Ich will ja niemanden aufschrecken….

Ich habe mich ja mit der Energiesituation schon einige Male beschäftigt und vor allem durch einige Zahlenbeispiele mal aufschrecken wollen. Doch ich denke es ist mal an der Zeit, es konkret zu sagen: Innerhalb der BRD werden wir nie mit regenerativen Energien unseren heutigen Energieverbrauch decken. Inspiriert hat mich dazu die neueste Folge von Fernsehkritik.tv. In dieser wird den Öffentlich-Rechtlichen unterstellt, sie würden politisch motiviert darstellen, dass man mit Solarenergie 60 % des Energiebedarfs decken könnte. Das ist nicht das was ich kenne. Zwar ist das Thema derzeit en vogue, aber die Berichte die ich kenne, sprechen eine andere Sprache, sie plädieren für einen Stromverbund, Solarkraftwerke in Spanien und Afrika und sie haben ein Hybridfahrzeug mit einem konventionellen Fahrzeug verglichen und der Hybrid hatte einen höheren Spritverbrauch. Aber ich schaue auch keine Diskussionsendungen und Verbraucherberatungssendungen an, die als Beispiel gezeigt wurden.

Tatsache ist: Der Verbrauch an Primärenergie betrug 2006 4018 Milliarden kWh. Das sind pro Bundesbürger 48814 kWh. Das ist nicht ihr Stromverbrauch, es ist die gesamte Energie die sie verbrauchen: Heizung, Benzin, Strom, Energie zur Produktion von Produkten. Man könnte es auch in MJ berechnen. Das ist die Ausgangslage. Wer es genauer anschauen will, findet es aufgeschlüsselt nach Energiequellen auf der Seite im Link.

Natürlich weiß ich, dass regenerative Energien nicht mit fossilen Energien vergleichbar sind. So können Solarzellen Strom direkt erzeugen, während Kraftwerke einen schlechten Wirkungsgrad bei der Umwandlung haben. Dafür hat man andere Probleme, wie die Speicherung von Energie, da die Sonne im Winter kaum scheint, wir dann aber viel Energie zur Heizung brauchen. Wir müssen die Energie transportieren, wir müssen fossile Stoffe ersetzen, z.B. Benzin durch Wasserstoff, wobei Umwandlungsverluste entstehen. In der Summe denke ich, brauchen wir wahrscheinlich sogar mehr Primärenergie, wegen der Verluste beim umwandeln und Speichern.

Aber gehen wir von 48814 kWh aus. Durchschnittlich beträgt die Sonneneinstrahlung in der BRD etwa 1200 kWh pro m. Das reduziert sich bei einer Dachneigung von 45 Grad auf 800 kWh/m die nutzbar sind. Nimmt man einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 15 % bei Solarzellen aus, so erzeugt eine Solarzelle von den 800 kWh Sonneinstrahlung 120 kWh elektrische Energie. Für die 48814 KWh die pro Person entfallen, muss man also Solarzellen auf einer Fläche von 400 m installieren. Das macht klar, dass es so nicht geht. Zum einen ist die Fläche 10-40 mal größer, als die nutzbare Dachfläche eines typischen Einfamilienhauses (von Hochhäusern ganz zu schweigen). Vor allem sind die Investitionskosten enorm hoch. Eine 1 kWp Anlage liefert etwa 800 kWh pro Jahr und kostet 22000 Euro. Davon müsste jeder Bundesbürger 60 aufstellen oder 1.32 Millionen Euro in Solarzellen investieren!

Damit ist klar, es geht so nicht. Über die Unmöglichkeit mit Biomasse unseren Energieverbrauch zu decken, habe ich schon mal geschrieben, es reicht nicht mal für das Benzin und Diesel. Aber rechnen wir mal nach: Riesen Chinaschilf ist eine der Pflanzen mit den höchsten Hektarerträgen. Bei 20 t im Durchschnitt pro Hektor und einem Heizwert von 18.1 MJ/kg liefert ein Hektar einen Energiegehalt von 100.000 kWh, also nur 10 kWh pro Quadratmeter. (Anstatt 120 bei der Photovoltaik), dafür betragen aber die Investitionskosten nicht einige Tausend Euro. Nehmen wir an wir pflastern 50 % unserer Fläche damit voll (das sind 178000 km oder 17.8 Millionen Hektar), so liefert das 1780 Milliarden KWh. Das ist nicht ganz die Hälfte des heutigen Energiebedarfs. So geht es also auch nicht.

