Energien der Erde

Energien der Erde

Die wichtigsten, momentan genutzten Energieträger sind Steinkohle, Braunkohle,

Erdöl und Erdgas. Dies sind fossile Energieträger. Der Anteil der

regenerativen Energien ist hierbei jedoch sehr gering nämlich etwa 2 % des

gesamtdeutschen Energiehaushaltes .Dieser sieht folgendermaßen aus:

Als regenerative Energien bezeichnet man vor allem Wasser-, Solar-, Wind-,

Bio-masse-, und Biogasenergien .

· WASSER

Wird Wasser als Energieträger verwendet ist der Wirkungsgrad meistens unge-

wöhnlich hoch .Er beträgt rund 85 %. So ist auch das wirtschaftliche Potential

zur Stromerzeugung hoch. Die theoretisch mögliche Stromerzeugung beläuft sich

auf ca. 20 Mio. GWh/Jahr. Davon werden allerdings nur knapp 10 % genutzt. In

Deutschland und der Schweiz werden bereits etwa 80 %, in ganz Europa 33 % der

theoretischen Wasserkraft genutzt. Wasserkraft ist Vorteilhaft für all jene

Länder, die konfrontiert sind mit der Klimagefährdung durch CO2, oder bei

denen die fort-schreitende Industrialisierung und ansteigendes

Bevölkerungswachstum problema-tisch sind bzw. werden. Zu Energie wird Wasser

letztendlich durch Turbinen, die in Wasserkraftwerken eingesetzt werden. Man

unterscheidet hauptsächlich 3 Wasser-kraftwerke: Lauf-, Speicher- und

Pumpspeicherwasserkraftwerke.

Laufwasserkraftwerke bieten den Vorteil einer Nutzung bei geringen Fallhöhe

des Wassers und vor allem, dass sie kontinuierlich einsetzbar sind. Weiterhin

kann der Wirkungsgrad der Stromerzeugung bei bis zu 85 % liegen.

Speicherwasserkraftwerke sind vorteilhaft bei hohen Fallhöhen des Wassers z.B.

bei höher gelegenen Seen mit natürlichem Wasserzulauf. Nicht sinnvoll sind

sie aller-dings bei kontinuierlicher Nutzung.

Pumpspeicherwasserkraftwerke dienen vor allem als Reserveenergie beim Ausfall

von anderen Kraftwerken. Hier wird Wasser nämlich in ein höhergelegenes Spei-

cherbecken gepumpt, um es bei bedarf in Strom umzuwandeln. Hier kann der Wir-

kungsgrad bis zu 75 % betragen.

1. Kaplan-Turbine

Konstruktionsprinzip: Flügelradturbine, deren Laufrad sich ähnlich einer

Schiffs-schraube im Wasserstrom dreht .Laufradschaufeln und Leitwerk sind

verstellbar konstruiert, um eine Anpassung an schwankenden Wasserstand und

Gefäßveren-gungen zu gewährleisten. Verwendet wird sie vor allem in

Laufwasserkraftwerken. Kaplan-Turbinen werden vor allem bei Fallhöhen zwischen

10 - 70 m eingesetzt .

LEISTUNG:125MW

WIRKUNGSGRAD : 95 %

2. Francis-Turbine

Konstruktionsprinzip: Im Unterschied zur Kaplan-Turbine sind nur die

Leitschau-feln des Leitapparates verstellbar. Wasser strömt durch den

Ringkanal über ver-stellbare Leitschaufeln in das Laufrad ein. Verwendung

finden sie v.a. in Speicher- und Pumpspeicherwasserkraftwerken. Francis-

Turbinen werden vor allem bei Fall-höhen zwischen 50 - 800 m und großen

Wassermengen eingesetzt .

LEISTUNG:750MW

WIRKUNGSGRAD: 90 %

3. Pelton-Turbine

Konstruktionsprinzip: Turbinentyp, der vom Aussehen und physikalischen Prinzip

an ein klassisches Stoßwasserrad erinnert.

Auf dem Laufrad sitzen max. 40 becherförmige, in 2 Halbschalen gegliederte

Schaufelblätter. Wasser spritzt über Düsen auf Schaufelblätter, erfährt dort

Ablen-kung um fast 180° und gibt so die Energie fast vollständig an die

Turbine ab. Ein-satzbereich: Bei größeren Fallhöhen bis 2000 m und geringen

Wassermengen. Die Pelton-Turbine ist ein typischer Turbinentyp für Kraftwerke

im Hochgebirge.

