UNTERRICHTSMATERIAL FÜR: Wirtschaftskunde Biologie Technik Berufsorientierung - SCHOOLGAMES
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e u e r b a r e
Ern
EN E R G I E N
UNTERRICHTSMATERIAL FÜR:
Wirtschaftskunde
Biologie
Technik
Berufsorientierung
EINLEITUNG
INHALT
Informationsblätter 3
Informationsblatt 1: Was ist Energie? 4
Informationsblatt 2: Was sind Erneuerbare Energien? 6
Informationsblatt 3: Windenergie 7
Informationsblatt 4: Offshore-Windparks 10
Informationsblatt 5: Solarenergie 14
Informationsblatt 6: Wasserkraft 17
Informationsblatt 7: Bio-Energie 20
Informationsblatt 8: Geothermie 22
Informationsblatt 9: Energiewende 24
Informationsblatt 10: Herausforderung und Zukunft der Erneuerbaren Energien 25
Informationsblatt 11: Strompreis 26
Informationsblatt 12: Berufe im Bereich Erneuerbare Energien 27
Arbeitsblätter 31
Arbeitsblatt 1: Erneuerbare Energien 32
Arbeitsblatt 2: Arten von Erneuerbaren Energien 34
Arbeitsblatt 3: Windenergie 36
Arbeitsblatt 4: Solarenergie 38
Arbeitsblatt 5: Wasserkraft 39
Arbeitsblatt 6: Erneuerbare Energien 40
Arbeitsblatt 7: Energiewende 41
Arbeitsblatt 8: Herausforderung und Zukunft der Erneuerbaren Energien 42
Ausbildung bei E.ON SE 45
Stichwortverzeichnis 46
1
EINLEITUNG
Abbildung: Weg zur Erneuerbaren Energie © pixabay
Vorbemerkung
Im Folgenden wird aus Gründen der Vereinfachung und besseren Lesbarkeit auf die gleich
zeitige Verwendung männlicher und weiblicher Sprachformen verzichtet. Sämtliche Per
sonenbezeichnungen gelten gleichermaßen für männliche und weibliche Personen, beide
Geschlechter sind damit angesprochen und gemeint.
2
INFORMATIONSBLÄTTER
Abbildung: Windrad im Schwarzwald © pixabay
INFORMATIONSBLÄTTER
Abbildung: Braunkohle Tagebau in Niederlausitz © pixabay
INFORMATIONSBLATT 1
WAS IST ENERGIE?
Das Wort Energie stammt aus dem Griechischen. Für Energie gilt ein wichtiges Naturgesetz. Es lautet:
Grob übersetzt heißt es: „Die Fähigkeit, Arbeit zu „Energie kann weder erzeugt noch vernichtet,
verrichten“. Wissenschaftler formulieren es so: sondern ausschließlich in andere Energieformen
„Energie macht es möglich, eine Sache gegen umgewandelt werden.“ Dieses Naturgesetz ist
einen Widerstand zu bewegen, zum Beispiel ein auch bekannt unter dem „Ersten Hauptsatz der
Auto.“ Thermodynamik“ oder auch „Energieerhaltungs-
Die physikalische Einheit für Energie lautet „Joule“, satz“.
kurz „J“.
Energie stammt also nicht aus dem Nichts und
Leistung beschreibt, wie viel Energie pro Zeitein geht auch nicht verloren. In der Summe bleibt die
heit umgesetzt wird. Die physikalische Einheit für Energiemenge immer gleich. Wenn wir Energie
Leistung heißt „Watt“, kurz „W“. aber für unsere Zwecke eingesetzt haben, ist sie
Ein Watt entspricht einem Joule pro Sekunde. danach entwertet, also verbraucht.
4 Als Kopiervorlage freigegeben. freyspiel GmbH 2017, Graz
INFORMATIONSBLÄTTER
Umwandler Quellenergie Zielenergie
Turbine Wind / Wasser kinetische Energie mechanische Energie
Generator mechanische Energie elektrische Energie
Verbrennung Öl chemische Energie thermische Energie
Sonnenkollektor Strahlungsenergie thermische Energie
Solaranlage Strahlungsenergie elektrische Energie
Kraftwerk mehrere Umwandlungen = Umwandlungskette
Tabelle: Quellenergie und Zielenergie verschiedener Produktionsformen
Verschiedene Energieformen Stromlieferanten in Deutschland im Jahr 2015
• Energie aus Wind und Wasser (Bewegungs- Mehr als die Hälfte des Stroms in Deutschland
energie) = kinetische Energie wurde im Jahr 2015 mit den fossilen Energie-
• das Licht der Sonne = Strahlungsenergie trägern Braunkohle (24,0 %), Steinkohle (18,2 %)
• Energie aus Kohle = Wärmeenergie und Erdgas (8,8 %) erzeugt.
• Energie aus Brennstoffen = chemische Energie Fossile Energieträger stammen aus dem Erdinneren.
• Energie aus einem Kernkraftwerk = Kernenergie Sie sind in Millionen von Jahren aus Biomasse
• Strom = elektrische Energie entstanden, die nicht verrottet ist.
Kernenergie, die durch Kernspaltung gewonnen
Wie bereits erwähnt, muss Energie umgewandelt wird, macht 14,1 % vom Mix aus.
werden, bevor wir sie nutzen können. Bei einer Die Erneuerbaren Energien steuerten 2015 30,0 %
Umwandlung gibt es aber immer Verluste. Sie bei, wobei ein Großteil (13,3 %) aus Windenergie
können je nach Energieform größer oder kleiner stammt.
ausfallen.
Grafik: Bruttostromerzeugung in Deutschland 2016 in TWh; vorläufige Zahlen,
z. T. geschätzt; ** regenerativer Anteil; Stand: März 2017 © AG Energiebilanzen
Als Kopiervorlage freigegeben. freyspiel GmbH 2017, Graz 5
INFORMATIONSBLÄTTER
INFORMATIONSBLATT 2
WAS SIND ERNEUERBARE
ENERGIEN?
Bis vor wenigen Jahren stammte der Strom in nach diesem Gesetz einen festgelegten Betrag
Deutschland fast nur aus Kernenergie und fossilen oder Zuschuss („Einspeisevergütung“), wenn sie
Quellen (Kohle, Gas, Öl). Doch die benötigten Strom aus erneuerbaren Energiequellen in das
Rohstoffe für diese Art der Energiegewinnung öffentliche Netz einspeisen.
sind begrenzt und die Kohlekraftwerke erzeugen
große Mengen an Kohlendioxid, das für die Können Erneuerbare Energien genug Strom
Erderwärmung verantwortlich ist. Deshalb sollen liefern?
die alternativen Energien in Zukunft eine viel Sonne, Wind und Erdwärme könnten uns theo-
größere Rolle spielen. retisch jeden Tag mehr Energie liefern, als wir
nutzen können. Rund 113.000 Milliarden Kilo
wattstunden benötigen die Menschen weltweit
pro Jahr. Die Sonne liefert täglich das 9000-fache
des Weltenergiebedarfs. Auch mit der Erdwärme
könnten wir alle Fernseher, Heizungen und Elek
troautos antreiben: 3.000 bis 7.000 Meter unter
der Erde ist in Deutschland genügend geothermi
sche Energie vorhanden, um uns für etwa 10.000
Jahre mit Strom und Wärme zu versorgen. Doch
leider können wir all diese Energiequellen noch
Abbildung: Weg in die Zukunft © pixabay nicht vollständig für uns nutzen. Bisher reichen
Alternative oder Erneuerbare Energien sind uner Windräder, Wasserkraft, Solar-, Bioenergie- oder
schöpflich. Wind treibt Rotoren an, die daraus Geothermie-Anlagen nicht aus, um so viel Strom,
Strom erzeugen. Solarzellen wandeln Sonnen Wärme und Kraftstoff zu liefern, wie wir in un
strahlen um. Wasserkraftwerke nutzen Strömungen serem Alltag brauchen. Es müssen noch viele
von Flüssen und Stauseen. In Biomasseanlagen weitere solcher Anlagen entstehen, um den ge
wird aus zerfallenen Pflanzen Energie. samten Energiebedarf für Deutschland zu de
Die Umstellung von konventioneller zu Erneuer cken. Und auch der Netzausbau hält noch nicht
barer Energie ist eine große Aufgabe, zumal der Schritt. Deshalb werden auch in den kommenden
Energieverbrauch weltweit steigt. Die großen Jahrzehnten noch Kohlekraftwerke und – bis
Energieversorger arbeiten an der Herausforderung, 2022 – Kernkraftwerke einspringen, wenn der
möglichst viel Strom aus Erneuerbaren Energien Wind nicht weht oder die Sonne nicht scheint.
zu gewinnen und neue Quellen zu entdecken.
