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Energie-Frage der Woche: Welcher Strom ist der beste für das Klima?

09. August 2010, 10.30, Jan Oliver Löfken, 11 Kommentar/e
In Kohlekraftwerken wird permanent Braunkohle oder meist aus Übersee importierte Steinkohle verfeuert. Solarzellen benötigen kristallines Silizium, das zuvor mit hohem Energieeinsatz aus Quarz gewonnen wird. So ist es sinnvoll, Kraftwerke nicht allein während ihres Betriebs auf Klimatauglichkeit zu prüfen. Die eingesetzte Energie sollte vielmehr über den gesamten Lebenszyklus von über 30 Jahren in Betracht gezogen werden. Welcher Kraftwerkstypus ist unter diesem Aspekt am klimafreundlichsten?

Um diese Frage beantworten zu können, muss möglichst der komplette Energiebedarf eines Kraftwerks von der Herstellung der Komponenten über den Bau und Betrieb bis hin zur Entsorgung aufsummiert werden. Diese Aufgabe übernahmen Energieexperten vom DLR-Institut für Technische Thermodynamik in Stuttgart und vom Institut für Energie-  und Umweltforschung (IFEU) in Heidelberg. Die Ergebnisse veröffentlichte das Bundesumweltministerium (BMU), in dessen Auftrag die Nachhaltigkeit verschiedener Kraftwerkstypen untersucht wurde, im Juni 2009.

Windkraft und Solarthermie bieten hohe Energieffizienz

Montage von 80 Windenergieanlagen des Typs Vestas V 80 vor der dänschen Nordseeküste. Bild: Vestas Central Europe, Bild oben: Solarturmkraftwerk, Bild: DLR/ Markus-Steur.de
Montage von 80 Windenergieanlagen des Typs Vestas V 80 vor der dänischen Nordseeküste. Bild: Vestas Central Europe, Bild oben: Solarturmkraftwerk, Bild: DLR/ Markus-Steur.de

Am schnellsten holen Windkraftanlagen die Energie für Herstellung, Betrieb und Entsorgung wieder rein: Die "energetische Amortisationszeit" schwankt in Abhängigkeit von Standort und Effizienz der Anlagen zwischen drei und sieben Monaten. Vergleichbare Werte erreichen sonst nur solarthermische Kraftwerke an sonnenreichen Standorten wie Marokko. Wasserkraftwerke brauchen bis zu 13 Monate. Photovoltaik-Kraftwerke in Mitteleuropa müssen bis zu fünf Jahre lang Strom erzeugen, um ihre Energiebilanz wieder auszugleichen. Moderne Dünnschicht-Solarzellen allerdings lassen sich energieeffizienter produzieren, so dass sie diese Zeitspanne auf drei Jahre verkürzt.

Alle Kraftwerke, die Strom aus fossilen Brennstoffen oder Uran gewinnen, können prinzipiell nie ihre Energiebilanz ausgleichen. Denn sie verbrauchen Brennstoffe mit einem höheren Energieinhalt im Vergleich zum erzeugten Strom. Ein Perpetuum mobile mit Wirkungsgraden von mehr als 100 Prozent gibt es eben nicht.

Beste Lösung liegt in einem intelligenten Mix

Obwohl Windräder an und auf der Nordsee und Solarthermie in südlichen Regionen die beste Energiebilanz zeigen, sollte man auf die anderen Formen der Stromgewinnung nicht verzichten. "Es gibt nicht die eine beste Technologie für eine zuverlässige Stromversorgung", sagt DLR-Forscher Franz Trieb, der ebenfalls zu dem BMU-Report für eine nachhaltige Energieversorgung beigetragen hat. Um bezahlbaren Strom mit einer hohen Versorgungssicherheit ins Netz einspeisen zu können, müsse ein vielfältiger Mix an regenerativ betriebenen Kraftwerken genutzt werden.

Die DLR-Energiefrage der Woche im Wissenschaftsjahr "Die Zukunft der Energie"

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat das Wissenschaftsjahr 2010 unter das Motto "Die Zukunft der Energie" gestellt. Aus diesem Anlass beantwortet der Wissenschaftsjournalist Jan Oliver Löfken in diesem Jahr jede Woche eine Frage zum Thema Energie in diesem Blog. Haben Sie Fragen, wie unsere Energieversorgung in Zukunft aussehen könnte? Oder wollen Sie wissen, wie beispielsweise ein Wellenkraftwerk funktioniert und wie effizient damit Strom erzeugt werden kann? Dann schicken Sie uns Ihre Fragen per E-Mail. Wissenschaftsjournalist Jan Oliver Löfken recherchiert die Antworten und veröffentlicht sie jede Woche in diesem Blog. 


