Herausforderung Energie
- Die Wirtschaftskrise hat der Energie-Ralley zwar eine Atempause verschafft, doch In den kommenden Jahren werden weltweit enorme Anstrengungen notwendig sein, um die Energieversorgung zu sichern.
- Allein in China werden jedes Jahr zusätzlich 100 GW Kraftwerksleistung gebaut.
- Die Chemie hat durch ihre Entwicklungen, beispielsweise in der Werkstoff- und Isolationstechnik, den Schlüssel zur Energieeffizienz in der Hand.
- Um die Klimaziele zu erfüllen, sind neue Technologien – beispielsweise zur CO2-Abscheidung oder Effizienzsteigerung – gefordert. Und hier liefert die Verfahrenstechnik wichtige Impulse.
Vor allem die Klimadebatte, aber auch das Verringern lokaler Abhängigkeiten von Öl- und Gasförderländern, hat in den vergangenen Jahren den Ausbau der erneuerbaren Energien beflügelt. Durch Fördermaßnahmen in Forschung oder aber Gesetze zur Einspeisevergütung wurden bereits enorme Erfolge erzielt, um den wachsenden Energiebedarf mehr und mehr durch Wind- und Wasserkraft oder Solarenergie zu decken. Der Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V. schätzt, dass 2009 rund 16% des gesamten Stromverbrauchs in Deutschland aus diesen Quellen gedeckt wurde. Das EU-Ziel, wonach die Mitgliedsstaaten bis 2020 18% ihrer Energie aus erneuerbaren Quellen decken sollen, scheint damit deutlich übertroffen werden zu können. Der Verband schätzt, dass ein Anteil von 28% möglich ist.
In den USA hat die Regierung Obama zahlreiche Projekte initiiert. Das Ziel: Bis 2012 soll der Anteil an „renewables“ auf zehn Prozent steigen und bis 2025 dann ein Viertel des gesamten Stromverbrauchs ausmachen. China will den Anteil erneuerbarer Energien bis 2010 auf 10 Prozent und bis 2020 auf 15 Prozent ausbauen, wobei allerdings auch Wasserkraft mitgerechnet wird. Bis 2020 will China seine Solarkapazitäten von heute 90 Megawatt auf 10 bis 20 Gigawatt ausbauen. Für Aufsehen sorgte beispielsweise im Herbst vergangenen Jahres die Meldung, dass in der mongolischen Wüste bis 2019 ein gigantischer Solarpark entstehen soll, der eine Leistung von 2GW Strom erzeugt. Mit dem Bau wurde im Juni 2010 begonnen.
Den bislang größten Anteil an dem klimaneutral erzeugten Strom hat indes die Windkraft. Derzeit befinden sich in Europa gleich mehrere Windparks im Gigawatt-Maßstab in der Planung oder im Bau. Vor der britischen Küste sollen in der Nordsee neun riesige Windparks entstehen. Den Zuschlag für den größten Park (9 GW) erhielt dabei RWE Innogy zusammen mit den norwegischen Konzernen Statoil und Statkraft sowie Scottish & Southern Energy. Die Investitionskosten für die geplanten Windparks werden auf rund zwölf Milliarden Euro geschätzt.
Solarthermie: Strom aus der Wüste
Um die Kraft der Sonne zu nutzen, wird elektrischer Strom nicht nur photovoltaisch erzeugt, sondern auch in solarthermischen Kraftwerken. Das Prinzip des Kraftwerks ist ab der Turbine identisch mit einem GuD- oder einem Kohlekraftwerk. Aber statt Kohle, Öl oder Gas zur Dampferzeugung zu verbrennen, wird die Wärme der Sonne genutzt. Parabolspiegel bündeln die Strahlen und erhitzen ein Thermoöl oder eine Salzsole auf mehrere hundert Grad. Damit wird in Wärmetauschern Dampf für die Turbine erzeugt. Die ersten derartigen Solarthermie-Kraftwerke wurden Mitte der 80er Jahre in der kalifornischen Mojave-Wüste in Betrieb genommen. Die europäische Premiere fand unlängst im spanischen La Calahorra statt. Das Kraftwerk Andasol I produziert dort seit Mitte 2009 im Regelbetrieb Strom aus Sonnenwärme.
