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Saturday, June 6, 2020

Arten der Stromerzeugung

Für die Bewältigung der Klimakatastrophe ist die Energiewende einer der entscheidenden Bestandteile. Die Methoden zur Stromerzeugung sind wirklich vielfältig, von bewohnbaren Gezeitenbojen, über flauschige Hochhäuser, deren Härchen Strom erzeugen bis zum heiligen Gral der Stromerzeugung, der Fusionsenergie. Doch verlassen sollten wir uns darauf nicht…

Einführung

Erstmal ganz zu Beginn: Energie wird nicht erzeugt, laut dem sogenannten Energieerhaltungssatz muss die Energiemenge in einem geschlossenem System immer exakt gleich bleiben. Da viele davon ausgehen, dass unser Universum ein geschlossenes System ist, kann Energie nicht einfach aus dem Nichts kommen und sie kann auch nicht einfach verschwinden – zumindest nicht auf makroskopischer Ebene.

Wenn wir davon sprechen, Energie zu gewinnen, dann meinen wir meist, eine Energieform in einer andere Energieform umzuwandeln, das geht nämlich beliebig. Es ist also vor allem entscheidend, wie viel Energie wir nutzbar machen können. In unserem Falle ist das meist Stromerzeugung, denn nutzbare Energie ist für uns vor allem elektrische Energie.

Wie kann man messen, wie viel Energie die Menschheit nutzt? Diese Frage hat sich der russische Physiker Nikolai Kardaschow gestellt und die Kardaschow-Skala entwickelt. Dabei ordnete er der Menschheit – und potentiellen außerirdischen Zivilisationen – eine Zahl zwischen eins und drei zu und postulierte drei Typen hochentwickelter Zivilisationen:

Typ I (planetare Zivilisation): Eine Typ I-Zivilisation ist in der Lage, die gesamte zu Verfügung stehende Energie ihres Heimatplaneten zu nutzen, im Falle der Erde sind das etwa 1,74·1017 Watt.

Typ II (stellare Zivilisation): Eine Typ II-Zivilisation ist in der Lage, die gesamte erzeugte Energie ihres Heimatsterns nutzbar zu machen, im Falle der Sonne sind das etwa 4*1026 Watt.

Typ III (galaktische Zivilisation): Eine Typ III-Zivilisation ist in der Lage, die gesamte Energie ihrer Heimatgalaxie, also aller Sterne ihrer Galaxie zu nutzen. Im Falle der Milchstraße sind das etwa 4*1037 Watt.

Dabei ist offensichtlich, das die Skala nicht linear ist, 4*1026 Watt sind etwa zehn Milliarden Mal mehr als 1,74*1017 Watt. Eine Typ II-Zivilisation nutzt also so viel Energie wie zehn Milliarden Typ I-Zivilisationen, während eine Typ III-Zivilisation etwa 100 Milliarden Mal mehr Energie nutzt als eine Typ II-Zivilisation – natürlich sind die Zahlen nur als Richtwert zu nehmen und variieren je nach Planet, Stern oder Galaxie.

Wo stehen wir nun? Aufgrund der rasanten Fortschritte der letzten Jahrzehnte stieg der Wert der Menschheit auf der Kardaschow-Skala im 20.Jahrhundert von 0,582 auf 0,7, mittlerweile liegen wir etwas über 0,7 – sind aber dennoch noch nicht mal auf der Skala und das haben wir nicht zuletzt der Energiepolitik der letzten Jahrzehnte zu verdanken. Denn wie wir sehen, sind alle nötigen Methoden bereits vorhanden.

Heutige Methoden zur Stromerzeugung

Verbrennung fossiler Brennstoffe

Bei der Nutzung fossiler Energie wird Masse in Wärmeenergie und anschließend in elektrische Energie umgewandelt. Die Brennstoffe entstanden dabei vor sehr langer Zeit durch Abbauprodukte toter Tiere und Pflanzen.

Sie sanken zu Boden und bildeten durch den Druck Öl und Gas. Im wesentlichen handelt es sich also um gespeicherte Sonnenenergie, denn aus der Sonne bezogen diese Lebewesen natürlich ihre Energie.

Meist werden diese Stoffe verbrannt, dabei entsteht natürlich Wärmeenergie, mit der Wasser zu Dampf erhitzt wird. Der Druck dieses Dampfes treibt eine Turbine an, deren Drehungen durch einen Generator in elektrischen Strom umgewandelt werden – ein einfaches und altes Prinzip.

