Erneuerbare Energien

Als erneuerbare Energien werden Energiequellen bezeichnet, die nach menschlichem Ermessen unendlich lange zur Verfügung stehen und in absehbarer Zukunft nicht zur Neige gehen werden. Erneuerbare Energien stammen aus nachhaltigen Quellen wie der Sonne oder der Erde (Geothermie).

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EnEV-Bezug

Ab dem 01.01.2009 muss bei allen Neubauten ein bestimmter Prozentsatz der Wärme (Raumwärme und Warmwasser) aus erneuerbaren Energien gedeckt werden. Diese Forderung regelt das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG), das zusammen mit der Energieeinsparverordnung (EnEV) einen wichtigen Baustein zur Umsetzung des integrierten Energie- und Klimaprogramms der Bundesregierung bildet.

Welche erneuerbaren Energien gibt es?

Erneuerbare Energien lassen sich in die folgenden Arten einteilen:

Solarenergie (Fotovoltaik, Solarthermie)
Biomasse (z.B. Holz, Pflanzenöl, Biogas)
Geothermie (Erdwärme)
Wasserkraft (z.B. Wasserkraftwerke)
Windenergie (z.B. Windenergieanlagen)
Meeresenergie (z.B. Gezeitenkraftwerke)
Erdrotation

Erneuerbare Energien; hier: Solarthermieanlage zur Umwandlung der Sonnenstrahlung in Wärme (Quelle: Viessmann-Werke)

Die wichtigste Energiequelle für erneuerbare Energien ist die Sonne. Die Sonnen- oder Solarenergie kann entweder direkt genutzt werden und lässt sich in Wärme (Solarthermie) oder Strom (Fotovoltaik) umwandeln oder ist indirekte Ursache für andere erneuerbare Energiequellen wie Biomasse, Wasserkraft und Windenergie.

Auch die Geothermie, bei der die Erdwärme genutzt wird, sowie die Nutzung der Meeresenergie durch Gezeitenkraftwerke zählen zu den erneuerbaren Energiequellen, da sie für unsere Zeitvorstellungen unendlich lange zur Verfügung stehen.

Biomasse, Wasserkraft und Windenergie

In Biomasse wie Holz oder Pflanzenöl ist Sonnenenergie in Form von Kohlenstoffverbindungen gespeichert. Beim Wachstum haben die Pflanzen der Atmosphäre Kohlendioxid entzogen und mithilfe von Sonnenlicht, Wasser und Nährstoffen organische Substanz aufgebaut (Photosynthese). Durch Verbrennen kann die in der Biomasse enthaltene Energie genutzt werden. Das bei der Verbrennung frei werdende Kohlendioxid führt anders als bei den fossilen Brennstoffen nicht zu einem Anstieg des CO₂-Gehalts in der Erdatmosphäre. Die Pflanzen, z.B. Bäume, haben bei ihrem Wachstum die gleiche Menge CO₂ aus der Atmosphäre entnommen, die bei der Verbrennung wieder freigesetzt wird. Das CO₂ würde übrigens auch entstehen, wenn die Pflanzen nur verrotten, d.h. als Brennstoff nicht genutzt würden. Der CO₂-Kreislauf ist in sich geschlossen, d.h., es entsteht nur so viel CO₂, wie vorher auch aufgenommen wurde. Biomasse, insbesondere Holzpellets eignen sich sehr gut als Brennstoff für die Beheizung von Gebäuden. Der Primärenergiebedarf von Häusern, die mit Holzpellets beheizt werden, ist im Gegensatz zu Gebäuden mit einer konventionellen Heizungsanlage (Gas oder Öl) deutlich geringer. Der Grund hierfür liegt in der günstigen CO₂-Bilanz des Energieträgers Holz

CO₂-Kreislauf beim Holz (Prinzipskizze)

Die Wasserkraft beruht ebenfalls auf der Energie der Sonne, die den Wasserkreislauf auf der Erde antreibt. Die Sonneneinstrahlung führt zur Verdunstung des Oberflächenwassers, die Luft reichert sich mit Feuchtigkeit (Wasserdampf) an, bis sie gesättigt ist. Es kommt zu Niederschlägen, die als Regen oder Schnee wieder auf die Erdoberfläche gelangen. Das Oberflächenwasser versickert zum Teil und speist die Grundwasservorräte. Ein weiterer Teil sammelt sich in Bächen und Flüssen und fließt zum Meer. Auf dem Weg dorthin kann die im Wasser enthaltene Bewegungsenergie durch Wasserkraftwerke genutzt werden. Die Nutzung der Wasserkraft hat für Gebäude, d.h. für die Beheizung und Bereitstellung von Warmwasser keine Bedeutung. Aus diesem Grund wird hier nicht näher darauf eingegangen.