Auch der Staat mischt kräftig mit. Er fördert die Erneuerbare Energien haben viele Namen. Sie
Umstellung auf Energie aus Wind, Sonne, werden auch alternative Energien, regenerative
Wasser, Biomasse und Erdwärme. Eine dieser Energien oder Renewables genannt. In Verbindung
Fördermaßnahmen ist das sogenannte „Erneuer mit der Stromerzeugung fällt manchmal der Begriff
bare-Energien-Gesetz“. Stromerzeuger erhalten „Ökostrom“.
6 Als Kopiervorlage freigegeben. freyspiel GmbH 2017, Graz
INFORMATIONSBLÄTTER
Abbildung: Windturbinen © pixabay
INFORMATIONSBLATT 3
WINDENERGIE
Beim Vormarsch der alternativen Energien in um Mehl zu mahlen. Die Erzeugung von Strom
Deutschland spielt die Windkraft eine zentrale durch Windrotoren in nennenswertem Maße ist
Rolle. Das hat verschiedene Gründe: Zum einen jedoch erst seit der Ölkrise in den 1970er-Jahren
ist Wind überall in Deutschland verfügbar. Besonders in der Bundesrepublik ein Thema.
in höheren Lagen und vor der deutschen Küste
liefern Windrotoren große Energiemengen. Zum Die ältesten Windmühlen der Welt gibt es im Iran.
anderen handelt es sich um eine fortschrittliche Diese sind noch immer in Betrieb. Ein Video dazu
Technologie. Schon seit Jahrzehnten arbeiten gibt es auf YouTube:
Experten an immer besseren Anlagen. Die deut
sche Industrie zählt zu den führenden der Welt,
Video:
viele Arbeitsplätze sind hier bereits entstanden.
Älteste Windmühlen der Welt
Jetzt YouTube-Video starten!
Energie aus Wind wurde in Deutschland schon
https://youtu.be/vNp2C8IWOKY
vor vielen Jahrhunderten genutzt, zum Beispiel
Als Kopiervorlage freigegeben. freyspiel GmbH 2017, Graz 7
INFORMATIONSBLÄTTER
Aber was ist Wind eigentlich? Wind entsteht, weil Die Stromerzeugung mit Nutzung von Windkraft
es nicht überall gleich warm oder gleich kalt ist, wächst in Deutschland seit Jahren in rasantem
denn die Sonnenstrahlen haben es zum Äquator Tempo. Hat es im Jahr 2000 noch weniger als
nicht so weit wie nach Deutschland. 10.000 Windräder gegeben, so waren Ende 2015
Auch Land und Meer heizen sich unterschiedlich schon mehr als 26.000 Windräder mit einer
schnell auf. Durch das Erhitzen dehnt sich die Gesamtleistung von mehr als 44 Gigawatt am
Luft über dem Festland aus. Sie wird leichter und Netz. Sie lieferten eine unvorstellbar große Menge
steigt dadurch nach oben. Kühlere Luftmassen Strom: Die Windräder zwischen Nordsee und
vom Meer strömen nach. Diese Bewegungen Alpen erzeugten insgesamt 85,4 Milliarden Kilo
bezeichnen wir als Wind. wattstunden. Das ist mehr, als alle Privathaushalte
in Berlin in 10 Jahren verbrauchen.
Die meisten Windenergieanlagen sind ähnlich
aufgebaut. Sie bestehen aus einem Fundament,
einem Turm und einem Maschinenhaus, der
sogenannten Gondel. Der Turm ist bei neuen
Anlagen 100 Meter hoch oder höher. Nur so
können die Rotorblätter den kräftigen Wind in
den höheren Luftschichten ausnutzen. An der
Gondel sind der Rotor und die Rotorblätter befestigt,
die sich im Wind drehen. Im Inneren der Gondel
befindet sich ein Generator, der den Strom er
zeugt. Damit die Rotorblätter sich drehen und
Strom liefern können, müssen sie immer frontal Abbildung: Windrad im Schwarzwald © pixabay
zum Wind stehen. Da der Wind aber nicht immer
aus einer Richtung weht, ist die Gondel drehbar. Weltweit waren im selben Jahr Windkraftanlagen
Standard-Anlagen haben drei Flügel. Die Rotor mit einer Gesamtleistung von 396,9 Gigawatt
blätter bestehen aus mit Glasfaser verstärktem installiert. Davon wurden 142 Gigawatt in Asien,
Kunststoff und aus Stahl, wodurch jedes Blatt 134 Gigawatt in Europa und 86 Gigawatt in den
etwa 4 Tonnen wiegt. Der Turm einer Anlage kann USA erzeugt.
sogar Hunderte Tonnen wiegen.
Konstante und hohe Windgeschwindigkeiten sind
Wie funktioniert das genau? sehr wichtig für die Wirtschaftlichkeit der Wind
Bei einer Windkraftanlage funktioniert die Strom- parks. Nicht an jeder Stelle lohnt sich eine solche
erzeugung ähnlich wie ein Dynamo am Fahrrad: Anlage. Wer nach einem geeigneten Standort
Windböen treiben den Rotor an. Seine Blätter sucht, kann einen speziellen Mast aufstellen, mit
sind am Ende einer Rotornabe befestigt. Die dessen Hilfe über einen längeren Zeitraum die
Drehbewegung des Rotors wird über ein Getriebe Windverhältnisse und vieles mehr gemessen wer
an den Generator weitergegeben. Der Generator den können. Man kann häufig auch auf spezielle
dreht sich, wodurch elektrische Energie entsteht. Karten zurückgreifen. Sie stützen sich auf Daten
Über den Netzanschluss im Fundament fließt die aus der Wetterbeobachtung – etwa zu der Wind
Energie dann in die Stromnetze. Es gibt Wind- stärke und der Windrichtung. Diese Daten wer
turbinen, die 7,5 Megawatt und mehr erzeugen den genutzt, um Langzeitprognosen zu erstellen,
können. Wie viel es tatsächlich ist, hängt nicht nur die eine Entscheidung für oder gegen einen
von der Auslegung der Anlage, sondern auch Standort erleichtern. Dabei wird bei den Standorten
vom Standort und natürlich von der Wind- an Land von Onshore- und bei Standorten im
geschwindigkeit ab. Meer von Offshore-Windparks gesprochen.
8 Als Kopiervorlage freigegeben. freyspiel GmbH 2017, GrazINFORMATIONSBLÄTTER
Aber auch andere Faktoren spielen bei der Wind auf dem Meer auch beständiger als an
Kosten-Nutzen-Rechnung für Stromgewinnung Land. Hinzu kommt, dass die Kosten für Bau und
durch Windkraft eine große Rolle: Welche Instandhaltung einer Offshore-Windanlage seit
jährliche Strommenge kann die Windturbine Jahren stetig sinken, so dass auf lange Sicht
erzielen? Wie hoch sind die Kosten für Installation, gesehen die Offshore-Windenergie konkurrenz-
Betrieb und Wartung? Wie lange dauert es, bis die fähiger sein wird.
