Es gibt immer mehr Menschen auf der Erde, die immer mehr bezahlbare Energie für einen wachsenden Wohlstand fordern. Die Energiequellen stoßen an ihre Grenzen. Woher soll die Energie in Zukunft kommen?
von Prof. Dr. Ing. Hans-Günter Appel
Die Sonnenenergie-Menge, die auf die Erde trifft, ist riesig. Die Menschheit braucht davon nur Bruchteile eines Prozentes. Warum haben wir dann Probleme, ausreichend bezahlbare Energie bereit zu stellen?
Einsammeln grüner Energie ist teuer und kostet viel Energie
Grund ist die geringe Strahlungsdichte von etwa 100 Watt (W)/m² im Jahresmittel. Am Tag wird davon ein Vielfaches erreicht. Dafür scheint die Sonne nachts nicht. Die Strahlung wird zum Teil umgewandelt in kinetische Energie (Wind), chemische Energie (Pflanzen) und potentielle Energie (Regen). Dadurch wird die Energiedichte weiter verwässert. Für eine Energieversorgung muss diese weit gestreute Energie eingefangen, konzentriert und in die gewünschte Energieform umgewandelt werden.
Um die Windkraft zur Stromherstellung zu nutzen, sind riesige Anlagen und große Flächen erforderlich, die inzwischen an vielen Stellen das Landschaftsbild prägen oder verunstalten. 50.000 m³ Wind mit einer Geschwindigkeit von 10 Meter / Sekunde (36 km/h) hat nur eine Kilowattstunde (kWh) kinetischer Energie. Ähnliche Größenordnungen gelten auch für die Wasserkraft. Eine Tonne Wasser mit 360 Meter Fallhöhe hat 1 kWh potentielle Energie. 1 kWh ist die Energie, die ein Mensch in 10 Stunden harter körperlicher Arbeit liefert. Sie kostet zurzeit als Haushaltsstrom 50 Cent. Windgeneratoren können nur rund 30 % der Windenergie in Strom umwandeln. Die Wasserwerke erreichen 80 bis 90 %.
Grüne Energie reicht nicht
Die nachwachsenden Pflanzen binden pro Hektar 60.000 kWh als Biomasse. Das erscheint recht viel. Doch wir brauchen für unseren Lebensstandard 50.000 kWh Primärenergie/Einwohner. Im dicht besiedelten Deutschland mit 2,3 Einwohnern pro Hektar reicht die Biomasse zur Energieversorgung bei weitem nicht aus, zumal auf den Feldern auch noch Nahrung erzeugt werden muss. Maximal können 5 % der Haushalte mit Biomasse beheizt werden. Dann ist das Angebot erschöpft.
Wasserkraft kann mit geringen Verlusten in Strom umgewandelt werden. Leider sind die Regenmengen und die Fallhöhen in Deutschland gering. Nur etwa 5 % des benötigten Stromes kommen aus Wasserkraftwerken.
Die direkte Umwandlung von Sonnenstrahlen in Strom durch Photovoltaik hat nur einen geringen Wirkungsgrad von rund 10 %. Zur Deckung des Energiebedarfs von Deutschland müssten mehr als 10 % der Landesfläche mit Solarplatten bedeckt werden. Eine erschreckende Vorstellung.
Grüne Energie braucht viel Material
Für das Einfangen und Konzentrieren der Sonnenenergie brauchen wir riesige Windräder, große Mengen Silizium für Solarplatten, Wasserstaubecken und viele tausend Tonnen Kupfer für Stromleitungen. Viel Energie wird aber auch gebraucht, um diese Baustoffe und Staubecken herzustellen. Herausragende Beispiele sind Silizium und Aluminium. Zur Erzeugung von einem Kilogramm Silizium oder Aluminium müssen fast 20 kWh Strom aufgewendet werden. Dies sind weitere große Energieverluste, für die unsere grünen Energiewende-Politiker fast aller Parteien blind sind.
Die Energienutzung der Sonnenstrahlen ist aufwendig und teuer. Hinzu kommt die ungewisse Verfügbarkeit. Der Energieeintrag ändert sich mit der Tageszeit und mit dem nicht kalkulierbaren Wetter. Eine bedarfsgerechte Versorgung durch Sonnenenergie wäre nur möglich, wenn es ausreichend große und bezahlbare Energiespeicher gäbe. Für die nächsten Jahrzehnte sind solche Speicher nicht in Sicht.
