KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

Am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena wurden erstmals mit Hilfe der Thermodynamik die natürlichen Grenzen erneuerbarer Energien und die möglichen Klimaauswirkungen bei deren Nutzung untersucht.

Sonnenergie ist die schonendste Energieform. Foto: Rainer Sturm / Pixelio

Die Analysen legen nahe, dass die Energie aus Wind und Wellen nur begrenzt verfügbar sein könnte und eine großflächige Nutzung dieser Energiequellen möglicherweise negativ auf deren Erzeugung durch das Klimasystem zurück wirkt. Auf Sonnenenergie basierende Energieumwandlungen könnten hingegen den zunehmenden menschlichen Energiebedarf auf der Erde langfristig und klimafreundlich abdecken.

Die Energieversorgung stellt eine der größten Herausforderungen für die Zukunft unserer Zivilisation dar. Während die klimaschonende Atomenergie ein Restrisiko ihrer Sicherheit erneut bestätigt, trägt die Verbrennung fossiler Brennstoffe unweigerlich zum Klimawandel bei. Alternative Energien aus natürlichen Quellen, wie Sonnen-, Wind – und Wellenenergie, sind hingegen risikoarm und werden als erneuerbar und klimafreundlich angesehen. Beide Aspekte, die Erneuerbarkeit und die Klimaverträglichkeit, wurden nun erstmals unter thermodynamischer Betrachtung des gesamten Erdsystems von Forschern des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena genauer untersucht.

Dr. Axel Kleidon, Leiter der unabhängigen Max-Planck-Forschungsgruppe „Biosphärische Theorie und Modellierung“, beruft sich auf die anerkannten Gesetze der Thermodynamik, einer etablierten physikalischen Theorie, um zwischen Wärmeenergie und sogenannter “Freier Energie” zu unterscheiden. „Nur die Freie Energie ist relevant für die Nutzung erneuerbarer Energien“, so Kleidon. Sie bezieht sich auf jenen Anteil einer Energieform, der genutzt werden kann, um physikalische Arbeit zu verrichten, wie zum Beispiel das Hochheben oder Beschleunigen einer Masse, aber auch für die Energieproduktion für die Menschheit. Die natürlichen Grenzen für die Erzeugung von Freier Energie aus natürlichen Quellen auf der Erde wurden bisher kaum beachtet und in der aktuellen Forschung zum Klimawandel und Erneuerbaren Energien stark vernachlässigt. Kleidon und seine Gruppe konnten berechnen, dass die Fähigkeit des Erdsystems, unterschiedliche Formen Freier Energie zu erzeugen, auf ungefähr 1.000 Terawatt begrenzt ist (1 Terawatt entspricht 10^12 Watt und ist eine Einheit für den Energieverbrauch). „Nur etwa 0,6 Prozent der immensen Energiemenge von etwa 160.000 Terawatt Sonnenenergie, die als Strahlung die Erde erreicht, kann also als Freie Energie genutzt werden“, bestätigt Kleidon die geringe Effizienz der Umwandlung von Sonnenstrahlung in Freie Energie. Vom Menschen werden derzeit nur maximal 50 Terawatt Freier Energie verbraucht.

Diese thermodynamische Sichtweise für die Nutzung erneuerbarer Energien beinhaltet auch, dass verschiedene Arten erneuerbarer Energien unterschiedlich stark begrenzt sind. Wellen werden im Wesentlichen durch Wind erzeugt; Wind entsteht indirekt durch Wärmegradienten und somit letztlich aus der Sonnenenergie. Durch die schlechte Energieumwandlung der Sonnenenergie und wegen ihrer Abhängigkeiten vom Klimasystem sind die erneuerbaren Energiequellen Wind und Wellen daher nur in begrenzter Stärke produzierbar. Ein deutlich erhöhter Verbrauch dieser Energieformen, im Rechenbeispiel durch eine 1000fache Aufstockung heute existierender Anlagen, könnte nicht aufgefüllt werden und in der Folge sogar zu Rückkopplungen mit dem Klimasystem der Erde führen. Der Verbrauch der begrenzten Wind- und Wellenenergie würde dann über das Klimasystem die Regeneration dieser Energieformen zusätzlich drosseln.