Wir können diese fossilen Stoffe seit der Industrialisierung nutzen, sie heben sich in ihrem Brennwert weit vom vorher genutzten Holz ab, somit ermöglichten sie erst unsere heutige Welt. Bis heute nutzen wie die fossilen Brennstoffe, in Kohle- und Gaskraftwerken werden sie zur Erzeugung von Strom genutzt.

Doch die fossilen Brennstoffe haben auch entscheidende Nachteile, so sind sie natürlich logischerweise begrenzt, denn durch das Absterben von Tieren erneuern sie sich nur sehr langsam, viel langsamer als wir sie derzeit verbrauchen.

Wir dürfen allerdings nicht einmal die vorhandenen Brennstoffe gänzlich nutzen, denn bei ihrer Verbrennung entstehen große Mengen Kohlendioxid.

Dieses Gas absorbiert Sonnenlicht und wandelt es in Wärme um, für unsere Atmosphäre ist es wichtig – wäre es nicht vorhanden, läge die Temperatur auf der Erde unter dem Gefrierpunkt, somit könnte es keine Ozeane geben. Doch nun setzen wir noch mehr Kohlendioxid frei, somit wird ein noch größerer Teil des Sonnenlichts absorbiert und es wird wärmer.

Ab einem gewissen Punkt setzt eine Kettenreaktion ein, die sogenannten Kippelemente. Ein Beispiel: Wird die Erde durch den Ausstoß von Kohlendioxid wärmer, dann schmelzen große Teile des antarktischen Eispanzers und das darunterliegende Grün kommt zum Vorschein.

Grün jedoch absorbiert mehr Licht als weiß und wandelt es in Wärme um – mehr Grünflächen sorgen also für eine weitere Erwärmung und eine weitere Erwärmung sorgt für mehr Grünflächen.

Solche sich selbst verstärkenden Elemente gibt es zahlreich auf der Erde, ab einer gewissen Erwärmung treten sie ein und wir überschreiten den Point of no return, selbst wenn wir dann sofort alle Emissionen auf null stellen, laufen die Kettenreaktionen weiter ab.

Langfristig könnte es dazu führen, dass der gesamte gebundene Kohlenstoff in die Atmosphäre gelangt. Und dann gibt es ja noch diejenigen, die dabei direkt nachhelfen wollen:

„Wir haben für 250 Jahre saubere, schöne Kohle“

US-Präsident Donald Trump

Das ist noch nicht einmal falsch, doch nehmen wir mal an, wir halten an den fossilen Brennstoffen zur Stromerzeugung fest und verbrennen sie komplett, man schätzt, sie umfassen etwa fünf Billionen Tonnen, vielleicht sogar etwas mehr. Die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre könnte sich auf bis zu 5.000 ppm erhöhen.

Das würde zu einer Erderwärmung von 20°C an den Polen und neun Grad Celsius durchschnittlich führen, was einen Meeresspiegelanstieg von 58 Metern verursachen würde. Ich denke, ein weiterer Kommentar zur Sinnigkeit der Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Stromerzeugung erübrigt sich bei diesen Zahlen.

Kernspaltung

Während eigentlich alle halbwegs vernünftigen Menschen wissen, dass Kohle scheiße ist, wird über das Thema Kernkraft schon offener diskutiert.

Lange galt sie als die Zukunftstechnologie, man stellte sich Autos und Staubsauger vor, die von Kernenergie betrieben werden, ein paar Kilogramm Uran sollten ganze Wüsten in fruchtbare Landstriche verwandeln und es wurden Lieder über Atombomben gesungen.

Mittlerweile hat sich etwas Ernüchterung breit gemacht, vor allem, nachdem man auf tragische Weise gezwungen wurde, die Sinnhaftigkeit des Baus eines Atomkraftwerks auf der geologisch aktivsten Erdbebenzone der Welt gründlich zu hinterfragen.

Kernenergie sei vollkommen sicher, wurde zunächst proklamiert. Man meinte, selbst wenn ein Atomkraftwerk explodieren würde, verteile sich die Radioaktivität auf einen Umkreis von 100 Metern, weiter weg würde man nicht einmal etwas merken. Nicht, dass man das jemals ernsthaft in Erwägung zog, aber es gab nun mal gewisse Menschen, in deren Interesse es lag, dass möglichst viele Menschen das denken.

Häufig wird behauptet, Kernenergie sei klimaneutral, hätte also keine Kohlendioxidemissionen und sei somit eine Brückentechnologie, doch das ist ähnlich falsch wie die oben genannten kruden Theorien und wird wohl aus ähnlichen Gründen propagiert.