Auch die Nutzung der Windkraft ist nur möglich, da die Sonne Ursache für die Entstehung von Wind ist, indem sie die Luftmassen in der Atmosphäre unterschiedlich erwärmt. Die dadurch entstehenden Luftdruckunterschiede führen in Verbindung mit der Erdrotation zur Ausbildung von globalen Windzonen (Passatwinde, Westwindzone) und regionalen Windereignissen (Stürme, Winde im Bereich von Tiefdruckgebieten). Die im Wind enthaltene Energie kann durch Windenergieanlagen genutzt werden, indem sie beispielsweise in Strom umgewandelt wird. Ohne die Sonne würde es auf der Erde keinen Wind geben. Die Windenergie spielt eine zunehmende Rolle bei der Stromerzeugung. Im Zusammenhang mit dem EEWärmeG und der EnEV hat sie aber keine Bedeutung. Aus diesem Grund wird hier nicht näher auf die Windenergie eingegangen.

Windenergieanlage (Quelle: mit freundlicher Genehmigung von Vestas Wind Systems A/S)

Geothermie

Die geothermische Energie hat ihren Ursprung zum Teil in der Restwärme, die noch aus der Zeit der Erdentstehung im Erdinneren vorhanden ist, sowie aus radioaktiven Zerfallsprozessen, die in der Erdkruste kontinuierlich Wärme erzeugen. Nur in oberflächennahen Schichten spielt auch die Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche eine gewisse Rolle. Die Erdwärme kann für die Beheizung von Gebäuden genutzt werden, wobei in der Regel eine Wärmepumpe zur Unterstützung erforderlich ist.

Prinzip der Nutzung von Erdwärme (Quelle: Energieagentur NRW)

Meeresenergie und Erdrotation

Die Meeresenergie sowie die Erdrotation bilden neben der Sonne und der Geothermie die dritte Säule der erneuerbaren Energien. Sie sollen an dieser Stelle nur der Vollständigkeit halber genannt werden.

Bei der Meeresenergie können beispielsweise die Gezeiten, d.h. die täglich wechselnden Wasserstände an der Küste (Tidenhub), durch sog. Gezeitenkraftwerke genutzt werden. Diese nutzen die entstehende Gezeitenströmung, indem die darin enthaltene Bewegungsenergie in elektrischen Strom umgewandelt wird. Ursachen für die Gezeiten auf der Erde sind die Massenanziehungskraft des Mondes und die Erdrotation. Gezeitenkraftwerke sind ökologisch umstritten, da sie nachhaltig in die Fauna und Flora der Küstengebiete eingreifen.

Vorteile erneuerbarer Energien

Die Vorteile erneuerbarer Energien im Vergleich zu fossilen Brennstoffen oder Kernbrennstoffen lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Erneuerbare Energien schonen die natürlichen Ressourcen, insbesondere die Rohstoff- und Brennstoffvorkommen der Erde. Energie aus erneuerbaren Energieträgern braucht nicht durch Öl oder Gas „erzeugt" zu werden.
Erneuerbare Energien stehen quasi unendlich lange zur Verfügung.
Erneuerbare Energien dienen dem Klimaschutz, weil sie als CO₂-neutral gelten.
Erneuerbare Energien machen Deutschland unabhängig von teuren Öl- und Gasimporten.
Erneuerbare Energien führen aus der Abhängigkeit von den öl- und gasfördernden Ländern, die zudem meist auch als politisch instabil gelten und zu den Krisenregionen auf der Erde zählen.
Erneuerbare Energien fördern die Entstehung von neuen Arbeitsplätzen in Deutschland und gelten als Zukunftstechnologie.

Nachteile erneuerbarer Energien

Selbstverständlich gibt es auch einige Nachteile, die erneuerbare Energien besitzen:

Erneuerbare Energien weisen im Vergleich zu fossilen Energieträgern eine geringere Energiedichte auf. Das bedeutet, dass man eine deutlich größere Anzahl an Anlagen und damit auch größere Flächen benötigt, um die gleiche Energie bereitzustellen.
Erneuerbare Energien sind nicht überall und nicht gleichmäßig verfügbar. Beispielsweise ist die Stromerzeugung durch Windkraft von der jeweiligen Wetterlage abhängig. Bei Windstille oder zu wenig Wind kann kein Strom erzeugt werden. Die Grundlastversorgung muss daher von anderen Kraftwerken (Kernkraft, Kohle) sichergestellt werden.
Die Nutzung der Solarenergie ist abhängig von tages- und jahreszeitlichen Schwankungen. Beispielsweise kann Solarstrom nur tagsüber erzeugt werden; gerade dann wird er aber nur zu einem geringen Teil benötigt.
Die Investitionskosten für Anlagen, die erneuerbare Energien nutzen, sind zurzeit zum Teil noch deutlich höher als bei konventionellen Anlagen. Beispielsweise kostet eine Gasbrennwertheizung ca. 3.000 bis 4.000 €, während für eine Erdwärmepumpe mindestens das Doppelte zu zahlen ist. Hierbei sind noch nicht einmal die Kosten für die erforderliche Bohrung bei der Nutzung von Erdwärme enthalten.

Bild: Pixelio

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