Deutlich besser sieht es bei der Nutzung von Solarenergie aus. Die pflanzliche Photosynthese oder auch Solarkraftwerke können das Sonnenlicht direkt nutzen, um Freie Energie zu produzieren. Trifft die Sonnenstrahlung hingegen ungehindert auf die Erde und erwärmt lediglich den Boden, so ist die Freie Energie der Sonnenergie größtenteils verschwendet. „Damit erhöhen die Photosynthese und Solarzellen die Gewinnung Freier Energie innerhalb des Erdsystems“, erläutert Kleidon. Entscheidend hierbei: nur etwa 5 % der als Freien Energie nutzbaren Sonnenenergie wird bisher vom Mensch verbraucht, es gibt also noch viel Spielraum, diese Energiequelle stärker zu nutzen.

Hintergrund-Informationen:

Das Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena erforscht die Kreisläufe essentieller Elemente, insbesondere Kohlenstoff, und ihre Wechselwirkungen zwischen der Biosphäre, der Atmosphäre, der Geosphäre und den Ozeanen. Die Forschungsarbeiten zielen auf die Erfassung der Stoffkreisläufe und ihre Bedeutung für das Klimasystem im globalen Maßstab und für große Zeitskalen. Bedingt durch die Vielseitigkeit des Fachgebietes arbeiten Physiker, Meteorologen, Geologen, Chemiker, Biologen und Mathematiker sehr eng zusammen.

Die unabhängige Max-Planck-Forschungsgruppe „Biosphärische Theorie und Modellierung“, die von Dr. Axel Kleidon geleitet wird, benutzt einen thermodynamischen Ansatz zur Beschreibung von Erdsystemprozessen. Die Forschungsarbeiten befassen sich mit erneuerbaren Energien, Biodiversität, planetärer Entwicklung und Prozessen der

Originalpublikationen:

L.M. Miller, F. Gans, & A. Kleidon, 2011: Estimating maximum global land surface wind power extract-ability and associated climatic consequences; Earth Syst. Dynam. 2. 1-12, doi: 10.5194/esd-2-1-2011.

A. Kleidon, 2011: How does the earth system generate and maintain thermodynamic disequilibrium and what does it imply for the future of the planet? Philosophical Transactions of the Royal Society (eingereicht), arXiv: 1103.2014v1.

Weitere Infos

Website der Forschungsgruppe “Biosphärische Theorie und Modellierung”

Bei der Novellierung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) muss aus Sicht des NABU der weitere Umbau unserer Stromversorgung vorangetrieben, aber auch die massiven Fehlentwicklungen im Bereich der energetischen Biomassenutzung korrigiert werden.

Energiemais zerstört die Landschaft – Foto: Thorben Wengert / Pixelio

So stieg allein die Anbaufläche für Energiemais innerhalb von sechs Jahren von 70.000 Hektar auf über 600.000 Hektar in 2010 an. „Die Förderung von Biogasanlagen über das EEG hat zur Ausweitung des Maisanbaus geführt, verbunden mit drastischen Auswirkungen auf das Landschaftsbild und den Naturhaushalt. Sie gilt damit als einer der Haupttreiber für den klimaschädlichen Umbruch von Grünland“, sagte NABU-Bundesgeschäftsführer Leif Miller. Ziel müsse sein, die Förderung von Energiepflanzen an klare Umweltauflagen zu koppeln und zugleich Reststoffe stärker zu berücksichtigen.

Der NABU schlägt vor, die Biogaserzeugung im künftigen EEG im Wesentlichen nur noch über zwei Instrumente zu steuern. Ein neu einzuführender Umweltbonus solle gezielt natur- und umweltverträglich erzeugte Anbaubiomasse wie Mischkulturen und Kleegras sowie Landschaftspflegematerial unterstützen. Mit einem Reststoffbonus würden neben Bioabfällen vor allem standortangepasste Anlagen zur Verwertung der Gülle in der Landwirtschaft gefördert. Im Gegenzug könnten der Bonus für nachwachsende Rohstoffe und weitere Zusatzvergütungen abgeschafft werden. „Nur wenn neben Klimaschutz und Versorgungssicherheit auch dem Natur- und Ressourcenschutz Rechnung getragen wird, kann eine breite Akzeptanz für erneuerbare Energien erhalten werden”, so Leif Miller.

Angesichts der zunehmenden Nutzungskonkurrenzen könne es nicht mehr darum gehen, immer mehr Biomasse zu verstromen. Die Stromeinspeisung sollte sich stärker auf die Zeiten konzentrieren, an denen Wind- und Solarenergie nicht ausreichend zur Verfügung stehen oder die Nachfrage besonders hoch ist. Dazu müssten entsprechende Lagerkapazitäten für die Rohstoffe, Biogasspeicher und zusätzliche Motorkapazitäten geschaffen werden. „Wir brauchen einen Paradigmenwechsel für eine bedarfsgerechte Nutzung der Biomasse zur Stromerzeugung, ohne dass dafür insgesamt wesentlich mehr Rohstoffe als heute verbraucht werden müssen“, forderte NABU-Bundesgeschäftsführer Miller.