Investitionen wieder eingefahren sind? Sind
bereits Verteilnetze vorhanden? In Europa könnte die Erschließung von Windenergie
über neue Windparks auf See einer der wichtigsten
Die Kosten für die Stromerzeugung sind bei Faktoren sein, um die CO2-Emissionen bei der
Offshore-Windanlagen höher als bei Onshore- Stromgewinnung zu senken, weil der Wind dort
Anlagen, da die Untergrundbefestigung, die Elektro- kräftig und stetig weht. Um die Ziele der Euro-
Verbindungen zum Festland und auch das Material päischen Union zu erreichen – bis 2030 sollen
selbst (es muss dem zersetzenden Meeresklima 30 %, bis 2050 sogar 50 % des Strombedarfs
standhalten) wesentlich teurer sind, als es bei aus Windenergie stammen – müssen hohe Inves-
Windanlagen auf dem Land der Fall ist. Offshore- titionen in Stromleitungen, Verbindungen und
Windgeschwindigkeiten sind dafür aber deutlich weitere Infrastruktur getätigt werden.
höher und damit ergiebiger. Außerdem weht der
Vorteile der Windenergie Nachteile der Windenergie
Windkraftanlagen geben kein Kohlenstoffdioxid Anwohner stören sich in erster Linie an der
bei der Stromherstellung ab. Es entstehen keine Geräuschentwicklung der Rotoren. Naturschützer
Abgase, die klimaschädlich sind, und auch kein sehen sowohl im Lärm als auch in den rotie
radioaktiver Abfall. Boden, Grundwasser, Flüsse renden Blättern eine Gefahr für Vögel. Ein tech
oder Meere werden nicht verschmutzt. Der nischer Kritikpunkt jedoch ist, dass der Wind
Wasserverbrauch ist gering – das könnte ein mal stärker, mal schwächer und mal gar nicht
wichtiger Faktor sein, wenn in Zukunft die weht. Deswegen müssen momentan noch
Wasserknappheit zunimmt. Eine Windturbine andere Energieträger, oft konventionelle Kraft
produziert 40 bis 80 Mal mehr Strom, als zu werke, einspringen, um Schwankungen auszu
ihrer eigenen Herstellung benötigt wird. gleichen. Zukünftig werden zunehmend auch
erneuerbare Energieträger diese Aufgabe über
nehmen können, wenn sie zum Beispiel tech
nisch in der Lage sind, große Mengen Energie
zu speichern und an windschwachen Tagen
wieder ins Netz einzuspeisen. Auch können
gute Prognosen zur Windleistung die Leistung
der Windparks teilweise schon Tage im Voraus
abschätzen.
Als Kopiervorlage freigegeben. freyspiel GmbH 2017, Graz 9INFORMATIONSBLÄTTER
Abbildung: Offshore Windpark © pixabay
INFORMATIONSBLATT 4
OFFSHORE-WINDPARKS
Viele Kilometer vor der Küste werden Türme mit die Hoffnungsträger der Energiewende, denn die
Windrädern im Meeresboden verankert und müssen steife Brise verspricht satte und zuverlässige
ungeheuren Kräften standhalten, denn Wind und Ausbeute. Fast 800 Anlagen mit einer Gesamt-
Wellen kommen auf See fast nie zur Ruhe. Doch leistung von 3.294,9 Megawatt waren 2015 am
genau das macht den Standort so attraktiv: Auf Netz. Sie produzierten in dem Jahr mehr als 8
dem Meer weht ein stetiger Wind, der mithilfe der Terawattstunden Strom. Dies entspricht dem
Turbinen in Strom umgewandelt wird. Mitten auf Strombedarf von mehr als 2 Millionen Haushalten.
See werden die vielen Megawatt aber nicht ge Die Anlagen in der Nordsee, die am weitesten
braucht. Sie werden deshalb über lange Leitungen draußen sind, stehen rund 90 Kilometer vom
zum Festland gebracht und dort in das Stromnetz Festland entfernt. In der Ostsee beträgt die größte
geleitet. Am Ende kommt der Strom direkt beim Entfernung zur Küste gut 30 Kilometer.
Verbraucher in der Steckdose an. Eine genaue
Planung und viel Know-how sind erforderlich, um Eines der neuesten Projekte ist der Offshore-
das alles umzusetzen. Windpark Amrumbank West des Energie-
Windparks im Meer vor der deutschen Küste sind versorgers E.ON. Das Windparkgebiet nördlich
10 Als Kopiervorlage freigegeben. freyspiel GmbH 2017, GrazINFORMATIONSBLÄTTER
von Helgoland erstreckt sich über eine Fläche von günstiger werden die Bauarbeiten. Erst nach all
etwa 34 Quadratkilometern. Das entspricht der diesen Untersuchungen wird entschieden, ob die
Größe von etwa 5000 Fußballfeldern. 80 Windräder Anlage gebaut wird.
drehen sich dort. Ihre Turbinen erzeugen zusammen
eine Leistung von 288 Megawatt. Mit der erzeugten
Die Windanlagen sind voneinander
Energie können bis zu 300.000 Haushalte ver
zwischen 600 und 800 Meter entfernt.
sorgt und jährlich mehr als 740.000 Tonnen CO2
So viel Platz brauchen die Windräder,
eingespart werden. Um so ein Megaprojekt ans
um bestmöglich arbeiten zu können.
Netz zu bringen, bedarf es einer jahrelangen
Die Drehbewegung der Blätter erzeugt
Planung.
nämlich Strömungsfelder. Wenn die An-
lagen zu nahe zusammen stehen, beein-
Das geht schon mit der Festlegung eines
trächtigen sie sich gegenseitig. Es kann
geeigneten Standortes los. Denn auch das Meer
dann nicht so viel Strom erzeugt werden.
ist kein rechtsfreier Raum. Das Wattenmeer vor
Schleswig-Holstein und Niedersachsen ist offizielles
Weltnaturerbe. Ein ganz entscheidender Schritt ist die Veranke
rung auf dem Meeresgrund. Die Anlagen müssen
Der Raum nahe der Küste ist daher tabu. Und je ein zuverlässiges Fundament besitzen, das zudem
weiter man sich vom Festland entfernt, desto tiefer Wind und Wellen lange standhalten muss. Beim
wird das Wasser. Auf hoher See herrschen extreme Bau des Windparks Amrumbank West haben
Bedingungen. Stürme, hohe Wellen, schlechtes sich die Planer für sogenannte Monopiles
Wetter und die Entfernung zur Küste stellen entschieden. Das sind riesige Rohre. Sie werden
Herausforderungen für Mensch und Material dar. mithilfe von Spezialschiffen hinausgebracht und
Das gilt bereits beim Bau. Deswegen ist ein in den Meeresboden gerammt. Das geht aber nur
Offshore-Windpark in Planung, Bau und Betrieb bei gutem Wetter: „Sowohl für den Bau, als auch
deutlich teurer als ein Windpark an Land, aller für den Betrieb müssen wir windruhige Tage
dings ist die Ausbeute auch höher. haben“, erklärt Frank Scholtka, Offshore-Experte
Der Aufbau eines Offshore-Windparks wird immer bei E.ON. „Denn nur dann kann das Schiff aus
in mehreren Schritten geplant. Energiekonzerne, fahren und das Team sicher arbeiten.“
die so ein Mammut-Projekt umsetzen, haben
schon Jahre vor dem Baubeginn viel zu tun: Sie Das Bauschiff wird auf dem Grund aufgesetzt.
