Regenerative Energien: Wie können Sonne und Wind den Atomausstieg ermöglichen?
Unstrittig ist mittlerweile, dass regenerative Energien in der Lage sind, Ersatz für die heute von Atomkraftwerken erzeugte Strommenge zu liefern. Strittig ist lediglich, wie viel Zeit der dafür notwendige Ausbau von Wind- und Solarkraftwerken in Anspruch nehmen wird. Die Prognosen variieren zwischen wenigen Jahren und mehreren Jahrzehnten. Als problematisch wird jedoch die Grundlastfähigkeit regenerativer Energien eingeschätzt. Im Stromnetz muss stets die aktuell erforderliche Strommenge vorhanden sein. Können regenerative Energien das trotz ihrer Abhängigkeit von Wetterschwankungen leisten? Mehrere Alternativen der Techniktipps werden diskutiert, die kurzfristige Wetterbabhängigkeit regenerativer Energien auszugleichen und eine stets dem aktuellen Bedarf entsprechende Stromversorgung zu garantieren.
Stromspeicher
Eine nahe liegende Idee besteht darin, Strom in Zeiten hoher Produktion für leistungsschwache Zeiten zwischenzuspeichern. Als Speichertechnologien werden Pumpspeicherkraftwerke und Druckspeicher diskutiert. In Pumpspeicherkraftwerken wird kurzfristig nicht benötigter Strom genutzt, um Wasser in einen hochgelegenen Stausee zu pumpen. Druckspeicher nutzen den Strom, um Luft zu komprimieren. Im Bedarfsfall wird das abwärts strömende Wasser bzw. die expandierende Luft genutzt, um Turbinen zur Stromerzeugung anzutreiben. Als problematisch erweist sich, genügend geeignete Flächen zu finden. Derartige Stromspeicher müssten gemäß aktueller Studien teilweise im Ausland installiert werden.
Großräumige Vernetzung
Dieser Ansatz setzt darauf, dass in einem hinreichend großen Stromnetz immer irgendwo geeignete Wetterbedingungen für Solar- oder Windkraftwerke bestehen. Je größer die Fläche ist, über die ein Mittelwert von Sonneneinstrahlung und Windstärke gebildet wird, desto geringer sind die statistischen Schwankungen. In Modellrechnung wird ein Stromnetz untersucht, das von Skandinavien bis Nordafrika reicht. Ein positiver Nebeneffekt bestünde darin, dass Kraftwerke an klimatisch besonders geeigneten Standorten errichtet werden könnten. Bevorzugte Standorte für Solarkraftwerke wären Südeuropa und Nordafrika, während Windräder verstärkt als Offshore Parks in der Nordsee installiert werden könnten.
Smart Grids
Eine sehr moderne Idee! Anstatt ständig die Strommenge dem Bedarf anzupassen, wird der Bedarf zumindest teilweise automatisch der aktuell verfügbaren Strommenge angepasst. Besonders energieintensive Unternehmen könnten ihre Produktion in Zeiten hohen Strombedarfs drosseln, aber auch private Haushalte wären involviert. Waschmaschinen und andere Geräte, deren Gebrauch zeitlich flexibel gestaltet werden kann, würden vom Stromversorger gesteuert. Die Waschmaschine würde also nicht sofort nach dem Drücken des Startknopfes den Waschgang beginnen, sondern sich lediglich beim Stromversorger anmelden. Dieser startet den Wachvorgang innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls, sobald die Nachfrage nach Strom sinkt. Der Verbraucher hätte die Wahl, ob er von dieser Möglichkeit Gebrauch machen möchte. Erlaubt er die zeitlich flexible Steuerung, wird ihm als Gegenleistung ein Rabatt auf den Strompreis gewährt. Auf diese Weise könnten Lastspitzen deutlich abgefedert werden, wodurch das Problem der Grundlastfähigkeit erheblich entschärft würde.