Hintergrundpapier des NABU zur EEG-Novelle

Weltweit ist derzeit ein starker Ausbau der Kapazitäten von solarthermischen Kraftwerken zu beobachten.

50-MW-Parabolrinnen-Großkraftwerk im spanischen Andalusien- Foto: Fraunhofer

Bis dato werden diese Concentrated Solar Power (CSP)-Kraftwerke vor allem in Südeuropa und den USA errichtet, obwohl Nordafrika und der Mittlere Osten global das größte Anwendungspotenzial und damit die größten Chancen für diese Technologie aufweisen. Die Region kann in Zukunft wirtschaftlich sehr stark vom Aufbau von CSP- Kraftwerkskapazitäten profitieren, wie eine neue Studie von Fraunhofer ISE und Fraunhofer ISI im Auftrag der Weltbank herausgefunden hat. Gleichzeitig zeigen europäische Anlagenbauer und Technologielieferanten laut der Studienergebnisse großes Interesse und die Bereitschaft, sich in Nordafrika und den Ländern des Mittleren Ostens zu engagieren.

Hintergrund der Studie ist das Vorhaben des Clean Technology Fund (CTF) der Weltbank, die Entwicklung von solarthermischen Kraftwerken in den MENA (Middle East & North Africa)-Ländern zu fördern. Ein Investitionsprogramm soll helfen, neue Kraftwerke in der MENA-Region zu finanzieren, eine lokale CSP Industrie zu entwickeln sowie zusätzliche Investitionen anzuziehen und die MENA-Länder am weltweiten Ausbau der erneuerbaren Energien teilhaben zu lassen.

Der Erfolg und die Akzeptanz von solarthermischen Kraftwerksbauten in den fünf untersuchten Ländern (Ägypten, Algerien, Jordanien, Marokko und Tunesien) hängen stark von der Integration und Partizipation der lokalen Industrie ab. Die Studie »MENA Assessment of Local Manufacturing Potential for Concentrated Solar Power (CSP)-Projects« wurde vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI in Kooperation mit Ernst & Young erstellt. In Zusammenarbeit mit der Industrie in Nordafrika und Europa analysierten die Forscher die CSP-Wertschöpfungskette, die Produktionsprozesse für Kernkomponenten eines solarthermischen Kraftwerks sowie die Industriepotenziale in den MENA-Ländern. In einer Roadmap wird ein Aktionsplan zur Realisierung von lokalen Produktionskapazitäten aufgezeigt. Mario Ragwitz, der Leiter der Studie am Fraunhofer ISI unterstreicht, dass mit einem solchen Aktionsplan ein großes Potenzial lokaler Wertschöpfung und damit verbundener Umsätze und Arbeitsplätze erschlossen werden kann.

Laut der Studienergebnisse kann die lokale Wertschöpfung bei CSP Kraftwerken in der MENA-Region durchschnittlich bis zu 60 Prozent erreichen. Den Effekt durch lokale Wertschöpfung in der Region beziffert Christoph Kost, der Leiter der Studie am Fraunhofer ISE, auf 14,3 Mrd. US$, wenn eine nachhaltige, langfristige Nachfrage geschaffen wird. Bis 2025 können so 60 000 bis 80 000 neue, teils hoch qualifizierte permanente Arbeitsplätze in der MENA-Region entstehen. Damit profitieren die Länder vom Aufbau von Fertigungskapazitäten und umfangreichen Infrastrukturbauprojekten im Bereich erneuerbarer Energien, wenn sie ihre regionalen Vorteile ausschöpfen und Marktbarrieren abbauen. Auch die europäischen Anlagenbauer und Komponentenlieferanten sehen mittelfristig große Wachstumschancen in diesem Markt. Europa und MENA können so vom enormen Solarstrompotenzial der Region durch neue Absatzmärkte für die Unternehmen beider Kontinente Nutzen ziehen.

Die Studienergebnisse wurden Ende September in Kairo dem ägyptischen Energieminister vorgelegt und in einem Workshop mit über 120 lokalen und internationalen Industrievertretern, Regierungsrepräsentanten aus den fünf Zielländern und Projektpartnern präsentiert und diskutiert.

Die beteiligten Fraunhofer-Institute haben 2009 das Fraunhofer-Center für Renewable Energy Innovation Policy RENIP gegründet, mit dem Ziel die Erfahrungen des Fraunhofer ISI bei Systemanalysen und Innovationsforschung und die breite Technologieexpertise des Fraunhofer ISE im Bereich Erneuerbare Energien für detaillierte Technologie- und Wirtschaftlichkeitsanalysen zu bündeln.

