Mit erneuerbaren Energien in die Zukunft

Alternative Energiegewinnung durch Solarparks
Alternative zum Öl: Riesige Kollektorfelder fangen die Energie der Sonne ein ∙ © iStock.com/Bim

Der weltweite Energiebedarf steigt unaufhörlich. Gleichzeitig eröffnen sich immer neue Wege der alternativen Energiegewinnung. Von gigantischen Solarparks bis zu fliegenden Windkraftwerken: die interessantesten Entwicklungen und faszinierende Bilder von außergewöhnlichen Projekten.

  • Weltweiter Energiebedarf steigt rasant – u.a. wegen steigender Elektroauto-Zahlen

  • Windkraft: Noch Potenzial bei Offshore-Optionen

  • Der größte Solarkomplex der Welt in Marokko umfasst 3000 Hektar

Die Digitalisierung der globalen Wirtschaft geht mit Riesenschritten voran. Damit wächst der weltweite Stromverbrauch. Immer leistungsstärkere Rechner, immer größere Netzwerke, aber auch immer mehr Elektrofahrzeuge benötigen gigantische Mengen elektrischer Energie.

In welchen Dimensionen sich der Stromverbrauch mittlerweile bewegt, zeigt ein Blick auf die Kryptowährung Bitcoin: Pro Jahr verbraucht Bitcoin mit 116 Terawattstunden mehr Strom als etwa die gesamte Niederlande (111 TWh).

Auch der jährliche Energiebedarf der weltweit wachsenden Elektroautoflotte steigt rasant. Wurden 2020 noch 50 Gigawattstunden benötigt, sagt eine Prognose von Bloomberg für das Jahr 2030 bereits einen Bedarf von 800 Gigawattstunden voraus. Im Gegenzug sinkt der Erdölverbrauch für Pkw mit Verbrennungsmotoren – sofern ein nachhaltiges Energieszenario* umgesetzt wird. Dieses Szenario zeigt einen Weg auf, der die Vereinbarungen des Pariser Klimaabkommens erfüllt und gleichzeitig den Energiebedarf aller Länder deckt und langfristig sichert. Es erfordert jedoch schnelle und weitreichende Veränderungen in allen Teilen des Energiesystems.

Energiegewinnung der Zukunft – die Mischung macht's

Bei der Deckung ihres Energiebedarfs setzen viele Staaten auf einen Energiemix aus sinkenden Anteilen fossiler Energien und steigenden Anteilen erneuerbarer Energiequellen. Auch in Deutschland nimmt die Bedeutung der Erneuerbaren stetig zu. Lag deren Anteil an der Stromerzeugung im Jahr 2010 noch bei unter 20 Prozent, überschritt er 2020 erstmals die 50-Prozent-Marke.

Die Windenergie steuerte mit 27 Prozent den Löwenanteil bei, die Solarenergie 10,5 Prozent, gefolgt von der Biomasse mit 9,5 Prozent und der Wasserkraft mit 3,8 Prozent.

Die erneuerbaren Energien spielen mit Blick auf die Herausforderungen des Klimawandels, aber auch bei der sicheren und dauerhaften Versorgung der Welt mit Strom eine entscheidende Rolle. Sonnenenergie, Wasser- und Windkraft, Biomasse und Erdwärme vermeiden Treibhausgase und Schadstoffe, sind sauber und verfügbar. Und: Im Gegensatz zu fossilen Energielieferanten wie Kohle, Erdgas und Erdöl sind sie unendlich vorhanden.

Darauf aufbauend hat die Bundesregierung für das Jahr 2050 ein eindeutiges Ziel formuliert: eine vollständig auf regenerativen Energien beruhende Stromerzeugung in Deutschland. Diese sei bis dahin nicht nur technisch möglich, sondern auch ökonomisch vorteilhaft. Allerdings nur dann, wenn neben dem Ausbau der umweltfreundlichen Energielieferanten auch die erheblichen Potenziale beim Energiesparen genutzt würden.

Windenergie – fliegende Kraftwerke und künstliche Strominseln

Das globale Potenzial der Windkraft sehen Experten längst nicht ausgeschöpft. Vor allem die Offshore-Option und der Leistungsausbau bei den Windrädern selbst bieten Spielraum nach oben. Dafür müssten auf dem Meer – offshore, also fernab der Küsten – leistungsstarke Windparkanlagen entstehen.

Neuester Clou: Vor der dänischen Nordseeküste soll demnächst die weltweit erste künstliche Energieinsel aufgeschüttet werden, die den in den Offshore-Parks erzeugten Strom bündelt und von dort per Seekabel ans Festland leitet. Mit einer finalen Kapazität von zehn Gigawatt soll sie eines Tages zehn Millionen europäische Haushalte mit Offshore-Windstrom versorgen.

Vor der Küste von Wales plant ein Konsortium das Dragon Energy Island, ebenfalls eine künstliche Insel, angelehnt an das walisische Wappentier in Drachenform. Dort soll ein Projekt-Mix aus Gezeitenenergie, Solar- und Windkraft entstehen.