Für Europa könnte die Solarthermie zu einem wichtigen Baustein zukünftiger Energieversorgung werden. In dem „Desertec“ genannten Projekt ist geplant, 15 bis 20 Prozent des europäischen Strombedarfs im Jahr 2050 mit Parabolrinnen-Kraftwerken zu decken. Diese sollen in Afrika und dem Mittleren Osten aufgestellt werden. Im Juli 2009 haben sich ein Dutzend europäischer Unternehmen zur Desertec Industrial Initiative zusammengeschlossen, um das 400 Milliarden-Euro-Projekt zu stemmen. Allein 50 Milliarden Euro davon werden für die Übertragungstechnik benötigt.
Neue Techniken für die Stromnetze
Mit der verstärkten Nutzung alternativer Energieformen rückt ein weiteres Arbeitsgebiet in das Blickfeld von Forschern, Technikern und Öffentlichkeit: Zwischen Energieerzeugern – ob in der Wüste oder am Meer – und den Verbrauchern müssen immer größere Distanzen überbrückt werden. Einerseits sind dazu Investitionen in den Ausbau der Versorgungsnetze notwendig, andererseits werden ganz neue Übertragungstechniken erforderlich. Die größte ihrer Art soll noch in diesem Jahr im Südosten von China in Betrieb gehen: Ein Dutzend Wasserkraftwerke am Jinsha, einem Zufluss des Yangtze, werden mit ihrem Strom über fünf Millionen Haushalte in den Megastädten Guangzhou, Honkong und Shenzen versorgen. Entfernung: 1400 Kilometer. Um die unvermeidlichen Leitungsverluste gering zu halten, macht man sich die Physik zu nutze: Nach dem Ohm´schen Gesetz sinkt der Widerstand – und damit die Verluste – bei gleicher Leistung mit steigender Spannung. Auf sage und schreibe 800000 Volt Gleichstrom wird die elektrische Energie in Jinsha deshalb hochgespannt, um 5000 MW zu übertragen – eine Leistung, die fünf Großkraftwerken entspricht. Lediglich fünf Prozent gehen auf der knapp anderthalb Tausend Kilometer großen Distanz verloren. Auch der Solarstrom aus Nordafrika könnte nach diesem Prinzip aus der Sahara nach Europa fließen.
Doch egal, ob weit entfernte Kraftwerke große Leistungen einspeisen, oder ob viele dezentrale Blockheizkraftwerke zu einem virtuellen Großkraftwerk verschaltet werden: Die Steuerung der Versorgungsnetze stellt eine weitere Herausforderung dar. Durch den Einsatz von Automatisierungstechnik – darunter elektronischen Stromzählern – sollen in den kommenden Jahren sogenannte „Smart Grids“ entstehen. Und da das Aufkommen von Wind- und Sonnenenergie schwankt, muss es gelingen, Strom in weit größerem Maße zwischenzuspeichern, als dies heute der Fall ist. Die Chemie forscht hier an neuen Konzepten und Lösungen. Darunter die eingangs erwähnten Autobatterien, aber auch Speicher, die aus Elektrolyse gewonnenen Wasserstoff oder Druckluft nutzen, werden derzeit erforscht. Bei der Compressed Air Energy Storage, CAES, wird überschüssiger Strom dazu eingesetzt, um Luft auf bis zu 100 bar zu verdichten. Die Druckluft wird in Hohlräumen im Gestein – z.B. Salzstöcken – gespeichert. Um Strom ins Netz zu speisen, wird diese Druckluft dann in Spitzenlastzeiten auf Gasturbinen geleitet.
Fazit: Der steigende Energiebedarf und die Notwendigkeit, diesen möglichst klimaneutral zu decken, stellt die Welt vor große Herausforderungen. Die Chemie trägt auf verschiedenen Wegen dazu bei, die Energieversorgung zu sichern: Von der Solarzelle über Halbleiterwerkstoffe sowie effiziente Dämmmaterialien bis hin zu neuen Energiespeichern reicht das Lösungsangebot. Und auch die Effizienz der CO2-Abscheidung ist nicht zuletzt eine Frage der Chemie und Verfahrenstechnik.
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