LEISTUNG:500MW

WIRKUNGSGRAD : 90 %

Durchströmturbine

Konstruktionsprinzip: Turbinentyp, der aus gekapseltem, walzenförmigen Laufrad

mit gekrümmten Schaufeln besteht. Das Wasser wird dem Laufrad über den Lei-

tapparat zugeführt, der in zweiteiliger Ausführung einen hohen Wirkungsgrad im

Teillastbereich gewährleistet. Einsatzbereich: Einsatz bei Fallhöhen von 1-

200 m und Wassermengen zwischen 500 bis 5000 l, somit sehr weites

Einsatzgebiet. Im Hinblick auf Verschleißfestigkeit sind Durchströmturbinen

anfälliger als Francis-, Pelton- oder Kaplanturbinen, auf Grund des relativ

geringen Preises und ihrer guten Steuerbarkeit haben sie sich jedoch

insbesondere im Bereich der Kleinwasserkraft-anlagen durchgesetzt.

Wasserkraftwerke bieten die 2 Vorteile, dass sie "unerschöpf-lich" und

"umweltfreundlich" sind.

Nachteile sind allerdings, dass sie hohen Reparaturkosten unterliegen, nur

ergän-zend sind und sie sind an bestimmte Standorte gebunden .

· SOLARENERGIE

"Solarenergie" kann drei verschiedene Dinge bedeuten:

Zwei Formen thermischer Energienutzung, die die Strahlung der Sonne in Form

von Wärme nutzen und die Photovoltaik-Technik.

Nun wollen wir aber noch einmal die Unterschiede der drei Nutzungsformen her-

ausarbeiten:

1. Passive Solarenergie ( bei Häusern ) wird in der Solararchitektur

implementiert, um den erforderlichen Heizenergiebedarf herabzusetzen. Das

Grundprinzip ist es, das gesamte Haus nach Süden auszurichten, also große

Fenster im Süden zu plazieren, sowie im Norden die Schlafräume einzuplanen.

Weitere Maßnahmen sind verbesserte Dämmung und gezielte Lüftung. Es gibt sogar

Konstruktions-pläne mit integrierten (Wasser-)Speichern, die die Energie eines

Sommers bis in den nächsten Winter zwischenspeichern sollen.

2. Aktive Solarenergienutzung kann man wiederum unterteilen in

Niedertemperatur und Hochtemperatur-Systeme:

· Niedertemperatursysteme, auch Sonnenkollektoranlagen genannt, funktionieren

ganz ähnlich einem in der Sonne geparkten Auto. Die Sonne erwärmt das Innere

und die Wärme wird gespeichert (Treibhauseffekt). Anlagen dieses Typs dienen

zur Brauchwassererwärmung, zur Schwimmbadheizung, zur Raumheizung .

· Hochtemperatursysteme bestehen aus sogenannten konzentrierenden Kollekto-

ren, die im Solarfarm- oder Solarturm-Konzept angeordnet sind. Sie dienen der

großskaligen Stromgewinnung.

3. Photovoltaik-Technologie ist grundverschieden von den beiden oben

beschriebe-nen Technologien. Sie nutzt nicht die Strahlungsenergie in Form von

Wärme, son-dern wandelt die Energie der Photogen direkt in elektrischen Strom

um.

· Windenergie

Wo weht der Wind am stärksten?

Zur Nutzung der Windenergie für die Stromerzeugung kommen nur Gebiete mit

ausreichender Windgeschwindigkeit in Betracht, die im Jahresdurchschnitt

minde-stens 4 m/s (Windstärke 3), besser aber über 5 m/s betragen muss. Die

durch-schnittliche Windgeschwindigkeit ist deshalb für die Stromerzeugung von

so gravie-render Bedeutung, weil die Leistungs- und Energieabgabe von

Windkraftanlagen mit der Windgeschwindigkeit steigt.

Gebiete mit ausreichendem Windangebot sind in der Bundesrepublik hauptsächlich

die Nordseeküste mit den vorgelagerten Inseln, Bereiche der Ostseeküste sowie

eini-ge Kuppen der Mittelgebirge.

Unterschieden wird hier vor allem zwischen Horizontalachsenkonverter

(Windräder mit waagerecht angeordneter Welle) und Vertikalachsenkonverter

(Windräder mit senkrecht angeordneter Welle)

Horizontalachsenkonverter bieten den Vorteil, dass der Winkel der

propellerartigen Rotorblätter verändert werden kann, so dass sich die

Leistungsaufnahme regulieren läßt.

Vertikalachsenkonverter hingegen müssen nicht nach dem Wind ausgerichtet wer-

den. Sie sind nicht regelbar und brauchen hingegen zu

Horizontalachsenkonverter keine Anlaufhilfe.