Ganz klimafreundlich, nämlich mit zehn Transportfahrrädern, transportierten Aktivisten von Greenpeace jetzt 40 Kisten voller Unterschriften zum Bundestag in Berlin.

Die Menschen wollen die Energiewende – Foto: Rainer Sturm / Pixelio

363.867 Bürger unterstützen mit ihrer Signatur, dass der Klimaschutz in die Verfassung aufgenommen wird.
Die Aktivisten übergeben die Unterschriften und eine entsprechende Petition der Vizepräsidentin des Bundestages, Katrin Göring-Eckhardt, und der Vorsitzenden des Petitionsausschusses, Kersten Steinke. Am Donnerstag soll der Bundestag das Energiekonzept der Bundesregierung verabschieden.

Das wichtigste Argument der Petition liegt in der großen Gefahr, die der Klimawandel für die Lebensgrundlagen der Menschheit darstellt. Der Klimaschutz ist daher nicht eine Staatsaufgabe unter vielen, sondern muss als übergeordnetes, verbindliches Ziel in der Verfassung genannt werden. Damit wäre eine effektive Klimapolitik Pflicht für die deutsche Regierung – auch unabhängig von internationalen Abkommen.

“Auch wenn der Klimawandel ein globales Problem ist, muss jeder einzelne Staat als Teil der weltweiten Gefahrengemeinschaft Verantwortung dafür übernehmen”, stellt der Rechtsanwalt Michael Günther fest. “Dazu wäre die Aufnahme des Klimaschutzes als Staatsziel in das Grundgesetz ein wichtiger Schritt.” Greenpeace fordert außerdem, dass der Klimaschutz auch in die UN-Charta aufgenommen werden soll.

Greenpeace sammelte die 363.867 Unterschriften in einer bundesweiten Unterschriftenaktion seit April 2007. Die Petition werden Bürger nach ihrer Annahme durch den Petitionsausschuss sechs Wochen lang online mitzeichnen können. Sie wird dann auf der Petitionen-Webseite des Bundestages zu finden sein.

Im neuen Energiekonzept der Regierung ist Klimaschutz Nebensache. Stefan Krug, Leiter der Politischen Vertretung von Greenpeace in Berlin, erklärt: “Vor allem die Verlängerung der Laufzeiten für Atomkraftwerke blockiert den Umstieg der deutschen Energieversorgung auf erneuerbare Energien.” Dabei haben die Erneuerbaren Energien große Potentiale. So zeigt eine neue Studie von Greenpeace International und dem Europäischen Photovoltaik-Industrieverband, dass die Sonnenenergie immer wirtschaftlicher wird.

“In weniger als fünf Jahren werden die Stromerzeugungskosten von Solardächern auf das Niveau heutiger Haushaltsstrompreise sinken”, erläutert Krug. “Photovoltaik steht kurz vor dem Durchbruch zur Wettbewerbsfähigkeit. Mit ihrem Energiekonzept setzt die schwarz-gelbe Regierung Deutschlands bisherige Spitzenrolle bei den erneuerbaren Energien leichtfertig aufs Spiel.”

Vor Beginn des Umwelthauptstadt-Jahres 2011 erhält die Hamburger Politik Aufwind in Sachen Klimaschutz und erneuerbare Energien.

Hamburger wollen mehr Erneuerbare Energien und auch mehr dafür zahlen – Foto: Dagmar Struß

In einer repräsentativen Studie des Competence Center für Erneuerbare Energien und Energieeffizienz (CC4E) der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg (HAW Hamburg) bekannten sich 87 Prozent der Hamburger zum unbedingten Ausbau der erneuerbaren Energien. Die Studie wurde von Prof. Werner Beba im Juni / Juli 2010 im Rahmen eines studentischen Projekts realisiert und jetzt ausgewertet.
Insgesamt wurden für diese Studie 400 Bürger/innen befragt. 92 Prozent der Bürger halten die Klimaschonung und die Verringerung des CO2-Ausstoßes für die bedeutendste Eigenschaft der erneuerbaren Energien. Vor dem Hintergrund der aktuellen Kernkraft-Debatte ist maßgeblich, dass 86 Prozent der Hamburger die erneuerbaren Energien als Energiequellen mit geringen Gefahren und Risiken sehen. Dass erneuerbare Energien einen Beitrag zur Energieversorgung leisten können, halten 83 Prozent der Befragten für realistisch – eine Bestätigung der energiepolitischen Ziele der Bundesregierung.