Was gibt es noch? Windenergie kann einen Teil des Stroms liefern, Geothermie Heizung, aber selbst optimistische Rechnungen von einer Bedarfsdeckung im unteren zweistelligen Prozentbereich (10-15 %) bei vollem Ausbau aus.

Was bleibt? Sonnenenergie kann man auch anders nutzen. Nicht mit Solarzellen, sondern um Wärme zu erzeugen. Es gibt dazu mehrere Technologien, die man in zwei Gruppen einteilen kann. Entweder man bündelt die Energie auf einen Punkt in einem Turmkraftwerk und erreicht dort sehr hohe Temperaturen, oder man bündelt die Energie nur auf einem kleinen Gebiet und erhitzt damit ein Medium wie z.B. bei einem Parabolrefelktor, der im Brennpunkt die Luft erhitzt. in beiden Fällen hat man eine Anlage die ein heißes Medium nutzt und beim Abkühlen Energie gewinnt. Diese Maschinen arbeiten nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik und der ist ganz einfach definiert nach:

Wirkungsgrad = 1 – (Tmin / Tmax)

Beispiel: Luft wird von 20 Grad auf 100 Grad erhitzt (293 bzw. 373 K)

Wirkungsgrad = 1 – (293/373) = 0.214

Das bedeutet, je höher die erreichbare Temperatur ist, desto höher der Wirkungsgrad und desto mehr Energie kann gewonnen werden. Das ist der wesentliche Grund warum Solarkraftwerke vor allem in sonnenreichen, heißen Gegenden gebaut werden sollten und Deutschland dazu sehr ungeeignet ist (mal abgesehen von den Kosten pro Quadratmeter Land, die auch bezahlt werden müssten). Bei Solarzellen steigt die Ausbeute recht linear, bei thermischen Kraftwerken erreicht man eine viel höhere Arbeitstemperatur, so dass der Gewinn erheblich höher ist. Die Kosten pro Quadratemer sind auch geringer als bei Solarzellen. Vor allem aber ist es eine Technologie, die viel besser geeignet ist für einen Elektrizitätsversorger als Solarzellen, die eine typische dezentrale Energiequelle sind.

Trotzdem wir werden alle nicht am Energiesparen vorbeikommen. Am Pullover im Winter im Zimmer, an den öffentlichen Verkehrsmitteln oder noch wahrscheinlicher dem Fahrrad und die Flugreisen werden sicherlich in einigen Jahrzehnten genauso exklusiv sein wie vor einigen Jahrzehnten. Zuletzt noch etwas zu dem zweiten Punkt von Fernsehkritik.tv. Dort wird bemängelt es gäbe keine wissenschaftlichen Beweis, dass der Anstieg des Kohlendioxids für die Klimaveränderung verantwortlich ist. Ich weiß nicht ob der Moderator verstanden hat, wie ein wissenschaftlicher Beweis definiert ist. Bei der Klimaveränderung wird es diesen nicht geben, solange man nicht die Erde mehrfach über einige Jahrzehnte unter verschiedenen Kohlendioxidkonzentrationen gesetzt hat und dazu andere Parameter wie die Sonneneinstrahlung variiert hat. Wissenschaftliche Beweise sind äußerst schwierig zu erbringen. Doch das ist nicht notwendig, bei den meisten Theorien die man heute hat, reicht es auch genügend Fakten zu haben, welche die Modelle stützen. Oder meint wirklich jemand Neutronen wären blaue kleine Punkte, die mit roten Punkten, wie in einer Brombeere in einem Atomkern sitzen- Das ist nur eine Vorstellung wie wir uns Atomkerne vorstellen – sie reicht aber aus bestimmte Phänomene zu erklären.