Die Weiterentwicklung und Erprobung dieser Technik, insbesondere in den Wind-

parks der deutschen Energieversorger, hat dazu geführt, dass Anlagen mit bis

zu 60 kW Leistung heute als markterprobt und betriebsreif betrachtet werden

können. Auch Anlagen im Bereich von 250 kW Leistung werden bereits seit Jahren

mit stei-gender Tendenz erfolgreich betrieben .

Besonders Vorteilhaft für den Standort Deutschland ist die Tatsache, dass die

Komponenten der Windkraftanlagen vor allem von deutschen Hersteller mit klang-

vollen Namen wie Siemens, Thyssen und Preussag - Stahl, Krupp und Demag pro-

duziert werden. Für alle Komponentenlieferanten sind die

Windkraftanlagenprodu-zenten umsatzstarke und daher umworbene Kunden.

· Biogas anhand der Biogasanlage Wittmund

In Wittmund, im fernen Ostfriesland, ist der Bau einer Biogas-

Gemeinschaftsanlage geplant. Die Initiatoren unseres Projektes haben sich in

einer GmbH zusammenge-schlossen und betreiben die Realisierung. Gesellschafter

sind vier Privatpersonen, zwei örtliche Banken, eine

Elektrizitätsgenossenschaft, ein Hoch- und Tiefbau-Unternehmen und ein

Wirtschaftsförderkreis. Die Gesellschafterversammlung, die das Projekt geplant

und finanziell ausgestattet hat und die nun auch der Bauherr ist, hat eine

dänische Firma mit der Generalunternehmerschaft beauftragt, weil die Dänen

sehr viel Erfahrung im Umgang und in der Produktion von Biogas haben und aus

dieser Erfahrung heraus die entsprechende Großtechnologie entwickelt haben.

Eine Gemeinschaftsanlage unterscheidet sich erheblich von den Anlagen, die als

Hofanlagen für einzelne Betriebe errichtet werden. Nicht so sehr von der

Zielset-zung her, sehr wohl aber von der Menge der zugeführten Biomasse, von

der um-fangreichen Technik, von den Kosten und natürlich auch von der

Quantität der er-zeugten Energie, wobei in erster Linie die Unterbringung der

Wärme - dort wo Fern-wärmenetze oder industrielle Großabnehmer fehlen -

Probleme bereitet. Die Kapa-zität der Anlage beträgt täglich 300 t Tierdung,

25 t Klärschlämme und 25 t organi-sche Industrieabfälle. Das sind insgesamt

350 t Biomasse täglich. Aus der Perspek-tive der Landwirtschaft betrachtet,

leben und arbeiten unsere Landwirte in einer Grünlandregion, d.h. Schwerpunkt

der landwirtschaftlichen. Produktion ist die Rindviehhaltung mit der

Milcherzeugung. Demzufolge kommt der weitaus größte Teil des Tierdungs aus der

Rindviehhaltung. Der Tierdung, der aus dem Bereich der Schweinehaltung kommt,

hier mit dem Schwerpunkt Sauenhal-tung/Ferkelproduktion, wird mit in die

Anlage übernommen. Will man 300 t Tier-dung Tag für Tag in die Anlage

einbringen, so ist man in unserer Region gehalten, über 100

landwirtschaftliche Betriebe in das Konzept einzubinden. Dabei sollen

Laufstallbetriebe, die Gülle produzieren und Anbindebetriebe, in denen

Stallmist und Jauche als organische Düngemittel anfallen, in das System

einbezogen werden. Die Klärschlämme und die organischen Industrieabfälle sind

an die Biogasanlage anzuliefern und werden gegen Gebühr über die Anlage

entsorgt. Der Betrieb einer Biogasanlage in dieser Größenordnung auf der

Basis, dass lediglich Tierdung - ko-stenlos für die Landwirtschaft - als

Biomasse zur Verfügung steht, erreicht derzeit keine Wirtschaftlichkeit. Erst

die Übernahme industrieller organischer Substanzen gegen Gebühr ermöglicht

eine Wirtschaftlichkeit der Anlage. In dieser Beurteilung sind sich alle

Experten, auch die dänischen, einig. In ihrem Statusbericht "Biogas -

Großanlagen" vom Oktober 1992 weist die Dänische Energiebehörde darauf hin,

dass die gesamte Gasproduktion von Januar 1988 bis Juli 1992 pro Tonne verwen-

deter Biomasse bei allen Anlagen gestiegen ist. Ursache hierfür ist eine

gestiegene Zufuhr organischer Abfälle. Der Gasertrag pro Tonne Biomasse ist

ein wichtiger Pa-rameter, um die Betriebsbedingungen einer Anlage zu

beurteilen, da die Betriebsko-sten in hohem Maße von der Menge behandelter

Biomasse abhängen, die Einnah-men dagegen hauptsächlich von der Gasproduktion.