Wie funktioniert eine Solaranlage
Eine Solaranlage wandelt die Energie, die von der Sonne kommt, um. Die Sonne sendet verschiedene Energieformen aus, sodass es auch verschiedene Arten der Nutzung der Solarenergie in Solaranlagen gibt. Wesentlich hierbei sind die Wärmeenergie und die Lichtenergie. Die Wärmeenergie wird zur Gewinnung von Wärme in Solarthermieanlagen genutzt, die Energie des Sonnenlichtes wird durch Fotovoltaikanlagen in Strom umgewandelt und so zu elektrischer Energie.
Solarthermie
Die Gewinnung von Wärme aus der Sonne durch eine Solarthermieanlage funktioniert nach einfachen Prinzipien. Für die Nutzung werden auf dem Hausdach Solarthermiemodule befestigt. Hierbei handelt es sich um plattenförmige Bauelemente, auf denen dünne Röhrchen befestigt sind. Die Röhrchen sind zu einem Kreislauf verbunden und enthalten eine Flüssigkeit, die als Wärmeträger dient. Die Flüssigkeit wird vom Dach aus in einem Kreislauf geführt, der sie an einen Wärmetauscher im Inneren des Hauses vorbeiführt. Hier wird die Wärme entzogen und genutzt um warmes Wasser zu erzeugen. Die Solaranlage eignet sich damit zu Heizzwecken und zur Warmwassergewinnung, etwa für sanitäre Anlagen oder ein Schwimmbecken. Die Nutzung der Wärmeenergie hat den systemimmanenten Nachteil, dass der höchste Wirkungsgrad im Sommer erreicht wird, wenn der Wärmebedarf im Haus vergleichsweise gering ist.
Fotovoltaikanlagen
Die Fotovoltaik bedient sich der Strahlungsenergie der Sonne, die Wärme spielt keine Rolle. Zur Nutzung werden auf dem Hausdach Fotovoltaikmodule befestigt. Sie ähneln vom Aussehen den Solarthermiemodulen, sind aber oft durch ein metallisch-bläuliches Schillern als Fotovoltaikmodule erkennbar. Auf den Modulen befinden sich Solarzellen, die die Lichtenergie in elektrischen Strom umwandeln. Die Zellen erzeugen Gleichstrom und sind in Reihe geschaltet. Der Gleichstrom wird durch einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt. Grundsätzlich könnte er dann im Haushalt zur Versorgung elektrischer Geräte genutzt werden. Tatsächlich wird er in der Regel aber ins öffentliche Stromnetz gespeist. Dies hat einerseits wirtschaftliche Gründe im Hinblick auf den stromerzeugenden Haushalt, da der Solarstrom hoch vergütet wird. Andererseits ist die Netzeinspeisung aber auch sinnvoll, um die Stromverteilung besser steuern zu können. Da Fotovoltaikanlagen nur das Licht und nicht die Sonnenwärme nutzen, ist ihr Wirkungsgrad nicht von der Jahreszeit, sondern nur von der Bewölkung abhängig.
Auswahl der Solaranlage
Für welche Art der Nutzung von Solarenergie sich entschieden wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Die in Reihe geschalteten Solarzellen der Fotovoltaikanlagen reagieren auch auf eine Teilbeschattung sehr empfindlich. Bei Häusern, in deren Nachbarschaft Bäume stehen, ist eine leistungsfähige Fotovoltaikanlage daher nicht immer realisierbar. Wer auch im Sommer einen hohen Wärmeenergiebedarf hat, etwa für einen Pool, sollte eine Solarthermieanlage in die Überlegungen einbeziehen. Ansonsten ist eine Solarthermieanlage insbesondere in Kombination mit anderen regenerativen oder energieeffizienten Techniken wie der Erdwärmenutzung oder Gasbrennwertheizungen sinnvoll.
Erfindungen und deren Auswirkungen auf den Menschen
Wissenschaft und Technik haben in den letzten Jahrhunderten eine rasante Entwicklung genommen. Was gestern noch als unmöglich galt ist heute schon Alltag. Und die Entwicklung geht weiter. Aber wohin? Werden wir durch immer neue Erfindungen glücklicher? Führen wir ein zufriedeneres Leben? Was ist uns heute wichtig – und was wird uns in Zukunft wichtig sein?
