Zuerst einmal gilt es, zwischen fossilen und erneuerbaren Energieträgern zu unterscheiden. Zu den fossilen Energieträgern zählen unter anderem Erdöl, Braunkohle, Steinkohle und Erdgas. Hierbei handelt es sich um endliche Ressourcen. Hinzu kommt noch die Atomkraft, die ebenfalls Rohstoffe benötigt.
Die Auswahl an erneuerbaren Energien – die oft auch als regenerative Energien bezeichnet werden – ist deutlich größer. So kann beispielsweise Sonnen- und Windenergie, Wasserkraft, Meeresenergie, Bioenergie und Geothermie eingesetzt werden. Pellets, Hackschnitzel und im weitesten Sinne auch Holzscheite gehören zu den regenerativen Energien, da ihr Vorrat entweder unerschöpflich ist oder immer wieder neu gebildet wird. Der stetige Ausbau erneuerbarer Energien steigert somit die Nachhaltigkeit.
Um die Nutzung erneuerbarer Energien sowie die Steigerung der Energieeffizienz zu fördern, werden immer wieder Gesetze verabschiedet, die dem Thema Rechnung tragen. Als Beispiele seien hier das EEG (Erneuerbare Energien Gesetz), das EEWärmeG (Erneuerbare Energien Wärme Gesetz) und die EnEV (Energieeinsparverordnung) genannt.
Natürlich gibt es zwischen den einzelnen regenerativen Energien schon bei den Nutzungsmöglichkeiten erhebliche Unterschiede. Am häufigsten greifen private Haushalte sowie Unternehmen und Behörden auf Anlagen zurück, die der Stromgewinnung aus Sonnenenergie dienen.
Sonnenenergie
Alternative Bezeichnung auch: Solarenergie, Solarthermie, Photovoltaik/Fotovoltaik
Solarthermie
Unter der Bezeichnung Solarthermie ist die thermische Nutzung der Sonnenenergie zur Wärmeerzeugung zu verstehen. Diese spielt bei der anvisierten Wärmewende eine große Rolle. Wird zumindest ein Teil der benötigten Wärmemenge, die unter anderem für die Warmwassergewinnung und vor allem für Heizzwecke gebraucht wird, mit dieser Technologie gewonnen, trägt das zum Klimaschutz bei und erhöht die eigene Kostensicherheit, da es hier – im Gegensatz zu fossilen Energieträgern – zu keinen Preissteigerungen oder -schwankungen kommt.
Zur Warmwasserbereitung werden Sonnenkollektoren eingesetzt. Auch die Errichtung einer Anlage zur solaren Heizungsunterstützung ist möglich. So wird ein deutlich höherer Anteil des Wärmebedarfs selbst gedeckt.
Die Einrichtung einer Solarheizung, welche bis zu 80 Prozent des Wärmebedarfs pro Jahr trägt, ist ebenfalls möglich. Sie ist allerdings deutlich aufwändiger. Hier sind eine optimale Wärmedämmung und ein reduzierter Heizwärmebedarf Grundvoraussetzung. Des Weiteren ist ein großer saisonaler Wärmespeicher notwendig, da die Wärmeenergie hauptsächlich in den Sommermonaten gewonnen, dann aber nicht verbraucht wird. Welche Möglichkeiten es dazu in Ihrem Gebäude gibt, darüber berät Sie die Cornelius Ober GmbH gern in einem persönlichen und kostenlosem Auftaktgespräch.