Bei dem Kernzerfall selbst, der hier die Wärme für das Erhitzen des Wassers liefert, entsteht zwar kein Kohlendioxid, jedoch muss das spaltbare Material abgebaut und die radioaktiv verseuchen Brennstäbe entsorgt werden, wobei ebenfalls Treibhausgase entstehen – wenn auch weniger als bei fossilen Brennstoffen.

Das größte Problem der Kernenergie ist jedoch ein anderes, bei der Kernspaltung entstehen radioaktive Stoffe, die nicht weiter verwendet werden können. Sie zerfallen im Laufe der Zeit zu anderen Elementen und diese zerfallen wieder und wieder – bis ein stabiles Element erreicht ist, also ein Element, das nicht weiter zerfällt, dauert es sehr lange.

Die sogenannte Halbwertszeit gibt an, wann die Hälfte eines radioaktiven Stoffs zerfallen ist. Mit der Zeit nimmt die Zerfallsrate ab, wann genau das gesamte Material zerfallen ist, kann man nicht sagen, es ist jedenfalls nicht einfach die doppelte Halbwertszeit – und selbst wenn das ganze Material zerfallen ist, können einige Zerfallsprodukte ja noch weiter zerfallen…

Nuklid Halbwertszeit
8Be 9*10-17 s (90 Trillionstel Sekunden)
223Th 0,6 s
222Rn 3,8 d
238Pu 87,74 y
14C 5.730 y
239Pu 24.110 y
238U 4,468 Mrd. y
124Xe 18 Trilliarden y
128Te 7*1024 y (sieben Quadrillionen Jahre)

Wir sehen hier, die Halbwertszeiten vieler bei der Stromerzeugung entstehender Elemente betragen viele Milliarden Jahre, teils länger als unsere Erde bisher überhaupt existiert. Die Menschheit wird bis an das Ende ihrer Existenz auf der Erde mit den Überresten weniger Jahrzehnte Kernenergie zu kämpfen haben.

Im Falle eines Erdbebens oder eines Fehlers bei der Endlagerung entstehen gigantische Risiken für Umwelt und Mensch, aber auch im Falle einer Kernschmelze in einem Kraftwerk – die dabei entstehenden Kosten machen Kernenergie zu einer der teuersten Arten der Stromversorgung.

Daher ist die Entscheidung Deutschlands, aus der Kernenergie richtig und sollte nicht zur Diskussion stehen. Der Ausbau und Betrieb der Kernenergie zur Stromerzeugung ist teurer als der Ausbau und Betrieb erneuerbarer Energien zur Stromversorgung – und gleichzeitig gefährlicher und aufgrund der Limitierung spaltbaren Materials begrenzt.

Solarzellen

Deutlich nachhaltiger, effizienter und günstiger ist die Solarenergie, sie ist in vielerlei Hinsicht eine Ausnahme, denn hier wird kein Wasser zum Antrieb einer Turbine erhitzt, das Funktionsprinizp ist physikalisch etwas komplizierter und basiert auf dem Photovoltaischen Effekt. Treffen Photonen, also Lichtteilchen, auf Materie, dann können Elektronen freigesetzt werden.

Durch eine gezielte Verunreinigung der Solarzellen sammeln sich Protonen auf der einen Seite und Elektronen auf der anderen Seite, es entsteht also eine Art Batterie mit Plus- und Minuspol.

Die Sonnenenergie ist natürlich eine Energiequelle, die nie versiegt und erstmals in der Raumfahrt angewandt wurde – bis heute versorgen Solarzellen Raumstationen und Sonden. Doch längst ist die Energieform auch auf der Erde häufig genutzt, die Sonne bestrahlt die Erde mit einer nahezu konstanten Leistung von 1.361 Watt pro Quadratmeter.

Pro Jahr bekommt die Erde von der Sonne eine Energie von 1.500.000.000 Terrawattstunden, der Weltenergiebedarf der Menschheit beträgt jährlich 100.000 Terrawattstunden. In nur drei Stunden empfängt die Erde also genug Energie, um den jährlichen Energiebedarf der Menschheit zu decken.

Lange galt die Solarenergie dennoch als teuerste Art der Stromerzeugung durch erneuerbare Energien, doch durch die technologische Entwicklung sank der Preis für die Komponenten der Solarzellen massiv, sodass sie heute zu den günstigsten Methoden der Stromerzeugung gehört.

Früher war Deutschland unangefochtener Spitzenreiter in der Solarenergie, es wurde von anderen Ländern bewundert und beneidet. Das deutsche Erneuerbare-Energien-Gesetz wurde weltweit imitiert, es versprach Vergütungen für das Einspeisen von Ökostrom und die Bevorzugung erneuerbare Energien.