Eine weitere Innovation stellt das fliegende Drachenkraftwerk dar, das Höhenwindenergie nutzt. Der Drache ist mit einer Seilwinde am Boden verknüpft, in die ein Generator integriert ist. Sobald der Drache auf bis zu 800 Meter aufsteigt, zieht er das Seil aus der Winde. Dabei erzeugt der Generator stetig Strom.

Sonnenenergie – ab in die Wüste

In 90 Minuten empfängt die Erde so viel Strahlungsenergie von der Sonne, dass damit theoretisch der Energieverbrauch der ganzen Welt für ein Jahr gedeckt werden könnte. Das Sonnenlicht kann doppelt genutzt werden – zur Stromgewinnung (Solarstrom) und zur Wärmegewinnung (Solarwärme). Durch die heute verfügbaren Technologien wird bis jetzt allerdings nur ein kleiner Bruchteil erschlossen. Dies geschieht zentral durch große Solarparks und dezentral über Solar- und Photovoltaikanlagen auf privaten Häusern.

Der mit 3000 Hektar aktuell größte Solarkomplex der Welt steht in Marokko. Sein treffender Name: NOOR, arabisch für Licht. Vier solare Kraftwerke erzeugen hier Energie für 1,3 Millionen Menschen. Der Ort ist perfekt gewählt, denn in der marokkanischen Wüste wirkt eine enorm hohe Einstrahlungsintensität auf der Erde – mit rund 2500 Kilowatt pro Quadratmeter und Jahr liefert die Sonne hier doppelt so viel Energie wie in Deutschland. Die vier solarthermischen Kraftwerke von NOOR bieten, anders als Photovoltaikanlagen, die Möglichkeit, auch nachts Strom zu liefern. Das Highlight der Anlage ist der 242 Meter hohe Turm, zu dessen Spitze hin die sich stets nach dem Lauf der Sonne ausrichtenden Sonnenspiegel das Licht reflektieren.

NOOR wird die solare Pool-Position in naher Zukunft allerdings an den Mohammed-bin-Rashid-Al-Maktoum-Solarpark verlieren: In Dubai entsteht eine Anlage mit einer installierten Leistung von fünf Gigawatt und dem dann höchsten Solarturm der Welt.

Wasserkraft – auf der Welle reiten

Bis 2004 war Wasserkraft die wichtigste erneuerbare Energie in Deutschland, wurde dann aber von der Windkraft überholt. 3,3 Prozent des hier erzeugten Bruttostroms wurden 2020 aus den rund 7300 Wasserkraftwerken gewonnen. Ein Ausbau von 18,5 Terawattstunden (TWh) im Jahr 2020 auf mehr als 30 TWh soll nach Expertenangaben möglich sein – wenn Anlagen erneuert, ausgebaut oder neu gebaut werden. Weltweit stellt die Wasserkraft knapp 50 Prozent der erneuerbaren Stromerzeugungskapazitäten.

Die leistungsstärksten Wasserkraftwerke liegen in China, am Drei-Schluchten-Staudamm und am Baihedan-Staudamm, die beide den Jangtsekiang aufstauen. Ihre Leistung: 22,5 bzw. 16 Gigawattstunden.

Aber nicht immer gilt die Devise "Big is beautiful". Auch der Ausbau einer Armada an Kleinstkraftwerken kann die nachhaltige Stromerzeugung positiv verstärken. Ein Projekt wie die Mikrokraftwerke Turbulent mit ihrer schnell drehenden Miniturbine ist harmlos für Fische und erzeugt konstant Strom, wo er lokal benötig wird. In Zukunft vielleicht auch in einem ganzen Netzwerk an Miniturbinen.

Bioenergie – die Vielseitige

Der Energie-Allrounder Bioenergie wird aus Biomasse gewonnen. Allrounder, weil aus Energiepflanzen, Holz oder Reststoffen wie Stroh, Biomüll und Gülle nicht nur Strom und Wärme, sondern auch Treibstoffe gewonnen werden können. Biomasse spielt eine wichtige Rolle beim Ziel der Bundesregierung, den Anteil der erneuerbaren Energien im Verkehrssektor bis zum Jahr 2023 auf 28 Prozent anzuheben.

Alternative Energiegewinnung
Verwandelt Biomasse in Energie: Eine Biogasanlage aus der Vogelperspektive ∙ © iStock.com/ollo

Die Bedeutung der Bruttostromerzeugung aus Biogas hat sich in den letzten 20 Jahren in Deutschland stark entwickelt. 2019 wurden fast 32 Terawattstunden Strom daraus gewonnen.

Biokraftstoffe werden zum Antrieb von Motoren in Pkw, Lkw, Schiffen oder auch Flugzeugen eingesetzt. Aktuell kommen Biodiesel (wird in Deutschland aus Rapspflanzen gewonnen), Pflanzenöl, Bioethanol und Biogas zum Einsatz, in Zukunft auch synthetische Biokraftstoffe. Sie alle reduzieren die CO₂-Emissionen im Verkehr.

Auch weltweit gewinnt Energie aus Biomasse an Bedeutung. So hat sich die installierte Leistung der Bioenergieanlagen zwischen 2009 und 2019 auf 123 GWh verdoppelt.

Text: Jörg Peter Urbach

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