Freitag, 07. August 2020

SYSTEMSTUDIEN REGENERATIVE ENERGIEN

 
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ENERGIEWIRTSCHAFT UND REGENERATIVE ENERGIEN.
 
Mit dem Begriff Energiewirtschaft bezeichnet man die gesamte Infrastruktur, die notwendig ist, um die Energieversorgung sicherzustellen.
Dazu gehört die Erschließung von Energiequellen, die Energiegewinnung, die Energiespeicherung, der Energietransport, die Energieumwandlung und der Energiehandel.
 
Aus der Weltraumperspektive gesehen gibt es als primäre Basis jeder Energiewirtschaft drei prinzipiell verfügbare Energiequellen, aus der alle anderen Energieträger durch Umwandlung entstehen: Solarstrahlung, Gravitation und Eigenwärme der Planeten. Die Hintergrundstrahlung als theoretische vierte Quelle ist energiewirtschaftlich nicht nutzbar. Die Hintergrundstrahlung ist jede elektromagnetische Strahlung, die durch Sterne, Pulsare, Quasare, etc. in den Tiefen des Universums entsteht und von außen zu unserem Sonnensystem geschickt wird.
 
Die Solarstrahlung entsteht durch Kernfusion in der Sonne. Sie ermöglicht das Leben auf unserem Planeten Erde und ist die mit weitem Abstand größte nutzbare Energiequelle im Sonnensystem. Deshalb wird in der Kernphysik versucht, diese Energiequelle in Form einer technisch realisierten Kernfusion auf der Erde nutzbar zu machen. Die physikalischen und technischen Probleme dazu sind jedoch zum größten Teil noch nicht gelöst, so dass diese Energiequelle in absehbarer Zeit nicht zur Verfügung steht oder zumindest sehr ungewiss ist.
 
Die Gravitation, verursacht durch die Masse der Himmelskörper, läßt sich nutzen, weil der Mond die Erde umkreist. Dadurch entsteht z.B. Ebbe und Flut mit der Möglichkeit, in Gezeitenkraftwerken Energie zu gewinnen.
 
 
 
 
Die Eigenwärme der Erde entsteht hauptsächlich durch Radioaktivität im Erdinnern. Diese Wärme läßt sich z. B. geothermisch nutzen.
 
Im Bild sind die drei nutzbaren primären Energiequellen und die daraus entstehenden regenerativen und fossilen Energieformen bzw. Energieträger dargestellt.
1. Durch die Kernfusion in der Sonne entsteht elektromagnetische Energie in Form von Strahlung, die sich direkt und indirekt nutzen läßt.
Die direkte Nutzung der Strahlung geschieht bei der Solarenergie durch Umsetzung von Sonnenlicht in Strom oder Wärme. Die indirekte Nutzung der Strahlung bei Wind, Wasserkraft und Geothermie geschieht durch Absorption, d.h. durch Aufnahme und Umwandlung der Strahlung in Wärme. Durch die erwärmte Luft entsteht Wind, der in Windkraftanlagen in Strom umgewandelt wird. Erwärmtes Wasser verdunstet und bildet Wolken, die abregnen. So entstehen Bäche und Flüsse, in die man Wasserkraftwerke einbauen kann. Bei der Geothermie durch Sonnenstrahlung werden die oberen Bodenschichten erwärmt. Diese gespeicherte Wärme wird durch Wärmepumpen und Erdregister genutzt. Die indirekte Nutzung der Strahlung bei Biomasse geschieht durch Photosynthese in den Pflanzen. Der am meisten genutzte dabei entstehende Energieträger ist Holz.
2. Durch die Radioaktivität im Erdinneren entsteht Wärme, die über Geothermie auf verschiedene Art nutzbar ist.
3. Durch die Gravitationskräfte zwischen Erde und Mond entsteht kinetische Energie, welche die Atmosphäre und die Weltmeere bewegt. Die bewegte Atmosphäre liefert einen kleinen Beitrag zur Windenergie. Aus der Bewegung des Meerwassers als Ebbe und Flut wird in Gezeitenkraftwerken Strom gewonnen.
 
Aus den drei primären Energiequellen im Sonnensystem entstehen also zuerst mit unterschiedlichen Anteilen (grüne Pfeile) die regenerativen Energien, was deren dauerhafte Verfügbarkeit ausmacht im Gegensatz zu den fossilen Energieträgern. Die fossilen Energieträger Kohle, Erdöl, Erdgas und sonstige Ablagerungen sind in Millionen Jahren durch geologische Prozesse aus Biomasse entstanden und in der Erdkruste gespeichert. Das macht ihre Knappheit aus. Diese Energieträger sind die heute überwiegend genutzten Energiequellen.
 
Gleichzeitig sind diese fossilen Energieträger oft auch Rohstoffe z.B. für die chemische Industrie.
 