Doch die schwarz-gelbe Bundesregierung hat die gesamte Solarindustrie völlig zerlegt, nicht nur, dass die Vergütungen und Förderungen gekürzt wurden, Kohle und andere konkurrierende Energieformen wurden sogar subventioniert, sodass sie teils finanziell vorteilhafter waren – trotz viel höherer Kosten.

Wir müssen in Deutschland die Förderung der Solarenergie in vollem Umfang wieder aufnehmen und sogar ausbauen, um unsere Klimaziele zu erreichen und teure und umweltschädliche Energieformen dürfen keine Sekunde länger subventioniert werden.

Langfristig müssen vor allem in den äquatorialen Gebieten mehr Solarzellen installiert werden, denn hier ist die generierte Leistung natürlich deutlich höher. Man müsste nur einen kleinen Teil der Sahara mit Solarzellen zupflastern, um den Weltenergiebedarf zu decken.

Doch dafür muss in diesen Gebieten natürlich politische Stabilität herrschen und auch technologische Fortschritte müssen erzielt werden, etwa bei dem verlustarmen Transport elektrischen Stroms.

Windenergie

Eine weitere vielversprechende erneuerbare Energie ist die Windkraft, im Grunde genommen geht auch sie auf die Sonnenenergie zurück, denn diese treibt die weltweiten Winde an. Bei Windrädern wird die Turbine ebenfalls nicht durch Wasser, sondern direkt vom Wind angetrieben.

Inzwischen steht die Windenergie in massiver Kritik, durch neue Abstandsregelung droht ihr ein ähnlich jähes Ende wie der Solarenergie.

Dabei sind alle Argumente der fanatischen Windkraftgegner egoistischer Unsinn, das Motto “aber nicht vor meiner Haustür” ist moralisch das letzte. Mein Mitleid für den Wertverlust von Immobilien oder angeblichen Geräuschquellen hält sich ehrlich gesagt in Grenzen, wenn ich bedenke, welche Schäden andere Energieformen in anderen Teilen der Welt anrichten.

Viele der “Argumente” der Windkraftleugner sind auch schlicht und einfach falsch, etwa die Theorie gesundheitsschädlichen Infraschalls, der nicht in nennenswertem Umfang entsteht oder des Schattenwurfs, der rein himmelsmechanisch kaum über lange Zeiträume möglich ist.

Natürlich richtet jede Form der Energieerzeugung Schäden an, doch wenn wir das vermeiden wollen, müssen wir wohl zurück in die Steinzeit, in der nur unsere Muskelkraft genutzt wurde. Die Windenergie ist die Form der Stromerzeugung, die am wenigsten Kosten und Schäden verursacht.

Daher sollten sämtliche Abstandsregelungen abgeschafft und die entsprechenden Gesetze so verändert werden, dass keine Klagen gegen den Bau eines Windparks mehr möglich sind – unsere jetzige Energiepolitik verletzt die Grundrechte zukünftiger Generationen für die Einhaltung angeblicher Grundrechte heutiger Menschen.

Ich denke, über die Theorie der Windräder als Vogelkiller oder der des Transports warmer Luft nach Europa durch Windräder erübrigt sich ein weiterer Kommentar meinerseits.

Wasserkraft

Die Wasserkraft gehört ebenfalls zu den erneuerbaren Methoden zur Stromerzeugung, hier wird die kinetische oder potentielle Energie des Wassers in mechanische Energie umgewandelt, auch dort werden Turbinen zur Rotation gebracht.

Besonders China setzt in großem Stil auf diese Energieform, bei Großprojekten wie der Drei-Schluchten-Talsperre diskutieren sie nicht groß mit Zweiflern und Kritikern, sondern setzen sie konsequent und ohne Rücksicht durch – hier gilt, dass der einzelne Opfer bringen muss, um ein langfristiges Überleben der Menschen zu sichern.

Dennoch sollten wir uns dies nur zum Teil als Vorbild nehmen: Wir sollten das tun, was wissenschaftlich einwandfrei belegt getan werden muss, um die Klimakatastrophe aufzuhalten – dabei sollten wir keine Rücksicht auf den Willen der Mehrheit nehmen. Aber wir sollten nicht aus ideologischen Gründen Großprojekte mit nicht absehbaren Folgen vorantreiben.

Daher stehen riesige Staudämme wie die Drei-Schluchten-Talsperre zunehmend in der Kritik, sie können ganze Lebensräume im Wasser zerstören und auch in Europa werden immer mehr Flusssysteme durch Staudämme zerstört, vor allem in Südosteuropa, etwa in Albanien.