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Kommentare
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  • Von Anonym am 10.08.2010
    Sehr geehrter Herr Löfken, können Sie mir bitte den Begriff "energetische Amortisationszeit" näher erklären (definieren)? Kein Windkraftwerk wird die für seine Herstellung benötigte Menge CO2 aus der Atmosphäre wieder entfernen! 2. Können Sie mir bitte erklären, welche Energieform in welchem Maß als schädlich empfunden wird? Z.B.: Atomkraftwerke sind (fast) CO2-neutral. Windkraftwerke können aber auch für das Ökosystem schädlich sein weil die Blätter bewegliche Schattenmuster erzeugen.
  • Von Jan-Oliver Löfken am 10.08.2010
    Vielen Dank für Ihre Hinweise. Der Begriff "energetische Amortisationszeit" beschreibt den Zeitraum, der nötig ist, um so viel Strom zu liefern wie für die Herstellung und Betrieb des Kraftwerks an Strom aus dem derzeitigen Energiemix u.a. mit fossilen Quellen eingesetzt wurde. Kernkraftwerke produzieren Strom zwar fast CO2-frei, doch für die Gewinnung des Urans für die Brennstäbe, den Betrieb und für den Bau des Kraftwerks muss fortlaufend Strom aufgewendet werden.
  • Von Jan-Oliver Löfken am 10.08.2010
    Per E-Mail wurden wir auch nach der oben im Text erwähnten Studie gefragt: Die Studie (S. 23 beachten) findet sich unter: http://www.ifeu.de/energie/pdf/ee_innovationen_energiezukunft_broschuere.pdf
  • Von Anett Ward am 10.08.2010
    Ich habe mich vor Jahren mal über den Carbo V Prozess informiert. O.K., Chemie ist vielleicht nicht so charmant wie Dünnschicht–Silizium, es geht doch aber hier um den Energiemix bzw. die Energiebilanz. Es kann bisher ungenutzte Biomasse eingesetzt und die Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion vermieden werden. Was ich damals schon bemerkenswert fand, im Vergleich zum Einsatz von Wasserstoff oder dem "letzten" Schrei, dem Elektroauto, ist, dass das vorhandene Tankstellensystem beibehalten werden kann. Wie ist da momentan die Entwicklung?
  • Von Jan-Oliver Löfken am 10.08.2010
    Hallo Frau Ward, die Treibstoffgewinnung aus ungenutzer Biomasse (Stroh, Holzabfälle) hat tatsächlich viele Fortschritte gemacht. Auch das DLR ist an entsprechenden Projekten beteiligt, in denen über den Zwischenschritt des Synthesegas flüssiger Treibstoff erzeugt wird. Als Vorreiter in Europa kann Schweden gelten, wo große Mengen Holzabfälle bereits genutzt werden. Doch bei dieser Biofuel-Erzeugung der 2. Generation bleibt es nicht stehen. Algen und Mikroorganismen können auch beitragen (3. Generation). Und weitere Methoden mit genveränderten Bakterien, die direkt Alkane erzeugen, sind in der Entwicklung. Das wäre dann eine 4. Generation für Biotreibstoffe. Über diese Themen finden Sie bereits Beiträge in diesem Blog.
  • Von am 10.08.2010
    Es wird immer nur Energie umgewandelt, nie erzeugt. Wenn man die Energie des Energieträgers Sonne/Wind miteinbezieht, kommt man zu denselben Ergebnis wie für die fossilen Brennstoffe. Fraglich ist eher, ob man fossile Energieträger nicht anderweitig sinnvoller verwenden kann.
  • Von Oliver Kern am 12.08.2010
    Zurzeit arbeite ich am DLR in Braunschweig an der Recherche für eine Studienarbeit "Elektrische Antriebssysteme für Luftfahrzeuge". Es geht vor allem darum, Trends und Entwicklungen zu untersuchen. Interessant ist dabei vor allem, welche Akkus in 10 Jahren verfügbar sein werden. Wohin glauben Sie geht der Trend? Glauben Sie, dass es möglich sein wird bis 2020 Passagiermaschinen (Do 228, Bae Jetstream 32, mind. 10 Passagiere) vollelektrisch anzutreiben? Es klingt etwas abgehoben, allerdings wird Sikorsky Aircraft noch dieses Jahr einen Elektrohelikopter fliegen lassen und Cessna Aircraft Company eine ihrer Maschinen. Über eine Antwort, gerne auch mit eigenen Ideen und Vorstellungen, würde ich mich sehr freuen. Ich freue mich darauf von ihnen zu hören.
  • Von Jan-Oliver Löfken am 17.08.2010
    Sehr geehrter Herr Kern, dass in 10 Jahren größere Flugzeuge vollelektrisch mit Batterieantrieb fliegen werden, halte ich für allzu optimistisch. Denn die Akku-Technologie macht nur langsame Fortschritte. Unmöglich ist es jedoch nicht, dass ein System (Lithiumeisenphosphat, "Luft"-Akku o.ä.) mit extrem hoher Leistungsdichte den Sprung zur Marktfähigkeit schaffen wird. Mit einem solchen Durchbruch, der heute unwahrscheinlich erscheint, aber möglich ist, wäre auch eine teilweise elektrifizierte Lufffahrt denkbar. Interessanter werden bis dahin elektrische Akku-Systeme für den Betrieb der Bordelektronik, Klimaanlagen, Bodenantrieb etc. sein, die sich bereits in Entwicklung befinden.
  • Von Ernst Wilhelm am 21.08.2010
    Ich wundere mich, dass in diesem Bereich immer noch mit der energetischen Amortisationszeit gerechnet wird. Ist den nicht die Lebenszeit verschiedener Technologien sehr unterschiedlich? In diesem Zusammenhang für alle Tzpen von einem gesamten Lebenszyklus von 30 Jahren auszugehen halte ich für zu stark vereinfachend. Wäre es nicht besser mit Erntefaktoren zu arbeiten?