Natürlich wird unser Klima nicht nur vom Kohlendioxid geprägt und vor allem ist der Zusammenhang nicht linear. Es gab in der Vergangenheit auch Klimaschwankungen, durch Variationen im Sonnenfleckenzyklus, aber es gibt auch historische Daten, die deutlich einen Zusammenhang mit dem Kohlendioxidgehalt und den Temperaturen zu dieser Zeit gab: Aber es ist im Prinzip auch egal. Tatsache ist: Es gibt niemand der behauptet. dass steigende Kohlendioxidgehalte die Temperaturen senken. Und es gibt niemanden der behauptet, das sich fossile Brennstoffe von alleine vermehren. Alleine schon deswegen sollte man den Verbrauch reduzieren so weit es geht.

Die Abbildung für heute: Der Zusammenhang zwischen Temperatur und Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre:

Temperatur und Kohlendioxid
P.S.: Das ist der 300.ste Artikel im WordPress Blog.

2 thoughts on “Ich will ja niemanden aufschrecken….

  1. Auch wenn ich mit der Schlussfolgerung von dem Blog übereinstimme, muss ich folgende Aussagen korrigieren. Bei der durchschnittliche Sonneneinstrahlung pro Quadratmeter sind die geometrischen Faktoren bereits berücksichtigt. Die Sonne steht im Verlauf des Jahres mal höher mal tiefer am Horizont. Gerade aus diesem Grunde wird eine Dachneigung von 45° bevorzugt, dabei dieser die Energieausbeute am höchsten ist. Am Äquator zum Beispiel würde Solarzellen nicht unter dem Winkel von 45° aufgestellt, sondern sie würden flach auf dem Dach liegen.

    Der zweite problematische Punkt ist, dass bei der Solar Nutzung nur auf Fotovoltaik eingegangen wird, wobei bei dem Energieverbrauch die gesamte Energiemenge also auch Die Wärmemenge berücksichtigt wird.

    Das Problem der Energie Substitution wird wesentlich kleiner, wenn bekannte und bereits vorhandene Energiesparmaßnahmen durchgeführt werden. Es gab bereits 1998 ein viersitziges Auto mit einem Energieverbrauch von 3 l pro 100 km. Auch der Bedarf an Wärmeenergie kann durch einfache bauliche Maßnahmen mindestens halbiert werden.

    Da ich zurzeit zur Miete wohnen, habe ich nur geringe Möglichkeiten den Energieverbrauch der Wohnung zu reduzieren. Ich habe zum Beispiel Isolierfolie vor die schlechten Fenster geklebt, und diese mit einfachen billigen Schaumstoffstreifen abgedichtet. Es gibt halt immer noch schlechte Bausubstanz in Deutschland, und das nicht zu knapp, da der Vermieter ja nicht für die Heizkosten zuständig ist, sondern sie auf den Mieter umsetzen kann. Wenn die alte Bausubstanz energetisch modernisiert würde, dann hätte es einen weit durchschlagenderen Effekt, als das Aufstellen von 1000 Windkraftanlagen.

  2. Zur Photovoltaik und Solarthermie: In Südspanien hat man den doppelten durschnittlichen Strahlungsertrag pro Quadratmeter gegenüber Deutschland. Jegliche Kraftwerke sollten also dort (und ausschließlich dort) als EU-Projekt forciert werden. Es ist immerhin EU-Gebiet.

    Nochmal zur Photovoltaik: Solarmodule sollten auf minimale Rücklaufzeit statt auf Wirkungsgrad optimiert werden. Die Rücklaufzeit ist die Zeit, bis das Solarmodul wieder die Energie zurückgegeben hat, die für seine Herstellung benötigt wurde.
    Optimierung auf Wirkungsgrad ist nur für (Raum)Fahrzeuge sinnvoll.

    Zur Heizung: Die Kombination von Passivhaus und verbrennungsmotor-betriebener Wärmepumpe-BHKW-Kombi (Öl oder Gas) würde den Heizenergieverbrauch um 90% senken.
    Aber BHKW sind dezentrale Versorgungsformen und sind bei unseren mächtigen Energieoligopolisten nicht erwünscht.

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