Erneuerbare Energien: Wasserkraft, Geothermie, Biomasse & Wasserstoff

Hydraulische Energie (Wasserkraft)

Wasserkraft wird durch die fallende Masse des Wassers erzeugt, um einen Höhenunterschied zu überwinden. Derzeit wird sie in Speicherkraftwerken und Staudämmen zur Stromerzeugung genutzt. Diese Bauwerke dienen dazu, Wasser zu speichern und den notwendigen Höhenunterschied für den Wasserfall zu generieren.

Vorteile der Wasserkraft

• Minimale Wartungskosten.
• Geringe Umweltbelastung (sauber).
• Begünstigt die Regulierung von Flüssen.

Nachteile der Wasserkraft

• Geografische Einschränkungen.
• Hohe anfängliche Baukosten.
• Kann manchmal soziale Konflikte auslösen.

Gezeitenenergie

Die Gezeitenenergie basiert auf der Nutzung der Gezeitenströmungen. Um produktiv zu sein, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein:

• Ein signifikanter Unterschied im Wasserspiegel (Tidenhub).
• Die Topographie und Form der Küste müssen den Bau von Dämmen ermöglichen.

Dies wird durch die Einkapselung einer Bucht mittels eines Damms mit Schleusen realisiert. Wenn die Flut kommt, strömt das Wasser in die geschlossenen Räume und treibt Turbinen an, um Energie zu erzeugen. Wenn das Wasser bei Ebbe zurück ins Meer fließt, aktiviert es erneut die Turbinen.

Vorteile der Gezeitenenergie

• Sauber.

Nachteile der Gezeitenenergie

• Erfordert sehr spezifische Standorte, die schwer zu finden sind.

Geothermie

Geothermie ist die Energie, die durch die im Erdinneren gespeicherte Wärme entsteht. Diese Wärme wird durch den spontanen, natürlichen und kontinuierlichen Zerfall radioaktiver Isotope verursacht.

Um produktiv zu sein, müssen die Wärmereservoire in Kontakt mit Wasser stehen.

• Wenn die Temperaturen niedrig sind (50–90 °C), wird die Energie zur Beheizung von Schwimmbädern und für Heizsysteme genutzt.
• Übersteigt die Temperatur 150 °C, wird sie zur Stromerzeugung eingesetzt.

Vorteile der Geothermie

• Sauber und kostengünstig.

Nachteile der Geothermie

• Benötigt Zugang zu Grundwasser.
• Die Anlage muss kontinuierlich in Betrieb sein.
• Die Entnahme von Grundwasser kann zu Bodensenkungen führen.

Biomasse-Energie

Unter Biomasse versteht man alle organischen Substanzen, die im Stoffwechsel von Lebewesen entstehen, wie landwirtschaftliche Rückstände, tierische und forstwirtschaftliche Abfälle, industrielle Abfälle (z. B. Speisereste) oder Biokraftstoffe. In ärmeren Ländern wird sie noch immer genutzt.

Vorteile der Biomasse

• Weniger umweltschädlich als fossile Brennstoffe.
• Niedrige Kosten.
• Fördert die Reduzierung von Abfallansammlungen.

Nachteile der Biomasse

• Erfordert eine komplexe Technologie.
• Die Umwandlung der Energie aus Biomasse sollte idealerweise am Ort der Gewinnung stattfinden.
• Flüssige Biokraftstoffe sind sehr korrosiv und emittieren bei der Verbrennung Schadstoffe, die zwar keinen Schwefel enthalten, aber zu saurem Regen beitragen können.

Wasserstoff

Wasserstoff ist das häufigste Element auf der Erde, aber er kommt nicht frei vor, sondern ist an Wasser und andere Moleküle gebunden. Er gilt als ewiger Brennstoff. Er ist sehr effizient, da er dreimal mehr Heizenergie als Benzin produziert.

Derzeit wird Wasserstoff hauptsächlich aus Erdgas gewonnen, dessen Produktion den Verbrauch fossiler Brennstoffe und CO2-Emissionen in die Atmosphäre beinhaltet.

Der ideale Mechanismus ist die Elektrolyse, bei der Gleichstrom verwendet wird, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen. Dieser Prozess ist derzeit noch sehr teuer. Eine weitere Möglichkeit ist die Photolyse, das Brechen des Wassermoleküls durch Licht.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind Brennstoffzellen. Diese Batterien verbrauchen sich nicht. An der Kathode (Minuspol) erfolgt die Spaltung des Wasserstoffs in H+-Ionen und Elektronen. Die Elektronen werden durch einen Stromkreis geleitet, wodurch elektrischer Strom entsteht. Die Wasserstoff-Ionen durchqueren den Stapel und werden zur Anode (Pluspol) geleitet, wo sie mit Sauerstoff reagieren und Wasser freisetzen.