Wie viel Energie benötigt unser moderner Lebensstil? Können wir diesen aus erneuerbaren Quellen bestreiten? Welche Möglichkeiten zu Energiegewinnung gibt es, und wie groß ist deren Potenzial? Mit einem einfachen Kniff schaffen es die Autoren, dass wir direkt einen Bezug zu allen Themen rund um die erneuerbaren Energien herstellen können.
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Mittels Wasser kann man Energie gewinnen. Das ist bekannt, und zwar schon sehr lange. Früher hat man Mühlen gebaut und konnte damit reich werden. Die Bauern brachten das Getreide zum Mahlen heran und nahmen das Mehl wieder mit, und bezahlten für den Vorgang dazwischen.
Bei diesen Mühlen nutzte man die Fallhöhe des Wassers aus, indem die potenzielle Energie in eine Drehbewegung umgesetzt wurde. Die Drehbewegung wurde dann zum Mahlen des Getreides benutzt.
Dieses Konzept haben wir inzwischen weiter entwickelt und haben noch andere Möglichkeiten gefunden, wie man Wasser zur Energieerzeugung einsetzen kann. Verschaffen wir uns mal einen Überblick:
1. Aus der Fallhöhe des Wassers kann man Energie gewinnen, wie bei den Mühlen.
Wasser war im Mittelalter die Energiequelle für Mühlen. Obwohl 1293 genügend Korn vorhanden war, wurde das Mehl in Colmar knapp und teuer, weil die Wassermühlen wegen Trockenheit nicht einsatzbereit waren:56
„Annus fuit calidus et siccus … Columbarienses … bladum sufficientia habebant. Quartale frumenti vendebatur septem solidis, sed quartale farinae pro libra ab aquam molendinarum alio derivatam.“
Zu Deutsch: Das Jahr war heiß und trocken. Die Colmarer hatten genügend Brotgetreide. Ein Viertel des Getreides wurde für sieben Solides verkauft, aber ein Viertel Mehl kostete eine Libra, weil das Wasser der Mühlen anderswohin abgeleitet wurde.
Die potenzielle Energie wird zuerst in mechanische Energie umgewandelt und dann in elektrische Energie.
Dieses Konzept verstehen wir allgemein unter dem Stichwort Wasserkraft. Das wird in Deutschland, bezogen auf das verfügbare Potenzial, in recht hohem Maß gemacht, z. B. gibt es im Rhein zahlreiche Staustufen.
Und unsere Nachbarn in Österreich und der Schweiz haben viele Speicherseen. Aber auch in China und in Brasilien steht diese Energieform stark im Fokus.
Eines der größten Wasserkraftwerke der Welt, Itaipú in Brasilien. Es besitzt eine durchschnittliche Leistung von 11GW, so viel wie 10 Atomkraftwerke. [b0]86
Wellen tragen Energie in sich. Auch diese Energie kann man nutzen. [b0]
2.Wellen tragen Energie in sich. Das können Sie bei einem Badeurlaub am Atlantik erleben. Evtl. wird sogar ein Badeverbot ausgesprochen, weil Ihr Körper nicht so viel Energie absorbieren kann.
Die Energiegewinnung aus Wellen ist ein junges Projekt, es gibt bis jetzt nur ganz wenige, sehr kleine Anlagen.
3. Im Meer wechseln sich Ebbe und Flut im Tagesverlauf ab. Je nach Standort beträgt die Differenz zwischen Ebbe und Flut über 16 Höhenmeter! Man kann nun einen Damm bauen und dahinter bei Flut ein Becken durch eine Turbine voll laufen lassen. Und bei Ebbe lässt man das Becken wieder durch die Turbine ab. In Saint-Malo in Frankreich wird seit 1967 ein solches Kraftwerk betrieben. Und auch in der Bay of Fundy in Kanada gibt es seit 1984 ein solches Kraftwerk.
Bei Flut kann man das Wasser einfangen und bei Ebbe wieder freilassen. Dabei kann man die Höhendifferenz nutzen. In Saint-Malo in Frankreich (Bild) wird das seit 1967 gemacht. [b1]
Alternativ gibt es ein zweites Konzept, wie man Ebbe und Flut zur Energiegewinnung nutzen kann. Ebbe und Flut gehen mit Meeresströmungen einher, schließlich muss das Wasser bei Flut irgendwo herkommen und bei Ebbe irgendwo hinfließen. Also kann man „Windkraftanlagen“ unter Wasser bauen und so Energie erzeugen. Diese Variante war bis 2018 eher ein Forschungsbereich und kommerzialisiert sich erst langsam. 87
4. Bei einem Meereswärmekraftwerk nutzt man die Temperaturdifferenz des Meeres zwischen den oberen und den unteren Schichten. Falls die Differenz mindestens 20°C beträgt, dann kann ein Kreislauf in Gang gesetzt und mit einem Generator Energie gewonnen werden. Es gab kleinere und größere Versuchsanlagen u.a. in Hawaii, aber keine kommerzielle Anlage.
5. Beim Osmosekraftwerk, auch Salzgradientenkraftwerk genannt, interessiert man sich für den unterschiedlichen Salzgehalt – wenn z. B. ein Fluss mit Süßwasser ins salzige Meer fließt. Hierbei kommt das höhere thermodynamische Potenzial des Süßwassers zum Tragen. Bis jetzt gibt es nur ein Kleinstkraftwerk und zwar seit 2009 im norwegischen Tofte.
Ein Osmosekraftwerk nutzt den unterschiedlichen Salzgehalt von zwei Flüssigkeiten. Am toten Meer wäre das interessant. [b0]
6. Die Idee eines Depressionskraftwerks lässt sich nur an ganz wenigen Orten der Welt umsetzen, nämlich wenn eine heiße Gegend unterhalb des Meeresspiegels liegt und es nicht zu weit bis zum nächsten Meer ist. Am Toten Meer wäre eine solche Anlage gut vorstellbar.
Das sind sechs Varianten, vielleicht sind manche für Sie ganz neu. Im Folgenden wollen wir sie alle etwas detaillierter betrachten. Welches Potenzial steckt wirklich in den einzelnen Varianten im Vergleich zu den teils vollmundigen Versprechungen?
Eine Mühle mit manuellem Antrieb [b0]
6.1 Energie aus der Fallhöhe von Wasser
Wir sprechen in diesem Abschnitt über das Konzept des klassischen Wasserkraftwerks.
Historisch ist es ganz klar, eine Mühle war ein Industriebetrieb, der Wohlstand brachte, es wurden selbst kleine Flüsschen aufgestaut, um dann ab und zu für kurze Zeit große Mengen Wasser zur Verfügung zu haben, womit die Mühle dann betrieben wurde. 88Diese Energieform war hochattraktiv, ganz einfach deshalb, weil sie eine der wenigen Alternativen zu menschlicher Arbeit bzw. zu Arbeitstieren war.
Eine Mühle mit automatischem Antrieb [b0]
Nehmen wir mal ein Flüsschen mit einer Wassermenge von 3 Litern pro Sekunde, also ein sehr kleines Flüsschen, besser gesagt ein Rinnsal, denn bei weniger als
lautet die korrekte Bezeichnung tatsächlich „Rinnsal“. Dann kommen wir auf eine tägliche Wassermenge von 260 Kubikmetern.
Gehen wir von einer Fallhöhe von 2 Metern aus. Dann kommen wir auf eine Energiemenge von 5,2 Mio Joule pro Tag.