Die Wasserkraft muss also mit Vorsicht genutzt werden, aber sie kann einen Beitrag zur Energiewende leisten. Solange wir hier noch viel schlimmeren Kohlestrom nutzen, können wir aber kaum abwertend über Wasserkraftprojekte in anderen Ländern sprechen, denn fürs Klima ist Wasserkraft ausgezeichnet.

Biomasse

Bei Biomasse wird im Gegenzug zu den fossilen Brennstoffen neuzeitliche biologische Materie verbrannt, was sie deutlich umweltfreundlicher macht. Bei der Verbrennung wird lediglich das Kohlendioxid freigesetzt, das vorher von derselben Biomasse gebunden wurde – die Verbrennung ist also praktisch CO2-neutral.

Die Details der Stromerzeugung durch Biomasse unterscheiden sich, aber wirklich CO2-neutral ist natürlich keine davon, das liegt etwa am Transport oder der Aufbereitung. Auch wird immer wieder kritisiert, bei der Verbrennung würden häufig auch andere Substanzen wie Kunststoffe verbrannt, wodurch schädliche Stoffe in die Atmosphäre gelangen.

Dennoch ist auch Biomasse eine der umweltfreundlicheren Arten der Stromerzeugung und wird daher staatlich gefördert. Unter anderem aufgrund des geringen Wirkungsgrades kann sie jedoch nur einen beschränkten Beitrag zur Energiewende leisten.

Geothermie

Bei der Geothermie wird die Wärme aus dem Inneren der Erde zur Stromerzeugung genutzt. In Deutschland steigt die Temperatur pro 100 Meter Tiefe um etwa drei Grad Celsius an, in vulkanisch aktiven Regionen sogar noch stärker.

Das liegt daran, dass die Erde in ihrem Inneren noch immer flüssig ist, wie vor 4,5 Milliarden Jahren bei ihrer Entstehung. Unser Planet ist so groß, dass sein Inneres genügend radioaktive Elemente enthält, um durch ihre Zerfallswärme das Erdinnere schmelzen zu lassen. Geothermie ist also sozusagen die Kernenergie der Natur.

Bei oberflächennaher Geothermie wird Wärme aus etwa 400 Metern Tiefe genutzt, hier muss jedoch eine Wärmepumpe genutzt werden, denn der Temperaturunterschied ist nicht ausreichend.

Bei tiefer Geothermie hingegen stößt man in bis zu fünf Kilometer Tiefe vor – das sind dann ganz andere Dimensionen, ganze Stadtviertel können dadurch heizen und auch die Stromerzeugung ist möglich.

Die Geothermie ist als eine der wenigen erneuerbaren Methoden zur Stromerzeugung nicht vom Wetter abhängig, sie liefert das ganze Jahr lang eine konstante Menge an Strom und auch die ökologischen Schäden sind sehr gering.

In Deutschland steckt die Stromerzeugung durch Geothermie noch in den Kinderschuhen, doch eine Demonstrationsanlage wird staatlich gefördert, sie hat ein nennenswertes Potential für die Energiewende.

In Entwicklung befindliche Methoden zur Stromerzeugung

Nutzung der Gezeitenenergie

Da die Erde einen übergroßen Mond hat, gibt es die Gezeiten. Sie entstehen dadurch, dass die Erde nicht punktförmig ist, sondern eine Ausdehnung hat. Daher ist ein Teil näher am Mond und seinem Gravitationsfeld und einer weiter weg, dadurch entsteht ein Flutberg auf der mondzugewandten Seite durch die Anziehungskraft des Mondes und auf der anderen Seite einer durch die Fliehkraft der Bewegung der Erde.

Diesen Effekt könnte man theoretisch auch zur Stromerzeugung nutzen, einige wenige Gezeitenkraftwerke, welche die potentielle und kinetische Energie ausnutzen, gibt es schon, diese funktionieren eigentlich ähnlich wie ein gewöhnlicher Staudamm.

Doch vor allem Australien entwickelt derzeit ein deutlich effizienteres Konzept. Dabei sollen Bojen durch die Gezeiten bewegt werden und eine Pumpe antreiben, die zur Stromerzeugung dient.

Carnegie Wave Energy Limited, CETO-unit, Farbe, CC BY-SA 3.0

Das australische Unternehmen Carnegie Wave Energy möchte ein solches Kraftwerk zur Stromerzeugung vor der Küste Westaustraliens in Betrieb nehmen. Die Bojen könnten gleichzeitig auch zu Forschungszwecken oder sogar als Wohnräume genutzt werden.