Die dänischen Biogasanlagen verwenden heute eine Mischung aus 75-90% Gülle und

10-25% organischen Abfäl-len. Bei letzteren dominieren Magen-/Darminhalte aus

Schlachtereien, Fischabfälle, Flotationsschlämme aus der

nahrungsmittelverarbeitenden Industrie sowie Blei-cherde aus der

Speiseölraffination.

Zunächst muß der Tierdung in einem Vorbehälter gelagert werden und die organi-

schen Industrieabfälle in einem separaten Behälter. Für die Gasgewinnung in

der Anlage ist von großer Bedeutung, dass die Biomasse in der Menge und in

ihrer bio-logischen Zusammensetzung möglichst konstant zugeführt wird. Die

Dosierung des Ausgangsmaterials und die Homogenisierung sind dafür eine

wichtige Vorausset-zung. Weil die entgaste Gülle später als Flüssigdünger in

der Landwirtschaft einge-setzt wird, muss sie ein Substrat sein, das

"seuchenhygienisch unbedenklich" ein-gesetzt werden kann. Aus diesem Grund

wird die gesamte Biomasse nach gründli-cher Homogenisierung für ein bis zwei

Stunden bei einer Temperatur von 70 "pa-steurisiert", bevor sie für einen

Zeitraum von ca. zwanzig Tagen bei einer Tempera-tur von 35 bis 36° Celsius

unter anaeroben Verhältnissen, d.h. ohne Licht- und Sauerstoffzutritt in den

Reaktoren ausfault. Das entstandene Biogas sammelt sich im Dom der Reaktoren,

wird von dort über einen Gaszähler abgeleitet, entschwefelt, getrocknet, auf

etwa 4 bar komprimiert und über eine etwa 3,5 km lange Gasleitung zum BHKW

transportiert und dort in einem Gasmotorgenerator verbrannt. Der er-zeugte

elektrische Strom wird auf der Basis des Stromeinspeisungsgesetzes in das

öffentliche Netz eingespeist und die entstandene Wärme zur Raumheizung und zur

Warmwasserbereitung in den gesamten Kasernenbereich der in Wittmund statio-

nierten Bundeswehr abgegeben. Die entgaste Gülle, das Endprodukt des biochemi-

schen Ausfaulungsprozesses, der anaerob und mesophil abläuft, wird als organi-

scher Flüssigdünger an die landwirtschaftlichen Betriebe zurückgeliefert oder

an Betriebe verkauft, die ausschließlich Ackerbau betreiben und Bedarf an

preiswer-tem organischen Dünger haben. Den Landwirten entstehen keine

Transportkosten. Erforderlich ist aber eine ausgefeilte Logistik. Weiterhin

ist geplant, die entgaste Gülle dezentral auf den landw. Betrieben zu lagern.

Einmal soll die entgaste Gülle aus Gründen der Seuchenhygiene nicht mit der

Rohgülle in Berührung kommen, sie muss also separat gelagert werden. Zweitens

sollen die Wege zu den Feldschlä-gen möglichst kurz sein. Es ist beabsichtigt,

etwa 70 000 m3 Güllelagerraum für die entgaste Gülle zu erstellen. Die Kosten

für den zusätzlichen Lagerraum sind im Konzept enthalten. Die Landwirte zahlen

für den erstellten Lagerraum Miete. In Dä-nemark hat sich das Interesse der

Landwirte an Biogas - Großanlagen in den letz-ten Jahren verstärkt. Durch die

Beteiligung an einer Biogas - Großanlage gehört der einzelne

Landwirtschaftsbetrieb einer Organisation an, die auf eine wirtschaftlich

vorteilhafte Art und Weise für die Aufbewahrung und Verteilung der Gülle

sorgen kann. Lieferant für eine Biogas - Großanlage zu sein, ist für die

dänischen Land-wirte insbesondere deswegen vorteilhaft, weil sich dadurch

Einsparungen beim Ein-kauf von Düngemitteln und beim Bau von Güllelagern bzw.

Güllekellern erzielen lassen.

Die Einsparungen beim Einkauf von Düngemitteln sind zum einen auf die Zufuhr

von Nährstoffen aus anderer Biomasse, zum anderen auf eine bessere Stickstoff-

nutzung nach der Vergärung und zum dritten auf das bessere Verhältnis von

Phos-phor zu Kalium zurückzuführen, das durch die Vermischung von Rinder- und

Schweinegülle in der Biogasanlage besteht.