benötigen Genehmigungen von Behörden, Danach wird das Fundament mit Hilfe des Krans
müssen Finanzierungsfragen klären und brauchen ins Wasser gelassen und mit einem speziellen
kompetente Partner, die sie beim Bau unterstützen. Hammer in den Boden gerammt. „Darauf kommt
Dazu gehören auch die Zulieferer, die Turbinen- ein Verbindungsstück, das aus dem Wasser
hersteller, Netzbetreiber und Behörden. herausragt“, sagt Scholtka. „Darauf wiederum
Umweltgutachten müssen erbracht werden, um wird dann der Turm gesetzt, an dessen Ende die
sicherzustellen, dass Tiere und Pflanzen durch Gondel und die drei Flügel befestigt werden.“ Das
die Errichtung eines Windparks nicht gefährdet ganze Material muss mit dem Schiff transportiert
werden. Ganz wichtig sind auch meteorologische werden. „Je nach Schiff werden Teile für verschie
Messungen. Energieversorger wie E.ON müssen dene Turbinen transportiert und Stück für Stück
vorher berechnen, wie viel Strom an dieser Stelle zusammengesetzt.“
im Meer gewonnen werden kann, denn wie wirt
schaftlich ein Windpark arbeitet, hängt vor allem Der Aufbau einer einzelnen Anlage kann Stunden
von den Windverhältnissen ab. Gut zu wissen ist oder auch Tage dauern. „Die eigentliche Bauphase
auch, wie tief das Wasser rund um den geplanten dauert ein bis eineinhalb Jahre”, sagt Frank
Windpark ist. Denn je flacher die See, desto Scholtka, Offshore-Experte bei E.ON. „Es kommt
Als Kopiervorlage freigegeben. freyspiel GmbH 2017, Graz 11INFORMATIONSBLÄTTER
darauf an, in welchem Land sie sich befinden, wie Doch mit dem Bau ist die Arbeit an den Anlagen
groß der Windpark ist und wie die Wetterbe- nicht abgeschlossen. Sie müssen nun regelmäßig
dingungen sind. Es kann passieren, dass sie zwei gewartet und repariert werden, damit sie viele
Monate länger bauen, wenn sie sehr schlechtes Jahre funktionieren und Strom erzeugen. Die
Wetter haben. Es kann aber auch passieren, dass Arbeit auf dem Meer ist für die Service-Techniker
sie sehr gutes Wetter haben und der Windpark ein echtes Abenteuer. Mit dem Schiff gelangen
früher als geplant fertig gestellt wird.” sie zu den Windturbinen, manchmal auch per
Hubschrauber. Ein aufregender Job, für den nicht
Ein langes Kabel auf dem Meeresgrund verbindet jeder geeignet ist. „Man braucht eine gewisse
die Turbinen untereinander und führt zu einer Um Seefestigkeit”, sagt Frank Scholtka. Er war selbst
spannplattform mitten auf dem Meer. Das Kabel schon oft draußen. „Die Leute fahren morgens –
verläuft mindestens eineinhalb Meter unter dem je nach Wetter – ein bis eineinhalb Stunden mit
Meeresgrund. Um es zu verlegen, bieten sich dem Schiff. Man fängt mit der Sicherheitseinwei
spezielle Techniken an. Es gibt zum Beispiel sung an, klärt Formalitäten und geht dann an
Schiffe, die mit Wasserdruck dafür einen Graben Bord.” Bis zu 24 Männer und Frauen passen auf
in den Meeresboden einpflügen. das Boot.
Das Kabel führt zum Festland. Es endet aber Das Schiff fährt jede Windturbine einzeln an. „Die
nicht an der Küste, sondern führt an Land noch Techniker springen auf das ‚Go‘ des Kapitäns auf
45 Kilometer weiter. Noch auf See passiert der die Plattform”, sagt Scholtka. Und dann geht es
Strom ein Umspannwerk, wo er von 33 auf 155 nach oben: 120 Meter ragen die Blätter der
Kilovolt hochtransformiert wird. Von dort fließt er – stählernen Giganten der Amrumbank West in den
ebenfalls noch in der Nordsee – zu einer Konverter- Himmel. Die Gondel erreicht man auf etwa 90
plattform, wo er schließlich von Dreh- in Gleich Metern Höhe über eine Art Aufzug – oder man
strom umgewandelt wird, damit es weniger muss klettern. Sicherheit ist hier oberstes Gebot.
Reibungsverluste beim Transport gibt. Über eine Deshalb tragen die Arbeiter eine Schutzaus-
Landleitung geht es dann zum Netzver- rüstung mit Helm und sichern sich an einer
knüpfungspunkt Büttel bei Hamburg. speziellen Schiene in der Mitte der Leiter. Wer
Abbildung: Offshore-Windturbine © pixabay
12 Als Kopiervorlage freigegeben. freyspiel GmbH 2017, GrazINFORMATIONSBLÄTTER
ausrutscht, wird aufgefangen. „Dann kann man Sie haben möglicherweise das Potenzial, Kern
Sprosse für Sprosse hochklettern”, erklärt der kraft und Braunkohle als Sockel der Strom-
Experte. „Das ist bei 90 Metern schon sehr produktion abzulösen. Denn irgendein Energie
sportlich.” Deshalb sollten die Techniker fit und träger muss einspringen, wenn zwischenzeitlich
schwindelfrei sein. keine Sonne scheint und der Wind an Land ab
flaut.
Auch die Arbeit an den Turbinen ist heraus-
fordernd. „Es ist extrem laut und warm oben, der Bei der Reform des Erneuerbare-Energien-
Generator hat eine Temperatur von 60 bis 70 Gesetzes (EEG) wurden die Ausbauziele für die
Grad”, sagt Scholtka. „Eine Wartung kann schon Offshore-Windenergie allerdings erst einmal
einmal den ganzen Tag dauern. Die Techniker etwas zurückgefahren, weil an Land noch einige
bleiben in Funkkontakt mit dem Kapitän des starke Leitungen zum Weitertransport des Stroms
Schiffs. Über ein Kontrollsystem wird überwacht, fehlen. Im Jahr 2020 sollen Windanlagen mit einer
wer sich auf welcher Turbine befindet, so dass Leistung von 6,5 Gigawatt in der Nord- und Ost
am Abend auch alle wieder eingesammelt werden.” see am Netz sein, 2030 sind 15 Gigawatt vorge-
sehen. Das entspräche in etwa der Stromer-
Offshore-Windanlagen stehen im Meer, Onsho zeugung von zehn Kernkraftwerken.
re-Windanlagen an Land. Offshore-Anlagen sind
deutlich teurer in Aufbau und Unterhalt, aber sie Großprojekte wie die riesigen Windparks der Nord-
können mehr als das Doppelte an Energie liefern, und Ostsee rufen immer auch Befürchtungen
als es die Windräder an Land können. Der Wind hervor. So hatten Umweltschützer erwartet, dass
weht nämlich auf hoher See stetiger und heftiger. Vögel aus ihrer Umgebung verdrängt werden. Die
Außerdem können die Anlagen höher gebaut Furcht scheint sich aber nicht zu bewahrheiten.
werden als an Land. Manche Offshore-Windtürme Bei der Planung von Offshore-Projekten hat
sind fast so hoch wie der Kölner Dom. An Land Umweltschutz eine hohe Bedeutung. Zum Schutz
stoßen Windprojekte auch häufiger auf den von Meeresbewohnern gibt es strenge Auflagen
Widerstand von Anwohnern. für Windparks auf See, zum Beispiel beim Schall
schutz. Neue Technologien machen es möglich,
Umgekehrt sind die Onshore-Windräder günstiger dass beim Hineinrammen der Fundamente in den
in Anschaffung und Betrieb, weniger wartungs- Meeresboden weniger Lärm entsteht und die
intensiv als die Anlagen im Salzwasser und stehen geräuschempfindlichen Schweinswale weniger
räumlich näher an den Verbrauchern. Dadurch ist gestört werden. Tourismusmanager in manchen
der Strom bei diesen Anlagen günstiger. Durch Urlaubsregionen bereitet es Kopfzerbrechen,
stetige Weiterentwicklung und die Tatsache, dass dass Windkraftanlagen am Horizont Touristen
es zunehmend größere Anlagen gibt, wird Offshore- abschrecken könnten. Anderenorts werden
Strom aber immer billiger und damit konkurrenz dagegen schon Ausflüge zu den eindrucksvollen
fähiger. Anlagen angeboten.
Offshore-Windparks sind ein zentraler Bestandteil
der deutschen Energiewende. Denn der Wind ist
auf hoher See zuverlässiger als an Land. Das
bedeutet: Die Offshore-Anlagen sind besser
ausgelastet und sie produzieren mehr Energie.