Fotovoltaik
Die Sonnenenergie lässt sich mit Hilfe von Fotovoltaikanlagen Licht in elektrische Energie umwandeln. Wichtigster Bestandteil einer solchen Anlage sind Solarmodule, in denen Solarzellen integriert sind. Sehr häufig werden sie auf Dächern befestigt und stellen eine Gleichstromquelle dar. Ein Solarwechseltrichter ist bei der Umwandlung des Gleichstroms in elektrische Energie notwendig. Das Stromnetz nimmt bei Bedarf überschüssige Energie auf. Wird zu wenig Energie produziert, wird der Rest aus dem Stromnetz bezogen. Systeme mit Batteriespeicher sind besonders effektiv, kann hier doch bei intensiver Sonneneinstrahlung Energie gespeichert und später – beispielsweise am Abend – wieder abgerufen werden. Allerdings gehören Fotovoltaik- und auch Solarthermieanlagen nicht zu den günstigsten Anlagen, amortisieren sich aber über die lange Betriebsdauer relativ schnell. Auf jeden Fall sollten Sie sich vor der Installation einer Solarthermie- oder Fotovoltaikanlage von einem Fachmann beraten lassen. Sehr gern übernimmt dies die Cornelius Ober GmbH.
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Wasserkraft
Zu den erneuerbaren Energien gehört auch Wasserkraft. Wasser ist unerschöpflich. Mit Hilfe der Sonnenstrahlen verdampft es über dem Meer und fällt später als Niederschlag auf die Erde zurück.
Pumpspeicherwerke
Eine Möglichkeit, Wasser zur Energiegewinnung zu nutzen, sind Pumpspeicherkraftwerke. Hier wird das Wasser zu Zeitpunkten, an denen wenig Strom benötigt wird, in ein Becken oberhalb des Kraftwerkes gepumpt und in Spitzenlastzeiten wird das Wasser wieder abgelassen. Dabei treibt es Turbinen an, mit denen Strom erzeugt wir.
Osmosekraftwerke
An Flussmündungen können Osmosekraftwerke errichtet werden. Sie sollen die Energie aus den Salz-Konzentrationsunterschieden zwischen Fluss- und Meerwasser gewinnen.
Gezeitenkraftwerke
Eine weitere Möglichkeit, mit Wasser Strom zu gewinnen, bieten Gezeitenkraftwerke. Früher wurden sie in Staudamm-Bauweise errichtet, heute greift man auf die In-Flow-Bauweise zurück. Bei beiden Varianten werden die Wasserturbinen in zwei Durchströmungsrichtungen bewegt. Gezeitenkraftwerke in Staudamm-Bauweise wurden sehr oft an Flussmündungen und an Meeresbuchten errichtet, wo ein besonders hoher Tidenhub besteht. Bei In-Flow-Gezeitenkraftwerken befinden sich die Turbinen nicht in einem Deich, sondern sind an einem Mast befestigt, an dem sie sich frei ausrichten können. Gezeitenkraftwerke haben auch einige gravierende Nachteile, denn sie wirken sich in erheblichem Umfang auf die Landschaft und den Tierbestand im Wasser aus. Da die Technologie noch in am Anfang steht, sind sicher im Laufe der Jahre einige Verbesserungen bzw. Optimierungen zu erwarten.
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Windenergie
Zur Windenergie-Erzeugung setzt man auf die Unterschiede des Luftdrucks, welche durch die Sonneneinstrahlung herbeigeführt werden. Diese Luftbewegungen führen mechanische Energie mit sich. Die Winde entstehen durch die Temperaturunterschiede, die durch eine ungleichmäßige Erwärmung der Erdoberfläche durch die Sonneneinstrahlung verursacht werden.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, Windenergie zu nutzen. Dazu gehören
- die Errichtung von Windturbinen (sogenannte Windräder),
- der Windantrieb von Segelschiffen und
- weitere neue oder in der Entwicklung befindliche Konzepte, beispielsweise die Nutzung von Drachen, die mit entsprechender Technik ausgestattet sind.
Windräder/Windkraftanlagen
Mit Hilfe der Windräder (Windkraftanlagen) wird Windenergie auf eine rotierende Achse übertragen, die wiederum einen Generator antreibt, der elektrische Energie erzeugt. Früher verwendete man Windmühlen aus Holz, die mit Windrädern bestückt waren, um Getreide zu mahlen. Einige Windmühlen konnten dabei auch nach dem Wind ausgerichtet werden.