Auf Grund der zentralen Produktion von Biogas kommt auch die erzeugte Energie

zentral zum Einsatz. Bei 100 Biogasanlagen, für jeden einzelnen Betrieb also

eine Anlage, müßte der elektrische Strom z.B. an 100 Stellen in das

öffentliche Netz ein-gespeist werden. Die anfallende Wärme ist oftmals kaum

unterzubringen. Bei der zentralen Konzeption wird der Strom an einer Stelle

eingespeist und alle Gebäude im Kasernenbereich der Bundeswehr werden von

einer Stelle aus mit Wärme ver-sorgt.

Die Großtechnologie von Biogas ermöglicht auch die Übernahme anderer organi-

scher Substanzen als nur die von Tierdung. Wie bereits ausgeführt, ist

beabsichtigt, Klärschlämme, Schlachtabfälle, Essens- und Speisereste und

Abfälle der lebens-mittelverarbeitenden Industrie in die Anlage zu übernehmen.

So ist eine Biogasan-lage in der geplanten Größenordnung durchaus in der Lage,

die sehr schwierigen Entsorgungsprobleme für die Gemeinden, Industrie und

Schlachtstätten so hervor-ragend zu lösen, dass nicht nur die umweltgerechte

Entsorgung gesichert ist, son-dern alle in den Abfällen enthaltenen Nährstoffe

kehren in den natürlichen Kreislauf zurück. Und damit sind wir bei der

umweltpolitischen Bedeutung dieser Biogas-Großtechnologie.

Für die Landwirtschaft ergeben sich folgende Vorteile:

Aufgrund der Erhitzung der Biomasse in der Pasteurisierung auf 70° C werden

un-erwünschte Bakterien oder Krankheitserreger vernichtet. Das ist eine

unabdingbare Voraussetzung, um die entgaste Gülle später zur Düngung in den

landwirtschaftli-chen Betrieben "seuchenhygienisch unbedenklich" einzusetzen.

In der Biomasse enthaltene, unerwünschte Pflanzensamen haben auf Grund der

Erhitzung ihre Keimkraft verloren und damit entfällt eine spätere Bekämpfung

mit Mitteln des Pflanzenschutzes. Schadstoffe, wie organische Säuren, die ohne

Behandlung oft-mals zu Verätzungsschäden an den Pflanzen bzw. zu Narbenschäden

des Grün-lands führten, werden während des biochemischen Prozesses abgebaut.

Verät-zungsschäden treten nicht mehr auf und die Gülle wird geruchsneutral

ausge-bracht. Am Fuße der Reaktoren wird die entgaste Gülle entnommen und

separiert. Bei der Separation werden etwa 10% organischer Bestandteile

abgesondert, das ist die sog. Faserfraktion, die als Bio-Dünger vielleicht im

Handel untergebracht wer-den kann oder der Landwirtschaft als Humusdünger für

die Düngung der Ackerflä-chen zur Verfügung steht. Die organische Substanz

wird insgesamt bis zu 90% ab-gebaut. Damit wird das Substrat besser

homogenisier-, pump-, dosier- und verteil-bar, weil das an die

landwirtschaftlichen Betriebe zurückgelieferte Substrat aus ei-ner reinen

Flüssigphase besteht. Der Düngungswert der entgasten Gülle ist verbes-sert.

Der Stickstoff in der Rohgülle liegt zum großen Teil in organisch gebundener

Form vor, als sog. Ammoniumstickstoff. Über den biochemischen Prozess wird ein

Teil dieses Stickstoffs mineralisiert, so dass er nach der Ausbringung den

Pflanzen-wurzeln sofort als Nährstoff zur Verfügung steht und damit die

Verweildauer im Boden bis zur erfolgten Mineralisierung für einen Teil des

Stickstoffs entfällt.

Der Zukauf von Mineraldünger wird eingeschränkt, die Gülle ist exakter

dosierbar, sie kann aufgrund ausreichender Lagerkapazität zum optimalen

Zeitpunkt während der Vegetationszeit ausgebracht werden. Da ohnehin

pflanzenbedarfsgerecht zu düngen ist, besteht die große Chance Boden- und

Wasserbelastungen vorzubeugen und mit Hilfe von Schleppschlauchtechnik sehr

gezielt zu düngen. Aufgabe der Bio-gas-Gemeinschaftsanlage wird sein, Tierdung

und organische Abfälle unterschiedli-cher Herkunft zu verwerten und daraus

Biogas und geruchlosen Flüssigdünger für die Landwirtschaft zu produzieren.