Als Kopiervorlage freigegeben. freyspiel GmbH 2017, Graz 13INFORMATIONSBLÄTTER
Abbildung: Solarzellen © pixabay
INFORMATIONSBLATT 5
SOLARENERGIE
Fast jeder hat sie schon einmal gesehen: Die und am Licht, das sie spenden. Obwohl die
spiegelglatten Flächen, die auf vielen Dächern Strahlen einen weiten Weg hinter sich haben,
angebracht sind. Das sind Solaranlagen. Solche stecken sie noch voller Energie. Diese Kraft
Anlagen bestehen aus Solarzellen, die die Energie können wir zum Teil für uns nutzbar machen.
der Sonnenstrahlen in Strom oder Wärme um
wandeln. Wie funktioniert das genau?
Solar leitet sich vom lateinischen Wort „sol“ ab, Licht enthält also Energie, die sogenannte Strah
das Sonne bedeutet. Auf der Oberfläche der lungsenergie. Solarzellen wandeln diese Strah
Sonne herrschen unvorstellbare Temperaturen lungsenergie in Strom um. Dabei spielen winzig
– es sind rund 5.500 Grad Celsius. Das liegt kleine Teilchen eine wichtige Rolle: Photonen,
daran, dass im Inneren der Sonne unzählige Elektronen und Protonen. Die Photonen kommen
Kernreaktionen ablaufen. Dabei verschmelzen mit den Sonnenstrahlen zur Erde. Obwohl sie
Wasserstoffatome zu Helium. Die Sonne schickt keine Masse haben, verfügen sie über eine
ihre Energie in den Weltraum hinaus, aber nur interessante und spezielle Eigenschaft: Wenn sie
ein Teil davon kommt auf der Erde an. Wir auf feste Materialien treffen, können sie diese
bemerken die Sonnenstrahlen an der Wärme verändern.
14 Als Kopiervorlage freigegeben. freyspiel GmbH 2017, GrazINFORMATIONSBLÄTTER
Jetzt kommen die Solarzellen ins Spiel. Solarzellen Fehlstellen und die überschüssigen Elektronen
bestehen aus zwei dünnen Siliziumschichten. voneinander getrennt.
Beide Schichten werden mit anderen Stoffen
versetzt, um eine positiv und eine negativ gela Am oberen sowie unteren Ende der Schichten
dene Schicht zu erhalten. Dafür werden häufig liegen Metallkontakte an. Durch die im Sonnen
Bor und Phosphor verwendet. licht enthaltenen Photonen werden die Elektro
nen aus der p-dotierten Schicht in die n-dotierte
Warum gerade diese beiden Elemente? Schicht gebracht. Da diese sich dort nirgends
Phosphor hat in seiner äußersten Schale fünf festsetzen können, fließen sie über die Metall
Elektronen. Gehen Silizium und Phosphor nun kontakte zum Verbraucher ab.
eine Bindung ein, bildet sich ein Gitter aus einem
Phosphoratom in der Mitte und vier Siliziumatomen Eine einzelne Solarzelle liefert nicht viel Strom,
außen. Letztere nehmen je ein Elektron des daher werden immer mehrere Zellen miteinander
Phosphors auf, sodass ein Elektron lose als verbunden. Solarenergie benötigt also viel Platz.
negativer Ladungsüberschuss übrig bleibt. Deshalb findet man Solaranlagen (auch Photo
Deshalb spricht man von einer n-Dotierung. voltaik genannt) nicht nur auf Dächern, sondern
auch als riesige Parks. Sehr große Anlagen nehmen
Bor dagegen hat in seiner äußersten Schale drei eine Fläche von mehreren Fußballfeldern ein. Am
Elektronen. Genau wie Phosphor geht auch Bor besten eignet sich die Errichtung von Solaranlagen
eine Bindung mit Silizium ein, nur ist dieses Mal an Orten, an denen die Sonne häufig scheint
die Bindung unvollständig und es gibt eine Fehl und es wenig Schatten gibt. Manche Anlagen
stelle. befinden sich deshalb in der Wüste, zum Beispiel
Da es nun weniger Elektronen gibt, ist diese in der afrikanischen Sahara oder im US-Staat
Schicht positiv geladen. Daher spricht man von Nevada.
einer p-Dotierung.
Die Stelle, an der die n-Schicht und die p-Schicht Die Stromerzeugung mittels Solarenergie hat
zusammentreffen, nennt man Grenzschicht. Dort jahrelang sehr stark zugelegt. Im Jahr 2000
werden mit Hilfe eines elektrischen Feldes die haben Solarstrom-Anlagen in Deutschland nur
Stromerzeugung durch Solar
Solarzellen bestehen aus zwei Sili
ziumschichten. Eine davon ist mit
Phosphor versetzt und dadurch
negativ geladen. Die zweite durch
die Verbindung mit Bor positiv.
Zwischen den beiden Schichten
entsteht Spannung. Man spricht
beim Übergang von der Grenz
schicht, an der der pn-Übergang
stattfindet. Der durch Photonen an
geregte Austausch von Ladungen
bewirkt in weiterer Folge die Erzeu
gung von Strom.
Abbildung: pn-Übergang in einer Solarzelle © Solarenergie Förderverein Deutschland (SFV)
Als Kopiervorlage freigegeben. freyspiel GmbH 2017, Graz 15INFORMATIONSBLÄTTER
64 Millionen kWh Strom geliefert. Im Jahr 2014 erhält. Das zeigt sich zum Beispiel an der soge
erzeugten sie schon rund 35 Milliarden kWh nannten Einspeisevergütung. Jeder Besitzer einer
Solarstrom und deckten damit rechnerisch den Solaranlage erhält Geld dafür, wenn er den
Jahresstrombedarf von rund 10 Millionen Haus Solarstrom in das Stromnetz einspeist. Kurz
halten. Damit kann also jeder vierte Haushalt in nach der Jahrtausendwende gab es für jede
Deutschland ein Jahr lang mit Strom versorgt Kilowattstunde Strom noch 45 Cent, im Jahr
werden. Dabei sparten sie 24,6 Millionen Tonnen 2014 nur noch 8,5 Cent.
CO2 ein. Innerhalb Europas liegt Deutschland im
Vergleich ganz vorn, wenn es um den Ausbau Dennoch ist Sonne neben Wind in unserem
von Photovoltaik geht. Mehr als 38 Gigawatt Strommix weiterhin die wichtigste erneuerbare
sind hier installiert (2014). Die weltweit installierte Energiequelle. Und weltweit liegt Strom aus
Photovoltaik-Leistung liegt bei 175,4 Gigawatt. Sonne ebenfalls gut im Rennen. Das liegt auch
Besonders stark wird der Ausbau von Solar daran, dass sich in der Forschung und Entwick
strom in China und den USA vorangetrieben. lung in den vergangenen Jahren viel getan hat.
Solaranlagen werden günstiger in der Herstellung
Der Boom der Solarenergie scheint in Deutsch und effizienter in der Stromerzeugung. Vor allem
land jedoch erst einmal am Ende angekommen in sonnenreichen Ländern kann damit günstig
zu sein. Ein Grund dafür ist, dass die Solarenergie Strom erzeugt werden.
seit einiger Zeit weniger staatliche Förderung
Vorteile der Solarenergie Nachteile der Solarenergie
Sie belastet die Umwelt nicht mit Schadstoffen Nachts ist es dunkel. Deshalb produzieren
oder Treibhausgasen. Und sie hilft dabei, fossile Solarzellen dann keinen Strom. Schnee, Regen
Brennstoffe und Kernenergie einzusparen. oder eine dicke Wolkendecke verringern die
Sonnenenergie ist unbegrenzt verfügbar, da es Strom-Ausbeute. Um Solarzellen herzustellen,
die Sonne noch mehrere Milliarden Jahre geben braucht es viel Energie, denn das Silizium muss
wird. bei einer Temperatur von 2.000 Grad Celsius
aus Quarzsand gewonnen werden. Dennoch
schafft es eine Solarzelle im Laufe ihres Lebens,
deutlich mehr Strom zu produzieren, als für ihre
Herstellung benötigt wurde.
