Erneuerbare Energien: Überblick über nachhaltige Quellen

Alternative und Erneuerbare Energien

Windenergie

Windenergie wird hauptsächlich durch Windturbinen zur Stromerzeugung genutzt. Sie kann auch für Anwendungen wie das Pumpen von Boden- oder Grundwasser eingesetzt werden. Trotz ihrer hohen Verfügbarkeit und Umweltfreundlichkeit gibt es vergleichsweise wenige Windparks. Windenergie ist sehr wirtschaftlich, hat jedoch landschaftliche Auswirkungen.

Solarenergie

Die Nutzung der Solarenergie hängt stark von der Intensität der Sonneneinstrahlung, den täglichen und jährlichen Zyklen sowie den Wetterbedingungen ab.

Solarthermie

Ziel der Solarthermie ist die Erfassung der Sonnenenergie zur Wärmeerzeugung. Hierfür werden spezielle Anlagen, sogenannte Solarkollektoren, benötigt.

• Passive Systeme: Benötigen keine externe Energie (z.B. Gewächshäuser).
• Aktive Systeme: Die erzeugte Wärme muss aktiv abgeführt oder genutzt werden.

Solarkollektoren sind die Grundgeräte aller thermischen Solarsysteme und werden in drei Haupttypen unterteilt:

• Niedertemperaturkollektoren
• Mitteltemperaturkollektoren
• Hochtemperaturkollektoren

Photovoltaik

Photovoltaik wandelt Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um und findet bereits in vielen Konsumgütern Anwendung (z.B. Solar-Taschenrechner und Uhren).

Es gibt zwei Hauptgruppen von Photovoltaik-Anlagen:

• Inselsysteme (autonome Systeme): Nicht an das öffentliche Stromnetz angeschlossen.
• Netzgekoppelte Systeme: Speisen Strom in das öffentliche Netz ein.

Die Leistung dieser Systeme (sowohl solarthermisch als auch photovoltaisch) ist entscheidend für ihre Effizienz und Anwendung.

Geothermie

Geothermie nutzt die Wärmeenergie aus dem Erdinneren, die an die Oberfläche transportiert wird. Anwendungen umfassen Thermalbäder, Spas und die Beheizung privater Haushalte.

Der geothermische Gradient beschreibt die Temperaturzunahme mit der Tiefe. Die größten Gradienten sind in der Regel mit folgenden geologischen Merkmalen verbunden:

• Subduktionszonen (Magma)
• Kontinentale und ozeanische Grabenbrüche (Rifts)
• Hotspots

Der Ursprung dieser Erdwärme ist vielfältig:

• Zerfall radioaktiver Materialien
• Mechanische Reibung zwischen tektonischen Platten
• Physikalisch-chemische Reaktionen

Der Aufstieg des Wärmestroms führt zu verschiedenen thermischen Erscheinungen an der Erdoberfläche.

Wasserstoff als Energieträger

Wasserstoff kann als vielseitiger Energieträger fossile Brennstoffe ersetzen. Er wird hauptsächlich durch die Elektrolyse von Wasser gewonnen, obwohl er derzeit noch oft aus Erdgas extrahiert wird.

Gezeitenenergie (Meeresenergie)

Gezeitenenergie ist eine erneuerbare und saubere Energiequelle, die nicht die gleichen landschaftlichen oder ökologischen Auswirkungen wie große Wasserkraftwerke verursacht.

Kernfusion

Die Kernfusion bietet vielversprechende Vorteile:

• Keine Erzeugung radioaktiver Abfälle mit langer Halbwertszeit.
• Benötigt nur eine geringe Menge an Brennstoff.

Biomasse

Biomasse bezeichnet die Gesamtheit organischer Substanz tierischen oder pflanzlichen Ursprungs, die auf der Erde vorkommt. Im Gegensatz zu fossiler Biomasse zeichnet sich lebende Biomasse durch einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt und einen höheren Sauerstoffgehalt aus.

Ein wesentlicher Vorteil der Biomassenutzung ist die Kraftstoffgewinnung.

Weitere Formen der Wärmeerzeugung aus Biomasse sind:

• Kompostierung: Z.B. aus Mist und anderen organischen Abfällen.
• Bakterielle Verdauung (Fermentation): Ein natürlicher Mechanismus, durch den organische Substanz in gasförmige Produkte wie Biogas abgebaut wird.