Wesentlich ist dabei auch, dass diese Anlage hilft CO2-Emissionen zu

vermeiden, indem anstelle von Erdöl, Erdgas oder Kohle CO2- neutrales Biogas

zur Strom- und Wärmebereitstellung genutzt wird.

· Biomasse

Mit dem Begriff Biomasse werden pflanzliche Substanzen und die aus ihrer

Nutzung entstehenden Abfälle zusammengefaßt. Im wesentlichen sind dies Holz,

Stroh, Al-gen, Öl- und Pflanzen z.B. Schilf, Hanf, Baumwolle. Des weiteren

menschliche und tierische Exkremente, organische Klärschlämme, Haus -, Gewerbe

- und Industrie-abfälle organischen Ursprungs sowie Papier.

In Deutschland könnte theoretisch 20 bis 30 % des Primärenergiebedarfs mit dem

Potential der Biomasse gedeckt werden. Biomasse ist gespeicherte

Sonnenenergie: 6 CO2 + 6 H2O + Energie - C6H12O6 + 6 O2

Des weiteren wird die Nutzung der Biomasse in zwei Bereiche unterteilt:

Die Verwertung von Rest - und Abfallstoffen, also von Holz und holzartigen

Abfällen, Biogas, Deponiegas, Klärgas und Müll und die Nutzung von

Energiepflanzen. Dies bezeichnet man auch als energy - farming.

Für die Nutzung stehen folgende Verfahren zur Verfügung:

Verbrennen der Biomasse,

Pyrolyse ((Vergasung) thermische Zersetzung der Biomasse unter Luftabschluß),

Fermentation ((Gärungsprozeß) Ausfaulen pflanzlicher oder tierischer

Rückstände unter Mitwirkung von Bakterien zur Gewinnung von Biogas),

Mahlen bzw. Raffination (Verarbeitung von Ölpflanzen zur Gewinnung von

Öle(Biodiesel). Ein großer Vorteil der Biomasse ist, dass sie eine der

umweltverträg-lichsten Energieformen ist. Ein großer Nachteil ist, dass sie

nur ergänzend ist.

· Geothermische Energie

Geothermik = Lehre vom Wärmefluß und Temperaturverteilung in der Erde.

Im Gegensatz zu anderen regenerativen Energiequellen, hat die geothermische

Energie den Vorteil, dass sie keinen meteorologischen Schwankungen oder Witte-

rungseinflüssen unterliegt. Ihr Energieangebot ist kontinuierlich und steht so

ver-läßlich zur Verfügung.

Man unterscheidet zwischen Erdwärmequellen, die auf natürlichem Wege an die

Oberfläche treten und solchen, die durch bohrtechnische Verfahren künstlich

er-schlossen und gefördert werden müssen. Die bislang erschlossenen Gebiete

sind diejenigen, bei denen gleichzeitig heißes Wasser oder Dampf als

Energieträger vor-liegt Ist hierbei der Druck höher als 4 bar und die

Temperatur höher als 170° C, kann damit Elektrizität erzeugt werden.

Bei der sog. Hot - Dry - Rock - Technik wird Wärme von Gesteinsschichten

genutzt. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass es theoretisch an jedem Ort

der Erdkruste angewendet werden könnte.

Weltweit sind bisher 250 Erdwärmekraftwerke installiert, die zusammen fast 9

000 MW elektrische Leistung produzieren.

Nachteile hierbei sind jedoch:

Die enorme Standortgebundenheit ,die starke Materialbeanspruchung und die Tat-

sache das diese Energieform auch nur ergänzend ist.

Wasserstoff

Wasserstoff, welcher mit Hilfe der Elektrolyse entsteht kann mit Sauerstoff zu

Was-ser verbrennen. Dabei wird Energie frei: 2 H2 + O2 - 2 H2O + Energie

Bei dieser Verbrennung entstehen fast keine Schadstoffe, fast nur Wasser. Dies

wä-re eine brillante Möglichkeit, mit Hilfe des unerschöpflichen

Wasserpotentials der Erde, einen umweltneutralen Energiekreislauf zu schaffen.

Mit der Elektrolyse je-doch ist ein gewaltiger Energieeinsatz notwendig.

Dieser wiederum könnte mit Hilfe der Sonnenenergie gewonnen werden. Daher wäre

die Verbindung von Solar - und Wasserstofftechnik ein gute Möglichkeit, an ein

riesiges Energiepotential zu gelan-gen .

Ein großes Problem ist allerdings die geringe Energiedichte der

Sonneneinstrahlung und die Tatsache, dass das Strahlungsenergieangebot dann am

höchsten ist, wenn der Energiebedarf am niedrigsten ist.

