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Erdöl Lexikon

Alternative Energiequellen

 

Der entstehende Mangel an Erdöl bedeutet einen Mangel an (i) einer Energiequelle und (ii) einem Rohstoff, wobei der Verlust an Energie sehr viel schwerwiegender ist als der Mangel des Rohstoffs. Beispielsweise beruhen etwa 40 % des Gesamtenergieverbrauchs in Deutschland auf Erdöl. Die bisher aus Öl gewonnene Energie kann zu einem gewissen Teil eingespart und zu einem gewissen Teil durch andere Energiequellen ersetzt werden. Eine Möglichkeit, alternative Energiequellen abzuschaetzen, bietet der ERoEI (Energy Returned on Energy Invested etwa: Erzeugte Energie aus aufgewandter Energie) Index, der beschreibt, wie viel Energie aufgewendet werden muss (EI), um eine bestimmte Menge Energie zu erzeugen (ER). ERoEI ist also ER/EI. Je groeßer dieser Wert, desto 'billiger' ist die Energiequelle. Eine etwas andere Darstellung desselben Sachverhalts ist die so genannte Nettoenergie, die den Teil der Energie bezeichnet, den man beim Prozess herausbekommt, wenn man von der erzeugten Energie (ER) die eingesetzte (EI) abzieht. Also ER-EI. Ein ERoEI von eins (1:1) bedeutet eine Nettoenergie von null, und es wird irrelevant, wie hoch der Ölpreis liegt.

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts lag der ERoEI für die oelproduktion bei 100:1. Heutzutage liegt er bei etwa 10:1 für konventionelle oelfelder und etwas darunter für Tiefwasserbohrungen im Ozean oder aehnlich aufwendige Produktionsmethoden und -staetten. Die oelproduktion aus den kanadischen oelsanden findet unter massivem Einsatz von Erdgas und Wasser statt. Das bitumenartige Öl ist sehr zaeh und muss erhitzt werden, um es vom Sand trennen zu können, und muss danach unter weiterem Energieeinsatz reformiert werden, damit leicht fließender Treibstoff daraus wird. Der ERoEI wird auf zwischen 3:1 und 4:1 liegend geschaetzt. Die Tabelle zeigt weitere (grob geschaetzte) ERoEI für unterschiedliche Energieträger und -vektoren. Daraus geht hervor, dass Ethanol und Wasserstoff als Energiequelle nicht geeignet sind (wohl aber ggf. als Energievektor). Die Werte für Windkraft schwanken sehr stark und können mitunter ERoEI von 50:1 erreichen (s. u.). Außer dem Ersatz an schierer Energie ist zu beachten, dass Erdöl hervorragende Eigenschaften bezueglich seines Transportes bietet (fluessig, schwer brennbar im Rohzustand). So bietet elektrischer Strom derzeit kaum eine Lösung für Duengererzeugung und Transport. Es bleibt zu beachten, dass der ERoEI sowohl vom technischen Stand als auch von der Verfügbarkeit eines Rohstoffs selbst (-> Öl) oder seiner Voraussetzungen (-> Ethanol) abhaengen und somit keinesfalls eine Konstante darstellen.

Fossile Energiequellen

  • Kohle ist de facto der verbreitetste und in der groeßten Menge vorhandene fossile Energieträger, sie hat die groeßte statische Reichweite unter den fossilen Energietraegern. Kohle dient gegenwaertig vor allem der Stromproduktion. Mit Kohleverfluessigung könnte Kohle Erdöl sogar direkt ersetzen. Dies wuerde allerdings verschiedene Probleme mit sich bringen: Erstens wuerde bei der Verfluessigung ein Teil der Energie verlorengehen. Zweitens waere der CO2-Ausstoß der verfluessigten Kohle erheblich höher als der von Erdöl und – mit der Verfluessigung – auch höher als der der direkten Nutzung von Kohle. Drittens waeren diese Prozesse finanziell aufwendig. Viertens wuerde dies die bisher große statische Reichweite von Kohle erheblich reduzieren, da sie hauptsaechlich zur Stromerzeugung genutzt wird, die nur etwa 17 % des Primaerenergieverbrauchs ausmacht.
  • Erdgas ist der umweltfreundlichste fossile Energieträger. Zudem kann Erdgas prinzipiell Öl in einigen Bereichen (ohne Umwandlung) direkt ersetzen, etwa zum Antrieb für Kraftfahrzeuge. Allerdings ist Erdgas nicht in ausreichenden Mengen vorhanden, um Öl zu ersetzen – Peak-Gas wird schon 2025 erwartet. Darueber hinaus nehmen einige Geologen an, dass Russlands Reserven nicht so groß sind wie angegeben.