Der Prozess der Industrialisierung hat Enormes zutage gebracht. Die Produktionsweise wurde von Grund auf verändert und der technische Fortschritt setze die „Industrielle Revolutionen” in Gang. Von der Dampfkraft über Elektrizität bis hin zur Chemie – überall gab es Entwicklungen, die entscheidenden Einfluss auf zukünftige Entwicklungen hatten.
Unterstützt durch marktwirtschaftliche Prinzipien und unternehmerisches Denken und Handeln veränderte sich das Leben der Menschen grundlegend. Egal ob Landwirtschaft, Handel, Produktion oder Dienstleistungen, jeder Bereich profitierte von den Entwicklungen und Kommunikation und Mobilität potenzierten diese Bereiche zusätzlich.
Die erste industrielle Revolution Ende des 18.Jahrhunderts fand in Großbritannien statt. Dampfmaschine, neue Web- und Spinnmaschinen sowie neue Produktionsverfahren der Eisen- und Stahlindustrie gestalteten die Güterproduktion komplett um. Fabriken entstanden, Fließbandarbeit und Spezialisierung führten dazu, dass Textilien und andere Güter billiger und schneller produziert werden konnten als bisher. Und so florierte auch der Export der industriell gefertigten Güter und London war im 18. Jahrhundert Zentrum des Welthandels.
Mit der industriellen Revolution begann eine neue Epoche der Kulturgeschichte der Menschheit. Drastische Bevölkerungszunahmen und massenhafte Landflucht waren die Folge. Eisenbahn, Schifffahrt und neue Kommunikationssysteme wie Telegraphie, Telefon und Funk ließen die geographischen Räume in der menschlichen Wahrnehmung schrumpfen.
Deutschland war ab Mitte des 19. Jahrhunderts in der Chemie- und Stahlindustrie weltweit führend. Industrialisierung wurde durch technische Neuerungen auf dem Gebiet des Transports unterstützt: Dampfschiffe und Dampflokomotiven öffneten Märkte auf der ganzen Welt. Und so förderte der Bau von neuen Land- und Wasserstraßen den Handel zusätzlich.
Rückblickend war das 19. und 20. Jahrhundert das Zeitalter technischer Innovationen: Dampfmaschinen, Autos, Flugzeuge, Telefone und Fernseher veränderten grundlegend das Leben der Menschen. So entstand der Glaube einer unendlichen Produktion und eines kontinuierlichen Wachstums.
Und schaut man sich die Erfindungen von frühester Zeit bis heute an, so wundert man sich erstaunt, was wohl in den nächsten Jahrzehnten und Jahrhunderten auf uns zu kommen wird. Hier einige Highlights der wichtigsten Erfindungen (ohne Anspruch auf Vollständigkeit):
500.000 v. Chr. Gebrauch des Feuers
8.000 v. Chr. Ackerbau
4.000 v. Chr. Hölzernes Rad
3.800 v. Chr. Schmelzen von Kupfer, Silber und Gold mit Blasrohr
3.000 v. Chr. Sonnenuhr
3.000 v. Chr. Papyrus zum Beschreiben
1.500 v. Chr. Eisenverhüttung
700 v. Chr. Aquädukt
400 v. Chr. Seilwinde
680 v. Chr. Mathematische Null
640 v. Chr. Dachziegel
500 v. Chr. Schere
500 v. Chr. Mathematisches Stellenwertsystem
500 v. Chr. Schachtofen zur Metallverhüttung
400 v. Chr. Camera obscura
400 v. Chr. Seilwinde
300 v. Chr. Pumpe
280 v. Chr. Leuchtturm
250 v. Chr. Flaschenzug
190 v. Chr. Pergament
150 v. Chr. Hydraulischer Mörtel