Einen Sonderfall stellt das Element Uran dar, das in Kernkraftwerken zur Stromerzeugung genutzt wird. Es ist eines der radioaktiven Elemente, die für die Eigenwärme der Erde sorgen und wird in Bergwerken abgebaut. In Kernkraftwerken wird die radioaktive Energie in Wärme umgewandelt und daraus Strom erzeugt. Dies ist eigentlich ein technologischer Umweg. Der direkte Weg wäre, die Energie aus Kernkraft wie bei den anderen radioaktiven Elementen über Geothermie direkt aus dem Erdinnern zu gewinnen.
 
 
 
Notwendigkeit von Systemstudien zu regenerativen Energien.
 
Träger der Energiewirtschaft in Deutschland sind vorrangig die Erdölindustrie, der Kohlebergbau sowie die Elektrizitätsversorgung, Gaswirtschaft und Fernwärmewirtschaft.
 
Die Struktur dieser Energiewirtschaft hat sich seit Beginn der Industrialisierung an der Verwendung der fossilen Energieträger orientiert. Wegen der Verknappung dieser Energieträger und deren ökologischen Nebenwirkungen steht eine grundlegende Umstrukturierung in Richtung Nutzung der regenerativen Energien an.
 
Zu diesem Themenbereich sind parallel zu und verzahnt mit den Arbeiten im Bereich Systemtechnik, ökologisches Bauen sowie Nutzfahrzeugtechnik im Laufe der Zeit eine Reihe von Kurz-Studien entstanden. Sie werden gerade aktualisiert und sollen nach und nach auf dieser Internetseite als PDF-Dokumente verfügbar gemacht werden.
 
Diese Systemstudien waren notwendig, um zusätzlich Bewertungskriterien für die ökologische Qualität der betrachteten Strukturen zu gewinnen. Insbesondere sind sie wesentlich für das richtige Setzen von Prioritäten, was im folgenden kurz dargestellt wird.

 
Zur Priorität des Umstiegs auf regenerative Energien gegenüber Energiesparen und Energieeffizienz.
 
Der Umstieg auf regenerative Energien wird in der Regel in einem Atemzug genannt mit Energiesparen und Energieeffizienz. Es ist zu hinterfragen, ob das richtig ist.
 
 Dazu eine provokative Frage vorab:
 
Welches Heizungssystem ist aus ökologischen Gesichtspunkten besser:
a) Eine auf 100% regenerativen Strombezug umgestellte Nachtspeicherheizung in einem ungedämmten Altbau oder 
b) eine auf niedrigen Energieverbrauch optimierte Erdgas-Brennwertheizung in einem auf heutigen Neubaustandard sanierten Altbau?
 
Ziel ist, die oben angedeuteten, ökologisch schädlichen Nebenwirkungen der Energiewirtschaft zu minimieren. Diese Nebenwirkungen sind bei der Nutzung von regenerativen Energien vernachlässigbar klein gegenüber der Nutzung von fossilen und atomaren Energieträgern. Der Unterschied ist so groß, dass sich das gleiche Maß an Nebenwirkungsfreiheit durch Einsparungen und Effizienzsteigerungen bei fossilen und atomaren Energieträgern bei Weitem nicht erreichen läßt. Also erreicht man das Ziel bei gleichem Ressourceneinsatz am schnellsten und besten durch den bloßen Umstieg auf regenerative Energien. Dies ist im obigen Beispiel beim Heizungssystem aus a) der Fall.
 
Woher kommt dann das häufig gehörte Argument, man müsse zuerst Energie einsparen und für mehr Effizienz sorgen, bevor man regenerative Energien verwendet oder es zumindest gleichzeitig tun? Dies geht historisch zurück auf grobe Fehleinschätzungen, was die Verwendung regenerativer Energien angeht. Aus den 1970er bis 1990er Jahren und sogar noch nach 2000 gibt es reihenweise falsche Potenzialstudien und Entwicklungsszenarien zu regenerativen Energien. Beides, Potenziale und Entwicklungsgeschwindigkeit, wurden weit unterschätzt. 
 
Eine Zusammenstellung falscher Studien ist unter 
http://www.unendlich-viel-energie.de/de/strom/detailansicht/article/166/prognosen-zu-erneuerbaren-energien-kurzgutachten.html
oder  hier zu finden:
 
 
Eine nach heutigen Erkenntnissen realistische Potenzialabschätzung ist im Energiewenderechner des SFV als Datenbank hinterlegt (www.energiewenderechner.de). Und selbst diese Werte sind in den meisten Fällen noch übervorsichtig niedrig angesetzt.
 
Die Folge der Fehleinschätzungen war, dass sich die Meinung durchsetzte, man könne den Umstieg auf regenerative Energien ohne Sparen entweder von der benötigten Energiemenge, von der nötigen Umsetzungsgeschwindigkeit oder von den Kosten her nicht bewältigen. 
Alles drei hat sich inzwischen als falsch herausgestellt. Und trotzdem wird in Politik und Wirtschaft, teilweise auch noch im wissenschaftlichen Bereich, mit den falschen Studien argumentiert.

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