Kernenergie

Die Kernenergie stellt eine Möglichkeit dar, die Stromversorgung mittelfristig zu stuetzen. Für die Nutzung in konventionellen Atomkraftwerken (AKW) gelten die weltweiten Uranvorkommen allerdings als begrenzt, was sich auch im seit 2005 steigenden Weltmarktpreis ausdrueckt. Bei einem Umstieg auf die unter anderem wegen Sicherheitsbedenken umstrittene Bruetertechnologie, die derzeit nur in wenigen Kraftwerken verwendet wird, könnte die Reichweite auf mehrere tausend Jahre[30] gesteigert werden, da auch nur noch 1/60 der urspruenglichen gefoerderten Menge für die gleiche Leistung von heute noetig waere. China hat 2004 angekuendigt, bis 2020 insgesamt 30 neue Reaktoren zu bauen, und auch in Finnland wird ein AKW gebaut. Die Gruende dafuer liegen aber vermutlich weniger in der Angst der Regierungen vor einer nahenden oelspitze als in den vergleichsweise geringen Treibhausgas-Emissionen durch Kernkraftwerke. Des Weiteren bemuehen sich Energiekonzerne, den teilweise beschlossenen Ausstieg aus der Atomkraft rueckgaengig zu machen. Ein weiteres grundlegendes Problem neben der langfristigen Rohstoffsicherung und der Sicherheit der Kernkraftwerke ist die Endlagerung des radioaktiven Abfalls.

Kernfusion und Wasserstoff

Die Kernfusion gilt als theoretische Alternative, um Strom oder Prozess-Wärme und daraus dann Wasserstoff zu erzeugen. Allerdings nehmen selbst Optimisten an, dass bis zur technischen Nutzung noch etwa 50 Jahre vergehen werden. Angesichts der sich im Moment abzeichnenden Energieproblematik wuerde daher die Kernfusion bestenfalls als langfristige Energiequelle eine Rolle spielen.

Wasserstoff selbst ist keine auf der Erde vorhandene Energiequelle, sondern nur ein Energieträger.

Erneuerbare Energien

Diejenigen Energieformen, die nach menschlichen Maßstaeben unerschoepflich sind, werden erneuerbare Energien genannt. Der groeßte Teil von ihnen entsteht direkt oder indirekt durch die Sonneneinstrahlung und -waerme.

Wasserkraft wird seit mehr als 100 Jahren zur Elektrizitaetsgewinnung verwendet. Die Mehrzahl geeigneter Stauseen ist schon angelegt, so dass nur noch wenige zusaetzliche Ausbaukapazitaeten bestehen. Das gesamte Wasserkraftpotential in Deutschland beträgt etwa 26 TWh/a, was ca. 5 % des deutschen Stromverbrauchs entspricht. Derzeit werden etwa 20 TWh Wasserkraftstrom pro Jahr erzeugt.

Windenergie erzeugte bereits im Jahre 2004 ca. 5,8 Prozent des deutschen Stroms. Geplante Offshore-Windparks in Nord- und Ostsee stellen ein weiteres Ausbaupotenzial dar. Hinzu kommt, dass die an Land gebauten Anlagen in der Leistungsklasse von 0,5 bis 1,8 Megawatt (MW) liegen. Die für den Offshoreeinsatz vorgesehenen Anlagen der „neuen“ Generation (z.B. Enercon, Repower) hingegen erzeugen 5 - 6 MW je Windkraftanlage. So koennten bereits zwei bis drei große Offshore-Parks (mehr als 200 Anlagen) mehr und konstanteren Strom produzieren als alle Onshore-Anlagen Deutschlands zusammen.