Gezeiten zur Stromerzeugung haben ein riesiges Potential, insgesamt müssten sich nur 0,1% der durch den Mond und die Sonne entstandenen Gezeitenenergie nutzbar machen lassen, um den Weltenergiebedarf um das fünffache zu decken.

Solarenergie im Weltraum

Ebenfalls in Entwicklung ist das erste Solarkraftwerk im Weltraum, chinesische Forscher arbeiten daran. Es funktioniert im Grunde genommen wie irdische Solarkraftwerke oder die Solarzellen der Internationalen Raumstation ISS, hat jedoch einige wesentliche Vorteile.

Im Weltraum können Solarzellen rund um die Uhr Energie sammeln und unterliegen keinem Tag-Nacht-Rhythmus, wenn man sie richtig platziert. Zudem erreicht die Solarzellen außerhalb der Atmosphäre viel mehr Sonnenlicht als hier unten auf der Erde.

Das chinesische Kraftwerk, das derzeit in Chongqing entsteht, soll 2030 erstmals Energie aus dem Weltraum an die Erde liefern und unseren Planeten in einer Entfernung von 36.000 Kilometern umkreisen. Es gibt allerdings noch einige Probleme, so werden etwa 1.000 Tonnen Material ins All gebracht werden, dafür benötigt man viele Flüge und eine neue Trägerrakete.

Zudem sind Solarzellen meist recht wartungsintensiv, erst recht im Weltraum, wo kosmische Strahlung und Mikrometeoriten zusätzliche Belastungen darstellen. Doch im Weltraum kann man nicht mal eben einen Installateur hinschicken, die Solarzellen müssen also sehr beständig sein. Und auch die Strahlung, mit der die Energie zur Erde übertragen würde, könnte für die Menschen gefährlich sein.

Sollte man diese Probleme jedoch lösen, gäbe es fantastische Möglichkeiten. Schon 2050 soll das Kraftwerk über ein Gigawatt Energie generieren. In fernerer Zukunft könnte man noch größere Solarzellen auf dem Mond installieren, wo Berggipfel teils rund um die Uhr im Sonnenlicht stehen und ebenfalls keine Atmosphäre vorhanden ist oder sogar in der Atmosphäre der Venus oder auf dem Merkur, wo die Sonneneinstrahlung viel höher ist.

Eines Tages könnte man sogar Material aus dem All nutzen, etwa von erdnahen Asteroiden, um Solarkraftwerke im All zu bauen. Das liegt zwar noch in weiter Zukunft, dennoch ist die Forschung daran langfristig unentbehrlich – nicht für die Lösung der Klimakrise, sondern für die Erschließung ganz neuer Möglichkeiten.

Strawscraper

Strawscraper könnten die Windräder der Zukunft sein, hier dreht sich jedoch nichts, was die Technologie weniger wartungsintensiv und weniger fehleranfällig macht. Hier entstehen auch keine Geräusche und Vögel werden geschont, denn bei Strawscrapern bringt der Wind nur winzige Härchen in Bewegung.

Die Stromerzeugung basiert dabei auf dem Piezoeffekt, demnach kann auch durch elastische Verformung Strom erzeugt werden, also sozusagen durch Druck, der hier durch den Wind auf die Härchen ausgeübt wird. Im Innern haben die Härchen einen Kern und ein einen Halm, aber nur der Halm bewegt sich und verformt damit das Innenleben.

So kann schon bei leichter Windstärke Strom erzeugt werden. Ein Strawscraper sieht etwa aus wie ein plüschiges und behaartes Hochhaus. Geplant ist, den Söder Torn in Stockholm mit solchen Härchen auszustatten, damit soll zunächst nur das Innere des Turms mit Energie versorgt werden, aber die Technologie ließe sich auch ausweiten.

Energie aus Vulkanen

Eine sehr ausgefallene Methode ist es, nicht nur die Wärme aus dem Erdinneren zu nutzen, sondern direkt Vulkane anzuzapfen. Ein Teil der Wärme entweicht nicht, sie staut sich auf und führt irgendwann zu einem Ausbruch, doch der Großteil entweicht in die Atmosphäre – man könnte sie nutzbar machen und dabei gleichzeitig Vulkane abkühlen und Eruptionen verhindern.

Das würde sich aber wirklich nur bei sehr großen Vulkanen lohnen, etwa beim Yellowstone-Vulkan in den USA. Er strahlt eine Energie von etwa sechs Gigawatt ab. Die NASA zieht das hier ernsthaft in Erwägung, denn eine Eruption hätte dort besonders dramatische Folgen. Die Kosten des Projektes ließen sich dann durch den hergestellten Strom wieder decken. Doch ob und vor allem wann das Projekt realisiert wird, ist noch fraglich.