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Abbildung: Wasserkraftwerk in Baden © pixabay
INFORMATIONSBLATT 6
WASSERKRAFT
In China nutzen Menschen Wasserkraft bereits Gewässer können sowohl kinetische Energie,
seit mehr als 5.000 Jahren. In Deutschland hat also Bewegungsenergie, als auch potenzielle En
Wasser lange Zeit nur Mühlen angetrieben. ergie besitzen. Die potenzielle Energie entsteht
Jedoch war das erste Wasserrad aus Gusseisen durch den Höhenunterschied. Besonders deutlich
(1767) eine wichtige Voraussetzung für die indus kann man das bei einem Gebirgsbach, einem
trielle Revolution. 1866 erfand Werner von Wasserfall oder bei einem Staudamm betrachten.
Siemens den elektrodynamischen Generator. Er Die Bewegungsenergie entsteht durch das
ermöglicht die Umwandlung von Wasserkraft in Fließen des Gewässers. Die potenzielle Energie
Strom. verstärkt die kinetische Energie.
Der Wasserkreislauf spielt in der Natur eine
Arten von Wasserkraftwerken
bedeutende Rolle. Wasser verdunstet aus den
Meeren, Flüssen und Seen. Der Dampf steigt in • Laufwasserkraftwerk: Hier wird ein Wasserrad
die Atmosphäre auf, kondensiert und fällt als durch Wassergeschwindigkeit die eines Fließ
Regen, Schnee oder Hagel zurück auf die Erde. gewässers (z. B. eines Flusses) angetrieben
Flüsse transportieren dieses Wasser in die Meere. und erzeugt dadurch Strom.
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• Speicherkraftwerk: In einem Stausee wird mehr viel. Das Wasser ist gratis. Die Wartung
Wasser aufgestaut. Wenn Strom benötigt erfolgt weitgehend automatisiert. Die Personal
wird, lässt man das Wasser durch riesige kosten sind niedrig. Kostspielig ist dagegen der
Rohre in die Tiefe rauschen. Dabei treibt das Bau einer Wasserkraftanlage. Um die Wirtschaft
Wasser eine Turbine an, die Strom erzeugt. lichkeit des Neubaus zu berechnen, wird ein
Geschäftsplan von 50 Jahren angenommen, das
• Pumpspeicherkraftwerk: Ein solches Kraft sind 20 Jahre mehr als bei fossilen Kraftwerken.
werk funktioniert ähnlich wie ein Speicher Deshalb sind auch langfristige Auswirkungen des
kraftwerk. Nur wird das Wasser wieder zurück Klimawandels ein wichtiges Thema: Denn Hoch-
nach oben gepumpt, zum Beispiel, wenn ein oder Niedrigwasser sind für Wasserkraftwerke
Stromüberschuss besteht. So kann die Energie Herausforderungen. Schmelzende Gletscher und
gespeichert werden. Wenn dann wieder weniger Schneefälle führen dazu, dass Pegel
Strom benötigt wird, läuft das Wasser den stände geringer ausfallen als gewöhnlich. Da
Berg hinunter und treibt dabei die Turbinen an. man viel Geld in Staudämme und Anlagen
investieren muss, dauert es viele Jahre, bis ein
Durch Turbinen wird diese Energie in Rotations
Wasserkraftwerk sich für seinen Betreiber
energie (mechanische Energie) umgewandelt.
rechnet. Das muss bei der Planung berück
Generatoren wandeln im nächsten Schritt die
sichtigt werden. Wasserkraft trug im Jahr 2015
Energie in Strom um. Je mehr Wasser in dem
3 % zum deutschen Strommix bei. Weltweit ist
Stausee gespeichert ist und je größer die Fallhö
der Anteil deutlich größer. Nach den Zahlen von
he der Staustufe ist, desto mehr Energie kann ein
2011 lag er international bei knapp 16 %. Damit
Kraftwerk liefern.
ist Wasser global nach Kohle und Erdgas die
wichtigste Stromquelle. Vor allem in China, Brasi
Wie funktioniert das genau? lien, Kanada und Russland gibt es große Wasser
Wasserkraftwerke sind Langzeitinvestitionen. Sie kraftwerke. In Deutschland stehen rund 7.300
kosten, wenn sie einmal in Betrieb sind, nicht Wasserkraftanlagen. Die Mehrzahl der Anlagen
Abbildung: Funktionsweise eines Pumpspeicherkraftwerks © wikipedia
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ist klein und hat eine Leistung, die unter 100 Kilo für neue Standorte in Deutschland ist weitgehend
watt liegt. Insgesamt haben alle Wasserkraft- erschöpft. Experten sagen: Soll mehr Strom aus
anlagen in Deutschland zusammen eine installierte Wasserkraft gewonnen werden, müssen alte
Leistung von 4.100 Megawatt. Anlagen verbessert oder durch Neubauten
Im dicht besiedelten Europa stößt der Ausbau ersetzt werden. Wachstumspotenzial gibt es vor
von Wasserkraft an seine Grenzen. Das Potenzial allem in Entwicklungsstaaten.
Vorteile von Wasserkraft Nachteile von Wasserkraft
Wasser ist ein regenerativer Rohstoff und schont Teilweise geschehen erhebliche Eingriffe in Natur
die fossilen Energieressourcen. Zudem ist die und Umwelt, um die Stauseen zu errichten. Vor
Wasserkraft in der Regel zuverlässig und eine allem Großprojekte in Schwellenländern sorgen
gute Ergänzung zu Wind und Sonne. Bei der regelmäßig für Kritik. Denn Wasser anzustauen,
Umwandlung in Strom sind die Verluste beson kann das ökologische Gleichgewicht verändern.
ders gering. Das bedeutet, dass ein Großteil der Beim Anlegen der Stauseen werden riesige
Energie, die im Wasser vorhanden ist, auch in Flächen geflutet. Ein Negativ-Beispiel ist der Drei-
Strom umgewandelt werden kann. Zwar benötigt Schluchten-Damm am Jangtsekiang in China.
das Antreiben der Turbine auch Energie, doch Umweltschützer kritisieren auch, dass ein Stau
dank neuer Technik sind diese Verluste minimiert see eine Barriere für Fische und Kleinstlebewesen
worden. In Wasserkraftwerken mit modernen ist. Sie können nicht mehr auf ihren gewohnten
Turbinen werden rund 95 % der Energie zu Routen wandern, und sterben, wenn sie in die
Strom umgewandelt, ältere Turbinen erreichten Turbinen gesaugt werden. In weniger entwickelten
hier nur 60 %. Ländern kommt die Dammbruchgefahr hinzu.
Auch weisen Flüsse im Jahresverlauf starke
Schwankungen bei der Wassermenge auf.
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Abbildung: Maiskolben © pixabay
INFORMATIONSBLATT 7
BIO-ENERGIE
Bioenergie ist Energie aus Biomasse. Biomasse unterschiedlich. Holz wird in einem Kraftwerk
kann zum Beispiel Holz, Stroh, Raps, Mais oder verbrannt. Das dadurch zum Sieden gebrachte
Bioabfall sein. Wasser produziert Dampf, der Dampf treibt eine
Turbine an. Anders ist das Prinzip einer Biogasan
Formen der Bioenergie lage: Sie arbeitet in der Regel mit Gülle, Bioabfällen
• Wärme und bestimmten Pflanzen wie Mais oder Getreide.