Segelschiffe
Bei Segelschiffen wird die Windenergie für den Antrieb genutzt. Diese Technologie könnte wieder stärker eingesetzt werden, beispielsweise bei Transportschiffen. Dafür lassen sich anstelle der traditionellen Segel auch Lenkdrachen oder Flettner-Rotoren einsetzen.
In der Entwicklung sind noch weitere Windenergiekonzepte. So tüftelt man beispielsweise an Drachen, die mit einem Rotor ausgestattet sind, der mit einem Generator betrieben wird. Diese Drachen sollen in höhere Regionen aufsteigen, denn dort gibt es starke und zugleich gleichmäßige Winde. Die Energie wird hier über ein Kabel zur Erde geleitet. Es ist aber auch denkbar, den Zug des Drachens für den Antrieb einer Winde einzusetzen. Bisher sind diese Konzepte noch in der Entwicklung bzw. Erprobung.
Windkraftanlagen (WKA)
Den weitaus größten Teil er Windenergienutzung machen die Windkraftanlagen (WKA) aus, die in der Regel mit dreiflügeligen Rotoren ausgestattet sind. Ihre Leistung kann zwischen einem Kilowatt und mehreren Megawatt liegen. Errichtet werden die Anlagen sowohl auf dem Land (onshore) als auch auf dem Meer (offshore).
Abgesehen von den Emissionen für die Herstellung der einzelnen Bauelemente der Windkraftanlagen entstehen während der Betriebszeit keine weiteren Emissionen. Die energetische Amortisierung der WKA beträgt nur wenige Monate, während die Anlagen über Jahre hinweg Strom produzieren.
Um Schwankungen bei der Stromversorgung mit WKA ausgleichen zu können und die Versorgungssicherheit zu gewährleisten, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Dazu gehören
- eine Kombination mit weiteren Anlagen zur Stromerzeugung,
- der Einsatz von Energiespeichern,
- der Ausbau der Stromnetze und
- ein stärkeres Lastmanagement.
Die Planung des Einsatzes von WKA wird durch genauere Wetterprognosen erheblich erleichtert. So ist es mittlerweile möglich, recht genaue Windleistungsvorhersagen über den Zeitraum von bis zu drei Tagen zu treffen. Keine größeren Probleme mit der Versorgungssicherheit gibt es bei (technischen) Ausfällen einzelner WKA. Hier fällt die Leistung meist nur um einige Megawatt ab, bei einem Großkraftwerk wären es durchaus mehr als ein Gigawatt. WKA können mit anderen Stromerzeugern – beispielsweise mit Speicher-Wasserkraftwerken bzw. Pumpspeicherkraftwerken – kombiniert werden, da deren Leistung regelbar ist. Gleiches gilt für Gaskraftwerke, welche allerdings nicht zu den erneuerbaren Energien zählen. Eine weitere Ergänzung stellen biogasbefeuerte Blockheizkraftwerke dar, die einen Beitrag zum Lastmanagement liefern.
Zum Zwischenspeichern der überschüssigen elektrischen Energien lassen sich wiederaufladbare Batterien, Druckluftspeicher, Schwungradspeicher und Pumpspeicherkraftwerke nutzen. Für deren Errichtung entstehen teilweise hohe Kosten. Aus überschüssigem Windstrom könnte auch brennbares EE-Gas hergestellt werden, bei dem sich hohe Speicherkapazitäten realisieren ließen. Hier wären allerdings massive Energieverluste die Folge, weshalb die anderen Methoden bevorzugt werden.
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Biomasse
Bei der Biomasse handelt es sich um erneuerbares Material, welches biologischen Ursprungs ist. Dieses lässt sich oft energetisch nutzen und es kann in fester, flüssiger oder gasförmiger Form vorliegen. Zum Großteil besteht sie aus Pflanzen, aber auch tierische Materialien und Mikroorganismen können ihr hinzugefügt werden. Fossile Energieträger gehörten früher auch zur Biomasse, bis sie von der Biosphäre getrennt wurden. Ein Zwischenstadium hat Torf inne. Da der Torfabbau CO2-Emissionen zur Folge hat und sich nicht sofort wieder neu bildet, wird er gleichzeitig den fossilen Vorkommen hinzugerechnet.