Fotovoltaik gewinnt weltweit stark an Bedeutung, da sie die Schwelle zur Wirtschaftlichkeit durchbricht. Solarmodule können mittlerweile für 2000 €/kWp in Massen hergestellt werden. Das durch den Siliziummangel gebremste Wachstum gewinnt wieder an Fahrt. Das Potential ist aufgrund der Solarstrahlung regional sehr unterschiedlich. Theoretisch ließe sich bei einem Wirkungsgrad von 16 % der Weltenergiebedarf (nicht Weltstrombedarf, der nur etwa 17 % davon ausmacht) mit einer Flaeche von 650 km x 650 km in der Sahara bzw. 1100 km x 1100 km in unseren Breiten decken. Um den Primaerenergiebedarf Deutschlands zu decken, wuerde dort eine Flaeche von 213 km x 213 km gebraucht. Dies entspricht 12,7 % der Landesflaeche oder 26 % der Agrarflaechen. Der Strombedarf Deutschlands könnte mit 76 km x 76 km Solarzellen alleine gedeckt werden. Dies entspricht 1,6 % der Landesflaeche bzw. weniger als alle verfuegbaren Dachflaechen. In Hawaii und anderen sonnenreichen Inseln ist die Fotovoltaik bereits heute günstiger als Netzstrom, da zur Stromerzeugung mangels eigener Ressourcen importiertes Dieseloel verwendet wird, dessen Preis in den letzten Jahren auf aktuell 42 Cent/Liter angestiegen ist. Solarzellen eignen sich außerdem gut für Kleinstkraftwerke und Inselloesungen. Der Rohstoff Silizium zur Solarzellenherstellung ist grundsaetzlich praktisch unbegrenzt vorhanden, da gewoehnlicher Quarzsand lediglich oxidiertes Silizium darstellt (Siliziumdioxid).

Meeresenergie in Form der Gezeiten lassen sich durch Gezeitenkraftwerke nur an wenigen Orten nutzen. Meereswaermekraftwerke wurden bislang nur als kleine Versuchsanlagen realisiert; die Nutzleistung ist im Vergleich zu den Konstruktionskosten erheblich. Die ersten Wellenkraftwerke sind in der Probephase. Hier wird die Wellenenergie in mechanische Energie umgewandelt, welche dann einen Generator zur Stromerzeugung antreibt.

Geothermie nutzende Heizkraftwerke koennten theoretisch in Deutschland mittelfristig etwa die Haelfte des nationalen Energiebedarfes abdecken.

Unter Biomasse fallen alle diejenigen Energieformen, die unmittelbar aus ueberwiegend pflanzlichen, aber auch tierischen Stoffen gewonnen werden: Hierzu gehoeren u. a. Ethanol (gewonnen aus Getreide, Zuckerpflanzen oder Holz), Pflanzenöle und synthetische Kraftstoffe wie Sunfuel aus Biomasse. Beim Anbau von Biomasse zur Energieerzeugung gilt es zu beachten, dass die industrielle Landwirtschaft, welche den Anbau in ausreichenden Mengen (zusaetzlich zur Nahrungsproduktion) leisten muss, bislang zu großen Teilen auf Erdöl als Energiequelle beruht. Die Gesamtenergiebilanz von Pflanzenölen als Alternative wird unterschiedlich bewertet: Sowohl Duengung als auch großflaechiger Anbau sind energieaufwendig und mit allen Problemen von Monokulturen behaftet. Andererseits entfaellt der Energieaufwand für lange Transportwege und für die Verarbeitung in Raffinerien, da Pflanzenöle ohne weitere Verarbeitung genutzt werden können. Die Herstellung von BtL-Kraftstoffen (Biomass to Liquid) wie Sunfuel ist auf externe Energiequellen angewiesen. Dabei muss die meiste Energie für den Umformprozess (Dampf und elektrische Energie) aufgewendet werden (siehe Bio-Ethanol). Der genaue Energieaufwand zur Erzeugung von BtL wird nicht veroeffentlicht. Energieeinsparungen werden durch lokale, den Pflanzensorten der Region angepasste Raffinerien erwartet, da Transportwege verringert werden.

Wasserstoff kann per Elektrolyse, via Biomasse-Vergasung und auf anderen Wegen hergestellt werden. Der Wirkungsgrad bei der Elektrolyse beträgt ca. 75 %. Eine Verfluessigung von Wasserstoff ist mit weiteren 20 % an Verlusten behaftet. Die Energiedichte des fluessigen Wasserstoffs beträgt im Vergleich zu Benzin nur etwa 1/4, wodurch die Tanks ein sehr großes Volumen aufweisen muessten. Ein Kubikmeter fluessiger Wasserstoff wiegt gerade einmal 70 kg. Der Wirkungsgrad vom Strom bis zur Bewegungsenergie liegt bei etwa 25 %. Wasserstoff ist aehnlich wie Öl ein Energieträger, keine Energiequelle. Moechte man das Energieaequivalent eines Barrel Erdöl mit Windstrom (9 Cent/kWh) als fluessigen Wasserstoff herstellen, so entspraeche dies einem Barrelpreis von 304 $. In Deutschland kostet allerdings ein Barrel Benzin mit Steuern auch 277 $. Die wirtschaftlich interessantere Möglichkeit zur Wasserstoffherstellung ist die Vergasung von Biomasse (es existieren verschiedene Verfahren). (Siehe auch Wasserstoffwirtschaft)

 

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