Weitere mögliche Methoden

Es gibt noch zahlreiche zukünftige Möglichkeiten zur Stromerzeugung, es gibt Schlafsäcke, welche die Temperaturdifferenz zwischen Körper und Umwelt zur Stromerzeugung nutzen, Schuhe, welche die beim Laufen entstehende Energie zur Stromerzeugung nutzen und kleine Flächen an U-Bahn-Stationen, die Strom erzeugen, wenn Fußgänger sie betreten.

Selbst aus den menschlichen Nervenströmen könnte man Energie gewinnen, eine Hörgerät kann elektrische Signale zum Aufladen einer kleinen Mini-Batterie nutzen. Eine noch verbotene Idee ist es, die überall herumschwirrenden Funkwellen anzuzapfen – das wäre Diebstahl.

In einigen Jahrzehnten wird vermutlich überall um uns herum und womöglich sogar in uns ständig Strom erzeugt. Solche Methoden werden lokal Verbraucher versorgen, so könnten U-Bahn-Stationen sich etwa durch die Trittflächen selbst beleuchten, aber eine nennenswerte Energie ins Netz einspeisen werden diese Methoden wohl nicht.

Theoretische Methoden zur Stromerzeugung

Fusionsenergie

Dann gibt es da natürlich noch den heiligen Gral der Stromerzeugung, die Fusionsenergie. Auch sie ist eine Form der Kernenergie, hier werden jedoch keine Atomkerne gespalten, sondern verschmolzen. Diese Energie nutzt auch die Sonne, wieso sollten wir das Sonnenfeuer also nicht auf der Erde künstlich erzeugen?

Fast alle Fusionsreaktoren fusionieren die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium, diese Reaktion lässt sich verhältnismäßig einfach in Gang setzen. Derzeit wird intensiv an der Konstruktion von Fusionsreaktoren zur Stromerzeugung gearbeitet, die mehr Energie erzeugen als für die Ingangsetzung der Reaktion benötigt wird.

Momentan verfolgt man zwei Konzepte, den Tokamak und den Stellarator. Am weitesten ist derzeit die Tokamak-Technologie, hierbei wird Plasma durch ein starkes magnetisches Feld komprimiert. Dieses Feld entsteht durch elektrischen Strom innerhalb des Plasmas.

Ein Tokamak-Reaktor ist torusförmig und vollständig von einem Magnetfeld umschlossen, sodass das Plasma quasi gefangen ist. Das andere große Konzept für Fusionsreaktoren ist der Stellarator, hier fließt kein Strom durch das Plasma, stattdessen werden die verdrillten Feldlinien werden hier durch äußere Ströme verursacht. Das hat verschiedene Vor- aber auch Nachteile.

Tokamak Stellarator
Feldlinien verlaufen ineinander verschachtelt Feldlinien verlaufen teils chaotisch
Verdrillung des Magnetfelds durch inneren Strom Verdrillung des Magnetfelds durch äußeren Strom
Plasmastrom nicht immer konstant Weniger Instabilitäten aufgrund fehlenden Plasmastroms
Frage nach Stabilität elektrischen Stroms in Plasma noch ungeklärt Lässt sich dauerhaft aufrechterhalten
Plasma einfacher strukturiert Einschluss des Plasmas schwieriger
Keine äußeren Spulen zur Erzeugung des Magnetfelds Komplexe Spulengeometrie erhöht Wartungsbedarf

In Europa konzentriert sich die Forschung auf den Tokamak, der große internationale Fusionsreaktor ITER, an dem sich auch Deutschland beteiligt, funktioniert etwa nach dem Tokamak-Prinzip, während der Wendelstein 7-X in Greifswald ein Stellarator ist.

Derzeit vermutet man, dass im ITER 2025 erstmals Wasserstoffplasma erzeugt wird, ab 2035 könnte mit Tritium gearbeitet werden. 2040 soll ein Nachfolgeprojekt namens DEMO erstmals in der Geschichte geringe Mengen Fusionsenergie ins Netz einspeisen. Mit dem Bau eines ersten wirtschaftlich profitablen Fusionsreaktors könnte 2050 begonnen werden.

Die Fusionsenergie wird uns in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts womöglich bahnbrechende Möglichkeiten verschaffen – für die Energiewende oder gar die Lösung der Klimakatastrophe wird sie jedoch zu spät kommen. Ganz abgesehen davon, dass unsicher ist, ob der Tokamak überhaupt funktioniert, das ist von der Stabilität elektrischer Ströme in Plasma abhängig.