Wirtschaftskraft der erneuerbaren Energien: 76 Prozent sagen, dass diese Branche neue Arbeitsplätze schafft – eine wichtige Aussage vor dem Hintergrund des neu gegründeten Clusters Erneuerbare Energien in Hamburg. Wind- und Solarenergie werden als die zentralen und bedeutendsten Energieträger angesehen. Hierfür wünschen sich die Bürger auch die stärkste Förderung (88 beziehungsweise 94 Prozent).

Fast 70 Prozent der Bürger wären bereit, mehr Geld für Energie aus erneuerbaren Quellen zu zahlen, falls der Anteil erneuerbarer Energien deutlich steigt. 25 Prozent der Befragten würden bis 5 Euro pro Monat zusätzlich bezahlen, weitere 25 Prozent sogar bis zu 10 Euro. Sogar 20 Euro mehr, würden weitere 16 Prozent der Hamburger monatlich ausgeben wollen.

“Allerdings zeichnen sich auch deutliche Informationsdefizite bei den Bürgern ab, die es zu beseitigen gilt, wenn der Ausbau der Erneuerbaren gemeinsam mit den Bürgern und deren Unterstützung realisiert werden soll. Die Bedeutung der Solarenergie wird meist hinsichtlich der Arbeitsmarkt-Potenziale sowie des Beitrags zur Energieversorgung überschätzt.”, sagt Prof. Werner Beba. Zwar fühlen sich 67 Prozent der Befragten über erneuerbare Energien gut informiert, 30 bis 80 Prozent halten sich bei einzelnen Energiearten für nicht informiert. Die Studie zeigt ferner: Besonders große Informationsdefizite sind bei Bioenergie und Geothermie feststellbar. In Hinblick auf die genannte Zahlungsbereitschaft der Bürger, zeigt die Studie, dass insbesondere der Informationsstand eine wichtige Rolle spielt. Befragte, die sich bereits aktiv informiert haben, wären zu fast 70 Prozent bereit, Mehrzahlungen zwischen 5 und 20 Euro zu leisten. Aber auch weniger gut informierte Bürger wären zu knapp 60 Prozent bereit, mehr zu bezahlen in der Höhe von 5 Euro.

Competence Center für Erneuerbare Energien und Energieeffizienz (CC4E) der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg

Die letzte Runde der Klimaverhandlungen vor dem nächsten UN-Klimagipfel in Cancun hat nach Einschätzung von Germanwatch nur bescheidene Ergebnisse gebracht.

Klimawandelfolgen entwickeln sich rasant, während die Verhandlungen immer noch stocken – (c) Dieter Schütz / Pixelio

In den Verhandlungspakten zu Anpassung, Technologie, zum Regenwaldschutz und zum Finanzfonds gab es Fortschritte. Und Entscheidungen dazu scheinen in Cancun im Dezember möglich. Bei den zentralen Knackpunkten der Verhandlungen jedoch gab es weitgehende Blockaden.

Es zeigte sich, dass viele Industrieländer davor zurückscheuen, sich zu einer zweiten Periode des rechtlich verbindlichen Kyoto-Protokolls zu verpflichten. Für die US-Regierung kommt dies aufgrund der innerstaatlichen Debatte nicht in Frage. Kanada, Japan und Russland wollen sich jedoch nicht ein zweites Mal ohne USA verbindlich verpflichten. Hinzu kommt, dass die Reduktionsziele, die die Industrieländer akzeptieren wollen, nicht vereinbar sind mit dem international akzeptierten Ziel, den globalen Temperaturanstieg auf weniger als zwei Grad zu begrenzen. Hierfür müssten sich ihre Reduktionsziele für das Jahr 2020 auf mindestens 25 bis 40 Prozent belaufen, bislang belaufen sie sich jedoch zusammengenommen nur auf 15 Prozent. “Es ist zentral, dass die Industrieländer die Lücke zwischen dem notwendigen Klimaziel und ihren Verpflichtungen anerkennen und sich bereiterklären vor 2015 diese Lücke zu schließen,” erklärt Christoph Bals, Politischer Geschäftsführer von Germanwatch.