Daher liegt ein Schwerpunkt der Forschung darin, hochwirksame und kostengün-

stige Solarzellen zu entwickeln.

Alternative Antriebsenergien in den USA

Bemühungen um alternative Antriebsenergien in den USA

Trotz Rekordumsätzen haben die Vertreter der "Großen Drei" (General Motors,

Ford, Chrysler) das Klagen nicht verlernt. Sie sind der Meinung, daß das

Elektroauto zwar eine feine Sache sei, allerdings wissen sie nicht, wer die

Batterietechnik der Zukunft liefert. Die Klagen werden immer vernehmbarer, je

näher das Jahr 1998 rückt. Dann nämlich gibt es Quoten auf dem Automarkt.

Vorreiter ist Kalifornien, wo in drei Jahren zwei Prozent der neu zugelassenen

Autos sogenannte "Zero Emis-sion Vehicles" (abgasfreie Autos) sein müssen. Bis

zum 2003 wächst der Anteil auf zehn Prozent. Das gerade eingeführte saubere

Benzin (Reformulated Gasoline) ist zunächst einmal ein erster Schritt zur

kurzfristigen Verbesserung der Abgaswerte konventioneller Autos. 200 Million

von ihnen rollen derzeit auf den Straßen der USA.80 Prozent der

Luftverschmutzung in den Staaten wird auf den Straßenverkehr zurückgeführt,

der sich innerhalb von zehn Jahren verdoppelt hat. 1991 haben sich

amerikanische und ausländische Firmen - darunter die "Großen Drei" und der Es-

sener Batteriehersteller Silent Power - zum United States Advanced Battery

Consor-tium (USABC) zusammengeschlossen. Dafür wurden 262 Million Dollar an

öffentli-chen Forschungsgeldern und 300 Million Dollar der US-Regierung zur

Verfügung gestellt. Sogar die Spitzen-US-Waffenforschungslaboratorien

beteiligen sich an der Forschung. Ziel ist es, Autos aus leichteren

Materialien mit alternativen Antriebse-nergien zu entwickeln. Man kann zwar

schon heute ein Elektroauto (z.B. Ford Escort oder Chrysler Minivan) kaufen,

allerdings für einen fünf mal höheren Preis als ein normales Auto. Die

Fahrzeuge haben jedoch noch andere Schwachstellen. Die Reichweite beträgt

gerade mal etwa 80 Meilen (+ 130 km) und das Aufladen der Batterie dauert bei

110 Volt etwa 24 Stunden. Die Detroiter favorisieren aber das "Ultra-Low-

Emission-Vehicle" (ULEV). Von diesen Erdgas-betriebenen Motoren bie-tet

Chrysler bereits zwei Modelle an. Das Auto kostet zwar 5000 Dollar mehr, dafür

bekommt man einen Steuernachlaß von 2000 Dollar. Zudem ist Gas in den USA rund

30 Prozent günstiger als Benzin.

II. "Eco Tour of Europe 1996" Die "Eco Tour of Europe 1996" suchte nicht nur

den sparsamsten Kleinwagen, sondern wollte auch zeigen, dass es das 3-Liter-

Auto be-reits gibt. Das "European Eco Car 1996" wurde in der Benziner-Klasse

der Suzuki Swift 1,0 GLS, der 4,34 Liter auf 100 km verbrauchte. In der

Diesel-Klasse war es der Citroen AX Top Ds, der 3,48 Liter verbrauchte. Die

"Eco Tour" wurde bereits zum dritten Mal vom ADAC und seinem österreichischen

Pendant +MTCA organi-siert. Dieter Wirsich (ADAC-Sprecher) sagt: "Spritsparen

ist nicht nur ein deutsches, sondern ein europäisches Problem. Wir müssen in

die Köpfe der Leute bringen, dass man durch intelligenteFahrweise den

Verbrauch reduzieren kann. Und das mit ei-ner Penetranz, bis sie es im

täglichen Leben praktizieren." Bei der "Eco Tour" war jede Fahrweise, die

Sprit spart erlaubt. Das 3-Liter-Auto macht die Schlagzeilen, wenn es ums

Spritsparen geht. Doch es ist, zur Zeit jedenfalls, zu teuer. Der Opel Corsa

Eco 3 kostet rund 80.000 DM. Das kann niemand bezahlen, deshalb führt der Weg

zum Spritsparen über den Fahrer. Ohne den intelligenten 3-Liter-Fahrer wird es

kein 3-Liter-Auto geben.