100 v. Chr. Glasblasen
100 v. Chr. Kurbel
Nach Christi:
50 Glasfenster
100 Papier
200 Schlittschuhe
300 eiserne Hängebrücke
600 Geld
700 Windmühle
700 Porzellan
800 Drehbares hinteres Steuerruder
850 Steigbügel
1040 Drucken mit beweglichen Lettern
1100 Destillierter Alkohol
1100 Kompass
1253 Schleuse
1300 Brille
1300 Handspinnrad
1300 Eisenguß
1309 Räderuhr
1320 Pulvergeschütz
1324 Hözerne Druckstempel
1445 Buchdruck
1450 Federzuguhr
1483 Kupferradierung
1495 Trockendock
1495 Fallschirm
1500 Graphitstift
1500 Schraubstock
1510 Taschenuhr
1568 Gewindedrehbank
1590 Mikroskop
1600 Fernrohr
1609 Thermostat
1609 Zeitung
1623 Rechenmaschine
1624 Unterseeboot
1641 Addiermaschine
1644 Barometer
1650 Luftpumpe
1657 Pendeluhr
1669 Spiegelteleskop
1674 Multipliziermaschine
1690 Atmosphärische Dampfmaschine
1693 Porzellan in Europa
1709 Heißluftballon
1711 Dreifarbendruck
1714 Schreibmaschine
1717 Taucherglocke
1718 Quecksilberthermometer
1735 Eisenerzeugung mit Koks
1742 Gußstahl
1750 Überdruckturbine
1752 Blitzableiter
1754 Eisenwalzwerk
1765 Dampfmaschine
1766 Wasserstoff
1769 Straßendampfwagen
1771 Sauerstoff
1772 Stickstoff
1783 Heißluftballon
1785 Mechanischer Webstuhl
1795 Hydraulische Presse
1796 Impfung gegen Pocken
1798 Lithographie (Steindruck)
1799 Anästhesie (Lachgas)
1799 Gaslampe
1800 Batterie
1803 Dampflokomotive
1804 Elektrischer Telegraf
1805 Musterwebstuhl mit Lochkarten
1808 Bogenlampe
1810 Konservieren durch Erhitzen
1810 Nähmaschine
1816 Fotoapparat
1817 Lenkbares Laufrad
1819 Stethoskop
1823 Elektromagnet
1826 Schiffsschraube
1826 Fotografie
1827 Streichholz
1827 Aluminium
1827 Überdruckwasserturbine
1830 Eisenbahn Liverpool-Manchester
1832 Dynamo
1833 Elektrolyse
1834 Elektromotor
1835 Revolver
1837 Telegraf
1844 Papier aus Holzschliff
1844 Portland-Zement
1845 Glühlampe
1845 Luftbereifung
1852 Aufzug
1852 Luftschiff
1853 Injektionsspritze
1856 Teerfarbstoff
1857 Bohrturm
1859 Akkumulator
1860 Gasmotor
1861 Telephon
1862 Kunststoff (Parkesin)
1864 Siemens-Martin-Stahl
1865 Antiseptische Operation
1867 Dynamit
1867 Eisenbeton
1869 Kunststoff (Zelluloid)
1869 Margarine
1870 Indigo-Synthese
1876 Viertaktmotor
1877 Sprechmaschine
1877 Kohlekontakt-Mikrophon
1878 Glühbirne
1880 Lochkartenmaschine
1881 Endoskop
1883 Emissions- und Gleichrichtereffekt der Diode
1883 Dampfturbine
1884 Setzmaschine “Linotype”
1884 Künstliche Seide
1884 Fernsehen
1885 Kraftwagen
1885 Glasglühlicht
1885 Röhren-Schräg-Walzverfahren
1887 Plattenspieler, Schallplatte
1888 Film als photographischer Schichtträger
1888 Spannbeton
1889 Drehstrommotor
1890 Dreifarbendruck
1890 Luftreifen
1890 Gleitflügler
1892 Dieselmotor
1893 Photozelle
1894 Radio
1895 Röntgenstrahlen
1895 Antenne
1895 Verflüssigung der Luft
1895 Kinematograph
1897 Drahtlose Telegraphie
1897 Braunsche Röhre
1898 Elektrodynamischer Lautsprecher
1899 Flaschenblasmaschine
1900 Lenkbares Luftschiff
1901 Motorflug
1902 Klimaanlage
1902 Teerstraße
1904 Diode (Zweielektrodenröhre)
1904 Offsetdruck
1904 Radar
1904 Telekopierer
1905 Cellophan