Vor diesem Hintergrund der “großen Flucht aus dem Kyoto-Protokoll” blockiert ein Teil der Entwicklungs- und Schwellenländer die Verhandlungen über ihren eigenen Verpflichtungen – bis die Industrieländer bereit sind, sich zur zweiten Verpflichtungsperiode von Kyoto zu bekennen. “Es ist kurios, dass China einer der Staaten ist, die besonders vehement diese Blockade vorantreiben.” kommentiert Bals. Denn die Verhandlungen bis hin zum Klimagipfel in Kopenhagen haben bei kaum einem anderen Staat mehr an Klimaschutz in Bewegung gesetzt als in China. Fast die Hälfte der weltweit im letzten Jahr neu gebauten Anlagen für Erneuerbare Energien – 39 Gigawatt – wurden in China installiert. Tausende von Unternehmen und Kraftwerken wurden in den letzten Monaten geschlossen, weil sie zu viele Emissionen ausstoßen. Gerade hat die Internationale Arbeitsorganisation ILO eine Studie veröffentlicht, nach der bis zum Jahr 2020 etwa 30 Millionen neue grüne Jobs in China entstehen könnten. Obwohl sich das Land national rechtlich verbindliche Regeln gegeben hat und weitere vorbereitet, will China bisher strikt vermeiden, sich international rechtlich dazu zu verpflichten und international überprüfen zu lassen. “Es wird höchste Zeit, dass China Wege sucht, die nationale Klimaschutz-Dynamik in internationale Verhandlungs-Dynamik zu übersetzen”, fordert Bals.

Mexiko als die kommende Präsidentschaft des Klimagipfels im Dezember, Südafrika als Präsidentschaft des Nachfolgegipfels Ende 2011 und Brasilien als Gastgeber des Rio-plus-20-Gipfel 2012 müssen in den kommenden Wochen ein weiteres Ministertreffen Anfang November vorbereiten. Dort wird vermutlich die Vorentscheidung fallen, ob die gegenseitige Blockade bis Cancun wenigstens teilweise aufgelöst werden kann. Nach Einschätzung von Germanwatch kann hierbei ohne ein gesteigertes Engagement von Europa kein Erfolg erzielt werden. “Die Rolle der EU dabei ist entscheidend, da die USA für eine Führungsrolle ausfällt”, so Bals.

Eine besondere Art Windkraftwerk steht im Mittelpunkt der Internationalen Konferenz SCPT 2010 – Solar Chimney Power Technology, die zur Zeit an der Uni Bochum stattfindet.

Aufwindkraftwerke – Energiequellen der Zukunft? – Abbildung: Krzysztof Blachnicki / Wikipedia

Gedacht für die Wüsten der Welt besteht es aus einem kilometergroßen, flach ansteigenden Glasdach, unter dem die Sonne die Luft erhitzt, die dann durch einen kilometerhohen Turm abfließt und dabei Turbinen antreibt. Machbar ist alles bis 1.500 Meter Turmhöhe, haben die Ingenieure errechnet.
Jetzt geht es darum, die Stromkosten zu optimieren. Konkurrenzfähig mit Kohle-, Öl-, Gas- und Kernenergie sind die Aufwindkraftwerke allemal, da die Baukosten geringer und die Lebensdauer mit über 100 Jahren doppelt so lang ist.

Stromimport aus Afrika

„Die zukünftige Stromversorgung Europas ist nur mit umweltschonenden und regenerativen Technologien möglich“, sind die Ingenieure überzeugt. Diese Notwendigkeit hat die Erzeugung von Solarstrom in den Wüsten Nordafrikas und Arabiens (MENA-Staaten) und den Stromtransport nach Europa zu einem aktuellen Thema gemacht. So hat das deutsche Wüstenstrom-Projekt DESERTEC Konkurrenz bekommen, denn auch Frankreich plant mit seinem Projekt TRANSGREEN den Import von solarem Wüstenstrom.

Windkraftwerk mit Sonnenkraft

Die solare Aufwindtechnologie – Solar Chimney Power Technology – ist dabei eine interessante Option. Die Sonne erhitzt die Luft unter einem gigantischen Glasdach über idealerweise dunklem Boden. Die heiße, leichte Luft will nach oben entweichen und muss dabei den Weg durch einen sehr hohen Kamin nehmen. Auf ihrem Weg treibt sie Turbinen an und erzeugt so Strom. „Im Grunde handelt es sich somit um ein Windkraftwerk, angetrieben von einer solar erzeugten Luftströmung“, erläutert Prof. Dr.-Ing. Hans-Jürgen Niemann, emeritierter Inhaber des Lehrstuhls für Windingenieurwesen und Strömungsmechanik der RUB. Die Hauptbestandteile der benötigten Baustoffe – Beton und Glas – sind in allen Wüsten der Erde vorhanden.