Kernenergie

Der Druckwasserreaktor

Der Druckwasserreaktor ist ein Wärmekraftwerk, das heißt, das Prinzip der

Ener-gieumwandlung bleibt beim Druckwasserreaktor wie bei Kohle-, Öl - oder

Gaskraft werken gleich: Die hier durch die Kettenreaktion erzeuge Energie des

Dampfes wird über eine Turbine zu Bewegungsenergie umgewandelt und wird über

den Generator zur elektrischen Energie.

Der Druckwasserreaktor wandelt Kernenergie, anders als der Siedewasserreaktor

in zwei verschiedenen Kreisläufen zu verschiedenen Energieformen um. Diese

Kreis-läufe sind der Primär - und der Sekundärkreilauf. Dies hat zum

Vorteil, dass ra-dioaktive Stoffe aus dem Primärkreislauf, welcher sich im

Reaktorgebäude befindet nicht in den Sekundärkreislauf gelangen können.

· Der Primärkreislauf beschreibt den Wasserkreislauf vom Reaktordruckbehälter

zu mehreren Dampferzeugern in denen es verdampft. Vorher wird das Wasser je-

doch am Sieden gehindert indem es unter einem Druck von ca. 157 bar steht. Im

Kreislauf befindet sich noch eine Pumpe, die Kühlmittelpumpe, die die Aufgabe

hat, Kühlmittel in den Reaktordruckbehälter zu pumpen. Das Kühlmittel hat beim

Eintritt eine Temperatur von 291,3 °C und beim Austritt eine Temperatur von

326,1 °C.

· Der Sekundärkreislauf beschreibt den Dampf - und Wasserkreislauf vom Damp-

ferzeuger über die Turbine zum Kondensator wo der Dampf wieder verflüssigt

wird und als Speisewasser wieder in den Dampferzeuger gelangt. Das zum Spei-

sewasser umgewandelte Kondensat wird einer Vorwärmanlage zugeführt und auf 218

° C vorgewärmt.

Der Reaktordruckbehälter, bestehend aus 25 cm dicken Spezialstahl enthält ca.

200 Brennelementen, die bis zu vier Meter lang sein können. In jedem Brennele-

ment sind bis zu 300 Brennstäbe mit ca. 1 cm Durchmesser zu einem quadrati-

schen Bündel angeordnet .

Jeder der ca. 60 000 Brennstäbe besteht aus einem dünnwandigen Metallrohr und

jeder einzelne von ihnen wird von 1 cm dicken Brennstofftabletten, die

Pellets, um-geben.

Die Brennstäbe enthalten insgesamt ca. 100 Tonnen Uran.

Sehr Wichtig bei der Betreibung eines solchen Reaktors sind die

Sicherheitsvorkeh-rungen. So wird schon alleine für die Steuerstäbe des

Reaktors eine Legierung aus Silber, Indium und Cadmium verwendet, da diese

sich besonders gut als Aborber-substanz für die Neutronen, die für die

kontrollierte Kettenreaktion nötig sind ge-eignet sind.

Bei mögliche Gefahren schnell reagieren zu können ist weiterhin ein wichtiger

Fak-tor. Da die Neutronen die größte Gefahrenquelle zur unkontrollierte

Kettenreaktion bilden, kann für langsame oder langfristige Regelvorgänge

Borsäure als Neutronen-absorber dem Reaktorkühlwasser zugesetzt werden. Für

schnelle Steuervorgänge können 61 Steuerstäbe zum Teil oder ganz eingefahren

oder herausgezogen werden können.

Des weiteren unterliegen die radioaktiven Stoffe im Kernreaktor einem

sechsfachen Barrierensystem:

1. Die erste Barriere, ein Uran-Kristallgitter enthält schon ca. 95 % der

radioaktiven Stoffe selbst. Sie werden in Brennstofftabletten (Pellets)

festgehalten.

2. Die zweite Barriere ist eine Stahlhülle in der die Brennstäbe einliegen.

Die Stahl-hülle ist gas - und druckdicht geschweißt und hält vor allem

gasförmige radio-aktive Stoffe zurück .

3. Die dritte Barriere ist der Reaktordruckbehälter mit Rohrleitungen des

Kühl-kreislaufs werden, falls erforderlich, austretende radioaktive Stoffe

festgehalten.

4. Die vierte Barriere ist eine Betonwand, die 2 bis 2 cm dick ist und die die

Aufgabe hat entweichende Gamma - Strahlung und Neutronen aus den Brennstäben

zu absorbieren.

5. Die fünfte Barriere ist ein Sicherheitsbehälter aus Stahl.

6. Die sechste und letzte Barriere ist die Stahlbetonhülle des

Reaktorgebäudes.

Vorgelegt: Janusch Lappo

Schule: Privatschule Dr. Löw, Köln-Mülheim

Erdkunde: Volker Barlen