitten
werden. Polykristalline Solarzellen sind ebenfalls dünne Scheiben, die
jedoch aus einem Block von unterkühlter Siliziumschmelze geschnitten
werden und aus vielen kleinen Kristallen bestehen. Polykristalline
Zellen lassen sich preiswerter herstellen als monokristalline Zellen.
Sie weisen einen Wirkungsgrad von ca. 14 % auf, die teueren
monkristallinen Zellen von ca. 16 %.
Als Biomasse werden alle auf der Erde vorkommenden organischen Substanzen bezeichnet. Sie wird jährlich in unvorstellbaren Mengen durch Fotosynthese neu gebildet. Bei der Fotosynthese wird die Energie des Sonnenlichtes in biochemische Energie umgewandelt. Der umgekehrte Prozess heißt Verbrennung.
Bei der Fotosynthese wird aus Licht, Wasser und Kohlendioxid Energie, in Form von Glucose, und Sauerstoff gebildet. Die Reaktion läuft nach
6 CO2 + 12 H2O -> C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
ab. Der dabei entstehende Sauerstoff, der an die Atmosphäre abgegeben wird, schuf vor Urzeiten die Voraussetzung für die Entwicklung von Lungenatmern. Erst damit war die Entwicklung von menschlichem und tierischem Leben möglich. Aus abgestorbener und anaerob (= unter Ausschluss von Sauerstoff) zersetzter Biomasse sind die fossilen Energieträger Kohle, Erdöl und Erdgas entstanden. Die Voraussetzung für die Fotosynthese ist das Vorhandensein des Biokatalysators Chlorophyll. Ein Katalysator ist eine Substanz, die aus der Reaktion unverändert hervorgeht, aber das Reaktionsgleichgewicht auf die Seite der Produkte verschiebt. Damit sind unter Normalbedingungen (Umgebungsdruck, Raumtemperatur) Reaktionsabläufe möglich, die sonst nur unter Druck und/oder Hitze erfolgen würden. Chlorophyll ist der uns allen bekannte grüne Farbstoff der Pflanzenblätter. In den Chloroplasten der Pflanzen wird die Glucose zu Stärke umgewandelt.
Der Nachweis, dass die Fotosynthese Licht bedarf ist einfach zu erbringen. Ein teilweise abgedecktes und ein nicht abgedecktes Blatt einer Pflanze werden 12 Stunden lang belichtet. Anschließend wird das Chlorophyll in Ethanol ausgekocht und die Blätter in eine Iod/Kaliumiodid-Lösung gegeben. Das nicht abgedeckte Blatt und die nicht abgedeckten Stellen des anderen Blattes werden durch die Iod/Kaliumiodid-Lösung und die bei der Fotosynthese gebildeten Stärke blau verfärbt. Die abgedeckten Stellen bleiben hell. Es wurde keine Stärke gebildet. Ohne Licht also keine Fotosynthese.
Die durch Fotosynthese gebildete Biomasse kann als Energieträger in
vielfältiger Form eingesetzt werden. Ihr Vorteil liegt darin, dass sie
bei ihrer Verwendung nur so vielKohlendioxid freisetzt, wie sie vorher
zu ihrer Bildung aus der Atmosphäre entnommen hat. Sie ist also
kohlendioxidneutral.
Neben den bekannten Verwendungen der durch Fotosynthese gebildeten
Biomasse zum Beispiel der Verbrennung von Holz und Einsatz von
Biotreibstoffen (Rapsmethylester, Bioethanol), die anderer Stelle
bereits beschrieben wurden, existiert in der Form von Biogasanlagen eine
besonders für Landwirte interessante Art der Energiegewinnung.
Bei einer Anlage zur Erzeugung von Biogas wird das organische
Restmaterial (z.B. Gülle aus der Tierhaltung) in ein Reaktionsgefäß, den
Fermenter, gegeben. Dort entsteht gegebenenfalls unter Zusatzheizung
bei ständiger Durchmischung des Gärgutes durch anaerobe Zersetzung mit
Hilfe von Bakterien bei ca. 35 °C Biogas mit einem hohen Methangehalt,
Kohlendioxid und Faulschlamm. Das Biogas treibt, eventuell nach einer
notwendigen Reinigungsstufe einen Motor an, der wiederum einen Generator
zur Stromerzeugung antreibt. Die anfallende Abwärme kann zur Beheizung
des Fermenters und zur Raumheizung genutzt werden. Der entstandenen
Faulschlammm wird wiederum als Dünger eingesetzt.
Diese Art der Energieerzeugung aus Biomasse bietet neben der
Kohlendioxid-Neutralität weitere Vorteile. Die bei der Massentierhaltung
anfallende Gülle muss nicht mehr auf landwirtschaftlich genutzte
Flächen ausgebracht werden. Diese Ausbringung ist außerdem nicht das
ganze Jahr über gestattet, was eine aufwändige Lagerhaltung erfordert.
Bei starken Regenfällen kommt es durch immer wieder zum Eintrag von
Stickstoff und Phosphor in umliegende Oberflächengewässer, was zur
Gefahr der Eutrophierung führt. So wird die Selbstreinigungskraft der
Gewässer gefährdet. Der Faulschlamm aus dem Fermenter ist gegenüber der
Gülle ein hochwertiger Dünger. Durch die Verringerung des
Kohlenstoffgehaltes entsteht ein günstiges Verhältnis von Kohlenstoff zu
Stickstoff. Da der Faulschlamm dünnflüssiger als Gülle ist, dringt er
besser in den Untergrund ein und verhindert gasförmige
Stickstoffverluste. Außerdem vermindert er die Geruchsbelästigung.