• Elektrische Energie Dieses Material dient Mikroorganismen als Nah
• Kraftstoff für Verbrennungsmotoren rung. Die Kleinstlebewesen erzeugen aus dem
Substrat Energie, die in Form von speziellen
Wie funktioniert das genau? Gasen (Methan) freigesetzt wird. Diese Gase wer
Pflanzen haben durch Photosynthese Sonnen- den dann in einem geeigneten Kraftwerk durch
energie gespeichert. Diese Energie kann nutzbar Verbrennung zur Strom- und Wärmeerzeugung
gemacht werden. genutzt oder in einer Gasaufbereitungsanlage
Man kann Strom aus fester, flüssiger und gas- veredelt.
förmiger Biomasse erzeugen, zum Beispiel aus Der Energieträger Biomasse machte im Jahr
Holz, Gülle oder Methan. Die Verfahren sind 2015 7,7 % am deutschen Strommix aus. 49,9
20 Als Kopiervorlage freigegeben. freyspiel GmbH 2017, GrazINFORMATIONSBLÄTTER
Milliarden Kilowattstunden kamen so zusammen. Bioenergie hat bei der internationalen Energie
Der größte Anteil des Bioenergie-Stroms wird wende viel Potenzial. Weil sie keine Schwankungen
bundesweit durch Biogasanlagen erzeugt, auf kennt, ist sie vor allem in der Stromerzeugung
Platz zwei liegt die feste Biomasse (Altholz, interessant: Wenn die Ausbeute das eines Tages
Waldrestholz). Weltweit betrug die installierte zulässt, könnte sie zumindest theoretisch Kohle
elektrische Leistung der Biomassekraftwerke im kraftwerke ersetzen und ein stabiles Stromnetz
Jahr 2014 93 Gigawatt, davon rund 16 Gigawatt garantieren. Manche Experten sagen, dass Bio
in den USA, 10 Gigawatt in China und 8,8 Giga energie im Jahr 2050 fast ein Viertel des
watt in Deutschland. Bedarfs an Wärme, Strom und Kraftstoffen
decken könnte.
Vorteile der Bio-Energie Nachteile der Bio-Energie
Biomasse unterliegt keinen Schwankungen bei So viele Vorteile Biomasse auch haben mag:
der Energieerzeugung und kann daher helfen, Die Probleme sind nicht zu leugnen. Einer der
Strom aus Kernkraft oder Kohle als Sockel der häufigsten Kritikpunkte dreht sich um die „Tank
Energieversorgung zu ersetzen. Biogas und Bio oder Teller“-Debatte. Wenn Ackerflächen für
sprit können zudem als Kraftstoff für Autos die Energiepflanzen genutzt werden, können dort
nen. Ein Beispiel ist E10, das zu 10 Prozent aus keine Nahrungsmittelpflanzen angebaut werden.
Ethanol besteht, das meist aus Zuckerrüben Es entsteht also ein moralisches Spannungsfeld.
oder Weizen gewonnen wird. Teilweise finden
Abfälle und Abwässer aus der Landwirtschaft Für den Anbau setzen Bauern außerdem Dünger
durch Bioenergie erstmals eine nützliche Ver ein, und die Biomasse muss teilweise über weite
wendung. Biomasse ist erneuerbar und spart Strecken transportiert werden. Das wirkt sich
Treibhausgase ein. Verbrennt man Biomasse, negativ auf die CO2-Bilanz aus. Zudem werden
wird nur so viel Kohlendioxid freigesetzt, wie die in vielen Teilen der Welt Wälder gerodet, um dort
Pflanze vorher während ihres Wachstums aufge Energiepflanzen anzubauen. Das schadet dem
nommen hat. Es handelt sich somit um einen globalen Klima und der Artenvielfalt. Die Ver
geschlossenen CO2-Kreislauf. brennung von kleinen Holzschnitzeln (Pellets)
verändert auch die deutschen Wälder. Denn nun
werden auch Bäume gefällt, die für die Holzver
arbeitung uninteressant waren. Dadurch gibt es
immer weniger alten Baumbestand.
Hinzu kommt der vergleichsweise schwache
Wirkungsgrad von Biomasse. Er liegt bei 15 %
bis 25 %. Nur 0,17 % des Sonnenlichts, das auf
einem Maisacker eingefallen ist, kann in der Bio
gasanlage als Strom verwertet werden. Und zu
guter Letzt: Ohne Subventionen rechnet sich
Biogas nicht. Weltweit summieren sich die
Zuschüsse laut Internationaler Energieagentur
auf 330 Milliarden Dollar. Keine andere Erneuer
bare Energie benötigt so viele Subventionen.
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Abbildung: Geothermie © pixabay
INFORMATIONSBLATT 8
GEOTHERMIE
Im Inneren der Erde ist es heiß. Je tiefer man Diese Energie kann jedoch ebenso ins Fern-
bohrt, desto wärmer wird es. Geothermie macht wärmenetz eingespeist werden.
sich die Wärme im Inneren der Erde zunutze. In
Deutschland steigt die Temperatur unterirdisch im Wie funktioniert das genau?
Schnitt um 3 Grad je 100 Meter. Daraus gewinnen Für die Besitzer eines eigenen Hauses ist Erdwärme
Geothermie-Anlagen Strom und Wärme. Der eine praktische Sache. Ein Kreislauf wärmt oder
Anteil am deutschen Strommix ist bislang sehr kühlt das Haus. Dies nennt man „oberflächennahe
klein. Recht verbreitet ist diese Erneuerbare Geothermie“, denn es wird höchstens bis zu 400
Energie in Ländern mit aktiven Vulkanen wie etwa Meter in die Tiefe gebohrt. Kaltes Wasser fließt in
Island. einer Leitung nach unten. Dort erhitzt es sich und
steigt wieder auf. So bleibt das Haus im Winter
Geothermie, auch Erdwärme genannt, kann ei warm. Bei der „tiefen Geothermie“ werden Thermal-
nen Gebäudekomplex beheizen oder kühlen, wässer und heiße Gesteine in größeren Tiefen
aber auch die Erzeugung von Strom ist möglich. genutzt. Die tiefe Geothermie dient nicht nur zur
22 Als Kopiervorlage freigegeben. freyspiel GmbH 2017, GrazINFORMATIONSBLÄTTER
Wärmegewinnung, sondern auch zur Stromer weltweit auf Platz 5.
zeugung, etwa in Kraftwerken.
Die Geothermie-Befürworter sehen ein riesiges
In Deutschland ist bisher vor allem die oberflächen- Potenzial: Demnach könnten fast 30 % des deut
nahe Nutzung verbreitet. Mehr als 300.000 Anla schen Wärmebedarfs durch die tiefe Geothermie
gen gab es 2015 in Deutschland. Allerdings gedeckt werden. Noch einmal genauso viel
nimmt auch die Bedeutung der tiefen Geothermie könnten die oberflächennahen Anlagen beitragen.
laufend zu. Bundesweit waren nach Branchenan Beim Strom könnte die Erdwärme Kohle, Öl, Gas
gaben im Jahr 2014 insgesamt 27 Geothermie- und Kernkraft ersetzen. Einer Prognose des
Anlagen mit einer Bohrtiefe von über 400 Metern „Bundesverbands Erneuerbare Energie“ zufolge
in Betrieb. Deren installierte Wärmeleistung lag wird die Stromerzeugung durch Geothermie in
bei rund 250 Megawatt. Sieben der Anlagen waren Deutschland bis zum Jahr 2020 auf jährlich 3.750
auch in der Lage, Strom zu produzieren. Es Gigawattstunden anwachsen. Kritiker halten dem
kamen 31 Megawatt zusammen. Bei der Strom entgegen, dass Strom aus Erdwärme nur dann
leistung durch Erdwärme liegt Deutschland im wirtschaftlich zu gewinnen sei, wenn die Anlage
internationalen Vergleich auf Platz 19. Es gibt an ein Wärmenetz gekoppelt ist. Gute Bedin
auch zahlreiche Vorhaben, die in der Planungs- gungen für tiefere Bohrungen sind in Deutschland
oder in der Bauphase sind. Blickt man aber auf in erster Linie in Südbayern und in der norddeut
die Wärmeleistung, ändert sich das Bild, weil viele schen Tiefebene zu finden. Anlagen für oberfläch
Hausbesitzer bereits ihre eigene kleine Anlage liche Geothermie sind dagegen faktisch an jedem
haben. Es wird eine Wärmeleistung von mehr als Ort möglich.