Biomasse enthält organische Substanzen, zu denen unter anderem Cellulose, Zucker, Stärke, Öle, Fette sowie Proteine gehören. Hinzu kommen anorganische Bestandteile wie beispielsweise Salz.
Es gibt verschiedene Biomasse-Arten. Zu den wichtigsten gehören
- Holz,
- Feldfrüchte und weitere Energiepflanzen,
- Bioabfälle und Grasschnitt,
- Exkremente und
- Klärschlamm.
Einen ausführlichen Ratgeber über Biomasseheizungen finden Sie auf unserer Website.
Holz
Zu den am längsten genutzten Energieträgern dürfte Holz gehören. Es wurde schon von den Urmenschen zum Feuern genutzt. Auch heute noch wird es zur Wärmegewinnung eingesetzt, so unter anderem in Heizkraftwerken, in privaten Kaminen und als Mitbrennstoff in Kohlekraftwerken. Gleichzeitig fällt der Rohstoff als Abfall bei der Holzverarbeitung an. Es kann in verschiedenen Formen energetisch genutzt werden, beispielsweise als Holzscheite, Holzpellets, Holzhackschnitzel und Holzkohle. Selbst Bioethanol lässt sich durch die sogenannte Holzverzuckerung herstellen und dient dann unter anderem als Kraftstoff.
Feldfrüchte/Energiepflanzen
Einige Feldfrüchte, zu denen unter anderem Zuckerrohr und Zuckerrüben gehören – sind kohlenhydratreich. Die Kohlenhydrate können durch Vergärung (sogenannte Fermentation) der Silage zu Ethanol weiterverarbeitet werden. Dies gilt auch für stärkehaltige Feldfrüchte wie beispielsweise Weizen, Roggen und Mais. Aus ihnen lassen sich unter anderem Biokraftstoffe herstellen. Raps ist reich an Ölen und kann vom Prinzip her direkt zum Betanken von Dieselmotoren eingesetzt werden, sofern er eine entsprechende Anpassung erfahren hat. Dazu wird das Rapsöl zu Rapsmethylester weiterverarbeitet.
Biogas
Biogas enthält brennbares Methan und kann direkt verstromt werden. Eine Aufbereitung zu Biomethan ist ebenfalls möglich. Dieses kann in das Erdgasnetz eingespeist werden. Von Nachteil ist, dass meist nur die Früchte vergoren oder aber zu Biogas weiterverarbeitet werden können.
Bioabfälle und Grasschnitt
In den meisten Fällen werden Bioabfälle und Grasschnitt aus Haushalten und Ernteabfälle direkt kompostiert. Hierbei geht allerdings der Energiegehalt verloren. Die Reste könnten zur Biogaserzeugung herangezogen und die Reststoffe dann immer noch kompostiert werden.
Exkremente/Gülle
Bei der landwirtschaftlichen Tierhaltung fallen große Mengen an Gülle an. Diese lässt sich ebenfalls zur Biogaserzeugung einsetzen. Die dann noch verbliebenen Restbestände lassen sich als Dünger nutzen.
Kläranlagen/Klärschlamm
In Kläranlagen fallen große Mengen an Klärschlamm an. Er kann ebenfalls zur Biogasproduktion eingesetzt werden. Nach der Verarbeitung lassen sich die vorhandenen Klärschlammreste besser entsorgen. Zugleich vermeidet man so klimaschädliche Methan-Emissionen.
Neue Methoden der Biomassenutzung
Rohstoffe, die erhebliche Mengen an Cellulose und Lignin enthalten, können ebenfalls zur Biomassevergasung verwendet werden. Das Verfahren der Holzvergasung ist schon länger bekannt, aber sehr intensiv. Aktuell wird an einem Verfahren gearbeitet, welches ein Synthetikgas erzeugen kann, aus dem dann unter anderem Biokraftstoffe hergestellt werden. Ein Nachteil der Biomasse liegt sicher in der geringen Flächenproduktivität und dem hohen Flächenbedarf.