Zur Zeit (Sommer 2007) berichtet die Presse über steigende Getreidepreise. So haben die Getreidepreise innerhalb eines Jahres um ca. 2/3 zugelegt. Grund für diese Erhöhung ist die gestiegene Nachfrage auf dem Weltmarkt mit gleichzeitigen Ertragsrückgängen in Russland und der Ukraine. Diese Steigerung führt nicht nur Preiserhöhungen von Getreideprodukten wie Backwaren, sondern auch Milch und Milchprodukte wie Käse und Quark sind davon betroffen. Außerdem müssen sich auch die Liebhaber des Gerstensaftes auf Preissteigerungen einstellen.
Getreide ist ein wichtiges Grundnahrungsmittel, das in vielen Ländern der Erde als Kohlenhydratlieferant dient. Es ist ein Sammelbegriff für verschiedene Zuchtformen von Süßgräsern. Es werden verschiedene Sorten unterschieden.
Weizen
Weizen dient wegen seiner guten Backeigenschaften vor allem als Brotgetreide. Weizenkörner wurden in den steinzeitlichen Höhlen in Südfrankreich entdeckt.
Roggen
Roggen findet als Brotgetreide (zusammen mit Weizen im Mischbrot) und Futtermittel Verwendung.
Hafer
Hafer dient heute hauptsächlich als Viehfutter, aber noch als Lebensmittel (Haferflocken).
Gerste
Gerste wird als Futtermittel eingesetzt und dient als Braugerste zur Malzherstellung.
Mais
Mais stammt ursprünglich aus Mittelamerika und ist Grundnahrungsmittel in Nord- und Südamerika sowie in Afrika. Er dient ebenfalls als Viehfutter.
Reis
Reis wird in den tropischen und subtropischen Ländern und im Mittelmeerraum angebaut. In den Tropen ist er Hauptkohlehydratlieferant.
Hirse
Hirse ist ein Sammelbegriff für unterschiedliche Gattungen von Süßgräsern. Sie findet in Asien und Afrika Verwendung als Nahrungsmittel.
Von verschiedenen Quellen wird die Nutzung landwirtschaftlicher Flächen
für den Anbau von Energiepflanzen als mit verantwortlich für den Anstieg
der Getreidepreise gemacht.
Energiepflanzen sind Pflanzen, die gezielt zur technischen
Energieerzeugung angebaut werden. Pflanzliche Energieträger, die
ansonsten zur Gewinnung von Nahrungsmitteln dienen werden nicht dazu
gezählt.
Die wichtigste einheimische Energiepflanze ist der Raps. Aus ihm wird der der so genannte Biodiesel (Rapsmethylester, RME) gewonnen.
Aus
andern Pflanzen wie der Zuckerrübe kann Bioethanol gewonnen werden. Dies
wird in Brasilien mit dem Zuckerrohr in großem Maßstab betrieben und ist ein Exportschlager für das Land. Jedoch besitzt ein Liter Etanol nur 60% der Energiemenge gegenüber einem Liter Benzin.
In Deutschland gilt seit dem Jahresbeginn 2007 das
Biokraftstoffquotengesetz. Es schreibt vor, dass den mineralischen
Kraftstoffen Mindestmengen an Biokraftstoff zu zumischen ist. Für Benzin
beträgt diese Beimischung 2007 1,2 Prozent. Sie soll in Schritten von
0,8 Prozent jährlich auf bis zu 3,6 Prozent im Jahr 2010 steigen. Bei
Dieselkraftstoff beträgt die Quote 4,4 Prozent in 2007. Dies bedeutetet
einen Bedarf von 1,7 Mio. Tonnen jährlich. Gleichzeitig sinken die
Steuerbegünstigungen für Biokraftstoffe bis sie 2012 ganz entfallen.
Energiepflanzen können im Gegensatz zu Nahrungsmittelpflanzen auch auf
bereits stillgelegten landwirtschaftlichen Flächen angebaut werden. Das
Argument, dass Energiepflanzen andere landwirtschaftliche Produkte
verdrängen würden, ist also so nicht zutreffend. Der Rückgang der
Produktion von z. B. Braugerste liegt daran, dass die Landwirte in der
Vergangenheit keine kosten deckenden Erlöse für ihre Produkte erzielen
konnten. Die Kehrseite der Medaille liegt darin, dass durch den
Preisanstieg für Getreide zumindest ein Hersteller von Biosprit die
Produktion einstellen musste. Die Betreiber der Anlage beklagen sich,
dass sie gestiegenen Rohstoffpreise nicht an die Verbraucher weitergeben
können, da die außereuropäische Konkurrenz wesentlich preiswerter
produzieren könne.
2010 sind die Preise für Grundnahrungsmittel wie Weizen weltweit weiterhin gestiegen. Der Preisanstieg ist auch ein Grund für die politischen Unruhen Anfang 2011 in einigen südlichen Ländern.
Die Herstellung von Biosprit aus Mais ist strittig. In Mexico protestiert die Bevölkerung gegen steigende Grundnahrungsmittelpreise wie Mais.
Ab 2011 wird in Deutschland der neue Sprit E10 an den Tankstellen angeboten, der preiswerter verkauft wird als das reine Superbenzin. Dieser Treibstoff enthält 10% Bioethanol.
Bis 2020 soll jeder fünfte Liter Treibstoff aus Biokraftstoffen bestehen. Ziel ist es auch aus Pflanzenabfällen oder aus Stroh eine hohe Menge Energie aus der Zellulose zu gewinnen. Gelingt dies, wird die Treibstoffversorgung dezentralisiert und das ein Gewinn für die ländliche Bevölkerung.