1906 Triode
1906 Metallspritzverfahren
1906 Bakelit
1906 Funkübertragung menschlicher Sprache
1909 Synthetischer Kautschuk
1910 Leuchtstoffröhre
1912 Echolot
1913 Waschmittel
1913 Röhrensender
1921 Insulin
1922 Tonfilm
1923 Fernsehröhre
1923 Flüssigkeitsraketen-Motor
1928 Penicillin
1928 Acrylglas
1929 Fernsehen
1929 Quarzuhr
1930 Zyklotron
1930 Stahltriebwerk
1933 Elektronenmikroskop
1933 Lärmschutz durch Gegenlärm
1935 Sulfonamide
1936 Hubschrauber
1937 Programmgesteuerter Relaisrechner
1939 Flugzeug mit Luftstrahltriebwerk
1942 Kernreaktor
1943 Künstliche Niere
1943 Druckluft-Tauchgerät
1945 Atombombe
1946 Atomuhr
1948 Transistor
1950 Ultraschalldiagnostik
1954 Solarzelle
1954 Transistorradio
1955 Luftkissenboot
1955 Glasfaserkabel
1955 Brennstoffelement
1957 Satellit
1960 Laser
1960 Erster Kommunikationssatellit
1963 Holografie
1964 geostationäre Satelliten
1966 Glasfaser als Lichtwellenleiter
1969 Silizium-Mikroprozessor
1969 Computer-Maus
1973 Scanner
1973 Siliziumchips
1981 Raumfähre Columbia
1981 Übertragung von Genen von einer Tierart auf eine andere
1982 Genprodukt Humaninsulin
1985 CD-ROM
1990 Hubble-Weltraumteleskop
1990 Internet
Bleiben wir hier mal stehen und überlegen uns, was das Internet für gravierende Veränderungen in unser aller Leben hervorgerufen hat.
Noch nie ging es einfacher und schneller:
- eigene Ideen und Meinungen anderen mitzuteilen
- Geschäftsideen erfolgrreich in die Tat umzusetzen
- Produkte weltweit zu verkaufen
- mit Freunden zusammen zu sein
Ganze Wirtschaftszweige sind durch das Internet verschwunden, andere erst durch das Internet entstanden. Was wäre, wenn eine solche tiefgreifende Erfindung nochmal kommen würde, sagen wir 2020 oder 2030? Keine Erfindung, die Zukunftsforscher oder Trendforscher vorhersagen, sondern – ählich wie das Internet – etwas, was nebenbei erfunden wird, aber solch mächtigen Einfluss auf uns haben wird, dass wir unser ganzes Leben umstellen müssen. Wie reagieren wir? Können wir uns entziehen oder sind wir Getriebene des Fortschritts?
Sicherlich muss jeder diese Frage für sich beantworten, aber ebenso sicher ist auch, dass unsere Kinder in diesen Fortschritt reingeboren werden und sich ihm nicht entziehen können und oft auch nicht wollen. Qualitäten wie Ruhe, Ausgeglichenheit, Freizeit, Familie, Wochenende, Feierabend etc. geraten scheinbar immer mehr in den Hintergrund. Überstunden, Stress, Burnout, Familienkrisen, Selbstzweifel etc. sind bei vielen Menschen an der Tagesordnung. Wie gelingt hier der Spagat zwischen Moderne und Althergebrachten?
Müssen wir auch Sonstags in der City shoppen gehen und unsere Kinder vor dem Baumarkt auf Plastikhüpfburgen abstellen? Oder ist es stattdessen nicht besser, in der Natur Kraft und Erholung zu tanken? Wie gesagt, dass muss jeder mit sich selbst ausmachen, aber wichtig bleibt festzuhalten: Technischer Fortschritt ist wichtig, notwendig und unbedingt voranzutreiben, aber jeder einzelne sollte krititsch hinterfragen, was für ihn selbst und sein Leben wichtig, schützenswert und ausbaufähig ist.