Dyson-Sphäre

Etwas weiter in die Zukunft geht die Dyson-Sphäre, sie wurde 1960 vom Physiker Freeman Dyson vorgeschlagen und könnte helfen, aus der Menschheit eines Tages eine Typ II-Zivilisation zu machen.

Es handelt sich um eine Sphäre, welche einen Stern vollständig umgibt und somit seine gesamte Energie nutzen kann und nicht nur den winzigen Bruchteil, der die Erdoberfläche erreicht – es ist ein halbes Milliardstel.

Aktuell ist der Bau einer Dyson-Sphäre um die Sonne auf Höhe der Erdbahn völlig utopisch. Man müsste schon das gesamte Sonnensystem auseinander nehmen und den Jupiter entmanteln, um auch nur eine sehr dünne Schicht bauen zu können. Dann müssten wir auch gleich auf der Sphäre leben, bzw. in ihrem Innern und das würde noch ganz andere Probleme mit sich führen, Stichwort Hitze und Gravitation.

Dyson-Sphären könnten bei der Suche nach außerirdischen Zivilisationen helfen, so ist ein solcher Stern optisch nicht sichtbar, würde aber enorme Mengen Infrarotstrahlung absenden – aber für uns wird das vorerst nicht infrage kommen.

Etwa realistischer ist dort der Dyson-Schwarm, er besteht aus einzelnen Satelliten, welche die Sonnenenergie anzapfen. Man könnte etwa die Materie des Planeten Merkur nutzen, um solche Satelliten zu realisieren, sie könnten schon einen großen Teil der Sonnenenergie nutzbar machen.

Karl BednarikDYSONSCH-Dyson-Schwarm-Animation, Farbe, CC BY-SA 3.0

Ein Dyson-Schwarm ließe sich in geringem Umfang in etwa 40 Jahren konstruieren, man könnte ihn dann nach und nach erweitern. Lange vermutete man einen solchen Dyson-Schwarm um den häufig diskutieren Stern KIC 8462852.

Schwarze Löcher

Eine potentielle Art zur Stromerzeugung für eine Zivilisation des Typs III wären Schwarze Löcher. Rotierende Schwarze Löcher könnten Zivilisationen für immer mit Energie versorgen oder aber auch als Bombe verwendet werden.

Einige Schwarze Löcher drehen sich Millionen Male pro Sekunde, taucht man in das Umfeld eines Schwarzen Loches ein, überträgt sich die Rotationsenergie auf das Raumschiff und es wird beschleunigt.

Es gibt aber auch die Möglichkeit, ein rotierendes Schwarzes Loch mit einem großen Spiegel zu umgeben, sowas wäre einfacher zu bauen als eine Dyson-Sphäre, denn Schwarze Löcher sind nur wenige Kilometer groß. Emittiert man dann etwas Strahlung wird diese innerhalb des Spiegels hin und her geworfen und durch die Rotation verstärkt.

Wir könnten die Energie durch Fenster abzapfen und zur Stromerzeugung nutzen, damit ließe sich die Menschheit für Millionen Jahre mit Strom versorgen – indem man den Spiegel geschlossen lässt, ließe sich aber auch eine riesige Bombe bauen. Das ist aber reine Science Fiction und steht selbst theoretisch auf wackeligen Beinen.

Fazit

Die wesentlichen Energiequellen, um zur Typ I-Zivilisation zu werden, sind bereits vorhanden und wir müssen sie schnellstens nutzen. Der Ausstieg aus den fossilen Brennstoffen muss unbedingt beschleunigt werden, der Kohleausstieg in Deutschland muss vor 2030 stattfinden.

Es gibt einige noch zu entwickelnde Energieformen, wenn sie an Netz gehen – gut, wenn nicht – auch nicht tragisch. Sich jedoch auf zukünftige Arten der Stromerzeugung zu verlassen, um die Klimakrise zu besiegen, ist fahrlässig und unsinnig. Ich persönlich möchte mein Überleben nicht von der Stabilität elektrischer Ströme in Plasma abhängig machen.

Die Stromerzeugung wird in Zukunft neue Dimensionen annehmen, in einigen Jahren oder Jahrzehnten werden viele Alltagsgegenstände selbst für ihre eigene Stromerzeugung zuständig sein. Um die Klimakrise zu lösen, müssen wir jedoch die aktuellen Methoden nutzen.

Ökostrom muss übrigens nicht teurer sein. Hier kann man sich vor einem Wechsel informieren. Und nicht vergessen, rechts den Regler auf “Nur Öko- und Klimatarife” zu stellen – kümmert euch gleich jetzt um nachhaltige Stromerzeugung.

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