Konkurrenzfähig mit Kohle- und Atomstrom

Die Technik dieser Kraftwerke ist robust und weitgehend wartungsfrei, die Entwurfs-Lebensdauer von über 100 Jahren garantiert niedrige Stromgestehungskosten. „Die Kilowattstunde Strom könnte in den ersten 25 Jahren, in denen die Baukosten wieder hereinkommen müssen, etwa 12 bis 18 Cent abhängig von der Größe des Aufwindkraftwerks kosten, danach nur noch rund zwei Cent“, schätzt Prof. Niemann. „Damit ist der Preis absolut konkurrenzfähig mit Kernkraft- und Kohlestrom, die je unter fünf bzw. unter sieben Cent pro Kilowattstunde liegen.“ Die Baukosten für ein Aufwindkraftwerk mit einem 500-Meter-Turm, einem Kollektor von ca. zwei Kilometern Durchmesser und einer Leistung von etwa 20 Megawatt schätzt er auf rund 150 bis 200 Mio. Euro. Zum Vergleich: Der Bau eines Kohlekraftwerks mit 1.200 Megawatt Leistung kostet rund 1,2 Mrd. Euro, die Lebensdauer beträgt etwa 50 Jahre.

Brackwasserentsalzung als Nebenprodukt

Ein weiterer Pluspunkt des Aufwindkraftwerks: Es benötigt kein Wasser zur Stromerzeugung. Ganz im Gegenteil, es kann sogar der Brackwasserentsalzung dienen. In großen Tanks unter der Glasfläche des Kollektors kann man Brackwasser erhitzen und verdampfen, so dass es das Salz zurücklässt – eine Wasserentsalzung als Nebeneffekt. Die Wassertanks wiederum wirken positiv auf die Stromerzeugung zurück. Denn das Wasser speichert die Wärme der Sonne länger als der Boden, so dass die Turbinen selbst nach Einbruch der Dunkelheit noch weiter Strom „on demand“ erzeugen können.

Auch Landwirtschaft unterm Dach

Die Außenbereiche der Kollektoren – die Glasfläche steigt bei einem großen Aufwindkraftwerk mit einem Kollektordurchmesser von fünf bis sieben Kilometern und einer Turmhöhe von 1.500 Metern von etwa fünf Metern am äußeren Rand bis ca. 25 Meter nahe des Turms an – bieten außerdem beste klimatische Bedingungen für eine landwirtschaftliche Nutzung. „Insgesamt sind diese Kraftwerke Entwicklungsprojekte zur Eindämmung der Wüsten“, fasst Prof. Niemann zusammen. „Es entsteht eine typische Win-Win-Situation, welche die Bedürfnisse der Erzeugerländer mit denen der Stromimporteure zu einem Optimum kombiniert.“

Optimale Lösung für jeden Standort

Aktuelle Aufgabe der Forscher ist es, die jeweils günstigste Kraftwerkslösung für einen Standort zu errechnen. Die Größe des Kollektors muss der Höhe des Turms angepasst werden, auch die Höhe des Glases über dem Boden ist eine Stellschraube. Bei einem 1.500-Meter-Turm misst der Kollektor im Durchmesser ca. fünf bis sieben Kilometer, bei einem 500-Meter-Turm etwa einen Kilometer. Konkrete Bauvorhaben für Aufwindkraftwerke gibt es derzeit nicht, „es wäre schön, wenn man recht bald ein Projekt mit 500-Meter Turm realisieren würde, um Erfahrungen mit dem Bau zu sammeln“, wünscht sich Prof. Niemann.

Tagung mit Gästen aus fünf Kontinenten

Die Tagung richtet die Ruhr-Universität in Partnerschaft mit der Bergischen Universität Wuppertal aus. Rund 40 Vortragende aus fünf Kontinenten sind zu Gast. Auf einer abschließenden Podiumsdiskussion zwischen hochrangigen Experten geht es um Vor- und Nachteile dieser Technologie im Vergleich zu anderen Energiekonzepten.

Die Website zum Solar Chimney Projekt

Am Tag der Energie (25.09.2010) öffnen 500 Forschungseinrichtungen, Hochschulen, Museen und Unternehmen in ganz Deutschland ihre Pforten.

Die Eisblockwette ist eines der zentralen Ereignisse in Berlin am 25.09.- Foto: BmBF

Besonders Kinder und Jugendliche können viel über die heutige und künftige Nutzung der Energie erfahren – beim Experimentieren und in Gesprächen mit Expertinnen und Experten, bei Museumsführungen, Kraftwerksbesichtigungen, Kinoabenden und der „langen Nacht der Wissenschaft“, bei Vorträgen, Bürgerforen, Experimenten, interaktiven Ausstellungen und Schülerlaboren.