Wissenschaftler auf der Suche nach Gott
Stonehenge, die gigantischen Steinquader, die um 1600 v. Chr. entstanden, war ein kultischer Ort und gleichzeitig ein Himmelsobservatorium. Mit Hilfe von Pfosten und Steinen konnte man Auf- oder Untergänge von Sonne und Mond genau anpeilen, Tageslängen bestimmen und selbst Mondfinsternisse vorhersagen. Stonehenge steht für den Glauben an das Übernatürliche und gleichzeitig für “wissenschaftliche” Beobachtung der Gestirne. Diese beiden Facetten – Science and Spirit – sind in Stonehenge unübersehbar miteinander verwoben. Denn der wissenschaftliche Blick Richtung Himmel offenbarte nicht nur Sterne, sondern auch Götter und Geschicke.
Was denken heutige Astronomen, wenn sie das nächtliche Firmament betrachten? Sehen sie auch das Göttliche? Der Astronom K. Meisenheimer sagt beispielsweise, dass ihn der Anblick zwar faszinieren, doch sehe er nichts Göttliches im All. Meisenheimers ehemaliger Doktorand E. Thommes hingegen spürt beim Betrachten des Sternenhimmels etwas Göttliches. Er fühle sich geborgen und gleichzeitig geführt von einem persönlichen Gott.
Interessant scheint zu sein, dass sich die beiden Forscher über ihre gegenteiligen Auffassungen nie unterhalten haben, liegt doch bei Astrophysikern das Hauptaugenmerk der Debatte auf rationalen Fragen und nicht auf Fragen nach Gott – diese gelten als zu persönlich.
Sind Wissenschaftler gläubige Menschen? Sicher ist, dass viele Astronomen das Unerklärbare in ihre Sicht der Welt einbeziehen. Was in früheren Zeiten selbstverständich war, göttliches Wirken und Naturgesetze miteinander zu vereinbaren, gilt für viele heute lebende “aufgeklärte” Wissenschaftler als eben nicht vereinbar. Waren Kopernikus, Galilei, Kepler, Einstein und Newton alle gläubig, so hielten in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts immer mehr Astrophysiker Gott für überflüssig.
Uns was mit der Entdeckung des Urknalls begann, nämlich die Geburt des Kosmos verstehbar und alles mit physikalischen Gesetzen erklärbar zu machen, mündete in die Aussage von dem erklärten Atheisten C. Sagan, dass für einen Schöpfer nichts mehr zu tun bliebe.
Doch dann schoss das Religiöse zurück in die Naturwissenschaften: 1992 entdeckte ein amerikanisches Astrophysiker-Team Schwankungen in der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, den frühesten Strukturen des Universums – nur 380.000 Jahre nach dem Urknall. Uns so gehen Naturwissenschaftler seit einiger Zeit Hinweisen auf die Existenz eines übernatürlichen Wesens nach: Z.B. der Physiker Paul Davies (“Der Plan Gottes”) oder auch Frank Tipler (“Die Physik der Unsterblichkeit”). So ist Tipler überzeugt, dass man mit physikalischen Mitteln die Existenz Gottes beweisen könne.
E. Thommes hingegen kann Tiplers These nichts abgewinnen, denn Tiplers Interpretation sei sehr weit hergeholt. Man könne Gott nicht mit Physik beschreiben, das sei unmöglich. Diese Meinung vertritt auch A. Benz vom Institut für Astronomie der ETH Zürich. Benz ist ebenfalls von der Existenz Gottes überzeugt, hält aber wenig von einem Gottesbegriff, der dann weiterhelfen soll, wenn physikalisches Wissen an Grenzen stößt, denn Gott sei kein Lückenbüßer.
Aber wenn Gott sich weder physikalisch beweisen lässt und auch nicht als Erklärung der nicht zu erklärenden Bereiche der Naturwissenschaften dienen soll, wie begründen dann Astrophysiker ihren Glauben?
M. Federspiel vom Planetarium der Stadt Freiburg erklärt es damit, dass die Naturwissenschaft Methoden entwickelt habe, mit denen sie erfolgreich Teile der Wirklichkeit beschreiben könne, aber eben nur Teile. Folgerichtig komme die Naturwissenschaft nur zu bestimmten Antworten. Und fehlende Antworten auf Fragen, wie z.B. Geist und Materie zusammenhängen oder warum Naturgesetze sind wie sie sind, können die Naturwissenschaften nur gemeinsam mit der Theologie und der Philosophie suchen.