4,2 Gigawatt erreicht. Damit liegt Deutschland
Vorteile der Geothermie Nachteile der Geothermie
Erdwärme bleibt bei Tag und Nacht und jedem Mit den Bohrungen gehen Risiken einher. Tief-
Wetter gleich. Dank weiterentwickelten Techniken liegende Trinkwasserreservoire, die bisher durch
ist es inzwischen praktisch überall möglich, Erd Trennschichten geschützt sind, können durch
wärme oberflächennah zu nutzen. Sie ist quasi Kontakt mit belastetem Grundwasser verunreinigt
unbegrenzt verfügbar und klimafreundlich. Es werden. Im Extremfall könnten auch Erdbeben
entstehen keine Umweltbelastungen durch ausgelöst werden. Zusätzlich stellt sich die Frage,
Abbau, Transport, Aufbereitung und Lagerung wie nachhaltig ein geothermisches Reservoir ist.
von Brennstoffen, wie es bei Kohlestrom oder Es kühlt bei Nutzung mit der Zeit ab, ein Großteil
Kernkraft der Fall ist. Nach Brancheneinschät der Vorhaben ist daher so geplant, dass der
zung werden durch die Nutzung der Geothermie Betrieb nach 50 Jahren endet.
in Deutschland pro Jahr mehr als 20 Millionen
Tonnen CO2-Ausstoß vermieden.
Als Kopiervorlage freigegeben. freyspiel GmbH 2017, Graz 23INFORMATIONSBLÄTTER
INFORMATIONSBLATT 9
ENERGIEWENDE
Die Energiewende soll die Versorgung der Damit die Energiewende Erfolg hat, muss das
Menschen mit Energie auf eine völlig neue Grund komplette System der Energieversorgung in
lage stellen. Sie steht für den schrittweisen Deutschland für die Energienutzer umgebaut
Ausstieg aus Kohle, Kernenergie, Öl und Gas. werden – von einer zentralen Energieerzeugung
Stattdessen sollen Wind, Sonne, Biomasse, zu einer dezentraleren. Das heißt, Strom und
Wasser und Erdwärme die Energie der Zukunft Wärme werden künftig immer weniger von
sichern. Es geht aber nicht nur um neue Techniken großen Kraftwerken in der Nähe von Großstädten
der Erzeugung. Zugleich soll auch weniger Energie bereitgestellt. Stattdessen entstehen landauf,
verbraucht werden, angefangen mit einer besseren landab viele Orte der Energieerzeugung. Das
Dämmung von Häusern bis hin zu stromspa kann ein Windrad, eine Geothermieanlage oder
renden Haushaltsgeräten. ein Solarpark sein. Die Energie, die dort entsteht,
muss dann erst zu den Städten und dicht besie
delten Gegenden transportiert werden.
Die weit verzweigten Anlagen müssen intelligent
miteinander vernetzt werden. Deshalb muss der
Ausbau der Erneuerbaren Energien mit dem
Ausbau der Netze einhergehen. Die nötigen
Milliardeninvestitionen haben jedoch auch Aus
wirkungen auf den Strompreis, den Verbraucher
bezahlen müssen.
Bis zum Jahr 2022 sollen die letzten deutschen
Kernkraftwerke abgeschaltet werden. Auch Kohle,
Gas und Öl sollen auf längere Sicht nicht mehr
Abbildung: Kohlekraftwerk © pixabay
genutzt werden. Bis 2030 will Deutschland fast
ein Drittel seines Energieverbrauchs durch Erneu
Es gibt mehrere Gründe für die Energiewende. erbare Energien decken. In demselben Zeitraum
Die Verbrennung von Öl, Kohle und Gas schadet soll der Ausstoß von Treibhausgasen um 55 %
dem Klima. Alle diese fossilen Energieträger zurückgehen. 2050 soll sich der Stromverbrauch
werden zudem eines Tages erschöpft sein, sind in der Bundesrepublik zu 80 % aus Erneuerbarer
also endliche Ressourcen. Kernkraftwerke hinter Energie decken. Zugleich soll der Energiever
lassen radioaktiven Abfall, der noch viele tausend brauch im Vergleich zu 2008 halbiert werden.
Jahre lang gefährlich für Mensch und Umwelt
sein wird.
24 Als Kopiervorlage freigegeben. freyspiel GmbH 2017, GrazINFORMATIONSBLÄTTER
INFORMATIONSBLATT 10
HERAUSFORDERUNG UND ZUKUNFT
DER ERNEUERBAREN ENERGIEN
Um den Strom von den neuen Wind- und Solar können. Der Anteil dieser konventionellen Energien
parks in die Haushalte zu bringen, werden neue soll aber Zug um Zug sinken und durch Erneuer
Stromtrassen benötigt, denn häufig wird der bare Energien ersetzt werden.
Strom nicht dort produziert, wo er auch tatsächlich
gebraucht wird. Die neuen Trassen für das Strom Fachleute setzen an der anderen Seite an, bei
netz sind teuer. den Netzen. Hier kommen sogenannte virtuelle
Ein anderes Problem ist, dass sich die Strompro Kraftwerke ins Spiel. Sie führen den Strom von
duktion etwa bei Wind- und Sonnenenergie nur vielen kleinen Erzeugern zusammen. Danach
schwer beeinflussen lässt. Wenn kein Lüftchen speisen sie exakt die Menge ins Stromnetz ein,
weht oder viele Wolken am Himmel sind, gibt es die vorher beim Stromverkauf vereinbart wurde.
weniger regenerativen Strom. Energieversorger wie E.ON arbeiten daran, alle
Netznutzer – also private Haushalte, Unternehmen
Nicht nur der Mangel an Wind und Sonne bereitet und Strom-Einspeiser – intelligent miteinander zu
den Planern Kopfzerbrechen. Auch das andere verbinden. Damit soll das Stromnetz zum Internet
Extrem bringt Schwierigkeiten mit sich: Bei hef der Energie werden.
tigem Wind und extremem Sonnenschein läuft
die Stromproduktion auf Hochtouren. Wenn mehr Es gibt viele spektakuläre Ideen, wie wir in Zukunft
Strom zur Verfügung steht, als genutzt wird, muss Energie gewinnen können. Besonders wichtig
er gespeichert werden. Doch die Speicherung werden die technologischen Weiterentwicklungen
von Strom ist nicht so einfach. Eine wichtige Rolle sein. So planen einige Forscher schwimmende
könnten Pumpspeicher spielen. Dabei wird über Offshore-Anlagen, die nicht mehr fest in den
schüssiger Strom genutzt, um Wasser einen Berg Boden gerammt werden müssen. Das könnte
hinauf zu pumpen. Es wird dann in einem Speicher- Kosten sparen und die Turbinen könnten den
see gesammelt. Sobald Energie wieder gebraucht Wind auf dem offenen Meer nutzen.
wird, lässt man die Wassermassen herunterfließen. Ein anderer Ansatz sind Mikroalgen. Sie sind echte
Auch Batterien können sinnvoll sein, sind allerdings Multitalente in Sachen Energie: Unter Einwirkung
eher dazu geeignet, Schwankungen auszugleichen. von Sonnenlicht binden sie klimaschädliches CO2
Als Speichermedium sind sie recht kostspielig im und wandeln es in energiereiche Biomasse um.
Unterhalt. In kleinerem Maßstab – etwa bei einer Die Biomasse wiederum kann zur Energieerzeu
Solaranlage zur Versorgung des eigenen Hauses gung, von z. B. Strom, Wärme, Bio-Erdgas oder
– sind sie aber ein Baustein. Biodiesel genutzt werden. Außerdem wachsen
Algen bis zu zehn Mal schneller als Landpflanzen
Eine sichere Stromversorgung kann es jedoch wie Mais oder Raps und verbrauchen damit in
nur dann geben, wenn das Stromnetz stabil ist. kürzerer Zeit größere Mengen CO2.
Dafür muss zu jeder Zeit genau so viel Strom Andere Forscher setzen auf Experimente mit
eingespeist werden, wie verbraucht wird. Bislang Sonnensegeln im All oder Lenkdrachen über dem
springen Kohle- oder Kernkraftwerke ein, wenn offenen Meer.
Wind und Sonne den Strombedarf nicht decken
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