Biomasse wird auf großen Flächen dezentral erzeugt. Anfallendes Holz kann fast direkt vor Ort verarbeitet werden. Gleichzeitig kommt es zu längeren Transportwegen, wenn sie in größeren Anlagen verarbeitet werden sollen, etwa zur Produktion von Holzpellets oder von Kraftstoffen. Biogasanlagen stehen mittlerweile auf vielen Bauernhöfen.
Ein großer Vorteil der Biomasse liegt darin, dass sie wie fossile Energieträger speicherbar ist. Gleichzeitig ist es möglich, einen Teil der Pflanzen etc. einzulagern und später weiterzuverarbeiten.
Planen Sie, in die Erzeugung von Biomasse durch den Aufbau einer eigenen Anlage zu investieren oder interessieren sich allgemein für die Einsatzmöglichkeiten, so berät Sie die Cornelius Ober GmbH gern.
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Erdwärme/Geothermie
Wie der Name bereits besagt, wird bei diesem Verfahren Wärme aus dem Erdreich gewonnen. Besonders im privaten Sektor setzt man hier auf die Niedertemperaturwärme. Diese kann zukünftig wahrscheinlich auch direkt zur Energieerzeugung eingesetzt werden.
Im Groben unterscheidet man zwischen der
- tiefen Geothermie und der
- oberflächennahen Geothermie.
Tiefe Geothermie
Bei der tiefen Geothermie dringt man in große Tiefen von bis zu wenigen Kilometern vor. In den dortigen Schichten herrschen relativ hohe Temperaturen. Geothermische Kraftwerke gehören meist zu den Grundlastkraftwerken, können also durchaus Atom- und Kohlekraftwerke ersetzen. Leider ist diese Technologie nur an Standorten einsetzbar, die zahlreiche besondere Ansprüche erfüllen.
Oberflächennahe Geothermie
Bei der oberflächennahen Geothermie dringt man in Schichten mit Tiefen von bis zu ein paar hundert Metern ein und entzieht ihnen Wärme. Da die dortigen Temperaturen meist unter dem für die Wärmenutzung benötigten Temperaturniveau liegen, kommen Wärmepumpen zum Einsatz. Die oberflächennahe Geothermie ist an vielen Standorten realisierbar. In der Schweiz und in Schweden und zahlreichen weiteren Ländern wird sie bereits in großem Umfang eingesetzt.
Überschüssige Energie kann auch in saisonalen Wärmespeichern gelagert werden. Dazu eignen sich beispielsweise natürliche wasserführende Schichten wie die Aquifere. Entspricht die mittlere Temperatur im Speicher in etwa der natürlichen Umgebungstemperatur in der jeweiligen Tiefe, fallen die Wärmeverluste auch ohne spezielle Dämmung nur gering aus.
Gerade die Geothermie kann also fehlende Grundlastkraftwerke in Zukunft ersetzen, wenn die Technologie noch ausgereifter ist und sich an deutlich mehr Standorten realisieren lässt. Dazu bedarf es sicher noch weiterer Forschungsarbeiten. Gleichwohl kann gerade diese Technologie die Versorgungssicherheit gewährleisten, weshalb sie gerade in den nächsten Jahrzehnten stark nachgefragt sein dürfte.
Sehr gern berät Sie die Cornelius Ober GmbH über die Möglichkeiten der Erdwärmenutzung auf Ihrem privaten Grundstück oder für Ihre Immobilie, Ihrem Unternehmen oder für Ihre Stadt oder Kommune. Als KfW- und BAFA-qualifizierte Energieberatung setzen Sie auf die Erfahrungen aus über 10 Jahren Energieberatungsdienstleistungen für Privatpersonen, Städte/Kommunen und Unternehmen.
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