„Überall in Deutschland wird für eine nachhaltige und sichere Energieversorgung geforscht. Wir haben ganz klar das Ziel vor Augen, das Zeitalter der erneuerbaren Energien zu erreichen und damit die Versorgung unseres Landes weltweit zur umweltverträglichsten und effizientesten zu machen“, sagte Georg Schütte, Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung im Vorfeld des bundesweiten Tages der Energie.

In Kooperation mit dem 37. real-BERLIN-Marathon und dem Wissenschaftsjahr Berlin findet in der Hauptstadt ein besonderer Höhepunkt statt: Auf dem Potsdamer Platz wird der Eisblock enthüllt, der dort seit einem Monat gut gedämmt in einer lilafarbenen Box steht. Damit wird auch die Wette aufgelöst, an der sich Bürgerinnen und Bürger seit Ende August beteiligen konnten: Wie viel Eis ist noch übrig? Darüber hinaus öffnen Stationen der Ausstellung „Entdeckungen 2010: Energie“ der Stiftung Lindauer Nobelpreisträgertreffen und der Mainau GmbH. Von der Energiegewinnung aus Biomasse bis zur Solarenergie zeigt die BMBF-geförderte Ausstellung, die im Sommer dieses Jahres bereits die Besucher der Mainau begeisterte, woher die Energie der Zukunft kommt. Um Solarenergie geht es sowohl beim BMBF-VDE-Wettbewerb „SolarMobil Deutschland“, bei dem 40 Schülerteams mit selbstgebauten Solarfahrzeugen gegeneinander antreten, als auch im VDE-Schülerlabor „E-LAB Live“, in dem Jugendliche Solarkugeln löten. Bei einem Rundgang kann man eine „Energiereise“ bei der Mitmachausstellung ScienceStation von Wissenschaft im Dialog und der Deutschen Bahn unternehmen und einen Überblick über das Thema Energie für Kinder in der Ausstellung des größten französischen Energieforschungszentrums CEA bekommen.
Staatssekretär Schütte übergibt gemeinsam mit dem E.On-Vorstand Prof. Klaus-Dieter Maubach in Berlin die Solarforschungspreise des E.ON Research Award 2010 und trifft sich mit hochrangigen brasilianischen Wissenschaftlern im Rahmen des deutsch-brasilianischen Wissenschaftsjahres.

Einen Blick hinter die Kulissen der Energieforschung gewährt das Karlsruher Institut für Technologie (KIT): Ein Modell zeigt, wie aus Stroh, Holzresten oder Zuckerrohrabfällen Kraftstoff gemacht wird. Das Programm aus Live-Experimenten, Institutsbesichtigungen, Vorträgen und zahlreichen Mitmachaktionen – wie einer Forscher-Rallye für Kinder und Jugendliche – wird durch die Ehrung der Sieger des großen KIT-Energiequiz gekrönt.
Kindern und Familien wird in Bonn einiges geboten: So lädt Schulen ans Netz e.V. in das Deutsche Museum Bonn ein, wo Forschernachwuchs nicht nur lernt und bastelt, sondern in der „Energie-Schmiede“ eine „Energie-Skulptur“ erschaffen wird. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft richtet ebenfalls in Bonn einen Gesprächsabend mit namhaften Expertinnen und Experten zu Energiepolitik und Energieforschungsansätzen aus.

In Baden-Württemberg öffnen 14 Kraftwerken der EnBW ihre Tore und führen ihren Besuchern vor, wie aus Wasser, Geothermie, Sonne, Kohle oder Kernkraft Strom und Fernwärme gewonnen wird.

Im Wissenschaftspark Potsdam-Golm zeigen zwei Max-Planck-Institute und andere Partner, woraus grüne Kohle besteht. Kleine Entdecker werden zum Beispiel an Mitmach-Stationen mit einem Wissenschaftler-Diplom ausgezeichnet.

Im Wissenschafts- und Technologiepark Berlin-Adlershof öffnen 26 Institute und Unternehmen ihre Labore und Produktionsstätten. Solarmodule selber herstellen, Elektrofahrzeuge auf Parcours testen, Laserblitze dirigieren, dies und mehr können Interessierte ausprobieren.

Der Tag der Energie ist der Höhepunkt im Wissenschaftsjahr 2010 – Die Zukunft der Ener-gie. Das Wissenschaftsjahr Energie ist eine Initiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, von Wissenschaft im Dialog und der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren.

Website zur Zukunft der Energie im Wissenschaftsjahr 2010