Deutschland muss Energie importieren
Eine komplette Versorgung von Deutschland mit Sonnenenergie ist nicht möglich. Die geforderten Mengen können auf der Landesfläche nicht eingesammelt werden. Das gilt auch für den Hoffnungsträger, Windstrom an Land. Eine Überschlagsrechnung zeigt, zum Wechsel auf Windstrom braucht man etwa 5 Prozent der Windleistung bis zu 200 m Höhe über ganz Deutschland bei einer Windgeschwindigkeit von 10 m/s. doch selbst wenn die dafür benötigten Windgeneratoren aufgestellt werden, gelingt die Versorgung nicht, weil die Anlagen im Windschatten weniger Strom erzeugen.
Darüber hinaus ist der vom Wetter abhängige unzuverlässige Strom für eine bedarfsgerechte Versorgung und ein stabiles Netz ungeeignet (Fakepower). Deutschland ist ein Energieimportland. Das haben auch einige Politiker verstanden. So soll Solarstrom oder Wasserstoff in südlichen Ländern gewonnen und nach Deutschland importiert werden. Die Stadtwerke Hamburg wollten ein Heizkraftwerk auf Biomasse (Holz- und Strauchwerk) aus Namibia umstellen. Doch das sind Utopien. Was ist zu tun?
Fossile Brennstoffe sind erste Wahl
Zunächst sollte die aus vergangenen Zeiten gespeicherte Energie genutzt werden, nämlich Kohle, Erdöl und Erdgas. Da die Vorkommen in Deutschland nicht reichen, müssen wir zusätzlich fossile Brennstoffe einführen. Sie sind Speicher verdichteter Sonnenenergie, die über viele Jahrtausende eingefangen wurde. Mit diesen Brennstoffen können wir günstig eine bedarfsgerechte Energieversorgung noch für Jahrhunderte sicherstellen. Die meisten Länder der Welt haben das erkannt und bauen ihre Industrie und ihren Wohlstand durch Nutzung von mehr fossilen Brennstoffen weiter aus. China ist dafür das beste Beispiel. Die Stromversorgung mit Kohlekraftwerken wird weiter kräftig ausgebaut. Der Pro-Kopf- Energieverbrauch hat fast das deutsche Niveau erreicht.
Der Kernenergie gehört die Zukunft
Doch irgendwann werden die fossilen Brennstoffe zu Ende gehen. Dann gibt es nur noch eine Möglichkeit, den Wohlstand zu halten. Wir müssen die Energie selbst erzeugen. Albert Einstein hat uns dazu den Weg aufgezeigt mit seiner berühmten Formel:
Energie = Masse x Lichtgeschwindigkeit²
E(Ws) = m (kg) . c² (m/s)²
Danach reichen 16 Kilogramm Masse aus, um den gesamten jährlichen Energiebedarf von 4.000 Milliarden kWh in Deutschland zu decken. Doch von den wenigen radioaktiven Atomen der Reaktorbrennstäbe (ca. 3 %) werden nur einzelne Neutronen in Strahlung, also Energie, umgesetzt. Die Energiedichte der Brennstäbe ist mit einigen Millionen Kilowattstunden / Kilogramm noch immer sehr hoch im Vergleich zu den fossilen Brennstoffen mit einer Dichte von 10 kWh/kg.
Brennstäbe nicht endlagern sondern weiter nutzen
Die Energie der Brennstäbe wird zurzeit nur zu 10 % genutzt. Die abgebrannten Brennstäbe sollen dann für immer in die Erde versenkt werden. Jetzt lagern sie in einfachen Hallen auf dem Gelände der aufgegebenen Kernkraftwerke. Forschungen und Versuche zur Nutzung der riesigen Restenergie sind politisch unerwünscht oder gar verboten. Dabei zeigen einfache Rechnungen, in einem halben Kilogramm verbrauchter Brennstäben steckt noch die Energie zum Antrieb eines Autos über mehr als 500.000 km. Wenn es gelingt, die Kernenergie in einem Minireaktor direkt in elektrische Energie umzuwandeln, hätten wir das ideale Elektroauto, das bis zum Verschrotten niemals betankt oder geladen werden muss.
Deutschland hat Kernphysikalische Forschung verboten. Die wenigen Fachleute sind überaltert, überwiegend schon verstorben oder aber ausgewandert. Wir Deutschen forschen und entwickeln nicht mehr. Wir sind auf den Weg in ein unterentwickeltes Land.
